制动控制原理

项目14　EPAC制动系统

【项目描述】

城市轨道交通车辆的EPAC制动系统是由法维莱公司设计生产的一种具有先进技术的城轨制动系统，我国深圳地铁4号线、上海地铁6、8号线以及南京地铁南沿线上均使用了这种制动系统，在欧洲的一些城市轨道交通车辆上也有广泛的使用。

城轨车辆的EPAC制动系统在功能上既可以实现车控的形式，也可以根据用户需求采用架控的形式，具有远距离制动、缓解等功能。EPAC制动系统从组成上讲主要包括制动控制装置、转向架制动装置、防滑保护装置、空气悬挂供风装置、空气信号装置、风源及处理装置等。

【学习目标】

1.通过本项目的学习要求掌握EPAC制动系统的结构、组成和特点。

2.熟练掌握EPAC城市轨道交通车辆制动系统的功能。

3.掌握EPAC城市轨道交通车辆制动系统控制原理。

4.熟悉EPAC城市轨道交通车辆制动系统的优缺点。

【技能目标】

1.能分析EPAC制动系统组成结构。

2.能够掌握EPAC制动系统的气路原理。

3.能分析并说明EPAC制动系统的控制原理。

4.能够掌握EPAC制动系统的故障的一般处理方法。

任务1　EPAC制动系统概述及系统组成的认知

【活动场景】

在城轨车辆制动机生产车间或检修现场教学，或用多媒体展示城轨车辆EPAC制动系统。

【任务要求】

1.能说明EPAC制动系统的控制方式及功能。

2.能分析EPAC制动系统组成及制动控制单元的基本作用。

【知识准备】

1.EPAC制动系统概述

法国的法维莱公司设计生产的城市轨道交通车辆的EPAC制动系统在欧洲有广泛的市场，在法国、德国、英国等一些欧洲国家的城市轨道交通车辆上使用得非常广泛，由于这种制动系统性能稳定、售后服务好，因此有一定的市场占有率；目前我国的深圳地铁4号线、上海地铁6、8号线以及南京地铁南沿线地铁车辆上也有引进并装车使用了EPAC这种先进的城市轨道交通车辆的制动系统，而且使用效果良好。

城市轨道交通车辆的EPAC制动系统可实现车控，也可以根据用户需求采用架控，具有远距离制动与缓解功能。

EPAC制动系统包括制动控制装置、转向架制动装置、防滑保护装置、空气悬挂供风装置、空气信号装置、风源及其处理装置等。

2.EPAC制动系统主要技术参数

（1）EPAC制动系统名词缩写词

为了便于我们学习，首先对EPAC系统常用的英语缩写词进行汇总和学习，如表14.1所示为EPAC制动系统中常用缩写及其含义。

表14.1　EPAC制动系统中常用缩写及其含义

（2）EPAC制动系统在城轨列车编组中的安装与使用

以上海地铁6号线、8号线和深圳地铁4号线制动系统为例，法维莱公司有EPAC制动系统如表14.2和图14.1所示，为EPAC制动系统在城轨列车4辆编组和6辆编组列车中安装与使用情况。

表14.2　列车配置表

图14.1　EPAC制动系统在车辆编组中的安装使用情况

C—压缩机；P—停车制动；Tc—拖车头车；M—动车；Mp—电机电流

EPAC制动系统采用了单管电空制动系统，可与TCMS系统和VVVF牵引系统协同工作。法维莱公司提供了基于EPAC可模块化安装在列车上的制动系统中，其中安装在车底中部的EPAC是一个小型化的制动单元，根据制动指令能实现电空常用制动和紧急制动。

（3）EPAC制动系统主要技术参数

①运行条件

最大设计速度　　　　　　　　　　　　　　　　100km/h

最大运行速度　　　　　　　　　　　　　　　（80+3）km/h

零速　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＜3km/h

运行减速度　　　　　　　　　　　　　　　　　1.0m/s2

紧急制动减速度　　　　　　　　　　　　　　　1.3m/s2

②空气制动性能

正常冲击　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.75m/s3

响应时间　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.4s

衰减点　　　　　　　　　　　　　　　　　　　6km/h

车厢车辆的最大减速度　　　　　　　　　　　　1m/s2

紧急减速度　　　　　　　　　　　　　　　　　1.3m/s2（没有冲击极限限制）

停放制动　　　　　　　　　　　　　　　　　　载荷AW3、4%斜坡

③降级模式

速度限制　　　　　　　　　　　　　　　　　　55km/h

失去电气制动的动车将被降级为拖车，并由摩擦制动承担制动作用。在两节动车不工作时，车辆可以行驶到最近的车站并空载返回到车间。

④供气压力

供风压力　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.84～0.95MPa

空气悬挂　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.316～0.660MPa

⑤风缸

总风缸　　　　　　　　　　　　　　　　　　　100L

制动风缸（BSR）　　　　　　　　　　　　　　100L

悬挂风缸　　　　　　　　　　　　　　　　　　100L

⑥制动缸压力

Tc车、Mp车制动缸压力见表14.3、表14.4。

表14.3　Tc车制动缸压力表

表14.4　Mp车制动缸压力表

⑦停放状态压力开关设置

缓解　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　压力上升至（0.55±0.33）MPa

施加　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　压力下降至（0.33±0.02）MPa

⑧工作压力

最大工作压力（安全阀设置）　　　　　　　　　　　　　　1.06MPa

正常模式停止压缩机　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.95MPa（压力上升）

正常模式启动压缩机　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.84MPa（压力下降）

辅助模式启动压缩机　　　　　　　　　　　　　　　　　　0.75MPa（压力下降）

3.EPAC制动系统的制动模式

EPAC制动系统主要有以下几种制动模式：

（1）动力制动

动力制动是通过电机产生的电制动力实现无磨耗制动，这种制动只能在动车上实现，不能在拖车上实现。

（2）机械摩擦制动

机械摩擦制动直接作用在车轮上，拖车和动车都可实现。

（3）停放制动

停放制动电空控制的停放制动，实现停放制动功能。

城市轨道交通车辆的制动系统能实现下面两个主要作用：①响应司乘人员、乘客、安全系统的制动指令，根据操作条件和列车的状态，使列车在特定的时间或距离内按照既定的列车制动性能施加制动，降低列车速度；②保持列车在静止状态。

