電氣指令式制動

電氣指令式制動（日語：電気指令式ブレーキ）是制動系統的一種，主要應用於鐵路車輛，與汽車領域的線控制動相近。還有其他的產品名如：全電氣指令式電磁直通制動（日語：全電気指令式電磁直通ブレーキ）。

歷史

自動空氣制動作為鐵路車輛的傳遞制動系統，由於其故障情況下安全功能的可靠性、響應性以及系統的簡潔性等特點，在除了英聯邦國家以外的世界各國廣泛使用了一個多世紀。

自動空氣制動藉助駕駛台上的制動閥門來接收機車或頭車發送的指令，通過打開或關閉制動閥門，對列車組內的制動管進行減壓，從而將制動指令傳遞給各個車輛。然而，隨着列車速度的提高和編組長度的增加，其相對較低的響應性和功能不足成為一個問題。

為了解決響應性下降的問題，改進每輛車輛搭載的制動控制閥在一定程度上成功解決了此問題。然而，這種方法的代價較高，制動控制閥的增大是不可避免的。在以空氣壓力控制為基礎的制動控制閥中，西屋空氣制動公司（WABCO）開發的U自在閥是一個里程碑：一套該閥門的重量超過100公斤，但維護需要高級的工藝技術。這種制動控制閥的巨大進化同時也帶來了製造和維護成本的急劇增加。在電磁控制閥技術的發展背景下，20世紀20年代的美國以及1950年代初的日本通過在自動空氣制動的制動閥上添加電氣開關，並在各車輛的制動控制閥上添加電磁給排閥，通過電氣信號傳遞制動指令，實現了響應性的大幅提升，同時保留了舊有低性能制動控制閥的低成本優勢。這種電磁自動空氣制動技術得到了實際應用。

此外，對於要求高加減速性能的電車，基本上採用簡單的直通制動，並結合電氣信號進行指令控制。電磁直通制動由美國的WABCO於1930年代開發，並從1950年代後半期開始在日本廣泛應用。通過技術引進，日本的一些電車實現了發電制動、再生制動與直通制動的平穩協作和高速響應。這些通過在空氣壓力控制中結合電磁閥的制動系統，提高了制動響應性能，同時保持了與現有系統一定的兼容性。

電氣指令式制動是電磁直通制動方法的進一步發展和簡化，它通過從駕駛台發送電氣指令來控制每個車輛上搭載的直通制動裝置，去除了空氣管和空氣壓力控制的制動閥。可以將其視為將飛機上的「線傳飛控」技術應用於制動系統，而且由於後續的發展，使用計算裝置可以實現更精細的控制，因此也可以稱為電子控制方式的制動。

這個系統在日本最初是在1967年1月由三菱電機與大阪市交通局（現名為大阪市高速電氣鐵道，Osaka Metro）共同開發的OEC-1中首次實用化。這個新的制動系統旨在用於大阪世博會期間的觀眾運輸。從1968年開始，共製造了222輛車，集中投入到御堂筋線的30系中，並且為備戰1969年的大阪世博會，製造了60系用於堺筋線，以及北大阪急行電鐵新造的2000形電車44輛、7000形40輛和8000形（初代）16輛，這些車輛用於御堂筋線直達世博會場的接駁線路，共計100輛車採用了這種制動系統。這些車輛實現了前所未有的大規模運輸，並成功完成了世博會的運輸任務，證明了電氣指令式制動與傳統的電磁直通制動相媲美的高可靠性。

在此後，由於減少了空氣管線和將制動指令數碼化所帶來的布線簡化，以及維修性的改善，日本電氣制動的競爭對手日本壓縮機制動（現為納博特斯克）也開發了類似的HRD-1型電氣指令式電磁直通制動系統，運用於京阪5000系電車的制動系統中。

由於新建鐵路不需要考慮與傳統車輛混用，電氣指令式制動的使用逐漸增加了。因此，從1980年代開始，電氣指令式制動在日本逐漸取代了電磁直通制動，成為絕大多數動力分散型電車採用的標準制動系統。現在，電氣指令式制動系統還在傳統使用自動空氣制動的柴聯車和客車中得到採用，而且在這些車輛中的應用也越來越多。

