车辆制动控制系统选型分析厦门轨道交通集团运行分企业车辆部 覃海春摘要：本文经过对车控和架控制动控制系统介绍、应用、特点进行分析制动控制系统选型关键词：车控；架控；KGPM-P；EP08；EP；EP090 引言制动系统关键功用是使行驶中车辆减速甚至停车，使停止车辆保持不动车辆制动系统性能将直接影响着城市轨道交通车辆安全运行情况和舒适性，所以制动系统选型显得尤为关键城市轨道交通车辆制动系统在控制上分以车辆为单元进行制动力控制制动系统（简称车控）和基于转向架为单元进行制动力控制制动系统（简称架控）两种方法1 车控制动系统采取车控方法时，每辆车含有1个制动控制单元（BCU），以车辆为单位进行制动力计算和分配每个BCU直接连接至车辆总线（如MVB总线等）上，各车直接接收列车制动指令，适适用于牵引控制采取车控型式车辆进行制动力混合分配图1所表示图1 车控制动控制系统示意图制动控制部分关键由电子控制部分和气动控制部分组成微机电子控制单元依据制动缸目标压力和压力传感器检测作用风缸压力，控制E/P转换阀对作用风缸充风或排风，实现对中继阀预控压力闭环控制；中继阀依据预控压力实现流量放大，实现常见制动功效。
缓解时，EP制动/缓解电磁阀将中继阀预控腔压力空气排入大气在中继阀作用下，制动缸压力空气经中继阀排到大气中，实现了缓解操作常见制动时BCU内压力控制流向以下图2所表示：图2 车控系统压力控制原理常见制动空重车调整是依据检测反应车辆载重空气簧压力信号，对列车不一样载重下制动力进行对应调整在空气簧破裂或P-E转换电路输出小于空车信号或大于超员时车重信号时，则可按车辆设计安全载重进行计算车控制动技术使用比较广泛，比如德国 KNORR企业KBGM-P制动控制系统、中国铁科院EP08制动控制系统、法国FAIVELEY企业EPAC Lite制动控制系统、日本NABTESCO企业HRDA制动控制系统等均采取车控制动技术其中前两种系统在中国应用较广泛2 架控制动系统采取架控方法时，每辆车含有两个架控制动单元，以转向架为单位进行制动力计算和控制其中部分架控制动单元含有网关功效，负责接收制动指令和向其它架控单元输出制动信息其它无网关功效架控制动单元，经过内部CAN总线从含有网关功效架控制动单元获取制动指令架控制动控制关键是针对同时配有动力转向架和非动力转向架车辆应运而生，实现基于转向架为单元实现电制动和空气制动混合控制，也比较适合牵引系统采取架控控制车辆或短编组列车，能够充足发挥每个转向架电制动能力和黏着利用率。
以下图3所表示：图3车控制动系统布局KNORR、铁科院、FAIVELEY企业和NABTESCO企业已推出架控制动产品，但技术实现不一样KNORR企业EP制动系统和铁科院EP09制动系统，全部取消了和原来制动控制独立空气防滑阀控制，经过气动阀实现制动压力和空气防滑一体化控制前者采取多功效集成阀结构，是将电子和气动集成一体整体阀概念后者采取多个独立气动阀基于气路板集成，电子控制和气动控制为模块化结构，便于检测及维护而FAIVELEY企业和NABTESCO企业架控控制技术理念是每个轴上仍保留独立防滑阀控制方法，制动控制部分是在车控基础上实现小型化结果3 关键车控制动系统介绍3.1 KNORR企业KGPM-P制动系统KNORR企业KGPM-P制动系统，制动电子控制单元通常单独设置在车厢内，气动集成板固定在车辆底架下3.1.1 制动电子控制单元制动电子控制单元简称为BECU整个制动系统控制采取二级控制，简述为“电控制气，气再控制气”即为BECU控制气路控制单元，控制气(CV压力)再控制实施气BECU可对列车常见制动和快速制动制动力进行调整控制，经过均衡阀将流量放大后最终输入到基础制动装置BECU采取19英寸标准电子柜 ，按功效分类设计印刷电路板插件排列在电子控制柜中。
