高速列车：从电动汽车到分布牵引力

近年来，由于高铁提供了新的吸引力，列车乘客的满意度不断提高。有吸引力的旅行时间和额外的列车服务是为了提高铁路的竞争力。基于ICE系列列车由一个财团开发的经验，西门子已经能够为西班牙、中国和俄罗斯的列车在世界范围内建立Velaro平台。除了升级线路的高铁，运营客运列车也很有意义。

随着人们对机动性的要求不断提高，轨道交通的重要性在过去几年也有所提高。道路拥堵，加上环境意识的增强和对安全的重视，正促使越来越多的人使用铁路作为替代。为了进一步提高铁路的竞争力，短的旅行时间必须辅以有吸引力的列车内部设计。

凭借其在平台的Velaro高速列车和维亚焦家的客车的产品组合，西门子提供的铁路运营商的不同需求提供了完美的火车概念。

2007年5月，AVE®S103高速火车（Velaro E），一个具有分布式牵引力的舒适的多单元列车，将正式进入西班牙的乘客服务。火车以350公里/小时的最高速度运行，距离马德里 - 巴塞罗那线的旅行不到2.5小时，为客户提供了一个有吸引力的替代品，最繁忙的飞行航线。

Velaro高速平台的开发是基于德国铁路运营商德国联邦铁路公司ICE®车队运营的经验和发现。

对于“真正的”高速交通来说，经济的补充是由速度在230至250公里/小时之间的城际交通的现代客运客车提供的。

高速运输的早期

铁路上高速的时代于1964年开始于日本，其中林森使用分布式牵引力，以实现210公里/小时的顶级速度。基于日本的巨大成功，欧洲还审查了相应的项目。虽然具有电动汽车的永久耦合单元的概念对TGV（火车àGrande Vitesse）进行了测试，但德国也有利于开发铁路网络和滚动库存，以提高铁路的竞争力。在政府和行业之间的合作中，开发了相应的高绩效培训速度超过200公里/小时2。德国还决定在第一步测试永久耦合多单位列车的概念。

城际试验和示范列车(后来称为ICE V)奠定了德国高速的基础

概念在1985年开始通过ICE V示范车辆验证其可行性。除了以350公里/小时的速度检查部件和额定功率外，目标是在德国铁路网络中达到可能的最高速度。

冰V由两辆相同的动力汽车，测试汽车和两辆示范汽车组成。电源汽车各自配备四个三相异步电动机，具有3640 kW的总功率等级。电源由安装在半永久耦合端的每个动力车上安装的Pantogra。为了避免接触问题，任何时候只能使用一个受电弓，这就是为什么在火车屋顶上安装了15 kV高压线的原因。

在这款实验车上，涡流缓速器已经经过测试，后来在ICE 3上达到了生产成熟。

1988年，带有两个中间车的冰V在406.9 km / h3的轨道上建立了当时的速度记录。

第一代和第二代冰与电力汽车技术

基于冰V的试运行中获得的经验，第一代的跨度表达列车由行业联盟设计。1991年，乘客服务开始于汉堡 - 慕尼黑线。该火车由两个电源车和最多14辆中间车组成，最大列车长度为400米，受平台长度的限制。汽车永久耦合，使火车形成只能在仓库中分离。此时，该火车还设定了乘客舱的室内设计的新标准：宽敞的入口前衣和新设计的宽带舒适的座椅确保了愉快的骑行。宽敞的餐厅汽车以及舒适的第一堂课程，具有宽座间距和各种通信选项完成了该计划。

目前，ICE 1舰队的车辆 - 经过14年的可靠乘客服务，每列每次列车的年前里程最多可靠 - 正在举办其技术设备和室内家具4。

1996年，法兰克福-汉诺威-不来梅线开始使用第二代ICE列车提供客运服务。在外观和电气设备方面，ICE2延续了ICE系列的发展路线。为了更灵活地部署高速列车，ICE 2采用了多区段概念。两列半列车（每列长205m）可通过安装在两部分式气动前车钩门后的Scharfenberg型车钩连接，作为扩展车组运行。半列车由一辆动车、六辆中间车和一辆专门设计的控制车组成。为了保持ICE 2列车的双向能力，需要确保轻型控制车具有足够的侧风稳定性。

