CN104742894A - 一种基于解析模型的气制动系统故障检测方法 - Google Patents

一种基于解析模型的气制动系统故障检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于解析模型的气制动系统故障检测方法，具体步骤如下：对于给定的气制动系统，建立该系统的输入输出数学解析模型。得出故障参数即推杆位移与系统的输出量即制动气室气压之间的数学关系。确定接触压力Pct的区。将上述接触压力Pct落在的区间以一定的步长进行细分，获得一个元素间隔等步长，元素为制动气室气压值的集合。通过制动气室的输入输出数学解析模型求得该集合中每个元素对应的制动气室压力值。从而计算出估计而得的推杆位移值。该方法通过对气制动系统建立无故障模型，利用模型中制动气室输出压力与推杆位移的关系，对气制动系统的故障参数推杆位移进行了估计。

Description

一种基于解析模型的气制动系统故障检测方法
技术领域
本发明属于气制动系统故障检测方法，具体涉及一种基于解析模型的客车气制动系统中推杆失调故障的检测方法。
背景技术
所谓基于解析模型的故障诊断，就是通过将被诊断对象的可测信息和由模型表达的系统先验信息进行比较，从而产生残差，并对残差进行分析和处理而实现故障诊断的技术。所谓残差，就是与被诊断系统的正常运行状态无关的、由其输入输出信息构成的线性或非线性函数。在没有故障时，残差等于零或近似为零（在某种意义下）；而当系统中出现故障时，残差应显著偏离零点。一般而言，基于解析模型的故障检测方法包括两个阶段，即残差产生和残差处理。残差产生就是利用一个适当的算法对系统的输入输出处理获取残差信号的过程。残差处理就是利用适当的决策规则来确定故障发生的可能性的过程。泄漏、推杆失调是气制动系统中存在的两大突出缺陷，并且直接影响气制动系统性能的优劣。推杆失调将导致制动扭矩的损失。若能对气制动系统的上述故障进行检测，那么对气制动系统性能的良好发挥及其日常维护将有着重大的现实意义。
现有技术中，目前，对气制动系统的上述故障的检测仅仅局限于路检，并且消耗人力物力较大。
发明内容
本发明目的：本发明对给定的气制动系统建立一个无故障模型，利用该模型对该制动系统的故障参数推杆位移进行估计。进而集成为一个用来自动检测气制动系统性能的便携式诊断工具，将气制动制动系统检测过程自动化。
本发明所要解决的技术问题是对给定的气制动系统建立一个无故障模型，利用该模型对该制动系统的故障参数推杆位移进行估计。
本发明的技术方案如下：一种基于解析模型的气制动系统故障检测方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
步骤一：对于给定的气制动系统，建立该系统的输入输出数学解析模型；得出故障参数即推杆位移与系统的输出量即制动气室气压之间的数学关系；通过控制变量法的试验对于两个相同的制动气室，通过改变其中一个制动气室推杆的最大行程而另一个制动气室推杆行程固定在一个值不变进行制动模拟试验，得出结论，制动气室推杆位移的不同将直接影响制动气室输出瞬态压力变化曲线的第二个阶段，其中制动气室压力变化的第一阶段为压力不断增大，直到达到阈值压力P th，推杆才开始产生位移，第二阶段中随着制动气室压力的增大推杆行程不断增加直到刹车片与刹车鼓接触；第三阶段为制动气室压力从接触压力P ct开始不断增加直到达到稳定压力；在建模过程中推导得制动气室推杆位移x b与制动气室输出压力P b有如下的关系：
        x b =M 2(P bss-P ct)+M 1 P ct+N 1                         (1)
其中P bss为稳态时制动气室的压力，该值可通过模拟制动试验测得，该试验为在一定供压下，模拟行车制动过程，利用传感器测得制动气室的气压值，稳态时制动气室气压值在在无故障存在的条件下应该与理论值相等，该理论值即为供压值；P ct为当刹车片制动鼓之间的间隙被克服时制动气室的压力，即接触压力；M1、M2分别为通过压力与位移标定曲线获得，该曲线为在不同的供压下对制动气室压力与制动总阀位移进行测量，绘制两者之间的关系曲线，进行标定获得的，获得的常数；制动气室的压力达到P ct时，压力变化第二阶段结束，开始第三阶段，即稳态阶段，该阶段制动气室当中的压力趋于一个固定不变的值即供压值；因此，利用（1）式对推杆的位移进行估计即就是估计接触压力的值；
步骤二：确定接触压力P ct的区间[P ctl，P ctl]，该区间的左端点对应的就是刹车片与制动鼓之间间隙为0时对应的制动气室压力，该值可由制动模拟试验试验测得，记为P ctl；该区间的右端点可通过推杆所能达到的最大位移代入（1）式中来求得,记为P ctl；
步骤三：将上述接触压力P ct落在的区间以一定的步长进行细分，将区间长度除以该步长值，获得一个元素间隔等步长，元素为制动气室气压值的集合；通过制动气室的输入输出数学解析模型，即制动气室动态模型，该模型的输入为制动总阀活塞的位移，输出为制动气室的气压值；得该集合中每个元素对应的制动气室压力值，记为                                                ，记作接触压力P ct的估计值；
步骤四：利用（2）式计算该值与试验所测得的制动气室压力值的残差，使得e p(P cti)取值最小的对应的P cti值作为为P ct的估计值，从而根据（1）式计算出估计出估计而得的推杆位移值；（2）式中P meas(j)为j时刻由制动模拟试验的制动气室气压值，P b(P cti)(j)为j时刻将细分后的第i个P ct值代入制动气室动态模型求得的值；k的取值根据制动气室压力变化曲线第二阶段所用时间而定；
                                   （2）
进一步地，步骤四中的制动模拟试验获得制动气室压力变化第二阶段的时间，一般为2s。
本发明的优点效果：本发明通过对气制动系统建立无故障模型，利用模型中制动气室输出压力与推杆位移的关系，对气制动系统的故障参数推杆位移进行了估计。