如4所表示）图4 BECU外观结构3.1.2 气制动控制单元气制动控制单元简称为BCU它是气制动关键，它接收制动系统电脑（BECU）指令，然后再指示制动实施部件动作如图5所表示，包含部件有均衡阀(D)、模拟转换阀 (A)、紧急电磁阀(E)、压力开关(H)、称重阀(C)、压力传感器(F)和测试接头(K、M、N、J、L)图5 BCU外观结构这些部件全部安装在一块铝合金气路板上，如同电子分立元件安装在印刷线路板上一样，实现了集成化，其气路内部连接图可用图6来表示这么可避免用管道连接而造成轻易泄漏和所占空间大等敝病而且在气路板上还装置了部分测试接口，要测量各个控制压力和闸缸压力图6 BCU内部气路连接3.2 铁科院EP08制动控制系统EP08制动控制系统，采取模块化设计，将微机制动控制单元和气制动控制单元集成在一起关键由电子制动控制单元（EBCU）和气动制动控制单元(PBCU)等组成，并将电子制动控制单元和气制动控制单元集成在一起系统组成如图7所表示：I：气动制动控制单元II：电子制动控制单元图7 EP08制动控制装置布局图3.2.1 电子制动控制单元EBCU是BCU中电子控制关键部件，它接收常见制动电气指令，依据制动指令和载重信号计算本车所需制动力，输出制动电磁阀和缓解电磁阀控制信号。
EBCU还接收所在车辆4根轴速度信号，根据速度差或减速度等滑行判据判定车轴滑行状态当符合滑行条件时，EBCU输出防滑阀控制信号EBCU关键由电源插件、制动控制插件、防滑控制插件、开关量输入输出插件和通信显示插件等组成，布局图8所表示：1：电源插件2：制动控制插件3：防滑控制插件4：开关量输入输出插件5：通信显示插件图8 EBCU布局图3.2.2 气动制动控制单元PBCU是BCU中气动控制关键部件，它接收EBCU发出常见制动电气实施信号，将其转换为对应等级空气信号后输出常见制动制动缸压力输出同时，PBCU还接收紧急制动电气指令，在经空重阀控制后输出紧急制动制动缸压力PBCU由压力传感器、压力测点、压力开关、空重阀、电磁阀、中继阀等组成，布局如图9所表示：1：常见制动压力传感2：制动缸压力传感器3：空簧压力传感器4：空簧压力传感器5：常见制动压力测点6：制动缸压力测点7：空簧压力测点8：紧急制动压力测点9：空簧压力测点10：总风压力开关11：空重阀12：紧急电磁阀13：制动电磁阀14：缓解电磁阀15：中继阀图9 PBCU布局图EP08车控制动控制装置EBCU和PBCU均安装在制动控制装置机箱中。
确保了电气控制部件和气动控制部件各自独立，又能使系统结构紧凑，使检修和维护变得方便和快捷气动控制单元是微机直通电空制动系统关键部件，由电空变换阀、中继阀、紧急制动电磁阀、空重车调整阀、总风压力开关等组成气动控制单元采取模块化设计，它将相关气动阀组装在集成控制板上，在内部将各通路有机联络在一起EP08工作原理如图10所表示图10 制动控制原理制动缸压力基于微控制器智能数字控制,是依据制动缸目标压力和压力传感器检测预控压力和制动缸压力,来控制两个EP转换阀对作用风缸充风或排风，实现对中继阀预控压力闭环控制中继阀采取双膜板结构，有紧急制动和常见制动两个预控压力输入，输出压力依据二者之间取大标准，由紧急制动和常见制动两个预控压力中压力较高控制，中继阀依据预控压力控制输出大流量制动缸压力 4 车控制动系统应用KNORR企业KGPM-P制动系统，制动电子控制单元通常单独设置在车厢内，气动集成板固定在车辆底架下，上海、广州、北京、深圳、南京和大连轻轨等地城轨车辆上采取了该制动系统EP08制动控制装置采取开关电磁阀进行EP控制，固定于车辆底架下面，含有响应快速、灵活可靠、控制正确等特点和良好可用和可维护性，在北京、天津、沈阳、重庆、武汉和广州等地地铁车辆上得到应用。
