大国重器：动车组谱系技术进展

1．三代动车组

（1）第一代主要以时速 200～300 km 的“和谐号”动车组为主，编组类型按速度等级、车种车型确定，主要有4个系列运营动车组及检测用动车组列车，具体如下：

CRH1 型：CRH1A、CRH1B、CRH1E动车组为青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司制造，原型车以庞巴迪为瑞典提供的 Regaina C2008为基础。

CRH2型：CRH2A、CRH2B、CRH2C、CRH2E、CRH2G、CRH2J动车组为中车青岛四方机车车辆股份有限公司制造，以日本川崎重工业新干线E2-1000型动车组为基础。其中，CRH2B为16节长大编组动车组，在CRH2A基础上扩编至 16 节。CRH2E 为 16 节长大编组的卧铺电力动车组。CRH2C（300 km/h 级别）作为京津城际高速铁路用车在 2008 年 8 月投入使用。

CRH3 型：CRH3A、CRH3C、CRH3D、CRH3G 动车组为中车唐山机车车辆有限公司制造，以西门子ICE3（Velaro）为基础，作为京津城际高速铁路用车在2008年8月投入使用。CRH3D 是以 CRH3C 为基础的16节车厢的大编组动车组。

CRH5 型：CRH5A、CRH5G、CRH5J 动车组为中车长春轨道客车股份有限公司制造，以法国阿尔斯通的Pendolino宽体摆式列车为基础，但取消了装设的摆式功能，而车体以法国阿尔斯通为芬兰国铁提供的 SM3 型动车组为原型。

不同的字母表示了不同速度等级、编组形式等差异，具体如下：

A：时速 200～250 km、8 辆编组、座车；B：时速 200～250 km、16 辆编组、座车；C：时速300～350 km、8 辆编组、座车；E：时速 200～250 km、16 辆编组、卧车；G：时速 200～250 km、8辆编组、耐高寒座车动车组；J：综合检测动车组。

（2）第二代主要是设计最高运行速度目标值为 380 km/h 的“和谐号”高速动车组，用字母A、B、C、D表示各技术平台的动车组型号，具体如下：

CRH380A、CRH380AL 型代表中车青岛四方机车车辆股份有限公司制造；CRH380B、CRH380BG、CRH380BL型代表中车长春轨道客车股份有限公司/中车唐山机车车辆有限公司制造；CRH380CL型代表中车长春轨道客车股份有限公司制造；CRH380D型代表青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司制造。其中G代表耐高寒动车组，L代表基本型的16辆编组动车组，其余均为8辆编组动车组。

在第二代“和谐号”高速动车组列车投入运营期间，为满足国内短途城市间的需求，中车青岛四方机车车辆股份有限公司和中车南京浦镇车辆有限公司制造了更加贴合运行需求的CRH6型动车组并投入运营，解决了短途城际线的铁路运输问题。具体情况如下：

CRH6A 型代表时速 200 km、8 辆编组；CRH6A-A 型代表时速 200 km、4 辆编组；CRH6F 型代表时速 160 km、8 辆编组；CRH6F-A 型代表时速160 km、4 辆编组。CRH6 型车实现了 3 个覆盖：覆盖时速 160～250 km 速度等级；覆盖干线铁路和城际铁路的运营需求；覆盖国内和国际城际动车组的运营需求。其技术质量达到国际先进水平，引领世界城际动车组的发展方向。

（3）第三代是指“复兴号”中国标准动车组。中国标准动车组与CRH系列动车组的区别：一是形成了一套中国标准体系，而非欧标、日标；二是自行设计、自主研发，拥有全面自主知识产权。“复兴号”动车组共有 3个速度等级，目前投入运营的是设计速度最高为 400 km/h 动车组，并用字母A、B代表各技术平台的动车组型号。具体如下：400 代表设计运行速度为 300 km/h＜v≤400 km/h；300 代表设计运行速度为 200 km/h＜v≤300 km/h；200 代表设计运行速度为 100 km/h＜v≤200 km/h。其中，CR400AF、CR400AF-A 型代表中车青岛四方机车车辆股份有限公司/青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司制造；CR400BF、CR400BF-A型代表中车长春轨道客车股份有限公司/中车唐山机车车辆有限公司制造；其中，F代表动力分散型电动车组，A代表16辆编组动车组，无A标识的为8辆编组动车组。

