專利名稱：列車舒適度和平穩性檢測儀及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及車輛的運行動力測驗，尤其是一種列車舒適度和平穩性檢測儀及其檢測方法。
背景技術：
國內高校和科研院所在舒適度和平穩性測試儀的研制方面取得了突出的成績。西南交通大學從虛擬儀器、單片機、DSP處理器和基于軟核的SOPC處理器的角度，對測試儀進行了研究；北方交通大學以ARM處理器為平臺，通過嵌入式Linux操作系統，對測試儀進行了探討；鐵道科學研究院的三維加速度及平穩性指標儀，采用DSP技術實時計算平穩性指標，通過內置計數器及GPS提供準確速度信息；另外，武漢理工大學、浙江理工大學等高校也對此進行了深入的研究。通過國內的研究可以發現，早期的舒適度與平穩性測試儀多以虛擬儀器技術為核心，以個人計算機為載體，可以滿足數據分析與處理的要求，但靈活性不足，體積稍顯龐大。隨著半導體工業的發展，以DSP處理器和ARM處理器為核心的解決方案開始出現，DSP處理器以其強大數據處理能力和高運行速度，可以做到數據的實時處理，但在人機接口和控制方面略顯不足，而ARM處理器則與之相反，人機接口豐富而數據處理能力不足。發明內容
本發明要解決的技術問題是提出一種能夠準確測量并實時顯示列車的舒適度和平穩性的檢測儀及其檢測方法。
本發明所采用的技術方案為一種列車舒適度和平穩性檢測儀，包括工控機主板， 所述的工控機主板上設置有USB接口以及IXD接口，工控機主板通過以太網接口與計算機相連接；所述的工控機主板的輸入端連接有高速模擬量輸入卡，輸出端通過LCD接口連接液晶套件；所述的高速模擬量輸入卡的輸入信號由與之連接的2階有源濾波器提供，所述的2階有源濾波器的輸入端連接加速度傳感器。所述的加速度傳感器包括列車車體垂、橫、 縱三個方向上的加速度傳感器。正常情況下列車車體各個方向的振動加速度值都小于lg， 而且特性頻率一般都在IOHz以內，因此檢測儀采用ZW9609A-2型號的IC應變3向加速度傳感器，其頻響范圍為DC-2500HZ，測量范圍為2g，輸出電壓信號為0 5V。
本發明所述的高速模擬量輸入卡完全遵守PC/104總線規范，具有16路單端輸入通道，因此能夠對3路模擬信號同時進行采集，并通過PC/104總線接口傳送到主板中。內置一個5級可調的可編程增益放大器(PGA)，每個通道可以獨立設置增益，輸入量程從IOV 到采樣速率可均勻分配給使能的通道，還可設置分頻系數以降低采樣速率。PCM-8208BS為 16位卡，共有4個只讀寄存器和4個只寫寄存器，內置IK深度的FIFO，可使能滿中斷、半滿中斷、空中斷。所有輸入端口都具備過壓保護功能。具備耐壓2500VDC的隔離保護。
同時本發明還提供了一種列車舒適度和平穩性檢測儀的檢測方法，包括以下步驟
1)通過計算列車車體在一段時間內垂、橫、縱3個方向振動加速度的加權有效值的綜合值，得到列車車體綜合乘坐舒適度指標值和等級；
2)將測得的加速度按頻率分組，計算每個頻率段中不同加速度的平穩性指標值， 然后對各個頻率段的平穩性指標值進行加權處理，得到列車的橫向、垂向平穩性指標值和等級；
3)利用設計的圖形用戶界面，實時顯示三向加速度曲線及數值、舒適度和平穩性的指標值及等級；
4)把檢測儀采集到的原始振動加速度信號傳輸給計算機進行檢驗計算，將計算結果和檢測儀的檢測結果進行對比分析，驗證檢測儀的準確性。
所述的檢測儀的平穩性指標和等級的刷新頻率是0.5Hz、舒適度指標和等級的刷新頻率是0. 2Hz、三向加速度值的刷新頻率是1.9531Hz、三向加速度曲線的刷新頻率是 7.8125Hz。
在檢測過程中，傳感器檢測列車車體垂、橫、縱3個方向的振動加速度，通過 PCM-8208BS高速模擬量輸入卡傳入EPC-8000I-L工控機主板進行計算和分析，得到列車車體的實時舒適度與平穩性指標值，并根據UIC513《鐵路車輛內旅客振動舒適性評價準則》和 GB5595-85《鐵道車輛動力學性能評定和實驗鑒定規范》進行等級判斷，最后將加速度的實時曲線及數值、舒適度和平穩性的指標值及等級實時地輸出到液晶屏上。另外，測試儀還具有原始數據和實時運算結果的保存、與計算機通訊等功能。
本發明的有益效果是本發明所述的硬件采用基于EPC-8000系列工控機主板的嵌入式SoC智能平臺，利用其資源豐富、接口齊全、功耗低、可靠性高的特點省去了一大部分的硬件設計；軟件采用Linux操作系統，在保證實時性的同時，加強了人機界面的設計， 使得測試儀不僅能夠實時地準確測量并顯示列車的舒適度和平穩性，而且還具有豐富的人機界面、高穩定性、方便使用等特點。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是本發明的硬件結構示意框圖2是本發明的主循環流程圖3是本發明的運算分解圖。
具體實施方式
現在結合附圖和優選實施例對本發明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發明的基本結構，因此其僅顯示與本發明有關的構成。
