第二节 国外列控系统测试技术发展现状与趋势
高速铁路是一项庞大的系统工程，代表了当今世界铁路技术的最高成就。在高速铁路建设过程中，系统试验是必不可少的环节。日、法、德等国的实践证明，高速铁路建设不仅要有高水平的系统设计、高质量的施工和装备制造技术，更要有全面、系统的试验检测手段。由于高速铁路的复杂性，仅靠设计与理论计算并不能满足可靠、安全、舒适等系统关键性指标的要求，必须通过实车、实线的大系统试验以及大量的各子系统试验，在试验条件、试验工况可控的前提下，获取具有可重复性的试验结果，对设计进行验证、优化，对质量进行判别、认定，对可靠性、安全性、舒适性和节能环保特性等进行评估。
1.美国国家运输技术中心（TTCI）
美国国家运输技术中心（TTCI）由美国运输部联邦铁路管理署负责兴建，全部由国家投资，于1971年建成，现由北美铁道协会（AAR）负责以企业方式管理。运输技术中心位于美国科罗拉多州普韦布洛（Pueblo，Colorado），占地135km2，相当于北京市三环内的总面积，试验线路总长77.28km，包括三个环行试验线，如图1-3所示。
图1-3 美国国家运输技术中心（TTCI）平面布置
1—试验中心边界线；2—精确试验线（Precision Test Track，PTT）；3—困难走行试验线（Screech Loop）；4—过渡试验线（Transit Test Track，TTT）；5—铁路试验线（Railroad Test Track，RTT）；6—冲击试验线（Impact Test Track，Impact）；7—提速试验线（Facility for Accelerated Service Testing，FAST）；8—排除故障人员的准备间；9—单轨机车车辆试验线
铁路试验线（RTT）是椭圆形环线，全长21.735km，设计试验速度257.6km/h，主要进行高速动车组综合性能试验及疲劳试验，以及配套的线路工程、通信信号、安全监控及相互接口部的试验。
过渡试验线（TTT）也是椭圆形环线，全长14.65km，有第三轨供电系统，设计最高试验速度128.8km/h，主要进行城轨车辆及配套系统性能试验及疲劳试验。
提速试验线（FAST）全长7.728km，是一个最小半径为349m的带反向曲线的环行线，主要进行大运量的系统疲劳试验。
另外还有一条车辆动力学试验线（9.982km）及一条冲击试验线（1.21km）。
美国国家运输技术中心（TTCI）最大的RTT高速环行试验线不仅对美国本国东北走廊高速线及高速动车组“飞人号”（Acela）进行了最高速度265km/h的系统试验（型式试验、性能检测及累计256万km的耐久疲劳试验），为东北走廊高速动车组安全运营奠定了基础，而且还为世界很多国家的高速动车组、高速线路重要部件、通信信号及供电设备等进行系统试验（包括疲劳试验），如法国阿尔斯通公司、加拿大庞巴迪公司、日本铁道综合技术研究所等都曾在美国TTCI环行线上进行过高速动车组及转向架、高速线路结构部件（钢轨、道岔、轨枕、扣件等）、通信信号、供电设备等系统性能试验，取得重要的试验数据，对发展各国的高速铁路具有十分重要的意义。我国20世纪80年代也曾在TTCI进行了轨道结构部件的系统性能试验。
美国国家运输技术中心（TTCI）还拥有配套的各子系统实验室（图1-4），装备了世界一流的先进试验设备，拥有一大批技术素质优秀的实验及分析人才，能对高速铁路及其他轨道交通的机车车辆、动车组、线路工程、通信信号、接触网与牵引变电、安全监测等子系统进行试验调试、检测验证、接口部试验，是高速铁路总体集成的基础。主要实验室（试验台）有轨道动力学实验室（RDL，实验室面积5000m2）、多功能加载机、振动试验台、微振台、轨道和桥梁设备大型实验室、金相及零部件实验室等高度完善的实验设施，能对机车车辆和动车组的车体疲劳强度、转向架悬挂动力学性能、脱轨参数等进行测试与分析，对新型轨道及道岔进行检测、分析与评估，对桥梁使用寿命进行测评，开展轮轨相互作用力检测，并对轨道和车轴零部件、材料进行测试分析，包括无损测试、液体贯穿、磁粉及超声波探伤等。
图1-4 TTCI实验室及服务管理设施分布
1—办公楼；2—工程技术楼；3—机车车辆动力学实验室；4—材料实验室；5—轨道及桥梁实验室；6—部件实验室；7—高速机车车辆整备库；8—备品库、技术服务工段；9—地铁动车及城市轨道车辆整备库
