张洋
重庆中车长客轨道车辆有限公司 401133
摘要：伴随着时代不断进步与人们生活水平快速提升，给轨道交通带来更高发展机遇的同时也带来更多挑战。因此，本文重点介绍顺应这一趋势发展的轨道交通制动系统新技术——电机械制动技术，它可以完全摆脱压缩空气的限制，实现源动力与指令信号的电气化。
关键词：轨道交通；制动系统
引言
随着我国高速客运、城市轨道交通、重载及快捷货物运输的发展，标准动车组、全自动驾驶地铁列车、低地板现代有轨电车、跨座式和悬挂式单轨列车、高速磁浮和中低速磁浮列车等众多新车型的下线，制动系统作为与安全、舒适、髙效息息相关的关键技术领域和核心子系统也面临着新的发展要求，需要进一步加深电气化程度，加快系统智能化进程，实现从满足功能、提升性能到最终实现智能的突破。
1列车制动系统发展历程
列车制动系统自诞生以来，主要发展出手制动机、真空制动机、空气制动机（直通制动机、自动制动机、直通自动制动机）、电空制动机、微机控制电空制动系统以及液压制动系统和电机械制动系统等形式。手制动机采用人力为原动力，除铁路发展初期应用外，现一般用作调车作业和停放制动；真空制动机以大气与真空的压差为原动力，制动能力有限，现已基本过渡为空气制动机；液压制动系统一般用于低地板有轨电车等安装空间受限的车型。
2制动系统组成
制动系统主要包括制动控制装置、风源系统、基础制动装置、防滑部件、撒砂以及其他管路部件。制动控制装置主要由制动控制柜以及集成于制动控制柜内部的EBCU、PBCU、撒砂控制模块、升弓控制模块、停放控制模块等组成，控制柜吊装于动车组设备舱内，负责控制常用制动、紧急制动、保持制动、防滑功能等。气动制动控制单元包括空电转换阀、中继阀、空重车调整阀、紧急制动电磁阀、调压阀、带电触点塞门、切换阀、缓解阀、压力测点、压力开关、压力传感器等，PBCU受EBCU控制，进行常用制动、紧急制动及制动后的缓解控制。电子制动控制单元（EBCU）安装于制动控制柜内，协同柜内外气动控制部件和制动相关的电气部件，实现制动系统管理、制动控制、防滑控制、故障诊断及检测等功能。
2性能需求推动制动系统电气化
任何载运工具都离不开制动系统，对轨道车辆而言，制动系统最重要的使命是要确保安全，保证列车在任何突发紧急情况下都能在规定距离内安全停车。随着技术进步，列车采用的制动方式越来越丰富，从传统纯机械驱动的踏面制动、盘形制动到越来越依赖电能或电机的电阻制动、再生制动、磁轨制动、涡流制动等。这些涉“电”制动方式往往由于其本身的特点，或者是一些特殊场合难以发挥作用，或者是由于其本身的适用局限性，或者是经济性和合理性，使得它们不能或难以成为安全制动方式。时至今日，踏面制动或盘形制动仍是被普遍接受的列车安全制动方式。提高制动波速需要电气化，但传统的踏面制动或盘形制动由于空气制动机制动波速较低，难以适应铁路高速、重载的发展趋势。因此，无论是高速动车组还是城轨列车都已普遍采用“电”信号传递制动指令，以提高制动波速；甚至在货物列车上，也已开始制动指令电气化的探索。
3轨道运输发展推动制动系统智能化
近年来，关于数字铁路、智能铁路和轨道智能运输系统的构想越来越成熟，铁路智能自动化和铁路智能运输系统（ailwayIntelligetTransporta-tionSystem,RITS）提出了“可测、可控、可视、可响应”的４大核心特征。
四方股份公司和唐山轨道客车公司分别CRH380A型高速动车组和以CRH380BL型高速动车组为平台研制了智能化高速列车。中车集团公司总经理、股份公司总裁奚国华在亚欧数字互联互通高级别论坛上提出了关于新一代智慧列车实现自驾驶、自诊断、自决策、自控制、自恢复的构想。为了顺应这一潮流，实现列车的高度智能化，作为关键子系统之一的制动系统首先要完成电气化，最终实现智能化。在高速客运和城市轨道交通领域，列车制动系统呈现出分布式、网络化的发展趋势，从车控到架控和轴控的分布式控制方式不断成熟，利用列车和车辆总线以及制动内网的通讯技术不断完善，列车或网段制动管理与状态监控的模式逐渐成为主流，推动了列车制动系统的电气化和智能化进程。
4制动控制智能化新进展—减速度
控制以ICE3等车型为代表的欧系动车组一般采用微机控制自动式电空制动系统，制动时对列车管压力进行闭环控制，制动力的大小取决于列车管减压量。这一控制模式软件操作简单，但其制动力计算采用理想的摩擦系数且未考虑黏着条件，存在黏着利用低、制动距离长、高速区段滑行概率较大等问题。这一控制模式实际上是一种理论制动力控制。由于高速区段列车轮轨黏着显著降低，因此全速度区段制动力设定过于保守，且湿轨条件下高速区段制动有超出黏着条件限制的风险。
5轨道交通EMB技术优势
EMB系统极大地提高了轨道车辆的制动性能。在目标制动力的响应时间上，采用电动机驱动的EMB系统相比于空气制动系统缩短了70%以上。相比于空气制动系统的强非线性（制动缸压力精度±20kPa）和大时滞特性（响应延迟在1s以上），电机械制动系统完全弥补了上述2点的不足，阶段制动与阶段缓解过程中电机械制动制动缸的推力与制动指令的跟随性。试验台试验结果证明，电机械制动系统不但制动力控制精度高，而且其响应速度能够跟随频率按1Hz正弦变化的目标指令。EMB系统可实现“轮控”，每个电机械夹钳单元都可以独立控制，其制动力冗余度极高。EMB技术能够实现高精度制动闭环控制，也可以实现列车级制动力分配策略优化。EMB系统由于其响应迅速、控制精度高等特点，为研究新型的智能防滑控制创造了条件。如需利用防滑过程中黏着系数的改善效应，就需要更高精度、更快速度的防滑控制，EMB系统则能够达到上述的要求。EMB模块化与轻量化的设计，简化了制动系统的结构，取消了气路管路、风缸、阀组、塞门等，每辆车的质量减小了200kg以上。EMB技术采用电能直接转换为机械能产生摩擦力的方式，中间无须将电能转化为气体或液体的压力能，降低了制动力传输过程中的效率损失，提高了能源利用率。EMB系统实现了制动系统的全电气化。因此可对制动系统进行全面检测以及智能诊断，做到对系统动态信息的实时感知，实现对故障的快速定位与处理。EMB系统的易检测和模块化功能为实现智能运维奠定了基础。
结语
制动系统的智能化是从根本上提高列车制动技术发展水平，保证系统性能和安全性的出路，电气化是智能化的前提，二者相辅相成，必将成为列车制动系统未来需要长期发展的方向。
参考文献
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