Инновации в функциях безопасности легких железнодорожных транспортных средств и аварийности

Инновации в функциях безопасности легких железнодорожных транспортных средств и аварийности

Легкие железнодорожные системы являются краеугольным камнем устойчивой городской мобильности, обеспечивая эффективный транзит высокой пропускной способности, который уменьшает заторы и выбросы. По мере того, как города во всем мире расширяют свои сети легкорельсовых железных дорог - от новых стартовых линий до многолетней системы, подвергающейся модернизации - императив защиты пассажиров, операторов и пешеходов никогда не был больше. Недавние инновации в функциях безопасности легкорельсовых транспортных средств и аварийности меняют стандарты проектирования, интегрируя передовые материалы, интеллектуальные датчики и избыточные отказоустойчивые системы. Эти достижения не только смягчают травмы во время столкновений, но и активно предотвращают несчастные случаи, гарантируя, что легкорельсовый транспорт остается надежным видом транспорта для миллионов ежедневных пассажиров.

В этой статье рассматриваются последние инженерные прорывы в аварийности, системах активной безопасности, технологиях защиты пассажиров и будущей траектории инноваций в области безопасности в легкорельсовой промышленности. Мы рассмотрим, как энергопоглощающие конструкции, автоматическое торможение, передовые системы помощи водителю и мониторинг в режиме реального времени сходятся, чтобы установить новые ориентиры для безопасности железнодорожного транзита.

Основы крашвортности в легких железнодорожных транспортных средствах

Крашвортность относится к способности конструкции транспортного средства защищать своих пассажиров во время столкновения путем поглощения и перенаправления энергии удара от пассажирских отсеков. В отличие от тяжелой железной дороги (подземные или магистральные поезда), легкорельсовые транспортные средства часто работают в смешанном движении, разделяя дороги с автомобилями, велосипедами и пешеходами. Эта уникальная эксплуатационная среда требует философии аварийности, которая уравновешивает легкую конструкцию для энергоэффективности с надежной структурной целостностью для живучести при столкновении.

Современный дизайн аварийности легкорельсового транспорта следует принципам, установленным международными стандартами, такими как EN 15227 (Европейский стандарт аварийности железнодорожного транспорта) и структурные требования Американской ассоциации общественного транспорта (APTA). Эти стандарты предписывают конкретные мощности поглощения энергии при различных скоростях столкновения, как правило, требующие, чтобы железнодорожный комплект мог выдерживать удар 36 км / ч (22 миль в час) в жесткую обструкцию без катастрофического разрушения оккупированных районов.

Энергопоглощающие структуры и зоны крупуля

Наиболее заметным нововведением в аварийности является интеграция выделенных энергопоглощающих зон спереди и сзади каждого транспортного средства. Эти зоны смятия предназначены для деформации контролируемым, прогрессивным способом, преобразования кинетической энергии в пластическую деформацию конструктивных элементов. Ключевыми компонентами являются:

• Краш-столбы — Усиленные вертикальные конструкции на передней кабине, которые разрушаются в концертинном рисунке, поглощая энергию при сохранении защитного «пространства выживания» для оператора и пассажиров.
• Планшетные устройства — Горизонтальные пластины, установленные на концах транспортного средства, которые предотвращают переопределение во время столкновения. При аварии эти пластины блокируются, заставляя сталкивающиеся транспортные средства оставаться на одной высоте и не позволяя одному подниматься над другим — основная причина тяжелых травм.
• Энергопоглощающие соединители — суплеры, оснащенные гидравлическими или механическими амортизаторами, рассеивающими энергию при сцеплении или низкоскоростных ударах.На более высоких скоростях отрывные элементы жертвоприношения разделяются, позволяя зонам смятия взаимодействовать.
• Стригущие штифты и слезные полосы — предназначены для выхода из строя при заданных уровнях нагрузки, направляя путь деформации и обеспечивая равномерное поглощение энергии.

Эти конструкции обычно изготавливаются из высокопрочной низколегированной стали или усовершенствованных марок нержавеющей стали. Современные конструкции также включают алюминиевые сотовые вставки или заполненные пеной экструзии для увеличения поглощения энергии без добавления веса. Например, платформа легкорельсового транспорта Siemens Avenio использует тщательно настроенную комбинацию стали и алюминия для достижения того, что производитель называет «целостностью пассажирской ячейки» при скорости удара до 50 км / ч.

