轨道车辆乘坐舒适性仿真与试验研究

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我国轨道交通技术不断发展,乘坐舒适性体验成为人们关注的重点之一。随着车速的提高,车辆振动频率的增大可能会给乘客带来不好的舒适性体验,因此需要对乘客的舒适性进行评估。然而,目前针对轨道车辆舒适性的研究一般是通过测量车厢地板面的加速度,采用平稳性指标进行评价,忽略了人体力学自身的振动特性,不能真实地反映人体的振动响应。为此,本文对轨道车辆乘客舒适性进行了深入研究,主要内容如下:(1)对国内外不同领域评估人体舒适性的研究、标准进行总结归纳,提出轨道车辆舒适性评价除传统的平稳性指标外,建议考虑人体参振,采用平稳性指标、加权加速度均方根值及乘客的烦恼率进行主客观综合评价。(2)研究了不同坐姿人体力学模型的特征,并将人体力学模型用7自由度集中参数模型简化,以质量、等效线性弹簧及阻尼加以模拟,基于Simpack软件搭建多自由度人体力学模型。(3)基于刚柔耦合技术,介绍了刚柔耦合车辆动力学模型的生成过程,并简要介绍了模型缩减理论。以国内某一高速列车为研究对象,结合ANSYS有限元分析软件和Simpack动力学软件搭建了刚柔耦合系统模拟环境。(4)分别对直线线路和曲线线路工况进行仿真。在直线线路工况下,仿真计算不同速度级、车厢不同位置下的振动状态,并采用平稳性指标、加权加速度均方根及乘客的烦恼率进行主客观综合评价。在曲线线路工况下,仿真获取不同曲线半径下车体及人体的振动状态,对比了车厢端部及中部人体舒适性的差异。(5)对仿真结果进行分析,发现平稳性指标、加权加速度均方根及乘客烦恼率存在不一致的速度区间,且车厢中部位置舒适度明显优于车厢端部。此外,加权加速度均方根和烦恼率评价具有一致性。(6)设计试验对实际轨道车辆运行过程中乘客的振动状态进行评估,与仿真分析得到的平稳性指标、加权加速度及烦恼率在部分条件下存在冲突具有一致性。因此建议在进行人体舒适性评价时,不能只采用平稳性指标进行评价,需要采用主客观相结合的方式,为轨道车辆舒适性评价提供参考。
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