和谐号动车组制动系统故障诊断及安全措施

２．３
设置列车安全环路保证列车在紧急情况下停车 作为一个安全保障原则，动车组设置有安全回路，
在紧急情况下能够触发紧急排风阀使列车紧急制动。 安全回路是贯穿于全列车的硬线回路，包括控制线和回 路线，它提供了独立于列车控制系统的监测功能。 安全回路系统由蓄电池１１０ Ｖ电源向列车控制线 和回路控制线供电。该回路的执行也通过布置于整列 车即从头车到尾车的监控接触元件（回路继电器）实现 的。回路控制线的信息传递到处于端车的第二个列车
第３１卷第５期
２０１１年１０月
铁道机车车辆
ＲＡＩＬＷＡＹ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ＆ＣＡＲ
Ｖ０１．３１ ０ｃｔ．
Ｎｏ．５
２０１１
文章编号：１００８－－７８４２（２０１１）０５一００３９一０４
和谐号动车组制动系统故障诊断及安全措施
李万新，章阳，林荣文，王乐 （中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京１０００８１）
１ １．１
（ＣＣＵ）和司机显示屏，列车中央控制单元根据故障对行 车安全的影响程度对列车进行限速或触发紧急停车，司 机可以根据显示屏的提示进行相应的处理。 １．２制动系统的诊断功能 制动系统的故障诊断包含两个功能： （１）制动系统的故障诊断和监测：制动系统的各种 故障，如制动不缓解、停放制动无法施加、列车管泄漏 等。这些故障以代码的形式储存在ＢＣＵ中，并通过 ＭＶＢ诊断端口报告给列车诊断系统。 （２）制动系统的状态诊断：制动系统的特定功能和 部件的当前状态，这些状态不一定是故障，但在特定条 件下会引起故障，如隔离塞门被关闭、乘客紧急拉手被 拉下等。这些状态也以代码的形式存储在ＢＣＵ中，并 通过ＭＶＢ报告给列车诊断系统。
李万新（１９６０一）男，北京人，高级工程师（收稿日期，２０１１－－０７－－１９）
制动系统的故障分类 制动系统根据使用对象的范围，包括司机、列车员
和维护人员，将其故障诊断结果分为３类： （１）报告给司机的。如果需要司机对制动系统的故 障进行特殊的处理，在司机显示屏上有故障描述、操作 提示或报警信息。 （２）报告给列车员的。提供给列车员的故障信息， 不是技术的过失，是可恢复的状态。 （３）报告给维修人员的。在列车运行结束入库检修 的时候，提供给维修部门的信息。
２．５通过冗余设计保障制动系统有效工作
图１列车安全环路
为保障制动系统在列车运行过程中能够有效工作， 对重要部件进行了冗余设计。例如：制动手柄内部具有 两套相互独立的电气信号转换装置，分别将手柄角度转 换为制动级位，各自送至ＢＣＵｌ．１与ＢＣＵＩ．２，在某一 路故障情况下，另一路能正常工作；ＢＣＵｌ．１与ＢＣＵｌ．２ 的ＳＢＭ／ＴＢＭ功能冗余，在ＢＣＵｌ．１故障情况下，可由 ＢＣＵｌ＿２承担ＳＢＭ／ＴＢＭ功能；ｃＡＮ通讯通道冗余，在 一路ｃＡＮ通讯故障情况下．可切换至另一通道进行通 讯；紧急制动施加方式冗余，可通过主控制动手柄施加， 也可通过蘑菇头按钮施加，还有各种条件可触发列车紧
速度限制／（ｋｍ・ｈ
２８０ ２５０ １）
制动系统的故障代码结构
４位结构故障代码
Ｘｚ Ｘ３ Ｘ４
２００ １２０ ５０ ５０ ５０
Ｘ１
与ＢＣＵ型号有关代码
故障码
｛０，・・Ｆ｝ ｛０，－・Ｆ）
申请救援
ＢＣＵ型号代码
Ｘ１ Ｘ２
故障码范围
Ｘ３ Ｘ４
ＢＣＵ型号
表４
１６辆编组列车紧急制动有效
｛０，・・４｝｛０，・・Ｆ｝ＢＣＵｌ．２ （０。・Fra bibliotek８｝｛０。・・Ｆｊ
