高速列车信息控制系统调研报告.docx

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1、高速列车信息控制系统调研报告学号：学17110125姓名：王越班级：高级工程人才试验班（信息）1101班高速列车信息控制系统调研报告高速列车及其控制系统概述1 .高速列车定义及其开展高速列车是指最高行车速度每小时到达或超过200公里的铁路列车。世界上最早的高速列车为日本的新干线列车，1964年10月1日开通，最高 时速每小时443公里，运营速度可达每小时270公里或300公里。此后，许多国 家相继修建高速铁路，列车运行速度也一再提高。到目前为止，开通高速列车的 国家有日、法、德、意、英、俄、瑞典等国。其中法国的TGV系列创下运营速 度之最，1993年其速度曾到达每小时515公里。我国铁道部实际

2、从1993年就开始通过系统合作和国际合作研究高速铁路机 车。1999至2003年,先后成功研制出“蓝箭”、“先锋”、“中华之星”、“长白山” 等型号的高速列车；“奥星”、“天梭”等高速电力机车；“西部之光”、“DF8CJ” 等内燃机车。但由于在任的铁道部领导班子的决策，这些机车在国内市场化过程 受阻，基本全军覆灭。目前:中国高速列车的主力军是掺杂有国外血统的和谐号 动车组。2 .高速列车控制系统主要组成原理缩略解释：列车自动停车（ATS）系统、列车超速防护（ATP）系统、列车自动控制（ATC）系统、列车自 动运行（ATO）系统、欧洲列车控制（ETCS）系统。列车速度防护系统ATP是列车超速防护

3、和机车信号系统的一体化系统。列 车ATP系统主要由车载设备及地面设备两大局部组成，地面设备与车载设备一 起才能完成列车运行控制的功能。图1.1是列车运行地面设备原理图。地面控制中心通过电缆与铁路线上的轨道电路、信号机、应答器等设备相连， 主要完成列车位置检测、形成速度信号及目的距离等信号，并将此信号传递给列 车，车载设备将按照速度信号控制列车制动。车载设备主要由天线、信号接收单元、制动单元、司机显示器、速度传感器 等组成。机车头部的天线接收地面的速度命令及墓地距离等信号，经过信号接收单元 放大、滤波、解调后，将此命令的数据送到司机显示器和制动控制单元，制动控 制单元接受到速度传感器传送的信号，

4、测量出列车的实际速度，将升级速度与信 号命令比较，如果列车需要制动，那么产生制动信号，直接控制列车制动系统，列 车就会自动减速或停车。图1. 1列车运行控制系统地而设备原理机图ffil.2车教设答结构框图3 .目前英、法、日等先进国家关于列控系统应用综述与比较列车速度的不断提高，靠地面信号列车已不能保证行车安全，必须靠车载信 号设备对列车实施运行控制，ATP已成为行车安全不可缺少的重要技术设备。20 世纪9（）年代以来，世界范围内就掀起了一个轮轨高速铁路建设的新高潮。其特 点集中表现在高速度、高苏适度、高安全度和高效率，近年来，作为世界上铁路 最兴旺的地区，欧洲铁路公司和信号公司在对各自的既有

5、信号系统进行升级改造 的同时，再欧盟委员会和国际铁路联盟的推动下，为信号系统的互联和兼容问题 制定了相关的技术标准，并研制开发了相关的产品，其中就包括列车运行控制系 统ETCS标准。法、德高速铁路采用“人控优先”的设计原那么，系统采用双重冗余方式，比 日本新干线的三重冗余所用设备少，造价也较低。法、德采用“人控优先”的控 制原那么，列车正常运行由司机驾驶，只有在司机失误并可能出现危险的情况以下 控设备才强迫列车制动，法德铁路认为这种人机关系有利于发挥司机的技术能 力，加强其责任感。日本新干线ATC系统采用“设备优先”的控制原那么。列车 减速一般由设备完成，当列车速度减到30Km/h以下需要在车

6、站停车时才由司机 操纵以保证列车停在正确位置。法德列控设备制动后，当列车速度低于目标速度 后自动换届，这种方式要求列车制动系统连续屡次制动后制动力不衰竭。法德高 速铁路控制系统采用铁道内铺设的环线发送点式信号。TVM300系统采用模拟换 线信号共有14个点式信号，TVM430系统采用PSK （相移键控）数字环线信号。 日本新干线为变频方式，信息量较少。一、 中国高速列车的九大关键技术动车组总成（即系统集成）、车体、转向架、牵引变压器、主变流器、牵引电机、 牵引传动控制系统、列车控制网络系统、制动系统等。由于牵引变压器、主变流 器和牵引电机属于牵引传动系统的主要组成局部，因此，在这里将牵引变压器

