淺談車輛動(dòng)力學(xué)性能驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)EN14363新舊版本的對(duì)比分析

高美紅

北京鐵路電氣化學(xué)校，中國(guó)·北京 102202

1 引言

軌道車輛動(dòng)力學(xué)性能關(guān)系到車輛運(yùn)行安全性，是車輛驗(yàn)收的主要指標(biāo)。目前EN14363 Railway applications-Testing for the acceptance of running characters of railway vehicles-Testing of running behaviour and stationary tests[1]作為車輛動(dòng)力學(xué)性能的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)被中國(guó)和國(guó)際上廣泛接受，尤其是EN14363:2005 版本推出后被廣泛引用。因歷史原因，歐洲鐵路執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)和要求復(fù)雜，難以統(tǒng)一。在實(shí)施EN14363:2005的過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，如標(biāo)準(zhǔn)中的線路條件難以達(dá)到，目標(biāo)試驗(yàn)條件的組合過(guò)多且存在一定的不明確性等，歐洲鐵路主管機(jī)構(gòu)為此出臺(tái)說(shuō)明文件針對(duì)EN14363:2005 進(jìn)行修訂，直到有新版本的EN14363 公布。目前已有EN14363：2016[2]版發(fā)布生效，但此文件仍然對(duì)EN14363 標(biāo)準(zhǔn)的具體實(shí)施具有指導(dǎo)參考意義。

2 EN14363 頒布?xì)v史

國(guó)際鐵路協(xié)會(huì)UIC 518 工作組從國(guó)際交通驗(yàn)收中與安全性、軌道疲勞和運(yùn)行性能有關(guān)的動(dòng)態(tài)性能入手，提供了機(jī)車車輛（常規(guī)車輛、新工藝車輛和特種車輛）驗(yàn)收方面的在線運(yùn)行試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)分析的所有條款[3]。此規(guī)范規(guī)定全面，但存在一個(gè)問(wèn)題，在國(guó)際驗(yàn)收中采用此規(guī)范時(shí)難以滿足所有最嚴(yán)峻的運(yùn)行條件（曲線、速度及欠超高等）。EN14363 采用了UIC 518 的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)試驗(yàn)程序等做了一定的修改。主要依據(jù)以下幾個(gè)基本原則：

（1）鐵路以廣泛的技術(shù)條例作為前提條件。保證車輛部件系統(tǒng)和運(yùn)行線路能夠無(wú)故障的互聯(lián)互通。

（2）新造車輛必須在驗(yàn)收之前進(jìn)行試驗(yàn)和證明，另外對(duì)擴(kuò)展使用范圍的車輛進(jìn)行試驗(yàn)證明。

（3）國(guó)際鐵路聯(lián)運(yùn)要求對(duì)現(xiàn)有的規(guī)則進(jìn)行統(tǒng)一化并且制定一些附加規(guī)則。由于鐵路專業(yè)的測(cè)量、評(píng)測(cè)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步需要對(duì)現(xiàn)有規(guī)則進(jìn)行更新修訂.

（4）在提高車輛結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件方面要求的同時(shí)，不能影響其安全可靠性。

對(duì)于EN14363 與UIC518 的關(guān)系，EN14363:2005 版本中做了說(shuō)明，本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù) UIC 518 進(jìn)行制定的，UIC 518 的一些規(guī)定和要求到目前為止仍然沒(méi)有完全的通過(guò)實(shí)踐得到驗(yàn)證。當(dāng) UIC 518 和 UIC 432 之間的差異得到國(guó)際鐵路聯(lián)盟專家組的澄清之后，UIC 432 關(guān)于貨車行車性能方面的規(guī)定同樣也將被采用。本標(biāo)準(zhǔn)的工作組清楚地知道總是達(dá)到各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求的試驗(yàn)條件是不可能的。在這種情況下當(dāng)前的規(guī)則可以規(guī)定基于認(rèn)證要求的例外規(guī)定。對(duì)于更改的條件應(yīng)予以說(shuō)明[1]。

3 EN14363：2005 版至2016 版的過(guò)渡

因EN14363:2005 版在制定時(shí)對(duì)一些極端因素的充分考慮，EN14363:2005 在后續(xù)軌道交通行業(yè)被接受程度較UIC518 更高，尤其在歐洲獲得廣泛地應(yīng)用。一些機(jī)構(gòu)強(qiáng)制引用了EN14363：2005 標(biāo)準(zhǔn)作為車輛動(dòng)力學(xué)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。歐洲軌道條件的多樣性也導(dǎo)致在執(zhí)行EN14363：2005 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)存在了各種問(wèn)題，目標(biāo)試驗(yàn)條件的定義仍存在一些不明確的地方。歐盟委員會(huì)在專業(yè)機(jī)構(gòu)建議下對(duì)相關(guān)車輛法規(guī)進(jìn)行修訂時(shí)，特別在法規(guī)中定義了開口項(xiàng)。動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)條件中的軌道幾何質(zhì)量，速度、曲率和欠超高的組合是機(jī)車車輛法規(guī)中的開口項(xiàng)。這些開口項(xiàng)須服從車輛測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)規(guī)范。

