CN106672015B - 动车组车轮故障监测的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种动车组车轮故障监测的方法、装置和系统，该方法包括：获取车体对应区域的噪声信号，所述车体设置在动车组的转向架上，所述转向架上设置有多个轴箱，每个所述轴箱设置在所述转向架的一个车轮处，所述轴箱与所述车轮一一对应；根据噪声信号判断是否有设置在所述转向架上的车轮存在故障；若判断结果为是，根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮。本发明能够实现快速地识别车轮故障和准确找出故障车轮，降低动车组运行的安全隐患。

Description

动车组车轮故障监测的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及动车组技术，尤其涉及一种动车组车轮故障监测的方法、装置和系统。

背景技术

随着动车组的运营里程增加，动车组车轮踏面外形会出现不同程度的磨耗，如扁疤、车轮多边形化等失圆现象，车轮磨耗导致轮轨关系的不匹配，造成车体振动异常、噪声增大，影响动车组运行的平稳性和降低动车组运行的舒适性。

目前测试动车组车轮状态主要是依靠地面维保人员目视或依靠便携式静态测试设备在动车段的检修库进行测试。依靠地面维保人员目视是指，当动车组车辆入库后，维保人员使用手电筒仔细检查车轮踏面；依靠便携式静态测试设备测试是指，按照一定的镟修里程或者运行时间进行在动车段的检修库里进行定期测试，测试时要求测试地面必须平整，用千斤顶支撑车轮支撑起来，在车轮上安装便携式静态测试设备。

现在技术的不足之处在于，无论是依靠地面维保人员目视还是依靠便携式静态测试设备测试，都是在动车组入库之后进行的日常检查或定期检查，这样不能实时监测车轮是否发生故障，识别车轮故障有一定的滞后性，存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明提供一种动车组车轮故障监测的方法、装置和系统，以解决现有技术中不能实时监测车轮是否发生故障的问题。

本发明第一个方面提供一种动车组车轮故障监测的方法，包括：

获取车体对应区域的噪声信号，所述车体设置在动车组的转向架上，所述转向架上设置有多个轴箱，每个所述轴箱设置在所述转向架的一个车轮处，所述轴箱与所述车轮一一对应；

根据噪声信号判断是否有设置在所述转向架上的车轮存在故障；

若判断结果为是，根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮。

根据如上所述的动车组车轮故障监测的方法，可选地，所述根据噪声信号判断是否有设置在所述转向架上的车轮存在故障包括：

对所述噪声信号进行时域分析，判断所述噪声信号中是否有信号的幅度大于第一预设参考值，所述第一预设参考值是根据预先统计的所述动车组中有车轮存在故障时，所述车体对应区域的噪声信号的幅度获取的；

若判断结果为是，则判断出所述有设置在所述转向架上的车轮存在故障。

根据如上所述的动车组车轮故障监测的方法，可选地，所述根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮包括：

对各所述轴箱的振动加速度信号进行时域分析，以判断所述振动加速度信号中是否有信号的振动幅值大于第二预设参考值；

若判断出所述振动加速度信号中有信号的振动幅值大于第二预设参考值，则确定大于所述第二预设参考值的振动加速度信号对应的车轮存在故障；

其中，所述第二预设参考值是根据预先统计的所述动车组中有车轮存在故障时，所对应的所述轴箱的振动加速度信号的振动幅值获取的。

根据如上所述的动车组车轮故障监测的方法，可选地，在根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮之前，还包括：

获取各所述轴箱的振动加速度信号。

根据如上所述的动车组车轮故障监测的方法，可选地，在根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮之后，还包括：

根据所述存在故障的车轮的振动加速度信号确定对应的故障等级；

根据所述故障等级确定是否发出报警信息。

本发明第二个方面提供一种动车组车轮故障监测的装置，包括：

获取模块，用于获取车体对应区域的噪声信号，所述车体设置在动车组的转向架上，所述转向架上设置有多个轴箱，每个所述轴箱设置在所述转向架的一个车轮处，所述轴箱与所述车轮一一对应；

判断模块，根据噪声信号判断是否有设置在所述转向架上的车轮存在故障，若判断结果为是，则触发确定模块；

确定模块，用于根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮。

根据如上所述的动车组车轮故障监测的装置，可选地，所述判断模块具体用于：

对所述噪声信号进行时域分析，判断所述噪声信号中是否有信号的幅度大于第一预设参考值，所述第一预设参考值是根据预先统计的所述动车组中有车轮存在故障时，所述车体对应区域的噪声信号的幅度获取的；

