1、動(dòng)車組制動(dòng)力分配策略摘要：制動(dòng)系統(tǒng)是列車高速運(yùn)行的安全保障，需要設(shè)計(jì)良好的控制策略來(lái)保證 安全停車。目前動(dòng)車組采用的是空電復(fù)合的直通式電空制動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)列車網(wǎng)絡(luò) 來(lái)傳遞制動(dòng)控制指令和制動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)系統(tǒng)和列車上其他系統(tǒng)之間的 交互。目前制動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方面在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)還存在一些問(wèn)題，因此研究動(dòng) 車組電空混合制動(dòng)控制算法具有重要的意義。關(guān)鍵詞：動(dòng)車組；制動(dòng)力；分配策略1常用制動(dòng)力分配方式1.1均衡制動(dòng)控制均衡制動(dòng)控制是各車等減速度的控制方式，即各車承擔(dān)自身所需制動(dòng)力。動(dòng) 車優(yōu)先使用電制動(dòng)力，不足的部分采用本車的空氣制動(dòng)力補(bǔ)充，拖車采用本車的 空氣制動(dòng)力。采用均衡制動(dòng)控制時(shí)，施加在每輛車

2、上的制動(dòng)力與本車的質(zhì)量成正比，單車 對(duì)黏著的利用率相同。在較差的輪軌黏著條件下，采用此種控制方式，有利于避 免滑行，改善制動(dòng)性能。由于空氣制動(dòng)力與電制動(dòng)力僅在單車（動(dòng)車）范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)合制動(dòng)，拖車僅 能使用本車的空氣制動(dòng)力，此種控制方式不能充分發(fā)揮電制動(dòng)力的效果。在實(shí)際 運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，拖車頻繁使用空氣制動(dòng)，動(dòng)車空氣制動(dòng)基本不用，故拖車的制動(dòng)盤(pán) 和閘片的磨耗要遠(yuǎn)大于動(dòng)車。1.2電制動(dòng)力優(yōu)先控制傳統(tǒng)的電制動(dòng)力優(yōu)先控制是充分利用動(dòng)車的電制動(dòng)力的控制方式。在列車的 電制動(dòng)力達(dá)到最大值之前，優(yōu)先使用動(dòng)車的電制動(dòng)力；電制動(dòng)力不足部分由拖車 的空氣制動(dòng)力補(bǔ)充；當(dāng)制動(dòng)力需求更大時(shí)，使用動(dòng)車的空氣制動(dòng)力補(bǔ)充。補(bǔ)充過(guò)

3、 程中單車的制動(dòng)力不超過(guò)由輪軌黏著條件決定的可用制動(dòng)力。采用傳統(tǒng)的電制動(dòng)力優(yōu)先控制，有利于充分發(fā)揮動(dòng)車電制動(dòng)力，減小空氣制 動(dòng)力的使用，降低列車制動(dòng)盤(pán)和閘片的整體磨耗。通常情況下，動(dòng)車的電制動(dòng)力和拖車的空氣制動(dòng)力之和已可滿足常用制動(dòng)的 需求。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，存在著拖車空氣制動(dòng)使用較多、動(dòng)車空氣制動(dòng)使用較 少或基本不用的情況，故拖車制動(dòng)盤(pán)和閘片的磨耗要大于動(dòng)車。2制動(dòng)控制系統(tǒng)制動(dòng)力分配策略2.1制動(dòng)力分配策略現(xiàn)有列車的制動(dòng)力分配策略主要有等黏著分配和等磨耗分配，等黏著分配策 略下制動(dòng)力管理模塊對(duì)整列車進(jìn)行制動(dòng)力分配，當(dāng)電制動(dòng)力滿足列車制動(dòng)需求時(shí)， 只施加動(dòng)車的電制動(dòng)力，不使用空氣制動(dòng)力；當(dāng)電制