通过提供更高的乘坐质量，提高ICE 2乘客舒适度的另一个成就是SGP 400型空气悬挂转向架的开发。

虽然冰1仍有多个乘客隔间，但冰2使用开放式设计。在每次前庭中的电子显示器中，乘客信息系统在开放式隔室的端墙上显示，开放式隔室的端墙，外部火车路线显示，电子座椅预留系统和所有乘客区域的扬声器，为乘客提供完美的信息。对于娱乐，每个座位配有可调8声道音频模块，以及带折叠桌的第一级座椅采用额外的视频站。

采用分布式牵引的多单元列车是对德国联邦铁路要求的最佳响应

第三代火车冰工作引入ICE 2为乘客服务时正在顺利进行了。在这个过程中与两个动力车的基本牵引概念审查。的要求，范围包括从欧洲高速traffic5当时新兴的“技术规格互操作性”的规格如下：

• 最大列车长度400米
• 欧洲清仓信封根据UIC 505，考虑到Deutsche Bahn AG与法国国家铁路SNCF之间的特殊协议
• 最大静态轴重17吨
• 平台高度760mm和550mm
• 最大线速度至少为300km / h
• 在所有四种欧洲接触线电压（交流15 kV/16.7 Hz、交流25 kV/50 Hz、直流1.5 kV和直流3 kV）下运行
• 设备与服务线路和未来欧洲系统的火车保护和通信系统

客户还要求在新的高速线科隆300公里/小时的速度 - 法兰克福，梯度高达40‰，也是一个高速加速力，使火车也可以在现有线上进行最佳运行。此外，还需要降低每个座位的成本，尽管性能要求较高，与冰相比，25％。现有的电力汽车概念不再能够提供轴载荷的限制，最大为17吨与所有四个欧洲接触线电压下的所要求的最大速度结合在线上，较高的梯度以及座位容量所需的速度增加，同时确保相同的舒适度。具有分布式牵引力的多个单元列车，从而减少了轴承轴承，提高了牵引性能和具有相同列车长度的较高的座位容量，可以更适合满足这些要求。

两个实验车辆 - ICE d和ICE的S - 建于为符合资格的多单元的概念，这是在欧洲高速部门的创新;它使用的是均匀地分布在地板下的牵引组件。在ICE d旨在演示在客运服务的分布式牵引系统的适用性（以下简称“d”代表德国术语“Dauerbetrieb”，意思是“持续服务”）。在ICE S为用来验证对于高速（“S”为“速度”）的适用性。

对于试验列车ICE S和ICE D来说，为未来几代高速列车的可靠运行而进行的部件测试和认证，比在最高速度下更重要。
利用冰D，在连续服务中证明了动力中间车的牵引技术的可靠性。

为确保新的牵引部件在高速交通中持续服务的适用性和可靠性，ICE D在汉堡和慕尼黑之间的往返模式下运行了约两年，每日运行里程约为2,000公里。

冰D由第一代多一体单元列车13组成，冰2的两个动力汽车以及电动汽车直接添加的中间轿厢。这配备了未来冰3的动力转向架，其牵引电动机由动力汽车的两个牵引转换器中的一个供电。

ICE测试分布式牵引的组件。

然而，与此同时，还希望确保其他组件的功能。为此，使用了第二列试验列车ICE S，以确保以下方面:

• 优化Pintographs
• 验证线性涡流延迟器
• 新HVAC技术的开发
• 完善隔音
• 动力中间体车测试
• 牵引系统与螺旋齿耦合的适用性
• 轨道上层结构和架空接触线的测试，冰S用于今天，例如，在新纽伦堡 - 慕尼黑线上的测试运行

