国外新型高速动车组技术现状与发展趋势.docx

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1、国外新型高速动车组技术现状与发展趋势引言高速铁路作为铁路运输现代化的龙头，是铁路行业技术发展水平的综合体现。近年来，得益于技术创新和需求提升的双重驱动，全球高速铁路行业面临巨大的发展机遇。德国、法国、日本等传统高铁强国纷纷推出新代高速列车产品，其产品各具特点且采用r许多世界领先的优势技术。面对激烈的国际竞争，我国明确提出“交通强国建设”要求，将轨道交通提到战略性高度，并做出“推动时速400公里级高速铁路关键技术研发”的部署。因此，亟需对国外技术发展趋势进行总结，并结合当前我国铁路发展实际需求，对高速动车组技术发展方向提出建议，加快轨道交通行业创新突破，为推动我国铁路行业高质量发展提供支撑。1、

2、-国德国最具代表性的高速动车组是城际特快列车(InterCityExpress,ICE)。1988年，ICE-V试验列车研发成功；此后，德国逐渐形成以ICEKICE2,1CE3.ICE4为代表的系列高速动车组。ICE系列高速动车组均由西门子公司制造，其中ICE1、ICE2采用动力集中方式设计，ICE3首次采用动力分散方式设计以适应高速运行。目前，运营中的最新一代ICE主力车型为ICE4,其在减自质量、降成木、环保、舒适性等方面提出了较高要求；Ve1.aroWVO则是西门子公司正在研发中的新一代动车组技术平台，以降低全生命周期成本、轻量化、增加定员为目标。ICE4与Ve1.aroNovo的设计理

3、念不仅反映镌国铁路股份公司(DeutscheBahnAG,DB)作为运营商对动车组性能的需求，也反映西门子公司作为一个主机制造企业对未来车型的思考，具有一定代表性。1.1 ICE4ICE4是西门子公司为DB开发，用于逐步替换ICEKICE2的新一代动车组(见图1)。其中，12节编组的动车组于2017年12月投入使用；7节编组的动车组于2020年】2月交付。ICE4在DB内部的定型编号为412型，其主要特点如下。图1ICE4【灵活可变编组】ICE4实现了在一个技术平台下的灵活可变编组，以适应不同加速度、速度、定员要求的乘客运输任务。ICE4可实现514节的任意组合，最高运行速度达280kmh.其

4、中，7节和12节编组为基本型,最高运行速度分别为230kmh和250kmh,2列7节编组动车组可实现重联运行。ICE4主要技术参数见表I-表I1.CE4主要技术参数【创新驱力方案】ICE4的牵引系统采用“动力包”的创新驱力方案开展模块化和集成化设计（见图2）,1个牵引单元的主要部件包括变压器、冷却设备、变流器、牵引电机等，均集成于1辆动力车并安装于车厢下方。该系统由西门子公司和庞巴迪公司联合开发，通过改变列车编组中动力车的数量和动拖车比例，即可改变整车的牵引功率，实现不同速度等级运行，保证列车编组的高度灵活性。图2ICE4的创新驱力方案（SIBASPNJSIBSPN是西门子公司继SIBAS16

5、、SIBAS32之后研发的第3代产品。其中,S1.BAS为西门子铁路自动化系统，PN为用于通信控制技术的Profinet协议。SIBASPN的通信网络由列车网络ETB列车总线和车厢网络总线Profinet构成，2种网络均基于快速以太网（100MbitS/交换以太网），效率高、冗余足。各个车辆具有单独的控制单元，保证了车辆独立性。借助SIBSPN,ICE4的头车可对编组内任意1节车厢进行单独控制。该架构可允许替换编组内的任意车辆，是实现动车组灵活编组的基础。SIBASPN结构见图3三图3SIBASPN结构【长车体设计】ICE4动车组采用28m长的车体，比传统ICEVe-Iaro增加了3m。与常规

