Для обычных железнодорожных транспортных средств диапазон частот колебаний, которые могут оказать влияние на степень комфорта пассажиров во время поездки, составляет от 0,1 до 2 Гц на закруглениях пути, от 0,5 до 10 Гц - для колебаний в продольном и поперечном направлениях и от 0,5 до 20 Гц - для вертикальной вибрации.
Для сверхскоростных рельсовых транспортных средств (250 км/ч и более), а также для составов с отклоняющейся подвеской может наблюдаться вертикальная составляющая ускорения в диапазоне частот от 0,1 до 0,5 Гц. Такие низкочастотные вертикальные колебания могут стать причиной болезни движения. В ГОСТ 31191.1, приложение D, приведено руководство по определению значений дозы укачивания на основе измерений вибрации в данном диапазоне частот.
На транспортном средстве могут наблюдаться два типа угловых колебаний:
- колебания относительно высокой амплитуды и низкой частоты при въезде на закругленный участок пути и выезде из него;
- повторяющееся раскачивание рельсового транспортного средства из стороны в сторону, обусловленное действием системы "подвеска - опорная поверхность".
Если подъем пути на виражах значителен или если транспортное средство имеет отклоняющуюся подвеску, угол наклона и скорость его увеличения необходимо учитывать при оценке влияния вибрации на комфорт пассажиров.
Длительный крен при поворотах на угол значительно более 24° обычно характерен для путешествий воздушным транспортом. Когда угол наклона увеличивается постепенно и сохраняется длительное время, это не ощущается пассажирами как дискомфорт. Однако если угол наклона быстро увеличивается, а затем уменьшается, то частое повторение таких процессов может привести к развитию болезни движения. Подобные резкие крены имеют место на закруглениях пути. Если скорость рельсового транспортного средства очень высока, наличие на пути участков закругления является для пассажиров потенциальным источником дискомфорта и риска развития болезни движения.
6 Измерение вибрации
Вибрация, воздействующая на пассажиров и членов бригады, зависит от состояния пути, колес, подвески, корпуса рельсового транспортного средства и элементов его внутренней конструкции (сидений и спальных мест).
При оценке влияния на комфорт пассажиров конструкции сидений и спальных мест измерения проводят на поверхностях контакта сидений или спальных мест с телом человека в точках, через которые конструкция рельсового транспортного средства воспринимает вес тела (см. таблицу 1).
Примечание - В некоторых случаях может оказаться полезным проведение измерений на подголовниках и подлокотниках для сидящего пассажира, а также в местах контакта ног лежащего пассажира с поверхностью спального места.
Внутренние элементы рельсового транспортного средства (сиденья, спальные места) за время его эксплуатации обычно подлежат неоднократной замене. Поэтому проведение измерений на этих элементах может быть менее полезным, чем на корпусе рельсового транспортного средства. Измерения на жестких элементах конструкции рассмотрены в ГОСТ 31191.1.
Если измерения проводят на корпусе вагона, используют следующую систему координат:
- ось z - направление вертикально вверх, перпендикулярно к поверхности пола транспортного средства;
- ось х - направление вдоль транспортного средства в сторону его движения;
Таблица 1 - Места контакта тела человека с конструкцией
Положение человека | Место контакта |
| Стоя | Пол/ноги |
| Сидя | Опорная поверхностьсиденья Спинка сиденья Пол/ноги |
| Лежа | Опорная поверхность для ягодиц, спины и головы |
- ось у - направление поперек транспортного средства в правую сторону от его движения;
- угловая: вращение вокруг оси х.
Рельсовое транспортное средство не всегда можно рассматривать как жесткое тело. Поэтому измерения следует проводить на обоих концах рельсового транспортного средства, а также в его середине (за исключением измерений вибрации вдоль оси х, для которой достаточно одной точки измерений). Для двухуровневого рельсового транспортного средства измерения следует проводить на обоих уровнях: на нижнем уровне - на обоих концах транспортного средства и в его середине, на верхнем уровне - только посредине. Вследствие широкого разнообразия конструкций транспортных средств точки измерения необходимо точно фиксировать и заносить в протокол испытаний.
Характеристики угловой вибрации измеряют, только если рельсовое транспортное средство имеет отклоняющуюся подвеску, или в случае больших подъемов на виражах, приводящих к появлению значительного крена.
Скорость нарастания угла крена может быть измерена с помощью гироскопа, закрепленного на поверхности пола. После этого угловое ускорение определяют дифференцированием угловой скорости по времени. Проведение измерений может потребовать низкочастотной фильтрации; характеристики фильтров должны быть указаны в протоколе испытаний.
В качестве альтернативы гироскопу можно рассматривать измерение углового ускорения с помощью двух акселерометров, закрепленных на полу в точках с одинаковой координатой х и разнесенных в продольном направлении на расстояние d. Угловое ускорение определяют как отношение 
, где 
и 
- выходные сигналы левого и правого акселерометров соответственно.
