皮晓龙 PI Xiao-long
（南京地铁运营有限公司，南京 210012）
（Nanjing Metro，Nanjing 210012，China）
摘要：地铁车辆制动系统分为车控式制动系统和架控式制动系统，分析、比较了这两种制动系统的控制特点，提出何种控制方式更适用于多编组地铁车辆。
Abstract： The metro vehicle braking control system is divided into vehicle braking system and rack braking system. This paper analyzes and compares the characteristics of these two braking system and proposes the more suitable control method for multi-vehicle marshalling metro.
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关键词 ：列车制动系统；车控式；架控式
Key words： train braking system；vehicle control type；rack control type
中图分类号：U270.35 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）19-0222-02
作者简介：皮晓龙（1976-），男，天津人，助理工程师，研究方向为城市轨道交通装备应用。
0 引言
随着国民经济的发展，地铁车辆以其先进性、可靠性及实用性逐渐被国内大中城市作为一种便利的交通工具广泛采用，而由于制动系统与车辆的行车安全息息相关，因此在选型时尤为慎重。制动系统设备中，制动控制单元是保证制动系统功能的关键部件，目前多采用模拟式直通控制方式。根据控制方式的不同，地铁车辆的制动系统被分为车控式制动系统和架控式制动系统。本文对两种控制方式进行分析、比较，探讨何种方式更适用于多编组地铁车辆，以保证列车的运营安全。
1 地铁车辆制动系统简介
制动系统的传统定义是为了使列车能够施行制动或缓解而安装于列车上的一整套设备，其中，制动的目的是人为制止物体的运动，包括使其减速、阻止其运动或加速运动；而缓解的目的是对已经实行制动的物体，解除或减弱其制动作用[1]。但是，随着轨道交通车辆技术的发展，制动设备越来越多地采用了电气信号和电气驱动设备，尤其微机和电子设备的出现使得制动装更趋于无触点化和集成化，制动控制功能融入到了其他电路中而不能独立划分，因此在实际中，将具有制动功能的电子线路、电气线路和启动控制等部分都归结为一个系统，统称为列车制动系统。
制动控制单元是制动系统的基础、核心部件。目前，制动系统分为车控式和架控式制动系统。其中，车控制动系统是以每辆车为单位设置制动控制单元、电子和辅助部件，如图1所示。架控制动系统则以每个转向架为单位设置制动控制单元、电子和辅助部件，如图2所示。
2 两种制动控制方式应用对比
不论是车控式制动系统还是架控式制动系统，目的均是对地铁车辆进行精确地制动控制，满足车辆定点停车的要求[2]。但是，就目前应用来看，这两种制动系统在保证安全、可靠的基本原则下，在制动原理、性能方面有着各自的特点。
2.1 故障影响及冗余性
2.1.1 车控式制动系统 若采用架控式，则每辆车有1套制动控制单元，相对于架控式部件数量较少，部件故障对整车的内在可靠性影响相对较低，但是对列车，特别是小编组车辆的运营可靠性和安全性影响较大。图3中为一动拖比为1：1编组的车辆，若一套制动系统故障，则列车可能会损失1/2制动力，制动距离也相应会延长，此时，列车需要限速，清客，回库检修。
2.1.2 架控式制动系统 若采用架控式，则每辆车有2套制动控制单元，每个制动控制单元仅控制本转向架的制动。由于部件数量增加，相应地，因部件故障对整车的内在可靠性影响较高，但由于功能冗余，对列车的运营可靠性和安全性的影响却较低。对于同样小编组车辆，一套制动系统故障，列车仅失去单个转向架的制动力，如图4所示。列车可以通过增加其他控制单元的制动力来满足总制动力需求，对制动距离的影响也较小。
2.2 底架管路布置
