技术领域
[0001] 本
发明涉及一种高速列车综合舒适度试验方法及装置，属于
铁路安全运行控制技术领域。
背景技术
[0002] 随着列车运行速度的不断提高，列车的振动加剧，气流作用加强，其气流和结构产生的噪声必然加强，因车体密封，车内的温湿度、压
力波动、照度等物理特征更加复杂，高速列车这些物理环境的变化，都会影响乘客的乘坐舒适性。
[0003] 列车综合舒适度是指旅客在乘坐列车时，在各种因素如振动、噪声、温湿度、压力波动、客室照度等作用下，在生理、心理上产生的一种关于舒适的感觉。随着列车运营速度的提升，综合舒适度已成为评价高速列车新的重要指标。为了给旅客和乘务人员提供一个健康的乘坐环境，需要开展综合舒适度研究，揭示车内各个因素对舒适度的敏感程度，从而设计最优的乘坐环境。
[0004] 为此，有必要将传统的基于振动舒适性的评价方法进行发展，形成基于车内振动、压力波动、温湿度、照度、噪声等多物理参数联合作用的舒适度评价方法。为此需要从系统的
角度、将乘客的生理参数、心理参数、试验流程、控制系统，模拟单元进行一体化考虑设计综合舒适度的试验方法。
发明内容
[0005] 本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种将主观评价和客观评价相结合，可对影响
车列舒适度的各种因素进行全面而精确分析的高速列车综合舒适度试验方法。
[0006] 本发明的另一个主要目的在于，提供一种高速列车综合舒适度试验装置，以对影响车列舒适度的各种因素进行全面而精确的综合分析。
[0007] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0008] 一种高速列车综合舒适度试验方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤1、检测自然环境状态下的车内照度、噪声、
温度、湿度、压力、振动的物理参数值，同时测试参与试验人员在自然环境状态下的生理参数值和心理参数值，建立基准参数信息；
[0010] 步骤2、控制车内照度模拟单元、噪声模拟单元、温湿度模拟单元、压力波动模拟单元、振动模拟单元各自独立工作，反复调节单一物理参数或耦合调节多物理参数；
[0011] 步骤3、检测每一物理参数变化点的心理参数值、生理参数值，构建心理参数、生理参数、物理参数相对应的
数据库；
[0012] 步骤4、搜索决定综合舒适度的物理参数域。
[0013] 进一步，在步骤4中，具体还包括如下步骤：
[0014] 步骤41：搜索基于心理和生理特征参数显著变化的舒适度点，搜索其中的舒适度的恶劣工况点，建立舒适度恶劣的物理参数域；
[0015] 步骤42：采用集合运算的办法去掉舒适度恶劣的物理参数域，对剩余的空间划分若干的试验子域，搜索各试验子域的舒适度恶劣工况点，建立所有划分试验子域的舒适度恶劣的物理参数域；
[0016] 步骤43：利用物理参数域对应的心理参数、生理参数的比例确定舒适度评价的加权，确定试验车内舒适度分布规律的等级。
[0017] 进一步，依据分析的
精度而确定试验子域划分的大小。
[0018] 进一步，各模拟单元的模拟过程均包括对线路运行的实际数据进行采集的步骤，再将采集的真实数据在试验台上复现的步骤，施加标准数据或自定义数据的步骤。
[0019] 进一步，所述振动模拟的过程，通过布置在车体上的多物理量
传感器、振动测试座椅、
薄膜压力座椅采集列车在实际线路运行时整车及座椅的振动位移谱，根据振动位移谱为被试验车提供车体振动和座椅振动。
[0020] 进一步，所述车内照度模拟的过程中，通过对实际线路运行时照度的采集形成照度谱，通过专用设备在被试验车内复现，通过模拟光照的变化、不同照度条件下光的低频闪烁、不同
色温和
显色指数的变化，使被试验车体内的试验人员真实感受到车辆在实际线路运行时的照度变化。
[0021] 进一步，所述噪声模拟的过程，对实际运行线路噪声
信号进行全频带采集，噪声的采集点及试验时的检测点布置在车体前、中、后距离地面1.2米高的