, где и - выходные сигналы левого и правого акселерометров соответственно.7 Анализ вибрации
ГОСТ 31191.1 устанавливает общее руководство по выбору функций частотной коррекции, которые могут быть использованы для широкого разнообразия конкретных условий воздействия вибрации. В соответствии с ГОСТ 31191.1, таблица 1, вибрацию в вертикальном направлении измеряют с использованием функции частотной коррекции 
. Альтернативой при оценке степени комфорта на железнодорожном транспорте (см. ГОСТ 31191.1, примечание к пункту С.2.2.1) служит функция частотной коррекции 
**), которая несколько отличается от 
.
. Альтернативой при оценке степени комфорта на железнодорожном транспорте (см. ГОСТ 31191.1, примечание к пункту С.2.2.1) служит функция частотной коррекции **), которая несколько отличается от . Следует иметь в виду, что иногда использование кривых 
и 
может привести к существенным различиям в оценке. Например, в области ниже 8 Гц корректированная характеристика, полученная на основе 
, может быть в 1,25 раза меньше, а в области выше 8 Гц та же характеристика может быть в 1,2 раза больше, чем с использованием 
. Обе функции частотной коррекции показаны на рисунке 2. Метод вычисления 
приведен в приложении А. Постоянный коэффициент для этой функции частотной коррекции используют тот же, что установлен в ГОСТ 31191.1 для 
.
и может привести к существенным различиям в оценке. Например, в области ниже 8 Гц корректированная характеристика, полученная на основе , может быть в 1,25 раза меньше, а в области выше 8 Гц та же характеристика может быть в 1,2 раза больше, чем с использованием . Обе функции частотной коррекции показаны на рисунке 2. Метод вычисления приведен в приложении А. Постоянный коэффициент для этой функции частотной коррекции используют тот же, что установлен в ГОСТ 31191.1 для .
ГОСТ 31191.1, раздел 8, устанавливает метод оценки степени комфорта на основе расчета среднеквадратичного значения корректированного виброускорения. Однако на железнодорожном транспорте для этих целей может быть использовано статистическое описание вибрации (см. ГОСТ 31248). Статистический метод учитывает флуктуацию параметров вибрации и вариативность, связанную с субъектом испытаний, что позволяет сделать оценку нечувствительной к аномальным выбросам. В данном методе используемая для оценки вибрации величина определена как квантиль уровня 0,95 среднеквадратичных значений корректированного виброускорения на интервале интегрирования 5 с, полученных за период измерений 5 мин. При этом для оценки степени комфорта указанную величину определяют несколько раз, проводя измерения (не менее четырех) в разное время и, по возможности, в разных условиях движения рельсового транспортного средства.
Подъемы на виражах и отклоняющаяся подвеска рельсового транспортного средства предназначены для компенсации ускорений в поперечном направлении, но приводят к повышению вертикальной составляющей ускорения в низкочастотной области. Длительное воздействие низкочастотной вибрации в вертикальном направлении способно привести к развитию болезни движения. Руководство по оценке низкочастотной вибрации дано в ГОСТ 31191.1, приложение D, где установлен метод расчета дозы укачивания 
***).
***). Для железнодорожных транспортных средств характерны кратковременные всплески вибрации в поперечном направлении. Эти всплески носят перемежающийся характер и наблюдаются при прохождении стрелок или срабатывании ограничителей поперечного хода подвески. Такие процессы особенно неприятны для стоящих пассажиров. Краткое руководство по оценке колебаний в поперечном направлении приведено в ГОСТ 31191.1, пункт 6.3.
Примечание - Достаточно продолжительные ускорения в поперечном направлении имеют место, когда рельсовое транспортное средство въезжает на закругленный участок пути на скорости выше или ниже предусмотренной наклоном виража или механизмом отклонения подвески. Такие ускорения особенно неприятны для идущих пассажиров и членов бригады.
8 Оценка степени комфорта на основе опроса пассажиров
При необходимости получить общую оценку степени комфорта поездки в транспортном средстве следует принимать во внимание помимо вибрации такие факторы, как шум, температура и влажность. Важно также учитывать, чем заняты пассажиры и члены бригады во время поездки. Одним из способов получения требуемой информации является непосредственная регистрация реакции человека на внешние воздействия. Данный метод может быть использован при наличии представительного рельсового транспортного средства, движущегося по представительному участку транспортного пути, или же при наличии соответствующего имитатора условий движения.
При проведении таких испытаний существует ряд трудностей. Оценка комфортности поездки может дать полезную информацию об общих условиях поездки, и, в то же время, не ответить на вопрос, в какой степени эта оценка обусловлена собственно вибрацией. Ощущение комфорта в сильной степени зависит от субъекта испытаний, и у одного человека ощущения могут изменяться при повторении того же испытания на том же участке пути в разные дни. Чтобы сгладить влияние субъективного фактора на надежность и достоверность получаемых результатов, следует использовать правильно подобранные планы эксперимента.
