軌道交通車輛牽引控制發展現狀與趨勢分析

徐少哲

摘 要：近年來，我國軌道交通車輛技術發展速度不斷加快，為人們的出行提供了方便，加快了人們的生活節奏。而在軌道交通車輛技術中，牽引控制技術負責為軌道車輛提供動力，是一項非常重要的環節。因此，有關軌道交通車輛牽引控制技術的研究力度不斷加大，相關專家及學者希望通過改進和完善軌道交通車輛的牽引控制技術，進而達到牽引控制的標準化、通用化、平臺化，促進我國軌道交通體系的進一步發展?；诖?，本文就圍繞軌道交通車輛牽引控制發展現狀與發展趨勢展開研究。

關鍵詞：軌道交通車輛 牽引控制 控制技術 通信技術

中圖分類號：U22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（b）-0084-02

自18世紀出現蒸汽機車以來，經過了兩個世紀的改進與演變，軌道交通車輛牽引控制技術發展到如今的交流傳動電力牽引方式。不僅使軌道交通車輛的運行效率得到飛躍性進展，而且大幅改善了技術性能和控制效果。而隨著科學技術的不斷改進創新，在接下來一段發展時期內，軌道交通車輛牽引技術將朝著怎樣的趨勢發展，引起了專家學者及相關人員的關注和重視。

1 國際領域軌道交通車輛牽引控制的發展

一方面，蒸汽機技術的革新，為軌道交通車輛的運行提供了技術支撐；另一方面，為了滿足第二次產業革命的發展需要，第一條鐵路于18世紀正式問世，同時也代表著軌道交通領域取得了歷史性的突破。在長達兩個世紀的發展歷程中，鐵路車輛的牽引技術先后發生了多次變革，由最初的蒸汽機轉變為內燃機，再到后來的電力牽引，其中電力牽引階段又可分為交直傳動階段和交流傳動階段，在此過程中，牽引控制技術也發生了巨大的變革[1]。

在19世紀80年代左右的電力機車階段，所采用的牽引控制主要是直流供電方式；到了90年代，西門子將繞線式異步電動機應用到軌道車輛的牽引控制中；20世紀初，德國率先將牽引控制中的單相電轉變為三相交流電；到了50年代，硅可控整流器的出現，對軌道車輛的牽引方式造成了巨大變革，牽引控制技術正式迎來電力電子時代。同時也標志著牽引動力的發展速度不斷加快；60年代，牽引控制動力轉變為交直傳動系統；70年代，牽引控制動力轉變為異步牽引電機；直至20世紀80年代，交流傳動系統應用到軌道車輛牽引控制中。

交流傳統系統應用到軌道車輛的牽引控制中，主要表現出如下幾點優勢：其一，降低了供電網的電流諧波分量，電能反饋效率高；其二，電路簡單可靠，牽引控制更便捷；其三，控制電機的質量輕、體積小，有助于簡化轉向架結構；其四，牽引和制動效果好，還具備防空轉和防滑行功能[2]。

2 國內軌道交通車輛牽引控制的發展

2.1 國內軌道車輛牽引控制發展歷程

在軌道交通車輛牽引控制技術發展方面，自1958年，我國正式制造出6Y1型電力機車以來，我國一直都在遵循自主研發與技術引進互相促進的原則，取得了比較顯著的發展成果。從軌道車輛牽引技術的發展來看，我國的發展歷程與國際發展歷程相似，都是由交直電傳動方式逐漸向交流電傳動方式轉變。由交直傳動方式的“韶山”系列，到由內燃機傳動的“東風”系列，再到目前由交流電傳動的HX系列、CRH系列等高速列車。目前，我國軌道交通車輛的牽引方式也是以交流傳動方式為主[3]。

2.2 國內軌道車輛牽引控制發展現狀

在當前我國的軌道列車牽引控制體系中，主要包含通信技術、控制技術和保障技術三種。其中控制技術直接面向控制對象，綜合運用了數學、計算機、微電子等多學科技術，是列車牽引控制系統的核心，控制方法主要包括直接自控制、定向矢量控制、直接轉矩控制等；通信系統所運用的是開放系統，其主要功能在于，根據傳輸需要建立連接，為各級控制系統進行信息傳輸；保障技術需要具備可靠性、安全性、實效性等特點，其主要功能在于對系統性能進行檢驗，確保其符合運行要求[4]。

