淺談車輛動力學性能驗收標準EN14363新舊版本的對比分析

高美紅

北京鐵路電氣化學校，中國·北京 102202

1 引言

軌道車輛動力學性能關系到車輛運行安全性，是車輛驗收的主要指標。目前EN14363 Railway applications-Testing for the acceptance of running characters of railway vehicles-Testing of running behaviour and stationary tests[1]作為車輛動力學性能的驗收標準被中國和國際上廣泛接受，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)行的標準和要求復雜，難以統(tǒng)一。在實施EN14363:2005的過程中也發(fā)現(xiàn)一些問題，如標準中的線路條件難以達到，目標試驗條件的組合過多且存在一定的不明確性等，歐洲鐵路主管機構為此出臺說明文件針對EN14363:2005 進行修訂，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EN14363 標準的具體實施具有指導參考意義。

2 EN14363 頒布歷史

國際鐵路協(xié)會UIC 518 工作組從國際交通驗收中與安全性、軌道疲勞和運行性能有關的動態(tài)性能入手，提供了機車車輛（常規(guī)車輛、新工藝車輛和特種車輛）驗收方面的在線運行試驗和結構分析的所有條款[3]。此規(guī)范規(guī)定全面，但存在一個問題，在國際驗收中采用此規(guī)范時難以滿足所有最嚴峻的運行條件（曲線、速度及欠超高等）。EN14363 采用了UIC 518 的評價指標，并對試驗程序等做了一定的修改。主要依據(jù)以下幾個基本原則：

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

（2）新造車輛必須在驗收之前進行試驗和證明，另外對擴展使用范圍的車輛進行試驗證明。

（3）國際鐵路聯(lián)運要求對現(xiàn)有的規(guī)則進行統(tǒng)一化并且制定一些附加規(guī)則。由于鐵路專業(yè)的測量、評測和數(shù)據(jù)處理技術的進步需要對現(xiàn)有規(guī)則進行更新修訂.

（4）在提高車輛結構和運行條件方面要求的同時，不能影響其安全可靠性。

對于EN14363 與UIC518 的關系，EN14363:2005 版本中做了說明，本標準根據(jù) UIC 518 進行制定的，UIC 518 的一些規(guī)定和要求到目前為止仍然沒有完全的通過實踐得到驗證。當 UIC 518 和 UIC 432 之間的差異得到國際鐵路聯(lián)盟專家組的澄清之后，UIC 432 關于貨車行車性能方面的規(guī)定同樣也將被采用。本標準的工作組清楚地知道總是達到各個標準要求的試驗條件是不可能的。在這種情況下當前的規(guī)則可以規(guī)定基于認證要求的例外規(guī)定。對于更改的條件應予以說明[1]。

3 EN14363：2005 版至2016 版的過渡

因EN14363:2005 版在制定時對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用。一些機構強制引用了EN14363：2005 標準作為車輛動力學的驗收標準。歐洲軌道條件的多樣性也導致在執(zhí)行EN14363：2005 標準時存在了各種問題，目標試驗條件的定義仍存在一些不明確的地方。歐盟委員會在專業(yè)機構建議下對相關車輛法規(guī)進行修訂時，特別在法規(guī)中定義了開口項。動力學性能試驗條件中的軌道幾何質量，速度、曲率和欠超高的組合是機車車輛法規(guī)中的開口項。這些開口項須服從車輛測試的標準和基礎設施維護規(guī)范。

實踐中人們認識到，由于實際條件所限，并非所有的EN 14363：2005 版中確定的目標測試條件可以通過物理測試實現(xiàn)。如果所有目標測試條件的組合不能完全實現(xiàn)，則應通過對車輛進行一些缺少EN 14363:2005 的目標條件的測試，也可以通過EN 14363:2005 中描述的其他方法來進行評估證明。為保證車輛評估要求的統(tǒng)一性和規(guī)范性，立法機構針對此開口項出臺了相關文件。同時，在歐洲鐵路主管機構發(fā)布的相關文件中規(guī)定車輛動力學按照EN 14363：2005 的評估應當采用按照一定的規(guī)范進行修正，直到有新版本的EN14363公布。這其中給出了目標測試條件的組合無法實現(xiàn)的情況下的實例方法，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則的安全性相等即可。如果對車輛的評估是基于測試，建議采用謹慎的方法和適當?shù)臏y試計劃，以實現(xiàn)盡可能多的目標測試條件。描述的方法可用于關閉與目標測試條件有限的偏離。如果試圖縮小與目標測試條件偏差太大，則不可行，或者導致對車輛遵循限值的結果惡化。

