一种基于解析模型的客车气制动系统故障检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于解析模型的客车气制动系统故障检测方法，对于给定的客车气制动系统，对其气制动子系统的工作过程进行分析建立该系统的无故障模型。将系统可获得的测量值与系统数学模型所表示的相应变量值的先验信息比较，生成残差。通过对残差设置阈值来检测故障的出现。将多次模拟试验所得数据绘制有无泄漏的情况下稳态时制动气室压力值的归一化曲线，通过对比曲线来确定故障检测的阈值，得出初步的泄漏诊断结论。该方法通过对于给定的客车气制动系统建立无故障模型，利用该模型对气制动系统中存在的泄漏故障进行了检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气制动系统故障检测方法，特别涉及一种基于解析模型的客车气制动 系统中泄漏故障的检测方法。
技术介绍
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。泄漏在气制动系统 中的存在将通过减小可获得的最大制动力，增大制动获得的时间，增长刹车距离，来降低气 制动系统的制动性能。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，对气制动系统上述故障的检测仅仅局限于路检，并且消耗人力 物力较大，无法实现气制动制动系统检测过程自动化。
技术实现思路
本专利技术的目的：本专利技术对给定的客车气制动系统建立一个无故障解析模型，利用 该模型对该制动系统进行泄漏的初步检测。 本专利技术解决的技术问题所采用的技术方案如下：一种基于解析模型的客车气制动 系统故障检测方法，具体步骤为： 步骤1 :通过对气制动系统制动过程的分析，对气制动系统进行物理建模，包括对机械 子系统与气动子系统分别建立物理模型；得到理想状态下气制动系统制动气室瞬时压力模 型，（1)式即为该模型，此模型即为气制动系统的无故障控制模型；该模型的输入是制动总 阀的输入位移&，输出是制动气室的气压忍；【主权项】1. ，其特征在于： 该方法具体步骤为： 步骤1 :通过对气制动系统制动过程的分析，对气制动系统进行物理建模，包括对机械 子系统与气动子系统分别建立物理模型；得到理想状态下气制动系统制动气室瞬时压力模 型，（1)式即为该模型，此模型即为气制动系统的无故障控制模型；该模型的输入是制动总 阀的输入位移4，输出是制动气室的气压忍；上式中，左为比热容比，A为摩尔气体常熟，J为喷嘴出口处的横截面积，《为空气流速， 忍、戽、Ah分别为气罐中的初始气压、制动气室当中的气压、制动发生时的阈值气压；匕、K、 ^分别为制动发生之如制动气室的初始体积、制动气室体积、制动发生后制动气室最大可 以达到的体积；T 1tl为气罐初始温度；zb、Zbmax分别为是制动气室鼓膜的位移，该位移大小等 同于推杆伸出位移大小、推杆可以达到的最大位移；4为制动气室的横截面积；4为制动 气室回位弹簧的弹簧常数； 步骤2:将系统可获得的测量值与制动气室瞬时压力模型（1)式所表示的相应变量值 的先验信息比较，生成残差；利用气制动系统模拟试验台来获得稳态时制动气室气压的测 量值；对于给定的制动应用中，可通过求解无故障模型的控制方程来获得稳态时制动气室 的气压的先验信息，即就是稳态时制动气室气压的估计值；残差生成公式为（2)式其中式中，Z7ssi^Z7snims分别为制动系统制动气室瞬时压力模型（I)式计算得出的稳态时 制动气室气压、试验测得的制动系统稳态时制动气室的气压大小； 步骤3 :通过对残差设置阈值来检测故障的出现；选取典型的供气压力值，分别在有无 泄漏的情况下进行多次制动模拟试验，测得稳态时制动气室的压力值；模拟有泄露存在的 情况下的制动过程时，泄漏是通过松动制动气室入口部分的软管来引入的；同时，通过求解 无故障模型的控制方程来获得在相同的供气压力下稳态时制动气室的压力值的估计值；将 多次模拟试验所得数据绘制有无泄漏的情况下稳态时制动气室压力值的归一化曲线，通过 对比曲线来确定故障检测的阈值，得出初步的泄漏诊断结论。