Claims (2)

1.一种基于解析模型的气制动系统故障检测方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一：对于给定的气制动系统，建立该系统的输入输出数学解析模型；得出故障参数即推杆位移与系统的输出量即制动气室气压之间的数学关系；通过控制变量法的试验对于两个相同的制动气室，通过改变其中一个制动气室推杆的最大行程而另一个制动气室推杆行程固定在一个值不变进行制动模拟试验，得出结论，制动气室推杆位移的不同将直接影响制动气室输出瞬态压力变化曲线的第二个阶段，其中制动气室压力变化的第一阶段为压力不断增大，直到达到阈值压力P th，推杆才开始产生位移，第二阶段中随着制动气室压力的增大推杆行程不断增加直到刹车片与刹车鼓接触；第三阶段为制动气室压力从接触压力P ct开始不断增加直到达到稳定压力；在建模过程中推导得制动气室推杆位移x b与制动气室输出压力P b有如下的关系：
        x b=M 2(P bss-P ct)+M 1 P ct+N 1                                  (1)
其中P bss为稳态时制动气室的压力，该值可通过模拟制动试验测得，该试验为在一定供压下，模拟行车制动过程，利用传感器测得制动气室的气压值，稳态时制动气室气压值在在无故障存在的条件下应该与理论值相等，该理论值即为供压值；P ct为当刹车片制动鼓之间的间隙被克服时制动气室的压力，即接触压力；M1、M2、N 1 分别为通过压力与位移标定曲线获得，该曲线为在不同的供压下对制动气室压力与制动总阀位移进行测量，绘制两者之间的关系曲线，进行标定获得的，获得的常数；制动气室的压力达到P ct时，压力变化第二阶段结束，开始第三阶段，即稳态阶段，该阶段制动气室当中的压力趋于一个固定不变的值即供压值；因此，利用（1）式对推杆的位移进行估计即就是估计接触压力的值；
步骤二：确定接触压力P ct的区间[P ctl，P ctl]，该区间的左端点对应的就是刹车片与制动鼓之间间隙为0时对应的制动气室压力，该值可由制动模拟试验试验测得，记为P ctl；该区间的右端点可通过推杆所能达到的最大位移代入（1）式中来求得,记为P ctl；
步骤三：将上述接触压力P ct落在的区间以一定的步长进行细分，将区间长度除以该步长值，获得一个元素间隔等步长，元素为制动气室气压值的集合；通过制动气室的输入输出数学解析模型，即制动气室动态模型，该模型的输入为制动总阀活塞的位移，输出为制动气室的气压值；得该集合中每个元素对应的制动气室压力值，记为                                                ，记作接触压力P ct的估计值；
步骤四：利用（2）式计算该值与试验所测得的制动气室压力值的残差，使得e p(P cti)取值最小的对应的P cti值作为为P ct的估计值，从而根据（1）式计算出估计出估计而得的推杆位移值；（2）式中P meas(j)为j时刻由制动模拟试验的制动气室气压值，P b(P cti)(j)为j时刻将细分后的第i个P ct值代入制动气室动态模型求得的值；k的取值根据制动气室压力变化曲线第二阶段所用时间而定；
                                   （2）。
2. 根据权利要求1所述的一种基于解析模型的气制动系统故障检测方法，其特征在于：步骤四中的制动模拟试验获得制动气室压力变化第二阶段的时间为2s。
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