【小知识】 如何快速区分动车型号呢？最简单的就是看车头，如图 2.7～图2.16 所示。

图2.7　CRH2A/2B/2E

图2.8　CRH2C

图2.9　CRH1

图2.10　CRH380A

图2.11　CRH380B

图2.12　CRH380C

图2.13　CRH380

图2.14　CRH5A/5G

图2.15　CRH5E

图2.16　CR400AF/BF

2．双层动车组

低重心大容量双层动车也能跑出时速 350 km。德国、法国的下一代高速列车均提倡双层动车组技术，其目标是提高旅客乘坐能力，提高运能，提高经济性。只要车体重心低，在规定的平衡速度下，即离心力和曲线超高的重力横向分量抵消，安全性不仅没有问题，而且会更好。

如何实现车体低重心、大容量？德国下一代高速列车，希望用独立旋转车轮技术，可使整列车实现低地板，以保持良好的双层空间。所谓独立旋转车轮，是将两轮通过滚动轴承安装在车轴上，车轮相对于车轴能够自由转动，而车轴不必转动。与轨道车辆的刚性轮对相比，独立旋转车轮的轮对摇头和横移不再耦合，实现了左右轮的解耦，理论上不存在纵向蠕滑力，因而不会产生蛇行失稳。没有蛇行临界速度的限制，使得采用独立车轮的车辆可以达到较高的运行速度。同时，由于运行时车轴不转动，故可以取消公用车轴，或者将车轴做成下山形，以降低地板面的高度。除低地板技术外，还有车体布置总体技术，包括客室与座位（或卧铺）布置、原来车下设备的上车问题以及除低地板外的大容量车体技术（结构设计与制造）。公开资料显示，在传统的高铁强国，双层动车组技术已经比较成熟。例如，法国的TGV Duplex动车组经历了长时间的运行和多次改进，能提升 50% 的客运量，持续运行时速能达到 320 km。日本 20 年前就有了双层的高铁动车组。新干线E4系列车于1997年就上线运行，时速240 km，有 16 节车厢、定员 1 634人，是世界上载客最多的高速车辆。(www.xing528.com)

中国双层高铁动车组研制也在进行。2018年11月，由中车株机研制的动力分散型铝合金双层高铁动车组首次公开亮相，该车采用流线型车头，全车采用模块化设计理念，能够实现4/6/8节编组；8节编组车型全车共有座席820个，最大载客量 1 708 人。该双层动车组瞄准国际市场，以时速160 km为基础技术平台，车体、转向架等核心部件按照高速动车组的标准设计、验证，可以根据不同需求进行技术升级，达到时速160 km以上多种速度等级。同时，整车采用轻量化设计，复合制动控制，安全节能环保。虽然是双层动车组，但其车辆限界与单层一致，现有线路和接触网都适用。

3．可变动车组编组

由中国中车股份有限公司（简称中国中车）研制的可变（灵活）编组动车组样车将正式下线。该动车组可像普速客车一样，在2～17节范围内搭配车厢。可变编组动车组以3X为暂定名，最高时速为350 km。可变编组动车组，编组形式为1Mc+9～18T+1Mc。

2011年，中国中车可变编组动车组项目启动，2016年该项目在中国铁路总公司科技管理部立项备案。固定编组动车组采用全列动力分散设计，由两部车头、若干动车和若干拖车编组而成。动车就是提供动力的车厢，拖车就是没有动力的车厢。8 节车厢动车组叫“标准列”，16节车厢动车组称作“重联”。但这种车由于编组固定、不可拆编，在实际运输中，对高铁运营企业的制约越来越明显。