2.2.1 车控式制动系统 车控式制动系统的主要控制设备集中在底架中部，制动管路由车中向两端布置，在转向架附近管路较少，管子布置较为简单，设备可以合理布置。
2.2.2 架控式制动系统 架控式制动系统的主要控制设备均布置在转向架附近，制动管路较多，布置较为复杂，会出现底架空间紧张，不便于调整的问题，但是由于制动控制单元输出管路距转向架较近，因此，空走时间变短，制动响应速度加快，据制动供应商实验数据，架控制动系统响应时间比车控制动系统响应时间缩短约0.2S。同时，提高了制动精度，车控制动系统制动精度约为：±0.2×105Pa，而架控制动系统控制系统精度可达到：±0.15×105Pa。
2.3 与牵引系统的配合 地铁车辆正常运行时多采用电空混合制动。所谓电空混合制动，是以电制动为主、空气制动为辅的联合制动方式，两者的相互关系是：电制动失效时空气制动可独立实施，确保车辆的减速和停车；当电制动力不足时，空气制动开始作用保证车辆制动力达到要求。同时，兼顾防滑和防冲动功能[3]。电制动系统与牵引系统实为一套系统。因此，列车的制动力分配方案及制动系统的配置须考虑牵引系统的控制及配合方式，牵引系统也分为架控和车控两种。文中对车控式与架控式进行了不同组合，并从电空制动匹配角度进行了分析。
2.3.1 车控（制动）+架控（牵引） 制动系统采用车控式，牵引系统采用车控式。当出现一个转向架电制动故障时，为了满足总制动力需求，需要补充空气制动，但是由于制动为车控式，为了避免制动力叠加过大造成车轮抱死，需切除电制动（包括没有故障的架子），造成电制动力的浪费并增加机械制动的磨耗，因此该种配置方式目前较少采用。
2.3.2 架控（制动）+车控（牵引） 制动系统采用架控式，牵引系统采用车控式。当出现电制动故障时或滑行时，任何一个制动控制单元发出切除电制动的信号都将会把电制动切除，本车的总制动力将全部由空气制动完成，也不会出现由于电制动故障而导致某台转向架上制动力叠加的情况出现，电空制动匹配性能较好。
2.3.3 车控（制动）+车控（牵引） 制动系统采用车控式，牵引系统采用车控式。若单节车逆变器故障，则需由空气制动提供该车全部的制动力，因此该种情况不会出现制动力叠加的情况。
2.3.4 架控（制动）+架控（牵引） 制动系统和牵引系统均采用架控方式。当出现某转向架电制动故障时或是某根轴滑行时，对应的制动控制单元发出切除电制动的信号仅切除本转向架的电制动，不影响其他的电制动力的使用，从而充分利用了电制动，降低了磨耗，电空制动匹配性能好。
综合分析，若列车牵引系统采用车控，制动系统采用架控或车控模式均可；若列车牵引系统采用架控，则制动系统建议采用架控。
2.4 维护与修理
2.4.1 车控式制动系统 车控式制动系统设备采用了模块化设计，互换性较高，制动控制单元及其单独插件板可以单独更换，维护方便，节约维护等待时间，且维护成本较低，相对于架控制动系统，车控制动系统单元设备数量较少，主要体现在制动控制单元的数量上，可以节约备件的购置成本，减少维护工时，不仅降低了设备的维护成本，还大大减少了全寿命周期成本。
2.4.2 架控式制动系统 架控式制动系统与车控式制动系统相比，采用了标准化和模块化生产，减少了布线和布管数量，很多小元件集成在制动控制阀内部，无防滑排风阀，减少了车辆制造厂商的工作量，模块接口也较方便拆卸和更换，降低接口的复杂性，缩短了设计、生产和调试时间，但是架控式制动系统的设备技术含量和集成化控制很高，若部件出现故障，需要整体更换，返厂经行维修，维护时间长。
3 结论
由于地铁车辆的安全性要求高，制动功能可以直接影响到车辆的安全性，因此，须选用安全性高、可靠性高及性能优异的制动系统设备。经过分析比较发现，虽然在经济性上车控制动系统较优于架控制动系统，但是架控制动系统控制精度较高，响应更迅速，控制原理上更能保证车辆的运营可靠性和安全性，因此，近年来用户在进行选型时也越来越倾向于采用架空制动系统。
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参考文献：
[1]殳企平.城市轨道交通车辆制动技术[M].北京：中国水利水电出版社，2009.
[2]韩晓辉.城轨车辆车控制动控制方式与架控制动控制方式[J].铁道机车车辆，2010（10）.
[3]王子幼.地铁列车电空制动系统控制单元的研制和设计[J].计算机测量与控制，2010，18（5）.
