国产架控制动系统在北京地铁15号线的应用

张天军

（北京东直门机场快速轨道有限公司，北京100027）

架控制动系统是以转向架为单位的一种制动控制方式。目前进口的架控制动系统基本垄断了国内城轨车辆市场，在价格、售后和备件等方面给国内各个城市的地铁公司造成了一定的困扰。同时，国外架控制动系统存在检修困难、维护成本高等问题。

中国铁道科学研究院机车车辆研究所（铁科院机辆所）研制的城轨车辆架控制动系统打破了国外产品的垄断。该系统已经在广州地铁3号线北延段投入载客运营，性能良好。北京地铁15号线在前期25列车完成进口制动系统的供货后，后续7列车采用了国产架控制动系统，实现国产架控制动系统的批量应用。

由于要求和前期车辆的制动系统接口保持一致，国产架控制动系统装车实施中存在技术难度大、开发周期紧的问题。本文就制动系统的组成、关键部件方案实施等进行论述和探讨；同时对装备国产架控制动系统车辆的试验情况进行介绍。

1 制动系统组成

1.1 制动系统概述

北京地铁15号线采用6辆编制，4动2拖，编组方式为：＋Tc－M1－M2＝M2－M1－Tc＋。车辆最高运行速度为100 km／h。图1为半列车的编组和制动控制单元配置方式。

图1 列车编组

全列车配备两个风源系统，进行单双日控制。基础制动采用盘形制动单元，满足高速下列车制动力的要求；每个轴都配备带弹簧制动的停放制动单元，满足列车在35‰坡道停车的要求。

车辆的制动系统采用微机控制的直通式电空制动系统，以转向架为单位进行制动控制。空压机组通过贯穿全列的总风管供风，每个车辆上配有总风缸。车辆制动控制采用硬线指令为主，网络指令备用的方式。制动控制单元通过检测列车制动PWM（Pulse Width Modulation，脉动宽度调制）指令及车辆载重信息，对总风进行控制，实现制动缸压力的无级控制，保证车辆的减速度。列车制动采用电制动和空气制动协调的方式，电制动优先。在电制动不足时由空气制动补足。紧急制动采用纯空气制动。

图2 架控制动系统的网络接口方式

每个2动1拖单元中配置2个EP09G单元，负责与MVB总线的网络接口，EP09 G单元通过MVB总线接收制动指令和电制动信号，并计算出本单元中各个转向架上应施加的空气制动，然后通过制动系统CAN总线传送给本单元的各架控EP09S／EP09 R。正常情况下，一个单元内的EP09G只有一个工作在主控模式，另一个作为备用工作在从模式。

国产架控制动系统的指标如表1所示。

表1 系统指标

1.2 制动系统组成

根据图3中Tc车的制动系统管路原理可以看出，制动系统提供的设备主要包括空气制动系统及相关气动控制部分等内容，主要包括：①风源系统（A0）；②制动控制系统（B13，B7）；③基础制动（C4，C5，C9，C10）；④防滑装置（G2，G31，G32和 G33）；⑤空气悬挂辅助装置（L5和L6）。

（1）风源系统

整列车有两套风源装置，每个动力单元内装设一套，包括空气压缩机、干燥器、油水分离器、安全阀、压力开关等。

（2）制动控制系统

包括制动控制单元（B13）和停放制动控制模块（B7）。根据制动控制单元内部集成功能的区别，分别配置了EP09G，EP09S和EP09R 3种制动控制点单元。其中EP09G内集成了MVB网卡，负责和车辆控制系统的通讯和制动计算。

每车配有1套辅助控制模块，该模块集成了停放控制功能及空气弹簧供风用的溢流阀、减压阀、塞门以及风缸等部件。

（3）基础制动装置

采用盘形制动方式，包括制动夹钳、制动盘及闸片。每个转向架对角配置带停放功能的制动夹钳。

（4）空气防滑装置

每辆车4路速度传感器及相应的测速齿轮，实时检测车轮转速。在车轮转速异常或车轮抱死时，制动控制单元会进行单轴的防滑控制，防止车轮擦伤。

（5）空气悬挂辅助装置

每转向架配2个高度阀L5，保证空气弹簧的平衡，保持车辆的稳定。每个转向架配置一套差压阀，当两个空气弹簧压差过大时，平衡空气弹簧的压力。

图3 Tc车制动系统原理图

2 实施方案

国产架控制动系统装备北京15号线后7列车，因此要求制动系统设备的机械接口和电气接口等和前期进口制动系统保持一致。由于原制动系统预留的车下空间位置和电气布线都是固定的，因此在国产制动系统的开发上有一定的技术难度。电气接口完全根据原系统的接口进行配置和开发，因此实现起来难度较小。但主要部件的机械安装方面由于空间限制，需要进行周密的设计保证安装的合理可靠。下面就关键的几个部件的实施方案进行阐述。

2.1 风源系统

AGTU－0.9G风源装置由4大主要部件构成（如图4所示）：即整体吊架、空气压缩机、空气净化处理单元和电控单元，它们用螺栓连接在一起组成一个紧凑单元。空气压缩机采用螺杆式压缩机；空气处理单元采用双塔干燥器。