若判断结果为是，则判断出所述有设置在所述转向架上的车轮存在故障。

根据如上所述的动车组车轮故障监测的装置，可选地，所述确定模块具体用于：

对各所述轴箱的振动加速度信号进行时域分析，以判断所述振动加速度信号中是否有信号的振动幅值大于第二预设参考值；

若判断出所述振动加速度信号中有信号的振动幅值大于第二预设参考值，则确定大于所述第二预设参考值的振动加速度信号对应的车轮存在故障；

其中，所述第二预设参考值是根据预先统计的所述动车组中有车轮存在故障时，所对应的所述轴箱的振动加速度信号的振动幅值获取的。

根据如上所述的动车组车轮故障监测的装置，可选地，还包括：

故障等级确定模块，用于根据所述存在故障的车轮的振动加速度信号确定对应的故障等级，根据所述故障等级确定是否发出报警信息。

本发明第三个方面提供一种动车组车轮故障监测的系统，包括上述任一项所述的动车组车轮故障监测的装置。

本发明提供的动车组车轮故障监测的方法、装置和系统，首先通过噪声信号初步确定是否有设置在转向架上的车轮存在故障，接着根据振动加速度信号确定存在故障的车轮，能够实现快速地识别车轮故障和准确找出故障车轮，降低动车组运行的安全隐患，保证动车组运行的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的动车组车轮故障监测的方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例提供的动车组车轮故障监测的方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的动车组车轮故障监测的装置的结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的动车组车轮故障监测的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种动车组车轮故障监测的方法，用于对动车组的车轮是否出现故障进行检测。本实施例的执行主体是动车组车轮故障监测的装置，该装置可以设置动车组上。

图1为本发明一实施例提供的动车组车轮故障监测的方法的流程示意图。如图1所示，本实施例的动车组车轮故障监测的方法包括：

步骤101、获取车体对应区域的噪声信号。

其中，车体设置在动车组的转向架上，转向架上设置有多个轴箱组，每个轴箱设置在转向架的一个车轮处，轴箱与车轮一一对应。

车体对应区域的噪声信号是指车体振动带来的噪声信号，该噪声信号的异常与车轮是否出现故障相关。一般来说，车轮故障越严重，车体振动越异常，由轮轨相互作用带来的噪声信号也越强。

本实施例中，噪声信号可以采用噪声传感器采集，轴箱的振动加速度信号可以用振动加速度传感器采集。具体地，本实施例的执行主体至少配置有数据分析处理功能。在本实施例中，分别将振动加速度传感器、噪声传感器所采集的模拟信号转换为数字信号，例如，利用信号调理装置对采集的信号进行信号放大、低通滤波等必要的信号调理，利用输入输出装置对信号调理装置输出的信号进行数据采样、数字化处理等数据处理，经过必要的数据处理程序再将采集的信号传输到动车组车轮故障监测的装置，动车组车轮故障监测的装置实时存储、处理、显示、监控车体的信号。

在本实施例中，动车组的转向架是动车组的走行结构，转向架至少具有承载、导向、减振、牵引、制动等功能，转向架至少有以下几个组成部分：轴箱装置(简称轴箱)、弹性悬挂装置、构架、基础制动装置、转向架支撑车体的装置。其中，轴箱是联系构架和车轮的活动关节，所起的作用是使车轮的滚动转换为车体沿钢轨的平动。

举例来说，车体的噪声信号可以由噪声传感器实时采集，噪声传感器安装在转向架对应的上方车体上，或者安装在转向架正上方的车体区域中，对应区域例如可以是收集噪声信号的装置所能采集到的区域。噪声信号可以包括以下噪声中的至少一种：轮轨噪声、设备噪声、气动噪声。其中，轮轨噪声与车轮是否出现故障有关。因此，本实施例首先获取噪声信号来进行初步判断，以确定车轮是否有可能出现故障。由于一个噪声传感器采集的噪声信号所对应的区域对应着多个车轮，因此采用噪声信号进行初步分析，简单方便且迅速。

