风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法

本发明涉及工程，尤其涉及一种高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法。

背景技术：

1、高速列车在风切变环境下运行时的安全性与舒适性问题与无风环境下不同，在无风环境下，运行车安全与振动舒适性问题主要是由于线路因素或列车走行部状态引起，轮轨激励作为车辆系统的主要激励输入项，通过走行部将激励自下而上传递到车体，引起车体在运行过程中的持续高频低幅振动，进而影响车辆的乘坐舒适性。

2、当高速列车在大风环境下运行时，尤其是风切变下，风载荷作为车辆系统的主输入激励直接作用于车体，导致了车体的大幅度低频振动，车体振动再通过走行部将激励自上而下传递到轮轨，从而迫使轮轨法向力跟随性改变，当风载荷较小时，车体较小幅度的振动主要影响车体振动舒适性，当风载荷较大且变化剧烈时，车体的大幅度振动是的列车减载测的轮轨法向力为零时，列车将达到临界倾覆状态。

3、因此，风切变下车体的大幅度振动是影响行车安全和乘坐舒适性的直接原因，车体大幅度振动影响着车体的振动舒适性的同时还威胁运行安全性，列车运行安全性与振动舒适性问题是耦合的，从而提出一种能够同时评判振动舒适性与安全风险的方法。

技术实现思路

1、本发明提供了风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，以解决现有的舒适性评判方法无法同时评判振动舒适性与安全风险的问题。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，包括：

4、获取目标列车在高速行驶状态下的环境信息和车辆信息，并基于所述环境信息和所述车辆信息计算列车安全指标倾覆系数、受电弓位移以及车辆动态包络以及振动舒适性指标；

5、将所述列车安全指标倾覆系数与第一预设阈值进行比较，当所述列车安全指标倾覆系数大于第一预设阈值时进行预警；

6、将所述受电弓位移、车辆动态包络分别与监测系统获取的受电弓位移、车辆动态包络进行对比，当监测系统获取的受电弓位移、车辆动态包络大于计算确定的受电弓位移阈值、车辆动态包络阈值则进行预警；

7、将所述振动舒适度指标与第二预设阈值进行比较，当所述振动舒适度指标大于第二预设阈值时进行预警；

8、通过数值求解得到基于倾覆安全与振动舒适性的cwc曲线，并在出现预警后根据风切变下基于倾覆安全与振动舒适性的cwc曲线进行控车。

9、可选的，所述获取目标列车在高速行驶状态下的环境信息和车辆信息，包括：

10、通过车载风速仪、高速列车运行姿态检测系统和gps获取目标列车在高速行驶状态下的环境信息和车辆信息；

11、所述环境信息包括：车载风速信息和线路信息，所述车辆信息包括：运行速度信息和车体姿态信息。

12、可选的，所述基于环境信息和车辆信息计算列车安全指标倾覆系数，包括：

13、基于环境信息和车辆信息，根据列车安全指标计算公式求解风切变下列车安全指标倾覆系数，所述列车安全指标计算公式如下式所示：

14、dl＝c·θc+e·yc+h·ayb+i·ayws+j；

15、其中，对转向架构与轮对加速度进行1hz低通滤波处理。

16、可选的，针对列车安全指标计算公式的相关计算包括：

17、

18、

19、

20、

21、

22、

23、其中，j为修正系数，车体相对于轨面侧滚角为θc，车体重心相对于轨面的横向位移为yc，ayb是转向架构架横向振动加速度；是轮对横向振动加速度；j为修正系数；kpt与kpv是一系悬挂横向与垂向刚度；kst与ksv是二系悬挂横向与垂向刚度；g是重力加速度；hcb是车体重心与构架重心之间的距离，hc是车体底面到车体重心的距离；2bs是二系空气悬挂间距；2bp是一系悬挂间距；b是轨距之半；mb是转向架构架质量；是轮对质量；r是轮对的名义半径；pst是轮轨静态垂向力。

