本发明专利技术公开了基于频域峭度的蛇行失稳检测算法。包括如下步骤：(1)转向架依据固有频率周期性振动，发生蛇行失稳时，计算对应频谱图能量集中的固有频率f处；(2)根据被测车辆抗蛇行减震器在正常运行状态、临界状态、蛇行失稳状态三种工况下的转向架横向加速度测试结果，取一定距离，利用FFT分别计算三种工况的频谱图；(3)将步骤(2)中的三种工况下频谱图的横坐标f分别等效为时间，纵坐标Power/Frequency分别视作频域幅值，求其三种工况下的频域峭度K，将K值设定为达到一定值后即存在蛇行失稳，进行报警。本发明专利技术具备蛇行失稳的预警能力，本质为对振动能量集中程度的计算，受振动幅值影响较小，因而能够正确报警，具有更高的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及，属于车辆运行安全领域。
技术介绍
列车在运行的过程中，当运行速度超过某一临界数值时，会产生一种称为不稳定 的蛇行运动，此时振幅随着时间的延续而不断地扩大，使轮对左右摇摆直到轮缘碰撞钢轨， 对于转向架或车体，则出现大振幅的剧烈振动。 蛇行失稳运动的危害：使车辆的运行性能恶化，旅客的舒适度下降，作用在车辆各 零部件上的动载荷增大，并且将使轮对严重地打击钢轨，损伤车辆及线路，甚至会造成脱轨 事故，所W蛇行运动是机车车辆实现高速运行的一大障碍。Bombardier公司的BCN-System，中国CR肥型动车组的BIDS系统等蛇行失稳监控 系统皆采用了构架加速度评价的方法进行监测。然而，其只能在蛇行失稳出现后进行报警， 该对保证列车安全运行显然是不够的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，解决现有蛇行失稳监 控系统只有在蛇行失稳出现后才能进行报警的问题，提供一种能够检测到蛇行失稳发生。 为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下： ，包括如下步骤： (1)转向架依据固有频率周期性振动，发生蛇行失稳时，计算对应频谱图能量集中 的固有频率f处，从而确定滤波器滤波范围值为低通13化； (2)根据被测车辆抗蛇行减震器在正常运行状态、临界状态、蛇行失稳状态=种工 况下的转向架横向加速度测试结果，取一定距离，利用FFT分别计算S种工况的频谱图； (3)将步骤（2)中的S种工况下频谱图的横坐标f分别等效为时间，纵坐标 化wer/化equency分别视作频域幅值，求其S种工况下的频域峭度K，将K值设定为达到一 定值后即存在蛇行失稳，进行报警。 具体地，所述固有频率f的取值范围为f《f，，其中f，、ft由W下公式计算得 知：其中，A为踏面等效斜率，b为轮对滚动圆距离之半，r。为轮对半径，L1为转向架 轴距之半，V为列车车速。 进一步地，所述转向架横向加速度测试结果经过滤波后输出，滤波器采用低通 13化滤波。 再进一步地，所述频域峭度K的计算公式为：[001引其中，Xi为频域幅值，N采样点个数，采样点区间的振动幅值大于0. 15g。 本专利技术与现有技术相比，具有W下优点及有益效果： (1)本专利技术具备蛇行失稳的预警能力，解决了现有蛇行失稳监控系统皆采用了构 架加速度评价的方法进行监测时，在一定时间内无法进行相应，在事后才会相应。 (2)本专利技术本质为对振动能量集中程度的计算，受振动幅值影响较小，因而能够正 确报警，而传统方法受振动幅值影响较大，存在报警滞后的问题，因此本方法具有更高的可 靠性。【附图说明】 图1为本专利技术-实施例的被测列车横向加速度及Normal,化itical，化nting State状态下的频谱。 图2为本专利技术-实施例的各个方法的报警时间点。 图3为本专利技术-实施例的测试列车蛇行失稳的超临界分叉工况。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的实施方式包括但不限于 下列实施例。[002引实施例 ，包括如下实现方法： 转向架蛇行失稳的本质为转向架依据固有频率的周期性振动，蛇行失稳发生时， 对应频谱图的能量必然集中于固有频率f处。f，，f，、ft由公式（1)，公式（2)计 算得矢口。 其中，A为踏面等效斜率，b为轮对滚动圆距离之半，r。为轮对半径，L1为转向架 轴距之半，V为列车车速。滤波器选用低通13化滤波。 图1LateralAcceleration所示为被测动车组抗蛇行减震器S种不同工况下 的转向架横向加速度测试记录经13化滤波后的结果。其中包含了 4种工况；0-13. 5s为 Normalstate, 13. 5-16S为临界蛇行状态，16S-25S和25S-31S为不同抗蛇行减震器阻巧状 态下的振动状态。