为实现以上城轨车辆制动的主要作用，城轨车辆制动系统应执行以下制动功能：

①常用制动：通过司机或ATP系统发出指令，使城轨车辆在特定区间内能按照时分表以最大速度运行。通常它用于在各种速度和载荷条件下快速有效地控制列车运行和停止。常用制动通常采用动力制动和空气制动的复合制动（动力制动优先）。

②快速制动：是一种和紧急制动减速度相同的常用制动。快速制动时，可实现复合制动和防滑控制，安全回路不断开。

③紧急制动：保证在特定的时间内提供预期的制动力。为避免潜在的危险状态，司机发出紧急制动指令，使列车在最短的距离内停车。

④停放制动：防止列车在静止状态溜车，用于保证列车安全可靠停放。

⑤保持制动：用于列车在坡道启动时不溜车。在这种情况下，当制动系统仍施加一定制动力的条件下，列车可以施加牵引。

⑥回送：当地铁列车连挂上双管回送列车时，用于产生与列车管减压信号相应的制动。

【知识连接】

法维莱公司简介

法维莱公司总部在法国，成立于1919年，主要生产供轨道交通行业使用的各种机电设备，如控制、监控、供电、空调、车门和站台屏蔽门等，其中空调、车门和屏蔽门占全球领先地位。

法维莱公司在轨道交通方面已经有80多年的历史，是欧洲以及世界范围内轨道交通产品的先驱。法维莱公司以其在部门及产品上的革新能力而著称。法维莱公司每年将总收入的5%投入研发，不断为客户寻求最佳的解决方案。为了适应快速轨道交通的行业需求，法维莱公司不断地努力提升产品的可靠性，努力降低成本，加快物流速度与交货时间。通过不断改进的技术与工艺，运用最佳的技术方案得以完善丰富的产品线，为客户提供完善的总体解决方案。有诸多产品处于行业领先位置。例如，1955年，安装有法维莱受电弓的机车创造了331km/h的世界纪录。1990年，又将这一世界纪录提升到515.3km/h。由于产品的优越性能，法维莱公司在世界范围内已成为轨道交通行业的首选伙伴与供应商。

目前，法维莱公司经营的业务主要集中在以下领域，并且很多处于领先地位：包括安全门/半高安全门、轨道空调设备、车门系统、受电弓、功率变换器、影像监控系统和其他电子系统。

在通风设备和空调设备领域，法维莱公司因其产品的多样性和优良品质而格外闻名。这些在设计中，资深的设计师充分考虑列车的构造与乘客的需求，制造出结构紧凑、功能强劲、性能可靠、节约能源的产品。目前，在国内的许多轨道交通的列车上，可以感受到法维莱空调设备所带来的舒适的乘车环境与愉悦的心情。为了使乘客在轨道交通的旅途中体验更加舒适的感觉，法维莱在车厢内为乘客提供新闻及娱乐节目，使旅途更加轻松愉快。法维莱用了两个概念来丰富这项服务，一个是高速网络，另一个是列车与地面的高速网络与通信界面。结合这两大系统，法维莱能够提供多项功能，如快速内容下载、组群观看、个人观看以及随时间空间而变化的动态信息选择等。

多年来，法维莱公司一直拥有最先进的列车车门系统工艺，产品的技术方案不仅提高了产品的技术性能，同时，移动梯和入口坡道也极大地方便了残疾人士，充分保障了社会公共福利的最大化。

法维莱公司制造的列车主控机也有相当长久的历史，在全球受到认可，众多世界级的轨道交通公司选用主控机来配备他们最先进的铁道车辆。基于模块化的技术，既可以方便地满足一般的铁路客户的要求，又可以控制总体的成本。

法维莱公司提供的全套防滑系统，包括车轮转速传感器、气动电磁阀和装有高精密监控软件的微机，已经安装于欧洲大部分国家的列车上。如今，这个数字已经超过13000套。

WITAMIN系统，是交通运输环境下首先运用新的高速宽带无线电通信系统。依靠这套网络通信系统与信息记录仪系统，列车的运营数据、相关数据可以实时传输，不仅提高了轨道交通的运营率，更协助制订运营与维护计划，防止意外事故的发生。

1989年法维莱公司开始拓展在安全门领域的竞争能力。包括中国市场内的诸多成功经验，证明了法维莱公司已经成为这个领域的世界顶级供应商。安全门系统在站台和轨道之间建立了一道安全屏障，不仅保障了列车运营与乘客的安全，也极大地改善了站台内的乘车环境，同时，也大幅度降低了空调系统的能耗。

为了更好地为中国地区轨道交通服务，公司在2005年成立了法中轨道交通运输设备（上海）有限公司。公司位于上海核心工业区宝山区刘场路335号A栋，拥有现代化的生产厂房，专业从事生产安全门业务。公司是法维莱公司远东有限公司的全资子公司。2010年公司搬迁至宝山城市工业园区宝祁路683号。

目前法维莱公司是我国国内第一个做高铁安全门、屏蔽门工程的。外国公司其主要高铁项目有成灌高铁和海南东环高铁。

【任务实施】

学员在指导老师的引导下，通过对本任务的学习，让学员查阅资料，大家通过互相问答的形式，掌握以下内容：

①概述EPAC制动系统的控制方式。

②描述EPAC制动系统的组成。

③描述EPAC制动系统电子制动控制单元BECU的功能。

④学员讨论法维莱公司的发展。

【效果评价】

评价表

续表

任务2　EPAC制动系统常用制动原理

【活动场景】

在城轨车辆生产车间或检修现场教学，或用多媒体展示城轨车辆EPAC制动系统。

【任务要求】

1.能够掌握EPAC制动系统的控制方式及功能。

2.能够掌握EPAC制动系统组成，重点掌握制动控制单元的作用。

【知识准备】

1.EPAC制动系统的组成

安装EPAC制动系统的城轨车辆的每辆车都有一个总风缸，由压缩机通过总风管给其供风。总风管贯通于整个列车，车辆之间通过塞门和软管连接。一旦某个空气压缩机出现故障，总风管也能给辅助风缸供风。总风缸不仅能够给制动系统和停放制动系统供风，而且能给空气悬挂装置和风笛等附属装置供风。

