CN109632350A - 一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置,同时还公开了其检测方法。一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置，包括设置于列车车厢地板上的MEMS传感器，所述传感器采集列车横向、纵向、垂直方向三个方向的加速度数据；还设有数据采集硬件平台，所述传感器采集到的数据发送至数据采集硬件平台计算处理。本发明采用MEMS传感器测三个方向的加速度的技术方案，可以使检测仪器小型便携化，降低成本。本发明的舒适度计算方法为改进了测量时间、测量点布置和计算公式的新的计算方法。

Description

一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种交通工具乘坐舒适度技术，具体的说，是涉及一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置,同时还公开了其检测方法。

背景技术

轨道交通是一种节能环保的出行方式，随着城市轨道交通的蓬勃发展，人们对城市轨道交通列车的乘坐舒适性也提出更高的要求，乘坐舒适性也是城市轨道系统建设的一个重要目标和验收指标,目前主要依靠人的主观感觉，缺少一种专门针对城轨列车乘坐舒适性的检测方法及工具。城轨列车的舒适性检测与评价与其他交通工具相比较有其自身的特点，首先城轨系统的站间距较小，列车启动、制动频繁，启停阶段纵向加速度对舒适性影响很大；其次城轨列车平均运行速度较慢，横向及垂向振动对舒适性影响相对较小。目前已有的列车乘坐舒适性检测方法主要依据国标GB5599和国际铁路联盟的标准UIC513，但这两项标准是针对普速铁路的中低速列车的振动舒适度的测试方法和分析方法，主要依据横向、垂向及纵向的振动幅度及频率计算舒适度，没有充分考虑纵向加速度对舒适度的影响，不能适应对城市轨道交通列车的舒适度的检测。

影响乘坐舒适性的因素主要有线路的平断面设计、轨道施工及维护质量、列车车体设计、列车牵引系统、运行控制系统及列车司机的操纵水平。通过对舒适性的检测与评价，可以进一步指导优化线路和车辆设计，提升列车运营管理及服务水平。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，针对城轨系统的站间距较小，列车启动、制动频繁，启停阶段纵向加速度对舒适性影响大等特点，本发明提出了一种成本低、结构紧凑、人机交互界面友好，可以采集城轨列车运行过程的振动数据的装置，即一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置，同时还公开了其检测方法，对城轨列车乘坐舒适度做出准确评价。

本发明通过下述方案实现：

一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置，包括设置于列车车厢地板上的MEMS传感器，所述传感器采集列车横向、纵向、垂直方向三个方向的加速度数据；还设有数据采集硬件平台，所述传感器采集到的数据发送至数据采集硬件平台计算处理。

所述MEMS传感器为六轴微机电系统运动跟踪传感器。

所述数据采集硬件平台外接SD存储卡，采集到的传感器的数据通过SD存储卡导入到上位机进行计算处理。

所述数据采集硬件平台通过串行接口与上位机连接。

一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤一.搭建一个数据采集硬件平台，采用数据传感器采集数据，所述传感器采集到的数据发送至数据采集硬件平台计算处理；

步骤二.在检测程序当中，在进入主函数之后首先需要经过初始化设置，包括检测装置端口初始化、串口通信初始化、I2C总线初始化、传感器ICM-20600初始化、基本定时器初始化；当收到用户的启动工作指令后，开始数据的采集及舒适度的计算显示工作，系统显示每个运行区间的舒适度及整个测试线路总体的舒适度数据；

步骤三.当收到用户的启动工作指令后，数据传感器不间断的将采集到的数据发送至数据采集硬件平台，所述数据采集硬件平台采用下列算法对舒适度进行计算，

其中：

N—综合舒适度指标；

a—各方向上的加速度值；

X，Y，Z—分别表示横向、纵向、垂向测量方向；

P—表示相对于车厢地板；

Wd，Wb，Wc—表示按加权曲线c、b、d进行加权的加权值；

c为座椅靠背加权，b为垂直方向加权，d为水平方向加权；

50，95—表示按50％、95％置信点进行处理。

在所述步骤三中，将采集到的数据切割成若干以5秒时长为一小单元的数据进行计算，若最后一个时段的时长小于5秒时间，则选取向前借用的方法补足数据，以保证最后一段数据的时间跨度也是5秒；逐一计算各单元中的加速度数据。计算出单元内加加速度的最大值，按式①计算得出每一小单元数据时长的舒适度值，最后将各单元舒适度值取平均值得到该区段的总体舒适度值。

