吳萌嶺，馬天和，田 春，楊 俊，陳茂林

(1.同濟(jì)大學(xué) 鐵道與城市軌道交通研究院，上海 201804；2.南京中車(chē)浦鎮(zhèn)海泰制動(dòng)設(shè)備有限公司，江蘇 南京 211800；3.同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海 201804)

隨著我國(guó)高速鐵路、城市軌道交通、重載及快捷貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車(chē)組、全自動(dòng)駕駛地鐵列車(chē)、低地板現(xiàn)代有軌電車(chē)、跨座式和懸掛式單軌列車(chē)、高速磁浮和中低速磁浮列車(chē)等眾多新車(chē)型的下線，制動(dòng)系統(tǒng)作為與安全、舒適、高效運(yùn)輸緊密相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域和核心子系統(tǒng)也面臨著新的發(fā)展要求。

本文對(duì)列車(chē)空氣制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展歷程進(jìn)行總結(jié)，并深入分析近年來(lái)新興的不依賴(lài)壓力空氣的電機(jī)械制動(dòng)技術(shù)。然后，從性能需求和軌道運(yùn)輸發(fā)展的角度論述其對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)電氣化和智能化發(fā)展的要求和推動(dòng)作用。最后，討論列車(chē)制動(dòng)減速度控制方面的研究，并分析其發(fā)展和應(yīng)用的方向。

1 列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展歷程

列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)自誕生以來(lái)，主要發(fā)展出手制動(dòng)機(jī)、真空制動(dòng)機(jī)、空氣制動(dòng)機(jī)(直通制動(dòng)機(jī)、自動(dòng)制動(dòng)機(jī)、直通自動(dòng)制動(dòng)機(jī))、電空制動(dòng)機(jī)、微機(jī)控制電空制動(dòng)系統(tǒng)以及液壓制動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)等形式(見(jiàn)圖1)。手制動(dòng)機(jī)采用人力為原動(dòng)力，除鐵路發(fā)展初期應(yīng)用外，現(xiàn)一般用作調(diào)車(chē)作業(yè)和停放制動(dòng)；真空制動(dòng)機(jī)以大氣與真空的壓差為原動(dòng)力，制動(dòng)能力有限，現(xiàn)已基本過(guò)渡為空氣制動(dòng)機(jī)；液壓制動(dòng)系統(tǒng)一般用于低地板有軌電車(chē)等安裝空間受限的車(chē)型。本節(jié)主要分析目前廣泛應(yīng)用的空氣制動(dòng)系統(tǒng)和新發(fā)展的電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)。

圖1 列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)分類(lèi)

1.1 空氣制動(dòng)系統(tǒng)

1869年，George Westinghouse首次將以壓力空氣來(lái)操縱的制動(dòng)機(jī)運(yùn)用于列車(chē)，這種制動(dòng)機(jī)屬于直通制動(dòng)機(jī)。由于直通制動(dòng)機(jī)存在安全性和一致性方面的缺陷，1872年，George Westinghouse又發(fā)明了自動(dòng)制動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)出了第1個(gè)三通閥。時(shí)至今日，空氣制動(dòng)機(jī)雖然又有自動(dòng)式和直通自動(dòng)式之分，三通閥或分配閥又有二壓力機(jī)構(gòu)和三壓力機(jī)構(gòu)之分，但基于此原理的自動(dòng)制動(dòng)機(jī)和直通自動(dòng)制動(dòng)機(jī)依然在世界范圍內(nèi)廣泛使用[1-8]。

