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摘要：地铁列车的制动系统在列车运营过程中具有非常重要的作用，紧急制动由列车的紧急制动环路失电触发，并最终由空气制动基础装置执行，是通过一个安全回路控制的纯空气制动模式，是列车运行安全导向保证中最重要的环节。论文着重介绍杭州地铁1号线地铁车辆紧急制动气路和电路控制原理以及列车动调的试验步骤，然后通过西门子SIBAS軟件采集的数据，试车线轨道状况及车辆闸瓦等因素来分析列车减速度，紧急制动距离等指标并重点分析引起列车紧急制动距离超标的原因。
关键词：地铁车辆，紧急制动距离，减速度，闸瓦
一 背景
目前国内越来越多的城市发展轨道交通来解决日益拥堵的交通压力，其地铁车辆的制动系统多采用由德国克诺尔公司提供的EP2002型制动系统。该系统是以转向架为单位的“架控式”制动控制系统，内设监控终端，具有自诊断和故障记录功能，它能在司机控制器或ATO的控制下对列车进行阶段或一次性的制动与缓解。在正常制动过程中，电制动和空气制动在列车级随时协调配合以满足制动指令的要求，并且优先采用电制动，电制动包括电阻制动和再生制动.如果电制动不能满足总制动力的需求，由空气制动自动补充，并且优先补充拖车的空气制动。
空气制动的典型就是紧急制动，为保证列车运行安全而设有紧急制动，紧急制动由列车的紧急制动环路失电触发，当紧急制动环路断开导致紧急电磁阀失电时施加紧急制动，并最终由空气制动基础装置执行，是通过一个安全回路控制的纯空气制动模式，是列车运行安全保证中最重要的环节。
二 电制动原理
司控器由角度传感器对应牵引180度，制动0度，经司控器内编码器对应4mA-20mA电流送至车载译码器，经解调译码成PWM对10%-90%占空比，最终对应出司控器手柄在惰性位输出电压值DC2.4V，在常用制动位DC-18V，在快速制动位DC-22V，及全牵引位DC22V，车辆在牵引过程中，牵引器接收到由司控器发出的牵引信号，电机定子绕组通入三相对称交流电，产生旋转磁场作用于转子，转子绕组产生感应电动势感应电流，在定子旋转磁场相互作用会产生电磁力F，形成电磁转矩T，转子转动，驱动轮对转动，此时n。>n1定子转速大于转子转速，车辆在制动时，牵引器收到由司控器手柄输出的制动信号，经牵引器内VVVF调频调压装置改变电机定子频率，进行调速，（根据公式n。=60f/P）但车辆由于惯性原因速度不会立刻就降下来，此时n。〈n1转子转速大于定子转速，电动机变为发电机，利用列车的惯性由轮对带动电动机转子旋转而发电，（右手定则），转子有电流流过，在定子的磁场产生与转动方向相反的反转力矩，（左手定则），消耗列车的动能，达到产生制动作用的目的，而电动机发出的电流一部分返回到接触网经能量吸收装置被再次利用，一部分通过制动电阻器，采用通风散热将热量消散于大气。
三 空气制动原理
（1）紧急制动气路原理
制动供气风缸BSR压力进入气动阀单元PVU，并被分为两条单独的线。第一条较粗的线将空气供应给一次调节阶段。此阶段主要为中继阀根据控制压力将 BSR 压力下调到一个中间压力。该控制压力来自 BSR 的第二条线，并在称重电子装置硬件的控制之下经过了一套 EP 阀的调节。控制压力通过二次调节器而被限制在一定的数值以内。该数值即是能够在一次调节器输出情况下提供满载紧急制动压力的数值。这就保证了制动缸不会供给一个大于紧满载紧急制动压力值。