實(shí)踐中人們認(rèn)識(shí)到，由于實(shí)際條件所限，并非所有的EN 14363：2005 版中確定的目標(biāo)測(cè)試條件可以通過(guò)物理測(cè)試實(shí)現(xiàn)。如果所有目標(biāo)測(cè)試條件的組合不能完全實(shí)現(xiàn)，則應(yīng)通過(guò)對(duì)車輛進(jìn)行一些缺少EN 14363:2005 的目標(biāo)條件的測(cè)試，也可以通過(guò)EN 14363:2005 中描述的其他方法來(lái)進(jìn)行評(píng)估證明。為保證車輛評(píng)估要求的統(tǒng)一性和規(guī)范性，立法機(jī)構(gòu)針對(duì)此開口項(xiàng)出臺(tái)了相關(guān)文件。同時(shí)，在歐洲鐵路主管機(jī)構(gòu)發(fā)布的相關(guān)文件中規(guī)定車輛動(dòng)力學(xué)按照EN 14363：2005 的評(píng)估應(yīng)當(dāng)采用按照一定的規(guī)范進(jìn)行修正，直到有新版本的EN14363公布。這其中給出了目標(biāo)測(cè)試條件的組合無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況下的實(shí)例方法，包括使用模擬仿真。

此外，需要指出的是EN 14363:2005 允許偏離規(guī)則，但并未規(guī)定偏離情況的具體處理。在澄清說(shuō)明文件中規(guī)定，如果證據(jù)能證明車輛的安全性至少與滿足這些準(zhǔn)則的安全性相等即可。如果對(duì)車輛的評(píng)估是基于測(cè)試，建議采用謹(jǐn)慎的方法和適當(dāng)?shù)臏y(cè)試計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)盡可能多的目標(biāo)測(cè)試條件。描述的方法可用于關(guān)閉與目標(biāo)測(cè)試條件有限的偏離。如果試圖縮小與目標(biāo)測(cè)試條件偏差太大，則不可行，或者導(dǎo)致對(duì)車輛遵循限值的結(jié)果惡化。

4 EN 14363：2016 版本需要注意的變化

歐洲標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)在2016年公布了EN 14363:2016 版本，改動(dòng)目的主要是為了標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的統(tǒng)一性了規(guī)范性，對(duì)一些條件進(jìn)行了說(shuō)明了和定義。

新版標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)影響動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)的修正條件（加載條件、扭曲軌道上的脫軌安全性、故障模式評(píng)估要求、軌道質(zhì)量、穩(wěn)定性測(cè)試、接觸條件、準(zhǔn)靜態(tài)評(píng)價(jià)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)不能滿足要求、Vadm ＞300 km/h 的車輛測(cè)試速度、針對(duì)目標(biāo)測(cè)試條件的多元回歸、Y/Q 的替代評(píng)價(jià)、準(zhǔn)靜態(tài)導(dǎo)向力Yqst 的評(píng)價(jià)、附加的軌道載荷參數(shù)評(píng)估）進(jìn)行了規(guī)定和說(shuō)明。

針對(duì)缺失的測(cè)試條件（運(yùn)營(yíng)包絡(luò)線、試驗(yàn)線路長(zhǎng)度Lts、試驗(yàn)區(qū)3 最小試驗(yàn)線路段數(shù)、試驗(yàn)區(qū)2 最小試驗(yàn)線路長(zhǎng)度、當(dāng)試驗(yàn)線路段數(shù)在測(cè)試區(qū)域內(nèi)不滿足最小段數(shù)時(shí)的評(píng)估方法、提高估計(jì)值在二維評(píng)價(jià)中的相關(guān)性、使用模擬仿真來(lái)補(bǔ)充樣本以進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)估、對(duì)目標(biāo)測(cè)試條件的多元回歸、擴(kuò)大接收范圍）的車輛評(píng)估評(píng)估方法進(jìn)行了規(guī)定和說(shuō)明。

