和谐号CRH380动车组列车车内压力测试与分析

马春生 王子超

(1.中车长春轨道客车股份有限公司海外业务部， 130062， 长春； 2.神州高铁技术股份有限公司， 100044， 北京∥第一作者， 高级工程师)

自20世纪60年代日本新干线投入运行后，日本和西欧等一些国家相继围绕列车高速运行对旅客舒适度的影响展开了一系列研究。结果表明，不合适的车内压力变化会导致旅客产生耳鸣、恶心等不舒适的症状[1]。产生上述症状的主要原因为：当列车在隧道内高速运行时，交替出现的压缩波和膨胀波，使隧道内的空气压力不断发生变化，如果车厢气密性不良，空气压力变化传入车内，导致车内空气压力剧烈变化，使旅客耳感不适，甚至头晕、呕吐等[2]；其次，进风口滤网的堵塞，也会导致车内压力的不断变化，使旅客产生耳鸣等症状[3]。

和谐号CRH380动车组列车是我国高速铁路的主力运输车型[4]。目前，大量涉及高速列车压力研究的文献主要关注于高速列车压力变化对列车关键部件疲劳的影响、车外风压对行车安全的影响，以及列车进出隧道时气压对列车气动性能的影响等[5]。目前，针对高速列车车内压力测试，以及压力变化对旅客舒适性影响的研究相对欠缺，特别是在多种运行工况下对高速列车车内压力的长期跟踪研究还十分少有。

本研究对和谐号CRH380动车组列车车内压力进行长期的跟踪监测，记录和分析了线路不同运营状态下车内压力的变化趋势和规律，为动车组列车车内压力变化对旅客乘坐品质影响的研究奠定了一定基础。本研究中动车组列车车内压力测试分析的最大特点是基于对运营高速列车的长期跟踪测试，而不是对试验列车进行短期测试。其测试数据更具实用性，且更贴近真实运营工况。

1 和谐号CRH380动车组列车车载无线压力测试系统介绍

1.1 硬件组成

为长期跟踪运营高速列车车内外压力变化情况，需要开发适合在线长期运用的压力测试系统。为此，开发了一种远程无线的车载压力测试系统。该测试系统由无线数据采集系统、列车级检测系统、地面数据处理系统及远程监控中心系统等组成。

列车检测系统主要由采集器、交换机、车载主控电脑、3G(第三代移动通信)路由器和GPS(全球定位系统)测速模块构成。其中，车载主控电脑通过车内局域网对整个采集系统进行控制。车载主控电脑安装在CRH380动车组的头部和尾部车箱内。每节车箱都有1个独立的列车级检测系统，且每节车箱独立构成1个采集系统。采集系统通过车载主控电脑数据采集软件进行控制，从而实现数据的收集和保存。3G路由器用以实现远程操控。

1.2 测点布置

在车厢的中部及两端均匀布置3个空压差传感器，以测量客室内不同位置的压力变化。测点布置示意如图1所示。

图1 CRH380动车组列车车内空压差传感器安装示意图Fig.1 Installation diagram of air pressure differential sensors in CRH380 EMU train

1.3 测试方法及数据处理依据

测试车内压力采用绝压传感器(型号为MPM489)，量程为0.90～0.11 MPa,精度为55 Pa,响应时间<1 ms。安装时将绝压传感器直接固定在座架下，车内压力采样频率为1 250 Hz，数据处理采用20 Hz低通滤波，同时需要考虑海拔对气压的影响。针对海拔高度引起的压力波动，在海拔3 000 m以下，大气压按海拔每升高12 m而降低133 Pa处理。

对于人体舒适性，根据铁建设[2007]88号《铁路隧道设计施工有关标准补充规定》中“双线隧道时，车内压力3 s变化率<1.25 kPa”进行评判。

2 动车组列车运行时车内压力分析

2.1 动车组列车通过明线时车内压力分析

统计2013年6月3日、2013年7月3日及2013年9月12日京广铁路广州站—北京西站区间的动车组列车车内压力波动数据，以及2013年9月11日不同工况下车内压力波动数据对比。