24、可选的，所述振动舒适性指标的计算过程包括：

25、获取人体对不同振动频率的敏感度，并根据人体对不同振动频率的敏感度进行频率加权滤波得到滤波结果；

26、将滤波结果与所述环境信息、所述车辆信息结合计算振动舒适度指标。

27、可选的，所述将滤波结果与所述环境信息、所述车辆信息结合计算振动舒适度指标，包括：

28、根据人体对不同振动频率的敏感度进行频率加权滤波，以2s为周期对频率加权滤波得到的数据进行截断，以周期区间求解所述环境信息、所述车辆信息2s内的平均值和峰峰值，从而得到风切变下的振动舒适性指标pw。

29、可选的，所述通过数值求解得到基于倾覆安全与振动舒适性的cwc曲线，包括：

30、根据列车实际运行环境获取环境参数，并基于所述环境参数确定是否考虑连续风切变的影响；

31、在确定考虑连续风切变的影响后，获取需要考虑的风切变关键参数；

32、在风切变关键参数中获取不同侧滑角下气动力系数，并通过准稳态方法计算风切变下不同情况的列车气动载荷，得出最不利风切变情况；

33、基于最不利风切变情况计算基于倾覆安全与振动舒适性的cwc曲线。

34、可选的，所述在出现预警后根据风切变下基于倾覆安全与振动舒适性的cwc曲线进行控车，包括：

35、在基于倾覆安全与振动舒适性的cwc曲线中确定平均风速，并基于平均风速所在范围内确定列车在不同运行速度与平均风速下不会出现由风切变造成的列车倾覆或瞬态剧烈振动导致的不舒适。

36、有益效果：

37、本发明提供的风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，获取目标列车在高速行驶状态下的环境信息和车辆信息，并基于环境信息和车辆信息计算列车安全指标倾覆系数、受电弓位移、车辆动态包络以及振动不舒性指标；基于计算结果进行预警；通过数值求解得到基于倾覆安全与振动不舒适的cwc曲线，并在出现预警后根据风切变下基于倾覆安全与振动舒适性的cwc曲线进行控车。

技术特征：

1.风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，其特征在于，所述获取目标列车在高速行驶状态下的环境信息和车辆信息，包括：

3.根据权利要求1所述的风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，其特征在于，所述基于环境信息和车辆信息计算列车安全指标倾覆系数，包括：

4.根据权利要求3所述的风切变下高速列车运下安全与振动舒适性耦合评估方法，其特征在于，针对列车安全指标计算公式的相关计算包括：

5.根据权利要求1所述的风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，其特征在于，所述振动舒适性指标的计算过程包括：

6.根据权利要求5所述的风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，其特征在于，所述将滤波结果与所述环境信息、所述车辆信息结合计算振动舒适度指标，包括：

7.根据权利要求1所述的风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，其特征在于，所述通过数值求解得到基于倾覆安全与振动舒适性的cwc曲线，包括：

8.根据权利要求1所述的风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，其特征在于，所述在出现预警后根据风切变下基于倾覆安全与振动舒适性的cwc曲线进行控车，包括：

技术总结本发明涉及工程技术领域，公开了风切变下高速列车运行安全与振动舒适性耦合评估方法，包括：基于目标列车在高速行驶状态下得环境信息和车辆信息计算列车安全指标倾覆系数、受电弓位移以及车辆动态包络以及振动舒适性指标；当列车安全指标倾覆系数大于第一预设阈值时进行预警；当监测系统获取的受电弓位移、车辆动态包络大于计算确定的受电弓位移阈值、车辆动态包络阈值则进行预警；当振动舒适度指标大于第二预设阈值时进行预警；通过数值求解得到基于倾覆安全与振动舒适性的CWC曲线，并在出现预警后根据风切变下基于倾覆安全与振动舒适性的CWC曲线进行控车；本发明解决了现有的舒适性评判方法无法同时评判振动舒适性与安全风险的问题。技术研发人员：刘东润,田红旗,钟睦,鲁寨军,王田天,李田,周伟受保护的技术使用者：中南大学技术研发日：技术公布日：2024/2/25