空调激励对某地铁车辆乘坐舒适度影响试验研究

钟元木，刘龙玺，孙维光，孙现亮，张立民

(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266100； 2.西南交通大学 牵引动力重点实验室，四川 成都 610031)



空调激励对某地铁车辆乘坐舒适度影响试验研究

钟元木1，刘龙玺1，孙维光1，孙现亮1，张立民2

(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266100； 2.西南交通大学 牵引动力重点实验室，四川 成都 610031)

通过对车载空调激励对车体振动贡献的分析，研究了某地铁车辆车载空调和空压机激励状态对乘坐舒适度的影响.结果表明：①空压机运行状态对车辆两端的舒适度指标几乎无影响，车辆中部的舒适度指标受空压机运行影响较大，空调状态对舒适度影响很小；②车辆的舒适度指标随速度的提高而线性增加.同样速度级别下，1位端的舒适度指标最大，中部的舒适度指标最小；③设备对舒适度的贡献率γ2随车速提高而下降，线路对舒适度的贡献率γ1随车速提高而上升，当γ1=γ2时的车速为临界速度VCR.对于车辆1位端来说VCR=25 km/h, 对于车辆2位端来说VCR=35 km/h,车辆中部在试验速度范围内无临界速度.

地铁车辆；乘坐舒适度；空调振动；振动测试

文献识别码：A

0 引言

车辆在行驶过程中产生的振动一方面来自于轮轨的激励，另一方面来自于设备的激励.在给定行驶速度的前提下，研究哪一种激励对乘坐舒适度的贡献大，对于确定隔振目标和制定抗振措施具有重要的现实意义.关于乘坐舒适度方面的研究由来已久，文献[1]对振动舒适度、曲线通过时的舒适度以及加减速时的舒适度等方面进行了综述，介绍了Helberg-Sperling及Jeneway等的关于舒适度的试验研究，以及ISO关于舒适度标准的形成过程.文献[2]通过假设轨道系统垂向支承刚度沿纵向分布发生突变模拟了轨下支承失效状态对车辆乘坐舒适度的影响，给出了轨下支承失效将会使车辆振动加速度急剧增大，导致舒适度变差的结论.文献[3]研究了轨道曲线对乘坐舒适度的影响，确定了曲线半径及超高等因素对舒适度的贡献.文献[4]研究了车下设备振动烈度试验方法以及对乘坐舒适度的影响.文献[5- 6]研究了提高乘坐舒适度的一些措施，包括利用降低空气弹簧横向刚度、增大横向橡胶止挡刚度等方式提高车辆横向乘坐舒适度方面的研究结果.这些研究主要集中在如何提高舒适度指标的精确度以及在不同条件下的舒适度评价方法等方面，很少有人提及设备等激励源对乘坐舒适度的贡献率问题，本文通过试验方法研究了某地铁车辆附属设备激励和轮轨激励的对舒适度指标的贡献率，得到了关于舒适度的临界速度和不同激励方式对舒适度贡献率随车辆速度的变化规律，为确定车辆系统的振动设计目标和措施提供了试验依据.

1 舒适度计算方法和评定

(1)

垂直方向Z加权曲线的权重曲线函数HB(s)：

(2)

三个方向加权函数各项系数值见表1.

表1 加权函数各项系数值

振动加速度信号通过式(1)和式(2)加权滤波后得到加权均方根值，按UIC513建议的列车站立位置舒适度简化测量公式如下.

(3)

其中,a为加速度有效值.

列车舒适度等级划分见表2.

表2 列车舒适度划分等级

2 试验设计

某带有置顶空调的地铁车辆如图1所示.车顶两端的空调与车体之间通过隔振器连接.空调工作模式有，全冷、半冷、通风、半热、全热.空调不同工作模式对车辆乘坐舒适度的影响不同.

图1 被试车辆及现场照片

分析思路如下：

(1)车辆静止时，单独启动运行设备(空调)，测试空调不同模式和空压机共同作用时车辆乘坐舒适度N2；

(2)车辆不同运行速度时，测试空调不同模式时车辆乘坐舒适度N0；

(3)假设轨道激励和设备激励互不相关，分析轨道独立激励引起的舒适度N1；

(4)分析设备不同激励模式和线路激励引起的舒适度对总乘坐舒适度的贡献率;

线路独立激励引起的舒适度贡献率：

设备独立运行时引起的舒适度贡献率：

(5)给出当N1=N2时的临界速度.

为达到上述目的，设计了如下试验过程：

(a)静态试验

单独启动运行设备(车辆静止)，测试舒适度指标N2.试验方案如表3：

表3 设备单独启动(车辆静止)测试工况

(b)线路运行试验

为获取线路条件下的舒适度指标N0，设计了不同工况下的线路试验，试验工况见表4.

表4 线路运行测试工况

表4 线路运行测试工况(续表)

注：全部工况下空压机处于启动运行状态.

3 某地铁空调状态对舒适度的贡献实例

按照设计的试验工况表进行了线路试验，不同工况下地板振动加速度如图2所示.

图2 车辆2位端振动加速度测试曲线

按照第2节的分析方法对某地铁车辆进行了试验，通过对试验数据的处理得到表5.