辅助风缸为制动系统供风，一个带排水阀的过滤装置洁净来自总风管的压缩空气，并且设置了一个单向阀来防止在总风管没有压缩空气时，辅助风缸内的压缩空气向总风管逆流。通过压力传感器和压力测试点可以获得主要部件的空气压力信息。

常用制动、紧急制动及停放制动的控制由EPAC制动模块控制。每辆车上设一个EPAC模块输出压力与转向架制动缸相连，通过集成在EPAC上的压力测试点检测制动缸压力。

停放制动功能集成在EPAC中，并且有为车辆提供空气的悬挂系统供风。来自空气弹簧的平均压力是车辆载重压力的信号，这个信号用于常用制动力和紧急制动力计算时的载荷补偿。EPAC的压力测试点主要有TP1、TP2、TP3、TP5和TP8，通过它们来测试相关压力。

在EPAC制动系统还专门设置了一个气路板，板上部件用于隔离空气悬挂、停放制动和制动，安装在车内或车下。

2.EPAC制动控制系统

EPAC制动系统按用户的要求不同有不同的安装方式，比如我国上海地铁6号线和8号线EPAC制动系统是基于以车辆为单位的车控的制动控制方式，而深圳地铁4号线EPAC制动系统则是以每个转向架上的制动施加控制的（以后简称EPAC2）架控式的，车轮防滑保护WSP是以轴为单位进行控制的。EPAC制动系统与列车牵引控制系统之间的通讯是通过双通道的RS485和硬线来完成的，其中一个RS485通道仅用于连接Tc车的EPAC制动系统，主要用于故障诊断，另外一个RS485通道连接所有车的EPAC，主要用于传输制动指令。法维莱公司安装的车载局域网主要用于EPAC间必要信息的交换。

制动功能理念所具有的主要功能：

①电空常用制动（由主控制器或者ATO通过TCMS和列车线控制）通过电空制动和动力制动的复合制动来实现。

②快速制动（由主控制器通过TCMS控制），通过电空制动和动力制动的复合制动来实现。

③保持制动，通过电空制动来实现。

④紧急制动，通过电空制动来实现。

⑤停放制动，通过停放制动缸的弹簧力来实现。

3.EPAC内部气路结构

（1）EPAC-LITE气路分析

如图14.2所示是EPAC-LITE气路原理图，EPAC-LITE是EPAC设计理念的延续，是以车辆为制动控制单位的城市轨道交通制动系统。

【注意】

EPAC、EPAC2、EPAC-LITE均是法维莱公司不同时代的产品，性能有改进，但基本功能一样。下面要说明的是：

①EPAC-LITE不是一个固定配置的装置，而是一组不同版本的系列产品，各个版本都有各自的特色。可能更改部分的不同组合形成了新的版本（例如常用制动先导控制，停放制动气路等）。

②EPAC-LITE是一个先进的电空制动控制系统，可以满足城市轨道交通必需的各种功能要求。

③EPAC-LITE模块由气路板和相关的防水单板电路组成。

④EPAC-LITE的压缩空气由贯穿全列的总风管供应，输出的空气压力通过专门的管路与制动器（制动缸等）相连。

图14.2　EPAC-LITE制动系统的气路原理图

AR—来自辅助风缸；LP—来自空气悬挂；PR—来自停放制动风缸；
SV—来自紧急制动风缸；BC—到制动缸；PBR—到停放制动缸

（2）EPAC2气路分析

如图14.3所示是EPAC2的内部气路结构图，EPAC2一旦接收到来自车辆的经PWM双支承硬连线输入的制动指令，就能执行“每个转向架”的常用制动。EPAC2通过使用转向架空气悬挂的平均压力作为加权因子来达到所要求的机械制动力等级。另外，车辆逻辑供应的数据，如瞬间电力减速力，被用作为混合因素。EPAC2在气路上通过一个主继电器阀来控制输出压力，而通过一个电空回路（通过内部电子控制单元在闭环中动作的电磁阀和压力传感器）进行调节。调节电路可在3种不同的配置中布置，以便允许直接调节（即激活制动）、反向调节（即激活缓解）和缓解情况下进行反向调节（与上面一样，加上强制制动缓解的可能性）。

图14.3　EPAC2制动内部气路图

AR—从辅助风缸；BC1—去制动缸1；LP—从悬挂；BC2—去制动缸2；
Sparel—压力传感器；RP—制动缓解压力开关；Sparel2—压力传感器；
TPBC1—制动缸压力测试接口1；TLP—测试接口；TPBC2—制动缸压力测试接口2；
TAR—测试接口；LPP—LPP调整阀；MGD—综合压力调节器；SAFB1—紧急制动控制阀；
EVF—充分阀；EVS—排气阀；EVSB—远程缓解阀；Relay—中继阀

4.EPAC-LITE常用制动模块

电源和数据交换通过专用的电气连接实现（一个或多个电气连接器）。EPAC-LITE能够接受来自列车总线的制动指令对每个车辆实施常用制动。EPAC-LITE常用制动模块制动原理如图14.4所示。

EPAC-LITE采用来自转向架空气悬挂系统的平均压力作为载重信号，产生所需求的机械制动力。另外，接受DCU数据，例如电制动力，用于复合制动。

EPAC-LITE通过电空控制产生先导压力（电子控制单元控制的闭环，由电磁阀和压力传感器组成），然后控制中继阀的输出压力。根据不同的理念先导控制有3种不同的配置，即正逻辑先导控制（即得电制动）、反逻辑先导控制（即得电缓解）和反逻辑先导控制并有强迫缓解（即得电缓解，加强迫缓解）。

对于上海地铁6号线和8号线项目，选择正逻辑控制理念。该理念是通过两组满足制动时间的电磁阀EVF和EVS来实现。

从制动缸压力控制来说，每个EPAC-LITE都包括4个电磁阀EVF，EVS（即充风电磁阀，缓解电磁阀），3个压力传感器TA、TLP、Tpil和中继阀（R）。常用制动，电磁阀EVF，EVS同时得电，如图14.6所示，来自AR的压力空气经过导通的EVF，作为先导压力进入中继阀，与来自空气弹簧的压力一起，顶开中继阀，AR的压力空气经过中继阀进入制动缸，实现常用制动。进入制动缸的压力与先导压力成正比，其压力大小取决于电磁阀得电开启的时间。常用制动模块电气原理如图14.5所示。

