DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE CONFORTO NUMA COMPOSIÇÃO FERROVIÁRIA SUBURBANA.

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1 DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE CONFORTO NUMA COMPOSIÇÃO FERROVIÁRIA SUBURBANA. Paula Capelo Silva*, J. Montalvão e Silva** *Instituto Politécnico e Setúbal, Escola Superior e Tecnologia e Setúbal, Estefanilha, 9-58 Setúbal psilva@est.ips.pt **Instituto Superior Técnico, Av. Rovisco Pais, 9-, Lisboa, jms@alfa.ist.utl.pt RESUMO O presente trabalho tem por objectivo a eterminação os ínices e conforto e uma composição ferroviária suburbana, seno parte o proceimento para a valiação a nova UME a série CP, utilizano a norma UIC5R. Este projecto implicou a aquisição contínua e sinais e aceleração em vários pontos, em conições reais e funcionamento. Foi usao um algoritmo computacional para a eterminação os ínices e conforto, comprovano-se que a composição em questão se encontra em conformiae com as normas aplicáveis e e acoro com os parâmetros utilizaos no projecto a mesma. - INTRODUÇÃO O presente trabalho tem por objectivo a eterminação os ínices e conforto e uma composição ferroviária construía por uma empresa nacional (Figura ). O trabalho realizao foi enquarao num projecto envolveno Bombarier Transportation, Instituto Superior Técnico e Escola Superior e Tecnologia e Setúbal. Os autores foram, pela primeira vez, confrontaos com a necessiae a execução e ensaios para eterminação o ínice e conforto e uma composição ferroviária suburbana, os quais nunca se haviam realizao com meios nacionais. O ensaio foi inserio no proceimento para a valiação a nova UME (Uniae Múltipla Eléctrica) a série CP, construía para a CP. Para este ensaio em particular, foi utilizaa a norma UIC 5 R - Guielines for evaluation of passenger comfort in relation to vibration in railway vehicles. Fig Parte a UME CP ensaiaa. Este projecto implicou a aquisição continua e sinal e aceleração em onze pontos/irecções iferentes no interior a composição, em conições reais e funcionamento (linhas e alta velociae, velociae normal e zona e curvas), urante períoos e tempo superior a minutos consecutivos, em situação e tara e sobrecarga e teno em consieração o sentio e marcha. As meições ecorreram urante um mês, originano um grane volume e aos. Para a eterminação e ínices e conforto é necessário aplicar filtros sobre os aos experimentais, teno em conta as irecções e meição, e forma a aequar as acelerações meias à sensibiliae humana. Foi usao um algoritmo 7

2 computacional para a eterminação os ínices e conforto, comprovano-se que a composição em questão se encontra em conformiae com as normas aplicáveis e e acoro com os parâmetros utilizaos no projecto a mesma. OBJECTIVO O objectivo este trabalho é a avaliação o conforto a UME CP, em marcha, e acoro com a norma. Estes testes fazem parte o processo e valiação a primeira UME CP. Para valiar o projecto compara-se o valor os ínices obtios experimentalmente com os valores e projecto. A norma aconselha, tal como se mostra na Tabela o cálculo e três tipos e Ínices e, o N MV ínice e conforto méio ( Comfort Inex of mean passenger ), usano o métoo simplificao; N VA Ínice e conforto para passageiros sentao ( Comfort Inex of seate passenger ) e N VD Ínice e conforto para passageiros e pé ( Comfort Inex of staning passenger ), usano o métoo completo. Tabela Proceimento a Norma UIC 5R Métoo Simplificao Métoo Completo Ínice e N MV N VA ; N VD Proceimento: Obrigatório Recomenao Através e meições e: Aceleração Aceleração Chão; Através e Chão Chão e meições no: interfaces SETUP EXPERIMENTAL Foi eciio eterminar os ínices e conforto para iversas zonas a composição, ano lugar a utilização e um número elevao e acelerómetros. As figuras e mostram a configuração a composição e a localização e irecção os pontos e meição as acelerações no chão. Note-se um exemplo a nomenclatura utilizaa: y..*iii º ínice: inica a irecção a meição (x, y e z); º ínice: inica a erivaa no tempo (y.. aceleração); º ínice: inica a localização (* interior a composição; no bogie); º ínice: inica a posição o ponto e meição (no meio a composição EA, IA, IB, EB; no meio o bogie I, II, III, IV, V). Fig Configuração a UME CP. Fig Localização os pontos e meia no chão a composição. A Tabela mostra toos os pontos one foram feitas meições no chão. Tabela Pontos e meição a UME CP UME Aceleração CP a x a y a x EA - y..*v y..*ea y..*iv z..*v z..*ea z..*iv IA x..*ia y..*ia y..*iii z..*ia z..*iii A caeia e meição foi calibraa antes e após a realização os testes. Por se efectuarem testes em conições e serviço, optou-se pela recomenação a norma, teno-se gravao as meições à meia que ecorriam os testes (Figura ). 8

