有轨车辆的行车安全的分析系统技术方案

本发明专利技术提出一种有轨车辆的行车安全的分析系统，所述行车安全的分析系统是根据轨道参数、车辆参数、风力参数及地震力参数来计算轨道车的行车速率的上限值、相对于轨道车的地表加速度的上限值或相对于轨道车的风速的上限值，以确保轨道车的行车安全，避免发生脱轨意外。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种行车安全的分析系统，特别涉及一种有轨车辆的行车安全的分析系统。
技术介绍
铁路运输具有快速、运输量大及不易拥塞等优点，能在短时间内将货品大量的运送至目的地，使货畅其流而提升民生经济，铁路运输亦能提供载客的服务，其载客量占有在中国台湾交通运输扮演不可或缺的角色，而中国台湾现有载客铁路包括台湾铁路、高速铁路及捷运。然而，铁路运输亦有风险性存在，以世界各国的铁路运输为例，火车脱轨而造成乘客伤亡的例子不在少数，举例来说，2005年日本JR福知山线快速电车为赶点超速而造成脱轨意外，导致107名乘客死亡，562名乘客受伤；2014年中国台湾阿里山小火车因脱轨意外造成；2014年美国芝加哥国际机场地下车站发生地铁在站脱轨，至少造成32人受伤，诸如此类，不胜枚举。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种有轨车辆的行车安全的分析系统。在第一实施例中，有轨车辆的行车安全的分析系统包括轨道车及处理器。轨道车运行于轨道上，前述轨道具有摩擦系数μ及曲线半径R，且轨道车的轮踏面的延伸线与水平面之间具有轮缘角θ。处理器用以根据下式以考量爬上型脱轨风险来计算轨道车的行车速率的上限值、相对于轨道车的地表加速度PGA的上限值或相对于轨道车的风速Vw的上限值。在第一实施例中，行车安全的分析系统更包含一检测器，用以检测轨距G、超高Ca、风速Vw、风压系数Cp及地表加速度PGA。处理器于轨道车运行于轨道上时即时地产生行车速率V的上限值、相对于轨道车的地表加速度PGA的上限值或相对于轨道车的风速Vw的上限值。在第一实施例中，考量滑上型脱轨风险，处理器用以根据下式以计算轨道车的行车速率V的上限值、相对于轨道车的地表加速度PGA的上限值或相对于轨道车的风速Vw的上限值。在第二实施例中，有轨车辆的行车安全的分析系统包括轨道车及处理器。轨道车运行于轨道上，前述轨道具有摩擦系数μ及曲线半径R，且轨道车的轮踏面包含锥状踏面、凹面与平滑踏面，凹面位于锥状踏面与平滑踏面之间，平滑踏面的延伸线与凹面邻近锥状踏面的延伸线之间具有等效锥度角θec。处理器用以根据下式以考量爬上型脱轨风险来计算轨道车的行车速率V的上限值、相对于轨道车的地表加速度PGA的上限值或相对于轨道车的风速Vw的上限值。在第二实施例中，行车安全的分析系统更包含一检测器，用以检测轨距G、超高Ca、风速Vw、风压系数Cp及地表加速度PGA。处理器于轨道车运行于轨道上时即时地产生行车速率V的上限值、相对于轨道车的地表加速度PGA的上限值或相对于轨道车的风速Vw的上限值。在第二实施例中，考量滑上型脱轨风险，处理器用以根据下式以计算轨道车的行车速率V的上限值、相对于轨道车的地表加速度PGA的上限值或相对于轨道车的风速Vw的上限值。综上所述，根据本专利技术的行车安全的分析系统，通过搭载有处理器的轨道车可以根据地震力参数即风力参数于运行中提早进行减速，以避免因天然灾害而造成的脱轨意外，再者，搭载有处理器的轨道车亦可藉由轨道参数及车辆参数来避免因人为疏于养护轨道及轨道车辆的因素而造成的脱轨意外，进而提升运输稳定性，并可据以作为轨道工程后续营运计画调整之用。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。附图说明图1为根据本专利技术的有轨车辆的行车安全的分析系统的第一实施例的示意图；图2为图1的轨道车的车轮运行于轨道上的示意图；图3为图2的车轮与轨道的放大示意图；图4为根据本专利技术的有轨车辆的行车安全的分析系统的第二实施例的等效锥度角的示意图。