图14.4　EPAC常用制动模块

图14.5　EPAC常用制动模块电气原理图

控制制动压力就是使EPAC-LITE内部的充风阀和缓解阀得电或失电，可以实现对制动缸的充排气。制动控制功能可分为：①根据外部输入制动请求信号产生一个制动指令；②将制动指令转化为实际的制动力。

电空制动模式下，制动指令通常由司控器或者ATO产生，它与制动系统的接口有：RS485总线；制动线（BRAKING-L），司控器处于制动状态，该信号激活；牵引线（TRAC-TION），司控器处于牵引状态，该信号激活；紧急环路（EMERGENCYBRAKE-L），紧急制动发生时，该信号激活。

图14.6　EPAC常用制动模块

EPAC实现制动作用，同时考虑了牵引电机特性、车体参数（如载重）、制动模式、制动系统可用性等因素。所需的操作模式通过应用软件来实现，应用程序通过来自车辆、牵引、制动系统的输入信号来识别操作状态。在每种状态下，EPAC-LITE执行一系列系统要求的动作，不同状态的转换也是通过一系列相同的信号。当转换是一个不可接受的状态时，程序转向相关的错误状态，此时所有必要的计数器接受检测、产生错误信息并分发。

图14.7　EPAC常用制动模块

5.常用制动备用模块

一旦启用备用模块（可能由于网络通信中断），硬线的逻辑信号被车辆的逻辑系统激活，同时EPAC不再接受通过RS485发出的制动指令。在这种情况下，制动线（BRAKING-L）被激活即手柄在0～99%的制动区。将产生相当于常用制动50%的制动力。当手柄在最大常用制动位100%，即当MSB列车线电压为0时，系统将产生最大常用制动力，即在常用备用模式下只有两种制动力被提供，常用制动力的50%或100%。如果VVVF的电制动有效，复合制动模式同样适用。

6.EPAC2常用制动模块

在更先进的深圳地铁4号线中，是以直接调节为基础的，通过两个耦合的EVF和EVS阀来实现，以便满足要求的制动时间和冗余。BPAC2常用制动模块原理如图14.7、图14.8所示。

图14.8　EPAC常用制动模块

EPAC2向车辆逻辑线路发送每个转向架（经由RP综合压力开关）的制动状态（施加/缓解）。为了独立监控EPAC2电子是否出现故障，在到制动缸的输出端配置了一个压力开关（RP），该压力开关与车辆电线束硬连接。到制动缸的最大压力通过可设置的综合压力调节器（MGD）进行限制。可以通过使EVSB阀得电（远程缓解）来自动隔离（由TIMS监控）常用制动，这一操作并不影响紧急制动的功能，它总能够施加并缓解。

从制动缸的角度，每个EPAC2是由4个电磁阀EVF，EVS（名为施加和缓解电磁阀），3个压力传感器TA，TLP和TPil以及主继电器（R）组成的。在EPAC2中，制动力的控制通过使该施加和缓解电磁阀得电和失电来达到，这一操作允许填充和排空制动缸。所有的EPAC2通过制动系统的内部网ECHELON互相进行通信（该网由两个网组成，这两个网相互支持）。

只有Tc车上的EPAC2有机会成为所有EPAC2的主EPAC2，如图14.10所示。制动控制功能可以划分为：①生成要求施加制动的输入信息（制动需求生成）；②制动需求的管理并转换成输入用于制动力执行。

车辆的首尾EPAC2能通过两条PWM硬连线信号接收制动指令。它们将制动指令经冗余的ECHELON传输给其他EPAC2。动车上的EPAC2应接收来自牵引系统（TCU）的“电力制动完成”，并通过内部网线（ECHELON）将其反馈给其他EPAC2，以便制动系统在基于车辆级进行的计算后供应不足的电力制动。本动作的目的在于保证满足所有要求的车辆级制动力。每个EPAC2也读取通过压力传感器测量的车辆重量（转向架平均），然后计算制动力和相关的调节压力用于继电器R。在摩擦制动期间，EPAC2负责按照车辆的制动指令以及车辆的载荷驱动常用制动电磁阀。各EPAC2连续地监控经由压力传感器Tpil的调节压力，并作用于电磁阀EVF，EVS，以达到目标压力。在混合制动期间，操作模式相同，但发动机/变速器共享着要施加的制动力信息，即车辆级的动态制动力和摩擦制动力。

【任务实施】

学员在指导老师的引导下，通过对本任务的复习，让学员查阅资料，大家通过互相问答的形式，掌握以下内容：

①概述EPAC制动系统的常用制动控制方式。

②描述EPAC，EPAC2和EPAC-LITE制动系统的发展。

③描述EPAC，EPAC-LITE，EPAC2常用制动模块的功能分析与区别。

【效果评价】

评价表

任务3　EPAC制动控制原理

【活动场景】

在城轨车辆生产车间或检修现场教学，或用多媒体展示城轨车辆EPAC制动系统。

【任务要求】

1.能够掌握EPAC制动系统的控制方式及功能。

2.能够掌握EPAC制动系统组成，重点掌握制动控制单元作用。

【知识准备】

如图14.11所示，在常用制动模式下，制动系统将限制摩擦材料磨损到最低程度。制动系统将控制电力制动（ED）与机械摩擦制动连续地混合产生制动作用，电力制动（ED）优先，以便限制摩擦材料磨损。

图14.11　EPAC常用制动模块

1.载荷补偿功能

电空载荷补偿的功能：当给出一个制动指令时，就设定了一个确定的减速率，且对应的车辆制动力是车辆载荷的一项功能。载荷补偿功能的目的是要将制动力规定为车辆载荷的一项功能，以便获得在整个车辆载荷范围可重复的减速度。

在电空制动中，此项功能是由EPAC2软件执行的，该软件读取来自压力传感器（TLP）的载荷信号。该值通过EPAC2控制单元进行详细说明，并进行制动力的纠正。每个EPAC2通过Echelon网络将相关的车辆载荷传输给安装在车辆上的其他EPAC2。这样，就通知本制动系统的每个EPAC2关于车辆的实际总载荷，并能在有制动需求的情况下执行制动计算执行。安装在动车上的EPAC2将A_LW信号经由模拟电流信号（4～20mA）发送给DCU，并经由和Echelon网发送给其他EPAC2。