动有效性，并计算列车的常用制动有效率。常用制动有 效率定义为： 石＝（行÷Ｎ）×１００％ ７ｆ为列车常用制动有效率；行为能有效执行常用制 动的车辆的数量；Ｎ为列车编组的车辆总数。 ＣＲＨ。动车组采用全列车空电复合的制动模式，常 用制动时优先使用电制动，充分发挥全列车的电制动作 用。当电制动力不足或者电制动失效需要空气制动作 为补充时，施加空气制动，把摩擦制动产生的排放和损 ２制动系统的安全措施 ２．１进行制动试验对紧急制动有效性进行确认 在列车出库运行之前，司机必须进行制动试验，以 确认制动系统的紧急制动有效性。列车的紧急制动有 效性是以紧急制动有效率来衡量的，紧急制动有效率定 义为： 叩＝（靠÷Ｎ）×１００％ 田为列车紧急制动有效率；行为能有效执行紧急制 动的车辆的数量；Ｎ为列车编组的车辆总数。 紧急制动有效率的确认主要通过直接制动、间接制 动和紧急制动３项试验来进行。在不同的紧急制动有 效率条件下，应对列车进行相应的限速运行控制，限速 耗减少到最小。在列车进行常用制动过程中，各车的空 气制动力分配主要参考了常用制动有效率，若常用制动 有效率发生改变，则重新分配制动力。
在列车速度超过３ ｋｍ／ｈ时出现这种状况，列车紧急制 动安全环路中断，列车自动施加紧急制动；同时列车制 动管理器控制列车中所有的制动控制单元施加最大常 用制动。 （５）全列车的常用制动施加、缓解状态不一致。通 过列车中央控制单元，自动限速１５ ｋｍ／ｈ运行。
系统还设置了以下安全措施： （１）空重车调整。当空簧压力信号低于空车质量 或高于超员车质量，要确保空车制动力或限制最大制动 力。 （２）防滑阀连续排风。当防滑阀连续排风时间大于
摘
要从高速动车组制动系统的设计原理出发，阐述了动车组制动系统故障诊断及安全措施的设计理念及实现
方法：从设计的本质安全着手，考虑到各种可能出现的故障及其可能导致的后果的严重程度，设计对应的识别、判 断及控制方法，系统自动或提示乘务人员处理故障或隔离故障设备、限速运行或者自动停车，从而确保列车的安
全。本文介绍的故障诊断及安全措施的设计方法在我国高速动车组上得到了很好的验证。 关键词 动车组；故障诊断；故障导向安全 文献标志码：Ａ
的情况会把状态信号送到司机显示屏、乘务员显示屏和
ＣＣＵ。
２．４制动故障时的列车限速措施 制动系统的故障诊断以行车安全作为首要考虑因 素，对于６类可能危及行车安全的制动系统重大故障。 将通过与列车中央控制单元联锁，请求列车限速运行。 以保障列车运行安全，见表５。
表５请求ｃＲ地列车限速运行的
制动系统（车辆级）故障
１．４
卡自检、板卡间ＣＡＮ通讯诊断、制动控制单元（ＢＣＵ） 与多功能列车总线（ＭＶＢ）问通讯诊断、器件诊断（如压 力传感器、速度传感器等）、子系统诊断（如防滑系统、悬 挂系统等）、系统级诊断（列车配置、列车制动有效率、列 车制动力分配等）。故障诊断结果存储在各车辆的制动 控制单元内，存储内容包括故障代码、故障发生的时间、 故障消除的时间、故障发生的次数，以确定故障发生时 刻列车的运行工况，便于分析故障发生的原因，也利于 对故障进行统计。除厂存储，故障诊断的结果还通过多 功能列车总线（ＭＶＢ）实时发送到列车中央控制单元
２．６紧急情况下通过触发紧急制动确保列车安全停车 在紧急情况下，列车可自动或人工触发紧急制动， 确保安全停车。紧急制动可通过以下任意方法触发： （１）司机室的紧急制动蘑菇头按钮被按下；（２）制动 控制器被推到紧急制动（ＥＢ）位置；（３）由列车保护系统 或自动警惕设备触发；（４）列车运行时，若停放制动被施 加，则停放制动监控回路会触发紧急制动；（５）转向架失 稳或轴温过高时，转向架监控回路触发最大常用制动． 若最大常用制动失败，则触发紧急制动。 动车组制动系统的紧急制动可以通过以下方法启
