Encuentro Intersectorial FerroviarioLomas de Zamora 16 nov. 2017

ENSAYOS DE CONFORT SEGÚN NORMAS

UNE-EN 12299 UIC-513

• Personal de EMEPA

• Personal de SBASE

• Gustavo Bustamante (UNLZ)

• Jorge Martin Muniz Berón (Universidad de la República)

• Carlos Gette (UNLP)

• Emilio Tamburini (UNLZ)

AGRADECIMIENTOS

La evaluación de la Comodidad Media y la Comodidad Continua consiste en:

a) La medición de las aceleraciones en el suelo del vehículo (aceleraciónvertical y lateral)

b) La digitalización, junto con un filtro apropiado;c) La ponderación de frecuencia de las señales;d) El cálculo de los valores cuadráticos medios en intervalos de tiempo

de 5 segundos, siendo el resultado la Comodidad Continua;e) El cálculo del percentil 95 sobre un intervalo de tiempo de 5 min.f) El cálculo del índice de Comodidad Media para cada punto de

medición.

METODOLOGÍA

Nota: de acuerdo a norma, el registro de las aceleraciones debe ser de 5minutos continuos. En nuestro caso por el estado de las vías y por elrecorrido, el cual es urbano, no se ha podido mantener durante 5 minutosuna velocidad constante. Por lo cual se extractaron tramos de igual velocidadde menor tiempo de duración y se procedió a calcular los índices decomodidad. Esta hipótesis de trabajo es muy conservativa.

UNE 12299

Esta norma especifica los métodos para la cuantificación de los efectosde los movimientos de la caja del vehículo sobre la comodidad de viajepara los viajeros y sobre la evaluación del vehículo con respecto a lacomodidad de viaje.

Comodidad Media:Nivel de comodidad percibida, ajustado continuamente, tal como seevalúa por medición durante un intervalo de tiempo largo (por lo menosalgunos minutos).

Comodidad Continua:Nivel de aceleraciones, ponderado en frecuencia, evaluadocontinuamente como un conjunto de valores RMS (valor cuadráticomedio) en dirección vertical, transversal y longitudinal sobre un intervalode tiempo corto (normalmente 5 s).

Valores cuadráticos medios de las aceleraciones ponderadas

Los valores cuadráticos medios sobre intervalos de 5 segundos de lasaceleraciones ponderadas en frecuencias se calculan como:

𝑎𝑎𝑋𝑋𝑋𝑋𝑋𝑋𝑊𝑊𝑊𝑊 𝑡𝑡 = 1𝑇𝑇 ∫𝑡𝑡−𝑇𝑇

𝑡𝑡 ( �̈𝑥𝑥𝑊𝑊𝑊𝑊(𝜏𝜏))2𝑑𝑑𝜏𝜏0.5

𝑎𝑎𝑌𝑌𝑋𝑋𝑋𝑋𝑊𝑊𝑊𝑊 𝑡𝑡 =1𝑇𝑇�𝑡𝑡−𝑇𝑇

𝑡𝑡( �̈𝑦𝑦𝑊𝑊𝑊𝑊(𝜏𝜏))2𝑑𝑑𝜏𝜏

0.5

𝑎𝑎𝑍𝑍𝑋𝑋𝑋𝑋𝑊𝑊𝑊𝑊 𝑡𝑡 =1𝑇𝑇�𝑡𝑡−𝑇𝑇

𝑡𝑡( �̈𝑧𝑧𝑊𝑊𝑊𝑊(𝜏𝜏))2𝑑𝑑𝜏𝜏

0.5

Dónde: T=5 seg. Y t es un múltiplo de 5 seg.

Comodidad Continua

A niveles del suelo, los valores cuadráticos medios de las aceleracionesponderadas en frecuencia se definen como:

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑡𝑡 = 𝑎𝑎𝑋𝑋𝑋𝑋𝑊𝑊𝑊𝑊

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑡𝑡 = 𝑎𝑎𝑌𝑌𝑋𝑋𝑊𝑊𝑊𝑊

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑡𝑡 = 𝑎𝑎𝑍𝑍𝑋𝑋𝑊𝑊𝑊𝑊

Las medidas para la comodidad continua son funciones del tiempo.