取100m区间，利用FFT计算相应的频谱图；图INormalstate所示正常 运行状态的频谱，图1化iticalState为临界状态的频谱，图1化ntingState为蛇行失稳 状态的频谱。可见由于在临界失稳和蛇行失稳状态逐渐呈现依据固有频率的振动，因而在 频谱图中呈现能量集中，即出现尖峰。 将S种工况下频谱图的横坐标f分别等效为时间，纵坐标化wer/化equency分别 视作频域幅值，求其=种工况下的频域峭度K，对于离散信号来说峭度计算方法如公式（3) 所示，K为频域峭度，Xi为频域幅值，N采样点个数。[003引将公式妨带入公式做得 K=-cN(6)[00川 C为信息测度，当y;的值比较均匀时，信息量较多，C较大，K值较小；当有冲击时， 信息量较少，C值很小，K值很大。利用公式（3)计算图 1 中的频域峭度，NormalState为Kn= 2. 97，CriticalState 为Ke= 14. 27,化ntingState为Kh= 8. 28,将K值设定为达到一定值后即存在蛇行失稳， 进行报警，通常认为K> 3. 8时存在明显的尖峰，即存在蛇行失稳。考虑到减小误报的问题， 同时要求该区间的振动幅值大于0. 15g(与被测测量相适应）。 本专利技术现有技术相比，具备如下有益效果： 1、预警能力 首先，利用公式（1)、（2)计算EN14363、UIC518的阔值得[004引其中，m+，Mb代表转向架质量单位为吨。 图 2 中化intl-Point4 显示了利用TSIL84,EN14363,UIC518,TB/T3188 中加速 度评价方法对图1中原始数据给出的横向失稳报警点，Poin巧为利用本专利技术方法对横向失 稳的报警点。其中，对TSIL84采用0-13化滤波，W保证更多的能量进入使要求更为严格， 对于EN14363,UIC518取较严格的Ig，TB/T3188取较严格的0. 8g。 由图2可知，传统方法对于14-16秒间的临界失稳状态无法进行响应，即上述四种 方法为事后响应。而本专利技术方法在15. 12秒处进行了报警，其具备蛇行失稳的预警能力。 2、可靠性 图3所示为测试列车蛇行失稳的超临界分叉工况。图3超临界工况下各个方法 报警时间，化intl-5分别为TSIL84、TB/T3188、EN14363和UIC518、本专利技术方法的报警 点。由图3可知，蛇行失稳在25. 2s处已经发生。TSIL84，TB/T3188标准由于化int6、 Point?、化in巧的影响导致振动幅值无法连续超过阔值，报警时间将会大大延后，EN14363 和UI巧18标准由W化int9,PointlO为代表的连续小幅振动的原因，报警滞后问题亦很严 重。而本专利技术方法本质为对振动能量集中程度的计算，受振动幅值影响较小，因而能够正确 报警，即化in巧。 按照上述实施例，便可很好地实现本专利技术。值得说明的是，基于上述结构设计的前 提下，为解决同样的技术问题，即使在本专利技术上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用 的技术方案的实质仍然与本专利技术一样，故其也应当在本专利技术的保护范围内。【主权项】1. ，其特征在于，包括如下步骤： (1) 转向架依据固有频率周期性振动，发生蛇行失稳时，计算对应频谱图能量集中的固 有频率f?处； (2) 根据被测车辆抗蛇行减震器在正常运行状态、临界状态、蛇行失稳状态三种工况下 的转向架横向加速度测试结果，取一定距离，利用FFT分别计算三种工况的频谱图； (3本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于频域峭度的蛇行失稳检测算法，其特征在于，包括如下步骤：(1)转向架依据固有频率周期性振动，发生蛇行失稳时，计算对应频谱图能量集中的固有频率f处；(2)根据被测车辆抗蛇行减震器在正常运行状态、临界状态、蛇行失稳状态三种工况下的转向架横向加速度测试结果，取一定距离，利用FFT分别计算三种工况的频谱图；(3)将步骤(2)中的三种工况下频谱图的横坐标f分别等效为时间，纵坐标Power/Frequency分别视作频域幅值，求其三种工况下的频域峭度K，将K值设定为达到一定值后即存在蛇行失稳，进行报警。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林建辉，宋欣武，李艳萍，刘璐，胡永旭，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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