架控制动系统及其在城轨车辆上的应用

第３１卷第２期　２Ｏ１１年４月　铁道机车车辆　ＲＡＩＩ　ＷＡＹ　ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ＆ＣＡＲ　Ｖｏｌ｜３１　Ｎｏ．２　Ａｐｒ．　２０１１　

文章编号：１００８—７８４２（２０１１）０２—００３１—０３　

架控制动系统及其在城轨车辆上的应用　

王群伟，林祜亭，王新海，韩晓辉　

（中国铁道科学研究院　机车车辆研究所，北京１０００８１）　

摘　要介绍了架控制动系统的组成和结构；分析了系统的控制方式、原理和功能。描述了架控制动系统在城轨　车辆上的应用。针对架控制动系统的特点提出了用模块化设计方法提高系统可维护性的设想。　关键词城轨车辆；架控制动系统；应用；模块化设计　中图分类号：Ｕ２７０．３５　文献标志码：Ａ　

架控制动系统是以每个转向架为单位来设置制动　

控制单元的制动控制方式。和传统的车控方式相比，它　

是一种分散式的控制方式。架控制动系统把常用（ＳＢ）　

制动、紧急（ＥＢ）制动、防滑控制（ＷＳＰ）以及制动管理电　

子设备等集成到一个单元内；单元就近安装在转向架附　

件，以转向架为单元对每转向架实施制动控制。　

１　架控制动系统的组成和结构　

架控制动系统的典型的气动原理图见图１。该图　

为一辆拖车（Ｔｃ）的气路原理图。系统中包括辅助控制　模块、制动控制单元、轮盘制动单元以及空气弹簧等。　

１．１　辅助控制模块　

辅助控制模块是架控制动系统的重要组成部分。　

该单元把从总风管过来的压缩空气分配到制动风缸、停　

放制动、空气弹簧等部位，为制动系统提供了辅助控制　

功能。　

（１）给制动控制单元供风　

来自总风管的压缩空气经过一个过滤器Ｂ　．Ｏ３和　

单向阀Ｂ　．０　４进入制动风缸Ｒ。。制动风缸Ｒ。给制动　

Ｒ　一总风缸；Ｒ２一制动风缸；Ｒ３　悬挂供风缸；Ｂ１　架控制动模块；Ｂ１．Ｃ１　主调节阀；Ｂ１．Ｃ２　减压阀；　Ｂ１．Ｃ３一滤清器；Ｂ１．Ａｌ　远程缓解电磁阀；Ｂ１．Ａ２　一轴保压电磁阀；Ｂ１．Ａ３一二轴保压电磁阀；　Ｂ。．Ａ　连通电磁阀；Ｂ　．Ａｓ一称重控制电磁阀；Ｂ　．Ａ　ｓ　称重控制电磁阀；Ｂ　．Ａ　紧急冲动限制电磁阀；　Ｂ】．Ａ８一一轴排风电磁阀；Ｂ　．Ａ９　二轴排风电磁阀；Ｂ１．Ｂ１一远程缓解保压气控阀；Ｂ１．Ｂ２　紧急冲动限制气控阀；　Ｂ　．Ｂ　一一轴保压气控阀；Ｂ　．Ｂ　一＿二轴保压气控阀；Ｂ　．Ｂｓ一连通气控阀；Ｂ・．Ｂｓ～一轴排风气控阀；　Ｂ１．Ｂ　一＿二轴排风气控阀；Ｂ１．Ｂ８远程缓解排风气控阀；Ｂ２辅助控制模块；Ｂ２．０１／０４单向阀；Ｂ２．０２／０５塞门；　Ｂｚ．Ｏ４过滤器；Ｂ！．ｏ６双脉冲电磁阀；Ｂ２．Ｏ７双向阀；Ｂ２．ｏ８一测点；Ｂ２．ｏ９压力开关；Ｉ　１　溢流阀；Ｉ　２　减压阀　Ｉ　。　塞门；Ｉ　空气弹簧；Ｃｉ、Ｃｚ　盘形制动单元。　图ｌ　架控制动系统气动原理图　

