不同计算时间下的平稳性指标对比研究

姜 威 冯程程 田 凯

(中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111)

0 引言

轨道交通运输是交通运输行业中重要的组成部分，近年来轨道交通快速发展让人们的出行更加便捷。各式各样地铁车辆不仅可以体现各个城市的特点，而且逐渐成为居民出行的主要交通工具，地铁车辆因其特殊的运行环境可以避免交通的拥堵，也使其更加快速和便捷。近几年地铁列车的快速发展，使得人们更加关注出行的舒适性，反映列车运行舒适性的一个重要指标是平稳性指标，本文介绍了一种结合测试手段下的平稳性计算方法，并将GB5599-1985和GB5599-2019的计算结果进行了对比分析。

1 试验方案

1.1 试验工况

本次测试工况均为AW0，即空载运行。全程ATO模式下运行，到站正常停车，全程保持数据采集仪工作。

1.2 试验设备

本次试验的传感器采用加速度传感器，量程范围±10g，偏值<50mg，偏值稳定性<0.5mg，偏值重复性<50mg，工作温度范围-55℃-+125℃，供电电压范围3-7VDC。

1.3 试验测点布置

此次测试选择一辆T车作为测试对象。测点布置在转向架正上方的客室内且与车辆纵向中线偏离1m的位置，单节车厢内的两个测点对称分布，示意图如图1所示。每个测点布置横向Y和垂向Z两个传感器，分别用于测量横向振动加速度和垂向振动加速度。首先参照GB5599-1985铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范，粘贴传感器之前要求对垫板粘贴处进行清洁和打磨，打磨面要平整光洁，保证传感器粘贴后能够正常工作。测点布置如图1所示。

图1 振动加速度测点布置示意图

2 计算方法

地铁列车的平稳性指标是用于评判地铁列车在运行过程中的舒适性能，其运行速度、悬挂参数、环境温度都会对平稳性产生影响，进而影响乘客乘坐的舒适度。平稳性指标的计算公式如下：

(1)

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)——与振动频率相关的加权修正系数，对于垂向加速度的频率加权函数为。

(2)

对于横向振动加速度的频率加权函数为：

(3)

公式(1)～公式(3)计算的平稳性指标通常情况下仅对于单一频率的振动适用，而实际列车在运行过程都大多情况下属于随机振动，对于传感器测得加速度信号需要对其按频率分组，分别对不同频率的振动平稳性指标进行计算，最后进行总平稳性指标的计算，计算公式为：

(4)

参照GB5599，对平稳性指标的评定通常分为以下三个等级，如表1所示。

表1 平稳性指标评定等级

3 测试案例分析

3.1 GB5599-1985测试结果

通过对国内某地铁列车的客室内布置振动加速度传感器，在ATO模式下进行空载运行。测得的振动加速度信号通过上述计算方法得到的平稳性结果如图2所示，图2为国标要求每18秒计算一次平稳性。

图2 各测点平稳性与速度关系图

各个测点的不同方向平稳性最大值汇总结果如表2所示。

表2 各测点平稳性最大值

3.2 GB5599-2019测试结果

新旧国标的变动体现在由18秒进行一次平稳性计算改为5秒计算一次，旧国标要求每2秒进行分段，新国标没作具体要求，计算结果如图3所示。

图3 各测点平稳性与速度关系图

各个测点的不同方向平稳性最大值汇总结果如表3所示。

表3 各测点平稳性最大值

图中的红色横线表示平稳性的极限值2.5，在红色限值以下的点均为优秀，蓝色的曲线表示速度变化，红色的散点图表示在整个运行过程中的不同时间段的平稳性值。

3.3 测试结果对比

为更直观的反映不同计算时间下的平稳性结果的差异，将5s计算结果和18s计算结果汇总到同一张图中，如图4所示。

图4 不同计算时间下平稳性对比

如图4所示，5s计算一次平稳性，最大值比18s计算一次的结果大；最小值比18s计算一次的结果小。选择速度大于70km/h时，平稳性计算结果的平均值汇总于表4中。

表4 各测点平稳性平均值对比

3.4 测试结果分析

通过图2、图3和图4各个测点的平稳性与速度的关系图可以发现，测试车辆的平稳性指标均小于2.5；同一节车厢的两测点的同向平稳性近似相同；与GB5599-1985计算结果比较，GB5599-2019的计算结果波动范围大，其最高速度下的平稳性平均值大，二者整体变化趋势相同。

4 结论

本文介绍了一种测试手段下的平稳性计算指标。根据文中实例，本次试验计算的5s平稳性平均值大于18s的计算结果，说明GB5599-2019相对于GB5599-85版本，在轨道车辆的运行品质上提出了更高的要求。