空氣制動(dòng)從其控制系統(tǒng)的角度來(lái)看經(jīng)歷了從空氣制動(dòng)控制(見(jiàn)圖2(a))到電氣指令式制動(dòng)控制的發(fā)展歷程，后者根據(jù)其電氣化程度又經(jīng)歷了電磁控制(見(jiàn)圖2(b))、氣壓控制(見(jiàn)圖2(c))到電氣控制(見(jiàn)圖2(d))的演變過(guò)程[9-21]?？諝庵苿?dòng)控制系統(tǒng)以壓力空氣作為制動(dòng)信號(hào)傳遞和制動(dòng)力控制介質(zhì)，其列車(chē)管(制動(dòng)管)既傳遞制動(dòng)控制信號(hào)，又輸送壓力空氣。而電氣指令式制動(dòng)控制系統(tǒng)以電氣信號(hào)來(lái)傳遞制動(dòng)信號(hào)，一般不設(shè)列車(chē)管，由總風(fēng)管為列車(chē)各車(chē)輛供風(fēng)，制動(dòng)缸的直接風(fēng)源為制動(dòng)供給風(fēng)缸(制動(dòng)風(fēng)缸)。換言之，隨著列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展，制動(dòng)指令完成了電氣化的演變，但從制動(dòng)指令到制動(dòng)力的施加仍然需要經(jīng)過(guò)電空(液)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)和壓力空氣(油)的作用環(huán)節(jié)。首先將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為預(yù)控壓力信號(hào)，然后經(jīng)中繼閥流量放大后控制制動(dòng)缸活塞桿推出，作用于閘瓦—踏面摩擦副或閘片—制動(dòng)盤(pán)摩擦副后，在輪軌接觸處產(chǎn)生制動(dòng)力。

圖2 空氣制動(dòng)系統(tǒng)的電氣化演變過(guò)程

1.2 微機(jī)控制電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)

列車(chē)制動(dòng)技術(shù)發(fā)展到微機(jī)控制直通電空制動(dòng)系統(tǒng)階段，其控制的電氣化程度已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，也具備了智能化發(fā)展的基礎(chǔ)。而微機(jī)控制電機(jī)械制動(dòng)則為整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的智能化提供了新的思路。電機(jī)械制動(dòng)(Electromechanical Brake, EMB)用電能直接驅(qū)動(dòng)閘片(瓦)與制動(dòng)盤(pán)(車(chē)輪踏面)摩擦，將車(chē)輛動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能產(chǎn)生制動(dòng)作用。簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)空氣或液壓制動(dòng)系統(tǒng)先進(jìn)行電空(液)轉(zhuǎn)換再實(shí)施制動(dòng)的作用環(huán)節(jié)，即在制動(dòng)信號(hào)傳遞和制動(dòng)力控制上都擺脫了壓力空氣等介質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)系統(tǒng)的全電氣化，并有望推動(dòng)列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的智能化程度進(jìn)一步加深。

電機(jī)械制動(dòng)(EMB)技術(shù)最早是在航空領(lǐng)域提出的，被稱(chēng)為飛機(jī)的“全電剎車(chē)”[22-24]，后來(lái)在汽車(chē)領(lǐng)域也得到了較為廣泛的應(yīng)用和研究，稱(chēng)為電子機(jī)械制動(dòng)[25-26]。在軌道交通領(lǐng)域，國(guó)外曾有日本鹿兒島市交通局在其1000型低地板有軌電車(chē)上試裝過(guò)采用此技術(shù)原理的制動(dòng)器[27](見(jiàn)圖3)。

在國(guó)內(nèi)，同濟(jì)大學(xué)吳萌嶺課題組運(yùn)用電氣技術(shù)的最新成果進(jìn)行了適用于軌道車(chē)輛的新型電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[28-29]，電機(jī)械盤(pán)形制動(dòng)單元如圖4所示，外形與既有空氣制動(dòng)夾鉗單元一致，驅(qū)動(dòng)方式由氣動(dòng)變?yōu)殡妱?dòng)。

