測試軌道交通運輸安全性工具-MSR微型數據記錄儀

為了確保軌道車(chē)輛的性能測試是精確有效地,往往需要使用大型和昂貴的儀器和數據采集設備來(lái)提供有力的支持,不過(guò)在這篇關(guān)于瑞士施泰德鐵路公司的應用案例中,只需使用一種微小且功能靈活的數據記錄儀即可實(shí)現軌道車(chē)輛的駕駛性能和舒適程度以及其他拓展功能的準確測試。

如今,每位乘客都希望在乘坐交通工具時(shí)能具備良好的舒適度、安全性以及經(jīng)濟性,而對于有軌列車(chē)的制造商來(lái)說(shuō)則需要多方面均衡的考慮，如運營(yíng)商、客戶(hù)和政府議員之間的需求和利益關(guān)系。瑞士有軌列車(chē)制造商施泰德鐵路股份有限公司，主營(yíng)是鐵路和交通運輸系統的搭建，公司具有超過(guò)6000名雇員，也是世界領(lǐng)先的軌道車(chē)輛制造商。這里介紹的是施泰德的技術(shù)專(zhuān)家針對在它們制造的設施上進(jìn)行車(chē)輛移動(dòng)測試的應用。Karl Tillmetz和Claudia Kossmann分別負責對軌道交通運輸的安全性和乘客乘坐舒適度這兩個(gè)方面的技術(shù)難題進(jìn)行研究。而在這些任務(wù)中，施泰德的技術(shù)人員就使用了內置三軸加速度傳感器的微型MSR165數據記錄儀來(lái)進(jìn)行工作。

主觀(guān)舒適感受與實(shí)際測量數據

相較于乘客的主觀(guān)駕駛感受，更需要通過(guò)實(shí)際的可重復使用的數據資料來(lái)為乘坐品質(zhì)提供一個(gè)可用的定量標準。瑞士MSR公司生產(chǎn)的微型記錄儀可以對幾乎所有的物理量和電氣量進(jìn)行測量，如：溫度、濕度、壓力光照強度、振動(dòng)及其他電壓、電流輸出類(lèi)型的傳感器。施泰德公司通過(guò)使用MSR數據記錄儀進(jìn)行了多種應用的測試，例如對車(chē)輛駕駛過(guò)程中出現突發(fā)振動(dòng)和其他振動(dòng)現象的研究。根據施泰德技術(shù)人員的說(shuō)法，這些記錄儀所具備的獨立性、自供電、微小型、內置大容量存儲空間的特性使得其非常適用于運動(dòng)狀態(tài)振動(dòng)性的測試，并能夠根據設定需求自主開(kāi)始測量工作。這些微小的數據記錄器可以快速安裝和便利的使用，并提供快速振動(dòng)監測設置,量化實(shí)際列車(chē)的舒適性。“乘客乘坐的舒適度很大程度上是受到車(chē)輛振動(dòng)的影響，而最近幾年來(lái)對這方面的要求也越來(lái)越加嚴格”Tillmetz工程師說(shuō)道“我們在車(chē)輛的地板，底盤(pán)，內部安裝了帶有3軸加速度傳感器的MSR記錄儀，因此可以根據提供的客觀(guān)真實(shí)數據對駕乘的舒適性提供數據方面的指導”。

施泰德的測試中對車(chē)輛的振動(dòng)頻率監測范圍可達到100HZ，因此工程師將MSR數據記錄儀的采樣率設置為400HZ，此外MSR記錄儀的采樣率最高可到1600Hz/s。記錄儀被快速放置到車(chē)輛中進(jìn)行測試，在某些測試環(huán)境中車(chē)速在短期內可保持在高達 200KM/H下進(jìn)行試驗，甚至會(huì )出現長(cháng)達數天的不間斷數據記錄，最終結果證明它也非常適用于這些應用下。對于數據的分析，工程師將數據從MSR軟件導出*.CSV文件然后導入到FAMOS™測量評估軟件內進(jìn)行研究分析。施泰德團隊的人員可以通過(guò)對原始車(chē)輛的性能進(jìn)行測試，可以有效地將這些數據應用于后續車(chē)輛的生產(chǎn)過(guò)程中，用以實(shí)現客戶(hù)乘坐舒適度的評定。

