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摘 要：车辆制动防滑控制涉及轮轨关系的轨道行业最重要的课题之一。为了追求轮轨的高粘着化，如何从超过粘着限界后所发生的滑行状态迅速恢复到再粘着化是问题的关键。本文主要以西安1号线地铁车辆型式试验情况为例，讲述制动电空防滑配合技术，对比其配合方案，考虑最优性。
关键词：地铁车辆；制动防滑检测；制动防滑控制；电空防滑配合
概述
在车辆制动过程中如果轮轨的粘着状态发生了改变，就会出现车辆速度高于轮对速度，制动力偏大，车轮打滑的现象，如果此时不能快速的恢复轮轨粘着状态，就会导致轮对抱死和车轮踏面擦伤的后果。故车辆制动设计时需考虑具备防滑控制功能，当制动力过大使车轮出现滑行趋势时，防滑系统应起作用，快速有效的减少该轮对上的制动力，避免车轮出现抱死滑行，从而防止车轮踏面擦伤，有效保证车辆的制动距离。
1.西安地铁1号线车辆制动防滑控制设计
西安地铁1号线车辆制动滑行控制分为电制动防滑控制和空气制动防滑控制两部分。由牵引系统负责的电制动防滑控制一般针对车辆轻度滑行进行纠正。当出现深度滑行时，则由空气制动防滑系统控制。设计优先考虑使用电制动防滑控制，有效的降低了轮对与闸瓦的磨耗，节约了成本。
2.滑行检测及控制原理
2.1 牵引系统滑行检测及控制
西安1号线车辆牵引控制设计为矢量控制，通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
车辆在制动时优先启用电制动，牵引系统对转子频率的变化率（dfr/dt）进行监测，设计当监测到dfr/dt大于11Hz/s时，则判断为车辆发生滑行。此时，VVVF立即通过缩减扭矩电流图形Iqp，降低主电动机扭矩输出，减小车辆制动力，使之轮对重新恢复粘着。当检测到粘着恢复后，再启动扭矩电流图形Iqp，使所产生的扭矩复原。电制动防滑过程分两个阶段，分别为滑行阶段和再粘着阶段。滑行阶段控制通过缩减转矩电流，来减小电制动力；再粘着阶段，则通过提升扭矩电流，来恢复电制动力。
2.2 空气制动滑行检测及控制
相比牵引系统电制动防滑，空气制动EP2002阀设计了专门的WSP防滑系统，防滑性能更佳。
西安地铁1号线空气制动滑行检测设计是以单节车的轴速偏差为触发条件，来确定持续的低粘着现状的存在。空气制动系统通过安装于每根轴上的速度传感器用来监控轴速，整个CAN网络单元内的各个EP2002阀共享此项信息。当检测到实际轴速与参考速度差超过5%，即判断为该轴发生滑行，参考速度以各自CAN网络单元内最高轴速为标准。
出现滑行后，EP2002 阀将控制滑行轴的制动缸压力（BC压力）来校正车轮滑动，控制系统并定期执行地速检测，以便更新实际的列车速度。当防滑WSP控制确定粘着条件恢复到正常状态时，则系统将返回到初始状态，定期地速测试将结束。
3.电空防滑配合控制
以上讲述的两种针对车辆滑行的控制方式，对于不同的车辆滑行阶段和轮轨粘着状态各有侧重，设计及车辆调试时必须协调好两者之间的配合关系，否则就会导致严重擦轮的事件发生。
3.1 防滑配合原理
基于车辆制动设计电制动优先和充分利用电制动的原则，在滑行控制过程中优先采用电制动进行滑行控制，当电制动长时间无法纠正滑行或发生深度滑行电制动纠正能力不足时，空气制动需立即接替电制动进行车辆防滑控制。为了能够有效的控制滑行，必须保证同一时刻在同一车架上只有一种滑行控制机制作用，即当此车架上电制动进行滑行控制时，必须冻结空气制动的制动力，保证在电制动力因为防滑控制而减少时，空气制动不补充。
3.2 西安地铁1号线车辆防滑配合设计
西安地铁1号线车辆设计及调试时充分考虑上述电空防滑配合关系。当牵引系统检测到一般滑行，进行防滑控制时，向空气制动系统发送高电平DC110V的滑行指令信号（ED Slide信号），告知空气制动系统不要参与防滑。同时，空气制动系统接收到ED Slide信号后，保持当前空气制动力不变，并开始进行计时，信号时长如超出3s，则判定为电制动长时间无法纠正滑行，空气制动立即执行切除电制动动作，后由空气制动系统独立负责滑行恢复和车辆制动功能。
1号线车辆在调试过程中，为保证电空防滑配合的安全性和高效性，针对滑行指令信号（ED Slide信号）时宽进行反复测试优化，有以下几种方案可供讨论：
ED Slide信号固定时宽设计
