地铁车正面碰撞及侧翻碰撞研究

地铁车正面碰撞及侧翻碰撞研究

吴迪1、王志俊2

1天津中车唐山轨道交通科技有限公司   天津市   300000 

   2中车唐山机车车辆有限公司  河北省唐山市 063035

摘要：现代地铁车辆通过各种先进的电子预警设备和新型自动控制装置进行主动安全防护的方法,减少了发生碰撞事故的可能性,但事故原因复杂多变,总有由于人为失误、设备故障或无法控制的自然灾害等因素造成的事故,不可能完全消除列车的碰撞。因此,随着地铁车辆被动安全性的提高,车辆的耐撞性越来越受到重视,许多国家也把车辆的耐撞性作为车辆设计的重要组成部分。基于此，本文章对地铁车正面碰撞及侧翻碰撞研究进行初步探讨，以供参考。

关键词：地铁车；正面碰撞；侧翻碰撞

引言

本文在查阅相关文献资料的基础上，结合地铁车辆运行特点，模拟了地铁车辆常见碰撞场景，对每种碰撞进行分析。结果表明，在地铁车辆碰撞过程中，车体的端部结构作为主要吸能部件对整车的耐撞性有着重要的影响；车体在正面碰撞中车体结构容易出现弯曲变形从而影响吸能效果；车体的端墙结构在侧翻碰撞中会变形吸能，并对车体在侧翻过程中的变形造成一定影响，可能会影响乘客的安全。

一、碰撞场景

与其他交通工具不同，地铁列车辆设有独立运行轨道，按照国内法律法规要求其轨道一般为封闭路线，其他车辆如汽车、电动车、自行车等不得入内， 因此，常见事故发生的原因概括为四种碰撞情况:第一种是同一线路上两个相同车辆之间发生正面碰撞或背面碰撞；第二种是同一线路上两个不同类型的车辆之间发生正面碰撞或背面碰撞；第三种是车辆与低处障碍物发生碰撞；第四种是车辆在平交路口与大型障碍物发成碰撞。轨道车辆之间的正面碰撞是最严重的；因此，研究人员主要关注于这种碰撞中的地铁车辆的耐撞性。

二、地铁车碰撞的自动检测

地铁自动碰撞检测可分为两类:第一类是碰撞警告检测，可预测行驶中车辆的可能碰撞，第二类是碰撞检测，前者是碰撞后实时检测到的碰撞检测，后者主要针对地铁中常用于在被动安全系统(如安全气囊)中运行碰撞的被动安全系统，因此必须在很短的时间内识别碰撞， 为了确保有足够的时间来运行保护系统，以便可执行简单的计算，例如速度和加速度、位移和变形、能量和信号功率(如果计算结果高于阈值)，干涉和经验公式被认为具有较强的颜色，并且仅可以确定是否发生了碰撞，但不会损坏地铁。

三、地铁车正面碰撞及侧翻碰撞的分析

（一）地铁车辆在事故中的破坏及运动形式

地铁车辆的耐撞性在不同的阶段有所不同，因此在地铁车辆的初始设计中，车辆的事故和运动形式的损坏没有考虑到耐撞性要求，或者在事故发生时，车辆与周围环境的随机接触是由于人们对车辆安全的关注，所以基于能耗管理的抗撞性设计显着提高，但列车的速度却在加快， 事故造成的损害是巨大的。事故造成了五种损坏，第一种是爬上一辆车，造成了部分爬行，损坏严重，失去了乘客的空间，第二种是穿透性损坏，造成了乘客的完全失去空间，这是早期铁路车辆之间经常发生的正面碰撞和高速碰撞，第三种是脱轨， 列车的轮对与轨道分离，但列车没有转动和倾倒，第四种当“脱轨”标志是列车翻转或跌落时的脱轨，而乘客将会遭受第二次固定的列车撞击，导致车辆一侧的横向弯曲，第五是车辆停留在轨道上，在轨道末端会发生巨大的塑性变形。

（二）地铁车辆端部吸能装置碰撞分析

对地铁车辆端部部件的碰撞仿真分析得出以下结论:(1)碰撞过程中变形能量发生了很大的压缩；(2)碰撞过程中初始动能逐渐转换为内部能量，使初始速度逐渐降低到0，随后的反向加速度增大； 为了保持碰撞过程中每个吸能部件的接触力稳定，(3)碰撞过程中的接触力基本满足部件的抗碰撞设计要求，(4)碰撞过程中能量的变化符合碰撞的实际情况，并且初始动能主要通过地铁车辆末端的能量吸收装置吸收，地铁车辆末端的能量组合满足抗碰撞要求。

（三）地铁列车冲击车挡碰撞性能分析

碰撞后车辆的塑性变形分析，其中碰撞后存活区域没有大于10%的塑性变形，车辆的最大塑性变形为6.2%，位于主车辆处的最大变形为4.77mm，驾驶员座椅中心的最大垂直变形为1.11mm，驾驶员座椅中心的最大垂直变形为8.76mm，占初始高度的0.4%，驾驶员座椅区域保持完好，符合EN15227标准，且“车辆长度5m不得变形。

（四）双向气液缓冲器

由于进气和流体性质对车辆的质量和速度敏感，因此每个设计都必须根据模拟碰撞力(压力)调整为可调整的胃孔(孔和杆之间的间隙)，通常调整孔直径，然后重新模拟碰撞力，调整轴的大小，以确保平滑的曲线最小化各个界面之间的碰撞，并扩大弯钩剪切力之间的间隙，以确保每个吸收能量的元素， 在多次设定时，在碰撞力为6，991kN且剪切力值为12，000 kn以满足设计要求之前，该值可能是最大的。

（五）机器学习算法与训练数据

后台服务器确定接收到的信号是否为干扰信号，但需要更高的精度，以便可以使用支持向量机对干扰信号进行分类。这是一个非线性分类问题，它使用核方法将信号从输入空间映射到高特征空间，因为信号的损坏级别是矢量机输入功能的一部分，所以可以确定整个车辆的损坏程度(无论是碰撞仿真还是实际汽车碰撞)，并获得足够的碰撞样本来训练深度神经网络的时间、成本和计算性能，因此不需要使用当前流行的学习深度，并且选择适合于中小型采样的支持向量。

（六）座椅排布方式

根据我国铁路车辆内部房间的设施和布置，根据欧洲和欧洲的乘客损伤标准，建立了铁路乘客第二次冲击损伤的局部有限元模型，分析了不同座椅布置方式的影响； 不同的座椅间距和不同的座椅刚度对乘客安全的影响，得出结论:(1)乘客的腿首先接触前排，头部的伤害比后座小；(2)当座椅之间的距离增大时，前排和后排座椅之间的距离增大，乘客离开座椅并撞到前排座椅的时间增大； 因此，由于座椅靠背的刚度增大，乘员头部的损伤将增大，(3)由于乘客的头部接触到座椅靠背，因此，根据相应的座椅标准，应该选择具有最低座椅靠背刚度的座椅，从而将乘客头部损伤降到最低。

结束语

综上所述，地铁车辆的被动安全性能作为列车整体安全性能的重要组成部分，得到了各国研究人员的广泛重视。在地铁车辆碰撞过程中，车体的端部结构作为主要吸能部件对整车的耐撞性有着重要的影响，应重点关注端部结构的耐撞性研究及其优化设计。

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