轨道交通车辆牵引控制发展现状与趋势分析

徐少哲

摘 要：近年来，我国轨道交通车辆技术发展速度不断加快，为人们的出行提供了方便，加快了人们的生活节奏。而在轨道交通车辆技术中，牵引控制技术负责为轨道车辆提供动力，是一项非常重要的环节。因此，有关轨道交通车辆牵引控制技术的研究力度不断加大，相关专家及学者希望通过改进和完善轨道交通车辆的牵引控制技术，进而达到牵引控制的标准化、通用化、平台化，促进我国轨道交通体系的进一步发展。基于此，本文就围绕轨道交通车辆牵引控制发展现状与发展趋势展开研究。

关键词：轨道交通车辆 牵引控制 控制技术 通信技术

中图分类号：U22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（b）-0084-02

自18世纪出现蒸汽机车以来，经过了两个世纪的改进与演变，轨道交通车辆牵引控制技术发展到如今的交流传动电力牵引方式。不仅使轨道交通车辆的运行效率得到飞跃性进展，而且大幅改善了技术性能和控制效果。而随着科学技术的不断改进创新，在接下来一段发展时期内，轨道交通车辆牵引技术将朝着怎样的趋势发展，引起了专家学者及相关人员的关注和重视。

1 国际领域轨道交通车辆牵引控制的发展

一方面，蒸汽机技术的革新，为轨道交通车辆的运行提供了技术支撑；另一方面，为了满足第二次产业革命的发展需要，第一条铁路于18世纪正式问世，同时也代表着轨道交通领域取得了历史性的突破。在长达两个世纪的发展历程中，铁路车辆的牵引技术先后发生了多次变革，由最初的蒸汽机转变为内燃机，再到后来的电力牵引，其中电力牵引阶段又可分为交直传动阶段和交流传动阶段，在此过程中，牵引控制技术也发生了巨大的变革[1]。

在19世纪80年代左右的电力机车阶段，所采用的牵引控制主要是直流供电方式；到了90年代，西门子将绕线式异步电动机应用到轨道车辆的牵引控制中；20世纪初，德国率先将牵引控制中的单相电转变为三相交流电；到了50年代，硅可控整流器的出现，对轨道车辆的牵引方式造成了巨大变革，牵引控制技术正式迎来电力电子时代。同时也标志着牵引动力的发展速度不断加快；60年代，牵引控制动力转变为交直传动系统；70年代，牵引控制动力转变为异步牵引电机；直至20世纪80年代，交流传动系统应用到轨道车辆牵引控制中。

交流传统系统应用到轨道车辆的牵引控制中，主要表现出如下几点优势：其一，降低了供电网的电流谐波分量，电能反馈效率高；其二，电路简单可靠，牵引控制更便捷；其三，控制电机的质量轻、体积小，有助于简化转向架结构；其四，牵引和制动效果好，还具备防空转和防滑行功能[2]。

2 国内轨道交通车辆牵引控制的发展

2.1 国内轨道车辆牵引控制发展历程

在轨道交通车辆牵引控制技术发展方面，自1958年，我国正式制造出6Y1型电力机车以来，我国一直都在遵循自主研发与技术引进互相促进的原则，取得了比较显著的发展成果。从轨道车辆牵引技术的发展来看，我国的发展历程与国际发展历程相似，都是由交直电传动方式逐渐向交流电传动方式转变。由交直传动方式的“韶山”系列，到由内燃机传动的“东风”系列，再到目前由交流电传动的HX系列、CRH系列等高速列车。目前，我国轨道交通车辆的牵引方式也是以交流传动方式为主[3]。

2.2 国内轨道车辆牵引控制发展现状

在当前我国的轨道列车牵引控制体系中，主要包含通信技术、控制技术和保障技术三种。其中控制技术直接面向控制对象，综合运用了数学、计算机、微电子等多学科技术，是列车牵引控制系统的核心，控制方法主要包括直接自控制、定向矢量控制、直接转矩控制等；通信系统所运用的是开放系统，其主要功能在于，根据传输需要建立连接，为各级控制系统进行信息传输；保障技术需要具备可靠性、安全性、实效性等特点，其主要功能在于对系统性能进行检验，确保其符合运行要求[4]。

