1、動車組制動力分配策略摘要：制動系統是列車高速運行的安全保障，需要設計良好的控制策略來保證 安全停車。目前動車組采用的是空電復合的直通式電空制動系統，通過列車網絡 來傳遞制動控制指令和制動設備的狀態，實現制動系統和列車上其他系統之間的 交互。目前制動系統的協調控制方面在現場應用時還存在一些問題，因此研究動 車組電空混合制動控制算法具有重要的意義。關鍵詞：動車組；制動力；分配策略1常用制動力分配方式1.1均衡制動控制均衡制動控制是各車等減速度的控制方式，即各車承擔自身所需制動力。動 車優先使用電制動力，不足的部分采用本車的空氣制動力補充，拖車采用本車的 空氣制動力。采用均衡制動控制時，施加在每輛車

2、上的制動力與本車的質量成正比，單車 對黏著的利用率相同。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，改善制動性能。由于空氣制動力與電制動力僅在單車（動車）范圍內進行復合制動，拖車僅 能使用本車的空氣制動力，此種控制方式不能充分發揮電制動力的效果。在實際 運營過程中，拖車頻繁使用空氣制動，動車空氣制動基本不用，故拖車的制動盤 和閘片的磨耗要遠大于動車。1.2電制動力優先控制傳統的電制動力優先控制是充分利用動車的電制動力的控制方式。在列車的 電制動力達到最大值之前，優先使用動車的電制動力；電制動力不足部分由拖車 的空氣制動力補充；當制動力需求更大時，使用動車的空氣制動力補充。補充過

3、 程中單車的制動力不超過由輪軌黏著條件決定的可用制動力。采用傳統的電制動力優先控制，有利于充分發揮動車電制動力，減小空氣制 動力的使用，降低列車制動盤和閘片的整體磨耗。通常情況下，動車的電制動力和拖車的空氣制動力之和已可滿足常用制動的 需求。在實際運營過程中，存在著拖車空氣制動使用較多、動車空氣制動使用較 少或基本不用的情況，故拖車制動盤和閘片的磨耗要大于動車。2制動控制系統制動力分配策略2.1制動力分配策略現有列車的制動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 略下制動力管理模塊對整列車進行制動力分配，當電制動力滿足列車制動需求時， 只施加動車的電制動力，不使用空氣制動力；當電制

4、動力不滿足列車制動需求， 但是滿足動車制動需求時，施加全部電制動力，剩余的制動力需求由拖車空氣制 動補償，動車空氣制動不施加；當電制動力不滿足動車制動需求時，動車施加全 部電制動力和部分空氣制動力來滿足動車制動需求，拖車施加空氣制動力滿足拖 車制動力需求，即拖車和動車保持相等的黏著利用率。在等磨耗分配策略下，制 動力管理模塊對整列車進行制動力分配，當電制動力滿足列車制動需求時，只施 加動車的電制動力，不使用空氣制動力；當電制動力不滿足列車制動需求時，在 不超過黏著極限的情況下，動車和拖車施加相同的空氣制動力進行補償；動車達 到黏著極限后制動力不再增加，不足部分由拖車空氣制動補償。現有的等黏著和

5、 等磨耗分配策略均是按整列車分配制動力。現有列車根據編組方式分為幾個獨立 的空電復合制動控制單元，當某個單元內的車輛制動力存在故障時，如果按照等 黏著和等磨耗分配策略對制動力進行分配，各單元施加的制動力可能會有較大差 距，降低了列車運行的安全性。文中的制動力分配策略首先計算每個單元的制動力能力值，各個單元的制動 力能力值發送到單元制動力管理模塊，按載重比對各個單元總的制動力進行分配， 各個單元制動力能力值滿足要求時，各個單元施加的制動力與載重成正比；某個 單元制動力能力值不滿足要求時，由其他單元的制動力對該單元的制動力進行補 充。各個單元的制動力分配完成后，在單元內當電制動力滿足單元制動需求時

