高速铁路乘客舒适度评价方法、装置、存储介质及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高速铁路乘客舒适度评价方法、装置、计算机可读存储介质及设备，属于高铁领域。该方法建立了乘客‑车辆‑桥梁耦合振动模型，向模型输入乘客、车辆、桥梁、风荷载参数以及计算初始条件，求解输出得到乘客、车辆和桥梁的动力响应数据，根据乘客的动力响应数据对乘客舒适度进行评价。本发明专利技术加入了乘客动力学模型，设计了乘客‑车辆‑桥梁耦合振动模型，通过求解乘客的动力响应数据，以乘客本身的振动数据评价舒适度，其评价方法更能反映乘客自身的真实感受。

Passenger comfort evaluation method, device, storage medium and equipment of high-speed railway

【技术实现步骤摘要】
高速铁路乘客舒适度评价方法、装置、存储介质及设备
本专利技术涉及高铁领域，特别是指一种高速铁路乘客舒适度评价方法、装置、计算机可读存储介质及设备。
技术介绍
我国高速铁路发展迅速，线路中高架桥及大跨桥的比重也逐渐增大。随着列车运行速度的增加及人民生活水平的不断提高，乘车舒适度问题日趋明显，逐渐成为铁路部门关注的焦点。国内外对于铁路运输线路乘车舒适度问题的研究主要是以车桥动力相互作用为前提，部分考虑风、地震、船撞等其他荷载形式，从而获得车辆地板振动加速度等相关参数，再通过ISO2631标准、Sperling指标或者其他标准分析所得参数对乘客、车辆等振动响应进行评价。但是，这些方法仅把车体的振动加速度作为乘车舒适度的评价依据，其很难反映乘客自身的真实感受，并不能准确的评价乘客的舒适度，已经越来越不能符合现阶段的运营要求。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高速铁路乘客舒适度评价方法、装置、计算机可读存储介质及设备，本专利技术以乘客本身的振动数据评价舒适度，更能反映乘客自身的真实感受。本专利技术提供技术方案如下：第一方面，本专利技术提供一种高速铁路乘客舒适度评价方法，所述方法包括：步骤S1：建立乘客-车辆-桥梁耦合振动模型，其中：车辆模型包括若干节车厢，每节车厢包括车体、前转向架、后转向架和若干轮对，车体、前转向架和后转向架均具有点头、摇头、侧滚、沉浮、横摆5个自由度，轮对具有横摆、侧滚、沉浮3个自由度；桥梁模型为连续钢桁拱桥有限元模型；乘客模型将每个乘客视为一个刚体，每个乘客具有横摆、沉浮、侧滚、摇头、点头、纵向位移6个自由度；步骤S2：输入乘客、车辆、桥梁、风荷载参数以及计算初始条件；步骤S3：生成乘客-车辆-桥梁耦合运动方程中乘客的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵以及车辆的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；步骤S4：计算当前时刻各轮对的位置，并通过插值计算该位置处桥梁各阶振型值；步骤S5：插值计算车辆、桥梁上的抖振风力；步骤S6：生成桥梁的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；步骤S7：计算轮对的位移量；步骤S8：计算乘客-车辆运动方程中的力向量；步骤S9：求解得到车辆的位移增量和乘客的位移增量；步骤S10：计算车辆的速度、加速度和乘客的速度、加速度；步骤S11：计算作用在桥梁上的外荷载；步骤S12：计算桥梁的位移增量；步骤S13：获得桥梁的速度、加速度；步骤S14：判断是否满足收敛性，若是，则输出得到乘客、车辆和桥梁的动力响应数据，否则，返回步骤S7；步骤S15：根据乘客的动力响应数据对乘客舒适度进行评价。进一步的，所述乘客-车辆-桥梁耦合运动方程为：所述乘客-车辆运动方程为：车辆-桥梁运动方程为：其中，Mpp为乘客的质量矩阵，Mvv为车辆的质量矩阵，Mbb为桥梁的质量矩阵；Cpp为乘客的阻尼矩阵，Cvv为车辆的阻尼矩阵，Cbb为桥梁的阻尼矩阵；Kpp为乘客的刚度矩阵，Kvv为车辆的刚度矩阵，Kbb为桥梁的刚度矩阵；Rp为乘客的位移向量，Rv为车辆的位移向量，Rb为桥梁的位移向量；为乘客的速度向量，为车辆的速度向量，为桥梁的速度向量；为乘客的加速度向量，为车辆的加速度向量，为桥梁的加速度向量；Fp、Fv、Fb分别为作用在乘客、车辆、桥梁上的外荷载。进一步的，所述步骤S15中，使用乘客总加权加速度均方根值aw对乘客舒适度进行评价，其中：axw、ayw、azw分别为乘客在x、y和z3个方向的加权加速度均方根值。进一步的，所述方法还包括步骤S16：等待△t时刻后判断车辆是否出桥，若是，结束，否则，返回步骤S4。第二方面，本专利技术提供一种高速铁路乘客舒适度评价装置，所述装置包括：模型建立模块，用于建立乘客-车辆-桥梁耦合振动模型，其中：车辆模型包括若干节车厢，每节车厢包括车体、前转向架、后转向架和若干轮对，车体、前转向架和后转向架均具有点头、摇头、侧滚、沉浮、横摆5个自由度，轮对具有横摆、侧滚、沉浮3个自由度；桥梁模型为连续钢桁拱桥有限元模型；乘客模型将每个乘客视为一个刚体，每个乘客具有横摆、沉浮、侧滚、摇头、点头、纵向位移6个自由度；初始化模块，用于输入乘客、车辆、桥梁、风荷载参数以及计算初始条件；第一生成模块，用于生成乘客-车辆-桥梁耦合运动方程中乘客的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵以及车辆的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；第一计算模块，用于计算当前时刻各轮对的位置，并通过插值计算该位置处桥梁各阶振型值；第二计算模块，用于插值计算车辆、桥梁上的抖振风力；第二生成模块，用于生成桥梁的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；第三计算模块，用于计算轮对的位移量；第四计算模块，用于计算乘客-车辆运动方程中的力向量；第五计算模块，用于求解得到车辆的位移增量和乘客的位移增量；第六计算模块，用于计算车辆的速度、加速度和乘客的速度、加速度；第七计算模块，用于计算作用在桥梁上的外荷载；第八计算模块，用于计算桥梁的位移增量；获取模块，用于获得桥梁的速度、加速度；判断模块，用于判断是否满足收敛性，若是，则输出得到乘客、车辆和桥梁的动力响应数据，否则，返回第三计算模块；评价模块，用于根据乘客的动力响应数据对乘客舒适度进行评价。