选取动车组列车运行线路中的明线数据，统计2013年6月到9月列车以300 km/h的运行速度通过该线路时车内的压力波动情况，包括车内压差最大值和车内压力3 s变化率最大值，分析列车通过明线时车内压力波动的影响。动车组列车通过明线时，车内各测点波动压力特征值如图2～3所示。由图2～3可知，列车通过明线时，车内压力波动与运营里程关系不大；车内压差最大值为188 Pa，3 s压力变化率最大值为33.6 Pa。图4绘制了40 s内车内各测点的压力变化情况。由图4可知，车内3个测点的压力波动特征值变化趋势基本一致。综上所述，动车组列车匀速通过明线时，车内压差及3 s压力变化率都很小，满足相关车内气压舒适性标准的要求；车内3个测点的波动压力特征值变化趋势较为一致。

图2 动车组列车通过明线时车内压差最大值统计图Fig.2 Statistical diagram of maximum pressure difference in the train when EMU train passes through the open line

图3 动车组列车通过明线时车内压力3 s变化率最大值统计图Fig.3 Statistical diagram of maximum value of 3 s change rate of internal pressure when EMU train passes through the open line

图4 动车组列车通过明线时车内压力波动图Fig.4 Pressure fluctuation diagram in the train when the EMU train passes through the open line

2.2 动车组列车通过隧道时车内压力分析

选取京广铁路广州站—北京西站的大瑶山3号隧道、吊钩岭隧道及九子仙隧道,隧道基本信息见表1。动车组列车通过上述3座隧道时，车内各测点压力特征值及压力时域，如图5～10所示。图11为 2013年9月11日广州站—北京西站区间动车组列车车内压力特征值统计图。

表1 隧道的基本信息表Tab.1 Basic information table of tunnel

a) 车内各测点压差最大值

由图5～11可知：

1) 列车通过不同长度的隧道时，随着隧道长度的增加，3 508 m以内压差明显增加，且3 s压力变化率有增大趋势；3 508 m以后3 s压力变化率又有回落趋势；车内3个测点压差和3 s压力变化率变化趋势基本一致。

2) 车内3个测点压力特征值变化趋势基本一致；车内压力波动与运营里程、镟修周期关系不大；车内压差最大值为1 344.5 Pa，3 s压力变化率最大值为247.9 Pa，均小于1.25 kPa，满足相关气压舒适性标准的要求。

a) 2013年6月3日

a) 车内各测点压差最大值

a) 2013年6月3日

a) 车内各测点压差最大值

2.3 在明线会车时动车组列车车内压力分析

选取2013年6月3日上行明线会车和2013年9月11日下行明线会车数据，统计明线会车时动车组列车车内压力波动特征值，包括车内压差和3 s压力变化率最大值(见图12～13)，分析明线会车对动车组列车车内压力波动的影响。

a) 2013年6月3日

a) 车内各测点压差最大值

图12 在上行明线会车时动车组列车车内压力波动时域图Fig.12 Time domain diagram of pressure fluctuation in EMU train when the upward open line meets

图13 在下行明线会车时动车组列车车内压力波动时域图Fig.13 Time domain diagram of pressure fluctuation in EMU train when the downward open line meets

由图12～13可知，在明线会车对动车组列车车内压力影响较小，且其压力波动幅值和列车通过明线时在一个压力水平，压力差不超过0.4 kPa，且上、下行线路规律基本一致。

3 结论

1) 车内3个测点压力波动特征值变化趋势基本一致，且车内压力波动与运营里程、镟修周期关系不大。

2) 动车组列车以相同运行速度通过不同长度的隧道，隧道长度在3 508 m以内时，车内压差明显增加，3 s压力变化率呈增大趋势；隧道长度在3 508 m以上时，3 s压力变化率有回落趋势，压差变化不大；车内压差最大值为1 344.5 Pa，3 s压力变化率最大值为247.9 Pa，均小于1.25 kPa，满足相关气压舒适性标准的要求。

3) 在明线会车对动车组列车车内压力影响较小，可忽略不计，说明动车组气密性较好。