经现场型式试验验证，当调整ED Slide信号时宽为80ms时，由于时间宽度过小，knorr的空气制动系统无法收到此信号。故检测到车辆发生滑行时，电制动和空气制动都参与了防滑控制，最终导致整车制动力异常波动，车辆减速度不断变化，车体出现纵向窜动现象，车辆滑行加剧。
调整ED Slide信号时宽为230ms时，电制动在滑行阶段发出ED Slide信号。Knorr的空气制动系统收到信号后，制动缸BC压力保持不变。当电制动防滑进入再粘着阶段时，电制动撤除了ED Slide信号，空气制动BC压力进行了先充风再排风的过程，即空气制动力先补偿再减少。如果此时电空配合出现不良，则有很大几率造成电空制动力叠加，整车制动力异常波动，存在擦轮的风险。
车辆型式试验调试，最后论证了将ED Slide信号宽度调整为整个滑行控制宽度（滑行+再粘着）的方案，ED Slide信号不受固定时长的限制。如此，则有效保证了电制动防滑调整的整个过程中，空气制动不会参与，BC压力保持不变，不会造成电空混合滑行控制的状况，从而避免了电空制动力叠加的可能性，存在擦轮的风险。最终测试结果，制动距离和制动冲击均满足设计要求，且车辆在防滑控制转换时，客室内部乘坐舒适度很平稳。
综上可知，车辆电空制动防滑配合控制设计及调试时应充分考虑两者之间的配合关系，需有效的防止防滑配合时电空混合防滑控制的局面，避免整车制动力异常波动造成擦轮的后果。采用上述第二项介绍的西安地铁ED Slide信号全过程（滑行+再粘着）设计，可有效的分离电制动和空气制动防滑实施机能，避免了电空制动力叠加轮对擦伤的风险。同时在车辆调试中，还需合理的考虑充分利用电制动及电制动防滑，节省轮对闸瓦磨耗。
4 结束语
西安地铁1号线车辆制动设计具有特殊性，在国内日立公司电制动和knorr公司EP2002制动技术配合尚属首例。通过西安1号线首列车型式试验的调整，制动设计之间的配合已趋于完善。对于西安地铁1号线车辆制动电空防滑配合控制，现阶段方案是否为最优方案，尚需在日后的运营中跟踪论证。
参考文献：
[1]西安市地下铁道有限责任公司.西安市地铁一号线一期工程地铁车辆采购合同.西安，2010
[2]吴玉兰，寇永康.城市轨道车辆的空转/滑行保护.大连铁道学院学报，1990（2）
[3]李培曙.地铁车辆的防滑控制.铁道车辆，2001（7）
[4]姜祥禄，蔡永丽.地铁车辆EP2002制动系统防滑保护.电力机车与城规车辆，2008（4）
关键词：地铁车辆；制动防滑检测；制动防滑控制；电空防滑配合
概述
在车辆制动过程中如果轮轨的粘着状态发生了改变，就会出现车辆速度高于轮对速度，制动力偏大，车轮打滑的现象，如果此时不能快速的恢复轮轨粘着状态，就会导致轮对抱死和车轮踏面擦伤的后果。故车辆制动设计时需考虑具备防滑控制功能，当制动力过大使车轮出现滑行趋势时，防滑系统应起作用，快速有效的减少该轮对上的制动力，避免车轮出现抱死滑行，从而防止车轮踏面擦伤，有效保证车辆的制动距离。
1.西安地铁1号线车辆制动防滑控制设计
西安地铁1号线车辆制动滑行控制分为电制动防滑控制和空气制动防滑控制两部分。由牵引系统负责的电制动防滑控制一般针对车辆轻度滑行进行纠正。当出现深度滑行时，则由空气制动防滑系统控制。设计优先考虑使用电制动防滑控制，有效的降低了轮对与闸瓦的磨耗，节约了成本。
2.滑行检测及控制原理
2.1 牵引系统滑行检测及控制
西安1号线车辆牵引控制设计为矢量控制，通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。
车辆在制动时优先启用电制动，牵引系统对转子频率的变化率（dfr/dt）进行监测，设计当监测到dfr/dt大于11Hz/s时，则判断为车辆发生滑行。此时，VVVF立即通过缩减扭矩电流图形Iqp，降低主电动机扭矩输出，减小车辆制动力，使之轮对重新恢复粘着。当检测到粘着恢复后，再启动扭矩电流图形Iqp，使所产生的扭矩复原。电制动防滑过程分两个阶段，分别为滑行阶段和再粘着阶段。滑行阶段控制通过缩减转矩电流，来减小电制动力；再粘着阶段，则通过提升扭矩电流，来恢复电制动力。
2.2 空气制动滑行检测及控制
相比牵引系统电制动防滑，空气制动EP2002阀设计了专门的WSP防滑系统，防滑性能更佳。