4、動(dòng)力不滿足列車制動(dòng)需求， 但是滿足動(dòng)車制動(dòng)需求時(shí)，施加全部電制動(dòng)力，剩余的制動(dòng)力需求由拖車空氣制 動(dòng)補(bǔ)償，動(dòng)車空氣制動(dòng)不施加；當(dāng)電制動(dòng)力不滿足動(dòng)車制動(dòng)需求時(shí)，動(dòng)車施加全 部電制動(dòng)力和部分空氣制動(dòng)力來(lái)滿足動(dòng)車制動(dòng)需求，拖車施加空氣制動(dòng)力滿足拖 車制動(dòng)力需求，即拖車和動(dòng)車保持相等的黏著利用率。在等磨耗分配策略下，制 動(dòng)力管理模塊對(duì)整列車進(jìn)行制動(dòng)力分配，當(dāng)電制動(dòng)力滿足列車制動(dòng)需求時(shí)，只施 加動(dòng)車的電制動(dòng)力，不使用空氣制動(dòng)力；當(dāng)電制動(dòng)力不滿足列車制動(dòng)需求時(shí)，在 不超過(guò)黏著極限的情況下，動(dòng)車和拖車施加相同的空氣制動(dòng)力進(jìn)行補(bǔ)償；動(dòng)車達(dá) 到黏著極限后制動(dòng)力不再增加，不足部分由拖車空氣制動(dòng)補(bǔ)償。現(xiàn)有的等黏著和

5、 等磨耗分配策略均是按整列車分配制動(dòng)力?，F(xiàn)有列車根據(jù)編組方式分為幾個(gè)獨(dú)立 的空電復(fù)合制動(dòng)控制單元，當(dāng)某個(gè)單元內(nèi)的車輛制動(dòng)力存在故障時(shí)，如果按照等 黏著和等磨耗分配策略對(duì)制動(dòng)力進(jìn)行分配，各單元施加的制動(dòng)力可能會(huì)有較大差 距，降低了列車運(yùn)行的安全性。文中的制動(dòng)力分配策略首先計(jì)算每個(gè)單元的制動(dòng)力能力值，各個(gè)單元的制動(dòng) 力能力值發(fā)送到單元制動(dòng)力管理模塊，按載重比對(duì)各個(gè)單元總的制動(dòng)力進(jìn)行分配， 各個(gè)單元制動(dòng)力能力值滿足要求時(shí)，各個(gè)單元施加的制動(dòng)力與載重成正比；某個(gè) 單元制動(dòng)力能力值不滿足要求時(shí)，由其他單元的制動(dòng)力對(duì)該單元的制動(dòng)力進(jìn)行補(bǔ) 充。各個(gè)單元的制動(dòng)力分配完成后，在單元內(nèi)當(dāng)電制動(dòng)力滿足單元制動(dòng)需求時(shí)

6、， 只施加動(dòng)車的電制動(dòng)力，不使用空氣制動(dòng)力；當(dāng)電制動(dòng)力不滿足單元制動(dòng)需求時(shí)， 在不超過(guò)黏著極限的情況下，動(dòng)車和拖車按車重比施加空氣制動(dòng)力進(jìn)行補(bǔ)償；動(dòng) 車達(dá)到黏著極限后制動(dòng)力不再增加，不足部分由拖車空氣制動(dòng)補(bǔ)償。這樣避免當(dāng) 某個(gè)單元內(nèi)的車輛制動(dòng)力存在故障時(shí)單元間制動(dòng)力差距過(guò)大，保證列車運(yùn)行安全。文中的制動(dòng)力分配邏輯基于車輛控制的原則，每4輛車為一個(gè)單元。頭車車 輛控制器作為T(mén)BM對(duì)整車制動(dòng)力進(jìn)行管理，每個(gè)單元中選擇1個(gè)車輛控制器作為 SBM對(duì)單元內(nèi)的信號(hào)和制動(dòng)力進(jìn)行管理。當(dāng)TBM接收到制動(dòng)指令時(shí)，首先計(jì)算全列的目標(biāo)制動(dòng)力，然后將目標(biāo)制動(dòng)力 分配給各單元，再由各單元SBM在本單元內(nèi)進(jìn)行制動(dòng)力分配。

