地鐵車輛制動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　地鐵車輛制動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：隨著城市規(guī)模的快速發(fā)展和城市人口的不斷增多，所面臨的交通問題也越來越嚴(yán)重。本文對(duì)地鐵車輛的制動(dòng)功能設(shè)計(jì)進(jìn)行了說明，并介紹了制動(dòng)指令的相關(guān)設(shè)計(jì)，最后介紹了混合制動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)控制策略，以供讀者參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：地鐵車輛；制動(dòng)控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類

2、號(hào)： U231+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　一、地鐵車輛的制動(dòng)功能設(shè)計(jì) </p><p>　　地鐵車輛采用減速度控制模式，制動(dòng)指令為電氣指令，即制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)電氣減速度指令施加制動(dòng)力。乘客通過站臺(tái)固定區(qū)域上下車，因而地鐵車輛每次停站位置要求準(zhǔn)確無誤，為滿足此要求，ATO系統(tǒng)或司機(jī)根據(jù)停車距離給定列車減速度電氣指令，地鐵車輛制動(dòng)過程中必須能夠根據(jù)減速度指令快速施加相應(yīng)制動(dòng)力，

3、即制動(dòng)響應(yīng)準(zhǔn)確、迅速。 </p><p>　　制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)有載荷補(bǔ)償功能。由于城市軌道交通車輛載客量大，乘客上下頻繁，因此要求制動(dòng)過程中能夠根據(jù)車輛載荷變化自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力，稱之為載荷調(diào)整功能。 </p><p>　　常用制動(dòng)具有防沖動(dòng)限制功能。制動(dòng)指令是電氣信號(hào)，制動(dòng)指令變化瞬間可以完成，如果制動(dòng)力跟隨制動(dòng)指令迅速變化，就可能造成沖動(dòng)，引起乘客不適，而且常用制動(dòng)需頻繁施加，為減少制動(dòng)時(shí)的沖動(dòng)

4、以避免制動(dòng)力變化過快引起乘客不適，常用制動(dòng)過程中需限制制動(dòng)力的變化速率，稱之為沖動(dòng)限制功能。 </p><p><b>　　二、制動(dòng)指令設(shè)計(jì) </b></p><p>　　地鐵車輛制動(dòng)控制簡(jiǎn)圖見圖1。司機(jī)控制器、ATC (自動(dòng)列車駕駛)、ATP (自動(dòng)列車防護(hù)）發(fā)出制動(dòng)指令，通過列車環(huán)線、網(wǎng)線或者制動(dòng)列車硬線傳輸?shù)礁鬈囕v“制動(dòng)控制微機(jī)”，由“制動(dòng)控制微機(jī)”處理制動(dòng)電指

5、令后，通過“制動(dòng)控制單元”轉(zhuǎn)換成壓力信號(hào)，控制轉(zhuǎn)向架上的基礎(chǔ)制動(dòng)裝置實(shí)施制動(dòng)。 </p><p>　　圖1地鐵車輛制動(dòng)控制原理簡(jiǎn)圖 </p><p>　　現(xiàn)代地鐵車輛停車頻繁，要求的停車精度高，而制動(dòng)系統(tǒng)依據(jù)制動(dòng)指令產(chǎn)生相應(yīng)的制動(dòng)動(dòng)作，因此制動(dòng)指令能夠準(zhǔn)確及時(shí)的響應(yīng)制動(dòng)需求至關(guān)重要。早期車輛制動(dòng)機(jī)釆用空氣制動(dòng)機(jī)，相應(yīng)的制動(dòng)控制指令采用空氣指令，指令通過專門在車輛中設(shè)置的空氣管路中傳輸。由于

6、空氣指令傳輸方式的理論傳輸速率不可能超過聲速，指令響應(yīng)無法滿足地鐵車輛的使用要求，因此隨后發(fā)展出了電氣指令，成為目前制動(dòng)指令的基本方式。 </p><p>　　三、混合制動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)控制策略 </p><p>　　1、混合制動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　地鐵車輛分為動(dòng)車和拖車，動(dòng)車既有電制動(dòng)又包含空氣摩擦制動(dòng)，而拖車僅包含空氣摩擦制動(dòng)，按制動(dòng)控制范圍

7、主要分為單輛車控制、單元車組混合制動(dòng)控制、全列車混合制動(dòng)控制。最早期地鐵車輛的制動(dòng)控制是基于單輛車進(jìn)行控制，即每輛車滿足本車的制動(dòng)需求，動(dòng)車采用電制動(dòng)或空氣摩擦制動(dòng)，拖車采用空氣摩擦制動(dòng)。動(dòng)車兩種制動(dòng)模式采用簡(jiǎn)單的切換方式，即動(dòng)車電制動(dòng)故障時(shí)或不能滿足制動(dòng)力需求時(shí)，直接切換為空氣摩擦制動(dòng)。該方式由于拖車摩擦制動(dòng)熱負(fù)荷過大，車輛的軸重及速度受到嚴(yán)格的限制。早期地鐵車輛動(dòng)車電制動(dòng)能力較差，電子控制技術(shù)較為原始落后因此采用該方式，現(xiàn)代的地鐵車