王群伟（１　９７９　）男，浙江仙居人，助理研究员（收稿日期：２０１０　１　２—０６）

　铁道机车车辆　第３１卷　

控制提供快速和充足的压缩空气。塞门Ｂ　．Ｏ５用以维修　

时切断风源；同时可以隔离停放和整个制动控制。　

（２）实施停放制动控制　停放的功能由双脉冲电磁阀Ｂ　．Ｏ６和双向阀Ｂ　．　

Ｏ７来实现。压力开关Ｂ　．０９用以制动控制单元对停放　

制动的状态实施监控。　

（３）对空气弹簧实施供风　

每辆车总风管的空气通过溢流阀Ｂ　、Ｌ　进入空气　

悬挂风缸Ｒ　；并可通过一个隔离塞门Ｌ３对空气弹簧供　

风实施切断。　

１．２　制动控制单元　

制动控制单元是系统控制的核心，是一个电子控制　

设备和气动执行部件高度集成的单元。每辆车有两个　

制动控制单元，分别控制一个转向架的基础制动装置。　

其可分为如下功能模块：　

（１）空重车调整模块：包括Ｃ　、Ｃ　、Ａ　、Ａ　和Ｐ　。　

减压阀Ｃ　按重车的紧急制动缸压力设定输出值。　

称重控制电磁阀Ａ　和Ａ　输出为实际车重的紧急制动　

缸压力。Ｐ　为压力传感器和压力测点，用于测量调整　

后的压力。主调节阀Ｃ　最小（即无电子称重压力输入）　输出为空车紧急制动缸压力。正常输出根据电子称重　

压力输入调整。　（２）远程缓解模块：包括Ａ　、Ｂ　、　。　

紧急缓解时电磁阀Ａ　得电，阀Ｂ　和Ｂ　动作，在　

切断主调节阀输人压力的同时，排出制动缸的压力空　

气。　

（３）紧急冲动限制模块：包括Ａ　和Ｂ　。　

常用制动时，电磁阀Ａ　得电，Ｂ２阀打开，使压缩空　气不受限制的进入制动控制回路；紧急制动时，电磁阀　

Ａ　失电，Ｂ　阀关闭，使压缩空气经限流后进入制动控　

制回路，从而具有冲动限制功能。　

（４）制动控制模块　

该模块有相同的两组，分别为Ａ　，Ａ　，Ｂ　，Ｂ３和　Ａ。，Ａ。，Ｂ　，Ｂ　。这两组阀的功能全部相同，都是根据不　

同的制动级别，产生相应的制动缸压力。正常情况下，　

两组模块按设定程序交替使用。下面以一组阐述。　

充风时，电磁阀Ａ　，Ａ　失电。阀Ｂ　关闭，阀Ｂ。打　开，向制动缸充风；　

排风时，电磁阀Ａ　，Ａ　得电。阀Ｂ　打开，阀　关　

闭，制动缸的风经Ｂ　排出；　

保压时，电磁阀Ａ　得电，电磁阀Ａ　失电。阀Ｂ。　和Ｂ｛关闭，制动缸处于保压状态；　

（５）连通模块：包括Ａ　和Ｂ　

正常状态下，电磁阀Ａ　失电，阀Ｂ　处于连通状　

态，制动时，制动控制模块产生的制动缸压力同时进入　同一转向架的两根轴，即正常状态下，制动方式采用架　控方式。当产生滑行时，电磁阀Ａ　得电，阀Ｂ＿关闭，　

两组制动控制模块分别对每根轴进行控制。　

（６）传感器和压力测点模块：包括Ｐ　，Ｐ。，Ｐ。，Ｐ　，　

Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７和Ｐ８　

压力传感器用于对制动风缸压力、空气弹簧压力、　

制动缸输出压力、停放制动缸压力进行检测；压力测点　

提供了必要的测试接口。　

２架控制动系统的控制方式　

架控制动控制系统采用基于ＣＡＮ总线的分布式　控制方案，每个转向架都有一个独立的制动控制单元　

（ＢＣＵ）用于控制本转向架的制动力，每辆车有两套　

ＢＣＵ。架控制动控制系统的典型网络结构如图２所　

示，将３个ＢＣＵ（３辆车）作为　个控制网段，一个网段　

上的ＢＣＵ可以通过制动系统ＣＡＮ总线进行通信。　在每个网段上有两个控制单元具有网关的功能，称　

之为制动控制网关单元（ＧＢＣＵ），只有本转向架制动控　

制功能而没有网关的功能的ＢＣＵ称之为本地制动控　制单元或智能制动控制单元（ＳＢＣＵ）。ＧＢＣＵ不仅具　

有与列车网络控制系统（ＴＣＭＳ）的通信接口（ＭＶＢ或　

其他网络型式），同时还能够接收列车控制线的指令。　

ＧＢＣＵ通过车辆总线和列车控制线接收制动指令和电　

制动信息，并要计算出本单元中各个转向架上应施加的　空气制动力，然后通过制动ＣＡＮ总线传送给本网段上　

图２架控制动系统的网络接口方式　

Ｉ　ＴＣＵ　—　多功能车辆总线（ＭＶＢ）　

紧急制动　常用制动　快谏制动　毫引　ＤＣｌ１０　Ｖ电源　制动系统ＣＡＮ总线　

ｎ　，　ｊ　ｃｌ　，　

Ｉ　磐堑　制动控Ｇ制Ｂ　单元　塑　孽篓　本地　单元　绚　遭廑笪三Ｉ　。　蕉廑壁　Ｉ　…　

图３一辆车的制动系统电气接口　（ＧＢＣＵ－＇Ｉ＇－ＳＢＣＵ）

　第２期　架控制动系统及其在城轨车辆上的应用　３３　

的各转向架的ＳＢＣＵ。通常情况下，一个单元内的ＧＢ～　

ＣＵ只有一个工作在网关模式，另一为作为备用网关，　

只进行本地控制，相当于一个ＳＢＣＵ。　

配有ＧＢＣＵ和ＳＢＣＵ的一辆车的制动系统电气接口　

如图３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。　

３架控制动系统的功能　３．１　常用制动控制　

常用制动时连通阀电磁阀Ａ　失电，使同一转向架　

上２根轴上的制动缸气路被连通，产生相同的制动缸压　