2.混合制动和交叉混合制动

混合的目标是要共享车辆级的电力和摩擦制动力以达到期望的车辆级减速率，从而最大限度地应用ED制动，而尽可能少地使用摩擦制动力，以达到减少磨损、延长零部件寿命并减少制动摩擦灰尘的等级。摩擦制动可以集成ED制动，以便达到要求的减速度，如果ED制动不可用（由于故障、低速失效、反应时间慢或线路接受性低），要完全由摩擦力来满足制动要求。

为了执行交叉混合，安装在动车上的每个EPAC2按照如图14.10所示与DCU交换一组指定的信号。在制动指令同时传输给DCU和制动系统（EPAC2）之后，牵引系统能智能地计算必要的电动力，并将已达到的制动力发送给相关的EPAC2。然后，安装在动车上的每个EPAC2将收集已达到的ED制动力发送给其他EPAC2，以便可以计算总的电动力。一旦设定了要求的制动力，如果DCU不能完全满足制动需求，那么将按照交叉混合原则施加电空制动。

交叉混合的原理预定目标为：

①最大限度应用动车转向架上的ED制动。

②剩余的EP（如有）制动力将连续、均匀地施加到各转向架上直至达到黏着极限。

③如果还有剩余EP制动力，将再次平均未达到黏着极限的转向架上，直至黏着极限，以此类推。

由于遵守正确的交叉混合原则，EPAC2需要接收来自DCU的ED可用性状态信号（LO_ EDBOK）。

以下是每个EPAC2与DCU之间预测的信号（图14.12）。

AO_BEA：通过此信号，动车上的EPAC2可以接收来自DCU接口的已达到的现有电动制动力（速度函数）。

A_SP：速度信号。

A_LW：载荷信号。

L_DISEB：动车上的EPAC2使用该信号以便向DCU发送ED禁止的指令。如果EPAC2发现严重滑行（≥10%），或如果已达到的ED力不可靠（如远低于要求的力），那么该信号将被发送给DCU接口。

LO_FADE：在低速的情况下，电制动必须逐渐替换成机械制动。淡出速度是由软件设定的参数，设定为6km/h，在该速度下一定会发生电制动衰减。当该信号高时，ED制动将失效，而摩擦制动将在某一延时后以一确定的冲击率起作用。

LO_EDBOK：电制动可用。

LO_SLIDE：电制动滑行修正。

AO_BEA：电制动达到值。

图14.13为在制于100%的最大ED制动假设值期间的一般混合原理，该假没值为：ED 和EP制动的分配与理论行为预测相符（具体数值仅供参考）。

图14.13　EPAC常用制动模块

3.保持制动

在乘客转移的期间，通过保持制动功能来保证车辆的制动。它使车辆可以在斜坡上启动而不会溜车，并且如果在水平线路上出现错误的牵引力，能使车辆停止，而且，它也用于使停止的车辆在坡道上保持事先规定的时间。

保持制动通过电空常用制动来实现，其制动力构成总制动力的一个百分比（70%），且与车辆的质量成比例。在常用制动下速度降低到低于1.2km/h（可调EPAC2软件参数）时，如果牵引线没有被激活，那么，如图14.14所示，EPAC2将施加保持制动。

摩擦制动将维持在这一水平直至制动系统接收到来自车辆线（通常设置一个可调的继电器T1）的牵引状态。保持制动的缓解必须通过EPAC2的一个软件参数来完成，因此，保持制动的缓解包含一个可调的时间（T2）。

图14.14　保持制动

4.停放制动

如图14.15所示，上海地铁6号线和8号线车辆，停放制动是由经过减压阀的一个双稳态气动阀来控制。两个先导电空阀控制气动阀，为了改变停放制动的状态（施加/缓解），需同时激活该两个电空阀。通过EPAC.LITE外侧的机械阀可使微处理器集成在EPAC.LITE中，不需要另加制动电子控制单元（BCE）。从维护角度分析，EPAC.LITE是一个在线可替代单元，即方便车上操作，实现列车下线时间最小化。微处理控制单元实现了系统对指令及大量系统参数响应的高级要求。

图14.15　EPAC常用制动模块

EPAC2中的停放制动可以通过排空总风缸自然触发，也可以由一专门的受保护的风缸供风，由一到两个电磁阀来触发。在这种情况下，它可能会受减压器压力的限制，并由一个阀控制。

在深圳地铁4号线中，停放制动请求由双稳态电磁阀来触发的，并有压力开关来监测。在制动系统中停放制动汽缸上安装了一个双向截止阀，来避免停放制动和空气制动同时施加，并避免制动力混合，损坏车轮。

5.EPAC2紧急制动模块

EPAC2配置了一个由车辆安全环路（硬线）独立控制的安全制动部件（EVSUCC阀），如图14.16所示。一旦安全环路中断，该安全电磁阀失电，这样，向制动缸供压，完全用于施加空气制动以确保安全。

安全制动可以有以下选择：

①按照实际重量进行施加（通过气路信号）。

②通过外部分配器产生。

③通过一个外部分配器产生并由气路信号加权。

④被限制为预定的值，就可向制动缸加压。

在深圳地铁4号线中，要求紧急制动按照转向架的重量（空簧载荷平均）进行施加。到制动缸的输出压力总是由压力开关（PR）和上面提到的压力传感器来监控的主继电器的安全调节是在内部也是通过EPAC2内部电子用一个压力传感器（Tasf）来监控的。

图14.16　EPAC紧急制动模块

6.停放制动的监控和隔离

停放制动功能具有外部监控（车辆级）和内部监控（目的仅在于诊断和维护）两种监控形式。

外部监控（车辆级），通过读取停放制动面板上（06.03）的压力开关信息，提供可靠的诊断，即便CAN总线故障或EPAC2控制失效，也能执行。系统中可用压力开关命名见表14.5。

表14.5　监控压力开关信息表

带触点的塞门（06.04）在涉及转向架上的常用制动和紧急制动有效的情况下，能隔离停放制动，而不会受到干扰。隔离转向架的信号将经由该微动开关发送给车辆，这将断开110V电池的基准信号。如果停放制动连接中的软管断裂，涉及的停放制动缸必须进行机械隔离以便继续运行。