圖3 日本有軌電車(chē)電機(jī)械制動(dòng)裝置

圖4 電機(jī)械盤(pán)形制動(dòng)單元

圖5給出了單元的控制原理，采用力傳感器反饋進(jìn)行閉環(huán)控制。如圖6試驗(yàn)曲線所示，其階段制動(dòng)緩解性能穩(wěn)定，控制精度高，可實(shí)現(xiàn)1 Hz頻率(即在1 s內(nèi)調(diào)節(jié)制動(dòng)力從0到最大再到0)的隨動(dòng)制動(dòng)力控制性能，響應(yīng)迅速。

圖5 電機(jī)械制動(dòng)單元夾緊力閉環(huán)控制原理

從系統(tǒng)的角度分析，微機(jī)控制電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)是一種由電子控制和電驅(qū)動(dòng)的機(jī)電一體化的新型摩擦制動(dòng)系統(tǒng)，其原理如圖7所示。組成上主要包含電機(jī)械制動(dòng)控制裝置(BECU)和電機(jī)械制動(dòng)單元(EBU)2大主體部件。常用制動(dòng)時(shí)BECU從列車(chē)管理系統(tǒng)(TMS)接收司機(jī)控制器或者列車(chē)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)(ATO)的控制指令，施加與常用制動(dòng)級(jí)位對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力；緊急制動(dòng)時(shí)，BECU由緊急制動(dòng)列車(chē)線直接獲取指令，施加與車(chē)重成比例的緊急制動(dòng)力。與微機(jī)控制直通電空制動(dòng)系統(tǒng)相比，省去了制動(dòng)風(fēng)缸、閥、塞門(mén)和氣路管路等，如圖8所示。與液壓制動(dòng)系統(tǒng)相比，省去了泵、油缸、閥及液壓管路等，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零部件減少，降低了裝配和維護(hù)的難度，節(jié)約了成本。系統(tǒng)更加模塊化和輕量化(相比空氣制動(dòng)系統(tǒng)每輛車(chē)減重30%以上)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)可靠性。

圖6 電機(jī)械制動(dòng)單元試驗(yàn)曲線

筆者認(rèn)為電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)缸推出力的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)閘瓦(片)間隙的智能調(diào)整和磨耗量在線智能監(jiān)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的智能化。同時(shí)，由于其響應(yīng)迅速、控制精確，不但有利于列車(chē)制動(dòng)過(guò)程控制的舒適度和停車(chē)精度的提高，而且在制動(dòng)防滑控制中可實(shí)現(xiàn)黏著改善控制，為新型智能防滑控制方法創(chuàng)造了條件，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)沿用至今的防滑控制模式做出突破。

2 性能需求推動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)電氣化

任何載運(yùn)工具都離不開(kāi)制動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)軌道車(chē)輛而言，制動(dòng)系統(tǒng)最重要的使命是要確保安全，保證列車(chē)在任何突發(fā)緊急情況下都能在規(guī)定距離內(nèi)安全停車(chē)。隨著技術(shù)進(jìn)步，列車(chē)采用的制動(dòng)方式越來(lái)越豐富，從傳統(tǒng)純機(jī)械驅(qū)動(dòng)的踏面制動(dòng)、盤(pán)形制動(dòng)到越來(lái)越依賴(lài)電能或電機(jī)的電阻制動(dòng)、再生制動(dòng)、磁軌制動(dòng)、渦流制動(dòng)等。這些涉“電”制動(dòng)方式往往由于其本身的特點(diǎn)，或者是一些特殊場(chǎng)合難以發(fā)揮作用，或者是由于其本身的適用局限性，或者是經(jīng)濟(jì)性和合理性，使得它們不能或難以成為安全制動(dòng)方式。時(shí)至今日，踏面制動(dòng)或盤(pán)形制動(dòng)仍是被普遍接受的列車(chē)安全制動(dòng)方式。