压力空气经过一次调节器后，分别供给轴1和轴2。每路供气都通过常用制动SB/WSP EP 阀，之后进入制动缸。在紧急制动情况下，这些 EP 阀处于非启动状态，使得一次调节器输出阶段中提供的 EB 压力具有一个无限制的路径。这些阀门的状态采用电子硬件连续监视，防止过度的 WSP 保持或放气操作影响 EB 的性能。每根轴通过链接EP阀实现气路连接，而链接 EP 阀通常对紧急制动和常用制动气流都是敞开的。当一根轴的 EP 阀失灵时，此阀使得两根轴的制动缸由一根轴的气源供气。所有的 EP 阀都是由控制电子装置控制的。
一次调节阶段需要进行称重调节。为了实现这一点，控制电子装置将会测量提供给PVU的空气悬挂系统压力，然后通过称重 EP 阀的运行将适当的控制压力提供给一次调节器。ASP压力和控制压力之间的关系储存在PAL装置中，正是这种逻辑控制着EP阀。
列车紧急制动通过EP2002内运行（如图1）后由基础制动装置完成如图2。
列车紧急制动功能采用硬线控制，在制动控制单元上装备了由列车安全环路硬线控制的紧急制动部分。若列车安全环线断开，产生紧急制动。总体上紧急制动采用执行电路和控制电路分开设计：
（1）控制电路：
当列车出现以下情况时，控制电路将失电，从而导致紧急制动接触器失电。紧急制动通过常带电的紧急制动环路的得失电来控制的，紧急制动是纯空气制动。
在下列任何一种情况下都将施加紧急制动：
非 ATO 模式下，未按下司机室中的警惕装置超过3s;
按下司机室台上紧急制动按钮;
列车高速运行时，方向手柄到 0 位;
列车分离（在联挂或者解挂过程中，施加紧急制动;在正常运行时列车脱钩施加紧急制动）;
总风欠压（总风缸压力低于 5.5bar 施加紧急制动，高于7bar 时缓解）;
紧急制动电气列车线环路中断或失电（紧急环路硬线中断）;
DC110V 控制电源失电;
ATP 系统发出紧急制动指令：
超速（超过 88km/h 时施加紧急制动，速度值待定）;
后溜（列车施加保持制动后，向后运行 5m）;
进入错误的运行区间（反向运行、同一安全区间内出现两辆列车等）; 两个车载 ATP 故障;
VCU 发出紧急制动指令;
超速（当列车速度超过83km/h 时，发出警报;超过85km/h 时，列车惰行;超过86km/h时，施加常用制动;超过88km/h 时施加紧急制动）;
列车运行时方向手柄过 0 位;
没有激活司机室;
制动时制动力施加不足;
主风缸压力低;
检测到紧急制动环路断电;
紧急操作开关动作。
（2）执行电路：
紧急制动列车线低电平信号给GV 阀和SV 阀将触发紧急制动。
紧急制动功能可以扩展到救援模式下的故障列车，救援时在救援列车和被救援列车的任何一个司机室都可以触发紧急制动。
在紧急制动过程中，不受冲击极限（0.75m/S?）的限制。WSP 功能在紧急制动过程中仍然有效。
紧急制动的施加是不可逆的，仅当所有紧急制动触发条件都消失，列车到达零速，且牵引杆拉到快速制动位时，紧急制动自动缓解。
在司机台上设置一个紧急制动测试按钮，在列车零速时，可以旁路警惕按钮;另外紧急制动测试按钮可以用作测试紧急制动，零速时，按下此按钮超过一段时间，列车将产生紧急制动。
四 典型故障及分析
1.苏州三号线03列车在动调过程中，动调前期所有数据一切正常，车辆没报故障，但当做80km/h快速制动和80km/h常用制动时，DDU界面会跳出0304车制动电阻超温故障，且0304车高速断路器会跳开，0304车牵引器报故障，开始以为车辆运行时间久了，车辆在不停的施加电制动，而变电所能量吸收装置未开启，（正常情况能量吸收装置不开启），能量全被制动电阻吸收，制动电阻温度太高起了保护作用，造成牵引器高速断路器跳闸，然后我们把车辆休眠，重新唤醒启动，再次按下合高段按钮，四个动车牵引器高速断路器重新闭合，于是再次进行80km/h制动试