CN112629893A - 一种轨道车辆断轴故障的诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道车辆的断轴故障诊断技术，尤其涉及一种轨道车辆断轴故障的诊断方法及装置，以及一种计算机可读介质。上述轨道车辆断轴故障的诊断方法，可以用于对轨道车辆的多个轮轴进行断轴故障诊断。所述诊断方法包括步骤：判断所述轨道车辆的工况；以及响应于所述轨道车辆处于牵引工况，将所述多个轮轴中一轮轴作为待测轮轴执行第一断轴条件判断。第一断轴条件可以包括：除待测轮轴之外的其它轮轴的实际牵引力均大于第一牵引力阈值，而所述待测轮轴的实际牵引力持续小于第二牵引力阈值且轴速持续大于轨道车辆速度达到第一时间阈值。若第一断轴条件满足，则判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障。本发明能够用于快速、准确地报告故障，从而保障列车的安全运行。

Description

一种轨道车辆断轴故障的诊断方法及装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆的断轴故障诊断技术，尤其涉及一种轨道车辆断轴故障的诊断方法、一种轨道车辆断轴故障的诊断装置，以及一种计算机可读介质。

背景技术

轨道交通领域由于列车轮轴的受力状况十分复杂恶劣，产生裂纹甚至断轴现象时有发生，如果列车长时间断轴运行存在导致列车脱轨和颠覆的重大安全隐患。因此，本发明提出一种轨道车辆断轴故障的在线诊断方法，能够在列车运行过程中实现对列车突然发生的断轴故障进行快速、精确的诊断并提示司机，从而保障列车的安全运行。

目前，“和谐号”和“复兴号”动车组的车轴断裂检测技术，主要包括在列车回段检修时对列车轮轴进行超声波贯通扫查和轮轴嵌入部裂纹扫查。然而，受限于检测设备的精度影响和检修人员探伤检测水平的差异，现有的检测技术经常出现漏检、误捡的情况。而且，现有的检测技术局限于只能在列车回段后进行，不能及时发现并提醒司机处理列车在线路上运行时出现的断轴故障，从而对人民的生命、财产安全造成隐患。

因此，为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种在线的轨道车辆断轴故障诊断技术，用于快速、准确地报告故障，从而保障列车的安全运行。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种轨道车辆断轴故障的诊断方法、一种轨道车辆断轴故障的诊断装置，以及一种计算机可读介质，用于快速、准确地报告故障，从而保障列车的安全运行。

本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法，无需添加任何硬件设备，可以通过轨道车辆控制系统来实时采集列车速度、牵引力等信息。当轨道车辆运行过程中出现断轴故障时，轨道车辆断轴故障的诊断装置能够快速、准确的报出故障。

本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法，可以用于对轨道车辆的多个轮轴进行断轴故障诊断。所述诊断方法包括步骤：判断所述轨道车辆的工况；以及响应于所述轨道车辆处于牵引工况，将所述多个轮轴中一轮轴作为待测轮轴执行第一断轴条件判断。第一断轴条件可以包括：除待测轮轴之外的其它轮轴的实际牵引力均大于第一牵引力阈值，而所述待测轮轴的实际牵引力持续小于第二牵引力阈值且轴速持续大于轨道车辆速度达到第一时间阈值。若第一断轴条件满足，则判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，还可以包括步骤：响应于所述轨道车辆处于惰性工况或制动工况，对所述待测轮轴执行第二断轴条件判断。所述第二断轴条件可以包括：所述待测轮轴的轴速持续小于轨道车辆速度达到第二时间阈值。若所述第二断轴条件满足，则判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，还可以包括步骤：若判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障，则在停车再启动过程中再次对所述待测轮轴执行第一断轴条件判断。若所述第一断轴条件满足，则确认所述待测轮轴发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，还可以包括步骤：若所述第一断轴条件不满足，则排除所述待测轮轴发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，还可以包括步骤：若所述第二断轴条件不满足，则排除所述待测轮轴发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，所述第一断轴条件中所述除待测轮轴之外的其它轮轴可以不包括已被判断疑似发生断轴故障的轮轴。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，还可以包括步骤：在对所述待测轮轴执行第一断轴条件判断之前，首先判断所述待测轮轴是否有速度传感器故障，若有速度传感器故障则不对其执行断轴诊断。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，所述第一牵引力阈值可以包括当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的60％，所述第二牵引力阈值可以包括当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的20％。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，所述轴速大于轨道车辆速度可以包括轴速大于轨道车辆速度超过5km/h，所述轴速小于轨道车辆速度可以包括轴速小于轨道车辆速度超过5km/h。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，所述第一时间阈值和所述第二时间阈值可以包括10s。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种轨道车辆断轴故障的诊断装置。