冰的设计

5辆车ICE S由两辆动车（ICE S-TK）、两辆动力中间车和一辆带变压器的试验车组成。这两辆动车由位于慕尼黑的德国铁路公司研究和测试中心收购，作为试验和测试车辆，例如用于线路测试。它们采用了与第二系列动力车相同的设计，但其传动比可调整为400 km/h的最高速度。ICE S的三辆中间车提供了与未来ICE 3的四辆车相同的功能，牵引力为4MW。在ICE S中，三个中间车厢还需要容纳车载电力系统运行所需的电池充电器和电池，这些充电器和电池将安装在生产列车的第四个中间车厢中。

牵引概念

ICE S的总牵引力为14兆瓦，大致对应于三冰2动力汽车的功率，并给予了极快的加速能力。

如图2所示，ICE S共有五个受电弓：每辆动车上一个受电弓，试验车上一个新开发的高速受电弓，法国和比利时电网的25kV窄盘受电弓，以及荷兰和比利时1.5kV和3kV运行的直流受电弓。最后两个单元没有电子连接，而是用于空气动力和接触力测量。

与ICE V的概念一样，动力是通过一个受电弓提供的。因此，交流电力系统的三个受电弓用15kV高压屋顶电缆连接。

在试验车的主变压器提供的转换器，其中的每一个上的线端，其经由DC链路馈送电源给PWM逆变器包括四象限choppers8的。以这种方式，带电源的500kW的4个异步牵引电动机的每个是在相邻的中间汽车供电。

采用创新的动力和非动力转向架来确保最高速度和最大的旅行舒适度。中间汽车的动力转向架配备了两个不同的牵引系统9：

中间车1测试了一个装有螺旋齿联轴器的轴装牵引系统，该系统定位于新干线一代的牵引概念，并首次在欧洲高速列车上使用。

为了在替代方案中具有替代的情况下，与轴安装的驱动器的测试证明不成功，中间轿厢2配备有已经经过验证的经典完全悬挂的牵引系统，该系统通过空心载体轴传递牵引力。然而，具有螺旋齿耦合的设计的结果完全令人信服。

试验车装备有无动力转向架与涡流延迟器。为了符合要求的制在ICE 3的距离在330公里/小时以下的速度长下梯度，三种不同的制动系统安装和在测试车的ICE S.线性涡流缓速测试支持的再生这是已经在ICE 1和ICE 2.用于确保在这些系统中的故障的情况下断裂的距离制动器，气动盘形制动器被整合作为第三制动系统。这是第一次，使用的制动作用力的逐步应用。为了减少在高速行驶时的制动衬片的磨损，制动发生半的努力。该系统也可用于在ICE 3。

直到今天，ICE S用于国家和国际航线，单一中间车进行2006年进行修改的测量。它是如此。用于测试在新的高速线慕尼黑 - 纽伦堡在德国。2006年12月，它在铁路上建立了瑞士速度记录。

ICE 3 -欧洲的多单元列车

第三代冰是在冰D和冰S的经验的基础上设计和实施作为欧洲的多个单位火车。冰3从一开始就设计为欧洲多系统火车，可以运行四个欧洲电力系统。ICE 3是允许在不同控制系统之间平稳的在线转换的欧洲火车，从而实现德国，奥地利，比利时，法国，荷兰和瑞士10之间的节省时间跨境交通。在与国际传统保持联系中，第一个第三代火车的首映出在2000年世博会的特殊时间表中进行，因此来自世界各地的访客能够舒适和可靠地达到汉诺威世界展览会。

该火车还包含了冰2 - 冰块3的经过验证的多节概念，包括八辆车，可以联系，以形成400米长的火车，如果需要。八辆汽车中有四辆供电。

牵引概念

牵引概念对应于ICE S的经过验证的概念与单速车轴安装有螺旋齿耦合和三相异步电动机，可提供牵引功率的500kW的变速箱。

两个变压器汽车通过高压车顶电缆相互连接，使得多个单元列车可以在具有单个凸起的电压仪的交流电源系统中运行。通过多系统列车（MS），在两辆中间汽车上安装了直接连接到高压电缆的AC 25kV电源系统中的额外电压仪。由于两个转换器车辆上的DC 1.5kV和3KV系统中的用于操作的PINTORER不电互连，因此通过两个凸起的PANTORMS提供DC系统中的电力。单系统和多系统变压器具有很大相同的设计。从AC 15kV转换到AC 25KV的转换的次级连接的切换是在单独的隔离开关中进行的。