8、輛已不再采用該種制動(dòng)控制方式。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代地鐵車輛發(fā)展出了基于全列車進(jìn)行電制動(dòng)與空氣制動(dòng)控制的復(fù)合制動(dòng)或交叉復(fù)合制動(dòng)，制動(dòng)復(fù)合作用以整列車為單位進(jìn)行控制，即地鐵車輛根據(jù)制動(dòng)指令值計(jì)算出整列車的制動(dòng)力需求，并將整列車的制動(dòng)力按給定的制動(dòng)力分配原則分配給全列車車中各個(gè)車輛制動(dòng)系統(tǒng)，在制動(dòng)力實(shí)施時(shí)優(yōu)先釆用動(dòng)車的電制動(dòng)，不足的制動(dòng)力再由空氣制動(dòng)補(bǔ)充。 </p><p>　　2、混合制動(dòng)控制策略研究 </p&

9、gt;<p>　　混合制動(dòng)一般釆用以下幾種控制策略： </p><p>　?。?）混合制動(dòng)控制由列車控制系統(tǒng)的軟件功能實(shí)現(xiàn)，車輛控制單元負(fù)責(zé)整列車的制動(dòng)控制，負(fù)責(zé)整列車的電制動(dòng)力的分配，同時(shí)還負(fù)責(zé)整列車空氣制動(dòng)分配及二者之間的協(xié)調(diào)配合。 </p><p>　?。?）混合制動(dòng)控制由空氣制動(dòng)系統(tǒng)的軟件功能實(shí)現(xiàn)，空氣制動(dòng)系統(tǒng)的微機(jī)控制單元負(fù)責(zé)整列車的制動(dòng)控制，負(fù)責(zé)整列車的電制動(dòng)力分

10、配和空氣制動(dòng)分配及二者的協(xié)調(diào)配合。 </p><p>　　（3）混合制動(dòng)控制主要由列車控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)空氣制動(dòng)系統(tǒng)微機(jī)控制單元參與。車輛控制單元負(fù)責(zé)整列車的制動(dòng)控制并負(fù)責(zé)整列車電制動(dòng)力的分配，空氣制動(dòng)系統(tǒng)微機(jī)控制單元負(fù)責(zé)空氣制動(dòng)的制動(dòng)力分配及電制動(dòng)與空氣制動(dòng)的協(xié)調(diào)配合。為準(zhǔn)確可靠的制停地鐵車輛，混合制動(dòng)控制需考慮控制實(shí)時(shí)性，精確度。制動(dòng)力需求由車輛重量及制動(dòng)指令確定，在計(jì)算地鐵車輛總的制動(dòng)力時(shí)，除了獲取制動(dòng)指令

11、外，還需取得各車的載荷數(shù)據(jù)。在根據(jù)制動(dòng)力分配原則進(jìn)行制動(dòng)力分配時(shí)，需考慮各車制動(dòng)能力以及實(shí)際發(fā)揮的制動(dòng)力?；旌现苿?dòng)時(shí)主控制器為了獲得各車制動(dòng)能力，需實(shí)時(shí)獲得各個(gè)拖車可用空氣制動(dòng)力，實(shí)際空氣制動(dòng)力，動(dòng)車實(shí)際電制動(dòng)力，可用電制動(dòng)力及動(dòng)車實(shí)際空氣制動(dòng)力，可用空氣制動(dòng)力，對(duì)于四動(dòng)二拖編組地鐵車輛來說，混合控制時(shí)需要處理大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。因此，在進(jìn)行混合控制時(shí)，一方面要求控制過程數(shù)據(jù)要盡可能簡(jiǎn)化，另一方面過程信息流應(yīng)簡(jiǎn)潔。 </p>

12、<p>　　策略（1）信息流程為：制動(dòng)指令通過列車網(wǎng)絡(luò)傳輸給車輛控制單元，車輛控制單元計(jì)算總的制動(dòng)力需求，根據(jù)各動(dòng)車的可用電制動(dòng)力將電制動(dòng)制動(dòng)力需求通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布給各個(gè)動(dòng)車，各個(gè)動(dòng)車將實(shí)際的電制動(dòng)力通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給車輛控制單元，車輛控制單元計(jì)算制動(dòng)力需求及實(shí)際電制動(dòng)力差值，該差值即為需要補(bǔ)充的空氣制動(dòng)力，制動(dòng)系統(tǒng)將各車可用空氣制動(dòng)力發(fā)給車輛控制單元車輛控制單元根據(jù)各車可用的空氣制動(dòng)力再將空氣制動(dòng)請(qǐng)求發(fā)給各車空氣制動(dòng)系統(tǒng)，各車空氣制動(dòng)