在本实施例中，转向架上设置的轴箱有多个，每一个车轮处均设置一个轴箱。举例来说，转向架上设置的车轮有4个，则对应的轴箱的个数也是4个，分别为第一轴箱、第二轴箱、第三轴箱和第四轴箱，第一轴箱设置在转向架的一位轮对左侧车轮处，第二轴箱设置在转向架的一位轮对右侧车轮处，第三轴箱设置在转向架二位轮对左侧车轮处，第四轴箱设置在转向架二位轮对右侧车轮处。不同的轴箱可以通过不同的标识来表示，这样，所对应的振动加速度信号也可以通过相应的标识来表示，以进行区分。

需要说明的是，车轮的“左侧”和“右侧”的划分可以以动车组的顺位定义来划分。可选地，动车组包括依次连接的车辆，编号分别为1、2、3、4、5、6、7、8，假设1车的方向为1位端，8车的方向为2位端，面向1车，左侧记为一位侧，右侧记为二位侧，车轮的“左侧”和“右侧”的划分按照动车组的顺位定义，即一位侧记为左侧车轮，二位侧记为右侧车轮。

步骤102，根据噪声信号判断是否有设置在转向架上的车轮存在故障。

具体地，可以对噪声信号进行时域分析来确定车轮是否存在故障，例如经过时域分析，发现噪声信号超出根据对动车组长期跟踪试验数据的分析得出的正常范围，则可以确定在转向架上的车轮存在故障。

该步骤中，先利用车体的噪声信号来对车轮是否有故障进行初步判断。

步骤103，若判断结果为是，根据获取的各轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮。

在步骤103之前，可以执行获取各轴箱的振动加速度信号的操作。

轴箱的振动加速度信号是指轴箱振动信号的加速度信号，该轴箱的振动加速度信号的大小与车轮是否出现故障相关。一般来说，车轮故障越严重，轴箱振动也会跟着异常，由轴箱异常振动带来的加速度信号也越大，反之亦然。

具体地，在本实施例中，原始的振动加速度信号可以由安装在轴箱上的振动加速度传感器实时采集，经过如上的信号处理之后，输入到执行主体中。在本实施例中，振动加速度信号可以由安装在轴箱上的振动加速度传感器实时采集。

需要说明的是，原始的车体的噪声信号、原始的振动加速度信号可以同步采集，例如，同步采集命令统一由车载GPS(Global Positioning System，全球定位系统)测速仪提供，同步采集命令发送时刻可以控制，比如可以设置当动车组开始运行时，进行同步数据采集。此外，车载GPS测速仪还可以为后期数据处理提供列车运行信息，比如列车运行速度、列车当前时间等，具体可以根据实际需要进行采集。

具体地，虽然噪声信号采集方便，利用车体的噪声信号可以快速地识别车轮故障是否存在故障，但还是不能明确是哪个车轮存在故障。在本实施例中，进一步对所采集的振动加速度信号进行分析，以确定具体哪个车轮存在故障。

在本实施例中，当根据噪声信号确定设置在转向架上的车轮存在故障之后，根据振动加速度信号确定存在故障的车轮所在的位置，这样能够确定存在故障的车轮所在的具体位置，进而能够更快更准确找出存在故障的车轮。

本实施例提供的动车组车轮故障监测的方法，首先通过噪声信号初步确定是否有设置在转向架上的车轮存在故障，接着根据振动加速度信号确定存在故障的车轮，能够实现快速地识别车轮故障和准确找出故障车轮，降低动车组运行的安全隐患，保证动车组运行的安全性。

实施例二

本实施例的对实施例一的动车组车轮故障监测的方法做进一步补充说明。图2为本发明另一实施例提供的动车组车轮故障监测的方法的流程图。

如图2所示，本实施例的动车组车轮故障监测的方法包括：

步骤201、获取车体对应区域的噪声信号，执行步骤202。

车体设置在动车组的转向架上，转向架上设置有多个轴箱，每个轴箱设置在转向架的一个车轮处，轴箱与车轮一一对应。

本实施例中的步骤201与上述实施例一的步骤101的实现方式相同，此处不再赘述。

步骤202，对噪声信号进行时域分析，判断噪声信号中是否有信号的幅度大于第一预设参考值，若判断结果为是，则执行步骤203，否则返回步骤201。

本实施例中，第一预设参考值是根据预先统计的动车组中有车轮存在故障时，车体对应区域的噪声信号的幅度获取的。具体地，可以对车体的噪声信号进行时域分析，获得车体的噪声信号的幅度随频率的分布，判断噪声信号中是否有信号的幅度大于第一预设参考值，若判断结果为是，表明车轮有可能存在故障；若判断结果为否，表明车轮状态良好。