位置，在每个采集点上设置采集设备，在每个检测点上设置噪声检测设备，试验时利用高、低频音箱阵列播放线路采集的噪声实现在被试验车内复现。
[0022] 进一步，所述压力波动模拟的过程，在实际线路运行时采集车内压力波动数据，通过调节
空调通
风设备及车体气密性试验设备控制车内压力变化来动态模拟车内压力波。
[0023] 进一步，所述生理参数包括脑电、心电、肌电、血压、体温、呼吸和血
氧饱和度。
[0024] 进一步，还包括窗外场景模拟单元，利用影像录制和放映设备采用车辆实际运行线路两侧的实际影像并在试验时真实复现。
[0025] 本发明的另一个技术方案是：
[0026] 一种高速列车综合舒适度试验装置，包括被试验车；模拟系统，用于在被试验车1上模拟实际线路运行时的车内照度、噪声、温度、湿度、压力波动、振动及窗外场景；检测系统，用于在特定物理参数条件下，检测试验人员的生理参数和心理参数；控制分析系统，用于控
制模拟系统中各模拟单元的输入物理量，同时采集相应的生理参数、心理参数和环境物理参数，并对采集的各数据进行分析，搜索决定综合舒适度的物理参数域。
[0027] 进一步，所述模拟系统包括车内照度模拟单元、噪声模拟单元、温湿度模拟单元、压力波动模拟单元、振动模拟单元和窗外场景模拟单元，所述检测系统包括生理参数检测单元、环境物理参数检测单元和心理参数检测单元，所述控制分析系统包括用于控制各模拟单元输入物理量的控制单元、用于采集生理参数、环境物理参数和心理参数的采集单元及对采集的各数据进行分析的分析单元。
[0028] 进一步，每个模拟单元包括用于采集运行时实际数据的数据取样单元、用于将采集的数据进行复现的数据复现单元、用于独立加载自定义数据或标准数据的自定义加载单元。
[0029] 进一步，所述窗外场景模拟单元中的数据取样单元为影像录制设备，数据复现单元及自定义加载单元为影像放映设备。
[0030] 综上内容，本发明所述的一种高速列车综合舒适度试验方法及装置，与
现有技术相比，具有如下优点：
[0031] (1)本发明是基于车内振动、压力波动、温湿度、照度、噪声、窗外场景等多物理参数联合作用的舒适度评价方法，从系统的角度，将乘客的生理参数、心理参数、试验流程、控制系统、模拟单元进行一体化考虑，将主观评价和客观评价相结合，对影响车列舒适度的各种因素进行全面而精确的综合分析。
[0032] (2)本发明能根据相关的标准，使用专用的仪器设备从列车实际运行线路上采集振动、噪声、温湿度、压力波动、客室照度、窗外场景等相关物理数据，经过专业数据
软件处理后通过试验台调节复现，也可以自动加载人工自定义的标准数据和随机数据等，该试验台可开展研究多物理量耦合试验或单物理量试验下对列车乘员综合舒适度的影响，通过测试系统采集各物理量参数、人体生理参数、心理参数等相关数据，参照相关标准，对舒适度做出综合评价。
[0033] (3)本综合舒适度试验方法的设计原理是建立搜索物理参数的子域并试验搜索子域的舒适度点，采用集合运算的办法去掉舒适度恶劣的物理参数域，对剩余的空间划分若干的试验子域，依据分析的精度而控制试验子域划分的大小，基于生理参数、心理参数变化的显著性变化原理搜索子域的舒适度最恶劣的参数域，从而建立所有划分子域的舒适度恶劣的物理参数域，对综合舒适度做出全面而精确的评价分析，可用于高速列车舒适度理论研究、舒适度的评价和优化设计。
附图说明
[0034] 图1是本发明试验原理图。
[0035] 如图1所示，被试验车1，车内照度模拟单元2，噪声模拟单元3，温湿度模拟单元4，压力波动模拟单元5，振动模拟单元6，窗外场景模拟单元7，生理参数检测单元8，环境物理参数检测单元9，心理参数检测单元10，控制分析系统11，控制单元12，采集单元13，分析单元14。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
[0037] 如图1所示，一种高速列车综合舒适度试验装置，包括被试验车1、模拟系统、检测系统、控制分析系统11。