7.常用制动的监控和隔离

常用制动功能有内部监控（目的仅在于诊断和维护）和外部监控（车辆级）两种不同类型的监控。内部监控由车辆制动系统自身来执行。各EPAC2通过安装在各EPAC2上的压力传感器Tpi1、TLP、TA和Tsaf来监测常用制动的压力。所有这些压力传感器按照表14.6中的说明监控不同的压力。

表14.6　传感器与监控压力关系表

当检测到压力超出范围时（发现的压力太低或太高），相关的故障信息将被发送到CAN总线。当Tpil监测到压力超出范围，那么相关的转向架上的制动缸压力会被自动置零。

当然没有CAN总线的EPAC2通过FT内部总线将监测到的压力信息传给带有CAN总线的EPAC，并且这些信息在整车辆范围内都能获取。总之，每个EPAC2都会存储内部的故障信息，方便维护。当EPAC2不可用（无电源供电或者EPAC2失控），这些信息在CAN总线上无法获取。EPAC2内部也无法读取。

外部的监测通过在整车辆范围内读取每个EPAC2的压力开关信号，这些信息在CAN总线故障或者EPAC2失控的情况下能提供一个可靠的诊断。当要求隔离单个转向架的常用制动，那么带电触点的塞门04.8或者04.12能隔离相关转向架的常用制动和紧急制动，转向架隔离信息会通过电触点被传输到车辆控制。

8.远程缓解

远程缓解电路图如图14.17所示。如果EPAC2出现故障，这意味着EPAC2不能控制该EP制动。在这种情况下，产生一个主要故障信号（MJF信号），而继电器R的线圈得电：由该继电器驱动的触点合上。这样车辆控制（Tc）接收这一信息：EPAC2处于故障中，同样的信息也将经由CANPETV发送。Tc将通知司机存在主要故障，而司机应通过司机室上的专用按钮激活远程缓解线路。该线路将得电，且故障中的EPAC2的EVSB阀也将得电。从这时起，在受主要故障影响的EPAC2中的常用制动被禁用。

图14.17　EPAC制动系统的缓解电路图

如果工作正常（无主要故障的报告），那么，其他的EPAC2将继续以正常模式工作，因为司机的远程缓解只会影响有故障的EPAC2，以保证线路上的安全运行。

9.快速制动

快速制动包含在常用制动中，它保证减速度等于最大常用制动减速度，WSP有效，安全环路保持通电。EPAC2仅能通过PWM线路（制动需求渠道）接收快速制动指令。司机可以通过将控制器置于快速制动位来激活快速制动，确定制动需求对应于100%的减速度（最大常用制动等级）。快速制动动作与常用制动一样（唯一不同的是要求达到的力的等级），因此，同样执行监控和隔离，与常用制动一样。

10.紧急制动

在这种类型的制动过程中，必须通过所有可用的方式，使车辆在尽可能短的距离范围内停车。司机可以通过安全装置激活紧急制动，该安全装置可以断开车辆的安全环路。安全环路并不是FT的责任。

如果电池可用，那么紧急制动适用于重量，并包含车轮防滑保护设备。当车辆的安全环路断开时，安装在各EPAC2中的电磁阀EVSOCC失电，这就可以施加紧急制动。

在本项目中，提供一个LPP，该LPP根据车辆重量提供气动信号。该信号使继电阀R的调节室得电，驱动制动缸。紧急制动的执行是转向架级的。

11.紧急制动的监控和隔离

紧急制动功能保证内部监控（目的仅在于诊断和维护）和外部监控两种不同形式的监控。

内部和外部紧急制动的监控是按照内部和外部常用制动监控相同的原则以及使用相同的零部件来实现的。实现紧急制动隔离的方式也与常用制动的一样。如果在紧急情况下EPAC2仍然在工作，那么，必须保存所有紧急制动的施加情况，并进行记录，用于LCC（分析）。

【任务实施】

学员在指导老师的引导下，通过对本任务的复习，让学员查阅资料，大家通过互相问答的形式，掌握以下内容：

①根据EPAC制动系统制动控制原理图分析其制动的基本过程。

②描述EPAC制动系统各个不同模式与区别。

【效果评价】

评价表

任务4　EPAC制动模块综合学习

【活动场景】

在城轨车辆生产车间或检修现场教学，或用多媒体展示城轨车辆EPAC制动系统。

【任务要求】

1.能够掌握EPAC制动系统的控制方式及功能。

2.能够掌握EPAC制动系统组成，重点掌握制动控制单元作用。

【知识准备】

如图14.18所示，为了便于安装，EPAC制动系统设计安装时将制动模块安装在每辆车的中心框架上，中心框架主要包括：模块构架、风缸、低压箱和制动控制面板及单独的EPAC2与气路板集成模块。法维莱公司提供的完整且集成的中心框架可即时安装到每辆车的底架上，EPAC2制动系统尽量靠近每个转向架来安装，结构主要包括：控制面板、悬挂风缸、辅助制动风缸、总风缸等。

图14.18　EPAC常用制动模块

1.控制面板

如图14.19所示为控制面板结构与网络示意图，由图可知其主要包含一个空气过滤器（04.11），主要用于清洁来自主管路的压缩空气，以及编号为06.04、05.02和04.12的截断塞门，06.04截断塞门配置了一个微动开关，主要用于隔离停放制动；而05.02塞门用于隔离悬挂；04.12阶段塞门用于每个转向架的制离。

图14.19　EPAC常用制动模块

图14.20　EPAC常用制动模块

2.WSP控制

如图14.20所示，WSP系统的目的主要是避免车轮滑行，从而避免增加制动施加期间的停车距离。我国的深圳地铁4号线中，每根车轴都执行此项功能，每个转向架有两个排空阀，WSP系统通过测速齿轮和一个专用的速度传感器测量每个车轴的速度；在系统中，各EPAC2将计算车辆的参考速度，为提高参考速度的精度，参考速度的计算需要考虑其他EPAC2测量的轴端速度。EPAC2只取4根轴的速度信息来计算车辆参考速度：两根轴速来自相连接的速度传感器，另外两根轴速来自网络。网络值的选择遵循下面原则：轴2的速度来自EPAC2n-1，轴1的信息来自EPAC2n+1。如果单根轴速与参考速度的差值与程序设置的限值相差过远，EPAC2操作防滑阀来实现需要的黏着值。