万方数据
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１．５制动系统的故障代码结构 制动系统的故障以故障代码的形式存储在ＢＣＵ 中，故障代码共４位，为了便于识别和管理，故障代码按 一定的规则编制，前两位与ＢＣＵ型号相关，后两位是故 障编码，其结构如表１。
表Ｉ
表如表３。
袭３ ８辆编组３５０ ｋｍ／ｈ列车紧急制动
有效率丢失时对应的列车限速运行表 制动有效率％
根据故障发生时的工况和故障对列车运营安全性的影 响，设定了５个不同的运用维修优先级（０，Ｉ，２，３，４）。 其中优先级最高级为暂停运营，最低为在下一次专项修 时进行故障处理，见表２。
表２动车组制动系统诊断事件的运用维护优先级
２．２
根据常用制动有效率动态分配列车制动力 在列车运行过程中，诊断系统实时监控各车辆的制
万方数据
第５期
和谐号动车组制动系统故障诊断及安全措施
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控制线（回路状态线）中。该控制线按顺序将信息传递 到整列车并允许线路状态评估元件（回路元件）执行一 个实际回路状态探测（通过一个辅助接触器）。因为在 回路断电时回路状态线也会失电，一个相应的信息将被 送到回路元件中，并最终引起列车紧急制动。 回路也具有被旁路的功能：如果激活一个失效开 关，该回路将会失效，此时该回路不再具备监测功能。 ｃＲＨ。动车组设置了图１的６个安全回路。
５
３结束语 和谐号动车组制动系统在设计过程中充分考虑了 故障诊断功能，并对各种可能出现的故障采取了对应的 安全措施，基本涵盖了所有部件级和系统级的功能、性 能和工作状态，从而实现了对故障的快速定位和处理， 列车可以自动采取安全措施，减少了人为的不安全因 素，使得列车能够安全可靠地运行。
ＢＣＵｌ．１。ＢＣＵ２．１，ＢＣＵ３．１，ＢＣＵ４．１
｛Ａ，・・Ｄ｝｛０，・・Ｆ｝ＢＣＵＺ．２，ＢＣＵ４．２ ｛０，・・４｝｛０，一Ｆ｝ＢＣＵｌ．１ ｛０，・・５）｛０，・・Ｆ） 头车主ＢＣＵ（ＴＢＭ／ＳＢＭ）
制动有效率％—百万五熹譬詈要｝芝三寿‰
率丢失时对应的列车限速运行表
１．６
制动系统的故障维修优先级 制动系统的每个诊断事件都有相应的维修优先级。
１．３
制动系统必须诊断的特性值 在制动系统诊断期间，制动系统的基本特性值必须
制动系统的故障诊断系统 制动系统的故障诊断系统介绍 制动系统的故障诊断单独成系统，诊断内容包括板
被监测。这些特性值包括： （１）制动缸压力；（２）主风缸压力；（３）制动风缸压 力；（４）停放制动压力；（５）制动管压力；（６）升弓压力。
中图分类号：Ｕ２６６．２．３５
随着中国高速列车运行速度的提高，制动负荷急剧 增加，制动系统也愈加复杂。和谐号动车组制动系统包 括以下部分： 一个硬线电路控制的弹簧停放制动； 一个微处理器控制的直接作用．的常用制动，根据制 动请求信号执行电一空气混合制动； 一个硬线电路控制的商接作用的紧急制动； 一个由制动管控制的间接作用的制动，并提供紧急 制动的备用模式。 如何对如此复杂的制动系统进行故障诊断并能够 在危急情况下采取措施使列车安全停车，是一项重大的 课题。目前国内外先进的高速列车制动系统均是按照 “故障一安全”原则设计的微机控制电空制动系统。但 中国的线路条件、列车运用等情况与国外有诸多不同， 制动系统在运用过程中出现了一些前所未有的问题，这 就更需要一套町靠的故障诊断系统及安全措施。