电客车牵引制动架控与车控研究

青岛地铁集团有限公司运营分公司 岳远洋 杜广林

随着我国地铁行业的蓬勃发展，为缓解交通压力，地铁成为最关键的交通工具。而地铁的运行安全与车辆性能密不可分，因此地铁车辆的可靠性越来越引起人们的重视。在地铁牵引系统控制方式的实际选择中，通常要考虑地铁列车编组、线路条件、技术性能和成本等因素。本文通过介绍青岛地铁1号线、青岛地铁13号线地铁电客车车控与架控在牵引系统、制动系统、车下设备、故障影响等方面，从而对比地铁车辆架控与车控的区别。

青岛地铁车辆牵引系统主要由牵引电机、VVVF牵引逆变器箱、制动电阻箱、滤波电阻器箱及断路器箱等组成。牵引系统高压回路电器主要集成在断路器箱和VVVF牵引逆变器箱，主要有主隔离开关、高速断路器、线路接触器、滤波电抗器和牵引变流装置等元件或部件。牵引母线电器主要集成在母线高断箱，主要由母线接触器和母线高速断路器等组成。

制动系统采用微机控制的直通式电空制动系统，可以使用司机控制器，对地铁列车进行制动与缓解。车辆制动系统包括：防滑控制装置、制动控制装置、基础制动装置、空气弹簧装置等组成。

1 牵引系统车控、架控简介

1.1 车控

如1号线电客车为6辆编组设置，头车两TC车为拖车，中间四辆M车为动车（如图1所示）。每辆动车的转向架设置两根动轴，每根动轴有一台牵引电机。每台VVVF牵引逆变器控制一辆车两台动力转向架上的四台牵引电机（如图2所示），此为牵引系统的车控式。

图1 车控图

图2 车控原理

1.2 架控

如13号线电客车为4辆编组设置，头车两TMC车为动拖车，中间2辆M车为动车（如图3所示）。每台动车的转向架设置2根动轴，每根动轴有1台牵引电机，每台VVVF牵引逆变器控制1台动力转向架上的2台电机（如图4所示），此为牵引系统的架控式。

图3 架控图

图4 架控原理

2 牵引制动配合逻辑

（1）列车制动时，EP2002制动系统中两个CAN总线单元内的主网关阀接收网络传输的制动状态指令和制动大小指令，根据其他EP2002阀传入的各个转向架载荷情况，计算整列车需求的制动力大小；通过网络给牵引系统发出电制动请求，主网关阀根据DCU返回的实际电制动力大小进行计算，从而决定是否需要补充空气制动及补充空气制动的大小。

（2）牵引控制单元DCU接收到电制动指令后将开始进行电制动，按照0.75m/s3的速率进行上升，并将实际发挥电制动力反馈给EBCU；在制动起始时刻，DCU通过TCMS发送1.5s的电制动可用数值给制动系统，制动系统在1.5S按照实际的电制动力进行计算。

3 不同控制方式与不同制动的配合

3.1 牵引为架控+制动为车控

当转向架电制动力失效，使用空气制动时，避免因制动力过度叠加而导致车轮抱死。在某些情况下，需要切断故障车辆另一个转向架的电制动力，造成电制动力的浪费，增加了机械制动的磨损。因此这种方法很少采用。

3.2 牵引为车控或架控+制动为架控

VVVF牵引逆变器故障不会导致转向架上制动力的叠加，电空制动的匹配性能好。

3.3 牵引为车控+制动为车控

单节车VVVF牵引逆变器故障，制动力全部为空气制动，制动力不会叠加。

4 列车车下的比较

通过对车下设备的比较，得出车控式列车中每节动车只使用了一台VVVF牵引逆变器，车底剩余空间较大，设备布局更合理；而架控所使用的VVVF牵引逆变器数量多于车控，车底的空间比较紧密。

图5 车控式制动系统制动力损失示意图

图6 架控式式制动系统制动力损失示意图

5 故障影响及冗余性

5.1 车控式

每辆车有一套制动控制单元，对于小编组车辆来说，安全性影响比较大。如图5所示，其动拖比为2:1，若其中一套制动系统故障，则列车会损失整车25%的制动力，其制动距离也会延长，此时列车需要限速，清客，回库检修。

如果列车牵引采用车控方式，部件故障使得整辆列车故障的几率较小。如一列青岛地铁1号线列车在AW3工况下，以100 km/h的速度行驶，其最大牵引力为180kN，行驶过程中一台VVVF牵引逆变器故障，列车剩余135kN的动力。

5.2 架控式

每辆车有2套制动控制单元，对于小编组列车，一套制动系统故障，列车仅失去单个转向架的制动力。如图6所示，其动拖比为1:1，若其中一套制动系统故障，则列车会损失整车16.6%的制动力，对制动距离的影响较小。

如果列车牵引采用架控方式，相对车控每节动车增加了一台VVVF牵引逆变器，将会增加整车发生故障的几率。当一台VVVF牵引逆变器发生故障时，该节车只丧失了16.6%的动力。如一列青岛地铁13号线列车在AW3工况下，以120km/h的速度行驶，其最大牵引力为180kN，行驶过程中一台VVVF牵引逆变器故障，列车剩余150kN的动力。

总结：架控列车因单节动车要增加一台VVVF牵引逆变器，采购和维护成本增加，车下空间紧张，但牵引性能强，且故障时能保存较多动力。车控列车车下VVVF逆变器较少，当发生故障时损失动力较多，但维护故障点相对较少。车控列车相比较而言维护成本低，且车下可扩展性较强。对于制动系统来说，车控的制动系统较优于架控制动系统，但架控制动系统的控制精度高于车控的制动系统，在控制原理上有更强的安全性和可靠性。