一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置。該檢測裝置包括安裝在列車客室內的加速度傳感器(1)、數(shù)據(jù)采集單元、自供電電源單元和數(shù)據(jù)傳輸單元(4)，以及安裝在駕駛室內的個人計算機(5)和指示單元(6)，所述的個人計算機(5)為安裝有LabVIEW軟件的計算機，所述的自供電電源單元分別連接加速度傳感器(1)、數(shù)據(jù)采集單元和個人計算機(5)，所述的數(shù)據(jù)采集單元分別連接加速度傳感器(1)和數(shù)據(jù)傳輸單元(4)，所述的數(shù)據(jù)傳輸單元(4)連接所述的個人計算機(5)，還連接指示單元(6)。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有自供能、使用方便、數(shù)據(jù)實時記錄、檢測結果科學可靠等優(yōu)點。
【專利說明】
一種基于LabV IEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種城軌列車運行舒適度檢測裝置，尤其是涉及一種基于 LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著城市化建設步伐的加快，中心城市不斷在向周邊輻射，城市軌道交通建設的 緊迫性也在增加。然而，地鐵在運行過程中存在著不同程度的車體晃動等問題，直接關系到 乘客的乘坐舒適性，甚至對列車運行安全也會產生諸多不利影響，因此，增加乘坐舒適度、 提升車輛運行平穩(wěn)性成為了是一個至關重要的問題。市面上現(xiàn)有的檢測儀在使用方便性、 數(shù)據(jù)實時記錄、檢測結果科學性方面的欠缺。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種基于 LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置。
[0004] 本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：
[0005] -種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，該檢測裝置包括安裝 在列車客室內的加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、自供電電源單元和數(shù)據(jù)傳輸單元，以及安裝 在駕駛室內的個人計算機和指示單元，所述的個人計算機為安裝有LabVIEW軟件的計算機， 所述的自供電電源單元分別連接加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集單元和個人計算機，所述的數(shù)據(jù) 采集單元分別連接加速度傳感器和數(shù)據(jù)傳輸單元，所述的數(shù)據(jù)傳輸單元連接所述的個人計 算機，該個人計算機連接指示單元。
[0006] 所述的加速度傳感器為三軸加速度傳感器，并設置多個，分別安裝在乘客座椅后 方、前后轉向架上以及客室車體底部。
[0007] 所述的自供電電源單元包括依次連接的振動發(fā)電裝置、充電變流器、蓄能器和DC/ DC變換器，所述的DC/DC變換器還分別連接至加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集單元和個人計算機。
[0008] 所述的蓄能器為蓄電池或超級電容。
[0009] 所述的振動發(fā)電裝置為壓電陶瓷發(fā)電裝置或振動發(fā)電機。
[0010] 所述的數(shù)據(jù)采集單元包括信號調理電路和數(shù)據(jù)采集卡，所述的信號調理電路輸入 端連接加速度傳感器，輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡輸入端，數(shù)據(jù)采集卡輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸單 J L 〇
[0011] 所述的信號調理電路為帶通濾波器，所述的數(shù)據(jù)采集卡為A/D轉換器。
[0012] 所述的數(shù)據(jù)傳輸單元為有線傳輸模塊或無線傳輸模塊。
[0013] 所述的指示單元包括安裝在駕駛室前面板上的對應相應的舒適度等級的五個LED 指示燈。
[0014] 該裝置還包括用于在舒適度值低于設定值時進行報警的揚聲器，該揚聲器連接個 人計算機。