西安地铁1号线空气制动滑行检测设计是以单节车的轴速偏差为触发条件，来确定持续的低粘着现状的存在。空气制动系统通过安装于每根轴上的速度传感器用来监控轴速，整个CAN网络单元内的各个EP2002阀共享此项信息。当检测到实际轴速与参考速度差超过5%，即判断为该轴发生滑行，参考速度以各自CAN网络单元内最高轴速为标准。
出现滑行后，EP2002 阀将控制滑行轴的制动缸压力（BC压力）来校正车轮滑动，控制系统并定期执行地速检测，以便更新实际的列车速度。当防滑WSP控制确定粘着条件恢复到正常状态时，则系统将返回到初始状态，定期地速测试将结束。
3.电空防滑配合控制
以上讲述的两种针对车辆滑行的控制方式，对于不同的车辆滑行阶段和轮轨粘着状态各有侧重，设计及车辆调试时必须协调好两者之间的配合关系，否则就会导致严重擦轮的事件发生。
3.1 防滑配合原理
基于车辆制动设计电制动优先和充分利用电制动的原则，在滑行控制过程中优先采用电制动进行滑行控制，当电制动长时间无法纠正滑行或发生深度滑行电制动纠正能力不足时，空气制动需立即接替电制动进行车辆防滑控制。为了能够有效的控制滑行，必须保证同一时刻在同一车架上只有一种滑行控制机制作用，即当此车架上电制动进行滑行控制时，必须冻结空气制动的制动力，保证在电制动力因为防滑控制而减少时，空气制动不补充。
3.2 西安地铁1号线车辆防滑配合设计
西安地铁1号线车辆设计及调试时充分考虑上述电空防滑配合关系。当牵引系统检测到一般滑行，进行防滑控制时，向空气制动系统发送高电平DC110V的滑行指令信号（ED Slide信号），告知空气制动系统不要参与防滑。同时，空气制动系统接收到ED Slide信号后，保持当前空气制动力不变，并开始进行计时，信号时长如超出3s，则判定为电制动长时间无法纠正滑行，空气制动立即执行切除电制动动作，后由空气制动系统独立负责滑行恢复和车辆制动功能。
1号线车辆在调试过程中，为保证电空防滑配合的安全性和高效性，针对滑行指令信号（ED Slide信号）时宽进行反复测试优化，有以下几种方案可供讨论：
ED Slide信号固定时宽设计
经现场型式试验验证，当调整ED Slide信号时宽为80ms时，由于时间宽度过小，knorr的空气制动系统无法收到此信号。故检测到车辆发生滑行时，电制动和空气制动都参与了防滑控制，最终导致整车制动力异常波动，车辆减速度不断变化，车体出现纵向窜动现象，车辆滑行加剧。
调整ED Slide信号时宽为230ms时，电制动在滑行阶段发出ED Slide信号。Knorr的空气制动系统收到信号后，制动缸BC压力保持不变。当电制动防滑进入再粘着阶段时，电制动撤除了ED Slide信号，空气制动BC压力进行了先充风再排风的过程，即空气制动力先补偿再减少。如果此时电空配合出现不良，则有很大几率造成电空制动力叠加，整车制动力异常波动，存在擦轮的风险。
车辆型式试验调试，最后论证了将ED Slide信号宽度调整为整个滑行控制宽度（滑行+再粘着）的方案，ED Slide信号不受固定时长的限制。如此，则有效保证了电制动防滑调整的整个过程中，空气制动不会参与，BC压力保持不变，不会造成电空混合滑行控制的状况，从而避免了电空制动力叠加的可能性，存在擦轮的风险。最终测试结果，制动距离和制动冲击均满足设计要求，且车辆在防滑控制转换时，客室内部乘坐舒适度很平稳。
综上可知，车辆电空制动防滑配合控制设计及调试时应充分考虑两者之间的配合关系，需有效的防止防滑配合时电空混合防滑控制的局面，避免整车制动力异常波动造成擦轮的后果。采用上述第二项介绍的西安地铁ED Slide信号全过程（滑行+再粘着）设计，可有效的分离电制动和空气制动防滑实施机能，避免了电空制动力叠加轮对擦伤的风险。同时在车辆调试中，还需合理的考虑充分利用电制动及电制动防滑，节省轮对闸瓦磨耗。
4 结束语
西安地铁1号线车辆制动设计具有特殊性，在国内日立公司电制动和knorr公司EP2002制动技术配合尚属首例。通过西安1号线首列车型式试验的调整，制动设计之间的配合已趋于完善。对于西安地铁1号线车辆制动电空防滑配合控制，现阶段方案是否为最优方案，尚需在日后的运营中跟踪论证。
参考文献：
[1]西安市地下铁道有限责任公司.西安市地铁一号线一期工程地铁车辆采购合同.西安，2010
[2]吴玉兰，寇永康.城市轨道车辆的空转/滑行保护.大连铁道学院学报，1990（2）
[3]李培曙.地铁车辆的防滑控制.铁道车辆，2001（7）
[4]姜祥禄，蔡永丽.地铁车辆EP2002制动系统防滑保护.电力机车与城规车辆，2008（4）