EP2002制动控制系统的作用原理解析

1.EP2002阀的内部气路结构

如图6-20所示，所有EP2002阀的内部气路是相同的，为了便于理解，将其功能区域分成几个区域予以说明。

图6-20 EP2002阀内部气路的结构图

（1）主调节器（A区域）主调节器由一个中继阀负责调整压力到相应载荷的紧急制动压力值。如果电子称重系统发生故障，该阀也负责提供一个最小的空载紧急制动压力。

（2）副调节器（B区域）副调节器在主调节器的上游，副调节器负责限制供给到制动缸的最大压力不超过超员载荷下紧急制动压力的水平。

（3）载荷压力（C区域）载荷压力负责提供控制压力到主调节器中继阀。这个控制压力在常用制动和紧急制动时有效，并且与空气悬架压力（ASP1，ASP2）成正比。

（4）制动缸压力调整器（D区域）制动缸压力调整器负责将主调节器的输出压力调整成要求的制动缸压力大小。制动缸压力调整区域也负责防滑保护功能激活时的制动缸压力调节。为了安全起见，紧急制动电路和常用制动控制电路是分开的。

（5）连接阀（E区域）连接阀可以使制动缸压力连接到一起或分开。在常用制动和紧急制动时，将2根轴上的制动缸输出气路连接到一起，以转向架为单位施加制动；在车轮防滑保护功能激活时，两根轴的制动缸压力被分离开来，每根轴上的制动缸压力是由制动缸压力调整阶段单独控制的。

（6）压力传感器（F和G区域）压力传感器用于内部调节或外部显示（制动风缸压力、载荷量、制动缸压力、停放制动）。

按照如上功能区域进行划分，仅为方便理解该阀内部气路特性。EP2002阀是一种精密的机械电子阀，由上百个零件组成，供货时将以整体的形式提供给车辆制造商。

2.EP2002制动控制系统的网络结构

EP2002制动控制系统的网络结构，关系到列车制动控制以及制动力分配等关键问题，因此非常重要。EP2002制动控制系统具有很高的可用性和灵活性，可以与多种总线结构兼容，如MVB总线、RS485总线、LONBUS总线和FIP总线等。制动控制系统网络结构的设置主要应从安全性、可靠性、经济性等方面考虑。

下面以6节编组的城轨车辆为例，对目前应用较多的两种EP2002制动控制系统网络结构进行说明。

（1）半列车CAN总线网络结构 如图6-21所示，半列车CAN总线网络结构是将半列车所有的EP2002阀用CAN总线相连，并由B车和C车上的两个网关阀通过MVB总线（或其他总线）与列车控制系统进行通信。每半列车上B车和C车中的一个网关阀将被定义为主网关阀，而另一个被定义为从网关阀。当主网关阀出现故障时，从网关阀能够自动接替主网关阀的工作，保证了系统的冗余性。如果MVB总线（或其他总线）出现故障，则网关阀将按照默认状态工作。另外，总线由两对双绞线组成，具有较好的冗余性。

图6-21 半列车CAN总线网络结构图

在B车和C车上各设置一个RIO阀的目的是RIO阀可以通过硬连线与其控制的转向架上的牵引控制单元进行通信，使电制动和空气制动协调工作。根据每个项目的实际情况，在充分研究网关阀与车辆总线信息传输量的情况下，可以考虑用网关阀与MVB总线（或其他总线）之间的通信来代替RIO阀与本转向架牵引控制单元的通信工作，这样B车和C车上的RIO阀就可以用智能阀来代替，增强了部件的互换性，同时也减少了备品备件的种类，经济性更好。

（2）单节车CAN总线网络结构 单节车CAN总线网络结构是将每节车上的两个EP2002阀用CAN总线相连，并由每节车上的网关阀通过MVB总线（或其他总线）与列车控制系统进行通信，其网络结构图如图6-22所示。如果MVB总线出现故障，则网关阀将按照默认状态工作。

图6-22 单节车CAN总线网络结构图

半列车CAN总线网络结构与单列车CAN总线网络结构的对比分析可以从两个角度考虑：

从安全性和可靠性角度进行分析，半列车CAN总线网络结构中的从网关阀作为主网关阀的备份，具有较好的冗余性，如果CAN总线在A、B车之间断开，将导致A车的空气制动失效，但发生这种故障的概率是比较低的；而在单节车CAN总线网络结构中，如果某节车上的网关阀出现故障，则本节车空气制动失效；如果某节车上的CAN总线断开，则一个转向架上的空气制动失效。经过上述对比可见，半列车CAN总线网络结构的安全性和可靠性，略高于单节车CAN总线网络结构。

从经济性角度进行分析，半列车CAN总线网络结构比单节车CAN总线网络结构少使用一个网关阀，多使用一个RIO阀或智能阀。如单纯从EP2002阀的总价格来考虑，半列车CAN总线网络结构的价格低于单节车CAN总线网络结构，但是，由于半列车CAN总线网络结构比单节车CAN总线网络结构所使用的CAN总线更长，从综合成本考虑，两者基本相同。

3.EP2002制动控制系统的制动管理及工作逻辑(www.xing528.com)

