一种自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法及系统技术方案

本申请实提供了一种自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法及系统，该方法包括：采集列车测点处的振动加速度，形成多个待分析样本数据，获取列车的实时速度；取出待分析样本数据的振动加速度峰值，将振动加速度峰值和对应的列车速度信息共同保存；将振动加速度峰值和列车速度按车速等级进行归类，计算每个车速等级振动加速度峰值的平均值μ和标准差σ；基于μ

A method and system of adaptive dynamic adjustment of train derailment vibration threshold

【技术实现步骤摘要】
一种自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法及系统


[0001]本申请涉及机械设备故障诊断
，具体涉及一种自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法及系统。

技术介绍

[0002]列车脱轨在线监测是目前轨道交通领域研究的热点和难点，尤其是国内轨交正处于逐步实现无人驾驶的关键阶段。而现阶段主流的列车脱轨监测方法之一是振动监测法，通过在轴箱或构架上安装加速度传感器来监测转向架垂向上的振动情况。当列车发生脱轨时，轮对会与轨枕发生碰撞，形成异常大的冲击信号，而且冲击信号出现的时间间隔与轨枕铺设间距相对应，因此可结合车速推算出此时的冲击频率，即脱轨频率，通过监测振动信号中脱轨频率的出现与否判定列车是否发生脱轨。
[0003]以上振动监测法涉及到两个关键内容：一是系统监测到异常大的冲击信号，二是冲击信号的出现频率与脱轨频率一致。其中脱轨频率可通过轨枕铺设间距和车速推算得出，如轨枕铺设间距为L(m)，列车车速为V(m/s)，则脱轨频率可由公式f＝V/L(Hz)计算得出。
[0004]上述关键内容中的异常大冲击信号的判定问题，势必涉及到脱轨振动阈值的设置。由于列车脱轨属于极小概率事件，所以目前这部分可参考的历史脱轨数据几乎没有。目前国内外主流的设定脱轨振动阈值的方法有两种：一是做台架实验，在实验室中根据现场工况布置场景，通过将一个转向架从钢轨上拉脱轨来获取冲击信号，从而设定阈值；另一种是动力学仿真实验，根据实际参数建立列车行驶的动力学仿真模型，然后通过仿真来获取脱轨数据从而设定脱轨阈值。
[0005]这两种方法都有其局限性。首先，台架实验中实验的主体是一个转向架，缺少车体的载荷以及其他零部件的连接约束，实验并不能1：1还原真实场景，由此得到的脱轨阈值准确性可待商榷；动力学仿真实验也面临同样的问题，实际列车参数太多，仿真软件无法完全按实际参数来建模，由此得到的振动数据与实际也肯定会有差异性。
[0006]其次，传感器量程的选择也是一个问题，根据以往项目经验，正常列车行驶时垂向加速度值处于
‑
10g～10g之间，传感器的量程范围选择一般在100g～200g即可，但是列车脱轨的是冲击强度太大，阈值可能可以达到500g～600g，甚至1000g。若要满足此阈值判定，则传感器的量程至少也得达到1000g以上，目前轨交领域较难找到满足此条件的传感器，即使有，成本也是异常高。
[0007]再次，通过实验确定下来的脱轨阈值一旦设定，就基本上不会去改变，因为不管是台架实验还是动力学仿真模型，都无法模拟出实际列车运行的状态下滑趋势。即随着时间的推移，列车各零部件都出现不同程度的磨损和毁坏，反应出来的是相同工况下传感器采集的振动值加大，而实验定下来的阈值前提是列车良好的运行状态，这就导致前期制定好的脱轨阈值可能不适用于运行一段时间后的列车，即没有办法实现阈值动态化。
[0008]鉴于此，设计一种能够科学设置列车脱轨阈值、自适应动态调整列车脱轨振动阈
值，提高列车脱轨监测准确性的方法及系统具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0009]本申请实施例提出了一种自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法及系统来解决以上
技术介绍
部分提到的技术问题。
[0010]第一方面，本申请实施例提供了一种自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法，包括以下步骤：
[0011]S1、采集列车测点处的振动加速度，形成多个待分析样本数据，以及获取列车的实时速度；
[0012]S2、取出每个待分析样本数据的振动加速度峰值，将振动加速度峰值和对应的列车速度信息共同保存；
[0013]S3、将振动加速度峰值和对应的列车速度按照车速等级进行归类，并且计算每个车速等级内的振动加速度峰值的平均值μ和标准差σ；
[0014]S4、基于μ
±
6σ原则计算获得每个车速等级内的脱轨振动阈值。
[0015]在具体的实施例中，该方法还包括以下步骤：