圖7 微機(jī)控制電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)原理

圖8 系統(tǒng)對(duì)比

提高制動(dòng)波速需要電氣化，但傳統(tǒng)的踏面制動(dòng)或盤(pán)形制動(dòng)由于空氣制動(dòng)機(jī)制動(dòng)波速較低[30-32]，難以適應(yīng)鐵路高速、重載的發(fā)展趨勢(shì)。因此，無(wú)論是高速動(dòng)車(chē)組還是城軌列車(chē)都已普遍采用“電”信號(hào)傳遞制動(dòng)指令，以提高制動(dòng)波速；甚至在貨物列車(chē)上，也已開(kāi)始制動(dòng)指令電氣化的探索。

對(duì)于客運(yùn)列車(chē)，制動(dòng)過(guò)程的舒適性也是十分重要的指標(biāo)。考慮到乘客的乘車(chē)感受，列車(chē)制動(dòng)時(shí)的速度變化不能過(guò)大，減速度的變化率也不能太高。目前世界各國(guó)普遍采用的干線旅客列車(chē)(包括高速動(dòng)車(chē)組)緊急制動(dòng)的平均減速度在1.0 m·s-2左右；地鐵列車(chē)一般為1.2～1.3 m·s-2。城軌和高速動(dòng)車(chē)組列車(chē)均要求制動(dòng)系統(tǒng)具備沖動(dòng)限制功能，在列車(chē)制動(dòng)指令發(fā)生變化時(shí)，列車(chē)制動(dòng)減速度的變化一般限制在不超過(guò)0.75 m·s-3左右[33]。乘客的舒適性還表現(xiàn)在列車(chē)停站的精確控制(包括停站精度和平穩(wěn)度)。目前國(guó)內(nèi)地鐵列車(chē)要求的停站精度在±250 mm左右。由于空氣制動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)非線性(制動(dòng)缸壓力精度±20 kPa)和大時(shí)滯特性(響應(yīng)在1 s以上)，以及現(xiàn)行制動(dòng)控制模式的局限性(不考慮閘片摩擦系數(shù)、運(yùn)行阻力等干擾)，在滿(mǎn)足上述旅客舒適度不算太高的要求時(shí)，已顯力不從心。

筆者認(rèn)為，只有進(jìn)一步提升制動(dòng)系統(tǒng)的電氣化與智能化程度，特別是上文第1.2部分所述電機(jī)械制動(dòng)和下文第4部分所述減速度控制的實(shí)現(xiàn)，關(guān)于安全性和舒適性等性能需求的問(wèn)題才能從控制上得到解決。

3 軌道運(yùn)輸發(fā)展推動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)智能化

近年來(lái)，關(guān)于數(shù)字鐵路、智能鐵路和軌道智能運(yùn)輸系統(tǒng)的構(gòu)想越來(lái)越成熟，鐵路智能自動(dòng)化和鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)(Railway Intelligent Transportation System，RITS)提出了“可測(cè)、可控、可視、可響應(yīng)”的4大核心特征[34]。四方股份公司和唐山軌道客車(chē)公司分別以CRH380A型高速動(dòng)車(chē)組和以CRH380BL型高速動(dòng)車(chē)組為平臺(tái)研制了智能化高速列車(chē)[35]。中車(chē)集團(tuán)公司總經(jīng)理、股份公司總裁奚國(guó)華在亞歐數(shù)字互聯(lián)互通高級(jí)別論壇上提出了關(guān)于新一代智慧列車(chē)實(shí)現(xiàn)自駕駛、自診斷、自決策、自控制、自恢復(fù)的構(gòu)想。為了順應(yīng)這一潮流，實(shí)現(xiàn)列車(chē)的高度智能化，作為關(guān)鍵子系統(tǒng)之一的制動(dòng)系統(tǒng)首先要完成電氣化，最終實(shí)現(xiàn)智能化。

