地鐵车辆运行舒适度与平稳性测试系统方案介绍2.docxVIP

地铁车辆运行舒适度与平稳性监测系统方案介绍 摘要 地铁车辆作为如今普遍使用的公共交通工具，其运行的平稳性和必要的舒适度应被予以保证。沿用至今的平稳性指标和国际铁路联盟提出的UIC 513标准已被广泛用于衡量旅客乘坐地铁时的平稳感和舒适程度。然而，为获得地铁实际运行时的各项实时参数，一套便于组装、高精度、且能分布式布置和远程监控的监测系统则能有效帮助工程师对列车进行改进，同时列车员也能根据监控数据对列车的运行状况进行即时调整。本方案即提出一套符合上述要求的监测系统。 推荐使用实时监测地铁车辆平稳性和舒适度监测系统的目的 随着城市化进程的加快，地铁作为重要的城市交通工具之一的重要性也越来越高。今年3月8日，北京地铁路网客运量首次突破1000万人次大关。政府对地铁交通的补贴负担也因此不断加大。地铁票价的上涨势在必行。 然而，地铁票价的上涨势必带来乘客对运行的平稳性和舒适度要求的增加。而乘客对平稳性和舒适度的感知主要源于乘坐时加速度的变化。地铁车辆生产部门在研发生产时已根据国家提出的平稳性指标和国际适用的舒适性标准，对地铁车厢进行反复的调校和测试。然而，地铁的运行环境非常复杂，地铁车厢的行动状况会因为铁路条件和乘坐人员分布的差异而不同。比如，以不同的速度或加速度在某段铁路路段上行驶，不同位置的乘客在车厢内的感受到的振动和倾斜加速度会完全不同。而地铁驾驶员或主控中心对其的感知只能通过模拟和实验数据获得。一套可以在地铁实际运行时对每节车厢的各个部位进行运行时加速度进行数据采集的监测系统或数据采集系统，辅以软件控制和获得采集结果并按时序存储，能帮助地铁设计人员有根据地对转向架等部位进行调整，同时能帮助地铁驾驶员和主控中心根据实时监测结果对运行速度和加速度等参数进行更改，以增加乘客乘坐地铁时的舒适度和平稳感。 地铁车辆平稳性和舒适度标准计算方法 车辆平稳性和舒适度都有标准的计算方法。平稳性指标的计算方法按照中华标准出版社发行的GB5599-1985铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范，而舒适性的计算方法按照国际铁路联盟（UIC）提出的UIC 513标准而来。 2.1 车辆Sperling平稳性指标计算[1] Sperling指标用于评定车辆本身的运行品质和旅客乘坐舒适度。运行品质由车辆动力性能来衡量，而舒适度则还与旅客对振动环境的敏感度有关。用于舒适度评价的Sperling平稳性指标，计算公式如下[2]： W=0.896 式中，W为平稳性指标；am为振动加速度峰值；f为振动频率；F(f)为为与振动频率相关的加权修正系数，表示人对各种振动频率的不同敏感性，在常用的频率范围内，竖向和横向的加权函数F(f)也各不相同。 以上平稳性指标适用于单一频率的等幅振动，而实际上车辆振动为随机振动。从车体上测得的加速度包含了车辆振动的整个自然频率，需将其按频率分组，统计出每一频率中不同加速度的平稳性指标值。因此，总平稳性指标采用式(2)计算。 W总 平稳性指标测试时，传感器安装在距转向架中心1 000 mm的地板面上；将加速度值进行快速傅里叶变换得到频谱(所记频谱范围为0．5～40Hz)后，再由频率加权计算获得平稳性值。Sperling平稳性指标的评定等级分为3级，如表1所示。 表1 Sperling平稳性指标的评定等级 平稳性等级 评定 平稳性指标 客车 货车 1级 优 2.50 3.50 2级 良好 2.50-2.75 3.50-4.00 3级 合格 2.75-3.00 4.00-4.25 2.2车辆舒适度指标计算[1] 旅客平均舒适度指标的测量和计算参照国际铁路联盟UIC 513标准，分为完全方法和简化方法；其简化方法对站姿和坐姿舒适度的计算都适用。简化方法的计算公式为[3]： NMV 式中：NMV为舒适度指标，其中下标MV表示舒适度计算简化方法；a 为有效加速度，其上标Wi(i=b,d)为加速度值按频率加权(d表示水平方向，b表示垂直方向)，下标x、y、z分别表示纵向、横向、竖向，P表示测点位于地板面，95表示加速度取95％置信点的有效值。舒适度指标N 评定标准为：N1，非常舒适；1≤N2，很舒适；2≤N4，较舒适；4≤N5，不舒适；N≥5，非常不舒适。当站姿和坐姿采用简化方法进行计算时，N不得超过下列数值：城市轨道交通车辆为4；普通铁路机车车辆为3；上等铁路机车车辆为2。 地铁车辆运行舒适度与平稳性监测系统 本文提出一套实用性高的地铁列车平稳性和舒适度实时监测系统。该监测系统被设计可运用于已有和将来生产的地铁车辆中。考虑已投入运营或研制完成的地铁车厢数量巨大，因此对实时监测系统的布置应该以对车辆改造最小化为最初设计宗旨。 监测系统由加速度应变传感器，信号调理模块，高精度A/D转换模块，以及数据传输系统组成。加速度的采用基准是可以高敏有效感知车辆运行时