[0038] 其中，模拟系统用于在被试验车1上模拟实际线路运行时的车内照度、噪声、温度、湿度、压力波动、振动及窗外场景；检测系统用于在特定物理参数条件下，检测试验人员的生理参数和心理参数；控制分析系统11用于控制模拟系统中各模拟单元的输入物理量，同时采集相应的生理参数、心理参数和环境物理参数，并对采集的各数据进行分析，搜索决定综合舒适度的物理参数域，确定试验车内舒适度分布规律的等级。
[0039] 模拟系统包括车内照度模拟单元2、噪声模拟单元3、温湿度模拟单元4、压力波动模拟单元5、振动模拟单元6和窗外场景模拟单元7。其中，车内照度模拟单元2、噪声模拟单元3、温湿度模拟单元4、压力波动模拟单元5安装在被试验车1的车内，振动模拟单元6和窗外场景模拟单元7安装在被试验车1的车外。
[0040] 检测系统包括生理参数检测单元8、环境物理参数检测单元9和心理参数检测单元10。其中，生理参数检测单元8包括多个检测仪，共检测七个生理参数，分别为试验人员(乘客)的脑电、心电、肌电、血压、体温、呼吸和血氧饱和度等生理参数。环境物理参数检测单元
9包括多个检测装置，共检测六个物理参数，检测车内温度、湿度、照度、噪声、压力波动、振动等环境物理参数。心理参数检测单元10为检测前制作的调查问卷，在特定生理参数(脑电、心电、肌电、血压、体温、呼吸和血氧饱和度)和特定物理参数(车内温度、湿度、照度、噪声、压力波动、振动)的条件下，调查乘客心理参数，以此构建心理参数、生理参数、物理参数相对应的舒适度试验数据库。
[0041] 控制分析系统11包括用于控制各模拟单元输入物理量的控制单元12、用于采集生理参数、环境物理参数和心理参数的采集单元13及对采集的各数据进行分析的分析单元14，控制单元12可对每个模拟单元单独控制，也可以实现多个模拟单元之间的耦合调节控制。
[0042] 每个模拟单元包括用于采集运行时实际数据的数据取样单元、用于将采集的数据进行复现的数据复现单元、用于独立加载自定义数据或标准数据的自定义加载单元。其中，数据复现单元和自定义加载单元由控制分析系统11的控制单元12根据试验流程进行控制。
[0043] 车内照度模拟单元3中的数据取样单元为应用照度采集系统，采集实际运行线路车辆车内照度数据，形成实际运行线路车辆的照度谱，并通过数据复现单元在被试验车1内复现，数据复现单元为应用照度控制系统，通过调节照度的变化、不同照度条件下光的低频闪烁、不同色温和显色指数的变化，使被试验车体内的乘员能够较为真实的感受到车辆在实际线路运营时的照度变化。
[0044] 车内照度模拟单元3中的应用照度控制系统主要包括照明灯、照度调节
电路、闪烁控制电路等。客室内照度调节范围为50～800lx，照度调节的
分辨率≥20lx，闪烁
频率≤7Hz，闪烁频率可调，闪烁的照度可在闪烁高照度与低照度之间调节，色温范围为1000～
7000K，显色指数Ra为70～90。
[0045] 噪声模拟单元3中的数据取样单元为人工头，采集实际运行线路噪声数据，实现线路噪声信号的全频带采集，如采集列车运行、两车交会、过隧道、隧道内两车交会、空调开启或空调关闭等情况下的车内噪音，噪声的采集点及试验时的检测点布置在车体前中后位置距离地面1.2米高的位置，在每个采集点上设置采集设备，采集设备优选采用人工头，采集实际线路运行条件下的车内噪声，在每个检测点上设置噪声检测设备，检测设备采用噪声传感器，测量实际线路运行条件下的车内噪声。数据复现单元安装在车内，本
实施例中是利用高、低频音箱阵列播放线路采集的噪声，实现在被试验车1内高保真复现。
[0046] 试验频率响应范围应该满足20Hz～20KHz，0～120dB以上的动态变化；最大声压级：≥130dB，失真因子＜3％，能解读人工头采集的声场信号，内置3种以上声场曲线、高性能声卡，保证声音原声复现，而且动态可控，实现车内声场的模拟再现并可施加自定义
声音信号，完成舒适度噪声因素的评价。不同种类的噪声可实现在被试验车1内实现耦合与单项调节测试。
[0047] 温湿度模拟单元4是实现客室内温湿度调节的设备，其中的数据取样单元能实现采集列车线路上运行时车内温湿度数据，数据复现单元能够将采集的数据加载到被试验车1内，同时自定义加载单元可将自定义温湿度量加载到被试验车1内，主要由
调温调湿部分、供风管路和