本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置，用于对轨道车辆的多个轮轴进行断轴故障诊断。所述诊断装置包括存储器，以及与所述存储器耦接的处理器，所述处理器配置为：判断所述轨道车辆的工况；以及响应于所述轨道车辆处于牵引工况，将所述多个轮轴中一轮轴作为待测轮轴执行第一断轴条件判断。第一断轴条件可以包括：除待测轮轴之外的其它轮轴的实际牵引力均大于第一牵引力阈值，而所述待测轮轴的实际牵引力持续小于第二牵引力阈值且轴速持续大于轨道车辆速度达到第一时间阈值。若第一断轴条件满足，则判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置中，所述处理器可以进一步配置为：响应于所述轨道车辆处于惰性工况或制动工况，对所述待测轮轴执行第二断轴条件判断。所述第二断轴条件可以包括：所述待测轮轴的轴速持续小于轨道车辆速度达到第二时间阈值。若所述第二断轴条件满足，则判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置中，所述处理器可以进一步配置为：若判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障，则在停车再启动过程中再次对所述待测轮轴执行第一断轴条件判断。若所述第一断轴条件满足，则确认所述待测轮轴发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置中，所述处理器可以进一步配置为：若所述第一断轴条件不满足，则排除所述待测轮轴发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置中，所述处理器可以进一步配置为：若所述第二断轴条件不满足，则排除所述待测轮轴发生断轴故障。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置中，所述第一断轴条件中所述除待测轮轴之外的其它轮轴可以不包括已被判断疑似发生断轴故障的轮轴。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置中，所述处理器可以进一步配置为：在对所述待测轮轴执行第一断轴条件判断之前，首先判断所述待测轮轴是否有速度传感器故障，若有速度传感器故障则不对其执行断轴诊断。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置中，所述第一牵引力阈值可以包括当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的60％，所述第二牵引力阈值可以包括当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的20％。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置中，所述轴速大于轨道车辆速度可以包括轴速大于轨道车辆速度超过5km/h，所述轴速小于轨道车辆速度可以包括轴速小于轨道车辆速度超过5km/h。

可选地，在本发明提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置中，所述第一时间阈值和所述第二时间阈值可以包括10s。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读介质。

本发明提供的上述计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令。所述计算机可执行指令在由处理器执行时，可以实施上述任意一种轨道车辆断轴故障的诊断方法，用于快速、准确地报告故障，从而保障列车的安全运行。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一方面提供的轨道车辆断轴故障的诊断方法的流程示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例提供的六轴轨道车辆的结构示意图。

图3示出了根据本发明的一个实施例提供的粘着控制的原理示意图。

图4示出了根据本发明的一个实施例提供的轨道车辆断轴故障的诊断方法的流程示意图。

图5示出了根据本发明的一个实施例提供的轨道车辆断轴故障的仿真结果示意图。

图6示出了根据本发明的另一方面提供的轨道车辆断轴故障的诊断装置的结构示意图。

附图标记

101-102 轨道车辆断轴故障的诊断方法的步骤；

21 牵引变压器；

22 牵引变流器；

23 牵引电机；

241-246 轮轴；

61 存储器；

62 处理器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种轨道车辆断轴故障的诊断方法的实施例、一种轨道车辆断轴故障的诊断装置的实施例，以及一种计算机可读介质的实施例，用于快速、准确地报告故障，从而保障列车的安全运行。

本实施例提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法，无需添加任何硬件设备，可以通过列车控制系统(Train Control and Management System，TCMS)来实时采集列车速度、牵引力等信息，从而对轨道车辆的多个轮轴进行断轴故障诊断。当轨道车辆运行过程中出现断轴故障时，轨道车辆断轴故障的诊断装置能够快速、准确的报出故障。