单系统列车(ES)中的变换器与ICE s的设备设计相同。在25kV系统中运行50Hz时，采用低电感谐波滤波电感，并调整线侧四象限斩波器的时钟率。直流电源系统的操作,这两个牵引变流器在转换器的汽车里,最后汽车通过直升机反应堆和相互关联的系统转换开关和直接操作线电压为直流斩波器通过线过滤器匹配的直流电源系统的要求。

4 - 象限斩波器和PWM转换器由相同设计的水冷相模块组成，每个水冷相模块包括两个GTO晶闸管和两个自由轮推挽二极管，缓冲电路和驱动单元。

舒适的室内装修和众多补充产品增加了冰的吸引力3
ICE 3还将其高速技术与设计和舒适性相结合。由于多重单元的概念，它为乘客提供了更多的空间。根据对内部装饰的选择，半列火车提供430 - 460个座位(而ICE 2的平均座位约为391个)。由于所有牵引部件都安装在地板下，因此创造了一个连续的乘客区。对于每位乘客来说，在休息室里欣赏到前方轨道的全景——与司机仅隔着一面玻璃隔墙——无疑是一大亮点。

旅客信息系统的其他功能包括:为头等舱乘客提供服务和传呼系统;为所有乘客提供六种立体声广播节目;已安装在ICE 2内的扬声器和显示器(见图7)。

机上互联网允许特别是商务旅行者最佳地利用旅行时间

Deutsche Bahn AG推出了通过使用无线本地无线电网络WLAN（无线局域网）在选定的电台和列车连接中通过Internet访问公司网络和流程电子邮件的可能性。在试点阶段，德意志鲍恩和T-Mobile Deutschland，配备了T-Systems的合作，配备了选定的站点和线条以及几个具有先进无线电技术的冰柱。T-Systems开发了一种系统架构，允许高速列车的稳定，高性能连接到万维网。这项服务可在七列冰柱中提供，相应地配备了科隆和多特蒙德之间的试点以及法兰弗 - 汉堡 - 汉堡线。在该行的其他部分中，列车上提供本地信息提供，该列在选定的站中更新。Deutsche Bahn AG计划通过这项技术共同改造50多个冰车。

Velaro平台 - 全球多单位技术

所述的Velaro平台是ICE的多个单元的概念的逻辑延续。该设计是面向在ICE 3，但被定制，以满足西班牙的铁路运营商西班牙国家的要求。如果需要双列车可分为两列火车不同的最终目的地：因为它使火车灵活的多节的概念在这里重复使用。

适应在牵引概念的Velaro E与ICE 3

在ICE3车队中，主变压器的功率增加了10％，以便能够实现更高的牵引力。从生态学的角度来看，使用酯冷却剂而不是矿物油11用于主变压器。

Velaro E使用先进的Pantograin以超过300km / h的速度要求。

该类的现有转换器的变化是在牵引直流链路上安装降压斩波器和IGBT技术中的辅助牵引辅助转换器，即使在线故障的情况下，即使在线故障也是在辅助牵引设备的电源上供电。

齿轮箱基于具有螺旋齿耦合的轴安装牵引系统的经过验证的概念，但重新设计，重新设计了根据新标准EN 13104的优化噪声性能。这确保了噪音水平高达10％的噪声水平降低而不是冰齿轮箱。

对于Velaroe，再生制动系统被补充具有流动式制动器，其如果不能反馈在线系统，则可以吸收牵引电动机的电动制动能量。

基于操作经验的冰,牵引系统的Velaro E设计这样一个牵引单元的失败不会影响其他牵引单位和火车到达目的地通常没有损失的旅行时间最大牵引力的75%的努力。低维护的三相异步电动机已经证明了它们的可靠性，并确保最大的可用性。

