由于高速铁路具有安全、快速、便捷、舒适的优势,其运输需求不断增加,运营里程不断增长。与此同时路网也逐渐复杂,瓶颈区段逐渐增多。瓶颈区段的通过能力对路网运输能力的影响至关重要,利用现有的铁路基础设施提升线路的通过能力,是未来高速铁路发展的机遇和挑战。为了应对提升铁路通过能力和运输灵活性的挑战,国内外学者提出列车编队运行（或称“虚拟编组”）的概念,成为轨道交通领域的研究热点。列车编队运行时,通过无线通信可以实现编队内部列车间的信息交互,其控制目标是实现实际追踪间隔与期望追踪间隔趋于一致,编队内列车速度与期望速度趋于一致。列车编队运行期望通过打破传统安全制动距离的限制,进一步缩小列车追踪间隔,提高线路通过能力,但列车碰撞的风险也进一步增加。本文针对列车编队运行安全防护控制问题展开研究,主要集中于列车编队运行所需要的安全制动模型以及安全制动控制方法两个层面,具体的研究内容如下:（1）研究了适用于列车编队内部列车的安全制动模型。基于机理分析和数值分析的方法,描述了编队列车制动的防护机理,构建适用于列车编队运行的安全制动模型。提出了一种基于相对坐标系下的安全限制速差计算方法,该方法为编队列车速度波动划定危险边界。（2）研究了列车编队运行减速控制的运行场景。基于分布式模型预测控制架构,将列车编队减速运行的控制过程转化为有约束的优化控制问题,设计了基于模型预测控制的列车编队减速运行控制算法。通过数值仿真的方法验证了控制算法的有效性,并设计仿真实验讨论了控制器参数对控制器效果的影响。（3）研究了列车编队运行领航列车紧急制动停车的运行场景,提出相对动能的概念对编队列车的碰撞风险进行指标量化。基于集中式模型预测控制架构,以最小化编队内部列车碰撞风险为优化目标,设计了基于模型预测控制的紧急停车安全控制算法。通过数值仿真,与自适应巡航控制算法和最大制动控制算法进行比较,验证了本论文提出的控制算法的有效性,为编队列车紧急制动停车场景提供了一种安全避撞控制方法。（4）基于MATLAB/GUI编程技术设计和开发列车编队运行系统仿真平台,设计典型场景,验证控制算法有效性。