2. 根据权利要求1所述的，其特征 在于：步骤3中的残差设置固定的或可变的阈值。3. 根据权利要求1所述的，其特征 在于：步骤3中的供气压力值范围550-800kPa，选取的典型的供气压力值分别为：550 kPa、 600 kPa、650 kPa、700 kPa、750 kPa、800 kPa。【专利摘要】本专利技术公开了，对于给定的客车气制动系统，对其气制动子系统的工作过程进行分析建立该系统的无故障模型。将系统可获得的测量值与系统数学模型所表示的相应变量值的先验信息比较，生成残差。通过对残差设置阈值来检测故障的出现。将多次模拟试验所得数据绘制有无泄漏的情况下稳态时制动气室压力值的归一化曲线，通过对比曲线来确定故障检测的阈值，得出初步的泄漏诊断结论。该方法通过对于给定的客车气制动系统建立无故障模型，利用该模型对气制动系统中存在的泄漏故障进行了检测。【IPC分类】B60T17-22【公开号】CN104742895【申请号】CN201510066279【专利技术人】陆艺, 朱蔷, 郭斌, 徐博文, 罗哉, 薛剑, 范伟军, 王学影, 夏文杰 【申请人】中国计量学院【公开日】2015年7月1日【申请日】2015年2月9日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于解析模型的客车气制动系统故障检测方法，其特征在于：该方法具体步骤为：步骤1：通过对气制动系统制动过程的分析，对气制动系统进行物理建模，包括对机械子系统与气动子系统分别建立物理模型；得到理想状态下气制动系统制动气室瞬时压力模型，（1）式即为该模型，此模型即为气制动系统的无故障控制模型；该模型的输入是制动总阀的输入位移xp，输出是制动气室的气压Pb；（1）其中上式中，k为比热容比，R为摩尔气体常熟，A为喷嘴出口处的横截面积，u为空气流速，P0、Pb、Pth分别为气罐中的初始气压、制动气室当中的气压、制动发生时的阈值气压；Vo1、Vb、Vo2分别为制动发生之前制动气室的初始体积、制动气室体积、制动发生后制动气室最大可以达到的体积；T0为气罐初始温度；xb、xbmax分别为是制动气室鼓膜的位移，该位移大小等同于推杆伸出位移大小、推杆可以达到的最大位移； Ab为制动气室的横截面积；Kb为制动气室回位弹簧的弹簧常数；步骤2：将系统可获得的测量值与制动气室瞬时压力模型(1)式所表示的相应变量值的先验信息比较，生成残差；利用气制动系统模拟试验台来获得稳态时制动气室气压的测量值；对于给定的制动应用中，可通过求解无故障模型的控制方程来获得稳态时制动气室的气压的先验信息，即就是稳态时制动气室气压的估计值；残差生成公式为（2）式（2）其中式中，Pssim、Psmens分别为制动系统制动气室瞬时压力模型（1）式计算得出的稳态时制动气室气压、试验测得的制动系统稳态时制动气室的气压大小；步骤3：通过对残差设置阈值来检测故障的出现；选取典型的供气压力值，分别在有无泄漏的情况下进行多次制动模拟试验，测得稳态时制动气室的压力值；模拟有泄露存在的情况下的制动过程时，泄漏是通过松动制动气室入口部分的软管来引入的；同时，通过求解无故障模型的控制方程来获得在相同的供气压力下稳态时制动气室的压力值的估计值；将多次模拟试验所得数据绘制有无泄漏的情况下稳态时制动气室压力值的归一化曲线，通过对比曲线来确定故障检测的阈值，得出初步的泄漏诊断结论。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆艺，朱蔷，郭斌，徐博文，罗哉，薛剑，范伟军，王学影，夏文杰，
申请(专利权)人：中国计量学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33