CN103674586B - 针对列车行走系统的隐患和故障特征提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对列车行走系统的隐患和故障特征提取方法，包括以下步骤：1)由列车上安装的传感器采集列车的实时运行数据，同时由车载网络获取列车运行过程中的速度信号；2)对实时运行数据、速度信号进行多传感网数据融合处理，得到隐患和故障特征提取的源数据；3)对源数据采取特征提取算法，获取不同走行系统部件的特征量；4)在步骤3)得到的特征量中选择出具有代表性、能够反映走行系统运行状态的特征量值，去除特征量间的冗余性，得到最终的走行系统隐患和故障特征量。与现有技术相比，本发明提取的数据准确率高、能够有效提高行车安全。

Description

针对列车行走系统的隐患和故障特征提取方法

技术领域

本发明涉及一种列车故障预警方法，尤其是涉及一种针对列车行走系统的隐患和故障特征提取方法。

背景技术

随着我国国民经济蓬勃发展，城市化进程大大加快，交通拥挤问题逐渐成为城市发展的掣肘，全国大中型城市纷纷大力发展城市轨道交通以解决日渐紧张的交通问题。城市轨道交通的蓬勃发展是机遇同时也是挑战。轨道交通车辆的运营在缓解城市交通压力的同时，也为车辆的维修带来了新的问题。列车运行的过程中速度快、停靠车站多、连续快速运行的时间长，这对列车走行系的部件提出了很高的要求，要经受得住如此高强度的运行情况。而且大量的列车白天投入运营，要在晚上有限的时间内对其进行检修，检修工作压大，不能面面俱到，可能会遗漏重要故障。走行系的各部件作为列车运行的主要承载结构，对列车的安全运行承担了很大的责任，如果走行系部件出现故障，这些故障均会影响到车辆的动力学性能，甚至出现列车脱轨等严重的列车事故。在这种情况下,对关乎车辆运行安全的列车走行系部件实时监测具有非常现实的意义。

列车在运行时，由于线路的不平顺、钢轨的接缝和道岔以及车轮踏面磨耗不均匀、擦伤等原因，轮对会受到来自线路的冲击，激起车辆的振动。弹性悬挂装置作为列车走行部重要的组成部分之一，它的作用就是缓和和衰减这些冲击对车体的影响，使得车体的重量均匀分布到各个轮对上，保证车辆具有较好的运行平稳性和稳定性。为了能较好地缓解冲击，列车走行部一般设计有两级弹性悬挂装置，在构架和轮对轴箱之间设置的弹簧和减振器系统，称为轴箱悬挂系统，也成为一系悬挂系统；在转向架和车体之间设置的弹性连接装置称为二系悬挂系统。悬挂主要包括二系空气弹簧、一系垂向弹簧、一系横向弹簧。

传统的行走系统故障诊断方法侧重于对故障情况的诊断，主要采用逻辑判断， 结合系统中部件的动作状态进行简单的故障判断，但这些已有的技术方法只能针对已出现的明显故障进行故障的诊断，而不能对明显故障发生前的行走系统隐患做出预警。当行走系统出现了可判断的故障之后，往往已经对城轨列车的正常运营造成了影响，轻则不能正点运行，重则威胁到车辆行驶安全。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种针对列车行走系统的隐患和故障特征提取方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种针对列车行走系统的隐患和故障特征提取方法，包括以下步骤：

1)由列车上安装的传感器采集列车的实时运行数据，同时由车载网络获取列车运行过程中的速度信号；

2)对实时运行数据、速度信号进行多传感网数据融合处理，得到隐患和故障特征提取的源数据；

3)对源数据采取特征提取算法，获取不同行走系统部件的特征量；

4)在步骤3)得到的特征量中选择出具有代表性、能够反映行走系统运行状态的特征量值，去除特征量间的冗余性，得到最终的行走系统隐患和故障特征量。

步骤1)中传感器采集的列车的实时运行数据包括车体、构架和轴箱的垂向加速度和横向加速度。

步骤3)中所述不同行走系统部件包括二系空气弹簧、一系垂向弹簧和一系横向弹簧；所述特征提取算法包括能量传递法、频域分析法和小波分析法；获取的特征量包括传递系数和自振频率。

与现有技术相比，本发明通过对列车运行数据的检测预处理，可以得到行走系统隐患故障特征量，可以反映出车辆行走系统中重要部件的工作状态，可以对其工作状态的变化趋势起到一定的预警功能。

该方法通过运用现代的信号处理技术，避免了传统的信号处理方法时域分辨差，非平稳信号检测不够灵敏等缺点。针对行走系统的运行数据，特别是突变数据有很强的处理能力且准确率很高。

该方法对信号处理后的结果进行了决策层的融合，实现了数据的精简，去除了原始数据集中的冗余信息，与传统的方法相比，减少了对计算机运算功能的过高要求，克服了数据间相关性对特征量表征系统状态的效果的影响。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为采用本发明获取的传递系数特征量的图表；

图3为采用本发明获取的自振频率特征量的图表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种针对列车行走系统的隐患和故障特征提取方法，通过该方法可以实时监测行走系统重要部件的状态变化趋势，分析其中隐含的隐患状态，为实现城轨列车行走系统状态修提供了可能，为保障城轨车辆的安全运营提供了支持。

同时，通过该方法所得到的隐患和故障特征量数据对提高城轨列车走行系隐患主动预防能力，满足城轨列车各部门对列车走行系维修保养、故障预防、隐患挖掘、安全评估预警与辅助决策等要求有着重要的参考意义。

上述方法如图1所示，具体包括以下步骤：

1)由列车上安装的传感器采集列车的实时运行数据，包括车体、构架和轴箱的垂向、横向加速度，同时由车载网络获取列车运行过程中的速度信号；

2)对实时运行数据、速度信号进行多传感网数据融合处理，得到隐患和故障特征提取的源数据；

3)对源数据采取特征提取算法，获取包括二系空气弹簧、一系垂向弹簧和一系横向弹簧在内的不同走行系部件的特征量。对于不同类型的特征量，可以采用对应的特征提取算法进行计算，例如用能量传递法得到各部件间的传递系数，用频域分析法得到各部件自振频率，用小波分析对原始信号进行降噪处理。

4)在步骤3)得到的特征量中选择出具有代表性、能够反映走行系部件系统运行状态的特征量值，去除特征量间的冗余性，得到最终的走行系隐患和故障特征量。

5)通过表格、曲线图、柱状图表等方式表示这些特征量，如图2和图3所示，然后可以根据其趋势就能够做出故障预警和判断。

Claims (2)

1.一种针对列车行走系统的隐患和故障特征提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)由列车上安装的传感器采集列车的实时运行数据，同时由车载网络获取列车运行过程中的速度信号；

2)对实时运行数据、速度信号进行多传感网数据融合处理，得到隐患和故障特征提取的源数据；

3)对源数据采取特征提取算法，获取不同行走系统部件的特征量，获取的特征量包括传递系数和自振频率；

4)在步骤3)得到的特征量中选择出具有代表性、能够反映行走系统运行状态的特征量值，去除特征量间的冗余性，得到最终的行走系统隐患和故障特征量，根据趋势做出故障预警和判断；

所述的步骤3)中，对于不同类型的特征量，采用对应的特征提取算法进行计算：用能量传递法得到各部件间的传递系数，用频域分析法得到各部件自振频率，用小波分析对原始信号进行降噪处理。

2.根据权利要求1所述的针对列车行走系统的隐患和故障特征提取方法，其特征在于，步骤1)中传感器采集的列车的实时运行数据包括车体、构架和轴箱的垂向加速度和横向加速度。