地鐵車輛制動控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　地鐵車輛制動控制系統(tǒng)設(shè)計</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重。本文對地鐵車輛的制動功能設(shè)計進行了說明，并介紹了制動指令的相關(guān)設(shè)計，最后介紹了混合制動控制系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)控制策略，以供讀者參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：地鐵車輛；制動控制系統(tǒng)；設(shè)計 </p><p>　　中圖分類

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

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

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

5、令后，通過“制動控制單元”轉(zhuǎn)換成壓力信號，控制轉(zhuǎn)向架上的基礎(chǔ)制動裝置實施制動。 </p><p>　　圖1地鐵車輛制動控制原理簡圖 </p><p>　　現(xiàn)代地鐵車輛停車頻繁，要求的停車精度高，而制動系統(tǒng)依據(jù)制動指令產(chǎn)生相應(yīng)的制動動作，因此制動指令能夠準確及時的響應(yīng)制動需求至關(guān)重要。早期車輛制動機釆用空氣制動機，相應(yīng)的制動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，成為目前制動指令的基本方式。 </p><p>　　三、混合制動控制系統(tǒng)設(shè)計及相關(guān)控制策略 </p><p>　　1、混合制動控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　地鐵車輛分為動車和拖車，動車既有電制動又包含空氣摩擦制動，而拖車僅包含空氣摩擦制動，按制動控制范圍

7、主要分為單輛車控制、單元車組混合制動控制、全列車混合制動控制。最早期地鐵車輛的制動控制是基于單輛車進行控制，即每輛車滿足本車的制動需求，動車采用電制動或空氣摩擦制動，拖車采用空氣摩擦制動。動車兩種制動模式采用簡單的切換方式，即動車電制動故障時或不能滿足制動力需求時，直接切換為空氣摩擦制動。該方式由于拖車摩擦制動熱負荷過大，車輛的軸重及速度受到嚴格的限制。早期地鐵車輛動車電制動能力較差，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行電制動與空氣制動控制的復(fù)合制動或交叉復(fù)合制動，制動復(fù)合作用以整列車為單位進行控制，即地鐵車輛根據(jù)制動指令值計算出整列車的制動力需求，并將整列車的制動力按給定的制動力分配原則分配給全列車車中各個車輛制動系統(tǒng)，在制動力實施時優(yōu)先釆用動車的電制動，不足的制動力再由空氣制動補充。 </p><p>　　2、混合制動控制策略研究 </p&

9、gt;<p>　　混合制動一般釆用以下幾種控制策略： </p><p>　?。?）混合制動控制由列車控制系統(tǒng)的軟件功能實現(xiàn)，車輛控制單元負責(zé)整列車的制動控制，負責(zé)整列車的電制動力的分配，同時還負責(zé)整列車空氣制動分配及二者之間的協(xié)調(diào)配合。 </p><p>　?。?）混合制動控制由空氣制動系統(tǒng)的軟件功能實現(xiàn)，空氣制動系統(tǒng)的微機控制單元負責(zé)整列車的制動控制，負責(zé)整列車的電制動力分

10、配和空氣制動分配及二者的協(xié)調(diào)配合。 </p><p>　?。?）混合制動控制主要由列車控制系統(tǒng)實現(xiàn)，同時空氣制動系統(tǒng)微機控制單元參與。車輛控制單元負責(zé)整列車的制動控制并負責(zé)整列車電制動力的分配，空氣制動系統(tǒng)微機控制單元負責(zé)空氣制動的制動力分配及電制動與空氣制動的協(xié)調(diào)配合。為準確可靠的制停地鐵車輛，混合制動控制需考慮控制實時性，精確度。制動力需求由車輛重量及制動指令確定，在計算地鐵車輛總的制動力時，除了獲取制動指令

11、外，還需取得各車的載荷數(shù)據(jù)。在根據(jù)制動力分配原則進行制動力分配時，需考慮各車制動能力以及實際發(fā)揮的制動力?；旌现苿訒r主控制器為了獲得各車制動能力，需實時獲得各個拖車可用空氣制動力，實際空氣制動力，動車實際電制動力，可用電制動力及動車實際空氣制動力，可用空氣制動力，對于四動二拖編組地鐵車輛來說，混合控制時需要處理大量的實時數(shù)據(jù)。因此，在進行混合控制時，一方面要求控制過程數(shù)據(jù)要盡可能簡化，另一方面過程信息流應(yīng)簡潔。 </p>

12、<p>　　策略（1）信息流程為：制動指令通過列車網(wǎng)絡(luò)傳輸給車輛控制單元，車輛控制單元計算總的制動力需求，根據(jù)各動車的可用電制動力將電制動制動力需求通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布給各個動車，各個動車將實際的電制動力通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給車輛控制單元，車輛控制單元計算制動力需求及實際電制動力差值，該差值即為需要補充的空氣制動力，制動系統(tǒng)將各車可用空氣制動力發(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力再將空氣制動請求發(fā)給各車空氣制動系統(tǒng)，各車空氣制動

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

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

15、動力，制動控制單元再將空氣制動請求發(fā)給各車空氣制動系統(tǒng)，各車空氣制動系統(tǒng)施加相應(yīng)的空氣制動力。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，因此流程最簡潔。由牽引、電制動控制系統(tǒng)負責(zé)電制動力的分配，電制動響應(yīng)速度更快，與空氣制動系統(tǒng)接口少，占用更少的通信通道，通信數(shù)據(jù)量最小，控制的實時性更好。由制動微機控制單元進行空氣制動的分配，相應(yīng)的與電氣系統(tǒng)接口較少，同時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。此外，對于軌道交通車輛來說，大量的運用業(yè)績也非常重要。GZ128增購項目首次采用國產(chǎn)牽引系統(tǒng)及制動系統(tǒng)，而制動系統(tǒng)在混合制動控制方面更有經(jīng)驗，考慮到制動安全可靠，該項目經(jīng)綜合考慮釆用控制策略</p><p>　　圖2 GZ128增購項目混合制動控制流程圖 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p>

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