評估動(dòng)態(tài)駕駛的穩定性

振動(dòng)測試跟評估駕駛的安全性也有一定的關(guān)聯(lián),檢驗是否符合現有的標準和準則如EN 14363或UIC 518, 測試工程師卡爾Tillmetz引用瑞士客戶(hù)MGB(馬特圣哥達鐵路)的案例來(lái)進(jìn)行了一番說(shuō)明,客戶(hù)想實(shí)現對90年代的BDkt電力驅動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行現代化改造。施泰德的“改裝”包括折疊步驟，自動(dòng)車(chē)鉤，一個(gè)現代化的駕駛室和控制系統，以及對外觀(guān)進(jìn)行修改以符合當時(shí)MGB公司的設計需求。為了測試改進(jìn)車(chē)輛的行駛穩定性，測試中對底盤(pán)框架的橫向加速度進(jìn)行了分析研究。測試工程師Tillmetz將 MSR微型數據記錄儀(跟一包口香糖差不多大小)固定在機箱框架來(lái)進(jìn)行這些測量。施泰德對機車(chē)的修改使其行駛速度可最高達到80公里每小時(shí)，此前MGB機車(chē)注冊速度最高為65公里/時(shí)。同時(shí),對于這類(lèi)改裝機車(chē)，對于驅動(dòng)穩定性的測試需要在80公里每小時(shí)的時(shí)速檢測基礎上再加上一個(gè)10公里速度的上行。針對這些測試，Tillmetz和他的同事們把MSR微型數據記錄儀應用在基于EN 14363標準的駕駛安全測試中.對于這部分測量，記錄儀頻率再次被設定為400赫茲。記錄儀被固定在車(chē)的底盤(pán)車(chē)架，車(chē)輪集以及車(chē)身中間位置上。橫向加速度通過(guò)在機車(chē)底盤(pán)框架安裝的15 g傳感器在駕駛時(shí)間中以每6小時(shí)進(jìn)行10分鐘測試來(lái)進(jìn)行。測試行程都正常調度的列車(chē)之間進(jìn)行的。列車(chē)速度測量的試驗是在60，70，80和90公里/小時(shí)這幾個(gè)恒定區間來(lái)進(jìn)行，所記錄的數據信號然后通過(guò)配套軟件來(lái)進(jìn)行數據分析和評估。

據Tillmetz和Kossmann的說(shuō)法，施泰德在測試中也對MSR數據記錄儀極限進(jìn)行了測試。兩位工程師業(yè)需要具備更精確分辨率的設備來(lái)進(jìn)行測量任務(wù)。MSR165數據記錄儀內置的15 g傳感器具有±0.15g的精度，且分辨率達到0.005g。雖然這足以滿(mǎn)足其在大多數情況下的應用，但是Kossmann認為0.003 g精度會(huì )是更好地選擇。對此他可以選擇不同類(lèi)型的MSR數據記錄儀，例如有四個(gè)模擬輸入通道的MSR160記錄儀，可用于連接外部定制傳感器，以允許測量精確匹配傳感器的規格所要求的測量范圍。此外，MSR電子有限公司CEO Wendelin Egli先生說(shuō)明MSR165數據記錄儀所設計的15 g傳感器測量范圍可是實(shí)現針對沖擊測量的應用。當然，考慮到運輸監測領(lǐng)域的應用可能對沖擊監測具有更高的要求，現在MSR已擴大其可用內部傳感器的范圍，現已可達200g，因此對于強力導致的沖擊事件可以實(shí)現更好地記錄。