Усиление пассажирских сравнений

За пределами зон хрупкости основная структура пассажирского салона усилена, чтобы противостоять вторжению. Стальные кольцевые рамы, размещенные через регулярные промежутки времени, образуют «клетку выживания», которая сохраняет пространство для пассажиров даже при раздавливании концов транспортного средства. Инновации в этой области включают:

• Высокопрочные стальные столбы — Устанавливаются в дверных проемах и оконных проемах, эти столбы толще и прочнее традиционных секций, предназначенных для передачи ударных нагрузок на подрамник и конструкцию крыши.
• Композитные панели пола и крыши — ламинированные конструкции, которые добавляют жесткость и сопротивляются пристегнутию под ударом.Эти панели также улучшают акустическую изоляцию и огнестойкость.
• Противовторженные балки — Скрытые в боковых стенках, эти балки препятствуют проникновению объектов (таких как автомобиль или грузовик) в пассажирскую зону во время бокового столкновения. Легкие железнодорожные транспортные средства особенно уязвимы для боковых ударов от дорожных транспортных средств на переходах классов.

Краш-тесты, проведенные Национальным центром транспортных систем Volpe, продемонстрировали, что современные конструкции легкорельсовых рельсов могут обеспечить «жизнеспособный объем» для пассажиров даже в экстремальных сценариях, таких как столкновение Т-костюма с тяжелым грузовиком. Ключ в том, что армирующая конструкция остается достаточно эластичной, чтобы поглощать энергию, но достаточно жесткой, чтобы противостоять разрыву.

Системы активной безопасности: предотвращение столкновений до их возникновения

В то время как пассивная аварийность смягчает травмы после аварии, системы активной безопасности направлены на предотвращение столкновений в первую очередь. Легкие железнодорожные транспортные средства теперь включают в себя множество бортовых и боковых технологий, которые обеспечивают предупреждения, автоматизируют торможение и помогают операторам в поддержании безопасной эксплуатации.

Автоматическое экстренное торможение (AEB)

Автоматическое экстренное торможение стало стандартной функцией на многих современных парках легкорельсовых железных дорог. Эти системы используют передние радары, лидары или стереоскопические камеры для обнаружения препятствий, включая транспортные средства, пешеходов, велосипедистов и животных, на пути вперед. Когда неизбежное столкновение обнаруживается, и оператор не реагирует должным образом, система автономно применяет полное экстренное торможение.

Системы AEB текущего поколения способны различать стационарные и движущиеся препятствия, а также игнорировать безвредное путевое загромождение. Например, легкорельсовые транспортные средства Citadis Alstom оснащены системой обнаружения препятствий, которая использует два лазерных сканера, установленных в передней части транспортного средства, обеспечивая 180-градусное поле обзора и автоматическое торможение в течение 0,5 секунды обнаружения. Полевые испытания показали 70% снижение потенциальных столкновений на переходах классов, когда AEB активен.

Некоторые операторы легкорельсовых перевозок, такие как Региональный транспортный округ (RTD) в Денвере , начали модернизировать старые парки с помощью модулей ADAS для продления безопасного срока службы без полной замены транспортного средства. Этот подход предлагает экономически эффективный путь к повышению безопасности, в то время как экипажи привыкают к дополнительным предупреждениям.

Позитивный контроль поездов (PTC) и интеграция сигналов

Система Positive Train Control — это система связи, которая предотвращает столкновения поездов с поездами, высокоскоростные сходы с рельсов и несанкционированные перемещения в рабочие зоны.В то время как первоначально она была разработана для магистральных грузовых и пассажирских железных дорог, PTC все чаще адаптируется для легкорельсовых перевозок, особенно для систем с выделенными правыми и более высокими скоростями.

В вариантах осуществления ПТС на световых рельсах используются GPS, бортовые датчики скорости и боковые балисы (электронные маяковые транспондеры), позволяющие постоянно проверять, работает ли транспортное средство в пределах разрешенной оболочки. Если оператор не соблюдает ограничение скорости или сигнал, ПТС автоматически применяет тормоза. Интеграция с системами упреждения сигнала движения дополнительно повышает безопасность на пересечениях классов, обеспечивая своевременную активацию затворов и огней на пересечении.

Инновации в области безопасности пассажиров и реагирования на чрезвычайные ситуации

Помимо структурной аварийности и предотвращения столкновений, современные легкорельсовые транспортные средства включают в себя набор функций, предназначенных для защиты пассажиров на всех этапах путешествия - от посадки до высадки, а также во время чрезвычайных ситуаций, таких как пожары, эвакуация или медицинские мероприятия.

