高速列车制动系统的基本要求

高速列车制动系统的基本要求为保证列车正常运行和停车制动，并在意外故障或其他必要情况下具有尽可能短的紧急制动距离，高速列车必须装备高效率和高安全性的制动系统。由于列车的制动能量和速度成平方关系，因此，速度为200～350km/h的高速列车的制动能量是普通列车（速度为100～140km/h）的4~9倍，从而在制动系统的性能要求和组成方面均有很大区别。对高速列车制动系统的基本要求如下：（1）制动距离的要求。制动距离是指列车从开始施行制动作用到完全停止所行驶的路程，分为常用制动距离和紧急制动距离。常用制动距离完全由司机或全自动驾驶系统的制动控制决定，而紧急制动距离往往取决于列车制动系统的制动能力。高速列车的制动作用包括调速制动和停车制动，其制动能力首先现为停车制动时对制动距离的控制。根据列车制动系统的结构特点和司机操纵作用，停车制动有各种不同的方式，在同样的制动装置、操纵方式和线路条件下，其制动距离基本上与列车制动初速度的平方成正比关系。所以，随着列车速度的提高，必须相应地改进列车制动装置和制动控制方式，才能满足缩短制动距离的要求。在各种不同的制动方式中，又以紧急制动距离为最短。紧急制动距离是检验列车制动能力和运行安全性的基本技术条件，也是通信信号系统设计和运输组织的重要依据。紧急制动距离的设计值是世界各国根据本国铁路情况（主要是列车速度、牵引质量、信号和制动技术等）以及乘座舒适度（加速度）制定出来的。此外，还应该考虑必要的安全裕量，特别是在动力制动作用不良状态下的紧急制动能力，并以此值作为对轮轨间制动黏着的利用、基础制动装置的热容量及制动控制性能等各种制约因素所容许的最大紧急制动能力提出要求的依据。国外300km/h高速列车的紧急制动距离均为3000～4000m。根据制动黏着利用和热负荷等理论计算的结果，我国高速列车在初速300km/h条件下的复合紧急制动距离可保证在3700m以内。（2）乘座舒适度的要求。从列车动力学的观点出发，乘座舒适度包括横向、垂向和纵向3方面的指标，高速列车纵向运动的特点除起动加速度较快外，主要是制动作用的时间和减速度远大于普通旅客列车。制动时，乘座舒适度主要体现在列车减速度和减速度变化率等指标上。根据经验，列车制动时的瞬时减速度在1.8～2.0m/s2以下时，旅客是能够承受的。而目前高速列车制动的设计减速度基本不会超过这个值，因此在制动情况下，列车减速度不会对乘座舒适度产生严重影响。需要引起注意的是减速度的变化率。研究发现，当减速度的变化率不超过0.6m/s2时，旅客不会产生明显的不适感；当减速度的变化率大于0.6m/s2但不超过0.75m/s2时，基本还是可接受的；当减速度的变化率超过1.0m/s2时，对没有准备且处于无倚靠站立的旅客来说，存在着摔倒的危险。因此，必须采取相应来控制旅客纵向乘座舒适度指标。由于高速列车对制动平均减速度、最大减速度和纵向冲动的指标均远高于普通旅客列车，因此为满足纵向乘座舒适度高的要求，高速列车制动系统必须采用下述关键技术：①采用微机控制的电气指令制动系统来实现制动过程的优化控制，并在提高平均减速度的同时尽量减小减速度的变化率。②对复合制动的模式进行合理设计，使不同形式的制动力达到较佳的匹配作用。③缩小同编组列车中不同车辆制动力的差别，以缓和车辆之间的纵向动力作用。④采用摩擦性能良好的盘形制动装置和强有力的动力制动装置，以提供足够的制动力。（3）可靠性的要求。制动系统作用的可靠性是列车行车安全的基本保证。特别是高速运行时制动系统失灵的后果将不堪设想。为此，制动系统的可靠性要求包含以下两个方面的内容：①组成制动系统的零部件和软件必须具备一定的可靠性，这是整个系统可靠的基础。②系统的可靠性。系统的重要支系统或关键（薄弱）部件是否有冗余，如指令传输方式的冗余、备用制动（冷备或热备）相对常用制动的冗余、非常制动相对紧急制动的冗余等。故障是否导向安全。零部件的可靠性是相对的，不可靠是绝对的。只有在故障导向安全的前提下，才能在零部件故障时保证系统的基本功能。也只有在这一前提下，冗余才能真正发挥作用。要设计一个可靠的制动系统，除选择尽量可靠的零部件、精心编制的软件外，更为重要的是运用可靠性理论，进行可靠性设计、可靠性试验和可靠性计算，并将其贯穿于制动系统的研制过程，并在制动系统的运用过程中加以验证。