Порядок проведения экспериментов особенно важен при оценке влияния условий движения на появление болезни движения. Известно, что восприятие виброускорения на низких частотах (от 0,1 до 0,5 Гц) имеет кумулятивный характер. Для компенсации вариативности, обусловленной человеческим фактором, необходимо соответствующим образом подбирать выборку субъектов испытаний и достаточное число раз подвергать их испытанию в повторяющихся условиях. При исследовании влияния условий движения на появление болезни движения важно правильно подобрать чередование участков испытательного пути. Для рельсовых транспортных средств это представляет определенную сложность, поскольку реально существует только две последовательности чередования участков (в прямую и обратную стороны движения рельсового транспортного средства). Использование в этих целях имитаторов также затруднено, поскольку только некоторые типы испытательного оборудования могут обеспечить ход в вертикальном направлении, достаточный для имитации низкочастотных ускорений, приводящих к болезни движения.
Если в качестве выходной переменной выступает реакция субъекта испытаний (субъект сам дает оценку своим ощущениям, определяя, насколько комфортными для него являются условия поездки), каждый субъект испытаний должен участвовать в ряде испытаний при движении транспортного средства по всем заданным участкам пути, причем для каждого субъекта испытаний порядок чередования участков должен быть разным. Вследствие кумулятивного эффекта воздействия вибрации, вызывающей болезнь движения, испытания должны быть проведены с интервалом в один день и более.
Реакции субъекта испытаний оценивают с использованием достаточно простой качественной шкалы, легко понятной субъектам испытаний. Поскольку часто целью испытаний является определение того, является ли новое или модернизированное рельсовое транспортное средство столь же хорошим с точки зрения комфорта пассажиров, что и предыдущее, шкала оценок должна быть двухполюсной. Кроме того, стоимость испытаний можно уменьшить, если огрубить шкалу оценок. Например, возможно проведение испытания с целью узнать, в каких случаях условия поездки воспринимают как "очень комфортабельные", а в каких - как "неопределенные", чтобы обоснованно оценить необходимость финансовых затрат на улучшение конструкции рельсового транспортного средства. Предлагаемая ниже двухполюсная шкала оценок условий поездки основана на однополюсной шкале "влияние вибрации на степень комфорта" по ГОСТ 31191.1, пункт С.2.3:
- очень комфортабельные;
- комфортабельные;
- неопределенные;
- некомфортабельные;
- очень некомфортабельные.
Согласованность реакций субъектов испытаний можно повысить, если перед началом испытаний ознакомить их с условиями поездки, характерными для той или иной оценки степени комфорта. Влияние ожиданий на согласованность реакции можно уменьшить, тщательно проинструктировав субъектов испытаний о том, какой вид услуг будет оцениваться. Если от пассажиров оцениваемого рельсового транспортного средства ожидается, что они должны совершать ряд действий, например, принимать пищу, читать или писать, то и субъекты испытаний в процессе испытаний должны быть заняты такой же деятельностью.
Другие детали конкретного испытания (число субъектов испытаний и вариантов условий поездки, для которых проводят испытания; число повторений для каждого условия поездки, необходимое для получения достоверной статистической оценки; порядок чередования условий и длительность поездки в конкретных условиях и пр.) зависят от целей испытания и имеющихся финансовых ресурсов. Подробное руководство по проведению испытаний должно быть основано на корректном применении методов планирования эксперимента.
_____________________________
* ГОСТ 31191.1 определяет измерения в точках контакта сиденья и тела человека как предпочтительные, однако это не всегда оправдано для рельсовых транспортных средств вследствие различия поз пассажиров и совершаемых ими действий. На условия поездки в рельсовых транспортных средствах влияние оказывают устройство пути, подвеска транспортного средства, его корпус, сиденья или спальные места. Сиденья и спальные места не являются постоянными элементами транспортного средства и могут заменяться в течение срока его службы.
** В настоящее время функцию частотной коррекции 
использует большинство зарубежных железнодорожных компаний развитых стран.
использует большинство зарубежных железнодорожных компаний развитых стран. *** Установлено, что поперечные и угловые составляющие ускорения также могут способствовать развитию болезни движения. Поэтому, помимо расчета дозы укачивания для вертикальной составляющей, метод, изложенный в ГОСТ 31191.1, приложение D, может быть также использован с целью характеризовать степень жесткости поперечного и углового ускорения. При этом оценки, полученные подстановкой значений поперечной и угловой вибрации в выражение для дозы укачивания, не следует использовать для предсказания процента заболевших болезнью движения, а только как справочные в целях накопления информации.
Приложение А
(обязательное)
(обязательное)
Параметры функции частотной коррекции 