其中，附图标记10轨道车101车轮1011锥状轮缘1012平滑踏面1013凹面1014锥状踏面11检测器111轨道检测器112地震检测器113气象检测器12处理器13轨道131内侧轨道132外侧轨道14因特网15伺服器L1平滑踏面的延伸线L2凹面邻近锥状踏面处的延伸线θ轮缘角θec等效锥度角H重心高度G轨距Ca超高具体实施方式在本实施方式所记载的内容中，行车速率V的单位为km/hr，轨距G、重心高度H及超高Ca的单位为mm，曲线半径R的单位为m，轮缘角θ的单位为度，轴重W的单位为公吨，风压系数Cp的单位为kgf/m2，风速Vw的单位为m/s，受风面积A的单位为m2-，空气密度ρ的单位为kg/m3，地表加速度PGA的单位为gal，重力加速度g的单位为m/s2。请参照图1，为根据本专利技术的行车安全的分析系统的第一实施例的示意图，揭露一种有轨车辆的行车安全的分析系统。有轨车辆的行车安全的分析系统主要包含轨道车10、处理器12及轨道13。轨道车10属于有轨车辆，具有车轮101而运行于轨道13上，而本实施例是以轨道车10运行于具有双轨的轨道13为例，处理器12可用以计算关于轨道车10的行车安全的各参数的上限值以避免轨道车10发生脱轨意外，维持行车安全。轨道车10可为台湾铁路局、台湾高铁、台北大众捷运或高雄捷运的轨道车厢。处理器12可为具运算能力的微处理器、中央处理器控制器或微控制器。在实作上，可将处理器12装设于电脑、平板电脑或计算机等电子装置中，并将具有处理器12的电子装置设置于轨道车10中，由电子装置通过处理器12执行程序语言、软件或应用程序(application；APP)来计算前述各参数的上限值。处理器12是根据公式来计算各参数的上限值，由于轨道车10于运行间可能受到各种外力影响，例如：轨道车10的车轮101与轨道13之间的摩擦力、轨道车10运行于弯曲的轨道13所产生的离心力以及与天然灾害有关的风力及地震力，并且，当轨道车10运行于急曲线轨道13时，车轮101与轨道13紧密贴合，此时易发生爬上型脱轨，故轨道车10的行车安全的各参数的上限值与上述因素有关。此外，轨道车10及轨道13的规格亦会影响前述上限值。因此，考量作用于车轮101的各种外力的垂直分力与水平分力的合力关系以产生公式1.1如下：在公式1.1中，轨距G、超高Ca、曲线半径R及摩擦系数μ与轨道13的规格有关而属于轨道参数；轮缘角θ、轴重W、重心高度H及减重率γ与轨道车10的规格有关而属于车辆参数；风压系数Cp、风速Vw、受风面积A及空气密度ρ与轨道车10所受的侧向风力有关而属于风力参数；地表加速度PGA及地震力放大系数α与作用于轨道车10的地震力有关而属于地震力参数。以下即针对各参数进行进一步的说明。请同时参照图2及图3，图2为图1的轨道车10的车轮101运行于轨道13上的示意图，图3为图2的车轮101与轨道13的放大示意图。如图2所示，轨距G代表双轨的间距，其单位为毫米(mm)。双轨的轨道13包含内侧轨道131与外侧轨道132，当轨道车10运行于非直线的轨道13时，邻近曲率圆心的轨道13称的为内侧轨道131，远离曲率圆心的轨道13称的为外侧轨道132，于此，超高Ca代表外侧轨道132与内侧轨道131之间的水平高度差，其单位为毫米(mm)。重心高度H代表轨道车10的重心与车轮101底部之间的直线距离，其单位为毫米(mm)。曲线半径R代表轨道13的弯曲程度，其单位为公尺(m)。摩擦系数μ代表轨道13与车轮101之间的摩擦力与作用于轨道13上的垂直力的比值而不具有单位，一般而言，摩擦系数μ主要和轨道13的光滑程度有关，举例来说，干燥的轨道13的摩擦系数μ约为0.33，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有轨车辆的行车安全的分析系统，其特征在于，包括：一轨道车，用以运行于一轨道上，该轨道具有一摩擦系数μ及一曲线半径R，该轨道车的轮踏面的延伸线与水平面之间具有一轮缘角θ；及一处理器，用以根据下式计算该轨道车的一行车速率V、相对于该轨道车的一地表加速度PGA或相对于该轨道车的一风速Vw的一上限值：(W×V22×3.62×R)+(12×Cp×ρVw2×A)+(α×W2×PGA100)(W×g2)-(γ×W×g2)+W×(V2-Ca×R×gG)×H3.62×R×G-tanθ-μ1+(μ×tanθ)>0]]>其中G代表该轨道的一轨距、Ca代表该轨道的一超高、Cp代表一风压系数、ρ代表一空气密度、W代表该轨道车的车轮的轴重、A代表该轨道车的受风面积、α代表一地震力放大系数、g代表重力加速度、γ代表该轨道车的车轮受外力影响而造成的一减重率及H代表该轨道车的一重心高度。...