Método Normal de Comodidad Media

Para el cálculo de la comodidad media basado en el método normal se utilizala siguiente ecuación:

𝑁𝑁𝑀𝑀𝑀𝑀 = 6 (𝑎𝑎𝑋𝑋𝑋𝑋𝑋5𝑊𝑊𝑊𝑊 )2 + (𝑎𝑎𝑌𝑌𝑋𝑋𝑋5𝑊𝑊𝑊𝑊 )2 + (𝑎𝑎𝑌𝑌𝑋𝑋𝑋5𝑊𝑊𝑊𝑊 )2

Definición de índices de comodidad

Se miden aceleraciones longitudinales, laterales y verticales en elpiso del coche de pasajeros según requiere la norma UNE-EN 12299.

ENSAYOS DE CONFORT

InstrumentaciónENSAYOS DE CONFORT

ENSAYOS DE CONFORTENSAYOS DE CONFORT

Ubicación centro del coche - Boulogne - Retiro

Velocidades para el tramo Boulogne - Retiro

Velocidad[km/h]

UbicaciónAcelerómetro

Fiat III Alerce

Índices de Comodidad Índices de Comodidad

CC-X CC-Y CC-Z Media CC-X CC-Y CC-Z Media

20-25

Extremo - motriz 0,46 0,38 0,37 3,76 0,30 0,65 0,23 2,74

Centro 0,12 0,14 0,10 1,14 0,09 0,27 0,08 1,11

Extremo - Libre 0,46 0,38 0,37 3,76 0,25 0,32 0,21 2,22

25-30

Extremo - motriz 0,51 0,38 0,30 3,94 0,27 0,54 0,20 3,72

Centro 0,14 0,15 0,13 1,33 0,09 0,21 0,07 1,30

Extremo - Libre 0,51 0,38 0,30 3,94 0,26 0,27 0,15 2,22

30-35

Extremo - motriz 0,49 0,36 0,33 3,89 0,28 0,42 0,20 3,23

Centro 0,17 0,15 0,17 1,57 0,08 0,17 0,06 1,16

Extremo - Libre 0,49 0,36 0,33 3,89 0,24 0,24 0,15 2,20

35-40

Extremo-motriz 0,50 0,38 0,40 4,16 0,29 0,93 0,27 3,94

Centro 0,22 0,18 0,21 1,92 0,10 0,33 0,09 1,41

Extremo - Libre 0,50 0,38 0,40 4,16 0,25 0,35 0,21 2,53

40 - 45

Extremo-motriz 0,51 0,38 0,43 4,27 0,33 0,95 0,48 4,73

Centro 0,26 0,19 0,24 2,08 0,12 0,36 0,13 1,72

Extremo - Libre 0,51 0,38 0,43 4,27 0,29 0,37 0,24 2,78

45 - 50

Extremo-motriz 0,61 0,43 0,46 4,77 0,29 0,84 0,43 5,59

Centro 0,30 0,26 0,25 2,47 0,13 0,32 0,15 2,11

Extremo - Libre 0,61 0,43 0,46 4,77 0,28 0,45 0,24 3,15

50 - 55

Extremo-motriz 0,58 0,45 0,40 4,93 0,36 1,03 0,49 7,17

Centro 0,36 0,31 0,26 2,97 0,16 0,38 0,19 2,75

Extremo - Libre 0,58 0,45 0,40 4,93 0,30 0,43 0,27 3,55

55 - 60

Extremo-motriz 0,60 0,50 0,44 5,35 0,29 0,93 0,52 6,64

Centro 0,35 0,30 0,27 3,18 0,14 0,40 0,20 2,81

Extremo - Libre 0,60 0,50 0,44 5,35 0,30 0,49 0,31 3,92

ENSAYO DE CONFORT Y ESTABILIDAD LATERAL

SUBTERRANEO DE BUENOS AIRESCÁLCULO DEL ÍNDICE DE CONFORTEl índice de confort se calcula en toda la línea, en trayectos de 10 segundosde los datos registrados (sin solapar). En cada intervalo de 10 segundos secalcula la velocidad media, si dicha velocidad es menor a 20 km/h, estosdatos son rechazados para el análisis a fin de no bajar (mejorar)artificialmente el índice de confort, debido a la baja velocidad. El algoritmopara el cálculo del índice de confort se basa en los siguientes pasos:

