[發明專利]一種基于解析模型的客車氣制動系統故障檢測方法

有效

• 申請號: 201510066279.8
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104742895B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 陸藝;朱薔;郭斌;徐博文;羅哉;薛劍;范偉軍;王學影;夏文杰
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: B60T17/22
• 分類號: B60T17/22
• 代理公司: 北京市科名專利代理事務所(特殊普通合伙)11468
• 代理人: 陳朝陽

技術領域

本發明屬于氣制動系統故障檢測方法，特別涉及一種基于解析模型的客車氣制動系統中泄漏故障的檢測方法。

背景技術

所謂基于解析模型的故障診斷，就是通過將被診斷對象的可測信息和由模型表達的系統先驗信息進行比較，從而產生殘差，并對殘差進行分析和處理而實現故障診斷的技術。所謂殘差，就是與被診斷系統的正常運行狀態無關的、由其輸入輸出信息構成的線性或非線性函數。在沒有故障時，殘差等于零或近似為零(在某種意義下)；而當系統中出現故障時，殘差應顯著偏離零點。一般而言，基于解析模型的故障檢測方法包括兩個階段，即殘差產生和殘差處理。殘差產生就是利用一個適當的算法對系統的輸入輸出處理獲取殘差信號的過程。殘差處理就是利用適當的決策規則來確定故障發生的可能性的過程。泄漏是氣制動系統中存在的兩大突出缺陷，并且直接影響氣制動系統性能的優劣。泄漏在氣制動系統中的存在將通過減小可獲得的最大制動力，增大制動獲得的時間，增長剎車距離，來降低氣制動系統的制動性能。若能對氣制動系統的上述故障進行檢測，那么對氣制動系統性能的良好發揮及其日常維護將有著重大的現實意義。

現有技術中，目前，對氣制動系統上述故障的檢測僅僅局限于路檢，并且消耗人力物力較大，無法實現氣制動制動系統檢測過程自動化。

發明內容

本發明的目的：本發明對給定的客車氣制動系統建立一個無故障解析模型，利用該模型對該制動系統進行泄漏的初步檢測。

本發明解決的技術問題所采用的技術方案如下：一種基于解析模型的客車氣制動系統故障檢測方法，具體步驟為：

步驟1：通過對氣制動系統制動過程的分析，對氣制動系統進行物理建模，包括對機械子系統與氣動子系統分別建立物理模型；得到理想狀態下氣制動系統制動氣室瞬時壓力模型，(1)式即為該模型，此模型即為氣制動系統的無故障控制模型；該模型的輸入是制動總閥的輸入位移xp，輸出是制動氣室的氣壓Pb；

其中V_b＝V_o1+A_bx_b

上式中，k為比熱容比，R為摩爾氣體常數，A為噴嘴出口處的橫截面積，P₀、P_b、P_th分別為氣罐中的初始氣壓、制動氣室當中的氣壓、制動發生時的閾值氣壓；V_o1、V_b、V_o2分別為制動發生之前制動氣室的初始體積、制動氣室體積、制動發生后制動氣室最大可以達到的體積；T₀為氣罐初始溫度；x_b、x_bmax分別為是制動氣室鼓膜的位移，該位移大小等同于推桿伸出位移大小、推桿可以達到的最大位移；A_b為制動氣室的橫截面積；K_b為制動氣室回位彈簧的彈簧常數；

步驟2：將系統可獲得的測量值與制動氣室瞬時壓力模型(1)式所表示的相應變量值的先驗信息比較，生成殘差；利用氣制動系統模擬試驗臺來獲得穩態時制動氣室氣壓的測量值；對于給定的制動應用中，可通過求解無故障模型的控制方程來獲得穩態時制動氣室的氣壓的先驗信息，即就是穩態時制動氣室氣壓的估計值；殘差生成公式為(2)式

式中，P_ssim、P_smens分別為制動系統制動氣室瞬時壓力模型(1)式計算得出的穩態時制動氣室氣壓、試驗測得的制動系統穩態時制動氣室的氣壓大小；

步驟3：通過對殘差設置閾值來檢測故障的出現；選取典型的供氣壓力值，供氣壓力值范圍為550-800kPa，分別在有無泄漏的情況下進行多次制動模擬試驗，測得穩態時制動氣室的壓力值；模擬有泄露存在的情況下的制動過程時，泄漏是通過松動制動氣室入口部分的軟管來引入的；同時，通過求解無故障模型的控制方程來獲得在相同的供氣壓力下穩態時制動氣室的壓力值的估計值；將多次模擬試驗所得數據繪制有無泄漏的情況下穩態時制動氣室壓力值的歸一化曲線，通過對比曲線來確定故障檢測的閾值，得出初步的泄漏診斷結論；

進一步地，步驟3中的殘差設置固定的或可變的閾值。

進一步地，步驟3中的供氣壓力值范圍550-800kPa，選取的典型的供氣壓力值分別為：550kPa、600kPa、650kPa、700kPa、750kPa、8000kPa。