请参考图1，图1示出了根据本发明的一方面提供的轨道车辆断轴故障的诊断方法的流程示意图。

如图1所示，本实施例提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法，可以包括步骤：

101：判断轨道车辆的工况。

上述轨道车辆包括但不限于机车、动车、城市轨交，以及其他路外工程车。上述轨道车辆由蒸汽机、柴油机、燃气轮机、牵引电动机等动力机械直接驱动或通过传动装置驱动，利用蒸汽机、柴油机、牵引电动机或其他动力机械产生的动力，并通过轨道车辆传动装置驱动动轮，借助动轮和钢轨之间的粘着力来产生推动力，即轨道车辆牵引力。轨道车辆产生的牵引力可以克服列车受到的阻力，从而拖动比它自身重量大10倍或20倍以上的车列。

上述轨道车辆的工况包括但不限于牵引工况、惰性工况和制动工况。在牵引工况下，轨道车辆可以通过产生上述轨道车辆牵引力来拖动整个车列行驶。在惰性工况下，轨道车辆可以不产生轨道车辆牵引力，从而惰性地随整个车列当前的运动状态保持行驶或停止。在制动工况下，轨道车辆可以产生制动力来保持整个车列停止。

在一个实施例中，轨道车辆可以通过列车控制系统TCMS来实时采集轨道车辆的运行状态信息，并根据该运行状态信息判断轨道车辆的工况。

请参考图2，图2示出了根据本发明的一个实施例提供的六轴轨道车辆的结构示意图。

如图2所示，本实施例提供的上述六轴轨道车辆可以包括用于提供轨道车辆牵引力的牵引变压器21、牵引变流器22和牵引电机23。轨道车辆上可以设有一套列车控制系统TCMS。该列车控制系统TCMS可以接收司机的操控指令，并将这些操控指令传递至轨道车辆的牵引变压器21、牵引变流器22和牵引电机23等部件，从而实现司机的操控要求。该列车控制系统TCMS还可以实时采集轨道车辆的运行状态信息，从而对轨道车辆的运行状态进行实时监测。当检测到轨道车辆出现异常情况时，列车控制系统TCMS可以及时地对轨道车辆进行保护，并通过显示器IDU来提示轨道车辆司机。

具体来说，上述六轴轨道车辆可以包括6个轮对，每个轮对可以包括两个车轮。每个轮对的两个车轮通过一个轮轴相连，从而负载轨道车辆的车身重量。在轨道车辆运行时，轨道车辆司机可以通过操控牵引/制动手柄的级位来实时调节轨道车辆所需的牵引力/制动力。列车控制系统TCMS可以采集牵引/制动手柄的位置来确定当前轨道车辆需要进行牵引还是制动，从而判断轨道车辆当前的工况。

更进一步地，列车控制系统TCMS可以通过采集牵引/制动手柄的位置来计算当前所需的牵引力/制动力大小。之后，列车控制系统TCMS可以将轨道车辆当前的牵引或制动工况，以及所需的牵引力/制动力分配至轨道车辆的6个轮轴，从而实现司机的操控要求。同时，列车控制系统TCMS还可以进一步采集轨道车辆各轮轴当前的实际速度及实际发挥的牵引力，用于诊断轨道车辆的断轴故障。

如图1所示，在本实施例提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法中，还可以包括步骤：

102：响应于轨道车辆处于牵引工况，将多个轮轴241-246中的一个轮轴241作为待测轮轴执行第一断轴条件判断。

上述第一断轴条件可以具体包括：(1)除待测轮轴241之外的其它轮轴242-246的实际牵引力均大于第一牵引力阈值；(2)待测轮轴241的实际牵引力持续小于第二牵引力阈值达到第一时间阈值；(3)轴速持续大于轨道车辆速度的时间达到第一时间阈值。

在轨道车辆正常运转的情况下，当轨道车辆大力矩牵引时，各轮轴241-246的实际发挥力矩可以正常地跟随司机提供的给定牵引力上升或下降。在线路条件恶劣的情况下，尽管轨道车辆轮轴会偶尔发生空转，但该空转现象只会短暂性的出现，而且空转时本轴速度会大于轨道车辆的实际运行速度。

