武漢地鐵2號線車輛制動控制系統(tǒng)典型故障及處理措施

居曉凡 朱強強 王晨霞

摘 要：介紹武漢地鐵2號線車輛制動系統(tǒng)工作原理，對車輛在運用過程中出現(xiàn)的典型故障進(jìn)行分析，包括BC（制動）壓力異常故障、AV閥（制動電磁閥）卡滯故障等，根據(jù)不同故障類型給出相應(yīng)的處理措施。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;制動控制系統(tǒng);典型故障

中圖分類號：U270.35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 概述

武漢地鐵2號線車輛制動系統(tǒng)采用微機控制的模擬式電-控制動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用車控方式，每輛車都配有一套電控制動控制裝置（BCU），BCU內(nèi)設(shè)有監(jiān)控終端，具有自診斷和故障記錄功能。

2 制動系統(tǒng)控制原理

司機通過牽引手柄給列車發(fā)送制動指令和參考值，不同的參考值代表不同的目標(biāo)減速度，列車將目標(biāo)減速度設(shè)為最終完成目標(biāo)。

常用制動的BC壓力產(chǎn)生原理為是列車將制動指令通過MVB網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給BCU，BCU中的EPC板卡根據(jù)指令計算過后，通過控制AV閥與RV閥的得電和失電來輸出一個AC（預(yù)控）壓力，預(yù)控壓力通過中繼閥放大之后輸出BC（制動）壓力到制動缸，產(chǎn)生制動。

緊急制動的BC壓力產(chǎn)生原理為制動控制裝置中的空重閥采集空簧的反饋壓力，通過一定的比例關(guān)系輸出一個緊急狀態(tài)的AC到EBV（緊急制動電磁閥），當(dāng)列車緊急制動環(huán)路失電時，EBV失電，緊急狀態(tài)的AC壓力被輸送到中繼閥，經(jīng)中繼閥流量放大之后輸出到制動缸。

BCU中的EPC板卡通過目標(biāo)減速度來計算出一個AC值，此為AC計算值，AC計算值減去一定的壓差后即為BC計算值，將此BC計算值設(shè)為制動缸目標(biāo)壓力。即：當(dāng)每個制動缸都達(dá)到目標(biāo)壓力后，此時列車的減速度應(yīng)為目標(biāo)減速度。在此過程中，列車一直實行雙閉環(huán)控制，如圖1所示：

制動系統(tǒng)雙閉環(huán)控制原理：若通過BC壓力傳感器檢測到的BC實測值不是BC計算值之后，會通過EPC板卡來控制AV閥得電和失電來改變AC（預(yù)控）壓力，使BC的實測值與BC的計算值相等。

3 BC（制動）壓力異常故障

3.1 故障現(xiàn)象

車輛事件信息報出BC壓力異常，HMI顯示常用制動壓力為1.9 bar，緊急制動壓力為2.1 bar，均比正常值低0.4 bar左右。

3.2 故障分析

列車停止后，根據(jù)制動系統(tǒng)維護終端的數(shù)據(jù)，BC的實測值與BC的計算值相差40 kPa左右，但是數(shù)據(jù)中卻沒有出現(xiàn)BC壓力傳感器報故障的問題，如圖2所示。

根據(jù)行車數(shù)據(jù)，列車在制動過程中，由于BC壓力傳感器未報故障，系統(tǒng)認(rèn)為是正常的，系統(tǒng)為了將6車的BC壓力達(dá)到與BC計算值相同的壓力，而錯誤地將AC值提高，因此可以看出制動過程中，AC的實測值比AC的計算值高了40 kPa左右。

結(jié)合以上原理及故障現(xiàn)象分析：由于常用制動與緊急制動的BC壓力都比正常值偏低，因此排除為空重閥的原因。結(jié)合實際發(fā)現(xiàn)，不管是常用制動還是緊急制動的BC壓力都是通過BC壓力傳感器來采集數(shù)值然后反饋給HMI，再結(jié)合壓力傳感器比較高的故障率，分析是壓力傳感器故障導(dǎo)致BC壓力的顯示值偏低。