2006年7月，距离原始串行生产的Velaro E列车有超过400km / h的最大速度。

三级系统

为了提供与飞机比较的有吸引力的提议，西班牙国家铁路运营商Renfe提供其乘客的三类系统，设置新标准。座位容量为404 - 高达56个座位，而不是冰3 - 确保为乘客提供充足的血库。Premium Class位于火车的前部，并在驾驶室后面的会议和贵宾室提供一个有吸引力的会议环境。

相应的一流餐饮服务，在座位上用餐，完成了这个级别的提供。紧跟在这个精致车厢之后的是Preferente车厢，大致相当于ICE 3列车的头等舱。它有座位内的小餐服务。在这两个等级中，几乎所有的座位都可以旋转，这样乘客就可以看向旅行的方向。过渡到Turista地区，以类似的方式作为ICE 3的二等车辆，由一辆自助餐厅汽车组成。Turista也有自己的休息室，它直接位于司机的驾驶室后面。

乘客信息系统也建立在现有的经验和最新信息技术上。在所有部分中，通过天花板监视器和各个音频节目提供信息和娱乐内容。公共地址系统允许为单个汽车或汽车课程选择性公告。

通过实施所描述的三类系统，该系统旨在满足不同客户组的个人便利，通过舒适的室内装饰与恒定的高行程速度相结合，RENFE与AVE S103建立了一个火车，该火车可以与高频繁飞行的任何竞争站立马德里 - 巴塞罗那之间的联系。

总结多个单位和前景的10年的运营经验

十年前在ICE S和ICE D上进行的测试结果为成功发展高速概念奠定了基础。Velaro平台是基于革命性的一步从多个单元列车分布式牵引系统,这可能只是取得了与实验车辆冰和冰d这些列车的运行测试表明轴装牵引系统的适用性与spiral-toothed耦合,这是当时欧洲的一项创新，也是分布式牵引系统第一次以令人印象深刻的方式出现。

自2000年以来，ICE 3机队已证明其在日常客运服务方面的价值。Velaro E已经为客运服务做好了准备，在试运行中已经成功行驶了5万公里。ICE系列和Velaro平台的高速列车已经行驶了超过1亿英里的距离。多单元概念的优点包括:

• 具有相同列车长度的较大客室
• 减少粘连的需求
• 能够在高达40‰的上/下梯度上运行的能力，为基础设施运营商提供更具成本优化的路线设计的灵活性
• 在操作中已经确认了甚至重量分布和低静态轴载荷。

Velaro平台的列车概念得到了其他国际市场的认可:

中国Velaro Chn的第一列火车将投入北京2008年奥运会的乘客服务。在这里，由于经济迅速增长，火车概念为中国的一般条件定制了中国的一般条件。车辆间隙，胸膛和内部家具进行了修改，以便半列车可以容纳600多个座位。牵引系统设计为最大速度为300km / h。船上餐厅的设计也被调整为中国需求，每辆车都有一个热水分配器，习惯于该国。大部分列车由当地的中国伴侣唐山建造。

Velaro Rus专为俄罗斯铁路RZD的要求而设计，基于现有的列车系统，如上所述。这款10辆车双系统列车用于DC 3KV和AC 25KV的操作提供了600多个座位。在第一步中，DC 3KV系统中的最大速度将为250km / h，可以将其升级到AC 25kV系统中的300多公里/小时。对俄罗斯一般条件的特殊适应是安装监控摄像机。乘客服务的开始于2009年底预定。

ViacGiocomfort® - 城际乘客教练 - 城间应用中的多个单位列车的替代方案
在某些国家，大多数基础设施都不允许超过250km / h的速度。根据路线型材，所需的最大轴载，必要的加速性能，现有机车股票等因素，乘客教练的使用可能是一个经济的替代品。

乘客Coach平台Viaggio Comfort主要针对城际流量，其座位容量为300至700个座椅，最大速度为230km / h和250km / h，以及乘客旅行时间在约一到五个小时之间。以下目标包含在平台的设计中：