同理，在轨道车辆正常运转的情况下，当轨道车辆大力矩制动时，各轮轴241-246实际发挥力矩同样可以正常地跟随司机提供的给定制动力上升或下降。在线路条件恶劣情况下，尽管轨道车辆轮轴会偶尔发生滑行，但该滑行现象只会短暂性的出现，而且滑行时本轴速度要小于轨道车辆实际运行速度。

而当轨道车辆的某个轮轴出现断轴故障时，轨道车辆断轴的速度基本受粘着控制。轨道车辆断轴容易在牵引工况下发生空转，容易在制动工况下发生滑行，而且其速度会在封锁后逐步掉落至零。

因此，本实施例提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法，可以利用轨道车辆断轴在牵引工况下易发生空转，在制动工况下易发生滑行，以及封锁后速度逐步掉落至零的特点来在线地诊断轨道车辆的断轴故障。

请参考图3，图3示出了根据本发明的一个实施例提供的粘着控制的原理示意图。

如图3所示，上述粘着控制可以是轨道车辆控制的一部分，其主要作用是通过对电机速度、电机转矩等信息的采集，在线路状况变化不定的情况下，发出合适的目标电机转矩，使得轨道车辆能够以当前最大的粘着利用率运行，从而获得最大的轨道车辆牵引力。

在一个实施例中，上述第一牵引力阈值可以为当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的60％，即30千牛顿(KN)。上述第二牵引力阈值可以为当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的30％，即15KN。上述第一时间阈值可以为10秒(s)。

在轨道车辆的行驶过程中，列车控制系统TCMS可以采集牵引/制动手柄的位置来确定当前轨道车辆需要进行牵引还是制动，从而判断轨道车辆当前的工况。同时，列车控制系统TCMS还可以采集轨道车辆各轮轴241-246当前的实际速度，以及实际发挥的牵引力。

若在轨道车辆的牵引工况下，除待测轮轴241之外的其它轮轴242-246的实际牵引力均大于30KN，而待测轮轴241的实际牵引力持续小于15KN，且轴速持续大于轨道车辆速度的时间达到10秒(s)，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以判断该待测轮轴241疑似发生断轴故障。

在一个优选的实施例中，轨道车辆断轴故障的诊断装置可以进一步要求待测轮轴241的轴速需要大于轨道车辆速度超过5km/h及以上，才判断待测轮轴241疑似发生断轴故障，从而进一步防止不同测速传感器的测量误差导致的误判。

本领域的技术人员可以理解，上述取值为30KN的60％的第一牵引力阈值、上述取值为15KN的30％的第二牵引力阈值，以及上述取值为10s的第一时间阈值只是本发明的一种具体案例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

在另一实施例中，上述第一牵引力阈值仍可以取值为当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的60％，即30KN，而上述第二牵引力阈值可以取值为当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的20％，即10KN。

在其他实施例中，基于本发明的构思，轨道车辆断轴故障的诊断装置也可以根据大量的实验数据，适当地调整上述第一牵引力阈值、第二牵引力阈值，以及第一时间阈值的取值，以取得更准确的诊断结果。

在一个实施例中，轨道车辆断轴故障的诊断装置还可以响应于轨道车辆处于惰性工况或制动工况，对待测轮轴241执行第二断轴条件判断。上述第二断轴条件可以包括：待测轮轴241的轴速持续小于轨道车辆速度达到第二时间阈值。上述第二时间阈值可以为10秒(s)。

若在轨道车辆的惰性工况或制动工况下，待测轮轴241的轴速持续小于轨道车辆速度达到10s，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以判断该待测轮轴241疑似发生断轴故障。

在一个优选的实施例中，轨道车辆断轴故障的诊断装置可以进一步要求待测轮轴241的轴速需要小于轨道车辆速度超过5km/h及以上，才判断待测轮轴241疑似发生断轴故障，从而进一步防止不同测速传感器的测量误差导致的误判。

本领域的技术人员可以理解，上述取值为10s的第二时间阈值只是本发明的一种具体案例，主要用于清楚地展示本发明的构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。在其他实施例中，基于本发明的构思，轨道车辆断轴故障的诊断装置也可以根据大量的实验数据，适当地调整上述第二时间阈值的取值，以取得更准确的诊断结果。

在本发明的另一个实施例中，还进一步提供了一种优选的轨道车辆断轴故障的诊断方法。该优选的轨道车辆断轴故障的诊断方法可以进一步排除断轴对诊断结果的干扰因素，从而进一步提升诊断结果的准确性。