接口、供电线路和接口组成。温湿度模拟单元4需要根据招标方提供的被试验车上既有的资源，补充调温、调湿装备，实现综合舒适度试验的技术要求。
[0048] 温湿度模拟单元4所调节的空间体积不小于200立方米，温度调节范围为10～40℃，
相对湿度调节范围为10％～90％，
温度控制精度在±1℃以内，湿度控制精度为≤3％，模拟空间的温度均匀度：≤1℃，模拟空间的湿度均匀度≤3％。
[0049] 压力波动模拟单元5中的数据取样单元能实现列车线路车运行时车内压力采集，主要是通过
压力传感器采集车内压力波动数据，如采集列车运行、交会、通过隧道、隧道交会等工况下客室内部的压力波动，通过数据复现单元复现压力波，通过应用压力控制系统，控制车内压力变化来动态模拟车内压力波，压力波动应能模拟线路内各种工况下车厢内的压力波动，也可提供标准波试验，如三角波、
正弦波等。
[0050] 压力波动模拟单元5中的数据复现单元主要由空调
通风配套试验台、车体及部件气密性试验台、供风管路及接口等设备组成。试验车体客室压力变化范围不小于±1100Pa，一秒内气压最大变化不小于500Pa，压力波动模拟实验的空间体积：不小于200m3。
[0051] 振动模拟单元6中的数据取样单元包括安装在车体上的物理量传感器、振动测试座椅和薄膜压力座椅，采集列车在实际线路运行时整车及座椅的振动，并形成振动位移谱。数据复现单元包括整车振动试验台，在整车振动试验台上通过对试验车体施加车体振动谱来模拟车体的振动，经由车体、座椅将激励振动传递至座椅，来实现座椅的振动模拟。其中，整车振动试验台通过六
自由度液压伺服控制系统来实现振动模拟，即通过在三个平移轴(
水平纵向、水平横向、垂直方向)和三个旋
转轴(翻滚、
俯仰、摇摆)的六个自由度上进行单独运动或同时振动实现振动模拟。振动模拟单元6结合实际测试得出的振动位移谱，为被试验车1提供车体振动、座椅振动等数据，从而实现振动位移谱再现，同时可施加标准振动
波形、自定义波形等常规波形。
[0052] 振动测试座椅技术要求：满量程为±10g；非线性度为≤0.1％F.S；带宽为0～120Hz；
工作温度范围为0～40℃。薄膜压力座椅技术要求，压力范围为2～25kPa。
[0053] 窗外场景模拟单元7中的数据取样单元为影像录制设备，录制列车实际运行线路两侧的影像，数据复现单元及自定义加载单元为影像放映设备，在被试验车1的两侧设置影像放映设备，复现列车沿线的影像或其他为试验需要加载的影像。
[0054] 上述的车内照度模拟单元2、噪声模拟单元3、温湿度模拟单元4、压力波动模拟单元5、振动模拟单元6和窗外场景模拟单元7各自独立工作，具备控制任意物理环境恒定的功能，具备控制任意时刻任意系统联合调节的功能。
[0055] 下面详细描述高速列车综合舒适度的试验方法，具体包括以下步骤：
[0056] 步骤01、
选定试验样本，按男、女、老、中、青、少各群体划分，每个群体至少选定5人，组成舒适度的试验样本，试验样本分设在车厢内不同的位置，而且根据试验需要进行调换。
[0057] 步骤02、调试模拟系统中的车内照度模拟单元2、噪声模拟单元3、温湿度模拟单元4、压力波动模拟单元5、振动模拟单元6和窗外场景模拟单元7中的各个设备，调试检测系统中的各个检测设备，如安装好检测人体用的多通道生理参数检测仪，并调试检测仪，同时调试控制分析系统11中的各个设备，确保每台设备趋于稳定的运行状态。
[0058] 步骤03、设计好乘客心理参数问卷调查表。
[0059] 问卷调查表的格式如表1所示。
[0060] 表1.特定物理参数和生理参数下的心理参数调查表
[0061]
[0062] 步骤1、检测自然环境状态下的车内温度ps1、湿度ps2、照度ps3、噪声ps4、压力波动ps5、振动ps6的物理参数值，同时测试参与试验人员在自然环境状态下的生理参数值，包括脑电ph1、心电ph2、肌电ph3、血压ph4、体温ph5、呼吸ph6和血氧饱和度ph7，并问卷调查试验人员在自然环境下的心理参数，建立基准参数信息，自然环境状态应为最舒适的状态。
[0063] 步骤11、根据试验的要求编制试验流程。