TTCI还装备了多辆试验车，车上安装各种参数测量传感器及二次仪表，能进行轮轨关系、弓网关系、信号与控制、重要部件应力、应变、轮轨冲角、钢轨断面形状及表面光洁度、道岔断面、各种电气参数及热力参数的测量，利用先进的遥控数据采集及数据分析系统对高速铁路系统性能进行验证评估。
2.德国西门子韦格贝格—维尔登拉特铁路车辆实验中心（PCW）及柏林—勃兰登堡铁路技术试验场（GBT）
1997年，德国西门子公司交通技术部在德国政府全力支持下，仅用13个月时间，在位于门兴—格拉德巴赫地区韦格贝格—维尔登拉特原英国军用机场原址上修建现代化的铁路车辆实验中心（简称PCW）并投入运营。该中心具有5条试验线（图1-5），总长度22km，其中包括T1椭圆形环线（6.1km），最高试验速度160km/h，允许轴重26t；T2环线（2.5km），设有准轨和窄轨（1000mm）两种轨距及第三轨；T3～T5三条试验线，设有小半径曲线。实验中心还配备有子系统实验室，能进行各种子系统调试及部件试验。试验线的供电设备能提供世界上所有的电流制式。
图1-5 德国西门子韦格贝格—维尔登拉特实验中心（PCW）线路及全貌
在德国这个现代化的实验中心，西门子公司约有95％的高速铁路机车车辆及其他装备的试验在此完成，其中包括新型的ICE3型及ICE350型高速动车组的系统试验及系统接口联调试验。PCW提供的试验包括三种类型：①定型试验，可以确定批量生产的高速动车组及其他车辆设计方案；②质量认证试验，以决定批量投产时逐件检查的各节车辆的技术质量；③创新设计开发试验，如ICE3高速动车组的各种新开发部件试验。其余5％的试验任务，包括速度高于160km/h的线路高速试验及信号安全级别试验必须在高速运营线上进行试验验证。PCW对德国西门子公司的技术创新发挥了巨大的作用。
德国另有计划在柏林—勃兰登堡修建高速铁路技术试验场（GBT）（图1-6），其试验线路包括东、西两个单环线及连接两个环线的两条8km长的直线段，最高试验速度250km/h。各试验段可实现供电分离，可以采用不同的直流或交流供电制式。
3.法国瓦朗谢讷铁路实验中心及高速铁路试验段
法国瓦朗谢讷铁路实验中心（图1-7），位于杜埃—瓦朗谢讷铁路线以南的雷斯姆地区，占地460000m2，阿尔斯通公司和庞巴迪ANF公司承担了全部投资的72％，阿尔斯通占更大比例，全部投资为1.8亿法郎。其余由欧洲地区发展基金和行政大区补贴支付。2000年3月正式投入使用。
图1-6 柏林—勃兰登堡计划修建的高速铁路技术试验场（GBT）线路及全貌
图1-7 法国瓦朗谢讷铁路试验中心及全貌
该实验中心的建立是为了执行欧盟委员会1996年7月23日颁布的96/48号高速铁路列车在欧洲铁路网上相互过轨运营的指令，该指令强制各种高速动车组（不论哪个制造商）必须执行各个认证所认同的技术规范和标准。为适应这些变化，必须配置一个高速铁路系统试验的国家级实验中心。此外，法国工业及科研部门也急需像美国、德国这样的铁路实验中心。
该实验中心主要有4条试验线路：①速度试验线（VEV），全长2.75km，直线段，速度100km/h，主要进行牵引、制动试验；②耐久性环线（VAE），全长1.83km，速度70km/h，主要进行机械、电气部件的耐久性试验；③无人自动驾驶试验线（PASC），全长1.8km；④S形调头线。各试验线彼此独立，能保证试验安全。试验线提供各种电流制式。该实验中心对法国高速铁路高速动车组及其他系统的创新及系统集成发挥了巨大的作用。
IRIS320高速铁路综合检测车是试验中心装备的重要部分，检测速度可达320km/h，对运营中的高速铁路检测周期为每两周一次。IRIS320检测车检测的项目包括轨道几何参数、钢轨断面、钢轨表面、线路环境和数字图像，扣件、轨枕、道砟的运行状态，通信信号设备的运用状态，接触网及受流状态等，在技术方面处于国际先进水平。
法国在高速铁路的运营线上还设置了专门的试验段，进行高速及超高速的性能试验。2007年前高速试验段在大西洋线的西南支线上，该试验段长96km，平纵断面均符合试验要求，曾在1990年5月进行了450km/h以上超高速试验53次，试验速度达到515.3km/h。2007年4月3日法国在新建的巴黎—斯特拉斯堡东部高速线上开辟了新的试验段，试验速度达到574.8km/h。
4.俄罗斯铁道运输科学院谢尔宾卡环行试验基地及白列奇卡—迈科普高速试验段