6、8节编组200m长的列车相比,与E4可减少1节车厢,从而减少通过台、车下设备和转向架的数量，增加了座位和可用空间，且有利于牵引系统集成。同时，动车组的整个乘客区采用模块化布局，可随意改变配置。车厢内减少了电气柜，进一步增大可使用空间。所有内饰均采用模块化设计，座位安装于地板滑轨，运营商可针对需求快速作出调整。【舒适性优化】ICE4在服务车厢内为带小孩乘客辟出家庭区域，为自行车爱好者预留存放区域；新研发座椅经人体工程学设计，提高了乘坐舒适度：车厢采用大型全景车窗(1924mmX780mm),确保良好采光；内部照明系统的颜色和亮度可根据季节、昼夜变化F1.动调节，匹配H然光变化；为方便行动受限人士

7、出行，多功能车厢提供轮椅区域，该区域位置紧邻轮椅升降机和通用宽敞洗手间，地板配备触敏引导系统，以帮助盲人或视障乘客。【动力转向架】ICE4的动力转向架是西门子公司在SF500基础上设计的(见图4),优化了质量，可满足对轴承负载和牵引力的较高要求。拖车转向架基于庞巴迪F1.EXXECo转向架技术，针对高速运输进行了优化。拖车转向架的特点在于轴承内置化，即轴承和框架部件位于轮对的轮盘内。该结构大大降低了车体质量、减小了相关部件尺寸，与ICE3相比，7节编组的ICE4动车组质量降低约20to受益于轻量化设计和改善的车体空气动力学性能，ICE4动车组能耗明显降低，与ICE1、ICE3相比，能耗分别降低

8、22%、15%。图4ICE4的动力转向架1.2 Ve1.aroNovoVe1.aroNOVo是西门子公司Ve1.aro技术平台最新一代的高速动车组（见图5。2012年开始研发，预计2023年商用。目前，西门子公司已制造了1辆样车，编组在德铁的ICE综合检测列车中进行相关测试。图5Ve1.aroNovo外观效果Ve1.aroNovo继承了ICE4的设计理念，通过同一个平台内的不同配置，以适应280360kmh不同速度等级的要求，并且提出了更高的顶层指标（见表2）。表2Ve1.aroNovo顶层指标目标项点能耗降低30采购成本降低20维护成本降低30质降低15定员增加10Ve1.aroNov。特点

9、之一是进行了大量的空气动力学优化工作，通过车顶平顺化、受电弓下沉、高压器件部分进入高压箱等措施，实现整车能耗降低10讹动车转向架和拖车转向架均采用轴箱内置式方案,并通过全包转向架，实现整车能耗降低15%oVeIarOwVo牵引、辅助变流器采用碳化硅器件，牵引电机采用永磁电机，在降低质量的同时，提高牵引系统效率，实现整车能耗降低5机制动系统采用全新优化方案：（1）未配置轮盘制动，为实现高速下紧急制动性能要求，增加了踏面制动；（2）充分发挥永磁电机优势,结合再生制动、电阻制动,电制动功率可达牵引功率的1.5倍,在正常运营情况下实现全速度范围内电制动，大幅减少闸片磨耗。其中，电阻制动布置于车顶，仅用

10、于常用制动的补充。为提高定员，VeIarONoVO-方面将车长增至29m,另一方面在车体上实现了“空管”概念，电气柜小型化，布置于车顶和端堵，释放出更多车内空间（见图6）。另外，通过内装型材和布局优化，使列车在车体变窄的条件下，车内可用空间反而增加（见图7）。图6Ve1.aroNovo电气柜小型化设计与其他车型对比单位：mm图7Ve1.aroNOVO车内可用空间增加示意图2、法国法国自1978年制造出第1列TGV高速列车以来，至今已发展到了第4代。法国最新1代列车于2015年12月开始研发，该车型最早被阿尔斯通公司命名为“Ave1.iaHorizon”，后被法国国营铁路公司（简称法铁）正式命名

