EP2002制动系统的应用及其内部气路浅析

引言

随着城市轨道交通网络化发展，列车运行密度、载客量及安全标准持续提升，传统气动制动因响应速度慢、控制精度低、维护复杂等问题，难以满足现代轨道交通需求。在此背景下，德国克诺尔（Knorr-Bremse）公司推出的EP2002 电空制动系统，通过“电子控制+气动执行”的深度融合，实现了制动指令的毫秒级响应、单轴防滑控制及故障自诊断，成为全球地铁与动车组的主流选择。某地铁运营车辆选用四动两拖六辆车编组的B 型车，制动系统采用德国克诺尔公司提供的EP2002 摩擦制动系统，控制理念为基于分布式的单个转向架微机控制，核心部件是EP2002 阀，若单阀故障时，制动力损失可由传统系统的100%降至 16.7%_⨀ 。

1 EP2002 制动控制系统架构

1.1 EP2002 系统概述

EP2002 系统核心设计理念“集中管理、分散控制”，是将制动控制和制动管理电子设备以及常用制动（SB）气动阀、紧急（EB）制动阀和车轮防滑保护装置（WSP）气动阀等多个模块集成到一个阀体中，组成智能阀或网关阀，分别装在其所控制的转向架上，由六节车厢组成的列车被划分为两个牵引单元，任意单元内EP2002 智能阀与网关阀布置成三辆车CAN 总线结构可进行单元内通信，MVB 总线则实现单元内的牵引控制，制动通信，两个单元间的通信则由WTB 完成。

MVB-IO 接受通过 RS-485 传来得ATO 或主控制器的牵引制动指令，指令通过 MVB 网络传输给CCU 和 VCU。通常CCU 根据指令和列车状态形成指令，并发送指令给VVVF 和制动，在 CCU 故障时，相临VCU 像 CCU 那样，生成驱动和制动指令，并通过 TCN（MVB/WTB）网络发送这些命令给VVVF 和制动器。

1.2 EP2002 关键部件及其特点

按照功能差异EP2002 阀大致分为三类智能阀、网关阀、RIO 阀（远程输入/输出阀）：

智能阀可认为是机电一体化集成阀，主要由气动阀单元（PVU）、供电单元（PSU）卡、本地制动管理（RBX）卡等部件组成，通过CAN 总线传输信号来控制其所在转向架上的制动器缸压力（BCP），同时对每根轴执行防滑保护。

网关阀除具备EP2002 智能阀的所有功能，结构上还增加了制动管理（BCU）卡、可选网络 COMMS卡等部件，可将常用制动压力要求分配至所有装在本地 CAN 网络中的 EP2002 阀门，网关阀还通过集成的MVB 网络接口卡为EP2002 控制系统和列车管理系统提供接口，可以向车上所有的空气制动装置发出制动指令。

RIO 阀（远程输入/输出阀）即为增强版智能阀，通过硬线与牵引控制单元通信，实现电制动与空气制动的动态协调

1.3 EP2002 制动系统控制方式

目前地铁行业内主要采用的制动系统控制方式有车控、架控两种。车控即车辆级控制，由列车管理系统通过MVB 总线向网关阀发送制动指令（如目标减速度、载荷等级），优点是维修价格低；架控即转向架级控制，网关阀接收指令后，通过CAN 总线（EP2002 专用）将制动需求分配至本转向架的智能阀或自身（若为网关阀），优点是控制更精准，舒适性更高；制动控制系统故障造成的影响更小；黏着系数下降，发生空转滑行，能够快速精准的触发防滑保护。

1.3.1 EP2002 制动类型及实现原理

EP2002 制动系统可为列车提供常用制动（含保持制动）、快速制动、紧急制动，并具有远程缓解及防滑保护功能。常用制动是以电动制动为主的电空复合制动，制动加速度为 1.0m/s2 ，随时都能缓解，制动力的大小和司控器的级位有关系。紧急制动则是属于纯空气制动，充气施加，排气缓解，需要停车后手动复位。根据紧急安全回路得失电的状态进行制动：紧急制动回路上的紧急电磁阀一般是常带电的，不会施加紧急制动；当列车的正常运行中遇到突发事件时，保险电路被切断，安全回路断开，则实施紧急制动。紧急制动一旦施加，不能马上缓解，只有等列车完全停止或者紧急回路重新建通电才能缓解紧急制动。快速制动主要由司机通过控制器发出指令，以实现列车的迅速停车。它与常规制动一样，都属于电空混合制动系统，且随时都能缓解。

2 EP2002 制动控制系统气路作用分析

EP2002 系统以“气动阀单元（PVU）”为核心，其内部气路分为8 个功能区域，通过管路与电子控制模块协同工作，具体为：主调节器（A 区）输出载荷匹配压力（空载 3.0bar→满载3.8bar）；副调节器（B 区）压力上限限制，硬线限制制动缸压力 ⩽3.8bar ；载荷称量（C 区）感知动态载荷，将空簧压力（1.5-4.2bar）转换为控制气压；压力调控（D 区）控制充/排/保压（响应频率 100Hz ）；连接阀（E区）WSP 时隔离双轴气路（切换时间 <0.1s ）；远程释放（F 区）是一个强迫缓解接口；电磁阀组（G区）EB 直通控制（断电触发）；传感器组（H 区）实时监测BCP/BSP 等4 路关键压力。