时域分析是对信号的幅值参数随时间变化的关系进行分析，能够根据所采集的信号的真实数据实现快速判断。

在本实施例中，可以采用幅度谱来分析车体的噪声信号，显然，对车体的噪声信号进行时域分析，获得车体的噪声信号的幅度随频率的分布，能够实现简单、快速地确定故障特征频率和故障特征幅度，通过故障特征幅度和预设的正常值的比较，还能进一步地方便故障的诊断。

需要说明的是，第一预设参考值是根据预先统计的动车组中有车轮存在故障时，所对应的车体的噪声信号的幅度获取的。可选地，确定第一预设参考值的统计数据来源于动车组长期跟踪测试数据，尽管动车组长期跟踪测试数据是一组经验数据，但由于动车组运行过程中受到复杂多变的影响，通过经验数据来确定第一预设参考值比纯理论计算得出的参考值更加具有参考价值。例如，通过对某型动车组长期跟踪试验数据的分析，第一预设参考值设置为65dB。当检测噪声信号中有信号的幅度大于65dB，表明车轮存在故障；反之，表明车轮状态良好。

步骤203，获取各轴箱的振动加速度信号，执行步骤204。

一个轴箱对应的振动加速度信号中所包含的信号的个数可以有一个，也可以有多个，信号的个数可以根据采集的频率确定，例如每采集一次为一个信号，可以采集多次之后，可以将所有采集到的信号作为第一振动加速度信号发送给动车组车轮故障监测的装置。

步骤204，对各轴箱的振动加速度信号进行时域分析，以判断振动加速度信号中是否有信号的振动幅值大于第二预设参考值，若判断出振动加速度信号中有信号的振动幅值大于第二预设参考值，则确定大于第二预设参考值的振动加速度信号对应的车轮存在故障，否则返回执行步骤201。

每个轴箱均对应各自的振动加速度信号，在获取振动加速度信号时，可以标记相应的轴箱的标识来进行区分。

该步骤中，可以通过对振动加速度信号进行时域分析以对轴箱的振动加速度信号的振动幅值进行分析。

需要说明的是，第二预设参考值是根据预先统计的动车组中有车轮存在故障时，所对应的轴箱组的振动加速度信号的幅度获取的。可选地，确定第二预设参考值的统计数据来源于动车组长期跟踪测试数据，尽管动车组长期跟踪测试数据是一组经验数据，但由于动车组运行过程中受到复杂多变的影响，通过经验数据来确定第二预设参考值比纯理论计算得出的参考值更加具有参考价值。例如，通过对某型动车组长期跟踪试验数据的分析，第二预设参考值设置为500m/s²。当监测到的第一振动加速度信号中有信号的幅度大于500m/s²，则确定出左侧车轮中有车轮存在故障，反之，表明车轮状态良好。当监测到的第二振动加速度信号中有信号的幅度大于500m/s²，则确定出右侧车轮中有车轮存在故障，反之，表明车轮状态良好。

当确定车轮存在故障后，还可以根据振动加速度信号的故障特征频率和所对应的幅度判断故障类型。车轮的故障类型大致分为扁疤和车轮多边形。

其中，扁疤是车轮的局部非圆化的故障，扁疤一般表现为车轮踏面的划伤不规则且划伤比较严重甚至车轮出现缺角；当车轮出现扁疤时，车体振动异常、车体噪声污染特别大，振动加速度信号的故障特征频率大致是车轮的激扰频率的1～5倍，而且出现多个故障特征频率，振动加速度信号的故障特征频率所对应的幅度是正常的幅度的十几倍甚至更大。因此，通过振动加速度信号的故障特征频率和所对应的幅度可以很方便地识别出是不是扁疤故障。

需要说明的是，车轮的激扰频率是指车轮正常转动带来的频率，其与动车组的运行速度和车轮直径有关。具体地，车轮的激扰频率根据公式计算得到，其中f表示车轮的激扰频率，v表示动车组的运行速度，λ表示车轮的激扰波长，而车轮的激扰波长根据公式λ＝πd计算得到，其中d为车轮直径。例如，假设车轮直径920mm，根据公式λ＝πd计算得出车轮激扰波长为2.89m，假设动车组运行速度为300km/h,则车轮的激扰频率根据公式计算为29Hz左右。