3 Fig Caeia e meição. Respeitano a norma, foi utilizao um filtro passa baixo a z e uma frequência e amostragem superior a 5 z (utilizou-se uma frequência e amostragem e 96 z). Os equipamentos utilizaos encontram-se escritos na Tabela. Acelerómetro Acquisition Fronten Pulse LabShop Tabela Equipamentos utilizaos. Marca B & K Enevco B & K B & K Equipamento Características Delta Tron mv/ms - Isotron Seat Pa mv/g Tipo Nº Série IDAe Frame Type 56D com Power Supply Type 86 an four 6/ ch Input/Output Moule Type ; Version B 56 Ponto Meia 585 x..*ia 58 y..*ia 585 z..*ia 588 y..*iii 587 z..*iii 5896 y..*v 58 z..*v 58 y..*ea 58 z..*ea 5897 y..*iv 58 z..*iv Pass X Pass Y Pass Z Para que os ínices e conforto sejam representativos o funcionamento a composição é necessário efectuar testes com a composição em tara e em sobrecarga e para iferentes tipos e via. A via é classificaa pela velociae autorizaa e circulação, tal como mostra a Tabela. Registaram-se, além as acelerações nos pontos e interesse, a velociae a composição e a localização a meição, para que na análise se possa entrar com os factores externos ao comportamento a UME CP. Tabela Descrição as linhas utilizaas em testes. Linha Norte Douro Tipo e linha Alta Velociae / Velociae Normal Zona e Curvas Localização Oliveira o Bairro e Contumil e Pampilhosa Caie Velociae máxima e circulação Km/h Km/h Tipo e carril Carril Longo Solao Carril Longo Solao PROCESSAMENTO DE DADOS Após o fim os testes, há necessiae e tratar os aos, que e acoro com o proceimento a norma UIC5R, como mostra a Figura 5. PERÍODO DE 5 SEGUNDOS ACELERAÇÕES a x (t), a y (t), a z (t) FFT PONDERAÇÃO DIGITAL COM OS FILTROS FISIOLÓGICOS CÁLCULO DOS VALORES RMS DAS ACELERAÇÕES PERÍODO DE 5 MINUTOS CONSTRUÇÃO DOS ISTOGRAMAS PARA PERÍODOS DE 5 MIN. (6 AMOSTRAS) DETERMINAÇÃO DOS PERCENTIL 5º E 95º CÁLCULO DOS ÍNDICES DE CONFORTO FIM Computaor Dell Intel Pentium III, CPU Mz, 56 Mb RAM, Microsoft Winows Fig 5 Processamento e aos. O ser humano, quano submetio a vibrações, tem sensibiliae iferente para as várias irecções. A norma põe à 9

4 isposição os parâmetros para construir os vários filtros fisiológicos, teno em consieração a irecção e localização e meição. A Tabela 5 mostra os iferentes tipos e filtro e que meições afectam. Tabela 5 Filtros fisiológicos. Os filtros utilizaos estão representaos nas Figuras 6 a 8. 8m 6m m g p p FILTROS FISIOLÓGICOS N MV N VA N VD m W a W b z (chão) Filtro passa baixo z (chão) z (assento) W c - x (assento) - W x (chão) y (chão) y (assento) - x (chão) y (chão) 8m 5m 5 5 Fig 6 Filtro fisiológico (Wa. Wb). g p p 6m Para construir os filtros é necessário obter as suas funções e transferência: Função e transferência o filtro W a : A πf Q s π f π π f s f s Q s π f Função e transferência o filtro W b : B πf Q ( s πf ) πf 5 s π f5 Q πf 6 s π f s π Q πkf f f6 f 6 f5 m m 8m 6m m m 5m 5 5 Fig 7 Filtro fisiológico (Wa. Wc). Working : Input : Input : FFT Função e transferência o filtro W c : C πf Q ( s πf ) πk f f s π f Função e transferência o filtro W : D πf Q ( s πf ) s π πk f f f Seno s i ( π f), f frequência e as constantes encontram-se na Tabela 6. Tabela 6 Constantes as Funções e transferência. Intervalo e Frequência Parâmetros as Curvas f f Q f f f 5 f 6 Q Q Q K W a,, W b,,7 6 6,5,6,8,8, W c,, ,6 - -, W,,7 - -,6 - -, 5m 5 5 Fig 8 Filtro fisiológico (Wa. W). Após o processamento estatístico os aos, calculam-se finalmente os ínices e conforto cujas fórmulas e cálculo são: NV W W W ( ) ( ) ( ) b a a a N 6 VA XP95 YP95 ZP95 Wb W W b Wc ( ) ( a ) ( a ) ( a ) N a VD ZP95 YA95 ZA95 XD95 W W W b W ( ) ( a ) ( a ) 5( a ) N 6 a XP5 YP5 ZP5 one: N: ínice e conforto; l: subscrito que inica o tipo e ínice e conforto (NV, VA ou VD); a : valor RMS a aceleração [m/s ] YP95 5

