当传感器“遇见”轨道交通，看工程师如何测试地铁车厢耳压舒适度

上海首条市域线开通，开启交通新篇章。车厢设计现代，科技感强，确保乘客舒适。人体工程学座椅、适宜温度和低噪音环境，展现对乘客体验的关怀。

本文通过实施空气动力学现场试验，对时速80公里的地铁B型车进行了深入研究，详细记录了在此速度下车厢内空气压力的波动情况。试验结果依据TB/T 3503.3—2018和CJJ/T 298—2019两项行业标准，对乘客的耳压舒适度进行了科学评价。

研究结果显示，在隧道内非风井区域运行时，地铁B型车的司机室与客室内部压力变化幅度均符合上述两项标准的舒适度要求。然而，当列车穿越中间风井区域，司机室和客室的压力变化幅度未能完全达到CJJ/T 298—2019标准的规定，这表明风井结构有待进一步优化，以提升乘客的舒适度和列车的运行效率。

1 试验线路情况

试验区间与列车运营区间保持一致，为全隧道区间，虽然列车在全隧道内运行时不存在进出洞口工况，但隧道内存在一处风井位置。隧道直径为5.4m，风井开口尺寸为4 m×3 m。试验区间包括上下行全线，共15个站点区间，各站点区间情况如表1所示，其中上行线路为区间1—区间15，下行线路为区间15—区间1。列车运行速度如图1所示。

表1 试验线路站点区间情况

图1 列车运行速度

2 现场试验方法

正线地铁列车自动运行（ATO模式）时，对列车进行全线路车内压力实时监测。为真实反映列车运行时车内的压力变化情况，按照列车正常运营状态，即空调正常开启、到站停车并开关车门，进行3次重复测试，同时需要保证测试速度的相对误差在±1%以内，并保证3次测试的压力峰峰值的相对误差在±5%以内。

列车为6节编组，每节车厢内均布置了空气压力变化幅值测点，共计10个，测点位置如图2所示。为保证司机室内压力测试数据的有效性，每节司机室内部左右侧各布置一个测点。

由于列车在经过风井位置时会产生较大的压力波动，为实现对瞬态压力变化的精确测量，试验采用高灵敏度和宽动态范围的压力传感器，并采用多通道数据采集系统和后处理软件进行数据采集和后处理。各压力测试设备情况如表2所示，压力测试系统原理框图如图3所示。

图2 车内测点位置

表2 压力测试设备情况

压力传感器：LL-250-15A

图3 压力测试系统原理框图

3 重复性测试验证

为验证压力测试系统的可靠性，列车以ATP（列车自动防护）模式、80 km/h的速度在区间8内运行，对测点2、5、8分别进行3次压力测试。在实际测试过程中，虽然每次测试的列车最高运行速度并不能保持完全一致，但均保持在±0.5 km/h的绝对误差范围内。测试结果如表3所示，列车上下行时测点2、5、8的压力峰峰值相对平均偏差均较小，表明该压力测试系统具有较高的可靠性，可以认为测试结果具有可重复性。

表3 测点压力重复性测试结果

4 试验结果分析

为重点关注列车上下行时司机室内压力的变化情况，取6车内测点10的压力数据进行分析。地铁列车以ATO模式在全线上下行时，测点10的压力变化曲线如图4所示。当列车上下行通过区间8，即中间风井位置区间时，司机室内压力产生了剧烈变化，压力变化正峰值明显增大。

为了解列车上下行时司机室和客室内的压力变化幅值情况，分别取测点2、5、10的压力数据进行分析。地铁列车以ATO模式在不同区间上下行时，测点2、5、10的压力变化幅值如图5所示。

由图5可知：1）地铁列车以ATO模式上下行时，司机室和客室内的3s压力变化幅值和1s压力变化幅值最大值均出现在区间8的中间风井位置。2）地铁列车以ATO模式上行通过区间8时，司机室内最大3s压力变化幅值为500Pa，最大1s压力变化幅值为312Pa，客室内最大3s压力变化幅值为463Pa，最大1s压力变化幅值为346Pa；地铁列车以ATO模式下行通过区间8时，司机室内最大3s压力变化幅值为614Pa，最大1s压力变化幅值为471 Pa，客室内最大3s压力变化幅值为609Pa，最大1s压力变化幅值为452Pa。

分别采用如下两种标准进行舒适度评价：

1）评价标准1：CJJ/T 298—2019的相关要求（针对时速100 km以上的地铁列车）。列车客室任意3s压力变化幅值不应大于700Pa，司机室任意时间3s压力变化幅值不应大于600 Pa；列车客室任意1s压力变化幅值不宜大于400Pa，司机室任意时间1s压力变化幅值不宜大于300_~400Pa。