所述数据采集硬件平台外接SD存储卡，采集到的传感器的数据可以通过SD存储卡导入到上位机进行计算处理；

所述数据采集硬件平台通过串行接口与上位机连接。

本发明的有益效果为：

1.本发明采用MEMS传感器测三个方向的加速度的技术方案，可以使检测仪器小型便携化，降低成本。

2.本发明提出的舒适度计算方法，改进了现有方法，使之更适应城市轨道交通站间距较小，列车启动、制动频繁，平均运行速度较慢等特点，使之更能反映城轨列车运行的平稳性和乘坐舒适度。

附图说明

图1为本发明一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测系统的系统结构图；

图2为系统软件主流程图；

图3为舒适度指标计算流程图；

图4为舒适度等级评价表；

图5为测量点布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明优选的实施例进一步说明：、

本发明公开了一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测系统，包括设置于列车车厢地板上的MEMS传感器，所述传感器采集列车横向、纵向、垂直方向三个方向的加速度数据；还设有数据采集硬件平台，选择以ARM为内核的STM32系列微处理器，所述传感器采集到的数据发送至数据采集硬件平台计算处理。

所述MEMS传感器采用六轴微机电系统运动跟踪传感器ICM-20600采集列车横向、纵向、垂直方向三个方向的加速度数据。

所述数据采集硬件平台使用基于SDIO通信协议的SD存储卡实时储存所采集的数据采集到的传感器的数据，可通过SD存储卡导入到上位机进行计算处理。

所述数据采集硬件平台通过串行接口与上位机连接。

所述ICM-20600加速度传感器具有1kHz的振动加速度采样率，16位AD转换器和可编程滤波器，最高±16g量程，与主控制器采用I2C总线通信。

所述SD数据存储设备，移植了FatFs文件系统到SD卡内。使用文件系统自带的新建、打开、关闭等函数进行数据的高速存储。

一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测系统的检测方法，包括如下步骤:

步骤一.搭建一个基于ARM为内核的STM32F103ZET6数据采集硬件平台，采用数据传感器采集数据，所述传感器采集到的数据发送至数据采集硬件平台计算处理；

步骤二.在检测程序当中，在进入主函数之后首先需要经过初始化设置，包括检测装置端口初始化、串口通信初始化、I2C总线初始化、传感器ICM-20600初始化、基本定时器初始化；当收到用户的启动工作指令后，开始数据的采集及舒适度的计算显示工作，系统显示每个运行区间的舒适度及整个测试线路总体的舒适度数据；

步骤三.当收到用户的启动工作指令后，数据传感器不间断的将采集到的数据发送至数据采集硬件平台，所述数据采集硬件平台采用下列算法对舒适度进行计算，

其中：

N—综合舒适度指标；

a—各方向上的加速度值；

X，Y，Z—分别表示横向、纵向、垂向测量方向；

P—表示相对于车厢地板；

Wd，Wb，Wc—表示按加权曲线c、b、d进行加权的加权值；

c为座椅靠背加权，b为垂直方向加权，d为水平方向加权；

50，95—表示按50％、95％置信点进行处理。

本发明的舒适度计算方法改进了测量时间、测量点布置和计算公式的新的计算方法。改进的测量时间为：将列车在每两个站间采集到的数据作为一个整体，在所述步骤三中，将采集到的数据切割成若干以5秒时长为一小单元的数据进行计算，若最后一个时段的时长小于5秒时间，则选取向前借用的方法补足数据，以保证最后一段数据的时间跨度也是5秒；逐一计算各单元中的加速度数据。计算出单元内加加速度的最大值，按式①计算得出每一小单元数据时长的舒适度值，最后将各单元舒适度值取平均值得到该区段的总体舒适度值。