车轮多边形是车轮的全周非圆化的故障，车轮多边形一般表现为车轮踏面的划伤规则，划伤很浅。当车轮出现车轮多边形故障时，故障特征频率比较单一。具体地，根据车轮的故障特征频率和车轮的激扰频率的比值确定车轮多边形的边数。例如，车轮的故障特征频率为500Hz左右，车轮的激扰频率为29Hz左右，这时可以根据车轮的故障特征频率和车轮的激扰频率的比值确定车轮多边形的边数为17条边。因此，根据车轮故障特征频率和车轮激扰频率的比值可以很方便地确定车轮多边形的边数，为后续车轮镟修提供指导意见。

在本实施例中，由于时域分析的算法简单，其得出的振动加速度信号的有效值能够快速地判定是否存在初步故障，有利于节约数据处理时间，提高车轮故障诊断的效率。举例来说，由于时域分析是直接对信号进行分析处理，而频域分析之前，需要通过傅立叶级数和傅立叶变换等算法以将信号从时域变换到频域，显然时域分析在信号的初步分析方面具有算法简单的优势，且能直观地方便反映信号随时间的变化，有利于实时掌控信号的变化趋势。这样，通过对动车组长期跟踪测试数据的分析，振动加速度信号的通过时域分析得到的有效值能够快速地判定是否存在初步故障。

需指出的是，本实施例的步骤203与步骤201和步骤202没有执行顺序，即步骤203可以与步骤201同时执行，也可以在步骤201之前或之后执行，还可以与步骤202同时执行，或者在步骤202之后执行，具体不做限定。

本实施例通过对振动加速信号进行时域分析，能够简单且快速地确定故障特征信号，能够实现简单、方便识别车轮是否存在故障，大大降低故障识别的难度和数据处理的时间。

本实施例提供的动车组车轮故障监测的方法，首先通过噪声信号初步确定是否有设置在转向架上的车轮存在故障，接着根据振动加速度信号确定存在故障的车轮，能够实现快速地识别车轮故障和准确找出故障车轮，降低动车组运行的安全隐患，保证动车组运行的安全性。

实施例三

本实施例对上述实施例的动车组车轮故障监测的方法做进一步补充说明。

本实施例中，在根据获取的各轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮之后，还包括：

根据存在故障的车轮的振动加速度信号确定对应的故障等级；

根据故障等级确定是否发出报警信息。

具体地，可以对振动加速度信号进行频域分析，以确定存在故障的车轮的故障等级。

该步骤中，可以对振动加速度符号进行频域分析，获取故障特征信号。其中，故障特征信号是指异常信号，故障特征信号在幅度谱中表现为幅度相对较大的信号，对应的频率段即为故障特征频率，故障特征幅度与故障特征频率相对应。

具体地，频域分析是振动故障诊断常用的分析方法，需要一定的计算量。具体地，利用现有的频域分析技术将时域振动信号转变成频域振动信号，即将构成振动加速度信号的各种频率成分都分离出来，以便于识别某振动加速度信号是否为故障特征信号或者是否包括故障特征信号。常用的振动频谱是幅度谱和功率谱，幅度谱和功率谱的解释如上，此处不再赘述。其中，故障特征信号是指异常信号，故障特征信号在幅度谱中表现为幅度相对较大的信号，对应的频率段即为故障特征频率；故障特征信号在功率谱中表现为功率相对较大的信号，对应的频率段即为故障特征频率。

故障等级可以根据实际需要进行确定，例如将故障等级确定为第一等级、第二等级、第三等级等等，可以根据故障等级确定是否需要立即停车进行检修。假设，若为第一等级，则动车组可以继续行驶直至终点站，若为第二等级，则动车组可以在下一停靠点进行检修，若为第三等级，则动车组需要立刻进行检修。

具体举例来说，某型动车组的车轮故障等级分类分为：安全区、一级预警区、二级预警区、高危区。对处在安全区的动车组车轮无需进行镟修，可以持续运行。对处在一级预警区的动车组车轮可以在运行2万公里后进行镟修。对处在二级预警区的动车组车轮可以在运行0.8万公里后进行镟修。对处在高危区的动车组车轮需要立即进行镟修。需要说明的是，某型动车组车轮故障等级分类不限于举例说明，可以根据实际情况进行调整。