5 W i : sobrescrito aplicação o filtro fisiológico i (i: a, b, c, ) YP: subscrito que inica a irecção y (poeno ser também na irecção x ou z) e meição no chão; ZA: subscrito que inica a irecção z (poeno ser também na irecção y) e meição no assento; XD: subscrito que inica a irecção x e meição no assento; k: subscrito que inica o percentil a utilizar (5 ou 95); A norma classifica os ínices e conforto a seguinte forma: N < Muito Confortável N < Confortável N < Méio N < 5 Desconfortável N 5 Muito Desconfortável Em primeiro lugar eciiu-se a frequência e amostragem a utilizar, para calcular as funções e transferência os filtros fisiológicos, utilizano uma folha e cálculo. Depois e toas as meições efectuaas isolaram-se a que reuniam os requisitos mínimos (5 minutos contínuos e meição). Com estas meições, utilizano as capaciaes o PULSE, efectuaram-se as FFTs e blocos e meições e 5 segunos e aplicaram-se os filtros fisiológicos. Calculou-se, e seguia, os valores RMS, que foram exportaos para um ficheiro e aos. Os valores RMS as acelerações foram trataos estatisticamente, proceeno-se ao cálculo o histograma e à eterminação os valores e percentil 5% e 9% a curva cumulativa, necessários ao cálculo os ínices e conforto. Só epois foi possível calcular os ínices e conforto. 5 RESULTADOS A aplicação e filtros fisiológicos tem o impacto mostrao nas Figuras 9 e, para uma meição e 5 segunos. De seguia efectuou-se o tratamento estatístico. Mostra-se na Figura um os histogramas que correspone a 5 minutos e meição e os parâmetros estatísticos obtios. [(m/s²)²/z] m m m u u u n n Autospectrum(y..*IA) - Input Working : Input : Input : FFT n Fig 9 Densiae espectral e potência para o ponto y..*ia antes a aplicação o filtro. [(m/s²)²/z] m m m u u u n n n PLF - PL Y floor Fig Densiae espectral e potência para o ponto y..*ia apôs a aplicação o filtro. Frequency istogram.78.8 Acceleration More Número e Amostras: 6 Valor mínimo:.7 m/s Valor máximo:.5 m/s Percentil 5%:.55 m/s Percentil 95%:.6 m/s Desvio parão:.5 m/s Largura e bana:. m/s Fig istograma os valores e aceleração RMS para 5 minutos para o ponto y..*ia. 5

6 O requisito o ínice e conforto exigio por norma e consierao como valor e projecto é o intervalo e a,5. Apenas se mostram nas Figura e os gráficos e vários ínices e conforto para o ponto IA, em blocos e testes iferentes, por velociae ecrescente: º Bloco ( a ) Linha o NORTE, Alta Velociae, em tara (apenas para a cabine conutora EA); º Bloco (5 a e a 7) Linha NORTE, Velociae Normal, em tara; º Bloco (8 a e a 9) Linha NORTE, Velociae Normal, em sobrecarga; º Bloco ( a 6 e 7 a 5) Linha DOURO, Zona e Curvas, em tara; 5º Bloco ( a 5 e 6 a ) Linha DOURO, Zona e Curvas, em sobrecarga. Na Tabela 6 apresenta-se o resumo os ínices e conforto calculaos. 6 CONCLUSÕES Conclui-se que a composição apresenta ínices e conforto normalmente abaixo o ínice e conforto preconizao pelo projecto. No entanto, ocorrem valores pontuais com classificação esconfortável, evio à passagem por troços a via em más conições (ver Tabela 7). Os ínices e conforto mais elevaos (menos confortável), obtêm-se, como seria e esperar, para velociaes mais altas. 5.. IA Valor e Projecto Desconfortável N VD.. Méio Confortável Fig Ínice e N VD para o ponto IA com a cabine EA conutora. Very Comfortable 5.. IA Valor e Projecto Desconfortável N VD Fig Ínice e N VD para o ponto IA com a cabine EA conutora. Méio Confortável Muito Confortável 5

7 Tabela 7 Resumo os ínices e conforto. Localização V EA IV IA III Ínice Méia Desvio Parão Máximo Mínimo Número e Amostras N MV N VD N MV N VD N MV N VD N MV N VD N MV N VD Passenger N VA Para o mesmo tipo e linha o ínice e conforto é mais elevao quano a cabine instrumentaa é conutora. Os ínices e conforto mais baixos (mais confortável) obtêm-se para posições no meio a composição EA e IA, longe os bogies. AGRADECIMENTOS Os autores agraecem à Bombarier Transportation na pessoa os Eng. os Lamy Figeiras, Aristie Chaves e António Pereira pelo apoio na realização o presente trabalho. Agraecem aina a ajua prestaa pelos colegas Ricaro Cláuio no tratamento os aos e Duarte Silva na execução o relatório final e projecto. REFERÊNCIAS UIC5R - Guielines for evaluating of passenger comfort in relation to vibration in railway vehicles, º Eition,.7.9. Manual e utilizaor o Pulse LabShop Version Paula Capelo Silva, J. Montalvão e Silva CP Passenger Comfort Test Report... 5