[高速列车制动与控制技术研究综述]高速列车制动的主要特点是什么

　　摘　要：阐述了列车制动的基本方式，对当前高速列车复合制动系统进行了综述；分别介绍了基于轨道电路和无线通信的列车控制系统，论述了列车控制技术的智能化发展趋势。　　关键词：复合制动　轨道电路　无线通信　列控系统　智能化
　　中图分类号：U266　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1007-3973（2012）007-074-02
　　1 引言
　　随着我国高速列车技术的快速发展，列车的安全问题成为速度继续提升的一大瓶颈。在确保旅客乘坐舒适的情况下缩短制动距离，控制列车的运行速度是高速列车技术需要突破的难点。本文将对高速列车制动技术和列车控制技术进行研究综述。
　　2 高速列车制动分类
　　高速列车制动按制动力的来源可分为摩擦制动和非摩擦制动两类。摩擦制动通过摩擦力消耗列车动能，非摩擦制动与之相反。
　　2.1 摩擦制动
　　摩擦制动包括空气制动、轮盘制动、磁轨制动等。空气制动和轮盘制动是将力作用在闸瓦上使其压紧车轮上或车轴上的制动盘；磁轨制动是将电磁铁接通激磁电流吸附在钢轨上，由磨耗板与钢轨轨面进行摩擦。这类制动的特点是把列车的动能转化为内能散放与大气。
　　2.2 非摩擦制动
　　非摩擦制动的包括动力制动，再生制动，电阻制动，涡流制动等。再生制动将牵引电机作为发电机，使列车动能转化为电能反馈给电网，电阻制动与之类似，将动能转化为电能后消耗在电阻上转变为内能。由于再生制动节能环保等优势，现已经得到广泛应用，如德国ICE350、日本新干线700系、我国CRH系列等高速列车。
　　目前高速列车的制动控制模式正朝复合化的方向发展，日本E1-E4系到动车组采用再生制动和空气制动结合的复合制动模式，优先采用再生制动，不足部分由空气制动补充，并尽可能最大发挥电制动的作用。
　　3 高速列车空气制动控制技术
　　在列车空气制动控制技术上，仅采用空气制动机以及电空制动机已不能满足要求，目前各国高速铁路主要空气制动控制技术为微机控制自动电空制动和微机控制直通电空制动。
　　3.1 微机控制自动电空制动
　　微机控制自动式电空制动系统保留列车管，制动时制动控制器向计算机发出制动指令，由计算机控制列车管压力装置来调整列车管压力，依靠列车管压力变化传递制动指令，通过自动电空制动机进行制动。欧洲早期高速动车组TGV和ICE系列基本采用此类制动方式。
　　3.2 微机控制直通电空制动
　　微机控制的直通电空制动系统取消了列车管，用总风管代替列车管，用电指令代替空气压力信号作为制动控制信号，用制动风缸代替了副风缸，它可以根据不同的制动指令和要求，使每辆车达到所需要的制动力。
　　目前我国的CRH系列动车组就采取微机控制直通电空制动进行补充空气制动。事实证明该系统既具有直通空气制动响应迅速、控制灵活的特点,又包含电空制动列车前后制动作用一致的良好性能,并能使动力制动力和空气制动力得到有机的协调控制。
　　4 列车控制系统
　　高速行驶中列车的制动距离较长，和谐号动车组制动初速度为300km/h时，紧急制动距离在4200m左右。一旦发生紧急情况，再先进的制动系统也难以完全保证列车运行的安全。只有将制动系统与列车控制系统相结合才能保证列车安全高效地运行。
　　列车控制系统是高速铁路核心技术之一，它以技术手段对列车运行的方向、运行时间间隔和运行速度进行控制，简称列控系统。从国内外高速列车应用的列控系统来看，主要有轨道电路控制和基于无线通信的控制方式。
　　4.1 轨道电路控制方式
　　轨道电路控制方式是我国铁路当前采用最为广泛的列车控制方式，从普通铁路到城市轨道交通，甚至在高速铁路上也占据主流。轨道电路按分割方式分为有绝缘轨道电路和无绝缘轨道电路。
　　(1)机械有绝缘轨道电路
　　机械有绝缘轨道电路以铁路两根钢轨作为导体、两端加以机械绝缘节隔离、分别接上发送设备和接收设备而构成的电路。当轨道电路控制区段内钢轨完整且无列车占用时，继电器前接点闭合接通信号机绿灯电路。当轨道电路控制区段内钢轨断轨或有列车占用时，继电器后接点闭合接通信号机红灯电路，信号关闭。在铁路发展的初期，这种信号传递方式大大提高了铁路的运行安全。
　　(2)无绝缘轨道电路
　　利用轨道电路的阻抗和道床漏泄电阻的自然衰耗，以不同的频率对相邻轨道电路进行隔离，称为自然衰耗隔离式无绝缘轨道电路；利用相邻轨道电路之间采用电容和一部分钢轨的电感构成谐振回路和采用不同频率对相邻轨道电路进行电气隔离，称为电气隔离式无绝缘轨道电路。上海轨道交通2号线ATP子系统采用了数字编码制式的音频无绝缘轨道电路，轨旁设备、列车传送的信息中包括目标速度，轨道区段的载频，以及到达目标速度的距离。
　　4.2 基于无线通信控制方式
　　传统的轨道电路无法承载大量的信息且实时性不够，车地之间不能实行双向通信，地面设备工作稳定性易受环境影响。而当前铁路运输正向高速化、信息化、网络化的方向发展，因此
　　基于无线通信方式的列控系统应运而生。GSM-R是专为铁路应用而开发的数字式无线通信系统，它已成为世界上最通用的铁路通信系统，在欧洲铁路以及各国铁路得到广泛应用。
　　无线通信方式可以容纳车地之间的双向、大容量、实时的信息传递。我国未来CTCS-4级列控方式采取目标距离控制模式，列车按照移动闭塞或虚拟闭塞方式运行，其追踪的目标点是前列车的尾部，列车制动仅仅根据目标距离、目标速度以及列车的性能决定，是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。系统对列车速度进行连续式监控，采取无线通信，地面不设区间传统信号设备和检查轨道状况的设备，列车运行控制功能集中与车上，列车具有自行定位功能，只设立地面应答器用于列车定位校准。这和日本新干线的ATACS列控系统，欧洲ERTMS 3级系统功能相当。
　　随着铁路信息传递量的扩大，轨道电路技术正在进一步完善；而无线通信系统在大容量，实时性和数据双向交互上优于轨道电路，可以预见基于无线通信的移动闭塞列控系统将逐步取代轨道电路。