俄罗斯铁道运输科学院的谢尔宾卡环行试验基地（图1-8），位于莫斯科近郊谢尔宾卡车站附近，始建于1932年，是世界上最早的环行线试验基地。基地最初只有半径956m的正圆形外环线，总长6007m，1962—1963年又增铺两条内环线，周长分别为5360m和2600m，轨距均为1520mm。牵引供电分别为交流25kV和直流3kV、6kV两种，外环最高试验速度140km/h，两个内环速度均为100km/h。此外还有两个站场。
在环行试验基地上可以进行涵盖各类高速、重载、城轨列车及线路工程、通信信号、牵引供电及其他技术装备的性能试验和疲劳试验。例如，250km/h高速动车组性能试验和轻轨线路结构性能试验，每1km线路的运输强度可达150万~180万t·km，全部列车试验由中央调度所通过信集闭设备遥控指挥。
图1-8 俄罗斯谢尔宾卡环行试验基地
在谢尔宾卡环行试验基地还有30多个子系统实验室，如图1-9所示，可进行机车车辆及动车组的牵引传动、制动、车钩缓冲器、转向架悬挂、冲击强度，线路轨道部件及疲劳特性，通信信号、供电能力等试验，俄罗斯的谢尔宾卡环线试验基地也承接了加拿大、日本、德国、奥地利、美国、荷兰、法国、印度等国家铁路产品的试验。
图1-9 谢尔宾卡环行试验基地的实验室布局
1—机车车辆库、实验室；2—列车运行控制楼；3—实验室；4—变电所；5—行政管理和生活楼；6—钢轨落锤试验台；7—机车车辆称重台；8—检修车间；9、10—各种实验室；11—冲击试验线；12—自动车钩实验室；13—谢尔宾卡火车站
俄罗斯铁道运输科学院在20世纪70年代专门在北高加索铁路局的白列奇卡—迈科普间修建了一条高速试验段，全长24km，中间有一个车站，最高试验速度可达250km/h，具备交、直流两种牵引供电制式，冬季路基、道砟层不会冻结，在试验段还配备了专用的试验检测车，车上安置了各种先进的检测仪器及数据采集分析系统。试验段上有10km直线段，其他为半径350~2050m的各种曲线段。试验段上有8座钢筋混凝土桥梁。该试验段已进行了大量的机车车辆、高速动车组及线路、信号、供电的系统试验，其中包括速度270km/h的ТЭП80内燃机车以及莫斯科—圣彼得堡间运营的250km/h高速动车组系统试验。
5.日本铁道综合技术研究所高速铁路系统试验工程实验室（包括运营线试验段）
日本铁道综合技术研究所是日本高速铁路系统试验的基地，具备先进的系统试验工程实验室体系。由于日本国土狭小，土地资源贫乏，因此没有建设环行试验线，但其建设了一大批先进的实验室，辅以委托美国运输技术中心（TTCI）进行必要的环行线系统性能试验及疲劳试验，并在高速铁路上设置试验段进行最终验证试验，达到高速铁路技术创新的目标。
日本高速铁路系统试验工程实验室主要包含下列实验室（图1-10）：
高速机车车辆滚振试验台，最高试验速度500km/h，检测高速机车车辆各项重要性能参数，进行总体评估与分析，提出改进方案。
高速制动试验台可进行500km/h速度下高速实物制动（盘形、踏面）性能试验能模拟，降雨降雪状态。主要检测制动距离、制动时间、摩擦表面状态、闸片寿命等重要制动参数，并对制动系统进行综合评估。
双滚柱接触疲劳试验机，可精确测量轮轨接触力及疲劳应力。
弓网受流试验装置，可进行200km/h速度下弓网动态特性试验，检测接触压力、弓网受流参数等。
隧道衬砌模型试验装置，可三维主体再现隧道基础与衬砌间相互作用，以检测重要的隧道结构参数。
路基综合试验装置，实物模拟列车对路基与轨道的影响，检测路基压力，研究整治路基的方法。
钢轨疲劳试验装置，可施加750kN弯曲荷载及1000kN轴向荷载的弯曲疲劳试验。
钢轨扣件三轴疲劳机，进行钢轨与扣件动/静态耐久性试验。
图1-10 日本铁道综合技术研究所的高速实验室系统
移动式轨道动载试验装置，可以实物进行轨道的动/静轮重和横压力试验，检测轨道结构各种重要参数，研究轨道下沉原因。
风洞技术中心，是世界一流的大型低噪声风洞，检测高速动车组空气动力参数，研究降低空气噪声及空气阻力的措施。
EAST-i综合检测车可对高速铁路空气动力参数轨道、接触网、轮轨作用力、车体加速，度、通信信号等各项动态参数进行检测，最高速度275km/h，共有6列，与新干线综合调度系统COSMOS联网，以控制高速铁路的安全状况。
在各系统试验检测验证基础上，日本综研所在已运营的高速铁路上建立了若干个试验段，进行最后验证性的系统集成试验。如建立了日本东北新干线的小山综合试验段（全长42.89km），最高试验速度达319km/h；上越新干线的长冈—新潟试验段（全长50km），最高试验速度425km/h（1993年12月）；东海道新干线的京都—米原试验段（全长70km），最高试验速度达到443km/h（1996年7月）。