6、， 只施加動車的電制動力，不使用空氣制動力；當電制動力不滿足單元制動需求時， 在不超過黏著極限的情況下，動車和拖車按車重比施加空氣制動力進行補償；動 車達到黏著極限后制動力不再增加，不足部分由拖車空氣制動補償。這樣避免當 某個單元內的車輛制動力存在故障時單元間制動力差距過大，保證列車運行安全。文中的制動力分配邏輯基于車輛控制的原則，每4輛車為一個單元。頭車車 輛控制器作為TBM對整車制動力進行管理，每個單元中選擇1個車輛控制器作為 SBM對單元內的信號和制動力進行管理。當TBM接收到制動指令時，首先計算全列的目標制動力，然后將目標制動力 分配給各單元，再由各單元SBM在本單元內進行制動力分配。

7、只有當某個單元分 配到的制動力超過自身的制動能力時才對制動力分配進行調整，這樣保證了各單 元分配到的制動力與單元自身的黏著匹配，同時減少了故障情況下各單元施加制 動力的差距。SBM接收到TBM分配的目標制動力后，首先使用動車的電制動力，電制動力 不滿足目標制動力需求時，在不超過黏著限制的情況下，剩余目標制動力按照車 重比由單元內所有動車和拖車的空氣制動力承擔；動車達到黏著限制后制動力不 再增加，不足部分由拖車空氣制動補償。2.2故障工況下的制動力分配策略當某輛車的制動力發生故障時，列車制動系統分配制動力時將不考慮該車的 制動力，而其他制動力可用的車輛將施加更大的制動力以保證列車達到目標減速 度

8、。制動力故障分為電制動力故障和空氣制動力故障，制動力分配邏輯對這兩種 故障采用不同的處理方法。某輛動車的電制動力發生故障時，SBM在分配制動力 時將不考慮該動車的電制動力。當某輛車的空氣制動力發生故障時，SBM在分配 制動力時將不再考慮該車的空氣制動力。2.3車輛發生滑行時的制動力分配策略車輛的制動控制單元BCU和牽引控制單元TCU都會對車輛的滑行情況進行檢 測，當BCU檢測到滑行時置位滑行信號EpSlide，當TCU檢測到滑行時置位滑行 信號EdSlide。當SBM檢測某輛車的滑行信號置位時，將會把預設黏著系數降低， 通過降低本車施加的制動力達到快速恢復黏著的目的。當EdSlide置位時，在

9、3s 內SBM不對電制動力進行補充，等待TCU對電制動力進行處理，3s后若EdSlide 還是置位狀態則置位該節動車電制動力切除信號。EdSlide置位的同時EpSlide也 置位，持續時間超過1s時置位該節動車電制動力切除信號。以上控制邏輯可以有 效防止滑行信號誤檢測導致制動力分配頻繁變化。2.4車輛停車階段制動力分配策略列車速度小于一定程度時，電制動力無法施加，為了使列車總制動力在停車 的過程中保持平穩，在減速停車過程中電制動力平穩地減小至零，與此同時空氣 制動力以相同變化率增大，從而保證列車總制動力不變。在減速過程中列車檢測 到速度小于58km/h時，停車信號EdFade被置位，制動控制單元控制空氣制動 力上升，由于空氣制動力施加需要一定反應時間，經過預設的反應時間后電制動 力以相同的斜率下降，直到減小為零，此后空氣制動力保持不變。在此制動力控 制邏輯下，實現了停車過程中電制動力和空氣制動力的平穩切換。結論針對現有制動系統中車輛制動力存在故障時各單元施加制動力差距較大問題， 提出一種由列車制動管理器根據各單元制動力能力值和載重比進行單元制動力分 配，再由分段制動管理器在單元內按照等磨耗原則分配各車制動力的整車制動力 分配策略。考慮多種工況下對制動力的需求，基于Contro