具體來看，當前我國所采用的軌道車輛牽引，主要是交—直—交電傳動形式，所應用的牽引設備主要包括主變壓器、變流器、電機及其他控制系統。在牽引主電路中主要有三相逆變電路、直流環節電路和網側電路。由車輛動輪與鋼軌之間，由車輪轉矩、輪重與輪軌材料相互作用產生附著力，而附著力為軌道列車提供牽引動力，帶動列車的運行。基于模塊化的角度來看，列車牽引控制系統中，主要包含三個模塊，分別是列車控制模塊、車輛控制模塊和傳動控制模塊。其中，列車控制模塊的主要負責范圍包括：對列車的狀態加以監測，并及時診斷列車運行過程中出現的故障，該模塊具有邏輯選擇功能、牽引和制動協同功能、安全導向功能、信息記錄功能等；而車輛控制模塊的主要功能在于，對列車的動力單元加以監測和控制，并及時對故障進行診斷；傳動控制系統的控制范圍主要包括逆變器、異步牽引電動機、脈沖整流器等，另外，傳動控制系統還具備空轉保護功能和滑行保護功能[5]。

3 軌道交通車輛牽引控制的發展趨勢

3.1 平臺化、網絡化

近年來，世界范圍內影響力較大的軌道列車牽引控制系統的供應商，紛紛在車輛牽引控制中結合計算機網絡技術，并先后開發了牽引控制系統平臺，如西門子的SIBAS32、南車株洲電力公司的DETESC等。具體來看，產品平臺化主要指的就是，對市場發展趨勢進行分析，根據主要用戶需求，明確產品平臺的功能定位和改進目標；與此同時，還要將產品的功能性進行細致劃分，對產品功能加以模塊化管理。

3.2 信息化、智能化

隨著軌道交通系統的游客數量不斷增加、列車的編組方式愈加豐富多變，加大了軌道交通的管理難度，在此形勢下，迫切需要結合信息化技術，對列車的各方面信息加以實時控制，具體包括重聯控制信息、狀態監視信息、狀態診斷信息、邏輯控制信息等。

3.3 模塊化、標準化

軌道列車的平臺化，為其標準化發展提供了基礎。隨著技術的不斷創新，為了能夠滿足用戶更加多元化的需求、改善控制效果，軌道車輛牽引控制系統會朝著模塊化的趨勢發展。在模塊化下，軌道車輛牽引系統的可靠性能將會大幅度提升，而且能夠對市場具有更強的反應速度，達到降低產品生產成本、提高產品運行效率的作用。

4 結語

本文主要圍繞軌道交通車輛牽引控制發展現狀與發展趨勢展開研究。首先，本研究分別整理了當前國際范圍內軌道交通車輛牽引控制的發展歷程、我國軌道交通牽引技術的發展歷程，隨后對當前的牽引控制技術特點進行全面的分析，最后對軌道交通車輛牽引控制的發展趨勢進行了展望。以期通過本研究，能為牽引控制技術的改進與完善提供可借鑒性依據，進而推動我國軌道交通車輛牽引控制技術的進一步發展。

參考文獻

[1] 王治國，鄭澤東，李永東，等.軌道交通車輛牽引電傳動系統的調制與控制策略[J].電工技術學報，2016，31（24）：223-232.

[2] 薛新鶴.淺析現代軌道交通車輛電氣牽引技術[J].城市建設理論研究：電子版，2017（6）：168-169.

[3] 趙建麟，黃慧建.寧波市軌道交通2號線一期列車車門故障分析及控制邏輯改進[J].現代城市軌道交通，2017（7）：14-17.

[4] 莫堅.軌道交通車輛交流牽引傳動互饋試驗平臺的研究與設計[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2016（4）：195-196.

[5] 朱圣瑞.武漢軌道交通2號線車輛電空制動控制技術及應用[J].鐵道機車車輛，2015，35（3）：110-114.endprint