1. Estimación del pico máximo de aceleración a la frecuencia "fi". A los datos de aceleración, de cada intervalo de 10 segundos, se le aplica

un Filtro pasa banda de [0.45, 20] Hz de rango con una resolución df = 0.1 Hz

f − df2

, f + df2

Hz, df = 0.1 Hz de resolución , "f" en [0.45 - 20] Hz rango

Cálculo del máximo valor absoluto del dato filtrado.

2. Estimación del índice de confort a la frecuencia f(Ri(f))

𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑡𝑡𝑉𝑉𝑉𝑉𝑎𝑎𝑉𝑉

𝐹𝐹 𝑓𝑓 = 0.325 ∗ 𝑓𝑓2 0 < 𝑓𝑓 < 5.9

𝐹𝐹 𝑓𝑓 =400𝑓𝑓2 5.9 < 𝑓𝑓 < 20

𝐹𝐹 𝑓𝑓 = 1 𝑓𝑓 > 20

dónde: k =7.1a(f) es la aceleración máxima en "g".f es la frecuencia en [Hz]F(f) es el factor de peso fisiológico, correspondiente a ORE 116/RP8

𝑅𝑅𝑊𝑊 𝑓𝑓 = 𝑘𝑘 ∗ �)𝑎𝑎(𝑓𝑓 3

𝑓𝑓∗ 𝐹𝐹(𝑓𝑓

0.1

𝐿𝐿𝑎𝑎𝑡𝑡𝑉𝑉𝑉𝑉𝑎𝑎𝑉𝑉

𝐹𝐹 𝑓𝑓 = 0.8 ∗ 𝑓𝑓2 0 < 𝑓𝑓 < 5.4

𝐹𝐹 𝑓𝑓 =650𝑓𝑓2

5.4 < 𝑓𝑓 < 26

𝐹𝐹 𝑓𝑓 = 1 𝑓𝑓 > 26

CÁLCULO DEL ÍNDICE DE CONFORT

3. Se obtiene un índice de confort global, en las "n" secciones de 10 seg. Se calcula el promedio usando la siguiente ecuación:

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑊𝑊𝑔𝑔𝑔𝑔 =∑ �𝑅𝑅𝑉𝑉 [𝑡𝑡0𝑊𝑊

10

𝑛𝑛

0.1

En cada zona de 10 seg [t0, t0 + 10 seg] se calcula 𝑅𝑅𝑊𝑊 𝑓𝑓 en el rango de [0.45 -20] Hz, con un df=0.1 Hz. El valor final para los 10 seg es Ri[t0] = max(Ri(f)[t0]), además se toma nota a la frecuencia que ocurre ese máximo.

Si RIglobal < 2.5 en todas las direcciones se dice que el vehículo esconfortable.

CÁLCULO DEL ÍNDICE DE CONFORT

Para evaluar la estabilidad lateral del bogie basado en la norma UIC 518, sefiltra la aceleración tomada sobre el mismo con un filtro pasa banda(Butterworth de 4to orden) de [0.5 - 10] Hz.

Inestabilidad de lazo sostenido es definida como una aceleración lateraldentro del rango de [0.5 a 10] Hz produciendo:

�12 −𝑀𝑀𝑊𝑊12 [

𝑚𝑚𝑠𝑠2

�12 12 −

𝑀𝑀𝑊𝑊12 [

𝑚𝑚𝑠𝑠2

Una aceleración pico superior a

Un RMS que exceda

Bogies 1 y 2 Bogies 3 y 4Mb [T] 5.7 7.2Acel. Límite [m/s2] 10.56 10.86RMS [m/s2] 5.28 5.43

Para que haya inestabilidad de lazo se deben registrar más de 6 oscilaciones continuas superiores a las especificadas en la tabla

EVALUACIÓN DE ESTABILIDAD LATERAL

Imágenes de la Instrumentación

MEJORA CALIDAD DE MARCHA

MEJORA CALIDAD DE MARCHA