地铁列车单车空气制动不缓解故障分析

张胜　岳铭

摘要 针对武汉地铁4号线出现单车空气制动不缓解故障问题进行分析，通过观察车辆制动不缓解故障现象，结合空气制动不缓解故障判断逻辑，分析故障时刻制动数据，故障点查找排除，综合分析确定为制动控制装置（BCU）中制动控制插件板（EPC）损坏导致。针对制动控制插件板故障原因，提出了故障处理方法;为避免单车空气制动不缓解故障对正线运营造成影响，总结了正线单车空气制动不缓解故障应急处置方法。

关键词 空气制动;制动不缓解;制动控制装置;制动控制插件板

中图分类号 U279.3 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0064-03

0 引言

随着我国经济的快速发展，越来越多的城市着力于地铁线路建设，投入使用的地铁车辆数量也在不断增多。虽然国内地铁车辆技术日益成熟，但地铁在使用过程中依然会出现各类故障，有些故障甚至会严重影响行车安全[1]，其中，制动系统中单车空气制动不缓解故障属于比较典型故障，处置不当容易导致列车无法牵引动车，对正线运营造成影响[2]。该文主要针对武汉地铁4号线出现单车制动不缓解故障进行分析，找出故障原因做出相应改进，总结制动不缓解故障特点及正线故障处置方法。

1 武汉地铁4号线制动系统概述

武汉地铁4号线制动系统采用微机控制的模拟式电空制动系统，控制系统采用车控方式，每辆车都配有一套电空制动控制装置（BCU），BCU内设有监控终端，能进行故障记录及制动数据存储，并通过具有存储功能的制动系统维护终端的USB接口与计算机进行通信，方便对车辆的故障、信息等方面的处理（见图1）。空气制动执行单元由踏面制动单元缸、带停放复合缸及闸瓦等组成，通过向制动单元缸内充入或排出空氣完成闸瓦和踏面的贴合与分离，从而完成空气制动施加和缓解。

制动控制装置由制动微机控制单元（EBCU）和气动控制单元（PBCU）两部分组成。制动微机控制单元主要由5块制动插件板组成，其中制动控制插件板（EPC）主要实现常用制动的控制计算、制动施加电磁阀（AV阀）和制动缓解电磁阀（RV阀）的驱动输出。PBCU主要由电磁阀等气动执行机构组成，其接收来自EBCU指令进行制动和缓解动作，从而控制单元制动缸内空气的充入与排出，实现空气制动施加与缓解。因此当EPC板卡出现故障时，PBCU将无法接收EBCU动作指令进行制动及缓解动作，进而会出现单车空气制动不缓解故障。

2 单车制动不缓解故障现象

武汉地铁4号线车辆正线出现多起单车空气制动不缓解故障，部分故障记录如表1所示。

由故障记录表1可以看出，当车辆出现单车空气制动不缓解时，HMI界面会显示BCU制动不缓解信息提示，同时控制台面板上制动不缓解指示灯会亮。

4号线车辆空气制动不缓解判断逻辑为在缓解指令发出后，通过检测制动缸压力进行空气制动不缓解检测，制动缸压力不能在规定的时间（5 s）内下降到一定的压力，制动系统会判断缓解失效，HMI会报出制动不缓解故障。

此时制动控制装置将制动不缓解信号通过数字量输出模块给车辆控制单元，从而HMI报出制动不缓解故障，同时制动控制装置会使制动不缓解灯信号继电器得电，致使制动不缓解灯点亮。

3 故障分析

对制动不缓解故障车辆进行检查，检查车下无异常，车轮无擦伤痕迹。通过制动维护终端下载故障时刻数据分析发现，车辆在牵引工况下，由制动状态缓解时，出现单节车AC实测值及BC实测值无法正常降低情况（见图2），其中BC实测值为单元制动缸输入空气压力;同时故障信息提示界面对应车号显示制动不缓解故障。根据故障现象及制动数据显示，制动不缓解车辆可确定为单车空车制动不缓解故障。

空气制动控制气路图如图3所示，AV阀为制动施加电磁阀，RV阀为制动缓解电磁阀，AC压力传感器检测预控压力，制动数据显示为AC实测值，BC压力传感器检测制动缸压力，制动数据显示为BC实测值，图中.06为中继阀，其作用是进行流量放大，使制动缸的压力BC跟随控制压力AC变化而变化。正常情况下，制动施加时，AV阀和RV阀均得电，预控压力上升控制中继阀动作，使主风管压缩空气进入到制动单元缸管路内，风压增大，从而BC实测值上升;制动缓解时，AV阀和RV阀均失电，预控压力排空，中继阀动作，制动单元缸内空气通过中继阀排出，风压减小，BC实测值下降。由此分析可知，制动数据中显示的预控压力无法及时排空，导致制动缸压力不能及时下降，从而造成单车空气制动不缓解故障。

根据预控压力无法排空故障点，分析可能故障原因为：

（1） AC、BC压力传感器故障导致压力采集信息错误，与实际压力值不符，出现压力值显示异常情况，从而制动系统报出制动不缓解故障。

（2）制动缓解电磁阀RV自身故障或制动缓解电磁阀驱动控制故障，导致缓解电磁阀无法失电，使预控压力（AC压力）无法及时排空。

为确定具体故障原因，使用手持式压力测力装置测得AC、BC压力测点处压力值与制动软件显示压力基本一致，可排除AC、BC压力传感器故障，将故障车制动缓解电磁阀与正常车对调后故障现象未转移，排除制动缓解电磁阀RV自身故障，将故障车制动控制插件板与正常车对调后故障转移，最终确定为制动控制插件板（EPC）故障，更换故障EPC板卡后，故障恢复，车辆调试无异常。

4 故障排除

针对EPC板卡故障导致单车空气制动不缓解故障，对EPC板卡检测分析确认为EPC板卡上的缓解电磁阀驱动芯片损坏导致。RV阀驱动芯片功能框图如图4所示，RV阀驱动芯片内部有有源嵌位保护电路，而制动施加和缓解电磁阀为感性负载，在开关断开时会产生感应电动势，但内部保护电路吸收能力有限，在开关长期使用且动作频繁、无额外保护的工况下会累积损伤，导致芯片损坏。为避免此类故障隐患，保护RV阀驱动芯片内部的有源嵌位电路不受损坏，4号线已将每个RV、AV电磁阀连接器更换带有保护二极管的连接器，在外部增加吸收电路保护有源嵌位电路，运营观察至今无该类故障出现。

5 总结

由分析可以看出：由于制动控制装置（BCU）中制动控制插件板（EPC）损坏导致了缓解电磁阀RV阀无法失电，预控压力无法及时排出，致使单元制动缸压力无法下降，造成了单车空气制动不缓解故障。建议后续项目电路设计时增加对芯片的保护设计，避免芯片损坏导致制动故障。

基于EPC板卡故障导致单车空气制动不缓解故障现象，当正线出现该类故障现象时，为更快速做出应急处置，乘务员可根据HMI故障显示的车厢号，对单节故障车进行制动切除操作并及时退出运营。

参考文献

[1]赵寻， 文作强， 熊耀. 重庆市轨道交通1号线车辆制动不缓解典型案例分析[J]. 现代城市轨道交通， 2019（3）： 15-18.

[2]李昌锐. 地铁车辆空气制动不缓解故障研究[J]. 技术与市场， 2021（11）： 72-73.