Эвакуационные системы и доступный выход

Обеспечение быстрой и упорядоченной эвакуации имеет решающее значение. Последние инновации включают:

• Высевные ступеньки скважины — низкопольные легкорельсовые транспортные средства часто имеют ступени, которые автоматически разворачиваются при открытии дверей, но устойчивые к столкновению конструкции теперь обеспечивают, чтобы эти ступени оставались функциональными даже после столкновения.
• Экстренные дверные розетки — механизмы избыточного спуска (механические и электрические), которые могут работать как внутри, так и снаружи транспортного средства.
• Выдвижные пандусы — Для пользователей инвалидных колясок или лиц с нарушениями мобильности пандусы, которые разворачиваются из-под пола транспортного средства, обеспечивают мягкий наклон к платформе или гусеничному трекеду. В чрезвычайных ситуациях они могут удвоиться при скольжении эвакуации.
• Чрезвычайные интеркомы и камеры — Двусторонние точки связи, расположенные у каждой двери, позволяют пассажирам напрямую общаться с оператором или центром управления.

Европейские стандарты (EN 45545) предписывают проведение строгих огневых испытаний всех внутренних материалов, включая сиденья, напольные покрытия и потолки. Новые композиты, не содержащие галогенов, и материалы с низким уровнем выбросов дыма значительно снижают токсичность и потерю видимости во время пожара, давая пассажирам больше времени для эвакуации.

Системы оповещения пассажиров и ситуационная осведомленность

Современные легкорельсовые транспортные средства используют комбинацию визуальных дисплеев и систем общественного адреса для информирования и обеспечения безопасности пассажиров:

• Индикаторы следующего останова в реальном времени — Динамические светодиодные или ЖК-экраны, которые показывают предстоящую станцию, точки передачи и аварийные инструкции.В случае сбоя эти дисплеи могут мгновенно затопить маршрутизацией эвакуации.
• Слышные предупреждения о закрытии дверей — Отличительные перезвоны и словесные предупреждения («Очистите двери»), которые, как было показано, уменьшают травмы, связанные с дверью, особенно среди рассеянных гонщиков.
• Системы экстренного оповещения (FLT:0) — в случае угрозы безопасности или неотложной медицинской помощи оператор может отправить сообщение на все смартфоны в поезде через Bluetooth-маяки или WiFi, предоставив конкретные инструкции.
• Датчики подсчета пассажиров и определения местоположения — Инфракрасные счетчики луча на каждой двери измеряют заполняемость в режиме реального времени. Эти данные используются не только для управления пропускной способностью, но и для оказания помощи первым респондентам, указывая, какие вагоны наиболее переполнены во время инцидента.

Роль материаловедения в инновациях безопасности

Снижение веса без ущерба для прочности является постоянной проблемой в конструкции легкорельсового транспорта. Новые материалы позволяют инженерам достигать как энергоэффективности, так и аварийности.

Продвинутые высокопрочные стали (AHSS)

Эти стали обеспечивают прочность на растяжение, превышающую 1000 МПа, при сохранении пластичности для поглощения энергии. Стали с двойной фазой и пластичностью, вызванной трансформацией (TRIP), теперь распространены в подрамных укреплениях и компонентах боковых подоконников. Они позволяют конструкторам уменьшить толщину колеи на 20-30% по сравнению с обычной конструкционной сталью, экономя сотни килограммов на транспортное средство.

Алюминиевые медово-пенные наполнители

Алюминиевые соты имеют отличные соотношения прочности и веса и используются в качестве жертвенных элементов аварий. Их структура шестиугольных ячеек предсказуемо разрушается, поглощая энергию более длинным ходом, чем твердый материал. Аналогичным образом, алюминиевая пена - пористый металл с плотностью до 0,3 г / см3 - может быть отлита или склеена в полости в структуре транспортного средства, чтобы удвоиться как поглотитель аварий, так и акустический демпфер.

Волоконно-укрепленные полимеры (FRP)

Углеродное волокно и стекловолоконные композиты все чаще применяются к не несущим нагрузку компонентам, таким как фронтальные обтекатели, внутренние перегородки и рамы сидений. В то время как композиты еще не являются основной структурой аварии из-за их хрупкого поведения трещин, исследования в Железнодорожном инновационном центре исследуют гибридные металлокомпозитные конструкции, где композитный элемент способствует поглощению энергии путем прогрессивного дробления - аналогично тому, как монокок из углеродного волокна работает в автомобильных гонках.