高速列车平稳性与乘坐舒适度测试及评价

2015-02-18马思群王晓杰王成强

大连交通大学学报 2015年1期

马思群，王猛，王晓杰，王成强，邓海

(1.大连交通大学交通运输工程学院，辽宁大连 116028;2.北京理工大学，北京 100081;3.中国北车集团长春轨道客车股份有限公司，吉林长春 130000)*

0 引言

随着我国高速铁路的发展，高速列车运营速度大幅提升，最大程度的保障乘客出行时的安全性和舒适性，时刻保障乘客出行的最基本权益是铁路工作的重中之重.为此，新型列车出厂之后要进行长期的平稳性跟踪监测，确保平稳性指标达到相关要求.舒适度是乘坐旅客列车的乘客对旅行品质的综合反映评价，狭义来说，舒适度是列车运行产生的振动(包括横向、纵向和垂向三个方向的加速度)对乘客的影响问题，即乘坐舒适度和平稳性［1］.本文通过对新型高速列车出厂后进行平稳性监测，分别采用平稳性和舒适性指标对列车的动力学性能进行分析，为下一代动车组的优化设计提供试验依据.

1 计算方法与评价标准

1.1 平稳性标准

Sperling平稳性指标主要对车辆运行的横向和垂向振动加速度进行综合评价，此方法是通过大量的试验验证得出的具体结果.根据试验结果，得出平稳性评价指标的计算公式(式(1)、式(2)).引进频率修正项，提高了评价精度，同时考虑到车体对不同方向的振动敏感性和影响性的差异，将垂向振动和横向振动的评价计算分开，从而得到了Sperling公式，我国铁路以Wz≤2.5为评价的最优目标限值.平稳性指标用下式表示:

1.2 舒适性标准

UIC513舒适度指标综合加权了被测点处横向、纵向和垂向3个方向加速度进行舒适度评价［2］.其中测量和计算方法有3种，如下所示:

A、简化意义上的舒适度计算公式

B、坐姿完整的舒适度计算公式(即考虑座椅和地板位置的振动加速度)

C、标准站立姿势完整的舒适度计算公式

以上三个公式是一次5 min测量振动加速度的采集信号进行处理分析.在这一时间段内，计算时是分为60个小段进行的.式中a为加速度值，X、Y、Z为加速度振动方向.

2 试验测试方案

本次试验对象为某型高速动车组，主要用到光纤光栅加速度传感器、光纤传输线、光纤光栅解调仪、工控机，无线传输设备和保证电源长时间供应的不间断电源.其中，传感器选用为基于FBG技术的OS7100加速度传感器，金属密封设计，铠装光缆保护，使用标准螺纹结构连接于结构表面，组合成三轴结构;SM130光纤光栅解调仪，大功率、高存储率、多通道.其中光纤解调仪自配软件系统，可进行相关参数设置、存储设置等.

试验用的其他设备如表1所示.

表1 设备名称及功能

根据 GB5599-85标准的详细规定［3］，在车体地板上布置了3组传感器，每组传感器包括3个单向传感器和一个温度补偿传感器，3组传感器安装示意图如图1，测定列车车体横向和垂向加速度以及纵向加速度.使用的光纤光栅加速度传感器安装在距1、2位心盘(转向架正上方地板位置)一侧1 m的车体地板面上，且在车体中心位置也安装有加速度传感器.

图1 GB5599规定的加速度测量点位置

3 测试结果

3.1 平稳性指标

基于Sperling平稳性指标的计算结果如表2、表3所示.

表2 计算结果(横向)

表3 计算结果(垂向)

由计算结果可知:一位端横向在速度250km/h以下时，平稳性指标为优秀，在300 km/h时，平稳性指标为良好，垂向在速度200 km/h以下时，平稳性指标为优秀，在250 km/h以上时，平稳性指标为良好;二位端在横向和垂向的各个速度等级的加速度方均根值均小于2.5，属于优秀级别;中间测点位置横向在速度200 km/h以下时，平稳性指标为优秀，超过250 km/h时，平稳性指标为良好，垂向在速度150 km/h以下时，平稳性指标为优秀，在200 km/h时，平稳性指标为良好.