进一步的，所述乘客-车辆-桥梁耦合运动方程为：所述乘客-车辆运动方程为：车辆-桥梁运动方程为：其中，Mpp为乘客的质量矩阵，Mvv为车辆的质量矩阵，Mbb为桥梁的质量矩阵；Cpp为乘客的阻尼矩阵，Cvv为车辆的阻尼矩阵，Cbb为桥梁的阻尼矩阵；Kpp为乘客的刚度矩阵，Kvv为车辆的刚度矩阵，Kbb为桥梁的刚度矩阵；Rp为乘客的位移向量，Rv为车辆的位移向量，Rb为桥梁的位移向量；为乘客的速度向量，为车辆的速度向量，为桥梁的速度向量；为乘客的加速度向量，为车辆的加速度向量，为桥梁的加速度向量；Fp、Fv、Fb分别为作用在乘客、车辆、桥梁上的外荷载。进一步的，所述评价模块中，使用乘客总加权加速度均方根值aw对乘客舒适度进行评价，其中：axw、ayw、azw分别为乘客在x、y和z3个方向的加权加速度均方根值。进一步的，所述装置还包括循环模块，用于等待△t时刻后判断车辆是否出桥，若是，结束，否则，返回第一计算模块。第三方面，本专利技术提供一种用于高速铁路乘客舒适度评价的计算机可读存储介质，包括用于存储处理器可执行指令的存储器，所述指令被所述处理器执行时实现前述第一方面所述的高速铁路乘客舒适度评价方法的步骤。第四方面，本专利技术提供一种用于高速铁路乘客舒适度评价的设备，包括至少一个处理器以及存储计算机可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现前述第一方面所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速铁路乘客舒适度评价方法，其特征在于，所述方法包括：/n步骤S1：建立乘客-车辆-桥梁耦合振动模型，其中：/n车辆模型包括若干节车厢，每节车厢包括车体、前转向架、后转向架和若干轮对，车体、前转向架和后转向架均具有点头、摇头、侧滚、沉浮、横摆5个自由度，轮对具有横摆、侧滚、沉浮3个自由度；/n桥梁模型为连续钢桁拱桥有限元模型；/n乘客模型将每个乘客视为一个刚体，每个乘客具有横摆、沉浮、侧滚、摇头、点头、纵向位移6个自由度；/n步骤S2：输入乘客、车辆、桥梁、风荷载参数以及计算初始条件；/n步骤S3：生成乘客-车辆-桥梁耦合运动方程中乘客的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵以及车辆的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；/n步骤S4：计算当前时刻各轮对的位置，并通过插值计算该位置处桥梁各阶振型值；/n步骤S5：插值计算车辆、桥梁上的抖振风力；/n步骤S6：生成桥梁的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；/n步骤S7：计算轮对的位移量；/n步骤S8：计算乘客-车辆运动方程中的力向量；/n步骤S9：求解得到车辆的位移增量和乘客的位移增量；/n步骤S10：计算车辆的速度、加速度和乘客的速度、加速度；/n步骤S11：计算作用在桥梁上的外荷载；/n步骤S12：计算桥梁的位移增量；/n步骤S13：获得桥梁的速度、加速度；/n步骤S14：判断是否满足收敛性，若是，则输出得到乘客、车辆和桥梁的动力响应数据，否则，返回步骤S7；/n步骤S15：根据乘客的动力响应数据对乘客舒适度进行评价。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路乘客舒适度评价方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1：建立乘客-车辆-桥梁耦合振动模型，其中：
车辆模型包括若干节车厢，每节车厢包括车体、前转向架、后转向架和若干轮对，车体、前转向架和后转向架均具有点头、摇头、侧滚、沉浮、横摆5个自由度，轮对具有横摆、侧滚、沉浮3个自由度；
桥梁模型为连续钢桁拱桥有限元模型；
乘客模型将每个乘客视为一个刚体，每个乘客具有横摆、沉浮、侧滚、摇头、点头、纵向位移6个自由度；
步骤S2：输入乘客、车辆、桥梁、风荷载参数以及计算初始条件；
步骤S3：生成乘客-车辆-桥梁耦合运动方程中乘客的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵以及车辆的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；
步骤S4：计算当前时刻各轮对的位置，并通过插值计算该位置处桥梁各阶振型值；
步骤S5：插值计算车辆、桥梁上的抖振风力；
步骤S6：生成桥梁的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；
步骤S7：计算轮对的位移量；
步骤S8：计算乘客-车辆运动方程中的力向量；
步骤S9：求解得到车辆的位移增量和乘客的位移增量；
步骤S10：计算车辆的速度、加速度和乘客的速度、加速度；
步骤S11：计算作用在桥梁上的外荷载；
步骤S12：计算桥梁的位移增量；
步骤S13：获得桥梁的速度、加速度；
步骤S14：判断是否满足收敛性，若是，则输出得到乘客、车辆和桥梁的动力响应数据，否则，返回步骤S7；
步骤S15：根据乘客的动力响应数据对乘客舒适度进行评价。