在高速客運(yùn)和城市軌道交通領(lǐng)域，列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)呈現(xiàn)出分布式、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，從車(chē)控到架控和軸控的分布式控制方式[14]不斷成熟，利用列車(chē)和車(chē)輛總線以及制動(dòng)內(nèi)網(wǎng)的通訊技術(shù)不斷完善，列車(chē)或網(wǎng)段制動(dòng)管理與狀態(tài)監(jiān)控的模式逐漸成為主流，推動(dòng)了列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的電氣化和智能化進(jìn)程。

在重載貨物運(yùn)輸[36]領(lǐng)域，列車(chē)的載重越來(lái)越大，編組越來(lái)越長(zhǎng)，為了解決長(zhǎng)大貨物列車(chē)制動(dòng)緩解一致性差、縱向沖動(dòng)大的問(wèn)題，逐漸發(fā)展出了無(wú)線遙控機(jī)車(chē)同步操縱技術(shù)(LOCOTROL)[37-38]和電控空氣制動(dòng)(Electronically Controlled Pneumatic, ECP)[39-45]2類(lèi)新的制動(dòng)控制系統(tǒng)。目前我國(guó)大秦線[46-48]萬(wàn)噸級(jí)組合列車(chē)均采用了運(yùn)用LOCOTROL技術(shù)的CCBⅡ制動(dòng)機(jī)，神黃線重載組合列車(chē)采用了基于無(wú)線遙控同步操縱技術(shù)的DK-2型機(jī)車(chē)制動(dòng)機(jī)。從本世紀(jì)初開(kāi)始，國(guó)產(chǎn)ECP制動(dòng)系統(tǒng)研制已經(jīng)進(jìn)行到技術(shù)評(píng)審或?qū)嵻?chē)試驗(yàn)階段。以LOCOTROL和ECP技術(shù)為代表的貨物列車(chē)電控空氣制動(dòng)可以?xún)?yōu)化整列車(chē)的動(dòng)力分配和制動(dòng)控制，加快制動(dòng)波速和緩解波速，改善列車(chē)操縱性能和前后車(chē)輛制動(dòng)、緩解的一致性，使列車(chē)起動(dòng)和停車(chē)更加迅速、平穩(wěn)，減小車(chē)鉤受力，縮短制動(dòng)距離，提高列車(chē)運(yùn)行安全和效率[49-52]。這2種控制技術(shù)提升了貨運(yùn)列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的電氣化水平，為智能化制動(dòng)控制的發(fā)展提供了平臺(tái)。

4 制動(dòng)控制智能化新進(jìn)展—減速度控制

以ICE3等車(chē)型為代表的歐系動(dòng)車(chē)組一般采用微機(jī)控制自動(dòng)式電空制動(dòng)系統(tǒng)[15]，制動(dòng)時(shí)對(duì)列車(chē)管壓力進(jìn)行閉環(huán)控制，制動(dòng)力的大小取決于列車(chē)管減壓量。這一控制模式軟件操作簡(jiǎn)單，但其制動(dòng)力計(jì)算采用理想的摩擦系數(shù)且未考慮黏著條件，存在黏著利用低、制動(dòng)距離長(zhǎng)、高速區(qū)段滑行概率較大等問(wèn)題。這一控制模式實(shí)際上是一種理論制動(dòng)力控制。如圖9所示，由于高速區(qū)段列車(chē)輪軌黏著顯著降低，因此全速度區(qū)段制動(dòng)力設(shè)定過(guò)于保守，且濕軌條件下高速區(qū)段制動(dòng)有超出黏著條件限制的風(fēng)險(xiǎn)。