[0015] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下優(yōu)點：
[0016] (1)在列車客室內多方位安裝加速度傳感器，包括乘客座椅后方、前后轉向架上以 及客室車體底部，通過多點測量不同位置的數(shù)據(jù)從而通過個人計算機進行整合分析，其測 評過程更具有普遍性和科學性，對于最后結果的呈現(xiàn)更具說服力；
[0017] (2)數(shù)據(jù)采集單元首先通過設置的帶通濾波器對加速度傳感器采集的加速度進行 濾波處理，濾除高頻和低頻噪聲，并通過A/D轉換器將模擬量轉化為數(shù)字量，進而將數(shù)字量 提供給個人計算機進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)了數(shù)字化處理，處理速度快，結果可靠；
[0018] (3)通過LabVIEW軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、實時顯示以及保存的功能，處理方式更加簡 潔，結果可以更清晰直觀地呈現(xiàn)給駕駛員或其他使用者；
[0019] ⑷指示單元設置五個LED指示燈，分別對應"舒適"、"較舒適"、"一般"、"不舒適" 和"很不舒適"五個舒適度等級，使得在列車停止后駕駛員更直觀地獲取列車整個過程的舒 適度狀態(tài)；
[0020] (5)設置的揚聲器能夠在舒適度值低于設定值時對駕駛員作出提醒，提高列車運 行舒適度；
[0021] (6)電源單元為自供能系統(tǒng)，通過振動發(fā)電裝置、充電變流器，為蓄能器充電，再經(jīng) 過DC/DC變換器供電給加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和個人計算機，該檢測裝置整體不需要外 接電源，擺脫電池供電的束縛。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型的結構框圖；
[0023]圖2為實用新型舒適度檢測裝置的檢測算法流程圖。
[0024]圖中，1為加速度傳感器，2為信號調理電路，3為數(shù)據(jù)采集卡，4為數(shù)據(jù)傳輸單元，5 為個人計算機，6為指示單元，7為揚聲器，8為振動發(fā)電裝置，9為充電變流器，10為蓄能器， 11為DC/DC變換器。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0026] 實施例
[0027]如圖1所示，一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，該檢測裝 置包括安裝在列車客室內的加速度傳感器1、數(shù)據(jù)采集單元、自供電電源單元和數(shù)據(jù)傳輸單 元4,以及安裝在駕駛室內的個人計算機5和指示單元6，，所述的個人計算機5為安裝有 LabVIEW軟件的計算機，所述的自供電電源單元分別連接加速度傳感器1和數(shù)據(jù)采集單元， 所述的數(shù)據(jù)采集單元分別連接加速度傳感器1和數(shù)據(jù)傳輸單元4,所述的數(shù)據(jù)傳輸單元4連 接所述的個人計算機5，還連接指示單元6。
[0028]所述的加速度傳感器1為三軸加速度傳感器，并設置多個，分別安裝在乘客座椅后 方、前后轉向架上以及客室車體底部。由于城市軌道交通客流量較大，各傳感器的安裝不能 影響乘客的正常乘坐，故將傳感器架設在乘客無法接觸的區(qū)域，同時多方位安裝加速度傳 感器1，通過多點測量不同位置的數(shù)據(jù)從而通過個人計算機5進行整合分析，其測評過程更 具有普遍性和科學性，對于最后結果的呈現(xiàn)更具說服力。所述的自供電電源單元包括依次 連接的振動發(fā)電裝置8、充電變流器9、蓄能器10和DC/DC變換器11，所述的DC/DC變換器11還 分別連接至加速度傳感器1、數(shù)據(jù)采集單元和個人計算機5。所述的蓄能器10為蓄電池或超 級電容，所述的振動發(fā)電裝置8為壓電陶瓷發(fā)電裝置或振動發(fā)電機。電源單元為自供能系 統(tǒng)，通過振動發(fā)電裝置8、充電變流器9,為蓄能器10充電，再經(jīng)過DC/DC變換器11供電給加速 度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和個人計算機，該檢測裝置整體不需要外接電源，擺脫電池供電的束 縛。