（1）轮径修正

通过CAN总线，每个EPAC2每次从轴4和轴13来获得轮径信息，每次EPAC2启动后，并第一次进入惰行模式，EPAC2根据所有轴的速度，为其他轴计算每根轴的轮径值，并通过CAN总线发送信息。

（2）参考速度和动态参数计算

1）减速度计算

每种速度通过轮径滤波和校正，推导出用于计算每根车轴的伽玛减速度。车轴减速度仅按照速度测量的灵敏度对上述给定阈值的滤波速度执行计算。这一粗略的减速度限于±127m/s2（不易接近）。然后，每个伽玛值均是二阶滤波的，两阶分别限于±127m/s2（不易接近），±40m/s2（易接近）。

2）减速度导数的计算

推导出每个车轴的受限和滤波伽玛减速度，用于计算每个车轴减速度的伽玛导数。该导数被限制为127m/s2（不易接近），然后限制为“阈值”（该值被重新设置用于那些低于易接近阈值、绝对值的值）、一阶滤波（易接近），再编程限制值（易接近值）。

3）参考速度的计算

参考速度vref是一个假设的速度，经计算要越来越接近车辆速度。vref用于：初始化，在复位后要具有AE功能；防滑调节，要确定静态校正值；停车时自动自检执行标准。参考速度计算划分成以下函数：

①制动参考速度计算。

制动参考速度的计算在以下情况下执行：初始化时（时间为1s），在复位后要有AE功能。

在常用制动或FU模式下（在运行检测1s后，易接近），即如果已经在运行中时，参考速度的计算仅在已经检测到制动后1s内执行。此外，除车辆被检测到以非常低的速度（v＜3km/h）运行，参考速度的计算是永久执行的。当车辆从静止启动时，在检测到车辆运行后至少1s的时间将再次对参考速度执行永久的计算。

②牵引参考速度计算。

“牵引”参考速度的计算在以下情况下执行：停车时，车辆运行检测后1s（易接近），这就避免该参考速度在车辆启动时成为加速度。通常，关于制动参考速度的计算，使用4个速度中的最高速度，而牵引参考速度计算采用的是4个速度中的最低速度。

当两个速度在3km/h（易接近）以上时，车辆就被视为处于运行状态。当参考速度低于3km/h（易接近）时，车辆就被视为处于停车状态。

③计算平均伽玛值。

平均伽玛值（减速）是作为一种导出的平均速度进行计算的。为了在某一测量链故障的情况下也能计算出正确的vref，从大于0.5km/h的速度（有效速度）开始计算该平均速度。为了消除车轴的快速运动，对所计算的平均伽玛值执行一项重要的筛选（大约1s的时间，易接近），然后，（根据易接近的阈值）对该值进行限制。

另外，为了考虑车辆加速度和减速度的实际限制，（根据易接近的斜率）限制平均伽玛值的转换速率。

④滑行补偿的计算。

滑行补偿可调整所计算的平均伽玛值，以便得到实际的减速度值。实际上，在保持着滑行的制动过程中，会出现如图14.21所示的情况。

图14.21　EPAC实际速度与平均速度关系图

滑行补偿是通过导出平均速度Δv进行计算的，按照在前一个瞬间的实际速度（vref）与平均速度之间的差值进行计算。滑行补偿要进行深层次地过滤（约2s，易接近），以获得一个平均信息，然后被限制到0（不易接近以及易接近的反而限制）。

⑤最大停车减速度的计算。

最大减速值不能超过干燥条件下所获得的值，由此可以定义一个可能减速度值的限制值（作为速度的一个函数）的模板，该模板本身取决于滑行校正系数（参考速度的系数函数），并被用作为一个平均滑行值和参考速度的函数。事实上，滑行值越大（降级黏着），实际速度降低得越少。

⑥参考伽玛值集成。

计算的伽玛值通过增加滑行补偿来校正，然后与停车减速度进行比较，值为两个（负值）中较高的那个。然后，与时间相结合，以得到参考速度。

⑦重新同步。

由于参考速度计算存在固有的错误，因此，执行重新同步操作是很重要的。执行重新同步操作有两种情况：

当所计算的vref＞vmax（vmax=4根轴的最高速度）：vref太高。当这些轴稳定时，应以vmax值进行重新同步操作。要确定这些轴的稳定性，必须在一个（易接近的）范围内检查经一阶滤波的、最快轴的速度导数（伽玛值），并检查经一阶滤波的第二导数伽玛值是否也在一个（易接近的）范围内。如果这些条件在（易接近的）时间内均满足条件，那么，vref速度将按照第一斜率（易接近）再次降至vmax，在一段较长时间（易接近）之后，它将按照第二快速斜率再次下降。

⑧混合期间的滑行校正。

在混合期间，动车上的ED制动和EP制动同时被使用。当发生滑行时，DCU优先动作，即少量的滑行（定为＜10%）将通过减少已完成的动力制动来校正。当DCU不足以适当地控制滑行（这意味着发生了严重的滑行，定为≥10%），那么，EPAC2将要求禁用ED制动，而该车上的制动将通过纯机械制动和机械WSP来完成。当DCU检测到滑行时，它应将WSD信号发送给制动控制电子（EPAC2CPU），并减少ED力，而ED_ACHIEVED信号将被冻结为上一次的值。这一动作将持续到WSD信号被设定为高或计时器高于2s，之后ED_CUT_UUT信号将被设定，且EPAC2将使用在下一页中所描述的WSP算法来控制滑行。该软件检测车轴级的滑行，并规定通过排空阀并作用于制动缸压力来进行气动力的校正。滑行是根据可用的黏着并使用3个标准来校正的：

a.Δv滑行标准相对于参考速度；

b.伽玛：监控车轴的加速标准；

c.伽玛：监控轴的加速度导出标准。

滑行校正的责任符合表14.7。

表14.7　滑行校正责任表

每根轴的滑行是通过计算参考速度与所考虑车轴之间的差（严格说来是正位差）来确定的。另外，当TCU检测到滑行时，它应通过专用硬连线将该信号发送给相关EPAC2，以便控制车轮的滑行以及上述的监控。作为参考速度的一个函数，在动态测试期间，也为给定的vref，以及静态增益值确定了静态校正曲线模板，用于静态校正计算。