5 关键架控制动系统介绍5.1 KNORR企业EP制动控制系统EP型制动控制系统是由德国克诺尔企业研制生产，为电气模拟指令式制动控制系统，其关键部件是EP阀，负责空气制动系统控制、监控及和车辆控制系统通信该阀采取一体化结构，每个转向架配置一个制动阀各气动阀基于同一个基板，电子和气动高度集成在一个整体中，为不可拆分制动部件该型制动系统在广州、上海、北京、南京、宁波等地地铁车辆上全部有应用EP阀相当于常规制动控制系统中电子制动控制单元（EBCU）和气制动控制单元（PBCU）集成部件每节车设有两个EP阀，每个EP阀全部安装在其控制转向架周围车体底架上，全部EP阀上全部提供了多个压力测试接口，能够方便地测量制动风缸压力、制动缸压力、载荷压力、停放制动缸压力等EP阀外形如图11所表示：图11 EP阀照片依据功效不一样，EP阀能够分为智能阀、RIO阀和网关阀三种智能阀是机电一体化产品，包含一个直接安装在气阀上电子控制部件智能阀产生电控制信号直接空气气阀，对其控制转向架电空制动和车轮滑行进行控制，并经过CAN总线和其它EP阀进行通信智能阀经过硬线和列车安全回路相连，当安全回路失电时，智能阀将使其控制转向架产生紧急制动。
智能阀结构如图12所表示：图12 智能阀结构RIO阀除了含有智能阀全部功效外，还能够经过硬线和其控制转向架上牵引单元进行模拟量信号通信，以交换电制动和空气制动之间载重、电制动等信息RIO阀结构如图13所表示：图13 RIO阀结构网关阀除了含有智能阀全部功效外，还含有制动管理功效另外，EP制动系统均需经过网关阀通信卡连接MVB或其它网络总线，和列车控制系统进行通信网关阀结构如图14所表示：图14 网关阀结构5.2 铁科院EP09制动控制装置EP09制动控制单元是机电一体集成单元，采取了气电分离模块化设计，含有相对独立电子制动控制单元（EBCU）和气动制动控制单元（PBCU）两部分，大大提供了制动控制单元可用性和可维护性制动控制单元可实现电子称重，常见制动和防滑制动一体化等功效，含有响应快、动作正确等特点EP09架控制动系统分主制动控制模块GBCU(型号EP09G)和从制动控制模块SBCU（EP09S），每个模块是一个机电一体化智能装置，其中包含电子控制部分和气动阀单元部分，针对主制动控制模块，其电子控制部分包含通讯接口、制动管理部分、本车制动控制部分，而从制动控制模块不包含制动管理部分。
通讯接口关键是该控制模块和列车MVB等指令接口，响应列车指令控制制动管理部分关键进行本CAN网段内各个转向架控制模块制动力分配和管理EP09制动控制装置外观如图15所表示：图15 EP09制动控制装置外观EBCU由电气板卡组成，安装在3U机箱内，实现不一样板卡控制不一样功效模块化设计如图5-31所表示：图16 EP09EBCU外形PBCU由多个气动控制阀组成，在集成板上安装实现模块化，如图17所表示：图17 EP09PBCU外形6 架控和车控制动系统特点 6.1 架控制动系统特点 采取架控方法时，每辆车含有两个架控单元，以转向架为单位进行制动力计算和分配列车架控制动系统方案从网络架构上可分为两种： 6.1.1 1个网段方案：架控制动系统采取主辅两个网关阀功效控制方法，其它两个车指令信息经过含有网关功效阀传输，对架控网关阀部件可靠性要求比较高以下图所表示： 图18 架控制动系统1个网段方案6.1.2 2个网段方案：架控制动系统由两个制动力分配单元组成，每个制动力分配单元采取主辅两个网关阀功效控制方法，因为2个网段方案对头尾车网关阀可靠性依靠程度有所降低，一样部件可靠度下能提升系统。