[0029]所述的數(shù)據(jù)采集單元包括信號調理電路2和數(shù)據(jù)采集卡3,所述的信號調理電路2 輸入端連接加速度傳感器1，輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡3輸入端，數(shù)據(jù)采集卡3輸出端連接數(shù)據(jù) 傳輸單元4。所述的信號調理電路2為帶寬為1~80Hz的帶通濾波器，所述的數(shù)據(jù)采集卡3為 A/D轉換器。數(shù)據(jù)采集單元首先通過設置的帶通濾波器對加速度傳感器1采集的加速度進行 濾波處理，濾除高頻和低頻噪聲，并通過A/D轉換器將模擬量轉化為數(shù)字量，進而將數(shù)字量 提供給個人計算機5進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)了數(shù)字化處理，處理速度快，結果可靠。所述的數(shù)據(jù) 傳輸單元4為有線傳輸模塊或無線傳輸模塊。數(shù)據(jù)傳輸單元4將采集的加速度傳送給個人計 算機5后，通過LabVIEW軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、實時顯示以及保存的功能，處理方式更加簡潔， 結果可以更清晰直觀地呈現(xiàn)給駕駛員或其他使用者。
[0030] 所述的指示單元6包括安裝在駕駛室前面板上的五個LED指示燈，各LED指示燈對 應相應的舒適度等級，包括"舒適"、"較舒適"、"一般"、"不舒適"和"很不舒適"五個舒適度 等級，使得在列車停止后駕駛員更直觀地獲取列車整個過程的舒適度狀態(tài)。另外該裝置還 包括用于在舒適度值低于設定值時進行報警的揚聲器7,該揚聲器7連接個人計算機5,在運 行過程中若舒適度低于設定值后，揚聲器7能對駕駛員進行提醒，提高列車運行舒適度。
[0031] 圖2所示為基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置的檢測算法，包括 以下步驟：
[0032]執(zhí)行步驟101，設定三軸加速度傳感器的采集參數(shù)，包括列車運行總時間等；
[0033]執(zhí)行步驟102,三軸加速度傳感器分別以lkHZ采樣率進行三軸加速度的檢測，并將 檢測的模擬量發(fā)送給數(shù)據(jù)采集單元；
[0034] 執(zhí)行步驟103,數(shù)據(jù)采集單元中的帶通濾波器對模擬量進行濾波并傳輸至A/D轉換 器；
[0035] 執(zhí)行步驟104，A/D轉換器將模擬信號轉變成數(shù)字信號，并發(fā)送給個人計算機5;
[0036] 執(zhí)行步驟105,計算舒適度等級和加速度變化率等級；
[0037]其中舒適度等級計算具體為:LabVIEW程序將采集到的加速度數(shù)據(jù)代入舒適度計 算公式進行計算，該計算公式為：
[0038] N = + a：，
[0039] 其中ax、ay、az分別為x、y、z軸加速度，N為該瞬時時刻的列車舒適度值，將N與舒適 度指標N mv進行比較后，獲得相應的等級Nt;
[0040] 加速度變化率等級計算具體為:LabVIEW程序將采集到的各向加速度數(shù)據(jù)進行分 別求導，代入計算公式：
[0041 ] 4, ^ Pj^(-)2 + Bi-)1 + , a 、 dt dt dt
[0042]式中，Q、A、B、C均為參考人體感官承受閾值的經(jīng)驗系數(shù)，可通過調研統(tǒng)計總結得 到，通常列車運行方向（x軸方向）的加速度變化率值對乘客舒適度影響最大，其次為y軸方 向，z軸向影響最小，本實施例中，定義Q為2，A為6，B為2，C為1，將計算的值與加速度變化 率指標ACR進行對比，獲得相應的等級Acrt;
[0043]執(zhí)行步驟106，將計算得到的Nt和Acrt求和獲得舒適度綜合值Nsyn，實時記錄N syn值， 并在列車運行過程中，'"值在各個區(qū)間的時間段七山山……tk內被做均值記錄，同時實 時顯示于前面板上;隊#值超過設定值時，報警單元工作，提示司機改進駕駛方式以達到舒 適值范圍；
[0044] 執(zhí)行步驟107,判斷是列車是否到站，若是繼續(xù)執(zhí)行步驟108,否則返回步驟102; [0045]執(zhí)行步驟1 0 8，列車全程運行結束后，將各個時間段內的Ns y n值按照公式 k ivni ? (?進行加權求和計算得到加權時間1/，其中Nsyni為ti時段的舒適度綜合值； J=1