• 在多单位列车的例子之后，现有乘客教练解决方案的整体舒适性增加
• 为可能的补充设备和适应铺设基础
• 控制汽车版用于推挽操作
• 轮椅无障碍客室
• 模块化旅客信息系统
• 保留经验证和优化的解决方案，如UIC兼容性、入口、入口解决方案和轨道友好型转向架
• 汽车体作为经过验证的优化轻质钢结构

Viaggio舒适的设计

车体外壳设计是基于已知的具有UIC接口的高层客车。将独立的自动驾驶汽车连接起来成为不同列车编队的一部分的能力确保了高度的操作灵活性。

为了允许快速更换机车，例如，当进入不同的铁路网时，不同的供电和控制系统，第一节车厢和机车之间的接口根据UIC设计了牵引齿轮和侧缓冲器。

为乘客提供宽敞的入口前庭以及在教练之间移动的舒适方式，常规的UIC Intercar舷梯被大的舷梯和半永久耦合器更换。每个教练都准备好用于快速改装UIC接口。

碳结构是压力密封的，以满足高舒适度标准。

奥地利铁路运营商ÖBB的维度舒适设计

基于Viagggio Comfort平台，西门子开发了“Railjet”火车，特别是对于奥地利国家铁路ÖBB的要求，提供了洲际航班的舒适程度。内部家具基于三类概念，与Velaro E一样，具有座位服务，高级斜倚座椅，间接照明，小酒馆餐饮和儿童小型电影院的特点。

铁路系统的未来

全球规划扩展和升级铁路线 - 在欧洲现有的特定计划，在跨欧洲网络十以及中国，日本，韩国，台湾和美国的发展范围内 - 是逻辑的后果对人和货物的流动性的不处的需求增长。拥有吸引力的火车概念，提供短途旅行时间和舒适的补充服务，铁路对与其他运输系统的竞争做好充分准备。

图1:ICE列车的特点

图2:ICE S

图3：ICE 3

图4:ICE的设计

图5:路线的全景图

图6:ICE 3上的乘客信息系统

图7：Velaro的设计

图9:Velaro E的俱乐部休息室

图10：乘客信息系统

图11:Velaro高速平台的发展:从动力汽车到分布式牵引

图12高速平台特点

图13:Viaggio Comfort设计研究

参考

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关于作者

博士。ansgar brockmeyer在亚琛工业大学(RWTH Aachen)完成电气工程专业的学习，在亚琛工业大学(RWTH)电力变换器和电气传动系获得博士学位，自1997年以来一直在西门子交通系统集团(Siemens AG)的不同职位工作。他的上一个职位是车载电源部门的负责人，自2006年以来一直是火车部门的负责人。

Dipl.-Ing。曼弗雷德Reisner1988年毕业于利奥本矿业大学，获得石油工程学位。他于1991年加入SGP公司(后来被西门子公司收购)，并在世界各地担任过客车销售和项目管理的不同职位。自2000年起，他一直担任销售和营销部门的主管客运客车(TS TR PC)

Dipl.-Ing。托马斯•格哈德1976年至1994年在Fachhochchule Niederrhein的机械工程中完成了研究，包括Wagonfabrik Uerdingen / Diquwag AG的各种职位，包括用于主线列车的技术销售负责人，并在运输系统集团的培训部门工作西门子自1994年以来。他的最后一个职位是工程列车主管，自2006年以来，他现已成为交通系统集团的集团技术负责人。

Dipl.-Ing。Monika Bayrhof.2003-2005年在慕尼黑工业大学完成电气工程研究，参加西门子国际研究生课程，在西门子公司运输系统集团担任销售和项目管理职位。自2005年以来，莫妮卡·贝霍夫一直担任部门管理运输系统列车的个人助理。

Dipl.-Ing。Edzard目前在美国剑桥的Rwth Aachen和MIT完成研究。自2003年以来，他一直在努力为西门子股份公司交通系统集团的列车部门工作。他一直是销售和营销细分，自2006年以来的高速和城区列车（TS TR HI）。