动车组制动力分配方式研究

发表时间:2019/3/7   来源:《建筑学研究前沿》2018年第33期   作者:杜平海
[导读] 目前制动系统的协调控制方面在现场应用时还存在一些问题,因此研究动车组电空混合制动控制算法具有重要的意义。
金华市轨道交通集团有限公司  浙江金华  321000
  摘要:本文采取电制动优先,空气制动补充的策略,为可能充分利用电制动,提高制动盘、制动闸片的使用寿命,减少能量消耗,提高列车经济性能。进行了分析,希望对有关人士有所帮助。
  关键词:动车组;电制动;空气制动;制动力分配策略
  
  
  引言
  制动系统是列车高速运行的安全保障,需要设计良好的控制策略来保证安全停车。目前动车组采用的是空电复合的直通式电空制动系统,通过列车网络来传递制动控制指令和制动设备的状态,实现制动系统和列车上其他系统之间的交互。目前制动系统的协调控制方面在现场应用时还存在一些问题,因此研究动车组电空混合制动控制算法具有重要的意义。
  以动车组整车制动系统为研究对象,利用 control-build软件搭建整车制动力分配逻辑,对各种制动工况和制动方式下的车辆制动力动态分配进行分析。由列车制动管理器根据各单元制动力能力值和载重比进行单元制动力分配,再由分段制动管理器在单元内按照等磨耗原则分配各车制动力,对电制动故 障、空气制 动故障、滑行以及停车情况下各车的制动力分配进行仿真分析,仿真结果表明搭建的制动力分配逻辑能够有效的提高制动效率,确保列车能够安全运行。
  1、制动控制系统制动力分配策略
  1.1制动控制系统介绍
  动车组由多个功能不同的车辆组合而成,每辆车上都配备制动系统,动车上包含电制动和空气制动两种控制装置,拖车上的控制装置只有空气制动。制动系统主要由电制动系统、空气制动系统、防滑装置和制动控制系统组成。制动指令通过列车网络传送到每辆车的制动控制系统,电子控制单元根据速度、减速度和轮轨 黏着状态确定电制动力和空气制动力的分配关系。
  制动系统要完成整列车的制动需求需要各个设备按照功能划分进行协作,完成制动信息在全列车范围内的传递和执行,同时还需要与CCU、TCU等系统进行数据 的交互,相关设备主要包括制动控制单元(BCU)、分段制动管理器(SBM)、列车制动管理器(TBM)、牵引控制单元(TCU)和中央控制单元(CCU)。
  BCU的作用是计算本车最大可用空气制动力、实际发挥的空气制动力和状态信息,通过MVB网络与SBM进行数据传输;SBM的功能是将制动系统相关设备的信息发送给TBM,同时从TBM接收指令发送给制动系统的各个设备;TBM控制并协调列车的所有常用制动系统TBM根据制动指令计算所需的制动力,根据可用的电制动力和空气制动力数据计算SBM单元制动力指令,通过网络传送给SBM;TCU将牵引装置能够施加的最大电制动力和实际发挥的电制动力发送给SBM,从SBM接收需要施加的电制动力;CCU管理整个车辆,将当前列车的配置发送给BCU。