然而，出於故障安全性和與傳統車輛的兼容性的考慮，部分車輛（如近鐵的21系列）仍保留了制動管（緊急管）並配備了自動空氣制動裝置，與電氣指令式制動分開使用。

主要特點

東急9000系列駕駛室內的電氣制動指令指示器（上部儀表）、制動缸與原空氣缸壓力表（下部儀表）。

從駕駛台的制動控制器發出的指令通過指令線以電信號方式傳送到每輛車輛，並調整每輛車上搭載的制動控制裝置內的中繼閥的開度。適量的空氣壓力從每輛車輛的主空氣儲壓器中調整後送入制動缸，從而讓列車獲得最佳的制動力。在這個系統中，閥門的控制完全由電路進行，並且由於其響應速度非常快，從操作控制器手柄進行制動到制動缸壓力提升，制動生效的時間（空走時間）大大縮短。

電氣指令式制動系統會結合制動控制裝置內的制動感應器監測制動控制器發送的制動指令、空氣彈簧的壓力以及車體重量、列車速度等信息，發送合適的制動指令。系統還會監測發電制動和再生制動的失效時機，並利用空氣制動器的快速操作來補償因速度下降而失效的電制動，實現平穩制動。此外，由於系統很容易實現電空協調控制，通過應荷重裝置，還可以根據乘客重量來調整發送到制動缸的氣壓。此外，它還適用於延遲制動等新型制動系統。

數字式的控制系統（如三菱MBS）由大約3至4根指令線構成，通過二進制的開關組合來傳輸制動指令，進而驅動制動控制裝置內帶有電磁閥的中繼閥；模擬式的控制系統僅使用一根指令線，通過改變施加在其上的電壓或電流來傳輸制動指令，進而通過電-空轉換閥將制動控制裝置內的電壓或電流變化轉換為空氣壓力指令。後者可以實現無級位控制。近年來，隨着計算機技術的進步，還出現了一種通過將指令線作為串行數據總線來傳輸數字數據格式的制動指令的方式。在任何一種方式中，如果制動控制器的指令線斷開，都會施加緊急制動以確保故障安全。

優點

在電磁直通制動系統中，除了用於作動電磁閥的跳線外，還需要聯通傳送指令的直通管（SAP）、向每節車廂供應壓縮空氣的元空氣缸（MRP）以及用於緊急情況備份的制動管（BP），共需聯通3根空氣管路。相比之下，對於電氣指令式制動系統而言，除了每輛車需要引通指令線外，只需引通供應制動動力的MRP管路即可，因此大大減少了空氣管路和閥門，減少了因空氣中水分凝結和腐蝕等故障問題，提高了可靠性，並顯著降低了製造和維護成本。

此外，由於不需要將空氣管路引入駕駛室，可以將制動指令裝置與主控制器集成。這樣一來，可以實現前推制動、後拉力行的單手操作，符合人機工程學的理想。日本最早引入這一技術的是東急8000系電車。

另外，通過微控制器的計算，精確調節再生制動、發電制動和直通空氣制動之間的分配，實現優先使用電動車的電氣制動的延遲控制，有助於提高整個編組的能量回收率，抑制閘瓦磨損。

在緊急制動時，與自動廣播裝置的聯動還可以預防車內事故。

缺點

傳統的自動空氣制動和電磁直通制動等以空氣壓力指令為基礎的制動系統與電氣指令式制動之間不能直接兼容，如果與裝載了這些制動系統的車輛連結在一起，無法直接協調製動操作。因此，當與空氣壓力指令制動的車輛一起運行時，需要在其中一輛車上搭載稱為"制動讀取裝置"的特殊設備，用於相互轉換電氣指令式制動的指令和傳統制動的空氣壓力指令（以及電磁直通制動的電磁閥控制信號）。

需要注意的是，該讀取裝置需要車輛供電才能使用。因此，在傳統制動裝置的車輛以無動力狀態牽引裝載了電氣指令式制動的車輛（例如甲種輸送或配給輸送）時，需要進行特殊措施，例如臨時設立基於空氣壓力指令的制動裝置，或者另外確保電源使讀取裝置正常運行。

此外，與傳統的自動空氣制動和電磁直通制動不同，由於制動器在預先設定的特定空氣壓力下制動，因此如果由不熟悉車輛特性或制動器習慣的人操作，制動衝擊可能會增大；使用頻繁的調整動作（多次制動）來調整停車位置也可能會導致乘坐舒適度下降等問題。

參考資料