7、、 主变流器和牵引电机归入牵引传动控制系统中一并表达。1）动车组总成（即系统集成）高速列车总成技术包括总体技术条件、系统匹配、 设备布置、参数优化、工艺性能、组装调试和试验验证。在总体设计技术条件下， 对动车组车体、转向架、牵引传动系统、制动系统、列车控制网络系统、辅助供 电系统和车端连接装置等元素按有关参数进行合理选择设计和优化，确定各子系 统间的接口关系。最后经历生产、组装、测试、调整和试验等过程，完成动车组 整体集成。系统集成使动车组到达牵引、制动、车辆动力学、列车空气动力学、 舒适性和安全性等基本性能要求。系统集成还要确定高速列车与运行系统的关系 和接口关系，针对京沪高速铁路，具体有：

8、轮轨关系接口一一轮轨匹配关系， 包括轨距、车轮踏面和内侧距，轮轨材料和外表硬度；京沪铁路线路平纵断面的 推荐值；线路刚度和线桥过渡段刚度变化设置值；线路不平顺的控制值。弓网 关系接口一一包括京沪高速铁路的接触网类型、接触网波速和张力；接触网吊弦 布置和接触线不平顺的控制值；符合400 km/h以上运行速度的高速受电弓动力 学参数，满足气动性能、阻力要求和噪声要求的高速受电弓结构，研制出低风阻、 低噪声、低扰动、高动力学性能的400 km/h高速受电弓。流固耦合关系接口 保证列车安全运行的环境风控制范围；隧道的断面、洞口的形状和尺寸；列 车阻力和气动抬升力限值；合理线间距和列车通过的安全避让距离

9、等。机电耦 合关系接口一一确定引发牵引供电网电压振荡引起的临界条件和综合解决方案， 研究谐振抑制技术和装置;根据线路条件和动车组状态，给出满足高速列车3 min 跟踪间隔需求的牵引供电系统的总体参数。环境耦合关系接口一一确定高速列 车的噪声和噪声声强控制值，提出高速铁路声屏障和隧道吸音材料的性能参数要 求。对动车组车体、转向架、牵引传动系统、制动系统、列车控制网络系统、辅 助供电系统和车端连接装置等元素按有关参数进行合理选择设计，经历生产、组 装、测试、调整和试验等过程，完成动车组整体集成。通过集成使动车组到达牵 引、制动、车辆动力学、列车空气动力学、舒适性和安全性等性能要求。2)牵引传动控制

10、系统大功率电力牵引传动系统是高速列车的原动力。因此，高速列车的电力牵引传动 系统必须向功率大、重量轻、体积小、可靠性高和低本钱方向开展，这就决定了 高速列车的电力牵引传动系统必然采用先进的交流(交-直-交)传动系统。它主 要包括主变流器、牵引变压器、牵引电动机及牵引传动控制等：主变流器：采 用新型大功率半导体器件，从最早的晶闸管开展到GTOJGBTJPM,以至IGCT。 主变流器开展的目标是小型化、轻量化、节能、环保、可靠和经济适用。随着变 流器的模块化、系列化和小型化，出现了将主变流器与辅助变流器和列车供电变 流器统筹考虑、集成设计制造的新趋势。主变流器的冷却是另一项关键技术，它 要求冷却装

11、置冷却效率高、体积小、易于维修、不污染环境。目前的冷却方式主 要是风冷、油冷、水浴、沸腾冷却和热管冷却。牵引变压器：是牵引传动系统 中重量、体积最大且能量耗损最多的部件，尤其在动力分散式高速列车中，由于 要求启动加速功率和再生制动功率大，而安装空间又有限，所以牵引变压器损耗 占到总损耗的30%。因此减轻重量、减小体积、降低损耗，一直是牵引变压器 技术开展的目标。近代，随着电子技术的开展和高温超导线材性能的提高，出现 了 2种新型变压器，即电子变压器和高温超导变压器，它们与传统的工频变压 器完全不同，具有重量轻、体积小、效率高的特点。牵引电动机：近代高速列 车大多采用三相交流异步牵引电动机，与直