在单节车CAN总线网络结构的EP2002制动控制系统中，一般选择由列车上的主车辆控制单元（VCU）负责列车的制动管理。除紧急制动外，主VCU控制列车电制动力与空气制动力的分配。制动力指令由列车总线传输给VCU和网关阀，主VCU连续循环计算车辆系统所需制动力的大小，实际总制动力值由车辆的载荷所决定。主VCU再根据网压、电制动/空气制动分配特性将总制动力合理分配给电制动控制单元和空气制动控制单元。另外，为了使列车具有载荷补偿功能和制动故障时车辆内部制动力的合理分配，VCU和网关阀之间，通过列车和车辆总线进行实际制动力施加值的数据交换。

在半列车CAN总线网络结构的EP2002制动控制系统中，可以选择由列车上的主车辆控制单元（VCU）负责列车的制动管理；也可以设置两个半列车CAN总线网络结构中的任何一个主网关阀作为整列车的主网关阀，负责列车的制动管理，另一个半列车CAN总线网络结构中的主网关阀作为备份。如图6-23所示。

图6-23 EP2002制动系统工作示意图

4.制动控制

（1）常用制动 在常用制动模式下，电制动和空气制动一般都处于激活模式，以便电制动和空气制动之间的及时转换。常用制动优先采用电制动，当电制动故障或电制动力不足时，由空气制动补充，以达到要求的常用制动减速度。常用制动具有防滑控制功能并且受到冲击极限的限制。每个EP2002阀测量本转向架的载荷，并通过局部制动控制卡传输数据到CAN总线。CAN总线内的主网关阀通过MVB总线（或其他总线）与列车控制系统进行通信，根据列车控制数据和转向架载荷为本节车的每个转向架产生单独的、与载荷信号相关的空气制动力指令，并通过CAN总线将指令发给各个EP2002阀。上述过程考虑到了每个转向架的黏着限制情况，每个局部制动控制卡通过气动阀和气动阀单元内的传感器反馈信号提供闭环摩擦制动控制。

（2）快速制动 当司机操作主控制器手柄使其处于快速制动位时快速制动被触发。快速制动是一种特殊的制动模式。快速制动与紧急制动的制动率相同。快速制动优先使用电制动，当电制动故障或电制动力不足时由空气制动补充。快速制动时，快速制动命令是可以恢复的，具有防滑控制功能并且受到冲击极限的限制。快速制动时，EP2002制动控制系统的工作原理基本与常用制动时的相同。

（3）紧急制动 紧急制动是列车在紧急情况下而采取的制动方式。紧急制动是通过列车安全回路来控制的，一般情况下紧急制动可以由以下系统或元件触发：紧急按钮、列车超速、警惕按钮、车钩断钩、ATP系统等。紧急制动一经触发，列车安全回路中断，触发信号传输给列车控制单元和牵引控制单元，牵引控制单元中断牵引系统工作。紧急制动是按照比常用制动更高的制动率而设计的。紧急制动仅仅由空气制动提供，且制动命令在停车之前是不可恢复的，紧急制动时具有防滑控制功能但不受冲击极限的限制。

（4）停放制动 为了满足列车较长时间停放的要求，停放制动采用弹簧施加，压缩空气缓解方式；另外，停放制动时还具有手动缓解功能。EP2002阀将实时监控停放制动缸的空气压力。

（5）保压制动 激活保压制动的条件：当城轨列车施加制动后，当检测到列车停车（列车速度约为0.5km/h，可以根据不同的情况进行调整）后，由EP2002阀激活保压制动，以防止列车溜动。保压制动力的大小将保证AW3载荷的列车停在最大坡度线路上而不会产生溜动。

缓解保压制动的条件如下：

1）司机将主控制器手柄置于牵引位，每个牵引系统将牵引力的实际值发送给列车主VCU。

2）主VCU计算列车牵引力实际值的总和。

3）牵引力实际值的总和足以起动列车（会引起列车后溜）。

4）主VCU向EP2002阀发出“缓解保压制动”信号。

空气制动的状态信号将反馈给VCU，VCU通过该信号确认制动是否缓解，如果空气制动在某一时间段内没有完全缓解，则VCU将向各牵引系统发出中断牵引的指令，并再次施加保压制动。

（6）车轮防滑保护功能 车轮防滑保护系统采用轴控防滑方式，包括防滑阀、测速齿轮、速度传感器、防滑电子控制单元和防滑阀都集成在EP2002阀内。

车辆防滑保护控制集成在EP2002控制系统内。系统通过控制制动力来检测和校正车轮滑行。安装于每根轴上的速度传感器用来监控轴速，这个信息共享于CAN区域内的EP2002阀。

如果EP2002阀检测到滑行，它将控制制动缸压力来校正该轴上的车轮滑行。当列车制动并且检测到滑行存在时，车轮防滑保护控制能独立控制每根轴的制动力。该种检测车轮滑行的方法用于确定低附着情况的存在条件：

1）单根轴过大的减速度。

2）每根轴和旋转速度最高的轴的速度偏差。

当由上述任意一条件检测到车轮滑行，则负责该转向架的EP2002阀将快速连通该轴制动缸与大气之间的通路，通过减小制动缸的压力来消除滑行现象；同时控制系统将定期执行地面速度检测，以便更新计算真实的列车速度。系统能根据轨道条件精确地控制滑行深度，这将改进后面车轮的附着条件，在低附着情况下使用最大制动力，同时确保没有车轮擦伤。当车轮防滑保护装置计算确定附着条件回到正常状态，系统将返回到最初的状态，地面速度检测将结束。

除此之外，EP2002制动控制系统还具有空气制动和停放制动状态检测功能、制动风缸压力过低检测功能、自测功能、故障记录功能等。