具体来看，当前我国所采用的轨道车辆牵引，主要是交—直—交电传动形式，所应用的牵引设备主要包括主变压器、变流器、电机及其他控制系统。在牵引主电路中主要有三相逆变电路、直流环节电路和网侧电路。由车辆动轮与钢轨之间，由车轮转矩、轮重与轮轨材料相互作用产生附着力，而附着力为轨道列车提供牵引动力，带动列车的运行。基于模块化的角度来看，列车牵引控制系统中，主要包含三个模块，分别是列车控制模块、车辆控制模块和传动控制模块。其中，列车控制模块的主要负责范围包括：对列车的状态加以监测，并及时诊断列车运行过程中出现的故障，该模块具有逻辑选择功能、牵引和制动协同功能、安全导向功能、信息记录功能等；而车辆控制模块的主要功能在于，对列车的动力单元加以监测和控制，并及时对故障进行诊断；传动控制系统的控制范围主要包括逆变器、异步牵引电动机、脉冲整流器等，另外，传动控制系统还具备空转保护功能和滑行保护功能[5]。

3 轨道交通车辆牵引控制的发展趋势

3.1 平台化、网络化

近年来，世界范围内影响力较大的轨道列车牵引控制系统的供应商，纷纷在车辆牵引控制中结合计算机网络技术，并先后开发了牵引控制系统平台，如西门子的SIBAS32、南车株洲电力公司的DETESC等。具体来看，产品平台化主要指的就是，对市场发展趋势进行分析，根据主要用户需求，明确产品平台的功能定位和改进目标；与此同时，还要将产品的功能性进行细致划分，对产品功能加以模块化管理。

3.2 信息化、智能化

随着轨道交通系统的游客数量不断增加、列车的编组方式愈加丰富多变，加大了轨道交通的管理难度，在此形势下，迫切需要结合信息化技术，对列车的各方面信息加以实时控制，具体包括重联控制信息、状态监视信息、状态诊断信息、逻辑控制信息等。

3.3 模块化、标准化

轨道列车的平台化，为其标准化发展提供了基础。随着技术的不断创新，为了能够满足用户更加多元化的需求、改善控制效果，轨道车辆牵引控制系统会朝着模块化的趋势发展。在模块化下，轨道车辆牵引系统的可靠性能将会大幅度提升，而且能够对市场具有更强的反应速度，达到降低产品生产成本、提高產品运行效率的作用。

4 结语

本文主要围绕轨道交通车辆牵引控制发展现状与发展趋势展开研究。首先，本研究分别整理了当前国际范围内轨道交通车辆牵引控制的发展历程、我国轨道交通牵引技术的发展历程，随后对当前的牵引控制技术特点进行全面的分析，最后对轨道交通车辆牵引控制的发展趋势进行了展望。以期通过本研究，能为牵引控制技术的改进与完善提供可借鉴性依据，进而推动我国轨道交通车辆牵引控制技术的进一步发展。

参考文献

[1] 王治国，郑泽东，李永东，等.轨道交通车辆牵引电传动系统的调制与控制策略[J].电工技术学报，2016，31（24）：223-232.

[2] 薛新鹤.浅析现代轨道交通车辆电气牵引技术[J].城市建设理论研究：电子版，2017（6）：168-169.

[3] 赵建麟，黄慧建.宁波市轨道交通2号线一期列车车门故障分析及控制逻辑改进[J].现代城市轨道交通，2017（7）：14-17.

[4] 莫坚.轨道交通车辆交流牵引传动互馈试验平台的研究与设计[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2016（4）：195-196.

[5] 朱圣瑞.武汉轨道交通2号线车辆电空制动控制技术及应用[J].铁道机车车辆，2015，35（3）：110-114.endprint