请参考图4，图4示出了根据本发明的一个实施例提供的轨道车辆断轴故障的诊断方法的流程示意图。

如图4所示，在上述实施例中，轨道车辆控制系统TCMS可以实时采集轨道车辆各轴241-246的实际速度及牵引力。轨道车辆断轴故障的诊断装置可以首先判断待测轮轴241是否有速度传感器故障。若该待测轮轴241存在速度传感器故障，则可暂不对该轴241进行断轴检测。若待测轮轴241无速度传感器故障，则可以进入下一步检测。

由于本实施例提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法需要通过采集列车速度、牵引力等信息来进行轨道车辆的断轴故障诊断，通过先行排查待测轮轴241速度传感器故障，可以避免传感器故障造成的误判并有效地提升诊断效率。

在确认待测轮轴241不存在速度传感器故障之后，轨道车辆控制系统TCMS可以采集牵引/制动手柄的位置来确定当前轨道车辆需要进行牵引还是制动，从而判断轨道车辆当前的工况。

若判断轨道车辆当前处于牵引工况，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以根据上述第一断轴条件来初步判断待测轮轴241是否存在发生断轴故障的可能。若待测轮轴241满足上述第一断轴条件，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以判断待测轮轴241疑似发生断轴故障。若待测轮轴241不满足上述第一断轴条件，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以排除待测轮轴241发生断轴故障的可能。

若判断轨道车辆当前不处于牵引工况，而是处于惰性工况或制动工况，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以根据上述第二断轴条件来初步判断待测轮轴241是否存在发生断轴故障的可能。若待测轮轴241满足上述第二断轴条件，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以判断待测轮轴241疑似发生断轴故障。若待测轮轴241不满足上述第二断轴条件，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以排除待测轮轴241发生断轴故障的可能。

在完成待测轮轴241的断轴故障诊断之后，轨道车辆断轴故障的诊断装置可以继续诊断轨道车辆的另一轮轴242是否可能存在断轴故障。

在诊断待测轮轴242是否存在断轴故障时，若轮轴241已经在之前的诊断过程中被判断为疑似发生断轴故障的轮轴，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以不将轮轴241纳入上述第一断轴条件中除待测轮轴242之外的其它轮轴的范围内。也就是说，在诊断待测轮轴242是否存在断轴故障时，即使轮轴241的实际牵引力小于或等于对应的第一牵引力阈值，也不影响轨道车辆断轴故障的诊断装置判断待测轮轴242疑似发生断轴故障。通过将疑似发生断轴故障的轮轴241排除在诊断依据之外，可以有效地排除断轴对诊断结果的干扰因素，从而进一步提升诊断结果的准确性。

以此方式直至对轨道车辆的所有轮轴执行初步的断轴诊断。

在确定了某一个或几个轮轴疑似发生断轴故障的情况下，例如在判断待测轮轴241疑似发生断轴故障的情况下，轨道车辆控制系统TCMS可以控制轨道车辆停止行驶并再次启动或者更优选地可以等待轨道车辆停止行驶并再次启动。轨道车辆断轴故障的诊断装置可以在轨道车辆停车再启动过程中，再次依次对疑似发生断轴故障的轮轴，例如对待测轮轴241执行上述第一断轴条件判断。

在轨道车辆受控停止时，待测轮轴241和其他各轴242-246的轴速度都将归零。通过控制轨道车辆停止行驶并再次启动，可以对速度传感器信号进行一次校验，从而避免速度传感器故障导致的误判。此外，在控制轨道车辆停止再启动过程中，往往会出现较长时间的牵引工况或制动工况，而且各轴速度会逐步变化，因此更有利于断轴故障的判断，从而可以提高断轴诊断的准确性。

在轨道车辆停车再启动过程中，若待测轮轴241不能再次满足上述第一断轴条件，则轨道车辆断轴故障的诊断装置不能确认待测轮轴241是否发生断轴故障，因此可以暂不对该轴241进行断轴检测，以等待下一次停车再启动过程以再次执行第一断轴条件判断。若待测轮轴241再次满足上述第一断轴条件，则轨道车辆断轴故障的诊断装置可以在线确认待测轮轴241发生了断轴故障，从而快速、准确地报出待测轮轴241的断轴故障，以便列车控制系统TCMS及时地对轨道车辆进行保护。