4 EN 14363：2016 版本需要注意的變化

歐洲標準委員會在2016年公布了EN 14363:2016 版本，改動目的主要是為了標準執(zhí)行的統(tǒng)一性了規(guī)范性，對一些條件進行了說明了和定義。

新版標準中對影響動力學性能試驗的修正條件（加載條件、扭曲軌道上的脫軌安全性、故障模式評估要求、軌道質量、穩(wěn)定性測試、接觸條件、準靜態(tài)評價量的評價指標不能滿足要求、Vadm ＞300 km/h 的車輛測試速度、針對目標測試條件的多元回歸、Y/Q 的替代評價、準靜態(tài)導向力Yqst 的評價、附加的軌道載荷參數(shù)評估）進行了規(guī)定和說明。

針對缺失的測試條件（運營包絡線、試驗線路長度Lts、試驗區(qū)3 最小試驗線路段數(shù)、試驗區(qū)2 最小試驗線路長度、當試驗線路段數(shù)在測試區(qū)域內不滿足最小段數(shù)時的評估方法、提高估計值在二維評價中的相關性、使用模擬仿真來補充樣本以進行適當?shù)脑u估、對目標測試條件的多元回歸、擴大接收范圍）的車輛評估評估方法進行了規(guī)定和說明。

定義了評估軌道幾何偏差的評價變量及數(shù)量，明確了不同參考速度的波長范圍。對于試驗區(qū)1 中兩條鋼軌中軌道幾何偏差的應用于進行軌道幾何質量評價。對于試驗區(qū)2、3、4 應使用外軌的軌道幾何偏差值。如果某段軌道扭轉超過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]中指定的波長范圍D1 的線性標準偏差分布和縱向水平度評估，對每個試驗區(qū)的軌道幾何質量進行評估。對于大于200km /h 的參考速度，較長波長的軌道幾何偏差也應記錄在報告中，如表1所示。對D2 和D3 范圍內的軌道幾何質量值沒有要求。各試驗區(qū)間對于波長3m-25m 的D1 范圍的軌道質量需要強制符合列表中的要求。

表1 不同參考速度的波長范圍

新版標準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，標準中的軌檢車與中國的軌檢車標準不一致，如采用中國的軌檢車進行線路檢測并記錄報告，需要測量軌道的幾何絕對值，再跟限值進行比較。

表2 不同軌檢車的修正系數(shù)

測試報告部分，規(guī)定對于每個測試區(qū)域，應在報告中逐節(jié)給出垂直直線度和橫向直線度波長D1 范圍內的標準偏差值的圖形表示。還可以包含這些值的統(tǒng)計表。如果由于振幅高于規(guī)定的QN3 值而被排除在分析之外，則應在報告中說明。報告中應列出排除的部分，包括曲線半徑、速度、欠超高和四個軌道幾何質量值。

當軌道段數(shù)在測試區(qū)域內不滿足最小段數(shù)時，應用該方法時，需要用一維方法求出估計的最大值(k ≠0)。

當不能達到標準所要求的最小試驗段數(shù)時，可通過增加估計值，將減少的數(shù)據(jù)集的結果作為評價的基礎。對于估計值最大值(k ≠0)，根據(jù)試驗段數(shù)的實際節(jié)數(shù)，對每個評估量選擇C(nts)，見表3。

表3 校正因子C(N)對于N = 25 到15 個段數(shù)

不允許在每個表中N 的給定范圍之外進行外推。新的估計最大值為：Yc,max = C(N) x Ymax，因為二維評價方法已經使用了依賴于樣本量的學生t 因子，不需要進一步修正。最小分段數(shù)為15。

對于以欠超高為變量的二維法計算的擬靜態(tài)值(k=0)，可以通過增加估計值Yc(X0)，將簡化后的數(shù)據(jù)集的結果作為評價的基礎。

明確規(guī)定了使用模擬仿真來補充樣本以進行適當?shù)脑u估。車輛類型動態(tài)性能的初始評估一般應基于軌道測試。在某些情況下，這些試驗可以通過模擬或其他手段加以補充，例如在試驗期間無法實現(xiàn)目標試驗條件的組合時。

5 結語

論文介紹了EN14363 的頒布歷史，EN:2005 版本的問題和EN 14363：2016 版本的演進過程。在EN 14363：2005 版本的廣泛實踐應用過程中，發(fā)現(xiàn)此版本的目標試驗條件難以達到同時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，標準執(zhí)行過程中動力學試驗條件的統(tǒng)一性、規(guī)范性和可操作性。2016 版本的EN14363 對于執(zhí)行2005 版EN14363 標準時，將常遇到目標試驗條件問題，如線路軌道質量、線路區(qū)間段數(shù)要求、仿真驗證等進行了說明并提供了解決措施，具有指導意義。