【技术特征摘要】
2015.09.10 TW 1041300081.一种有轨车辆的行车安全的分析系统，其特征在于，包括：一轨道车，用以运行于一轨道上，该轨道具有一摩擦系数μ及一曲线半径R，该轨道车的轮踏面的延伸线与水平面之间具有一轮缘角θ；及一处理器，用以根据下式计算该轨道车的一行车速率V、相对于该轨道车的一地表加速度PGA或相对于该轨道车的一风速Vw的一上限值：(W×V22×3.62×R)+(12×Cp×ρVw2×A)+(α×W2×PGA100)(W×g2)-(γ×W×g2)+W×(V2-Ca×R×gG)×H3.62×R×G-tanθ-μ1+(μ×tanθ)>0]]>其中G代表该轨道的一轨距、Ca代表该轨道的一超高、Cp代表一风压系数、ρ代表一空气密度、W代表该轨道车的车轮的轴重、A代表该轨道车的受风面积、α代表一地震力放大系数、g代表重力加速度、γ代表该轨道车的车轮受外力影响而造成的一减重率及H代表该轨道车的一重心高度。2.一种有轨车辆的行车安全的分析系统，其特征在于，包括：一轨道车，用以运行于一轨道上，该轨道具有一摩擦系数μ及一曲线半径R，该轨道车的轮踏面包含一锥状踏面、一凹面与一平滑踏面，该凹面位于该锥状踏面与该平滑踏面之间，该平滑踏面的延伸线与该凹面邻近该锥状踏面的延伸线之间具有一等效锥度角θec；及一处理器，用以根据下式计算该轨道车的一行车速率V、相对于该轨道车的一地表加速度PGA或相对于该轨道车的一风速Vw的一上限值：(W×V22×3.62×R)+(12×Cp×ρVw2×A)+(α×W2×PGA100)(W×g2)-(γ×W×g2)+W×(V2-Ca×R×gG)×H3.62×R×G-tanθ-μ1+(μ×tanθec)>0]]>其中G代表该轨道的一轨距、Ca代表该轨道的一超高、Cp代表一风压系数、ρ代表一空气密度、W代表该轨道车的车轮的轴重、A代表该轨道车的受风面积、α代表一地震力放大系数、g代表重力加速度、γ代表该轨道车的车轮受外力影响而造成的一减重率及H代表该轨道车的一重心高度。3.一种有轨车辆的行车安全的分析系统，其特征在于，包括：一轨道车，用以运行于一轨道上，该轨道具有一摩擦系数μ及一曲线半径R，该轨道车的轮踏面的延伸线与水平面之间具有一轮缘角θ；及一处理器，用以根据下式计算该轨道车的一行车速率V、相对于该轨道车的一地表加速度PGA或相对于该轨道车的一风速Vw的一上限值：(W×V22×3.62×R)+(12×Cp×ρVw2×A)+(α×W2×PGA100)(W×g2)-(γ&...

【专利技术属性】
技术研发人员：鍾明华，张哲豪，沈哲平，
申请(专利权)人：鍾明华，沈哲平，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71