验，当车辆速度达到80km/h时将司控手柄拉到快速制动位，此时0304车又报了同样的故障，之后我们把车子低速开回停车区域和牵引供应商针对0304车进行检查，用专用测温仪发现0304车制动电阻温度比其它三个动车的制动电阻温度高出很多，怀疑0304车制动电阻风机没有工作，没有起到散热作用，（因为制动电阻风机的转向在静态调试时已让牵引供应商用电脑强制启动过，工作正常，且方向正确），于是安排专人在动调试验区外在车辆动起来的时候，对0304车制动电阻风机进行观察，发现，车辆在制动时，0304车制动电阻风机根本就没工作，后经排查，发现0304车制动电阻进风口和出风口的温度传感器位置装反，进风口检测的是环境外温，出风口检测的是制动电阻温度达到一定数值后风扇工作时的温度，位置装反后，风机是不会工作的，后让供应商把传感器位置对调，重新进行试验，车辆状态一切正常0304车没报故障，问题得以解决。
2.杭州一号线第21列车动调试验时，列车以80km/h初速度紧急制动时的制动距离及减速度数据，不符合试验大纲要求，（试验大纲要求：其紧急制动距离L和制动减速度a须满足L≤205m，a≥1.20 m/s*s）。
根据公司生产计划分别又对杭州地铁1号线第19、20列车进行动调试验，以上三列车都没有安装轮缘润滑装置，动调前天气状况良好，轨道干燥，适宜列车调试，试验首先进行了往返5次的40km/h运行，并施加紧急制动停车，使闸瓦与轮对之间能够充分接触。然后进行电制动试验，常用制动和快速制动的制动试验距离及减速度数值均符合标准。
在低速紧急制动和电制动结束后，开始进行初速度为80km/h的紧急制动试验，总共进行了三次试验，每次试验结束，列车以低速返回，尽量降低闸瓦和轮对的表面温度。
由表1、表2及表3的数据可知，第19列，20列车的初速度80km/h的紧急制动距离与减速度均符合标准，但第21列车的三次初速度为80km/h的紧急制动距离与减速度均不符合标准，整个试验过程西门子软件监测列车没有滑行现象。
在第21列在紧急制动试验期间，下车用专用测温仪器测量闸瓦温度的情况，发现轮对表面有一层油污的东西，并查看未动调新车的轮对情况，发现部分轮对表面确实有类似油污的东西，且油标签在轮对凹槽里没有清理干净如图3所示。
在清理列车车轮油污后继续动调，数据仍然不符合标准，经克诺尔、西门子确认，第21列车制动缸压力正常，制动系统反馈的总制动力正常;通过记录的曲线分析如下图所示：
图4中蓝色曲线为网络监测到的加速度曲线，得到车辆的实际平均减速度约值为-1.1377 m/s*s;而制动系统根据制动缸压力，反馈的总制动力值为289.2KN，杭州线列车在AW0工况下，车辆重约218.9t，因此，理论上列车的制动减速度约为289.2/218.9=1.32 m/s*s，而由软件得到的减速度为1.1377 m/s*s由此可以推论在制动过程中闸瓦与车辆车轮的摩擦系数变小了。
由上分析，对第21列车的所有闸瓦进行更换，然后重新动调，对新闸瓦进行充分磨合，保证闸瓦与车轮表面有80%的接触面积，待闸瓦降温后再次进行三次初速度为80km/h的紧急制动试验，得到紧急制动距离及减速度数据如表4所示且数据均符合标准。
五 总结
论文介绍了地铁车辆电制动和空气制动的原理，电制动与空气制动（踏面制动）相比，电制动的使用能有效降低轮对踏面磨耗，延长闸瓦和轮对的寿命，由于機械摩擦系数随着温度的提高而下降，空气制动（踏面制动）的效率与机车速度成反比;而电制动相反，速度越高制动效果越明显。
参考文献
[1]马喜成.上海轨道交通4号线地铁车紧急制动功能分析与计算[J].电力机车与城轨车辆，2007（3）.