正常情況下，當(dāng)AC的實測值與AC的計算值相同之后，BC的實測值應(yīng)該與BC的計算值相同。但是由于BC壓力傳感器故障，導(dǎo)致BC實測值比計算值小，即BCU認(rèn)為目前BC值未達(dá)到制動缸目標(biāo)壓力，因此為了將BC實測值達(dá)到與BC計算值相同，BCU控制AV閥得電，輸出一個更大的AC（預(yù)控）壓力，AC（預(yù)控）壓力變大之后導(dǎo)致AC的實測值比AC的計算值高40 kPa。由于AC、BC的控制均為閉環(huán)控制，但是BC的閉環(huán)控制等級比AC高，因此最終結(jié)果為，AC的實測值比AC的計算值高，BC的實測值與BC的計算值相等。

此現(xiàn)象造成的后果：由于該車的AC實測值比其他車的高，因此該車BC的實際值比目標(biāo)壓力高，因此列車實際減速度會比目標(biāo)減速大一些，為了達(dá)到與目標(biāo)減速的一致，列車會同步減少6輛車的BC值來達(dá)到目標(biāo)減速度，最終結(jié)果是達(dá)到列車目標(biāo)減速度，但是列車空氣制動分布不均，即該車制動壓力高于其他車輛。將壓力傳感器問題放大，即在壓力傳感器不報故障的范圍內(nèi)，如果其顯示值與實際值有更大的偏差的話，將會導(dǎo)致該車閘瓦產(chǎn)生異常磨耗，嚴(yán)重可能導(dǎo)致該車出現(xiàn)滑行、車輪擦傷等。

3.3 解決措施

根據(jù)故障現(xiàn)象和數(shù)據(jù)判斷為BC壓力傳感器故障，更換故障車輛的BC壓力傳感器后故障恢復(fù)。

4 AV閥（制動控制閥）卡滯故障

4.1 故障現(xiàn)象

AV（制動電磁閥）閥卡滯導(dǎo)致制動控制裝置出現(xiàn)異響，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致單車制動不緩解的故障。

4.2 故障分析

考慮到制動控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制回路原理，認(rèn)為有可能為AC、BC壓力不足，AV閥需通過不斷調(diào)節(jié)來滿足制動力需求，通過制動控制裝置維護軟件查看該制動控制裝置的實時數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)AC壓力不停在跳變，這就證明了該故障正是閉環(huán)控制原理所致。于是認(rèn)為是AC泄漏導(dǎo)致閉環(huán)控制檢測到AC壓力不足，導(dǎo)致AV閥動作來調(diào)節(jié)AC壓力。

AC壓力傳感器O型圈破損，導(dǎo)致輕微泄漏，由于泄漏量小所以沒有漏風(fēng)聲，故不容易查找原因。當(dāng)AC壓力部分泄漏后，制動閉環(huán)控制發(fā)現(xiàn)AC實測值比AC計算值小，于是通過AV閥動作來補充AC預(yù)控壓力，補充完成后泄漏量又導(dǎo)致AC實測值不足，所以最終導(dǎo)致AV頻繁動作。按照原理分析AC、BC泄漏量到達(dá)足以影響各自的實測值時，在雙閉環(huán)控制的作用下均會導(dǎo)致AV閥頻繁動作的故障現(xiàn)象，此處之所以能將BC壓力傳感器的O型圈安裝到該處是因為該處不安裝密封圈的情況下泄漏量較小，AV壓力流量本身也較小，所以即使在泄漏量不能聽見的情況下也會造成影響，而BC壓力是AC經(jīng)過流量放大后的壓縮空氣，其流量較大，如此小的泄漏量不會影響B(tài)C實測值，也不會導(dǎo)致因BC實測值較計算值小而導(dǎo)致AV閥頻繁動作的故障現(xiàn)象。

4.3 解決措施

根據(jù)故障現(xiàn)象和數(shù)據(jù)判斷為AV閥故障，更換AV閥后故障恢復(fù)。

5 總結(jié)

本文介紹了武漢地鐵2號線車輛制動控制系統(tǒng)的基本原理，對車輛在日常運用過程中出現(xiàn)的典型故障進(jìn)行了分析并給出相應(yīng)的解決措施。制動系統(tǒng)是地鐵車輛中最關(guān)鍵的系統(tǒng)之一，對正線運營影響較大，通過對典型故障的分析能夠優(yōu)化檢修修程，保障運營安全。

參考文獻(xiàn)：

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