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电机械制动系统在地铁列车中的应用

摘要：目前，地铁列车广泛应用空气制动这一传统的摩擦制动方式。空气制

动系统的动力源需要历经电流—空气压力能—机械摩擦的转换过程，存在电能转

化为空气压力能这个中间环节，降低了能量利用率。空气制动系统的制动信号传

输虽然是电气指令式，但产生制动力的信号也仍然要经历电—空气压力—机械作

动的转变，响应速度和控制精度不高。随着地铁列车电气化的发展和电气电子技

术的进步，将电能直接转化为机械驱动能、电信号直接转化为机械作动信号的电

机械制动系统，已成为地铁列车的新一代制动系统。

关键词：地铁列车；电机械制动；系统

随着世界经济的快速发展，城市人口以及机动车数量急剧增加，城轨列车作

为城市轨道交通中的重要载运工具，因其自身载运量大，速度快，零阻塞等诸多

优点受到人们的青睐。大多数城轨列车采用的是电空制动，但电制动和空气制动

两者特性上的固有差异，导致电空制动存在闸片磨损、乘坐舒适度稍差以及制动

能量浪费等问题。地铁列车空气制动系统存在电能转化成空气压力能的中间环节，

限制了制动响应速度和控制精度的进一步提高。

一、慨述

城轨列车的制动力通过轮轨之间的粘着产生，轮轨之间能够达到的最大制动

力是轮轨之间最大粘着力，制动系统通常设有滑行保护功能以免超过最大黏着力

发生滑行。列车在减速运行时，当列车的制动力逐接近轮轨问的最大粘着力时，

若制动力继续增大将使车轮被闸瓦抱死发生滑行现象，列车的制动力将立即减小。

因此，城轨列车需要保证较高的粘着系数来提供可靠的制动减速度。在列车的制

动过程中车轮时有发生滑行现象，造成制动力减弱及轮对擦伤等情况，严重影响

行车安全，因此车轮的防滑功能对城轨列车制动系统非常重要。电制动系统主要

是依靠城轨列车的牵引系统，将制动过程中的动能转化为电能返回给直流母线。

电制动过程中无闸瓦和轮对之间的机械摩损，具有控制精度高、制动平稳、响应

速度快等优点。电制动系统也会受电网电压、电机电流等各种条件的制约，因而，

目前主流的城轨列车在常用制动时通常采用两种方式相互配合，优先使用电制动

进行能量回收再利用，当列车减速到一定范围时会引起电制动力不足，再由空气

制动补充。随着科技的进步和设备的不断完善，空气制动将仅作为紧急制动和停

放制动使用，在常用制动中所占比例会越来越小，列车制动系统逐渐过渡到常用

制动全部采用电制动的模式。

二、地铁列车电机械制动系统方案

地铁制动源动力来自于空压机提供的空气压力能;来自BECU(制动电子控制

装置)的制动指令需要经过减压阀、中继阀等多个阀类部件，最终将制动压力传

递至空气制动单元。电机械制动系统采用电机直接驱动闸片/闸瓦，利用闸片与

制动盘或闸瓦与车轮踏面的摩擦而产生制动力。与空气制动相比，省去了电能转

化为空气压力能的中间环节。其制动源动力来自于电能，BECU发出的制动指令

直接传递至每个电机械制动单元，可实现每个车轮的独立控制。

电机械制动系统适用于各型地铁列车，可满足不同轴重、不同运营速度列车

的需求，对地铁列车电机械制动系统方案进行介绍。

1、电机械制动系统组成。地铁列车电机械制动系统采用微机控制方式，可

实现动力制动与摩擦制动复合制动功能。电机械制动系统主要组成部件包括电机

械制动控制装置和电机械夹钳单元，地铁列车上的电机械制动系统及其主要组成

部件。电机械制动控制装置为系统的控制部件，电机械夹钳单元为摩擦制动的执

行器，均采用电机驱动。所有电机械夹钳单元相互独立，制动控制装置可对每一

个电机械夹钳单元进行独立控制，即制动力的控制实际上是轮控/盘控形式。根

据具体应用中安装空间及安装位置的需要，制动控制装置可采用集中式或分布式

设计。为便于电机械制动控制装置与夹钳单元间布线，制动系统采用分布式方式

在转向架附近就近安装，可减少线缆长度，设置2台电机械制动控制装置，分别

为网关制动控制装置(GBCE)和智能制动控制装置(SBCE)，这两种装置均具有

本转向架制动及防滑控制等功能。其中，具备网关功能的GBCE还可通过

MVB(多功能车辆总线)等方式与列车其他系统进行通信，具有制动力计算、分

配、与电制动力混合作用等功能。此模式下每个制动控制装置控制4套电机械夹

钳单元。每辆车设置1套备用电池，电池管理模块集成于控制装置内部，当列车

DC110V控制电源失电时，自动切换为由备用电池供电，充分保证制动能力。

2、电机械制动系统的网络架构。电机械制动系统的网络架构可灵活配置，

根据制