力。在调节制动缸压力时，可以由其中任一轴的保压／　

排风电磁阀（Ａ。／Ａ　或Ａ　／Ａ　）来控制，另一个轴的保　

压／排风电磁阀始终工作在保压状态。　ＢＣＵ根据实际制动缸压力的反馈信号实施对保　

压／排风电磁阀的控制来实现制动缸压力的闭环控制。　

当实际制动缸压力低于制动缸压力设定值时，保压／排　

风电磁阀组为充风组合（均不通电），对制动缸进行充风　

使其压力上升；当实际制动缸压力高于制动缸压力设定　

值时，保压／排风电磁阀组为排风组合（均通电），对制动　

缸进行排风使其压力下降。　３．２　制动防滑控制　

根据两个轴的速度与列车速度差以及两个轴减速　

度来检测制动滑行，列车速度是根据一个ＣＡＮ网段上　

各轴的速度综合计算的。防滑程序采用以下两种方式　来检测滑行：　

（１）单个轴的减速度过大；　

（２）单个轴的速度与列车速度相差过大　当检测到有制动滑行时，连通阀电磁阀Ａ　通电来　

切断两根轴制动缸压力的连通，使每根轴的制动缸压力　能独立控制，对于发生制动滑行的车轴，通过对保压／排　

风电磁阀的通电排风来减小滑行轴上的制动力，使滑行　

轴的速度能尽快恢复。　３．３　紧急制动控制　

制动系统得到紧急制动信号时，ＢＣＵ会把紧急制　动的施加信号发给相应的电子控制板，控制板收到紧急　

制动的施加指令后，控制２根轴上的制动缸压力控制电　

磁阀使它们都处于失电状态，使制动缸压力达到称重的　

紧急制动压力水平。　

４　应用　

自广州地铁３号线车辆（２００５年２月交付使用）首　次采用ＥＰ２００２制动控制系统以来，全国许多城市轨道　

交通线路车辆采购项目上都采用了分散式架控制动控　

制系统，部分城市线路的应用见表１。　

表１架控制动控制系统在　国内城轨车上的应用　

城市　北京　上海　广州　深圳　南京　线路　２号线改造车；４，５，１０，１５号线　１，２号延长线；７，９，１０，１１号线　２，８号线；３，４，５号线　１号线增购；２，３号线　２号线及延长线　

５　结束语　对模拟式电空制动控制系统来说，架控制动控制系　

统的集成程度更高；在单个功能故障的情况下，制动控　制功能仅丧失为单个转向架；模块内部集成了制动控制　

和防滑控制功能；取消了机械称重阀，简化了结构，既能　

限制紧急制动最高压力，又可保证最小的空车压力。架　控制动系统在国内城市轨道交通车辆上得到了大量的　

应用。　

目前的架控制动单元由于电气和机械部件混装，出　

现故障时必须整体更换，给维修和维护带来不便，检修　成本高。针对目前的状况以及架控制动系统的特点，可　

以采用模块化设计的方法对系统中的辅助控制模块和　

制动控制单元进行设计和开发。　根据架控制动系统的特点，利于模块化设计的方　

法，对其中的辅助控制模块和制动控制单元进行模块化　

设计。辅助控制模块可以利于集成板技术进行阀类的　

集成实现模块化；制动控制单元的气动部分和电气板卡　部分可以分成两个模块，气动模块和电气模块可以单独　

实现内部部件的拆装，方便维护和使用。　

Ｂｒａｋｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｂｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　

Ｉｔｓ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｕｒｂａｎ　Ｒａｉｌ　Ｖｅｈｉｃｌｅｓ　

ＷＡ』＼，Ｇ　Ｑｂｉｌｌ—ｗｅｉ，ＬＩ　Ｈ　一ｒｉｎｇ’，ＷＡＮＧ　Ｘｉ—ｈａｉ，ＨＡＮ　Ｘｉａｏ—ｈｕｉ　（Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ＆Ｃａｒ　Ｒｅｓｅｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｉｎａ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒａｋｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｂｏｇｉｅｓ．Ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｔｈｏｄ，ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｒａｋｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｂｏｇｉｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ，ｕｓｉｎｇ　ｍｏｄｕｌａｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｒｂａｎ　ｒａｉｌ　ｖｅｈｉｃｌｅ；ｂｒａｋｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｂｏｇｉｅｓ；ａｐｐｌｉｃａｔｉ