⑨静态校正的计算。

对每根车轴进行静态校正计算，作为参考速度与车轴速度之间的滑行速度差（＞0）以及前面已计算的静态增益值的函数。

静态校正（i）=［滑行（i）-低限制］/静态增益×100

如果滑行速度＞40km/h，静态校正会立即被强制到250%以确保消除制动力。

⑩动态校正的计算。

动态校正可以通过创建对静态校正进行调制来预期黏着变量。对每个车轴的计算是根据筛选、受增益系数影响的伽玛值和d伽玛值进行的。这些增益系数按照斜率（参数）在低速（速度阀值参数）下是可变的，然后被限定。

动态校正=伽玛增益×［伽玛（i）-伽玛阈值+伽玛增益×d伽玛增益（i）］×100

动态校正限制在±127%（恒定）范围内。在低速（20km/h，参数阈值）下，其下限为一个负值（-20%）参数。

⑪静态校正筛选。

静态校正值是永久筛选的。筛选值在低速（速度阈值参数）下按照斜率（参数）降低。之后，静态校正值被限定为100%。在低速（阈值参数）下，限制静态校正压力的减少（斜率参数），以便控制制动缸的进气口。

⑫总校正量的计算。

总的滑行校正量是根据每个转向架车轴的静态和动态校正量进行计算的。该过程执行如下：在车轴规定模式下，总校正量=车轴静态校正量+车轴动态校正量；在转向架规定模式下，如果车轴的两个动态校正量均为负，总校正量=SUP（车轴静态校正量）+INF（车轴动态校正量）；其他情况下，总校正量=SUP（车轴静态校正量）+SUP（车轴动态校正量），总校正量被限制在0到100%的范围内。

⑬排空阀的控制。

每个制动缸内的空气压力由3种状态排空阀控制，即，进气口（EV=0，BV=0）；保持（EV=1，BV=0）；排气（EV=1，BV=1）。注：EV=O，BV=1的情况由于硬件连锁处理而在实际上是不可能的。排空阀管理分为排空阀控制、制动缸压力减少量的计算、车轴稳定性过余的检测3种主要功能。排空阀控制的状态被确定为气动校正量和压力减少量之间差的函数。当气路校正量为零时，该阀被强制为进气（供气）状态。当它达到100%时，该阀被强制为排气状态。如果排空阀和控制电路中没有发现故障，将所计算的控制传输给该阀。另外，所涉及的排空阀临时被禁用。

3.空气悬挂供风设备

我国深圳4号线地铁车辆配置了空气二系悬挂系统，由主管路供风，对于每个转向架，预置了下列元件：

①每个转向架两个高度阀：每个高度阀都能向转向架上的减震器供风或排空该减震器，以便维持恒定的车辆高度。

②每个转向架一个双向截止阀：以便保持减震器之间的压差低于0.15MPa（参数值）。

③每个减震器设置一个测试点，用于设定高度。

④每个转向架一个带气路板的均压阀：能获取该转向架两个空气弹簧的不同压力的平均值。带排空的塞门可以将高度阀与气源隔离，而在该面板上，一个减压阀（编号05.09）确定可以通过一个测试点检测的最大供气压力。

4.回送模块

当回送两列车时，制动管要沿两列车安装：制动指令通过制动管压力和通过两列车之间的法维莱局域网传输。两列车间局域网通信是通过一条特殊的电缆（仅在回送的时候安装），连通Tc车中的两个EPAC（如图14.22所示）。

请注意MASTER信号不连接第二个列车中任何一个EPAC，在整个系统中仅有一个EPAC接收MASTER信号并控制整个法维莱局域网。

图14.22　EPAC常用制动模块

【任务实施】

学员在指导老师的引导下，通过对本任务的复习，让学员查阅资料，大家通过互相问答的形式，掌握以下内容：

①概述EPAC制动系统的控制方式。

②大家分组讨论EPAC制动系统中WSP制动系统的功能与作用。

③描述EPAC制动系统常用制动模块的功能。

【效果评价】

评价表

项目小结

EPAC制动系统，由法维莱公司设计生产，用于我国深圳4号线、上海地铁6号线、8号线以及南京地铁南沿线上。

EPAC是较为先进的制动系统，在欧洲部分线路上采用。该系统可以实现车控，也可以根据用户需求采用架控。具有远距离缓解功能。EPAC制动系统包括制动控制装置、转向架制动装置、防滑保护装置、空气悬挂供风装置、空气信号装置、风源及其处理装置等。

EPAC制动系统采用了单管电空制动系统，可与TCMS系统和VVVF牵引系统协同工作。法维莱公司提供了基于EPAC可模块化安装在列车上的制动系统中，其中安装在车底中部的EPAC是一个小型化的制动单元，根据制动指令能实现电空常用制动和紧急制动。

EPAC制动系统主要有动力制动、机械摩擦制动、停放制动。

EPAC城轨车辆制动系统能实现下面两个主要作用：响应司乘人员、乘客、安全系统的制动指令，根据操作条件和列车的状态，使列车在特定的时间或距离内按照既定的列车制动性能施加制动降低列车速度；保持列车在静止状态。

EPAC城轨车辆制动系统的制动功能主要有：①常用制动。通过司机或ATP系统发出指令，使车辆在特定区间内能按照时分，以最大速度运行。②快速制动。是一种和紧急制动减速度相同的常用制动。快速制动时，可实现复合制动和防滑控制，安全回路不断开。③紧急制动。保证在特定的时间内提供预期的制动力。为避免潜在的危险状态，司机发出紧急制动指令，使列车在最短的距离内停车。④停放制动。防止列车在静止状态溜车，用于保证列车安全可靠停放。⑤保持制动。用于列车在坡道启动时不溜车。在这种情况下，当制动系统仍施加一定制动力的条件下，列车可以施加牵引。⑥回送。当地铁列车连挂上双管回送列车时，用于产生与列车管减压信号相应的制动。

思考与练习

1.试述EPAC-LITF制动系统的组成。

2.试述EPAC-LITF制动系统的作用原理。

3.试述EPAG-LTTF制动系统常用制动控制原理。

4.试述EPAC2紧急制动控制原理。

5.试述EPAC2防滑控制原理。

6.试述EPAC2快速制动控制原理。

7.EPAC2如何实现排空阀控制？

8.EPAC2如何实现远程缓解？

9.EPAC2如何实现常用制动的监控和隔离？

10.试分析EPAC2制动系统的主要特点。