定義了評(píng)估軌道幾何偏差的評(píng)價(jià)變量及數(shù)量，明確了不同參考速度的波長(zhǎng)范圍。對(duì)于試驗(yàn)區(qū)1 中兩條鋼軌中軌道幾何偏差的應(yīng)用于進(jìn)行軌道幾何質(zhì)量評(píng)價(jià)。對(duì)于試驗(yàn)區(qū)2、3、4 應(yīng)使用外軌的軌道幾何偏差值。如果某段軌道扭轉(zhuǎn)超過(guò)EN 13848-5:2008+A1:2010 Railway applications - Track -Track geometry quality -Part 5: Geometric quality levels - Plain line,switches and crossings 的安全限值，則該段需要單獨(dú)分析處理。根據(jù)EN13848 -1:2003+A1:2008Railway applications-Track -Track geometry quality -Part 1: Characterisation of track geometry[4]中指定的波長(zhǎng)范圍D1 的線性標(biāo)準(zhǔn)偏差分布和縱向水平度評(píng)估，對(duì)每個(gè)試驗(yàn)區(qū)的軌道幾何質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于大于200km /h 的參考速度，較長(zhǎng)波長(zhǎng)的軌道幾何偏差也應(yīng)記錄在報(bào)告中，如表1所示。對(duì)D2 和D3 范圍內(nèi)的軌道幾何質(zhì)量值沒(méi)有要求。各試驗(yàn)區(qū)間對(duì)于波長(zhǎng)3m-25m 的D1 范圍的軌道質(zhì)量需要強(qiáng)制符合列表中的要求。

表1 不同參考速度的波長(zhǎng)范圍

新版標(biāo)準(zhǔn)中明確給出了不同軌檢車的修改正系數(shù),如表2所示。不同的軌檢車修正系數(shù)不一樣。需要注意的是，標(biāo)準(zhǔn)中的軌檢車與中國(guó)的軌檢車標(biāo)準(zhǔn)不一致，如采用中國(guó)的軌檢車進(jìn)行線路檢測(cè)并記錄報(bào)告，需要測(cè)量軌道的幾何絕對(duì)值，再跟限值進(jìn)行比較。

表2 不同軌檢車的修正系數(shù)

測(cè)試報(bào)告部分，規(guī)定對(duì)于每個(gè)測(cè)試區(qū)域，應(yīng)在報(bào)告中逐節(jié)給出垂直直線度和橫向直線度波長(zhǎng)D1 范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的圖形表示。還可以包含這些值的統(tǒng)計(jì)表。如果由于振幅高于規(guī)定的QN3 值而被排除在分析之外，則應(yīng)在報(bào)告中說(shuō)明。報(bào)告中應(yīng)列出排除的部分，包括曲線半徑、速度、欠超高和四個(gè)軌道幾何質(zhì)量值。

當(dāng)軌道段數(shù)在測(cè)試區(qū)域內(nèi)不滿足最小段數(shù)時(shí)，應(yīng)用該方法時(shí)，需要用一維方法求出估計(jì)的最大值(k ≠0)。

當(dāng)不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)所要求的最小試驗(yàn)段數(shù)時(shí)，可通過(guò)增加估計(jì)值，將減少的數(shù)據(jù)集的結(jié)果作為評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。對(duì)于估計(jì)值最大值(k ≠0)，根據(jù)試驗(yàn)段數(shù)的實(shí)際節(jié)數(shù)，對(duì)每個(gè)評(píng)估量選擇C(nts)，見(jiàn)表3。

表3 校正因子C(N)對(duì)于N = 25 到15 個(gè)段數(shù)

不允許在每個(gè)表中N 的給定范圍之外進(jìn)行外推。新的估計(jì)最大值為：Yc,max = C(N) x Ymax，因?yàn)槎S評(píng)價(jià)方法已經(jīng)使用了依賴于樣本量的學(xué)生t 因子，不需要進(jìn)一步修正。最小分段數(shù)為15。

對(duì)于以欠超高為變量的二維法計(jì)算的擬靜態(tài)值(k=0)，可以通過(guò)增加估計(jì)值Yc(X0)，將簡(jiǎn)化后的數(shù)據(jù)集的結(jié)果作為評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

明確規(guī)定了使用模擬仿真來(lái)補(bǔ)充樣本以進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)估。車輛類型動(dòng)態(tài)性能的初始評(píng)估一般應(yīng)基于軌道測(cè)試。在某些情況下，這些試驗(yàn)可以通過(guò)模擬或其他手段加以補(bǔ)充，例如在試驗(yàn)期間無(wú)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)試驗(yàn)條件的組合時(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

論文介紹了EN14363 的頒布?xì)v史，EN:2005 版本的問(wèn)題和EN 14363：2016 版本的演進(jìn)過(guò)程。在EN 14363：2005 版本的廣泛實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)此版本的目標(biāo)試驗(yàn)條件難以達(dá)到同時(shí)存在許多不明確的地方。EN14363 修訂考慮的原則是為了保證車輛安全性，標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行過(guò)程中動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)條件的統(tǒng)一性、規(guī)范性和可操作性。2016 版本的EN14363 對(duì)于執(zhí)行2005 版EN14363 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，將常遇到目標(biāo)試驗(yàn)條件問(wèn)題，如線路軌道質(zhì)量、線路區(qū)間段數(shù)要求、仿真驗(yàn)證等進(jìn)行了說(shuō)明并提供了解決措施，具有指導(dǎo)意義。