[发明专利]一种确定高速列车旅客舒适度的方法

说明书

技术领域

本发明属于牵引动力领域，具体的是一种确定高速列车旅客舒适度的方法。

背景技术

目前，随着我国高速列车运行速度的不断提高，车体受到轨道激扰而导致自身振动加剧，由此带来的乘员舒适性问题也愈发显著。目前国内外关于列车振动舒适性评价指标(UIC513、GB5599-85等)都是通过测量车厢某些位置处的振动响应来评价列车的平稳性，并未考虑乘客自身的振动特性。

为准确分析高速列车实际运行时人体所受的振动，研究乘坐舒适性问题，国内外学者进行了深入研究。杜阳阳利用实验的方法，对传感器数据进行分析，利用集总参数法求得人体各部位刚度和阻尼等力学参数，建立了人体集中参数模型。张鄂建立了四自由度坐姿人体垂向振动模型，根据实验数据确立了模型参数，并通过模型研究了人-车系统人体的振动特征；Liang针对无靠背人体坐姿垂向振动特性研究情况，分析了大量文献报告的人体坐姿试验数据、人体建模方法、模型参数辨识方法及结果；张济民建立了坐姿人体轨道车辆运动方程，研究在车体中心位置处，人体乘坐时头部和内脏的振动响应；汤小红等建立了关于列车卧铺乘员的人-铺-车辆振动系统空间垂向耦合动力学模型,研究了在不平顺激励下的卧姿人体垂直振动特性，并对头部和臀部两部位加速度1/3倍频程进行计权，得出乘坐舒适性评级。王英杰将人体视为依附于车厢底板上的单自由度系统，分析车体振动与人体振动的差异，同时得出长波长对人体响应的影响较为明显的结论。上述研究针对人体振动进行了不同类型的建模且取得了较好的效果，但是考虑到高速列车座位分布的实际情况，不同位置处乘客感受车体振动的响应会有所差异。同时，由于人体各个器官共振频率不同，因此对车体振动响应特性也会存在差异。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供以轨道不平顺信号作为激励，得出车体不同位置处实际垂向振动响应，并以此作为人体模型激励，研究列车运行过程中人体系统动力响应，并直接通过人体振动响应来评价人体乘坐舒适性。

本发明采用的技术方案是：一种确定高速列车旅客舒适度的方法，首先，建立高速列车振动模型和人体垂向振动模型，并进行人体垂向振动参数辨识得到人体垂向振动模型参数；然后，以轨道不平顺信号作为输入激励加载到列车振动模型，得到测点处的振动加速度响应；再将振动加速度响应信号作为输入激励输入人体垂向振动模型，进行仿真模拟，得到测点处人体的振动加速度响应和振动程度响应；最后，分析仿真结果，评定旅客舒适度。

进一步的，所述高速列车振动模型为27自由度模型，为其中，M_c为列车质量矩阵；C_c为列车阻尼矩阵；K_c为列车刚度矩阵；G为轨道输入分布矩阵；q为轨道不平顺输入矩阵；X为列车振动位移矩阵；27自由度包括车体沉浮、点头、侧滚、横移和摇头；两个转向构架沉浮、点头、侧滚、横移和摇头以及四组车轮对的横移、沉浮和摇头。

进一步的，在设定人体双手及下臂平平放于座椅扶手上，双脚置于地面，并且不考虑座椅靠背对人体垂向振动的影响下，所述人体垂直模型为9自由度模型，包括9大质量块，分别为人体头颈部质量块、上躯干质量块、内脏质量块、下躯干质量块、臀部含大腿质量块、左下肢质量块、右下肢质量块、左上肢质量块和右上肢质量块；各质量块的质量为m_i(i＝1,2,…,9)，单位Kg；各质量块均取垂向自由度，且与相邻质量块间利用弹簧阻尼连接，各质量块间弹簧连接的刚度系数为k_i(i＝1,2,…,14),单位为N/m；阻尼系数为c_i(i＝1,2,…,14)，单位为Ns/m；座椅与车地面之间弹簧刚度系数为k_S，阻尼系数为c_s；

所述人体9自由度模型为其中，Z为人体各部位质心的垂向位移向量；M_r为人体各部位质量矩阵；C_r为人体各部位间阻尼矩阵；K_r为人体各部为间刚度矩阵；B为系数矩阵；Q_S为激励矩阵。

进一步的，其中δ为座椅振动位移，m_s为座椅质量。

进一步的，人体垂直振动模型参数辨识的方法为：首先，对进行傅立叶变换，得到人体各部位响应传递函数表达式；接着，选取传递函数实验数据、建立目标函数；最后，给定待标识参数的数值并赋予约束条件，进行辨识，待满足精度要求后，给定的待标识参数对应的模型参数是最终得到的模型参数。