[2]张和平.南京地铁车辆制动系统特点分析[J].机车电传动，2005（5）.
[3]吴新宇.克诺尔模拟式地铁制动系统概述[J].铁道车辆，2000（1）.
[4]欧红.电阻制动在地铁牵引电机中的应用，2000
关键词：地铁车辆，紧急制动距离，减速度，闸瓦
一 背景
目前国内越来越多的城市发展轨道交通来解决日益拥堵的交通压力，其地铁车辆的制动系统多采用由德国克诺尔公司提供的EP2002型制动系统。该系统是以转向架为单位的“架控式”制动控制系统，内设监控终端，具有自诊断和故障记录功能，它能在司机控制器或ATO的控制下对列车进行阶段或一次性的制动与缓解。在正常制动过程中，电制动和空气制动在列车级随时协调配合以满足制动指令的要求，并且优先采用电制动，电制动包括电阻制动和再生制动.如果电制动不能满足总制动力的需求，由空气制动自动补充，并且优先补充拖车的空气制动。
空气制动的典型就是紧急制动，为保证列车运行安全而设有紧急制动，紧急制动由列车的紧急制动环路失电触发，当紧急制动环路断开导致紧急电磁阀失电时施加紧急制动，并最终由空气制动基础装置执行，是通过一个安全回路控制的纯空气制动模式，是列车运行安全保证中最重要的环节。
二 电制动原理
司控器由角度传感器对应牵引180度，制动0度，经司控器内编码器对应4mA-20mA电流送至车载译码器，经解调译码成PWM对10%-90%占空比，最终对应出司控器手柄在惰性位输出电压值DC2.4V，在常用制动位DC-18V，在快速制动位DC-22V，及全牵引位DC22V，车辆在牵引过程中，牵引器接收到由司控器发出的牵引信号，电机定子绕组通入三相对称交流电，产生旋转磁场作用于转子，转子绕组产生感应电动势感应电流，在定子旋转磁场相互作用会产生电磁力F，形成电磁转矩T，转子转动，驱动轮对转动，此时n。>n1定子转速大于转子转速，车辆在制动时，牵引器收到由司控器手柄输出的制动信号，经牵引器内VVVF调频调压装置改变电机定子频率，进行调速，（根据公式n。=60f/P）但车辆由于惯性原因速度不会立刻就降下来，此时n。〈n1转子转速大于定子转速，电动机变为发电机，利用列车的惯性由轮对带动电动机转子旋转而发电，（右手定则），转子有电流流过，在定子的磁场产生与转动方向相反的反转力矩，（左手定则），消耗列车的动能，达到产生制动作用的目的，而电动机发出的电流一部分返回到接触网经能量吸收装置被再次利用，一部分通过制动电阻器，采用通风散热将热量消散于大气。
三 空气制动原理
（1）紧急制动气路原理
制动供气风缸BSR压力进入气动阀单元PVU，并被分为两条单独的线。第一条较粗的线将空气供应给一次调节阶段。此阶段主要为中继阀根据控制压力将 BSR 压力下调到一个中间压力。该控制压力来自 BSR 的第二条线，并在称重电子装置硬件的控制之下经过了一套 EP 阀的调节。控制压力通过二次调节器而被限制在一定的数值以内。该数值即是能够在一次调节器输出情况下提供满载紧急制动压力的数值。这就保证了制动缸不会供给一个大于紧满载紧急制动压力值。
压力空气经过一次调节器后，分别供给轴1和轴2。每路供气都通过常用制动SB/WSP EP 阀，之后进入制动缸。在紧急制动情况下，这些 EP 阀处于非启动状态，使得一次调节器输出阶段中提供的 EB 压力具有一个无限制的路径。这些阀门的状态采用电子硬件连续监视，防止过度的 WSP 保持或放气操作影响 EB 的性能。每根轴通过链接EP阀实现气路连接，而链接 EP 阀通常对紧急制动和常用制动气流都是敞开的。当一根轴的 EP 阀失灵时，此阀使得两根轴的制动缸由一根轴的气源供气。所有的 EP 阀都是由控制电子装置控制的。
