CRH3系列动车组制动控制系统介绍

秦佳颖 陈澍军 刘中华

摘要：制动控制系统是制动系统中的核心组成部分，在由司机或列车自动控制系统ATP控制的制动过程中负责生成、传递制动信号，并对制动力进行计算和分配的部分。文章介绍了CRH3系列动车组制动控制系统的电气原理、气路原理、空电复合方式以及故障诊断功能。

关键词：CRH3系列动车组；制动控制系统；ATP控制；制动力；电气原理；气路原理 文献标识码：A

中图分类号：U270 文章编号：1009-2374（2016）17-0098-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.047

制动控制系统是制动系统中的核心组成部分，在由司机或列车自动控制系统ATP控制的制动过程中，负责生成、传递制动信号，并对制动力进行计算和分配的部分。制动控制系统能够实现列车常用制动、紧急制动等功能，同时对于制动系统可能发生的故障、失效等情况，制动控制系统具有完善的故障诊断措施和故障导向安全的控制体系。

CRH3系列动车组包括CRH3C、CRH380B和CRH380BL动车组，其制动控制系统具有空电复合制动功能，空气制动部分由微机控制的直通式制动系统和备用的自动式制动系统组成。直通式制动系统通过列车网络与硬线传输制动控制指令；自动式制动系统由列车管传输制动控制指令。

下面针对CRH3系统动车组中制动控制系统的电气原理、气路原理、空电复合方式及故障诊断进行介绍。

1 电气原理

CRH3C和CRH380B动车组制动系统的系统组成如图1，CRH380BL动车组在此基础上仅增加编组数量。电制动和空气制动的协调由制动控制单元EBCU、牵引控制单元TCU和列车中央控制系统CCU进行控制。在一个牵引单元（4辆车）内，数据交换由MVB来完成，牵引单元之间的通讯由WTB完成。

1.1 常用制动

列车运行过程中，司机可通过“制动控制手柄”发出制动指令，制动级位与“制动控制手柄”扳动的角度成比例。同时，列车控制系统也可产生常用制动指令。负责列车制动管理的主EBCU接收制动指令，按照优先施加电制动原则进行整车制动力分配，并通过MVB和WTB将制动指令发送至各车EBCU。主EBCU确保在制动过程中不会因制动力过高导致轮轨黏着超标，确保空气制动装置的载荷均匀。

单车EBCU通过MVB读入制动指令，并控制本车电制动和空气制动的复合。动车EBCU向本车TCU发送电制动请求并接收反馈信号，由TCU施加电制动。电制动不足部分，由本车BCU控制常用制动电磁阀补充空气制动。

制动施加/缓解状态记录在各车的EBCU中，同时通过MVB和WTB报告给司机。

1.2 紧急制动

列车设有紧急制动安全环路，制动控制手柄紧急制动位、紧急制动按钮、列车自动控制系统等均串入环路中，均可断开紧急制动安全环路。

当紧急制动环路断开时：各车PBCU内紧急制动电磁阀直接读取环路状态，通过直通式制动实施紧急制动；同时列车管紧急排风阀读取到环路状态，控制列车管排风，由各车PBCU通过自动式制动实施紧急制动。施加紧急制动过程中，若电制动不可用，则仅施加空气制动；若电制动可用，则在黏着允许情况下叠加电制动。

制动控制手柄紧急制动位和紧急制动按钮发出断开紧急制动安全环路的电信号，同时还通过气路激活列车管紧急排风阀进行排风，触发各车PBCU实施自动式空气制动。

2 气路原理

2.1 常用制动

直通式电空制动系统由EBCU控制：EBCU接收并解读来自制动控制手柄或列车控制系统的制动指令，然后控制PBCU执行空气制动。

直通式电空制动系统的气路原理如图2，压缩空气从总风管经止回阀流至制动风缸；当总风压力不足时，止回阀可确保制动风缸内有足够的压力空气。制动风缸为PBCU提供风源，PBCU负责空气制动的控制。

在PBCU内，常用制动电磁阀将来自EBCU的电信号转换成相应的预控制空气压力。常用制动时，紧急电磁阀失电关闭，从常用制动电磁阀来的压缩空气经称重阀进入中继阀，经过中继阀流量放大后输出。常用制动时，制动力随载重变化的调整由EBCU进行控制。称重阀可根据载重情况，限制中继阀预控压力的设定值，在制动压力控制电路出现故障时防止制动力过大。

2.2 紧急制动

紧急制动时，紧急制动安全回路断开，紧急电磁阀得电打开，从总风管来的压缩空气经紧急电磁阀进入称重阀和中继阀，施加与载荷相应的紧急制动压力，此时如EBCU处于正常工作状态，可同时控制电空转换阀产生紧急制动压力。紧急制动指令同时也发送给备用的自动式空气制动系统：制动管的压缩空气也通过一个紧急排风阀迅速排空，继而触发分配阀产生紧急制动动作。直通式制动压力与自动式制动压力在双向止回阀进行比较，较大者经称重阀到达中继阀，最终完成对制动缸压力的控制。具体参见图3所示：

2.3 备用制动

司机可通过司机室备用制动控制手柄控制列车管的充/排风，通过各车PBCU中分配阀和中继阀实现自动式空气制动的施加/缓解动作。

3 空电复合方式

空气制动与电制动的制动力分配由EBCU控制，EBCU经MVB和WTB读取牵引系统再生制动状态信息，并依据制动指令，按设定的复合制动模式完成电制动力与空气制动力的分配。

CRH3动车组可利用的电制动的特性曲线如图4所示。

3.1 常用制动

由图4可知，高速段电制动力较小，随着速度的降低，电制动力逐渐增加。

常用制动时，优先采用电制动力，电制动力不足部分，由EBCU控制直通式电空制动补充空气制动力。

3.2 紧急制动

紧急制动时，在紧急空气制动全部施加的基础上，在黏着允许的情况下叠加电制动。在速度降至80km/h以下时，仅施加空气制动。空电复合紧急制动设计曲线如图5所示。

4 故障诊断及信息

制动系统通过带电节点的截断塞门及传感器等采集外部设备状态信息，并将这些信息输入EBCU，由其对车辆制动系统状态进行判断，并将故障和制动状态信息通过MVB和WTB发送至司机显示器，以便于车辆的运行控制和故障处理。同时制动系统的诊断信息经列车远程数据传输系统传输到地面服务中心，地面维护人员可对列车制动系统状态进行实时监控。

制动系统的故障诊断主要包括如下三方面：（1）影响安全的故障：严重影响车辆的运行安全，EBCU会依据故障的重要等级触发制动；（2）功能监测：司机可随时掌握车辆制动系统的状态，并为地面维护提供支持；（3）制动试验故障：（动车组在运行前，需进行一系列制动试验，以检查车辆制动系统的功能是否正常）BCU需对试验结果进行诊断，确定车辆制动状态及存在故障的情况。

在EBCU内设有RS232串口，可与PC机进行通讯，实现监控BCU的相关实时参数及下载故障数据等功能。

5 结语

CRH3系列动车组制动控制系统遵循故障导向安全的原则，能够保证列车的安全运行，其控制系统及诊断模式在高速动车组制动系统的设计中很值得借鉴。

参考文献

[1] 尹方，等.和谐型动车组紧急制动模式分析[J].铁道机车车辆，2009，29（2）.

[2] 孙帮成.CRH380BL型动车组[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[3] 曹宏发，等.和谐号动车组制动系统故障再现及分析[J].铁道机车车辆，2011，（5）.

作者简介：秦佳颖，男，中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心工程师，研究方向：动车组制动系统研发设计。

（责任编辑：小 燕）