本领域的技术人员可以理解，本实施例提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法可以通过纯软件的方式实施，无需任何额外的硬件成本。此外，诊断过程中涉及的各轮轴的实际牵引力参数、轴速参数和轨道车辆速度参数都为轨道车辆控制的必备信息，因此十分容易实现，具有良好的应用价值。

在一个优选的实施例中，响应于轨道车辆断轴故障的诊断装置确认待测轮轴241发生了断轴故障，列车控制系统TCMS还可以通过显示器IDU来提示轨道车辆司机停车进行检查。

在一个发生断轴故障的轨道车辆的实施例中，通过将该轨道车辆发生断轴故障时刻的记录数据导入本发明的故障诊断模型中进行仿真分析，即可准确、快速地定位出对应的故障轴。

请参考图5，图5示出了根据本发明的一个实施例提供的轨道车辆断轴故障的仿真结果示意图。

如图5所示，轨道车辆控制系统TCMS通过采集牵引/制动手柄的位置来计算当前所需的牵引力/制动力大小，从而向轨道车辆各轴SMC_AXL E1_BRAKE-SMC_AXL E6_BRAKE提供相应的牵引力/制动指令。同时，轨道车辆控制系统TCMS还实时采集轨道车辆的实际速度，以及轨道车辆各轴SMC_AXL E1_BRAKE-SMC_AXL E6_BRAKE的实际速度及牵引力。

通过分析轨道车辆的实际速度，以及轨道车辆各轴SMC_AXL E1_BRAKE-SMC_AXLE6_BRAKE的实际速度及牵引力可以发现，在轨道车辆的牵引工况下，轮轴SMC_AXL E4_BRAKE的实际牵引力明显小于其余轮轴实际牵引力，且满足上述第一断轴条件。因此，各轴断轴故障的仿真结果显示轮轴SMC_AXL E4_BRAKE存在断轴故障的结果，与该轨道车辆发生断轴故障的实际结果相符。

由此可知，本实施例提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断方法，不但能够快速地报出轨道车辆轮轴的断轴故障，还具有很高的可靠性，能够充分地保障列车的安全运行。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种轨道车辆断轴故障的诊断装置的实施例。

请参考图6，图6示出了根据本发明的另一方面提供的轨道车辆断轴故障的诊断装置的结构示意图。

如图6所示，本实施例提供的上述轨道车辆断轴故障的诊断装置，可以用于对轨道车辆的多个轮轴进行断轴故障诊断。该诊断装置可以包括存储器61，以及与存储器耦接的处理器62。处理器62可以配置用于实施上述任意一个实施例所提供的轨道车辆断轴故障的诊断方法，用于快速、准确地报告故障，从而保障列车的安全运行。

本领域的技术人员可以理解，尽管上述的实施例所述的处理器62可以通过软件与硬件的组合来实现。在其他实施例中，处理器62也可在单独在软件或硬件中加以实施。

对于硬件实施而言，处理器62可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。

对软件实施而言，处理器62可以通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块可以执行一个或多个本文中描述的功能和操作。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读介质的实施例。

本实施例提供的上述计算机可读介质，其上可以存储有计算机可执行指令。该计算机可执行指令在由处理器62执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的轨道车辆断轴故障的诊断方法，用于快速、准确地报告故障，从而保障列车的安全运行。

本领域技术人员可以理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (21)

1.一种轨道车辆断轴故障的诊断方法，用于对轨道车辆的多个轮轴进行断轴故障诊断，所述诊断方法包括：

判断所述轨道车辆的工况；以及

响应于所述轨道车辆处于牵引工况，将所述多个轮轴中一轮轴作为待测轮轴执行第一断轴条件判断，第一断轴条件包括：除待测轮轴之外的其它轮轴的实际牵引力均大于第一牵引力阈值，而所述待测轮轴的实际牵引力持续小于第二牵引力阈值且轴速持续大于轨道车辆速度达到第一时间阈值，