[0016]S5、在一个车速等级内，若冲击信号超过车速等级内的脱轨振动阈值，则判定冲击信号为异常冲击信号，保存异常冲击信号，并且计算异常冲击信号之间的时间间隔，获得冲击频率；
[0017]S6、根据轨枕铺设间距与列车速度计算获得脱轨频率；
[0018]S7、对比冲击频率和脱轨频率，若两频率一致，则判定此时列车发生脱轨。
[0019]在具体的实施例中，在步骤S3中，计算每个车速等级内的振动加速度峰值的平均值和标准差，计算平均值采用的表达式为：
[0020][0021]计算标准差采用的表达式为：
[0022][0023]其中，μ表示平均值；σ表示标准差；n表示车速等级内共有n个振动加速度峰值，al
i
表示车速等级内的振动加速度峰值。
[0024]在具体的实施例中，在步骤S6中，根据轨枕铺设间距与列车速度计算获得脱轨频率的过程中，结合能量损失率对脱轨频率进行调整。
[0025]在具体的实施例中，在步骤S1中，振动加速度通过安装在列车轴箱或构架垂向处的加速度传感器获得，列车的实时速度通过安装在列车行车方向的车速传感器获得。
[0026]在具体的实施例中，在步骤S1中，采集列车测点处的振动加速度，以固定时间或固定车轮圈数为单位形成一个待分析样本数据。
[0027]第二方面，本申请提供了一种自适应动态调整列车脱轨振动阈值的系统，该系统包括以下模块：
[0028]采集模块，用于采集列车测点处的振动加速度，形成多个待分析样本数据，以及获取列车的实时速度；
[0029]保存模块，用于取出每个待分析样本数据的振动加速度峰值，将振动加速度峰值和对应的列车速度信息共同保存；
[0030]归类模块，用于将振动加速度峰值和对应的列车速度按照车速等级进行归类，并且计算每个车速等级内的振动加速度峰值的平均值μ和标准差σ；
[0031]获取模块，用于基于μ
±
6σ原则获得每个车速等级内的脱轨振动阈值。
[0032]在具体的实施例中，该系统还包括以下模块：
[0033]冲击频率获取模块，用于在一个车速等级内，若冲击信号超过车速等级内的脱轨振动阈值，则判定冲击信号为异常冲击信号，保存异常冲击信号，并且计算异常冲击信号之间的时间间隔，获得冲击频率；
[0034]脱轨频率获取模块，用于根据轨枕铺设间距与列车速度计算获得脱轨频率；
[0035]判断模块，用于对比冲击频率和脱轨频率，若两频率一致，则判定此时列车发生脱轨。
[0036]第三方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，该介质中存储有计算机程序，在计算机程序被处理器执行时，实施如上述中任一项的方法。
[0037]本申请实施例提供的种自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法及系统，从目标车辆自身振动出发，分析总结列车正常行驶时的振动加速度峰值统计特性，并根据此特性运用工业更为严苛的6σ原理，制定出与实际工况相匹配的列车脱轨阈值，且不需要采用大量程传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采集列车测点处的振动加速度，形成多个待分析样本数据，以及获取列车的实时速度；S2、取出每个待分析样本数据的振动加速度峰值，将所述振动加速度峰值和对应的列车速度信息共同保存；S3、将所述振动加速度峰值和对应的列车速度按照车速等级进行归类，并且计算每个所述车速等级内的所述振动加速度峰值的平均值μ和标准差σ；S4、基于μ
±
6σ原则计算获得每个所述车速等级内的脱轨振动阈值。2.根据权利要求1所述的自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法，其特征在于，还包括以下步骤：S5、在一个所述车速等级内，若冲击信号超过所述车速等级内的所述脱轨振动阈值，则判定所述冲击信号为异常冲击信号，保存所述异常冲击信号，并且计算所述异常冲击信号之间的时间间隔，获得冲击频率；S6、根据轨枕铺设间距与所述列车速度计算获得脱轨频率；S7、对比所述冲击频率和所述脱轨频率，若两频率一致，则判定此时列车发生脱轨。3.根据权利要求1所述的自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法，其特征在于，在步骤S3中，计算每个所述车速等级内的所述振动加速度峰值的平均值和标准差，计算所述平均值采用的表达式为：计算所述标准差采用的表达式为：其中，μ表示平均值；σ表示标准差；n表示所述车速等级内共有n个所述振动加速度峰值，al
i
表示所述车速等级内的所述振动加速度峰值。4.根据权利要求2所述的自适应动态调整列车脱轨振动阈值的方法，其特征在于，在步骤S6中，根据轨枕铺设间距与所述列车速度计算获得脱轨频率的过程中，结合能量损失率对所述脱轨频率进行调整。5.根据权利要求1所述的自适应动态调整列...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽华，黄灵坚，彭午弦，
申请(专利权)人：厦门物之联智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：