具体地，根据故障等级确定是否发出报警信息。例如，若根据噪声信号确定动车组车轮处在高危区，且根据一振动加速度信号确定车轮M处在高位区。这时，车载警报装置会发出车轮M高危的警报信息，列车司机根据警报信息立即执行停车操作，随车维保人员对车轮M进行镟修。例如，若根据振动加速度信号确定动车组车轮处在二级预警区，且根据某一振动加速度信号确定车轮N处在一级预警区。这时，动车组车轮故障监测的装置会发出车轮N一级预警的警报信息，此时，根据经验，动车组可以继续运行，车轮N可以在运行2万公里后进行镟修，显然，通过对车轮状态的实时监控诊断除了有利于掌控车轮的状态，还能指导车轮的镟修，有效地提高车轮维护效率和质量，降低运营成本。

本实施例的报警信息可以显示在动车组的屏幕上的文字信息，也可以是不同的声响，还可以是不同颜色的灯的组合所显示的信息，具体可以根据实际需要设定，在此不再赘述。

具体地，经验表明，车体的噪声信号与车轮故障具有很强的关联性，噪声信号的分贝值越大，车轮故障等级越高，反之亦然。例如，通过对某型动车组长期跟踪试验数据的分析，当动车组车轮处在安全区时，噪声信号的分贝值小于65dB；当动车组车轮处在一级预警区时，噪声信号的分贝值落在[65，70]dB区间内；当动车组车轮处在二级预警区时，噪声信号的分贝值落在[70，75]dB区间内；当动车组车轮处在高危区时，噪声信号的分贝值大于75dB。

举例来说，表1是根据某型动车组长期跟踪试验数据确定的噪声等级。本实施例根据表1设置第一噪声信号的阈值为65dB、第二噪声信号的阈值为70dB、第三噪声信号的阈值为75dB，共三个噪声信号的阈值。首先，将获取的噪声信号的幅度与三个噪声信号的阈值一一进行判断，然后，将大于获取的噪声信号的幅度的阈值进行从小到大排序或从大到小排序，选择出最大的噪声信号的阈值，最后，根据最大的噪声信号的阈值确定车轮故障等级。例如，当前获取的噪声信号的幅度为80dB，通过判断可知，获取的噪声信号的幅度大于第一噪声信号的阈值且获取的噪声信号的幅度大于第二噪声信号的阈值且获取的噪声信号的幅度大于第三噪声信号的阈值，这时从第一噪声信号的阈值、第二噪声信号的阈值、第三噪声信号的阈值当中，选出第三噪声信号的阈值为最大的噪声信号的阈值，根据第三噪声信号的阈值确定车轮处在高危区。

表1

安全区	一级预警区	二级预警区	高危区
				<65dB	[65，70]dB	[70，75]dB	>75dB

具体地，经验表明，轴箱的振动加速度信号与车轮故障具有很强的关联性，轴箱的振动加速度信号越大，车轮故障等级越高，反之亦然。例如，通过对某型动车组长期跟踪试验数据的分析，当动车组车轮处在安全区时，轴箱的振动加速度信号小于500m/s²；当动车组车轮处在一级预警区时，轴箱的振动加速度信号落在[500，600]m/s²区间内；当动车组车轮处在二级预警区时，轴箱的振动加速度信号落在[600，700]m/s²区间内；当动车组车轮处在高危区时，轴箱的振动加速度信号大于700m/s²。

举例来说，表2是根据某型动车组长期跟踪试验数据确定的振动等级。本实施例根据表2设置第一振动加速度信号的阈值为500m/s²、第二振动加速度信号的阈值为600m/s²、第三振动加速度信号的阈值为700m/s²，共三个振动加速度信号的阈值。首先，将获取的振动加速度信号的幅度与三个振动加速度信号的阈值一一进行判断，然后，将大于获取的振动加速度信号的幅度的阈值进行从小到大排序或从大到小排序，选择出最大的振动加速度信号的阈值，最后，根据最大的振动加速度信号的阈值确定车轮故障等级。例如，当前获取的第一振动加速度信号的幅度为750m/s²,当前获取的第二振动加速度信号的幅度为450m/s²，通过判断可知，对获取的第一振动加速度信号的幅度来说，获取的第一振动加速度信号的幅度大于第一振动加速度信号的阈值且获取的第一振动加速度信号的幅度大于第二振动加速度信号的阈值且获取的第一振动加速度信号的幅度大于第三振动加速度信号的阈值，这时从第一振动加速度信号的阈值、第二振动加速度信号的阈值、第三振动加速度信号的阈值当中，选出第三振动加速度信号的阈值为最大的振动加速度信号的阈值，根据第三振动加速度信号的阈值确定左侧车轮处在高位区；对获取的第二振动加速度信号的幅度来说，获取的第二振动加速度信号的幅度小于第一振动加速度信号的阈值，这时确定右侧车轮处在安全区。

