摘要:制动系统是和动车组高速运行的安全保障。列车高速运行时具有相当大的运动能量,而高速列车的制动系统必须解决列车动能的快速转换和能量消耗问题,并在轮轨黏着允许的条件下,做到高速列车的可靠制动停车或降速。另外,由于轮轨黏着系数随运行速度的提高而下降,更增加了高速制动技术的难度。
关键词:动车;制动;控制
1.常用制动的控制原则
列车运行的时候,常用制动指令对列车控制系统、ATP、自动速度控制设备、司机制动手柄等进行处理。而制动力分配方法则是因为列车编组中有动车也有拖车,其采用的制动方式也不同,因此制动时需要在各车之间进行协调。单车制动力丢失的处理主要是针对列车中的某一辆车制动设备故障时,其应该承担的部分制动力需要在全列车范围内重新分配。有序的执行原则,更大限度上保证了动车的安全运行。
2.制动控制模式对比分析
2.1列车级主控说明
以运营中的某高速动车组为例,该动车组为8辆编组的动力分散式电动车组,最高运营速度350km/h.动车组网络控制系统采用列车级、车辆级两级总线式拓扑结构。列车级的网络控制通过绞线式列车总线,WTB实现,车辆级的网络控制通过多功能车辆总线MVB实现。一列8辆编组的动车组由两个牵引单元(2动2拖为一个牵引单元)构成,每个牵引单元为一个MVB网段。制动力的分配在各自的牵引单元中实现,每个牵引单元中的4辆车通过MVB网络进行制动力的分配。头车设有列车级主控EBCU,负责列车制动管理、空压机管理和制动试验等功能,称为列车制动控制管理器(TBM)。头车设有两个BCU,即BCU1.1和BCU1.2,能实现TBM功能的冗余。即:一个BCU出现故障情况下,自动切换到另一个执行列车制动力的管理和分配。制动系统共享列车网络,不单独成网。TBM主要进行制动管理、压缩机管理、控制自动制动试验、菜单引导的制动试验等功能。每个牵引单元内,具有冗余的单元级主控EBCU,即单元级制动管理(简称SBM),执行牵引单元内的制动力管理和分配。列车级控制管理、单元级控制管理及车辆级制动管理的接口关系。
2.2列车级主控工作原理
TBM的功能集成到头车的两个冗余的BCU内。在本务头车内两个BCU中仅有一个执行TBM的功能。如果TBM故障,在本务车中的另一BCU将自动.执行TBM的功能。两个端车的BCU负责本MVB单元的制动管理、汇总本单元各车制动系统状态信息,并且完成TBM与车辆EBCU.TCU之间信息的转发。每个MVB网段内的EBCU相关信息可以由SBM经WTB网络发送给TBM,再由TBM将相关信息发送给单车EBCU.由每个牵引单元内头车的BCU实现SBM的工作。SBM的功能集成在头车的两个BCU内,以实现冗余。两个头车的BCU中只有一个执行SBM的功能。如果SBM故障,另一BCU将自动执行SBM功能。SBM向单个制动控制部件发送TBM的设定值。此外,SBM将其牵引单元可利用的实际最大制动力叠加(也考虑负荷相关性)并将此数据传送至TBM。SBM监控牵引单元内的EBCU并向牵引单元的诊断系统报告故障。各EBCU需要将其自身相关信息通过MVB网络发送至SBM,SBM收集以上信息汇总后通过MVB网络发送至WTB/MVB网关,网关将此信息通过MVB网络发送至TBM,由TBM完成控制功能。TBM将控制命令通过MVB网络和网关发送给SBM,由SBM完成本网段内控制命令的发布。列车正常运行时,司控器、车载列车控制系统等发出制动指令。由司控器发出的制动指令同时通过硬线传输到所有车的EBCU中,头车两个冗余的EBCU对制动指令解析计算后,由主EBCU发出制动指令。由车载列车控制系统发出的制动指令通过MVB发送给主控端头车两个冗余的EBCU,两个冗余的EBCU均对制动指令进行解析和运算,由主EBCU即TBM发出制动指令。
由TBM发出的制动指令通过WTB/MVB发送给单元级SBM,SBM将制动指令通过MVB发送给单车EBCU,其中动车的EBCU将把电制动指令发给本车TCU。当网络通讯故障时各车自动识别硬线制动指令并施加制动。首先TBM计算列车所需要的制动力,通过MVB/WTB网络将信息发送给每牵引单元内的SBM,由每个SBM向所在的牵引单元内的TCU申请电制动。TBM与CCU直接通讯,传输主要的信息,然后TBM再将相关信息指令通过MVB/WTB网络发送给各个子EBCU。同时各个子EBCU与CCU之间也有直接的数据信息传输。
3.性能评估
3.1功能冗余
自律分散方式,单车EBCU地位均等,没有冗余。即使某车EBCU故障,也可评估其余车辆的制动力,减速或降级运行。采用此方式的列车,无需设置备用制动系统,在紧急模式下,单车EBCU通过硬线也可实现单车制动控制管理,保证列车限速运行,列车级主控方式,需要在头车设置冗余的EBCU,成本较高。相比于自律分散方式,安全性更高。如果头车的EBCU全部故障:或者断电,则只能换端运行或切换至备用制动系统限速运行,同时该牵引单元内的制动均不可用。
3.2功能管理
采用自律分散控制,需要每车EBCU单独进行计算,并同时采集其余车辆EBCU的信息,交互信息量大。为保证每个车辆BCU地位平等参与制动控制,需要设置多条贯穿全列的列车指令线与状态线,将部分功能由网络转移至硬线电路控制。每个EBCU都需要与其他设备进行指令传递,同时还需要与单元内的其他EBCU进行交互。这样单车EBCU的数据传递量非常多,会占用很大部分的WTB/MVB网络信息量。采用自律分散控制,BCU功能拓展性将削弱。仅仅针对本车制动及供风控制管理,无法拓展更多的附加控制功能,如撒沙辅助压缩机控制管理等。设置主控EBCU,统一对整车EBCU的进行管理,高效快捷。在空电复合制动时,电空制动力的分配统一由主EBCU进行管理,更能实现快速平稳过渡。而制动指令传递与状态读取则可以更多依靠主控EBCU的网络交互实现,减少列车线路布置。但也由此带来主控EBCU庞大的数据传输量以及复杂的控制逻辑。设置主控EBCU,整车的制动系统与其余设备的交互有统一的接口,其余EBCU只需要根据主控EBCU的指令来执行相应的功能即可。
3.3成本分析
自律分散方式,没有冗余,每车只设置一个EBCU即可。但由于单车EBCU功能受限,需要布置多条贯穿全列的列车指令线、状态线。列车级主控方式,为防止主控EBCU故障对整车功能造成影响,必须设置冗余EBCU作为热备,同时由于主控EBCU功能拓展较多,数据通讯量大,需要较高级的板卡配置即较复杂的控制逻辑。
结语
制动模式中,列车级主控和单车自律分散均具有各自的优势,将在以后的发展中长期并存。单车自律分散模式,EBCU功能性较集中,列车配置硬件较少,节约成本,适用于速度等级较低的城际动车组、市域动车组。列车级主控模式,EBCU功能拓展性较好,与网络交互能力强,硬件配置需求较高,适用于速度等级较高的动车组。
参考文献:
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