铁路运输有客流淡旺季之分，春运期间和平时差别巨大；各线路繁忙程度也不同，中西部高铁和东部沿海高铁不能等量齐观。固定编组动车组不能增加车厢应付客流高峰，也不能减少车厢以减少支出或避免运力浪费，运能和客流常常形成冲突。

可变编组动车组面临技术难题，主要集中在集成式牵引动力单元、网络控制系统、通用接口制动系统等方面，关键环节均取得突破并取得自主知识产权。

动车组编组方式如同搭积木，最小编组单元为两节，即两个动力头车相接。如要扩大编组，则根据速度和功率核算出效率最高搭配，在两车头之间加入动车与拖车，动车始终位于列车两端，拖车位于中间。以这样的形式，就可以组成时速160～350 km、编组数量为2～16辆的任何节数的动车组。

3X型动车组在旅客界面也有非常大的改进，带货运功能的餐车、双层卧铺等车型已有样车。餐车车厢采用双层设计，上层为餐饮区，下层为30 m3货运舱，可容纳多达6 t的物品，且增加了快运服务功能。此外，卧铺车采用铺位纵向布局、商务车座椅可坐卧调节等，均为全新设计。

可变编组动车组完全按照中国动车组标准设计、生产，属于中国标准动车组“大家庭”的成员。可变编组动车组可以实现超过 1 500 人的运能，有利于应对春运、暑运；也可以只用两个车头编组，开出VIP专列。可变编组动车组还可以单独抽出故障车进行修理，或者分解后同时在不同车间分别修理头车、动车和拖车，大幅度降低备用率。

可变编组动车组最大的技术突破就是实现了列车牵引动力的单元化集成。传统动力分散的动车组列车，牵引动力设备分布于各节车厢，通过线缆进行连接。而可变编组动车组牵引变流器、辅助变流器、牵引变压器、冷却单元均被集成在一起，完整地置于动力车厢中，如图 2.17 所示。

列车牵引动力经过单元化集成后，可变编组动车组的车厢被简化为动力头车、中间动车、中间拖车三种模块平台，辅以自适应网络、自适应制动等技术，可灵活实现2～20辆编组，如图2.18所示。由于动力单元高度集成，可将动力装置仅安装在动车车下，拖车可充分释放车下空间，实现双层布局，如图2.19所示。

图2.17　可变动车组

图2.18　可变编组动车组的牵引设备高度集成

图2.19　可变编组动车组样车编组展示

西门子也在研制可变编组动车组，定名ICE4，该车可编组5～14节车厢不等的列车，现有5 种不同类型的车厢，时速250 km。

4．17 辆编组动车组

自“复兴号”运营以来，热门线路、大长干线特别是京沪高铁的客流一直持续增长，原有的 16 编组动车组定员一定程度上已经不能满足高峰时旅客出行的需要。中车方面接到中国铁路总公司的需求，研发生产了加长版的“复兴号”动车组。事实上，目前国内的高铁车站设计标准中，站台到发线长度是可以容纳 18 编组的高速动车组列车。但是，中国的动车段、动车所的库线，最大容量却达不到 18 编组。所以综合考虑，加长版的“复兴号”只增加一节编组。加长版“复兴号”是在 16 编组标准版“复兴号”的基础上增加编组，在原整列车的一端增加车辆，不会改变原有列车的各种线路布局，改造难度较小，技术上也更加稳妥。而且增加的是拖车而非动车，主要是缘于经济方面的考虑。因为 16 编组的“复兴号”具有较大的牵引功率冗余，增加一节拖车不会对列车的最高运营速度构成影响。同时，列车总体的制造和运营成本，相比增加一节动车来说也会更低。如图2.20所示，加长版的“复兴号”是在原有16编组标准版“复兴号”的基础上，在原 15 车和00车（尾车）之间，加入了一辆拖车。加入的拖车被编定为16车，故而原00车的编号不变。新加入的这辆车，在连接方式上，与标准版的“复兴号”也没有区别。17 节超长编组“复兴号”动车组，每列定员为 1 283 人（16 节长编组的“复兴号”动车组，每列定员为1 193 人）。