圖9 制動(dòng)力控制

日系動(dòng)車(chē)組制動(dòng)控制系統(tǒng)一般根據(jù)速度—黏著曲線[16]控制制動(dòng)力，如圖10所示，在高速區(qū)段沿理論黏著曲線控制，較低速度區(qū)段保持理論減速度不變。這一控制方式可以有效縮短制動(dòng)距離并降低高速區(qū)段的滑行風(fēng)險(xiǎn)，黏著利用率較高。但其在減速度計(jì)算時(shí)采用理想的摩擦系數(shù)，以平直道制動(dòng)工況作為計(jì)算條件，未能考慮摩擦系數(shù)、坡道坡度等參數(shù)變化的影響，可能造成實(shí)際減速度與目標(biāo)減速度偏離較大。這一控制模式實(shí)際上是一種理論減速度控制。圖11所示為國(guó)內(nèi)某型動(dòng)車(chē)組實(shí)際制動(dòng)效果曲線，隨著速度的下降，由于實(shí)際摩擦系數(shù)的上升，實(shí)際減速度相對(duì)目標(biāo)值的偏差逐漸增大，最大有超過(guò)50%的偏差。

圖10 速度—黏著控制[16]

上述傳統(tǒng)制動(dòng)控制模式在減速度層面是開(kāi)環(huán)的，難以應(yīng)對(duì)制動(dòng)過(guò)程中的不確定參數(shù)擾動(dòng)產(chǎn)生的影響。對(duì)列車(chē)制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，閘瓦(片)摩擦系數(shù)、坡道坡度等參數(shù)是隨時(shí)間、速度或距離而改變的不確定量，難以獲得精確值，影響制動(dòng)力、制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離等的準(zhǔn)確性。傳統(tǒng)的制動(dòng)控制方法忽略了這些不確定參數(shù)對(duì)制動(dòng)性能的影響，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)實(shí)際制動(dòng)力和實(shí)際減速度的精確控制。

圖11 某型動(dòng)車(chē)組實(shí)際制動(dòng)效果

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出減速度控制模式的概念，對(duì)列車(chē)制動(dòng)減速度進(jìn)行了一系列閉環(huán)控制研究[53-60]，主要包括基于Smith預(yù)估器的PI控制[53-54]、PID控制[57-58]，基于在線參數(shù)估計(jì)的自適應(yīng)控制[59]，基于Krasovskii泛函控制[60]等方法，取得了較好的仿真效果并在臺(tái)架試驗(yàn)或線路試驗(yàn)中驗(yàn)證了其控制性能。圖12(a)表示傳統(tǒng)制動(dòng)控制模式的原理，在制動(dòng)缸壓力層面進(jìn)行了閉環(huán)控制，但由于實(shí)際只控制到了中繼閥的輸出端，制動(dòng)缸壓力控制只能做到近似精確，實(shí)際減速度的控制精度難以保證。圖12(b)表示的減速度控制模式對(duì)制動(dòng)過(guò)程中基礎(chǔ)制動(dòng)參數(shù)和線路運(yùn)行參數(shù)等不確定性擾動(dòng)加以考慮，通過(guò)閉環(huán)控制提高列車(chē)制動(dòng)實(shí)際減速度的控制精度。

圖12 傳統(tǒng)制動(dòng)控制模式和減速度控制模式原理對(duì)比

文獻(xiàn)[59]提出的基于在線參數(shù)估計(jì)的自適應(yīng)控制方法是通過(guò)對(duì)閘瓦摩擦系數(shù)、坡道坡度、載重等擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)，然后用估計(jì)出的參數(shù)進(jìn)行制動(dòng)力的計(jì)算，可以顯著減小實(shí)際減速度與目標(biāo)減速度的偏差。如圖13(a)，(b)所示，該方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)坡度連續(xù)變化的坡道進(jìn)行坡度實(shí)時(shí)估計(jì)，使減速度控制誤差從0.3 m·s-2減小到0.1 m·s-2。在不使用空簧壓力信息計(jì)算車(chē)輛制動(dòng)質(zhì)量，而通過(guò)減速度控制算法對(duì)列車(chē)載重實(shí)時(shí)估計(jì)，進(jìn)行制動(dòng)力計(jì)算的情況下，對(duì)列車(chē)實(shí)際制動(dòng)減速度的控制仍然達(dá)到了較好的效果(圖13(c)，(d))，這為簡(jiǎn)化車(chē)輛載荷獲取方式提供了可能。