制动风缸（BSR）的压缩空气通过主风管进入 EP2002 阀，经过副调节器（B 区），副调节器通过与空气簧系统连接，将输入压力限制在紧急制动的最大压力范围内（通常为满载工况下的压力值），防止制动缸压力过高，副调节器的输出压力进入主调节器时压力调节由 “载荷称量单元（C 区）” 控制，通过空气簧系统传来的压力信号，向主调节器提供控制压力，使主调节器输出与载荷匹配的紧急制动压力。主调节器的输出压力进入制动缸压力调整器（D 区），通过电磁阀（G 区）的电控信号进一步调节压力，形成符合常用制动要求的制动缸压力（BCP）。调整后的压力通过两条独立管路分别供给转向架的两根轴（轴 1 和轴 2）的制动缸，并通过“连接阀（E 区）”实现压力的联合或隔离，如图 2.1。

2.1 典型工况下气路原理与阀体动作

2.2.1 常用制动

常用制动是列车运行中最频繁的制动工况，目标是根据司控器指令（1＼～7 级）输出线性变化的制动力 0.5-3.0bar⋅ ）。

指令传递：TCMS 根据司控器手柄位置计算目标减速度（如 0.8m/s² ），通过MVB 发送至网关阀，BCU 卡结合载荷数据（来自空簧传感器）计算各转向架目标制动力，再通过CAN 总线发送至对应智能阀；

气路具体动作以某地铁车辆施加5 级常用制动（目标BCP=1.8bar）为例：首先主调节器启动，空簧压力设定为5.0bar 输入主调节器，输出基准压力 BP=5.0×0.08=0.4bar （紧急制动基准压力为 5.0× 0.08×4.75=1.9bar ，对应AW3 工况）；其次副调节器进行限压， BP=0.4bar< 副调节器设定值（3.8bar），副调节器全导通；再是进行D 区制动气缸压力调控。由于G 区R/缓解电磁阀失电→远程缓解阶段一关闭（停止向制动缸充气），排气/保持电磁阀失电→D 区进气阀导通、排气阀关闭，制动缸压力从 0逐渐上升，直至BCP 传感器反馈值=1.8bar，因未触发滑动保护，E 区连接阀导通，左右轴制动缸压力同步上升。最终，制动缸压力稳定在 1.8bar，车辆以目标减速度（约 0.8m/s² ）减速。

2.2.2 紧急制动

紧急制动是列车遇到危险时的最高优先级制动，要求0.5 秒内达到最大制动力（3.8bar），且不可人为缓解（需停车后旋转蘑菇头复位），其气路动作以“快速建压、可靠停车”为目标。

触发条件：司机按压司机室蘑菇头按钮，使EB 环路断开。

指令传递：紧急制动环路断开信号通过硬线传输至网关阀，同时TCMS 发送紧急制动指令

气路具体动作：当EB 环路断开时，G 区紧急制动脉冲电磁阀得电，其对应气动阀关闭，切断主调节器与 D 区的节流通路；主调节器绕过副调节器（B 区），直接将空簧压力（5.0bar）通过机械备份通道输出至 D 区；D 区由于排气/保持电磁阀得电使进气阀全开、排气阀关闭，处于全导通充气状态，直到制动缸压力在0.5 秒内从0 升至3.8bar（最大紧急制动压力）。

2.2.3 车轮滑动保护控制

当检测到车轮滑行（如轴速差超限或减速度过大），EP2002 阀通过 CAN 总线接收信号，控制“连接阀（E 区）”切断轴间压力连通，使两根轴的制动缸压力独立调节。同时，D 区通过电磁阀快速排气或保压，纠正滑行。

3 结论与展望

EP2002 制动系统通过分布式控制、模块化集成与智能化诊断，彻底改变了传统制动系统的设计逻辑，在地铁线路中展现出卓越的可靠性与经济性。但在维修方面，因其阀体高度集成导致现场维修困难，且无直观故障代码依赖专用软件，需返厂维修，维修周期长。未来，随着轨道交通向智能化、绿色化发展，EP2002 系统可在无线通信升级方面进一步优化，即采用5G 或Wi-Fi 6 替代CAN 总线，实现阀间通信延迟 <10ms_⋅ 。

参考文献：

[1]Knorr-Bremse. EP2002 Brake System Technical Manual [Z]. 2020.

[2]深圳地铁集团有限公司. 深圳地铁三号线车辆制动系统检修规程[S]. 202

[3]王开云， 等. 基于 EP2002 的地铁车辆防滑控制策略研究[J]. 铁道车辆， 2019， 57（6）： 12-1

[4]张卫华， 等. 分布式制动控制在轨道交通中的应用与发展[J]. 中国铁道科学， 2020， 41（3）：

[5]王建军. EP2002 阀体气路仿真与故障诊断研究[D]. 西南交通大学， 2021.

作者简介：张欣 1992 年08 月出生，女，汉族，甘肃庆阳人，非全日制研究生，工程师，研究方向，车辆工程。