改进的测量点布置为：大多数的乘客均处于站立姿态乘车，同时为了可以更好的收集列车三轴向加速度数据信息，特别是对于乘客来说较不易察觉的横向X和垂向Z振动特性，实地测量中，传感器直接安放在测试列车车厢的地板上。所述改进的计算公式为：由于城市轨道交通车辆座位设置较少，利用率较低，大多数乘客需要采取站立的方式乘车，因此设计采用站立位置简化测量公式来进行舒适度指标的计算。实地测量加速度数据时，需要固定好传感器的位置，根据传感器自身所标的X、Y、Z轴的方向，来固定传感器的放置位置。使Z轴方向垂直于地铁列车的地板面，列车前进方向为纵向Y轴，垂直Y轴且平行于车厢地板面方向为横向X轴。具体如图5所示。

传统的舒适度计算方法是考虑特定频率范围的振动对人体的作用，导致乘客产生晕车(恶心、呕吐的感觉)，人体对不同频率的振动不适感的差异，作频率加权。本发明考虑城市轨道交通启停频繁，列车前进方向，即X方向的加速度变化对乘客的不适感考虑进去，取加速度的变化率及加速度的极大值，作为舒适度的因子，加权得出舒适度，更能反映城市轨道交通乘客的感受。

所述数据采集硬件平台外接SD存储卡，采集到的传感器的数据通过SD存储卡导入到上位机进行计算处理；

所述数据采集硬件平台通过串行接口与上位机连接。

由上述方案可知，通过MEMS传感器获取列车横向、纵向和垂向的振动加速度数据，系统有两种数据保存途径，一种保存在SD卡中，一种经过上位机软件保存到PC机上。两者都可以进行数据的实时存储。根据实际线路上采集的振动加速度数据进行乘坐舒适度的计算和评价。

图4示出了不同的舒适度等级，按照预设值将其区分为五个等级，等级越低则乘坐舒适度越高，乘员体验越好。

尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置，其特征在于：包括设置于列车车厢地板上的MEMS传感器，所述传感器采集列车横向、纵向、垂直方向三个方向的加速度数据；还设有数据采集硬件平台，所述传感器采集到的数据发送至数据采集硬件平台计算处理。

2.根据权利要求1所述的城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置，其特征在于：所述MEMS传感器为六轴微机电系统运动跟踪传感器。

3.根据权利要求1所述的城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置，其特征在于：所述数据采集硬件平台外接SD存储卡，采集到的传感器的数据通过SD存储卡导入到上位机进行计算处理。

4.根据权利要求1所述的城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置，其特征在于：所述数据采集硬件平台通过串行接口与上位机连接。

5.一种权利要求1所述的城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤:

步骤一.搭建一个数据采集硬件平台，采用数据传感器采集数据，所述传感器采集到的数据发送至数据采集硬件平台计算处理；

步骤二.在检测程序当中，在进入主函数之后首先需要经过初始化设置，包括检测装置端口初始化、串口通信初始化、I2C总线初始化、传感器ICM-20600初始化、基本定时器初始化；当收到用户的启动工作指令后，开始数据的采集及舒适度的计算显示工作，系统显示每个运行区间的舒适度及整个测试线路总体的舒适度数据；

步骤三.当收到用户的启动工作指令后，数据传感器不间断的将采集到的数据发送至数据采集硬件平台，所述数据采集硬件平台采用下列算法对舒适度进行计算，

其中：

N—综合舒适度指标；

a—各方向上的加速度值；

X，Y，Z—分别表示横向、纵向、垂向测量方向；

P—表示相对于车厢地板；

Wd，Wb，Wc—表示按加权曲线c、b、d进行加权的加权值；

c为座椅靠背加权，b为垂直方向加权，d为水平方向加权；

50，95—表示按50％、95％置信点进行处理。

6.根据权利要求5所述的城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置的检测方法，其特征在于：在所述步骤三中，将采集到的数据切割成若干以5秒时长为一小单元的数据进行计算，若最后一个时段的时长小于5秒时间，则选取向前借用的方法补足数据，以保证最后一段数据的时间跨度也是5秒；逐一计算各单元中的加速度数据。计算出单元内加加速度的最大值，按式①计算得出每一小单元数据时长的舒适度值，最后将各单元舒适度值取平均值得到该区段的总体舒适度值。

7.根据权利要求5所述的城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置的检测方法，其特征在于：所述数据采集硬件平台外接SD存储卡，采集到的传感器的数据通过SD存储卡导入到上位机进行计算处理。

8.根据权利要求5所述的城市轨道交通列车乘坐舒适度检测装置，其特征在于：所述数据采集硬件平台通过串行接口与上位机连接。