13、系統(tǒng)施加相應(yīng)的空氣制動(dòng)力。 </p><p>　　策略（2）信息流程為：制動(dòng)指令通過列車網(wǎng)絡(luò)傳輸給制動(dòng)控制單元，制動(dòng)控制單元計(jì)算總的制動(dòng)力需求，各動(dòng)車將各自可用的電制動(dòng)力發(fā)給制動(dòng)控制單元，制動(dòng)控制單元根據(jù)各動(dòng)車的可用電制動(dòng)力將各動(dòng)車電制動(dòng)力需求通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布給各個(gè)動(dòng)車，各個(gè)動(dòng)車將實(shí)際的電制動(dòng)力通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給制動(dòng)控制單元，制動(dòng)控制單元計(jì)算制動(dòng)力需求及實(shí)際電制動(dòng)力差值，該差值即為需要補(bǔ)充的空氣制動(dòng)力，制動(dòng)控制單元再將空氣

14、制動(dòng)請(qǐng)求發(fā)給各車空氣制動(dòng)系統(tǒng)，各車空氣制動(dòng)系統(tǒng)施加相應(yīng)的空氣制動(dòng)力。 </p><p>　　策略（3）信息流程為：制動(dòng)指令通過列車網(wǎng)絡(luò)傳輸給車輛控制單元，車輛控制單元計(jì)算總的制動(dòng)力需求，根據(jù)各動(dòng)車的可用電制動(dòng)力將各動(dòng)車電制動(dòng)力需求通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布給各個(gè)動(dòng)車，同時(shí)將總的制動(dòng)力需求發(fā)送給制動(dòng)控制單元，各個(gè)動(dòng)車將實(shí)際的電制動(dòng)力通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給制動(dòng)控制單元，制動(dòng)控制單元計(jì)算制動(dòng)力需求及實(shí)際電制動(dòng)力差值，該差值即為需要補(bǔ)充的空氣制

15、動(dòng)力，制動(dòng)控制單元再將空氣制動(dòng)請(qǐng)求發(fā)給各車空氣制動(dòng)系統(tǒng)，各車空氣制動(dòng)系統(tǒng)施加相應(yīng)的空氣制動(dòng)力。從上述控制流程來看，策略（3）比策略（1）（2）少了一次信息交互過程，因此流程最簡(jiǎn)潔。由牽引、電制動(dòng)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)電制動(dòng)力的分配，電制動(dòng)響應(yīng)速度更快，與空氣制動(dòng)系統(tǒng)接口少，占用更少的通信通道，通信數(shù)據(jù)量最小，控制的實(shí)時(shí)性更好。由制動(dòng)微機(jī)控制單元進(jìn)行空氣制動(dòng)的分配，相應(yīng)的與電氣系統(tǒng)接口較少，同時(shí)減少了通信通道的占用及通信數(shù)據(jù)量。從技術(shù)角度來看，若采

16、用二者結(jié)合的方式即控制策略（3）響應(yīng)最為及時(shí)。此外，對(duì)于軌道交通車輛來說，大量的運(yùn)用業(yè)績(jī)也非常重要。GZ128增購(gòu)項(xiàng)目首次采用國(guó)產(chǎn)牽引系統(tǒng)及制動(dòng)系統(tǒng)，而制動(dòng)系統(tǒng)在混合制動(dòng)控制方面更有經(jīng)驗(yàn)，考慮到制動(dòng)安全可靠，該項(xiàng)目經(jīng)綜合考慮釆用控制策略</p><p>　　圖2 GZ128增購(gòu)項(xiàng)目混合制動(dòng)控制流程圖 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p>

17、<p>　　地鐵車輛根據(jù)牽引、制動(dòng)指令完成運(yùn)行控制，需結(jié)合不同的制動(dòng)指令形式及特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出制動(dòng)指令的生成系統(tǒng)及指令傳輸系統(tǒng)。我們要根據(jù)地鐵車輛配置的制動(dòng)系統(tǒng)特性，研究合適混合制動(dòng)控制策略，從而實(shí)現(xiàn)列車優(yōu)良的制動(dòng)性能。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]馬琪. 國(guó)產(chǎn)地鐵車輛制動(dòng)系統(tǒng)[J]. 都市快軌交通,2004,S