[0046] 執(zhí)行步驟109，最后將加權時間1/與總時間t做比值，根據(jù)公式n = t/V計算出n值， n即為該列車運行全程最終舒適度值；
[0047] 執(zhí)行步驟110:將數(shù)值n與舒適度等級評價表(評價表中各級數(shù)值根據(jù)人體感官閾 值進行確定)進行比較后，得到"舒適"、"較舒適"、"一般"、"不舒適"、"很不舒適"五個等級， 作為列車運行全程舒適度評價結果，并通過對應的LED顯示燈進行顯示。
【主權項】
1. 一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，其特征在于，該檢測裝置 包括安裝在列車客室內的加速度傳感器(1)、數(shù)據(jù)采集單元、自供電電源單元和數(shù)據(jù)傳輸單 元(4)，以及安裝在駕駛室內的個人計算機(5)和指示單元(6)，所述的個人計算機(5)為安 裝有LabVIEW軟件的計算機，所述的自供電電源單元分別連接加速度傳感器（1)、數(shù)據(jù)采集 單元和個人計算機(5)，所述的數(shù)據(jù)采集單元分別連接加速度傳感器（1)和數(shù)據(jù)傳輸單元 (4 )，所述的數(shù)據(jù)傳輸單元(4)連接所述的個人計算機(5 )，該個人計算機(5)連接指示單元 (6)〇2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，其 特征在于，所述的加速度傳感器（1)為三軸加速度傳感器，并設置多個，分別安裝在乘客座 椅后方、前后轉向架上以及客室車體底部。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，其 特征在于，所述的自供電電源單元包括依次連接的振動發(fā)電裝置(8)、充電變流器(9)、蓄能 器（10)和DC/DC變換器（11)，所述的DC/DC變換器（11)還分別連接至加速度傳感器（1)、數(shù)據(jù) 采集單元和個人計算機(5)。4. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，其 特征在于，所述的蓄能器(10)為蓄電池或超級電容。5. 根據(jù)權利要求3所述的一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，其 特征在于，所述的振動發(fā)電裝置(8)為壓電陶瓷發(fā)電裝置或振動發(fā)電機。6. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，其 特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集單元包括信號調理電路(2)和數(shù)據(jù)采集卡(3)，所述的信號調理 電路(2)輸入端連接加速度傳感器（1)，輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡(3)輸入端，數(shù)據(jù)采集卡(3) 輸出端連接數(shù)據(jù)傳輸單元(4)。7. 根據(jù)權利要求6所述的一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，其 特征在于，所述的信號調理電路(2)為帶通濾波器，所述的數(shù)據(jù)采集卡(3)為A/D轉換器。8. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置， 其特征在于，所述的數(shù)據(jù)傳輸單元(4)為有線傳輸模塊或無線傳輸模塊。9. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置，其 特征在于，所述的指示單元(6)包括安裝在駕駛室前面板上的對應相應的舒適度等級的五 個LED指示燈。10. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于LabVIEW的自供能城軌列車運行舒適度檢測裝置， 其特征在于，該裝置還包括用于在舒適度值低于設定值時進行報警的揚聲器(7)，該揚聲器 (7)連接個人計算機(5)。
【文檔編號】G01M17/08GK205506417SQ201620045390
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月18日
【發(fā)明人】宋瑞剛, 韋洋洋, 仇唐彬, 林立, 姜云, 黎萱
【申請人】上海工程技術大學