7、只有當(dāng)某個(gè)單元分 配到的制動(dòng)力超過(guò)自身的制動(dòng)能力時(shí)才對(duì)制動(dòng)力分配進(jìn)行調(diào)整，這樣保證了各單 元分配到的制動(dòng)力與單元自身的黏著匹配，同時(shí)減少了故障情況下各單元施加制 動(dòng)力的差距。SBM接收到TBM分配的目標(biāo)制動(dòng)力后，首先使用動(dòng)車的電制動(dòng)力，電制動(dòng)力 不滿足目標(biāo)制動(dòng)力需求時(shí)，在不超過(guò)黏著限制的情況下，剩余目標(biāo)制動(dòng)力按照車 重比由單元內(nèi)所有動(dòng)車和拖車的空氣制動(dòng)力承擔(dān)；動(dòng)車達(dá)到黏著限制后制動(dòng)力不 再增加，不足部分由拖車空氣制動(dòng)補(bǔ)償。2.2故障工況下的制動(dòng)力分配策略當(dāng)某輛車的制動(dòng)力發(fā)生故障時(shí)，列車制動(dòng)系統(tǒng)分配制動(dòng)力時(shí)將不考慮該車的 制動(dòng)力，而其他制動(dòng)力可用的車輛將施加更大的制動(dòng)力以保證列車達(dá)到目標(biāo)減速 度

8、。制動(dòng)力故障分為電制動(dòng)力故障和空氣制動(dòng)力故障，制動(dòng)力分配邏輯對(duì)這兩種 故障采用不同的處理方法。某輛動(dòng)車的電制動(dòng)力發(fā)生故障時(shí)，SBM在分配制動(dòng)力 時(shí)將不考慮該動(dòng)車的電制動(dòng)力。當(dāng)某輛車的空氣制動(dòng)力發(fā)生故障時(shí)，SBM在分配 制動(dòng)力時(shí)將不再考慮該車的空氣制動(dòng)力。2.3車輛發(fā)生滑行時(shí)的制動(dòng)力分配策略車輛的制動(dòng)控制單元BCU和牽引控制單元TCU都會(huì)對(duì)車輛的滑行情況進(jìn)行檢 測(cè)，當(dāng)BCU檢測(cè)到滑行時(shí)置位滑行信號(hào)EpSlide，當(dāng)TCU檢測(cè)到滑行時(shí)置位滑行 信號(hào)EdSlide。當(dāng)SBM檢測(cè)某輛車的滑行信號(hào)置位時(shí)，將會(huì)把預(yù)設(shè)黏著系數(shù)降低， 通過(guò)降低本車施加的制動(dòng)力達(dá)到快速恢復(fù)黏著的目的。當(dāng)EdSlide置位時(shí)，在

9、3s 內(nèi)SBM不對(duì)電制動(dòng)力進(jìn)行補(bǔ)充，等待TCU對(duì)電制動(dòng)力進(jìn)行處理，3s后若EdSlide 還是置位狀態(tài)則置位該節(jié)動(dòng)車電制動(dòng)力切除信號(hào)。EdSlide置位的同時(shí)EpSlide也 置位，持續(xù)時(shí)間超過(guò)1s時(shí)置位該節(jié)動(dòng)車電制動(dòng)力切除信號(hào)。以上控制邏輯可以有 效防止滑行信號(hào)誤檢測(cè)導(dǎo)致制動(dòng)力分配頻繁變化。2.4車輛停車階段制動(dòng)力分配策略列車速度小于一定程度時(shí)，電制動(dòng)力無(wú)法施加，為了使列車總制動(dòng)力在停車 的過(guò)程中保持平穩(wěn)，在減速停車過(guò)程中電制動(dòng)力平穩(wěn)地減小至零，與此同時(shí)空氣 制動(dòng)力以相同變化率增大，從而保證列車總制動(dòng)力不變。在減速過(guò)程中列車檢測(cè) 到速度小于58km/h時(shí)，停車信號(hào)EdFade被置位，制動(dòng)控制單元控制空氣制動(dòng) 力上升，由于空氣制動(dòng)力施加需要一定反應(yīng)時(shí)間，經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的反應(yīng)時(shí)間后電制動(dòng) 力以相同的斜率下降，直到減小為零，此后空氣制動(dòng)力保持不變。在此制動(dòng)力控 制邏輯下，實(shí)現(xiàn)了停車過(guò)程中電制動(dòng)力和空氣制動(dòng)力的平穩(wěn)切換。結(jié)論針對(duì)現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)中車輛制動(dòng)力存在故障時(shí)各單元施加制動(dòng)力差距較大問(wèn)題， 提出一種由列車制動(dòng)管理器根據(jù)各單元制動(dòng)力能力值和載重比進(jìn)行單元制動(dòng)力分 配，再由分段制動(dòng)管理器在單元內(nèi)按照等磨耗原則分配各車制動(dòng)力的整車制動(dòng)力 分配策略?？紤]多種工況下對(duì)制動(dòng)力的需求，基于Contro