12、流电机相比，它具有重量轻、功率大、 结构简单、运用可靠、寿命长、维修简便的特点，同时交流异步牵引电动机还具 有较好的自我抑制空转的性能。近代开发的永磁多极同步牵引电机，由于可实现 很高的转矩密度，从而有可能实现无传动齿轮的直接驱动，与带齿轮装置的异步 牵引电机相比，具有损耗低、重量轻、噪声小、无油泄漏等优点，很有开展前途。 牵引传动控制：牵引传动控制的水平取决于牵引传动控制的策略和手段。牵 引传动控制策略由最初的转差特性控制开展到矢量变换控制，近年又实现了电机 转矩控制的新技术：直接转矩控制(DTC)和直接自控制(DSC)。这项新技术具有 控制简单、性能优良和鲁棒性较强的特点。近代牵引传动控制

13、手段普遍采用数字 电路和大规模、超大规模集成电路以及微处理器、微控制器和数字信号处理器等 组成的微机控制系统，由单机个别控制向车载计算机网络开展。车载计算机网络 由列车控制级、车辆控制级和功能控制级组成。3)高速转向架高速列车转向架需要解决的关键技术有：转向架轻量化技术；转向架悬挂技 术；转向架驱动技术；牵引电动机悬挂技术。4）高速制动技术目前.，高速列车制动的关键技术有：基础制动技术；动力制动技术；复合 制动技术；非粘着制动技术（非粘着制动主要是指电磁轨道制动和涡流轨道 制动）；防滑控制技术。5）高速车体技术高速列车在车体方面的关键技术主要包括:车体轻量化技术:包括采用新材料、 新工艺；改变

14、车体结构；优化结构设计；模块化和集成化气动外形技术。车 体密封技术。6）列车控制网络系统列车控制网络系统对于高速列车安全运行起着重要的作用，因为高速列车的故障 会带来严重的后果，因此必须在事故发生以前，利用先进的装备发现和预防故障。 高速列车控制网络系统大致可以分为运行监控、故障检测与诊断以及通信网络3 个方面的内容。二、 高速列车开展趋势世界高速列车的重点企业主要分布在日本、德国、法国和加拿大。据德国交通 银行（DVB） 2001年初对世界高速铁路的投资分析来看，世界高速列车产业主 要集中在欧亚地区。目前，时速在220km/h以上的高速铁路均采用电动车组。电 动车组的牵引动力形式可分为动力集

15、中式和动力分散式两大类。动力集中式电动 车组的特点是动力集中设在动车组两端的头车上，中间编挂非动力的拖车，制造 和维修本钱低，但牵引电气设备总质量小；动力分散式是把牵引动力分散到全列 车地板下，增加客席，列车粘着性能好，起动制停快。但由于动力设备分散，车 厢内噪声较大，电气设备总重增大，动车组本身的维修和制造费用也相应增加。 随着近年来电气控制设备轻量小型化、集成化和减振降噪技术的提高，动力分散 式越来越得到人们的普遍认可。世界各国新研制的时速300km/h以上的高速列车 基本上采用动力分散式。各国高速电动车组开展都紧密结合国情、路情，突出各 自特点，总体来看技术成熟、可靠性好、使用周期长、本

16、钱低。三、 结束语通过本次调研，我不仅仅初步认识到高速列车的当下状况，更加了解到中国 现在在高速列车的开展于国际的地位，这使得我坚定中国要想走强国之路，必须 对铁道线路上以速度为任的高速列车进行开展改革和创新研究。我们国家科研组 要多培养相关人才对中国的高速铁路现存问题进行解决，并同时能够优化相关性 能，争取能够尽快到达并且超过国际水平。就我本身的专业电气工程及其自动化来说，高速列车是我们的开展方向之 一，这次调研让我认识到，在铁道上我们的专业技术能用在什么地方，同时也能 在相应的系统中寻找到从抽象到具体的专业知识点，比方将要学习的课程电机牵 引，学习过的变压器等等。第一次做调研报告，有很多不能够让人满意的地方，比方在找寻资料上花费 了很多时间，但是找到的资料有很多是不能用的，在写报告的时候没有事先规划 好整体思路，等做到一半的时候才完善。不过，有了这次经验，我相信，下次我 可以做得更好。