一種列車舒適度和平穩性檢測儀，其硬件構架如圖1所示。在檢測過程中，傳感器檢測列車車體垂、橫、縱3個方向的振動加速度，通過PCM-8208BS高速模擬量輸入卡傳入 EPC-8000I-L工控機主板進行計算和分析，得到列車車體的實時舒適度與平穩性指標值，并根據UIC513《鐵路車輛內旅客振動舒適性評價準則》和GB5595-85《鐵道車輛動力學性能評定和實驗鑒定規范》進行等級判斷，最后將加速度的實時曲線及數值、舒適度和平穩性的指標值及等級實時地輸出到液晶屏上。另外，測試儀還具有原始數據和實時運算結果的保存、與計算機通訊等功能。加速度傳感器。正常情況下列車車體各個方向的振動加速度值都小于lg，而且特 性頻率一般都在IOHz以內，因此檢測儀采用ZW9609A-2型號的IC應變3向加速度傳感器， 其頻響范圍為DC-2500HZ，測量范圍為2g，輸出電壓信號為0 5V。PCM-8208BS高速模擬量輸入卡。它完全遵守PC/104總線規范，具有16路單端輸 入通道，因此能夠對3路模擬信號同時進行采集，并通過PC/104總線接口傳送到主板中。內 置一個5級可調的可編程增益放大器(PGA)，每個通道可以獨立設置增益，輸入量程從IOV 到采樣速率可均勻分配給使能的通道，還可設置分頻系數以降低采樣速率。PCM-8208BS為 16位卡，共有4個只讀寄存器和4個只寫寄存器，內置IK深度的FIFO，可使能滿中斷、半滿 中斷、空中斷。所有輸入端口都具備過壓保護功能。具備耐壓2500VDC的隔離保護。EPC-8000I-L PC/104嵌入式工控機主板。其CPU采用高性能的XScale處理器 PXA270,工作頻率 104MHz 520MHz，具有 256MB 大容量NAND Flash 存儲器、2MB BootLoader NOR Flash和64MB SDRAM存儲器，擁有1個CF卡接口、1路10/100M以太網接口、1路USB HOST接口和5個RS232串口，并支持DSTN和TFT液晶屏顯示，最大分辨率可達800600。EPC-8000 液晶套件。包括MAA084DVC05，199. 5x149x11. 5mm，8. 4〃 的液晶屏、四線 電阻式觸摸屏、逆變器和相關的線。由于在列車運行過程中進行振動檢測存在許多干擾，因此需要對振動加速度信號 data[N] (N為采樣點數)進行濾波。首先利用公式(1)和( 進行均值濾波，來減弱直流分 量的干擾。
權利要求
1.一種列車舒適度和平穩性檢測儀，其特征在于包括工控機主板，所述的工控機主板上設置有USB接口以及IXD接口，工控機主板通過以太網接口與計算機相連接；所述的工控機主板的輸入端連接有高速模擬量輸入卡，輸出端通過LCD接口連接液晶套件；所述的高速模擬量輸入卡的輸入信號由與之連接的濾波器提供，所述的濾波器的輸入端連接加速度傳感器。
2.如權利要求1所述的列車舒適度和平穩性檢測儀，其特征在于所述的加速度傳感器包括列車車體垂、橫、縱三個方向上的加速度傳感器。
3.如權利要求1所述的列車舒適度和平穩性檢測儀，其特征在于所述的高速模擬量輸入卡具有16路單端輸入通道，并通過PC/104總線接口連接工控機主板；其內置一個5級可調的可編程增益放大器。
4.一種列車舒適度和平穩性檢測儀的檢測方法，其特征在于包括以下步驟1)通過計算列車車體在一段時間內垂、橫、縱3個方向振動加速度的加權有效值的綜合值，得到列車車體綜合乘坐舒適度指標值和等級；2)將測得的加速度按頻率分組，計算每個頻率段中不同加速度的平穩性指標值，然后對各個頻率段的平穩性指標值進行加權處理，得到列車的橫向、垂向平穩性指標值和等級；3)利用設計的圖形用戶界面，實時顯示三向加速度曲線及數值、舒適度和平穩性的指標值及等級；4)把檢測儀采集到的原始振動加速度信號傳輸給計算機進行檢驗計算，將計算結果和檢測儀的檢測結果進行對比分析得出。
5.如權利要求4所述的列車舒適度和平穩性檢測儀的檢測方法，其特征在于所述的檢測儀的平穩性指標和等級的刷新頻率是0. 5Hz、舒適度指標和等級的刷新頻率是0. 2Hz、 三向加速度值的刷新頻率是1. 9531Hz、三向加速度曲線的刷新頻率是7. 8125Hz。
全文摘要
本發明涉及一種便攜式列車舒適度和平穩性檢測儀，利用傳感器檢測列車車體垂、橫、縱3個方向的振動加速度，通過PCM-8208BS高速模擬量輸入卡傳入EPC-8000I-L工控機主板進行計算和分析，得到列車車體的實時舒適度與平穩性指標值，并根據UIC513《鐵路車輛內旅客振動舒適性評價準則》和GB5595-85《鐵道車輛動力學性能評定和實驗鑒定規范》進行等級判斷，最后將加速度的實時曲線及數值、舒適度和平穩性的指標值及等級實時地輸出到液晶屏上。本發明不僅能夠實時地準確測量并顯示列車的舒適度和平穩性，而且還具有人機界面豐富、穩定性好、使用方便等特點。
文檔編號G01M17/08GK102519739SQ201110418340
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者馮艷波, 劉曉靜, 劉璐, 易彩, 林建輝, 王迎科 申請人:林建輝