2）评价标准2：TB/T 3503.3—2018的相关要求（针对普遍客运、货运列车）。列车通过隧道时产生的车内压力应满足：3s压力变化幅值不大于800Pa，1s压力变化幅值不大于500 Pa。

      图4 列车上下行时测点10的压力变化曲线

        图5 列车上下行时测点2、5、10的压力变化幅值

按照评价标准1进行评价：地铁列车以ATO模式上行通过区间8时，司机室和客室的压力变化幅值均满足标准要求；下行通过区间8时，除客室的3s压力变化幅值满足标准外，其他的压力变化幅值均不满足标准要求。按照评价标准2进行评价：地铁列车以ATO模式上下行通过区间8时，司机室和客室的压力变化幅值均满足标准要求。

5 结论

本文针对时速80 km地铁B型车进行了全线区间车内压力变化情况的分析，并结合国内标准，对列车运行时的耳压舒适度进行了相关评价，得到以下结论：

1）在重复性测试验证中，上下行时测点2、5、8的压力峰峰值的相对平均偏差分别为2.1%与1.3%、0.9%与2.9%、1.1%与2.2%，表明该压力测试系统具有较高的可靠性，测试结果具有可重复性。

2）时速80 km地铁B型车以接近最高时速通过中间风井位置时，最大压力变化幅值接近甚至超出了CJJ/T 298—2019关于司机室的压力变化幅值要求，表明时速80 km地铁B型车与时速100 km以上地铁列车在运行时均存在交变气压波动下的耳压舒适度问题，需要引起有关设计部门的关注。

3）改善列车运行时交变气压波动下的耳压舒适度问题，可从列车与隧道两个方面入手。在列车方面，可对车体穿线和穿管孔洞进行封堵，提升车体、车门、空调、贯通道等部件的密封性能，以及增加空调压力波保护装置等，提高列车的密封性。在隧道方面，可通过改善隧道结构环境，如增大隧道直径、设计带有缓冲区间的洞口和风井，以此优化列车进入变截面地段的阻塞比。本文的研究对象为时速80 km地铁B型车，其压力超标位置为中间风井处，故建议采用优化风井结构的方法降低列车通过风井处时产生的压力幅值，从而改善列车的乘坐舒适性。

4）本文研究的时速80 km地铁B型车的横断面积相比时速80 km地铁A型车更小，运行时的交变气压波动情况相比时速80 km地铁A型车应更优，因此时速80 km地铁A型车与隧道设计时也需要考虑列车运行时交变气压波动下的耳压舒适度问题。

WTB上“辅助逆变器启动完成”信号。传输过程最大延迟为976 ms，则“辅助逆变器启动完成”及其信息传输过程最大延迟为1476 ms。若此时累加上TCU的主控板与网卡板数据传输周期以及程序执行的延迟，总的延迟时间将有一定几率会达到TCU判断库内供电模式的门槛时间1.5 s。

综合以上分析，误报库内供电模式的原因为库内供电判断逻辑门槛时间设置不合理。

优化方案

综合两次自动降弓故障的原因，立足整车，提出以下优化方案。

1网络优化

对于异常干扰信号引发受电弓选择信号突变、自动降弓故障，可通过软件对网络进行整体优化，具体方案如下：

1）优化关键信号采集处理——对重要信号进行滤波处理，避免影响正常行车。

2）优化网络软件对受电弓的处理流程——对多个不同执行周期的任务进行统筹优化，避免软件执行中受到干扰而发出错误指令。

2库内供电模式判断优化

对于因延迟而导致误判库内供电的故障，优化方案如下：

1）延长TCU判断库内供电模式的滤波时间，由1.5s延长到10s。

2）当Mc1车和Mc2车的TCU同时报送库内供电信号时，TCMS才采信库内充电模式。

3）将库内充电接触器与辅变输出接触器机械电气互锁，只允许其中1个闭合。TCMS或TCU采集库内充电接触器的电平状态，并据此判定列车是否处于库内供电模式。

在动车组的日常运营中，我们遭遇的故障情况突出了车辆在电磁干扰防护和关键系统逻辑判断方面的潜在不足。为了应对这些挑战，对城际动车组的软件系统进行了深入的优化和升级。经过一系列严格的测试和实地装车运用考核，软件性能已经达到了合格标准。通过这些精心设计的改进和优化措施，对该型动车组进行了批量软件更新，从而显著提高了动车组的运行可靠性。这些更新不仅增强了动车组的性能，也确保了乘客的安全和舒适。

在今后的工作中，需加强对电磁防护的研究和关键系统逻辑的审核，不断总结经验教训，迭代优化控制逻辑，提高车辆的可靠性和可用性。

参考文献：<test and analysis of ear pressure comfort for 80km/h B-type metro train>wang hugao,liyang,wutao(CRRC zhuzhou locomotive Co.,china)