[發明專利]一種確定高速列車旅客舒適度的方法

在審

• 申請號: 201710961736.9
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107860594A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 陳春俊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01M17/08
• 分類號: G01M17/08
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 孫一峰

技術領域

本發明屬于牽引動力領域，具體的是一種確定高速列車旅客舒適度的方法。

背景技術

目前，隨著我國高速列車運行速度的不斷提高，車體受到軌道激擾而導致自身振動加劇，由此帶來的乘員舒適性問題也愈發顯著。目前國內外關于列車振動舒適性評價指標(UIC513、GB5599-85等)都是通過測量車廂某些位置處的振動響應來評價列車的平穩性，并未考慮乘客自身的振動特性。

為準確分析高速列車實際運行時人體所受的振動，研究乘坐舒適性問題，國內外學者進行了深入研究。杜陽陽利用實驗的方法，對傳感器數據進行分析，利用集總參數法求得人體各部位剛度和阻尼等力學參數，建立了人體集中參數模型。張鄂建立了四自由度坐姿人體垂向振動模型，根據實驗數據確立了模型參數，并通過模型研究了人-車系統人體的振動特征；Liang針對無靠背人體坐姿垂向振動特性研究情況，分析了大量文獻報告的人體坐姿試驗數據、人體建模方法、模型參數辨識方法及結果；張濟民建立了坐姿人體軌道車輛運動方程，研究在車體中心位置處，人體乘坐時頭部和內臟的振動響應；湯小紅等建立了關于列車臥鋪乘員的人-鋪-車輛振動系統空間垂向耦合動力學模型,研究了在不平順激勵下的臥姿人體垂直振動特性，并對頭部和臀部兩部位加速度1/3倍頻程進行計權，得出乘坐舒適性評級。王英杰將人體視為依附于車廂底板上的單自由度系統，分析車體振動與人體振動的差異，同時得出長波長對人體響應的影響較為明顯的結論。上述研究針對人體振動進行了不同類型的建模且取得了較好的效果，但是考慮到高速列車座位分布的實際情況，不同位置處乘客感受車體振動的響應會有所差異。同時，由于人體各個器官共振頻率不同，因此對車體振動響應特性也會存在差異。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供以軌道不平順信號作為激勵，得出車體不同位置處實際垂向振動響應，并以此作為人體模型激勵，研究列車運行過程中人體系統動力響應，并直接通過人體振動響應來評價人體乘坐舒適性。

本發明采用的技術方案是：一種確定高速列車旅客舒適度的方法，首先，建立高速列車振動模型和人體垂向振動模型，并進行人體垂向振動參數辨識得到人體垂向振動模型參數；然后，以軌道不平順信號作為輸入激勵加載到列車振動模型，得到測點處的振動加速度響應；再將振動加速度響應信號作為輸入激勵輸入人體垂向振動模型，進行仿真模擬，得到測點處人體的振動加速度響應和振動程度響應；最后，分析仿真結果，評定旅客舒適度。

進一步的，所述高速列車振動模型為27自由度模型，為其中，M_c為列車質量矩陣；C_c為列車阻尼矩陣；K_c為列車剛度矩陣；G為軌道輸入分布矩陣；q為軌道不平順輸入矩陣；X為列車振動位移矩陣；27自由度包括車體沉浮、點頭、側滾、橫移和搖頭；兩個轉向構架沉浮、點頭、側滾、橫移和搖頭以及四組車輪對的橫移、沉浮和搖頭。

進一步的，在設定人體雙手及下臂平平放于座椅扶手上，雙腳置于地面，并且不考慮座椅靠背對人體垂向振動的影響下，所述人體垂直模型為9自由度模型，包括9大質量塊，分別為人體頭頸部質量塊、上軀干質量塊、內臟質量塊、下軀干質量塊、臀部含大腿質量塊、左下肢質量塊、右下肢質量塊、左上肢質量塊和右上肢質量塊；各質量塊的質量為m_i(i＝1,2,…,9)，單位Kg；各質量塊均取垂向自由度，且與相鄰質量塊間利用彈簧阻尼連接，各質量塊間彈簧連接的剛度系數為k_i(i＝1,2,…,14),單位為N/m；阻尼系數為c_i(i＝1,2,…,14)，單位為Ns/m；座椅與車地面之間彈簧剛度系數為k_S，阻尼系數為c_s；

所述人體9自由度模型為其中，Z為人體各部位質心的垂向位移向量；M_r為人體各部位質量矩陣；C_r為人體各部位間阻尼矩陣；K_r為人體各部為間剛度矩陣；B為系數矩陣；Q_S為激勵矩陣。

進一步的，其中δ為座椅振動位移，m_s為座椅質量。

進一步的，人體垂直振動模型參數辨識的方法為：首先，對進行傅立葉變換，得到人體各部位響應傳遞函數表達式；接著，選取傳遞函數實驗數據、建立目標函數；最后，給定待標識參數的數值并賦予約束條件，進行辨識，待滿足精度要求后，給定的待標識參數對應的模型參數是最終得到的模型參數。