图2.20　CR400AF-B的15/16车连接处

5．动力集中式动车组

动力集中式动车组在不需要重新建造新的铁路系统的前提下，成本下降30%，填补了动车在250～300 km/h 速度之间的市场空白，为老百姓的出行提供了性价比更高的解决方案，表现出了卓越的行业示范力和社会影响力，在多个维度上都体现出了中国设计制造的先进水平。“新一代动力集中型动车组”具有更智能、更舒适、更灵活、更经济的特点，可适应客运专线要求，也能在现有的普速铁路上运行，从而极大地提升了普速铁路乘客的乘坐体验。

与现有的多节车厢都有动力源的动力分散型动车组相比，动力集中型动车组的动力集中在车头，和传统的“机车拉着火车跑”的机辆式列车相似，因此车体编组更为灵活。新一代动力集中型动车组，外观采用现代造型技术，极具体量感和速度感；引入人工智能设计，实现部件履历电子化，为大数据管理提供基础；实现列车全寿命健康管理，构建完善的神经网络、集成专家系统，提高故障智能诊断能力；具备通风设备在线健康检测、总风管供风监测系统完善自监测、自学习和自诊断系统；乘客信息系统（PIS）提供音频/视频娱乐和Wi-Fi上网；借助人-机-环境虚拟仿真和VR（虚拟现实）技术，在虚拟环境下，进行沉浸式人机系统设计及功效评估，实现全设计过程的虚拟体验；首创无缝拼接的整体照明形式，为旅客提供照明的同时提升乘坐体验；特别设计多用途入口伸缩踏板，满足不同站台高度，既可在既有线路运行，又可适应客运专线要求，如图 2.21 所示。

图2.21　动力集中式动车组

6．混合动力型动车组

中国首次研发的混合动力型动车组已在中车长客股份公司完成调试工作，进入淋雨、小曲线通过能力等整车型式试验阶段。该项目作为国家科技支撑计划项目，是国内首次研发集成两种或三种动力源的混合动力动车组，将满足中国铁路从电气化铁路到非电气化铁路跨线运行的现实需求。

7．货运专用动车组

高铁货运的网络、速度、成本、正常性的优势，将会对当前国内快递和货运的发展格局产生重大影响。相较于航空运输费用高，汽车运输效率慢，时速 250 km 及以上货运动车组以安全、经济、可靠、高效的优质服务，将是未来货运的不二首选，如图 2.22 所示。

图2.22　货运专用动车组示意图

250 km/h 以上货运动车组基于成熟可靠的中国标准动车组产品平台，车体、制动、转向架及牵引等主要关键系统技术方案基本不变，主要针对快捷货运的特点进行适应性改进，最高运营速度可达 350 km/h，且受环境因素影响较小，不管风霜雨雪，1 500 km的距离 5 h 之内便可到达。越来越快的物流使铁路货物类型发生了质的变化，除了时鲜果蔬、快递包裹外，名贵的珠宝、高档数码产品、医疗用品等都可以开启“在路上”模式。

货运动车组每节车厢是全开启式，车厢一侧可大幅面打开，叉车可直接装卸货物，并且采用新型标准集装器技术进行集装化装卸、周转、运输及固定。集装化装卸实行之后，人工投入将大大减少，这也是提高车速之外，减少运输时间的关键环节。与此同时，货运动车组采用虚拟装配及在途管理系统，每个集装箱在动车组上都有自己固定的位置，使得运输人员在押运室里就可以准确地巡检车上所有集装器的状态信息，保证了货物运输全程安全可靠。250 km/h 以上货运动车组将填补中国在高速货运动车组技术领域的空白，并逐步形成铁路快捷货运网络，建立以铁路为骨干的综合运输一体化平台。