列车常用制动控制故障诊断与优化分析

臧伟

摘要：论文对地铁车辆常用制动控制进行了研究，重点分析了信号系统和网络系统对列车常用制动的控制原理及逻辑。并结合实际故障对控制线路提出优化建议，确保常用制动控制更加安全可靠。

关键词：制动控制;制动列车线;ATOBR

1 引言

在地铁运行过程中，制动系统是其必不可少的关键性组成要素，关乎地铁的稳定运行和乘客的出行安全。地铁列车制动功能包括了常用制动、紧急制动、保持制动和停放制动等，主要采用电-空混合制动的方式。常用制动又分为电制动和空气制动，由列车制动系统和牵引系统协同控制完成。常用制动的施加缓解可由信号系统和网络系统分别控制，两者之间既有关联，又存在不同。

2 常用制動控制基本概述

常用制动是在正常条件下施加的制动，常用制动采取电制动和空气制动混合施加的方式，混合施加时，电制动优先，不足的部分由空气制动随时进行补偿。ATO模式下，列车在ATC系统的控制监护下自动驾驶，无需人工操作。此模式下，ATC将牵引制动力需求值通过MVB接口传给列车控制单元VCU，经过网络解析后传送给牵引、制动系统。在人工模式下主控制手柄拉向制动，司控器输出一定的模拟量通过输入输出设备RIOM传给VCU，VCU将该模拟量转换为制动力参考值并计算出整车制动力。特殊情况下，如果列车网络故障，列车进入紧急牵引状态，此时列车的常用制动将由纯空气制动系统施加。

3 控制原理分析

3.1现有信号与车辆关于制动输出执行方案

根据目前执行的方案，在ATO驾驶模式下，“Brake Output Status 制动输出状态”（图1）本身只是一个状态反馈，不是一个控制命令信号，车辆 TCMS 对此信号为仅做状态监控，信号输出的制动指令通过硬线给出。

3.2制动列车线电气控制的理解

根据电路设计逻辑，制动列车线得电制动缓解，失电制动施加。参照图2牵引制动控制原理图，红色线为ATO驾驶模式电路走向，绿色线为手动驾驶电路走向，控制原理分析如下：

（1）ATO模式下列车牵引工况下，110V电压经过MCCB的1、2触点，ATOMR（信号ATO模式继电器）的7、5触点，ATOBR（信号ATO制动继电器）的A3、A2触点到达制动列车线，使得制动列车线处于带电状态，列车不施加制动指令。制动工况下，列车两端ATOBR同时得电，两端ATOBR的A1、A2触点闭合，A3、A2触点断开，制动列车线失电，列车施加制动。

（2）手动驾驶牵引工况下，110V电压经过MCCB的1、2触点，KBS的11、12触点，司控器手柄处于非制动位，激活端的COR15/COR1的触点（两者冗余），ATOMR的6、10触点，到达制动列车线，使得制动列车线处于带电状态，列车不施加制动指令。在制动工况下，司控器处于制动位，制动列车线失电，列车施加制动。

（3）制动列车线贯穿全车，将指令分别传达给TCMS、牵引、制动控制系统，从而执行相关指令。

4制动控制回路诊断故障的方法分析

在实际运行时，ATO控车工况下，制动过程中会出现制动列车线瞬间异常，导致制动失效问题，尤其是ATOBR、ATOMR继电器，在制动列车线中串接会因为触点偶发性粘连导致故障。此类故障严重影响运营安全，且涉及信号和车辆两个专业，对于这类故障如何诊断及解决，对于运营单位来说极为重要。

4.1故障分析

根据图2电气原理图，造成制动失效可能原因有两种：一是激活端的ATOMR的触点异常，由正常状态的4-12闭合变成4-14闭合，110V直流电压经司控器后，通过COR15/COR1的触点，使得制动列车线瞬间得电;二是列车某一端ATOBR的触点异常，由正常状态的4-12闭合变成4-14闭合，110V直流电压经MCCB后，通过ATOMR的6-8触点以及ATOBR的4-14触点，使得制动列车线得电。以上两种可能性均会导致制动过程中制动指令跳变，制动无法施加。

4.2故障诊断

在故障发生时，可以借助车辆事件记录数据，对故障进行进一步诊断。根据信号接口协议，ATO控车情况下，车辆TCMS对制动指令是能进行状态监控，同时牵引制动指令也是ATC通过MVB网络给出的。所以我们能通过车辆事件记录数据中MVB网络收到的“牵引指令”、“制动指令”，并结合RIOM对ATOBR、ATOMR触点的监控状态进行对比分析对故障进行判断。

结合故障案例，对故障进行进一步诊断。通过图3车辆事件记录截图，可以看出在18：32：25分，ATC通过MVB网络给出了分别发出了牵引、制动指令，而此后制动列车线BTL状态却没有随着制动指令的施加而变化，状态维持在了制动缓解状态。因为ATO发出牵引制动指令过程中，ATOBR继电器状态是要发生变化的，所有可以断定为ATOBR继电器发生了故障。另外过程中RIOM对ATOBR继电器状态监控未发生变化，可以进一步明确是制动列车线回路ATOBR动作过程中继电器触点发生了粘连。

5 制动控制回路故障的处理对策

在车辆制动列车线中，仅接入了一组ATOBR继电器触点，ATC通过控制此触点的通断来施加和缓解常用制动，而ATOBR继电器为非安全继电器（信号常用制动为非安全命令），一旦接入车辆制动列车线的ATOBR继电器触点发生单点故障粘连，将造成严重影响，运行过程中将导致ATO模式无法使用。针对此问题，分别从日常检修及优化电路控制两方面制定了以下预防对策：

5.1定期检查

针对电路中关键继电器粘连问题，一方面是加强继电器外观检查，定期对继电器触点进行检测，同时结合运行情况，统计出继电器动作次数，在机械、电气动作次数寿命到限前进行更换;另一方面加强电路电流的检测，以防冲击电流过大导致继电器触点发生故障。针对制动列车线，对其工作电流理论值进行了计算：27 mA *2（2个BDR继电器）+1 mA *4（4路网络监控）+7.5 mA *4（4节车牵引）+1 mA *6（6节车制动）=94mA，现场实测制动列车线在制动指令切换瞬间电流为 87.5mA。

5.2优化建议

针对制动命令硬线中仅接入一组ATOBR继电器接点，存在ATOBR继电器接点粘连后，AM模式无法正常施加常用制动的故障隐患。针对此问题，主要有以下两种优化方案：

方案一：可在电路中增加串联 ATOBR 继电器的另一组触点，形成“双断”方式。

此方案改造较为容易，可以提升一定程度的触点分断能力，提高电路稳定性，但是仍然可能出现两组触点同时短暂性的粘连的情况，无法彻底解决故障问题。

方案二：采用车辆 ATC 发送给 TCMS 的通信数据流中的“Brake Output Status制动输出状态”作为制动指令。在ATC控车下，TCMS不仅作为状态监控，也参与判断。当TCMS接受到制动硬线指令和网络指令不一致时，以TCMS网络为主，该方案改动较大，需要重新制定接口协议。且需要进一步评估硬线信号和网络信号的稳定性和安全性。

6 结语

列车制动系统是行车安全的重要保障，常用制动作为制动系统的重要功能之一，其运行是否可靠将直接影响列车行驶的安全性，因此有必要对地铁列车常用制动控制进行深入研究。随着无人驾驶技术的不断发展，常用制动的控制必将更加关键和重要，这样才能确保乘客的安全出行和乘车体验。

参考文献：

[1]胡志雄. 制动电气控制技术规范.南京：中车南京浦镇车辆有限公司，2017