风源系统整体吊架的接口和原车的设计保持一致，同时和车辆的管路接口位置一致，确保设备能合理安装。电气逻辑上，在保证和原车一致的基础上，增加了内部的温度和压力保护。

图4 风源系统组成

2.2 制动控制单元

制动控制单元是制动系统的核心部件。由于空气位置的限制，制动控制单元采用了集成的模块化设计，气电分离。气控阀类集成在气路板上，电气板卡用机箱组装，共同组装在箱体内。在阀故障或电气故障时，可以非常方便的进行阀的更换和板卡的插拔，方便运用和维护。3个制动控制单元EP09 G、EP09S和EP09R采用了相同的箱体结构型式，根据功能的不同，对板卡的配置以及车辆布线的配置有差异。

EP09制动控制单元是一个机电一体化的电子机械装置，每个BCU由气动单元（PVU）和电子控制装置两部分组成。在结构设计上，它将安装在集成气路板上的气动单元（PVU）和实施电子控制的板卡机箱分隔成两个独立单元，但又组合在同一箱壳内，这就为故障检测和维修保养提供了方便。所有BCU的PVU单元的结构完全一致，它们接受电子指令的控制，产生气动压力的控制。但各BCU的电子板卡略有区别，GBCU板卡除包含SBCU所有功能外，它还含有与MVB、CAN总线的通信和列车制动管理功能的板卡。

配有制动网关单元GBCU和本地制动控制单元SBCU一辆车的制动系统电气接口如图5所示。每GBCU和SBCU都有紧急制动的控制输入和2路速度传感器接口。常用制动是通过制动CAN总线来控制的，但紧急制动不采用CAN总线控制，而是由紧急制动列车线直接控制每个转向架的BCU。

对于机电一体化的控制装置，出于小型化、轻量化和降低成本的目的，电子控制电路多采用单板或若干个小板拼装的结构。但这种结构给系统调试特别是系统的检修和维护带来很大困难。EP09制动电子控制系统从设计、生产和检修、维护的标准化要求出发，采用了标准的模块化结构，按系统的功能要求划分为若干个功能模块，每个功能模块为一个电子插件板，电子插件板采用3 U×160 mm的标准尺寸，模块的基本宽度为4 HP，单个功能可插入到3 U标准插箱中，插箱采用42 HP的半宽标准机箱。

除电源板卡外，每种板卡插件均为带微控制器的智能板卡，各板卡之间通过背板上的CAN总线交换信息，同并行总线相比，采用串行的CAN总线不仅可以使硬件电路大为简化，而且还可以保证数据的完整性，提高了系统的可靠性。EP09制动系统BCU的智能板卡模块及CAN通信总线如图6所示。

图5 1辆车的制动系统电气接口（GBCU＋SBCU）

图6 BCU的智能板卡模块及CAN通信总线框图

同原制动系统的制动控制单元相比，国产架控制动控制单元的机械尺寸比原系统大，见图7。但是确保了管路接口位置和电气连接器接口位置的一致性。

图7 制动控制单元内部结构

图8 制动夹钳单元

2.3 夹钳单元（见图8）

转向架的安装空间和吊挂点都是确定的，新的夹钳必须确保安装接口和整体的尺寸符合空间的要求。国产制动系统采用了PD型夹钳单元，机械吊装接口的设计和原车保持相同；夹钳安装所需空间符合转向架设备布置的要求。

原车采用的是将弹簧停车制动独立出来，而目前国产夹钳则是将弹簧停车和制动缸结合在一起，所以造成了管路安装接口位置的不一致，目前采取添加一根过渡软管的方法实现与原车接口位置的一致。

3 制动系统试验

由于设计阶段的周密设计和细致工作，国产架控制动系统顺利的实现了安装和调试。调试的结果表明国产架控制动系统的基本功能包括常用、紧急、保持以及停放等和原制动系统保持了一致。

装备国产架控制动系统的首列车进行正线的型式试验。型式试验分为A W0载荷和A W3载荷。在不同的载荷下，国产架控制动系统完成了初始速度为30，60，80 km／h和100 km／h各级速度级下的最大常用电空制动、最大常用纯空气制动、紧急制动等试验，试验结果表明制动距离和减速满足技术条件和车辆运用的要求。同时，完成了A W0载荷下的防滑功能试验，在常用制动、紧急制动等各个工况下，防滑功能正常，车轮表面无擦伤。

4 结束语

北京地铁15号线国产架控制动系统在保持接口和原进口系统一致的情况，制动功能和性能满足了技术条件及车辆运营的要求。

［1］王群伟，林祜亭，王新海，韩晓辉.架控制动系统及其在城轨车辆上的应用［J］.铁道机车车辆，2011，31（2）：31－33.

［2］程畅栋，任得鹏，段继超.地铁车辆国产化架控制动系统的应用［J］.技术与市场，2011，（07）：28－29，31.