表2

安全区	一级预警区	二级预警区	高危区
				&amp;lt;500m/s<sup>2</sup>	[500，600]m/s<sup>2</sup>	[600，700]m/s<sup>2</sup>	&amp;gt;700m/s<sup>2</sup>

本实施例根据噪声信号快速地确定车轮是否可能存在故障，接着根据振动加速度信号确定存在故障的车轮，然后再根据振动加速度信号快速且准确地确定车轮故障等级。

接下来、根据故障等级确定是否发出报警信息。例如，若根据噪声信号确定动车组车轮处在高危区，且根据第一振动加速度信号确定左侧车轮处在高位区，根据第二振动加速度信号确定右侧车轮处在安全区。这时，车载警报装置会发出左侧车轮高危，右侧车轮安全的警报信息，列车司机根据警报信息立即执行停车操作，随车维保人员对左侧车轮进行镟修。例如，若根据噪声信号确定动车组车轮处在二级预警区，且根据第一振动加速度信号确定左侧车轮处在一级预警区，根据第二振动加速度信号确定右侧车轮处在二级预警区。这时，动车组车轮故障监测的装置会发出左侧车轮一级预警，右侧车轮二级预警的警报信息，此时，根据经验，动车组可以继续运行，左侧车轮可以在运行2万公里后进行镟修，右侧车轮可以在运行0.8万公里后进行镟修。显然，通过对车轮状态的实时监控诊断除了有利于掌控车轮的状态，还能指导车轮的镟修，有效地提高车轮维护效率和质量，降低运营成本。

本实施例提供的动车组车轮故障监测的方法，根据振动加速度确定动车组车轮对应的故障等级，并根据故障等级确定是否发出报警信息，能够实现实时在线监测动车组车轮的状态，能够实现快速准确地确定车轮故障等级，能够实现实时发出报警信息，进一步降低了动车组运行的安全隐患，并提高了动车组运行的安全性。

实施例四

图3为本发明实施例另一提供的动车组车轮故障监测的装置的结构示意图，该动车组车轮故障监测的装置可以执行本发明上述任一实施例的动车组车轮故障监测的方法。如图3所示，本实施例的动车组车轮故障监测的装置包括：获取模块301、判断模块302和确定模块303。

其中，获取模块301用于获取车体对应区域的噪声信号，车体设置在动车组的转向架上，转向架上设置有多个轴箱，每个轴箱设置在转向架的一个车轮处，轴箱与车轮一一对应；判断模块302根据噪声信号判断是否有设置在转向架上的车轮存在故障，若判断结果为是，则触发确定模块303；确定模块30用于根据获取的各轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮。

可选地，判断模块302具体用于：对噪声信号进行时域分析，判断噪声信号中是否有信号的幅度大于第一预设参考值，第一预设参考值是根据预先统计的动车组中有车轮存在故障时，车体对应区域的噪声信号的幅度获取的。若判断结果为是，则判断出有设置在转向架上的车轮存在故障。

可选地，确定模块303具体用于：

对各轴箱的振动加速度信号进行时域分析，以判断振动加速度信号中是否有信号的振动幅值大于第二预设参考值；

若判断出振动加速度信号中有信号的振动幅值大于第二预设参考值，则确定大于第二预设参考值的振动加速度信号对应的车轮存在故障；

其中，第二预设参考值是根据预先统计的动车组中有车轮存在故障时，所对应的轴箱的振动加速度信号的振动幅值获取的。

关于本实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本实施例提供的动车组车轮故障监测的装置，首先通过噪声信号初步确定是否有设置在转向架上的车轮存在故障，接着根据振动加速度信号确定存在故障的车轮，能够实现快速地识别车轮故障和准确找出故障车轮，降低动车组运行的安全隐患，保证动车组运行的安全性。

实施例五

本实施例对实施例四的动车组车轮故障监测的装置做进一步补充说明。如图4所示，为根据本实施例的动车组车轮故障监测的装置的结构示意图。该装置除了如图3所示的获取模块301、判断模块302和确定模块303，还包括故障等级确定模块401。

