[發(fā)明專利]車輛傳動控制系統(tǒng)的故障預(yù)測與健康管理裝置和故障預(yù)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010174820.8
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN113391612A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴計生;朱文龍;劉勇;羅云飛;楊家偉;江平;邢云龍;李益;徐海龍;張中景;詹彥豪;張士強
• 申請（專利權(quán)）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;G01K13/00;G01M13/021;G01M13/028;G01M13/045;G01M17/007;G01R31/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 施浩

1.一種車輛傳動控制系統(tǒng)的故障預(yù)測與健康管理裝置，其特征在于，裝置包括傳輸單元、傳感器采集單元、實時監(jiān)控與報警單元、故障特征提取單元、故障診斷與預(yù)警單元和顯示單元，其中：

傳輸單元用于獲取車輛傳動控制系統(tǒng)中的傳動控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的原有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并將故障預(yù)測與健康管理裝置的診斷與預(yù)警結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)；

傳感器采集單元用于獲取新增傳感器采集的車輛傳動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件的信息；

實時監(jiān)控與報警單元用于根據(jù)來自傳輸單元和傳感器采集單元的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算車輛傳動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件的運行狀態(tài)指標(biāo)，如果關(guān)鍵部件的運行狀態(tài)指標(biāo)超過設(shè)定閾值則觸發(fā)報警，并將報警信息發(fā)送給顯示單元；

故障特征提取單元用于融合原有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和新增傳感器采集的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行特征提取并計算關(guān)鍵部件的多種故障特征指標(biāo)向量；

故障診斷與預(yù)警單元用于基于故障特征提取單元計算獲得的故障特征指標(biāo)，采用故障診斷模型對傳動控制系統(tǒng)關(guān)鍵部件進(jìn)行故障模式識別，診斷出關(guān)鍵部件的故障模式，將診斷與預(yù)警結(jié)果發(fā)送給顯示單元；

顯示單元用于將故障報警、診斷與預(yù)警信息進(jìn)行顯示。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛傳動控制系統(tǒng)的故障預(yù)測與健康管理裝置，其特征在于，傳輸單元獲取到的數(shù)據(jù)包括但不限于：傳動控制系統(tǒng)的實時信號和網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，其中傳輸單元通過光纖接收傳動控制系統(tǒng)的實時信號，并通過以太網(wǎng)接收網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛傳動控制系統(tǒng)的故障預(yù)測與健康管理裝置，其特征在于，傳感器采集單元采集到的模擬信號包括但不限于：多路電流信號、電壓信號、振動信號和溫度信號。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛傳動控制系統(tǒng)的故障預(yù)測與健康管理裝置，其特征在于，車輛傳動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件包括但不限于：電抗器、高速斷路器、牽引變流器、牽引電機、齒輪箱、軸箱，其中牽引變流器包括但不限于電容器、冷卻風(fēng)機、IGBT模塊、接觸器。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛傳動控制系統(tǒng)的故障預(yù)測與健康管理裝置，其特征在于，故障特征提取單元的特征提取方法包括但不限于：時域特征指標(biāo)分析、FFT頻譜分析、快速峭度譜分析、功率譜分析、加速度包絡(luò)譜法、小波分解法、轉(zhuǎn)速追蹤法。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛傳動控制系統(tǒng)的故障預(yù)測與健康管理裝置，其特征在于，故障特征指標(biāo)向量包括但不限于：牽引電機軸承故障特征頻率及其幅值、齒輪箱軸承故障特征頻率及其幅值、軸箱軸承故障特征頻率及其幅值、牽引電機負(fù)序電流。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛傳動控制系統(tǒng)的故障預(yù)測與健康管理裝置，其特征在于，故障診斷模型包括但不限于：人工智能故障診斷模型、機理模型、專家規(guī)則模型，其中人工智能故障診斷模型包括但不限于梯度提升樹、隨機森林、支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)，機理模型包括但不限于故障觀測器模型、參數(shù)辨識模型、殘差診斷模型，專家規(guī)則模型包括但不限于橫向?qū)Ρ确ā⒖v向?qū)Ρ确ā?/p>

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛傳動控制系統(tǒng)的故障預(yù)測與健康管理裝置，其特征在于，故障預(yù)測與健康管理裝置還包括：

存儲單元，用于當(dāng)觸發(fā)故障報警時對故障日志、故障前后設(shè)定時間段內(nèi)的運行數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，其中所存儲的運行數(shù)據(jù)包括但不限于：電流、電壓、振動、溫度、速度和牽引力的實時波形數(shù)據(jù)。