2.根据权利要求1所述的高速铁路乘客舒适度评价方法，其特征在于，所述乘客-车辆-桥梁耦合运动方程为：



所述乘客-车辆运动方程为：



车辆-桥梁运动方程为：



其中，Mpp为乘客的质量矩阵，Mvv为车辆的质量矩阵，Mbb为桥梁的质量矩阵；Cpp为乘客的阻尼矩阵，Cvv为车辆的阻尼矩阵，Cbb为桥梁的阻尼矩阵；Kpp为乘客的刚度矩阵，Kvv为车辆的刚度矩阵，Kbb为桥梁的刚度矩阵；Rp为乘客的位移向量，Rv为车辆的位移向量，Rb为桥梁的位移向量；为乘客的速度向量，为车辆的速度向量，为桥梁的速度向量；为乘客的加速度向量，为车辆的加速度向量，为桥梁的加速度向量；Fp、Fv、Fb分别为作用在乘客、车辆、桥梁上的外荷载。


3.根据权利要求2所述的高速铁路乘客舒适度评价方法，其特征在于，所述步骤S15中，使用乘客总加权加速度均方根值aw对乘客舒适度进行评价，其中：



axw、ayw、azw分别为乘客在x、y和z3个方向的加权加速度均方根值。


4.根据权利要求3所述的高速铁路乘客舒适度评价方法，其特征在于，所述方法还包括
步骤S16：等待△t时刻后判断车辆是否出桥，若是，结束，否则，返回步骤S4。


5.一种高速铁路乘客舒适度评价装置，其特征在于，所述装置包括：
模型建立模块，用于建立乘客-车辆-桥梁耦合振动模型，其中：
车辆模型包括若干节车厢，每节车厢包括车体、前转向架、后转向架和若干轮对，车体、前转向架和后转向架均具有点头、摇头、侧滚、沉浮...

【专利技术属性】
技术研发人员：王罡，李宇杰，王少钦，李强，王恒友，曹明盛，朱力，安小诗，赵义龙，
申请(专利权)人：北京市地铁运营有限公司地铁运营技术研发中心，北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：北京;11