目前，長(zhǎng)大貨物列車(chē)編組可達(dá)數(shù)百輛，綿延數(shù)公里長(zhǎng)，列車(chē)各位置車(chē)輛所處的坡道坡度不一，由此引起的縱向沖動(dòng)問(wèn)題[61-63]十分嚴(yán)峻；同時(shí)，貨車(chē)由于無(wú)空氣彈簧的存在，其載重信號(hào)的獲取和空重車(chē)壓力的調(diào)整[64-65]十分復(fù)雜且精度較低。若采用減速度控制模式，其對(duì)線路坡道坡度和列車(chē)載重的估計(jì)方法為解決上述問(wèn)題提供了思路。

5 結(jié) 論

從列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀可以看出，制動(dòng)系統(tǒng)的演變過(guò)程伴隨著列車(chē)的升級(jí)換代及整個(gè)軌道運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出電氣化和智能化程度不斷加深的過(guò)程?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)的制動(dòng)系統(tǒng)需要走從滿(mǎn)足功能到提升性能再到最終實(shí)現(xiàn)智能的發(fā)展道路。

圖13 減速度控制地面試驗(yàn)曲線[59]

(1)制動(dòng)系統(tǒng)的電氣化主要體現(xiàn)在控制信號(hào)的傳遞和制動(dòng)力產(chǎn)生及作用的過(guò)程中，智能化包含功能控制的智能化和維保監(jiān)測(cè)的智能化，主要體現(xiàn)在分布式精確控制、同步性快速響應(yīng)、全系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)、全過(guò)程智能控制、全壽命周期智能維護(hù)等方面。制動(dòng)系統(tǒng)的智能化可以從根本上提高列車(chē)制動(dòng)技術(shù)水平，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性，電氣化是智能化的前提，二者相輔相成，是未來(lái)需要長(zhǎng)期發(fā)展的方向。

(2)電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全電氣化，可對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，做到對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)信息的實(shí)時(shí)感知、智能診斷和決策以及在途預(yù)警，對(duì)各種可能出現(xiàn)的故障，系統(tǒng)可自動(dòng)處理或提示司乘人員采取對(duì)應(yīng)的安全措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的快速定位和處理。電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)易監(jiān)測(cè)、電氣化、智能化、模塊化的特點(diǎn)也為制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)維智能化奠定了基礎(chǔ)。

(3)減速度控制考慮了制動(dòng)過(guò)程中參數(shù)不確定性帶來(lái)的影響，使制動(dòng)過(guò)程更可控，可提升制動(dòng)平穩(wěn)性和舒適性，保障城軌列車(chē)精確停車(chē)和正點(diǎn)運(yùn)行，解決貨車(chē)縱向沖動(dòng)和制動(dòng)不均等問(wèn)題，為列車(chē)智能化制動(dòng)控制指明了方向。

(4)在電機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)被大規(guī)模應(yīng)用之前，空氣制動(dòng)系統(tǒng)仍是列車(chē)運(yùn)行安全的重要保障?？諝庵苿?dòng)系統(tǒng)利用壓力空氣的作用產(chǎn)生制動(dòng)力，是一種復(fù)雜的非線性時(shí)滯系統(tǒng)，圍繞這一特點(diǎn)，其未來(lái)發(fā)展仍需以提高控制性能和安全性能為目標(biāo)。在貨車(chē)制動(dòng)領(lǐng)域，繼續(xù)推進(jìn)系統(tǒng)電氣化，發(fā)展電控技術(shù)；在客車(chē)制動(dòng)領(lǐng)域，加深系統(tǒng)的智能化程度，應(yīng)用減速度控制等新型控制技術(shù)，提高制動(dòng)及防滑控制性能，發(fā)展故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)，提升系統(tǒng)安全性。