一次调节阶段需要进行称重调节。为了实现这一点，控制电子装置将会测量提供给PVU的空气悬挂系统压力，然后通过称重 EP 阀的运行将适当的控制压力提供给一次调节器。ASP压力和控制压力之间的关系储存在PAL装置中，正是这种逻辑控制着EP阀。
列车紧急制动通过EP2002内运行（如图1）后由基础制动装置完成如图2。
列车紧急制动功能采用硬线控制，在制动控制单元上装备了由列车安全环路硬线控制的紧急制动部分。若列车安全环线断开，产生紧急制动。总体上紧急制动采用执行电路和控制电路分开设计：
（1）控制电路：
当列车出现以下情况时，控制电路将失电，从而导致紧急制动接触器失电。紧急制动通过常带电的紧急制动环路的得失电来控制的，紧急制动是纯空气制动。
在下列任何一种情况下都将施加紧急制动：
非 ATO 模式下，未按下司机室中的警惕装置超过3s;
按下司机室台上紧急制动按钮;
列车高速运行时，方向手柄到 0 位;
列车分离（在联挂或者解挂过程中，施加紧急制动;在正常运行时列车脱钩施加紧急制动）;
总风欠压（总风缸压力低于 5.5bar 施加紧急制动，高于7bar 时缓解）;
紧急制动电气列车线环路中断或失电（紧急环路硬线中断）;
DC110V 控制电源失电;
ATP 系统发出紧急制动指令：
超速（超过 88km/h 时施加紧急制动，速度值待定）;
后溜（列车施加保持制动后，向后运行 5m）;
进入错误的运行区间（反向运行、同一安全区间内出现两辆列车等）; 两个车载 ATP 故障;
VCU 发出紧急制动指令;
超速（当列车速度超过83km/h 时，发出警报;超过85km/h 时，列车惰行;超过86km/h时，施加常用制动;超过88km/h 时施加紧急制动）;
列车运行时方向手柄过 0 位;
没有激活司机室;
制动时制动力施加不足;
主风缸压力低;
检测到紧急制动环路断电;
紧急操作开关动作。
（2）执行电路：
紧急制动列车线低电平信号给GV 阀和SV 阀将触发紧急制动。
紧急制动功能可以扩展到救援模式下的故障列车，救援时在救援列车和被救援列车的任何一个司机室都可以触发紧急制动。
在紧急制动过程中，不受冲击极限（0.75m/S?）的限制。WSP 功能在紧急制动过程中仍然有效。
紧急制动的施加是不可逆的，仅当所有紧急制动触发条件都消失，列车到达零速，且牵引杆拉到快速制动位时，紧急制动自动缓解。
在司机台上设置一个紧急制动测试按钮，在列车零速时，可以旁路警惕按钮;另外紧急制动测试按钮可以用作测试紧急制动，零速时，按下此按钮超过一段时间，列车将产生紧急制动。
四 典型故障及分析
1.苏州三号线03列车在动调过程中，动调前期所有数据一切正常，车辆没报故障，但当做80km/h快速制动和80km/h常用制动时，DDU界面会跳出0304车制动电阻超温故障，且0304车高速断路器会跳开，0304车牵引器报故障，开始以为车辆运行时间久了，车辆在不停的施加电制动，而变电所能量吸收装置未开启，（正常情况能量吸收装置不开启），能量全被制动电阻吸收，制动电阻温度太高起了保护作用，造成牵引器高速断路器跳闸，然后我们把车辆休眠，重新唤醒启动，再次按下合高段按钮，四个动车牵引器高速断路器重新闭合，于是再次进行80km/h制动试验，当车辆速度达到80km/h时将司控手柄拉到快速制动位，此时0304车又报了同样的故障，之后我们把车子低速开回停车区域和牵引供应商针对0304车进行检查，用专用测温仪发现0304车制动电阻温度比其它三个动车的制动电阻温度高出很多，怀疑0304车制动