若第一断轴条件满足，则判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障。

2.如权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，还包括：

响应于所述轨道车辆处于惰性工况或制动工况，对所述待测轮轴执行第二断轴条件判断，所述第二断轴条件包括：所述待测轮轴的轴速持续小于轨道车辆速度达到第二时间阈值，

若所述第二断轴条件满足，则判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障。

3.如权利要求1或2所述的诊断方法，其特征在于，还包括：

若判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障，则在停车再启动过程中再次对所述待测轮轴执行第一断轴条件判断，

若所述第一断轴条件满足，则确认所述待测轮轴发生断轴故障。

4.如权利要求3所述的诊断方法，其特征在于，还包括：

若所述第一断轴条件不满足，则等待下一次停车再启动过程以再次执行第一断轴条件判断。

5.如权利要求2所述的诊断方法，其特征在于，还包括：

若所述第二断轴条件不满足，则排除所述待测轮轴发生断轴故障。

6.如权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，所述第一断轴条件中所述除待测轮轴之外的其它轮轴不包括已被判断疑似发生断轴故障的轮轴。

7.如权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，还包括：

在对所述待测轮轴执行第一断轴条件判断之前，首先判断所述待测轮轴是否有速度传感器故障，若有速度传感器故障则不对其执行断轴诊断。

8.如权利要求1所述的诊断方法，其特征在于，所述第一牵引力阈值包括当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的60％，所述第二牵引力阈值包括当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的20％。

9.如权利要求2所述的诊断方法，其特征在于，所述轴速大于轨道车辆速度包括轴速大于轨道车辆速度超过5km/h，所述轴速小于轨道车辆速度包括轴速小于轨道车辆速度超过5km/h。

10.如权利要求2所述的诊断方法，其特征在于，所述第一时间阈值和所述第二时间阈值包括10s。

11.一种轨道车辆断轴故障的诊断装置，用于对轨道车辆的多个轮轴进行断轴故障诊断，所述诊断装置包括：

存储器；以及

与所述存储器耦接的处理器，所述处理器配置为：

判断所述轨道车辆的工况；以及

响应于所述轨道车辆处于牵引工况，将所述多个轮轴中一轮轴作为待测轮轴执行第一断轴条件判断，第一断轴条件包括：除待测轮轴之外的其它轮轴的实际牵引力均大于第一牵引力阈值，而所述待测轮轴的实际牵引力持续小于第二牵引力阈值且轴速持续大于轨道车辆速度达到第一时间阈值，

若第一断轴条件满足，则判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障。

12.如权利要求11所述的诊断装置，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

响应于所述轨道车辆处于惰性工况或制动工况，对所述待测轮轴执行第二断轴条件判断，所述第二断轴条件包括：所述待测轮轴的轴速持续小于轨道车辆速度达到第二时间阈值，

若所述第二断轴条件满足，则判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障。

13.如权利要求11或12所述的诊断装置，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

若判断所述待测轮轴疑似发生断轴故障，则在停车再启动过程中再次对所述待测轮轴执行第一断轴条件判断，

若所述第一断轴条件满足，则确认所述待测轮轴发生断轴故障。

14.如权利要求13所述的诊断装置，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

若所述第一断轴条件不满足，则等待下一次停车再启动过程以再次执行第一断轴条件判断。

15.如权利要求12所述的诊断装置，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

若所述第二断轴条件不满足，则排除所述待测轮轴发生断轴故障。

16.如权利要求11所述的诊断装置，其特征在于，所述第一断轴条件中所述除待测轮轴之外的其它轮轴不包括已被判断疑似发生断轴故障的轮轴。

17.如权利要求11所述的诊断装置，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

在对所述待测轮轴执行第一断轴条件判断之前，首先判断所述待测轮轴是否有速度传感器故障，若有速度传感器故障则不对其执行断轴诊断。

18.如权利要求11所述的诊断装置，其特征在于，所述第一牵引力阈值包括当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的60％，所述第二牵引力阈值包括当前轨道车辆速度下轮轴所能发挥的最大牵引力的20％。

19.如权利要求12所述的诊断装置，其特征在于，所述轴速大于轨道车辆速度包括轴速大于轨道车辆速度超过5km/h，所述轴速小于轨道车辆速度包括轴速小于轨道车辆速度超过5km/h。

20.如权利要求12所述的诊断装置，其特征在于，所述第一时间阈值和所述第二时间阈值包括10s。

21.一种计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令在由处理器执行时实施如权利要求1-10中任一项所述的方法。

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