11、为TGVT（见图8）,“V”代表“现代”或“模块化”。根据计划，该车型于2023年起分期交付，取代自1996年起使用的TGVT）UP1.EX双层列车。Avc1.ia是阿尔斯通公司最新一代的高速列车技术平台,维承并发展了TGV和AGV系列高速列车的技术优势。图8TGV-M外观效果TGv-M动乍组研发方向关注重点包括大载客量、低运营维护成本、环境友好、现代化乘客版务系统等，未采用AGV列车的中间动力转向架技术，而是采用双层皎接式动力集中设计。动力车采用紧凑型设计,可配备79节拖车，在2V9T编组条件下车长202m,使其在同样长度条件卜增加了1节拖乍。动车组全列采用轻量化设计，动力车和拖车轴重均不大

12、于173其主要参数见表3。表3TGV-M主要技术参数项目技术参数动力型式动力集中动车组最高速度/（kmM）320输出功率ZkW78最大载客量/人740（9节编组）列车全长/m202编组数目79节模块化编组牵引系统阿尔斯通IGBT逆变器和三相异步交流牵引电机电流传动形式交流-直流-交流供电系统AC25kV/50Hz；DC1.5kV集电方式受电弓受流,每节动车1个制动方式再生制动（动车）；盘式制动和踏面制动（拖车）适用轨距mm1435TGVM最初计划用于法国国内线路,但其同时满足国际运营条件.通过适当改装，该列车可在荷兰、卢森堡、德国、瑞士、意大利、西班牙等国运营，其关键特点包括：（1）节能、全生

13、命周期成本低。TGV-M被法铁描述为历史上最环保的TGV,动车组能耗降低20%,碳排放量降低37%,可回收利用部件高达97乐列车采购成本降低20%、维修成本降低30以2）采用模块化设计，可灵活编组数量和座椅布置。列车可根据需求，最大化调整车厢数量，头等车厢与：等车厢之间可实现重新配置等。（3）改善乘车体验、优化客运服务。载客量增加约20%,可提供全面实时的行程信息，实现车内区域无障碍通行，方便乘客上下车等。3、日本日本是第一个开通高速铁路的国家，其高铁技术以新干线为代表,地高运营速度320kmh0口本拥有多达十几种高速列车型号，是列车种类最多的国家，全部采用动力分散形式。经过多年发展形成两大系

14、列：（1）以百位数字表示的高速列车，从0系开始，发展出100系、200系、300系、400系、500系、700系、800系、N700系,最新车型为N700S：（2）E系高速列车，包括E1.、E2、E3、E4、E5等型号。日本铁路在发展中始终贯穿轻量化、节能环保、模块化设计、低维护成本等理念。为满足国内运营需求，新干线动车组对于质量、阻力、噪声、舒适性、安全性（特别是地震时）等指标有较高要求：同时，为保持新干线在与航空运输业的竞争中始终处于优势地位，口本铁路公司积极推动新型动车组研发，通过产品迭代，不断引入新技术，进一步提高舒适性和经济性。因此，口本动车组更新换代速度非常快，部分车型在退役时使用

15、年限尚未达到25年。3.1N700SN700S由日本JR东海铁路公司主导研制，2018年3月试运行，2020年7月投入运营。“N700S”取Supreme首字母“S”,意为N700系的顶级车辆。该车型是继2013年推出N700A后，JR东海铁路公司研制的第6代新干线车辆，其主要参数见表4。表4N700S主要技术参数项目技术参数列车长度/m404供电制式25kV/60Hz运营速度/(kmh-)东海道新干线:285山阳新干线:3最高速度/(kmh-)365起动加速度/(ms-2)0.72列车编组14M2T牵引功率ZkW17080制动方式空气制动；再生制动车体长度/m头车:27.35中间车:25.00车体宽度mm3360车体高度mm头车:3500中间车:3600轨距Zmm1435定员/人1323N700S设计沿用了N700系的外型风格，改进了空气动力学流线设“，采用长流线背鳍头型，车体更平滑，降低了隧道微气压波和车外噪声，减少了列车运行阻力和尾车摇晃。N700S在轻量化和降低能耗方面比较突出，最大轴重1.it,质量为7003与N700A相比，整车质量降低133其轻量