电阻风机没有工作，没有起到散热作用，（因为制动电阻风机的转向在静态调试时已让牵引供应商用电脑强制启动过，工作正常，且方向正确），于是安排专人在动调试验区外在车辆动起来的时候，对0304车制动电阻风机进行观察，发现，车辆在制动时，0304车制动电阻风机根本就没工作，后经排查，发现0304车制动电阻进风口和出风口的温度传感器位置装反，进风口检测的是环境外温，出风口检测的是制动电阻温度达到一定数值后风扇工作时的温度，位置装反后，风机是不会工作的，后让供应商把传感器位置对调，重新进行试验，车辆状态一切正常0304车没报故障，问题得以解决。
2.杭州一号线第21列车动调试验时，列车以80km/h初速度紧急制动时的制动距离及减速度数据，不符合试验大纲要求，（试验大纲要求：其紧急制动距离L和制动减速度a须满足L≤205m，a≥1.20 m/s*s）。
根据公司生产计划分别又对杭州地铁1号线第19、20列车进行动调试验，以上三列车都没有安装轮缘润滑装置，动调前天气状况良好，轨道干燥，适宜列车调试，试验首先进行了往返5次的40km/h运行，并施加紧急制动停车，使闸瓦与轮对之间能够充分接触。然后进行电制动试验，常用制动和快速制动的制动试验距离及减速度数值均符合标准。
在低速紧急制动和电制动结束后，开始进行初速度为80km/h的紧急制动试验，总共进行了三次试验，每次试验结束，列车以低速返回，尽量降低闸瓦和轮对的表面温度。
由表1、表2及表3的数据可知，第19列，20列车的初速度80km/h的紧急制动距离与减速度均符合标准，但第21列车的三次初速度为80km/h的紧急制动距离与减速度均不符合标准，整个试验过程西门子软件监测列车没有滑行现象。
在第21列在紧急制动试验期间，下车用专用测温仪器测量闸瓦温度的情况，发现轮对表面有一层油污的东西，并查看未动调新车的轮对情况，发现部分轮对表面确实有类似油污的东西，且油标签在轮对凹槽里没有清理干净如图3所示。
在清理列车车轮油污后继续动调，数据仍然不符合标准，经克诺尔、西门子确认，第21列车制动缸压力正常，制动系统反馈的总制动力正常;通过记录的曲线分析如下图所示：
图4中蓝色曲线为网络监测到的加速度曲线，得到车辆的实际平均减速度约值为-1.1377 m/s*s;而制动系统根据制动缸压力，反馈的总制动力值为289.2KN，杭州线列车在AW0工况下，车辆重约218.9t，因此，理论上列车的制动减速度约为289.2/218.9=1.32 m/s*s，而由软件得到的减速度为1.1377 m/s*s由此可以推论在制动过程中闸瓦与车辆车轮的摩擦系数变小了。
由上分析，对第21列车的所有闸瓦进行更换，然后重新动调，对新闸瓦进行充分磨合，保证闸瓦与车轮表面有80%的接触面积，待闸瓦降温后再次进行三次初速度为80km/h的紧急制动试验，得到紧急制动距离及减速度数据如表4所示且数据均符合标准。
五 总结
论文介绍了地铁车辆电制动和空气制动的原理，电制动与空气制动（踏面制动）相比，电制动的使用能有效降低轮对踏面磨耗，延长闸瓦和轮对的寿命，由于機械摩擦系数随着温度的提高而下降，空气制动（踏面制动）的效率与机车速度成反比;而电制动相反，速度越高制动效果越明显。
参考文献
[1]马喜成.上海轨道交通4号线地铁车紧急制动功能分析与计算[J].电力机车与城轨车辆，2007（3）.
[2]张和平.南京地铁车辆制动系统特点分析[J].机车电传动，2005（5）.
[3]吴新宇.克诺尔模拟式地铁制动系统概述[J].铁道车辆，2000（1）.
[4]欧红.电阻制动在地铁牵引电机中的应用，2000