其中，故障等级确定模块401用于根据存在故障的车轮的振动加速度信号确定对应的故障等级，根据故障等级确定是否发出报警信息。

关于本实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本实施例提供的动车组车轮故障监测的装置，首先通过噪声信号初步确定是否有设置在转向架上的车轮存在故障，接着根据振动加速度信号确定存在故障的车轮，能够实现快速地识别车轮故障和准确找出故障车轮，降低动车组运行的安全隐患，保证动车组运行的安全性。此外，还根据振动加速度确定动车组车轮对应的故障等级，并根据故障等级确定是否发出报警信息，能够实现实时在线监测动车组车轮的状态，能够实现快速准确地确定车轮故障等级，能够实现实时发出报警信息，进一步降低了动车组运行的安全隐患，并提高了动车组运行的安全性。

本发明还提供一种动车组车轮故障监测的系统，包括上述任意实施例的动车组车轮故障监测的装置，在此不再赘述。

可选地，该系统还可以包括上述的各种传感器。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种动车组车轮故障监测的方法，其特征在于,包括：

获取车体对应区域的噪声信号，所述车体设置在动车组的转向架上，所述转向架上设置有多个轴箱，每个所述轴箱设置在所述转向架的一个车轮处，所述轴箱与所述车轮一一对应；

根据噪声信号判断是否有设置在所述转向架上的车轮存在故障；

若判断结果为是，根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮；

所述根据噪声信号判断是否有设置在所述转向架上的车轮存在故障包括：

对所述噪声信号进行时域分析，判断所述噪声信号中是否有信号的幅度大于第一预设参考值，所述第一预设参考值是根据预先统计的所述动车组中有车轮存在故障时，所述车体对应区域的噪声信号的幅度获取的；

若判断结果为是，则判断出所述有设置在所述转向架上的车轮存在故障；

所述根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮包括：

对各所述轴箱的振动加速度信号进行时域分析，以判断所述振动加速度信号中是否有信号的振动幅值大于第二预设参考值；

若判断出所述振动加速度信号中有信号的振动幅值大于第二预设参考值，则确定大于所述第二预设参考值的振动加速度信号对应的车轮存在故障，然后根据所述振动加速度信号的故障特征频率和所对应的幅度判断故障类型；

其中，所述第二预设参考值是根据预先统计的所述动车组中有车轮存在故障时，所对应的所述轴箱的振动加速度信号的振动幅值获取的。

2.根据权利要求1所述的动车组车轮故障监测的方法，其特征在于，在根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮之前，还包括：

获取各所述轴箱的振动加速度信号。

3.根据权利要求1或2所述的动车组车轮故障监测的方法，其特征在于，在根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮之后，还包括：

根据所述存在故障的车轮的振动加速度信号确定对应的故障等级；

根据所述故障等级确定是否发出报警信息。

4.一种动车组车轮故障监测的装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取车体对应区域的噪声信号，所述车体设置在动车组的转向架上，所述转向架上设置有多个轴箱，每个所述轴箱设置在所述转向架的一个车轮处，所述轴箱与所述车轮一一对应；

判断模块，根据噪声信号判断是否有设置在所述转向架上的车轮存在故障，若判断结果为是，则触发确定模块；

确定模块，用于根据获取的各所述轴箱的振动加速度信号确定存在故障的车轮；

所述判断模块具体用于：

对所述噪声信号进行时域分析，判断所述噪声信号中是否有信号的幅度大于第一预设参考值，所述第一预设参考值是根据预先统计的所述动车组中有车轮存在故障时，所述车体对应区域的噪声信号的幅度获取的；

若判断结果为是，则判断出所述有设置在所述转向架上的车轮存在故障；

所述确定模块具体用于：

对各所述轴箱的振动加速度信号进行时域分析，以判断所述振动加速度信号中是否有信号的振动幅值大于第二预设参考值；

若判断出所述振动加速度信号中有信号的振动幅值大于第二预设参考值，则确定大于所述第二预设参考值的振动加速度信号对应的车轮存在故障，然后根据所述振动加速度信号的故障特征频率和所对应的幅度判断故障类型；

其中，所述第二预设参考值是根据预先统计的所述动车组中有车轮存在故障时，所对应的所述轴箱的振动加速度信号的振动幅值获取的。

5.根据权利要求4所述的动车组车轮故障监测的装置，其特征在于，还包括：

故障等级确定模块，用于根据所述存在故障的车轮的振动加速度信号确定对应的故障等级，根据所述故障等级确定是否发出报警信息。

6.一种动车组车轮故障监测的系统，其特征在于，包括权利要求4或5所述的动车组车轮故障监测的装置。