[0064] 步骤2、将试验流程输入到控制分析系统11，控制车内照度模拟单元2、噪声模拟单元3、温湿度模拟单元4、压力波动模拟单元5、振动模拟单元6、窗外场景模拟单元7各自独立工作，反复调节单一物理参数或耦合调节多物理参数。
[0065] 控制分析系统11控制各模拟单元的输入物理量，输入物理量包括两个部分，一个部分是复现列车实际线路运行时所采集的真实参数，另一部分是自定义加载的参数，各参数根据试验流程单一调节或耦合调节。
[0066] 步骤3、检测每一物理参数变化点的心理参数值、生理参数值，构建心理参数、生理参数、物理参数相对应的数据库。
[0067] 其中，生理参数包括脑电ph1、心电ph2、肌电ph3、血压ph4、体温ph5、呼吸ph6和血氧饱和度ph7。
[0068] 环境物理参数包括车内温度ps1、湿度ps2、照度ps3、噪声ps4、压力波动ps5、振动ps6。
[0069] 心理参数的检测，通过填写调查问卷的方式检测乘客的心理参数，包括很不舒服(A)、不舒服(C)、正常(D)、舒服(E)、很舒服(F)。
[0070] 步骤4、搜索决定综合舒适度的物理参数域，实现乘客心理参数、生理参数、车内物理参数的同步采集，确立高速列车舒适度的物理参数域。
[0071] 该步骤4中具体还包括如下步骤：
[0072] 步骤41：搜索基于心理和生理特征参数显著变化的舒适度点，搜索其中的舒适度的恶劣工况点，建立舒适度恶劣的物理参数域。
[0073] 控制其中五个模拟系统对应的物理参数保持对应的物理参数恒定，试验流程控制单系统工作，改变对应的单物理参数。如恒定车内的压力、噪声、温湿度、照度，持续改变车体的振动，探测试验人员的生理参数并调查其心理参数，寻找生理参数变化明显、心理感受明显的振动模拟工况。进而搜索温度点、湿度点、照度点、噪声点。反复从不同的参数开始进行搜索舒适性的恶劣工况点。最后对比若干试验的搜索结构，确定舒适度恶劣的物理参数域。
[0074] 步骤42：采用集合运算的办法去掉舒适度恶劣的物理参数域，对剩余的空间划分若干的试验子域，依据分析的精度而确定试验子域划分的大小，搜索各试验子域的舒适度恶劣工况点，建立所有划分试验子域的舒适度恶劣的物理参数域。
[0075] 步骤43：利用物理参数域对应的心理参数、生理参数的比例确定舒适度评价的加权，确定试验车内舒适度分布规律的等级，共分为五个等级，分别为很不舒服(A)、不舒服(C)、正常(D)、舒服(E)、很舒服(F)。
[0076] 本发明能够同步获取物理参数、生理参数、心理参数，同步检测乘客的生理参数(脑电、心电、肌电、血压、体温、呼吸和血氧饱和度)和车内的物理参数(车体振动、车内温度、车内湿度、车内照度、车内噪声、车内压力)，同时考虑窗外场景对乘客心理造成的影响，在特定的生理参数、车内物理参数的
基础上以问卷的方式调查乘客的心理参数，形成反应乘客舒适性相对应物理参数、心理参数和生理参数。
[0077] 本发明能根据相关的标准，使用专用的仪器设备从列车运行线路上采集振动、噪声、温湿度、压力波动、客室照度、窗外场景等相关物理数据，经过专业数据软件处理后通过试验台调节复现，也可以调节复现人工自定义的标准波形和随机波形等，该试验台可开展研究多物理量耦合试验或单物理量试验下对列车乘员综合舒适度的影响，通过测试系统采集各物理量参数、人体生理参数等相关数据，采取主观评价和客观评价相结合的方法，参照相关标准，对舒适度做出综合评价。
[0078] 本发明能提供多因素耦合试验，以及单因素试验两大类工况。第一：多因素试验，将被试验车置于试验台上，试验台能加载自定义或线路采集的振动、噪声、温湿度、压力波动、照度等五类物理因素的几种或全部组合，测试仪器同步记录相关物理参数、人体生理参数等数据，从而为现有和新研发列车的综合舒适度研究研发提供试验数据。第二、单因素试验，针对五类物理因素的一种进行试验，研究单个物理参数在不同条件下对综合舒适度的影响，试验台建成后可为新产器研发提供强有力
支撑。
[0079] 如上所述，结合附图所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
