[发明专利]一种基于车线系统动力学的高速铁路线路设计方法

摘要

本发明公开一种基于车线系统动力学的高速铁路线路设计方法。高速铁路线路线形引起的车体振动响应主要集中在1Hz以下低频范围内，为了有效区分线形、线路平顺性和线下结构刚度等引起的车体振动，本方法采用系统动力仿真手段，引入ISO2631、EN12299等标准中运动病、舒适度、缓和曲线舒适度和瞬时舒适度等指标，并结合加速度频数分布和累积频数分布综合分析评价线形参数和线路方案的合理性，为线形参数确定和线路方案优化提供依据。本方法能弥补传统线路分析方法的不足，实现任意平纵断面线形组合条件下行车安全性和乘车舒适性的预测、分析和评估，为高速铁路线路设计提供科学分析手段，具有重要的理论意义和工程应用价值。

主权项

一种基于车线系统动力学的高速铁路线路设计方法，所述高速铁路线路包括轨道及其支撑结构，所述高速铁路线路线形由轨道及其支撑结构的空间结构形成，包括平面直线、圆曲线和缓和曲线以及纵断面坡段和竖曲线，其特征在于，所述线路线形的设计方案采用以下方法设计：A.线路线形初步设计方案由平面直线、圆曲线、缓和曲线及纵断面坡段、竖曲线连续组合而成，根据车辆构件参数、轨道及其支撑结构的参数及直线、圆曲线、缓和曲线线形特征参数，建立车辆‑线路系统动力分析模型，将初步设计方案的车辆构件参数、轨道及其支撑结构的参数及直线、圆曲线、缓和曲线线形特征参数作为模型计算条件，取得列车在运行过程中的系统动力响应；B.根据系统动力响应优化线路方案中的平纵断面线形特征参数取值：B‑1.变化上述线形特征参数中的一个特征参数，即得到一系列改变了局部线形的设计方案，利用步骤A的车辆‑线路系统动力分析模型，计算得到的车体中心进出缓和曲线时的车辆侧滚角速度和横向加速度、横向冲击，换算得到对应所述改变了局部线形的一系列舒适度指标PCT：其中舒适度指标PCT表达为：式中，为车体横向加速度最大值，具体为车体中心在缓和曲线起点至缓和曲线终点及其后1.6s内的最大值；为车体横向加速度的时变率最大值，具体为车体中心在包括缓和曲线起点前1s内至缓和曲线终点范围内的最大值；为车体中心在缓和曲线范围内时的车体侧滚角速度最大值；A‑E为系数，根据站姿或坐姿取值，站姿取值分别为0.2854s2/m、0.2069s3/m、0.111、3.64s/rad、2.283，坐姿取值分别为0.0897s2/m、0.0968s3/m、0.059、0.916s/rad、1.626；使用步骤A的车辆‑线路系统动力分析模型，计算得到车辆在曲率变化处的横向加速度最大峰峰值和平均值，换算得到瞬时舒适度指标PDE：瞬时舒适度指标PDE表达为：式中，计算时长范围内每2s为一个时窗，和分别为各时窗内车体横向加速度最大峰峰值和平均值；a‑c为系数，根据站姿或坐姿取值，站姿取值分别为0.1662s2/m、0.2701s2/m、0.37，坐姿取值分别为0.0846s2/m、0.1305s2/m、0.217；使用步骤A的车辆‑线路系统动力分析模型，计算得到车辆在曲率变化点前后的振动加速度，得到振动衰减与叠加规律；使用步骤A的车辆‑线路系统动力分析模型，计算得到车辆振动加速度进行频数分布统计和累积频数分布统计；B‑2.比较步骤B‑1计算得到的车辆在一系列改变了局部线形的设计方案中的舒适度指标PCT、瞬时舒适度指标PDE、振动衰减与叠加规律和加速度统计分布特征，对线路线形初步设计方案中的所述一个特征参数进行优化，形成舒适度指标PCT及瞬时舒适度指标PDE较优、振动衰减快并避免振动叠加、加速度幅值分布较好的优化方案。