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列车制动技术发展趋势探讨

摘要：随着我国高速铁路、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、

高效运输紧密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。

关键词：列车；制动技术；发展趋势

1 紧急制动控制原理

地铁列车通过贯穿车辆的硬线环路实现对紧急制动的施加及缓解控制，紧急

制动安全环路中通常会串入司机室占用、警惕、总风压力、车载信号、超速等安

全继电器的触点。基于故障导向安全设计原则，紧急制动安全环路通常采用常电

方式，当环路失电时使得紧急制动继电器失电，此时触发紧急制动指令；为确保

安全，一旦列车触发紧急制动，一般需要列车完全停车后方可重新使安全环路得

电、缓解紧急制动（通过串入零速信号实现）。紧急制动指令通过列车线电平信

号传给每个制动控制单元（BECU），制动控制单元根据列车载荷信号计算列车所

需总制动力并分配制动力（调节单元制动机输入风压）给各个转向架，且内部设

有独立的电磁阀控制，控制单元制动机气路的通断来实现制动的施加与缓解。车

载信号系统通过一组节点接入至车辆紧急制动环线中，当车载信号系统需要触发

紧急制动或车载信号系统出现故障时，会将节点断开，造成紧急制动环路断开，

由车辆系统完成紧急制动。

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。对于客运列车，制动过程

的舒适性也是十分重要的指标。考虑到乘客的乘车感受，列车制动时的速度变化

不能过大，减速度的变化率也不能太高。目前世界各国普遍采用的干线旅客列车

（包括高速动车组）紧急制动的平均减速度在１．０ｍ·ｓ－２左右；地铁列车一

般为１．２～１．３ｍ·ｓ－２。城轨和高速动车组列车均要求制动系统具备冲动

限制功能，在列车制动指令发生变化时，列车制动减速度的变化一般限制在不超

过０．７５ｍ·ｓ－３左右。乘客的舒适性还表现在列车停站的精确控制（包括停

站精度和平稳度）。目前国内地铁列车要求的停站精度在±２５０ｍｍ左右。由

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

应在１ｓ以上），以及现行制动控制模式的局限性（不考虑闸片摩擦系数、运行

阻力等干扰），在满足上述旅客舒适度不算太高的要求时，已显力不从心。

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，

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