  1.2制动力分配策略
  现有列车的制动力分配策略主要有等黏着分配和等磨耗分配,等黏着分配策略下制动力管理模块对整列车进行制动力分配,当电制动力满足列车制动需求时,只施加动车的电制动力,不使用空气制动力;当电制动力不满足列车制动需求,但是满足动车制动需求时,施加全部电制动力,剩余的制动力需求由拖车空气制动补偿,动车空气制动不施加;当电制动力不满足动车制动需求时,动车施加全部电制动力和部分空气制动力来满足动车制动需求,拖车施加空气制动力满足拖车制动力需求,即拖车和动车保持相等的黏着利用率。在等磨耗分配策略下,制动力管理模块对整列车进行制动力分配,当电制动力满足列车制动需求时,只施加动车的电制动力,不使用空气制动力;当电制动力不满足列车制动需求时,在不超过黏着极限的情况下,动车和拖车施加相同的空气制动力进行补偿;动车达到黏着极限后制动力不再增加,不足部分由拖车空气制动补偿。
  现有的等黏着和等磨耗分配策略均是按整列车分配制动力。现有列车根据编组方式分为几个独立的空电复合制动控制单元,当某个单元内的车辆制动力存在故障时,如果按照等黏着和等磨耗分配策略对制动力进行分配,各单元施加的制动力可能会有较大差距,降低了列车运行的安全性。
  1.3故障工况下的制动力分配策略
  当某辆车的制动力发生故障时,列车制动系统分配制动力时将不考虑该车的制动力,而其他制动力可用的车辆将施加更大的制动力以保证列车达到目标减速度。制动力故障分为电制动力故障和空气制动力故障,制动力分配逻辑对这两种故障采用不同的处理方法。某辆动车的电制动力发生故障时,SBM在分配制动力时将不考虑该动车的电制动力,当某辆车的空气制动力发生故障时,SBM在分配制动力时将不再考虑该车的空气制动力。
  1.4车辆发生滑行时的制动力分配策略
  车辆的制动控制单元BCU和牵引控制单元TCU都会对车辆的滑行情况进行检测,当BCU检测到滑行时置位滑行信号ERSLIDE,当TCU检测到滑行时置位滑行信号 ERSLIDE。发生滑行时制动控制单元通过对列车的制动力进行管理,防止列车滑行情况恶化。当SBM检测某辆车的滑行信号置位时,将会把预设黏着系数降低,通过降低本车施加的制动力达到快速恢复黏着的目的。当ERSLIDE置位时,在3s内SBM不对电制动力进行补充,等待TCU对电制动力进行处理,3S后若ERSLIDE还是置位状态则置位该节动车电制动力切除信号。ERSLIDE置位的同时ERSLIDE也置位,持续时间超过1S时置位该节动车电制动力切除信号。以上控制逻辑可以有效防止滑行信号误检测导致制动力分配频繁变化。
  2、制动控制系统制动力分配策略
  2.1故障工况下制动力分配情况
  列车制动力故障分为电制动力故障和空气制动力故障,设定10S时单元1动车1电制动力故障,20S时单元2拖车1空气制动力故障,30S时单元1拖车1空气制动力故障,仿真验证在故障工况下制动力分配逻辑的有效性。当车辆制动力故障时,两单元的能力值相应下降,但两单元能力值还能够满足目标制动力,因此分配给两单元的制动力不变。
  2.2滑行工况下制动力分配情况
  设定单元1动车1的TCU在10S检测到滑行,单元2动车1的 TCU在20S检测到滑行,单元2动车1的BCU在21S检测到滑行,对该工况下的制动力分配情况进行仿真分析。
  单元1动车1的TCU检测到滑行后,动车1的预设黏着限制降低,动车1空气制动力下降至黏着限制,防止滑行恶化,同时两辆拖车和动车2的空气制动力上升,保证目标制动力得到满足;13S滑行信号未消失动车1电制动力切除信号被置位,动车1作为拖车考虑,其空气制动力与拖车空气制动力按车重比承担剩余目标制动力。由于动车1电制动力切除,单元1制动力能力值下降。
  结语
  针对现有制动系统中车辆制动力存在故障时各单元施加制动力差距较大问题,提出一种由列车制动管理器根据各单元制动力能力值和载重比进行单元制动力分配,再由分段制动管理器在单元内按照等磨耗原则分配各车制动力的整车制动力分配策略。结果表明该分配策略能够减少故障情况下各单元施加制动力的差距,并满足不同工况下列车安全平稳制动的要求。
  参考文献
  [1]石先明. 动车组制动系统故障对行车安全影响的分析[J]. 铁道标准设计,2013(02):120-127.
  [2]杨辉,张芳,张坤鹏,李中奇,付雅婷. 基于分布式模型的动车组预测控制方法[J]. 自动化学报,2014,40(09):1912-1921.
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