表5 设备激励状态对舒适度贡献表

表5 设备激励状态对舒适度贡献表(续表)

分别对车辆的1位端、中部和2位端的舒适度指标随激励工况和运行速度的变化规律进行分析如下：

(1)空调运行状态和线路对车体1位端乘坐舒适度的贡献率分析

如图3是设备激励状态及运行速度对车辆1位端舒适度的影响，可以看出:①设备激励对舒适度的贡献随运行速度提高而下降，线路激励对舒适度的贡献随运行速度提高而增加；②当V=25 km/h左右时，设备和线路对1位端舒适度的贡献率相等，当V<25 km/h时线路对舒适度的贡献小于设备，当V>25 km/h时线路对舒适度的贡献大于设备.

图3 设备激励状态及运行速度对车辆1位端舒适度影响

(2)空调运行状态和线路对车辆中部乘坐舒适度的贡献率分析

如图4是设备激励状态及运行速度对车辆中部舒适度的影响，可以看出：①设备对车体中部舒适度的贡献随车速提高而下降，线路对车体中部舒适度的贡献随车速提高而上升；②在试验速度范围内(10～60 km/h)，设备激励对车体中部舒适度的贡献大于线路激励.

图4 设备激励状态及运行速度对车辆中部舒适度影响

(3)空调运行状态和线路对2位端乘坐舒适度的贡献率分析

如图5是设备激励状态及运行速度对车辆2位端舒适度的影响，可以看出：①设备对2位端舒适度的贡献随车速提高而下降，线路对2位端舒适度的贡献随车速提高而上升；②当V=35 km/h左右时，设备和线路对1位端舒适度的贡献率相等，当V<35 km/h时线路对舒适度的贡献小于设备，当V>35 km/h时线路对舒适度的贡献大于设备.

图5 设备激励状态及运行速度对车辆2位端舒适度影响

4 结论

提出了评判车载设备对车辆舒适度贡献方法，利用车辆线路试验进行了检验，对被验车辆的检验结果如下：

(1)空调振动对舒适度的贡献随车速提高而下降，线路对舒适度的贡献随车速提高而上升；

(2)对于车体1位端来说，当V=25 km/h左右时，空调激励和线路激励对舒适度的贡献率相等，当V<25 km/h时车辆舒适度主要受空调影响，当V>25 km/h时车辆舒适度主要受线路影响；

(3)对于车体2位端来说，当V=35 km/h左右时，空调激励和线路对1位端舒适度的贡献率相等，当V<35 km/h时车辆舒适度主要受空调影响，当V>35 km/h时车辆舒适度主要受线路影响; (4)对于车体中部来说，在试验速度范围内(10～60 km/h)，设备激励对车体中部舒适度的贡献大于线路激励.

[1]高井秀之.铁道车辆乘坐舒适度评定方法综述[J].国外铁道车辆,1996(6):6- 12.

[2]肖新标，温泽峰，金学松.轨下支承失效对车辆系统动态响应及乘坐舒适度的影响[J].铁道学报,2007，29(6)：26- 29.

[3]铃木，浩明.车辆通过缓和曲线时乘坐舒适度评价法[J].国外铁道车辆，2001，38(3)：36- 40.

[4]班希翼，孙梅云.减振器悬挂刚度对柴油机振动烈度的影响[J].噪声与振动控制，2013，33(5)：166- 169.

[5]KEN IWANAMI.提高乘坐舒适度的措施[J].国外铁道车辆，2008，45(3)：33- 35.

[6]鈴木和馬，刘阳春.关于提高车辆横向乘坐舒适度的研究[J].国外铁道车，2010(6)：25- 28.

[7]张丙强.车辆—路面系统耦合振动分析及乘坐舒适度评价[D].长沙：中南大学，2013.

Experimental Study of Equipment Vibration Effect on Subway Ride Comfort

ZHONG Yuanmu1，LIU Longxi1，SUN Weiguang1，SUN Xianliang1，ZHANG Limin2

(1.CRRC Sifang Co.,Ltd,Qingdao 266100,China； 2.Traction Power Lab.，Southerst Jiaotong University，Chengdu 610031,China)

The method of evaluation of influence ratio of equipment vibration on vehicle ride comfort is studied.Through the test method,the excitation state of subway vehicle ride comfort equipment influence on vehicle is researched.The results show that ①the air compressor (suspended) has almost no influence on both ends of the running state of body comfort index,comfort index of the central body of the air compressor operation effect (about 3 times); ②the comfort index increases linearly with vehicle speed.At the same speed level,comfort index of 1 end is the largest max,and comfort index of central air conditioning state is minimum; ③With the increase of vehicle speed,comfort contribution rate of equipment γ2decreases,and the comfort contribution rate of line γ1increases.When γ1=γ2,the critical speed VCRis reached.If VCR=25 km/h for terminal 1,and VCR=35 km/h for terminal 2,there is no critical speed of central body in the test speed range

metro；ride comfortable；air-conditioner vibration；vibration test

1673- 9590(2016)03- 0006- 05

2015- 08- 17

钟元木(1972-)，男，高级工程师，学士，主要从事车辆结构设计及减振的研究E-mail:zhongyuanmu@cqsf.com.