[發(fā)明專利]基于動力學分析的傳感器布局優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111444574B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 李春勝;杜紅梅;李夫忠;唐彬
• 申請（專利權）人: 成都運達科技股份有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F119/14;G07C5/08
• 代理公司: 成都行之專利代理有限公司 51220
• 代理人: 李朝虎

本發(fā)明公開了基于動力學分析的傳感器布局優(yōu)化方法。本發(fā)明針對目標列車建立列車動力學模型，在列車動力學模型中建立虛擬傳感器，設置運行工況，本發(fā)明所提供輪軌動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)傳感器布局優(yōu)化方法，通過動力學仿真分析的方法，分析輪軌異常狀態(tài)情況下，列車不同測點的相應狀態(tài)，并根據(jù)虛擬傳感器信號對于輪軌異常狀態(tài)的敏感度進行比較，進而選取傳感器的最優(yōu)布局方案。該方法的主要優(yōu)勢在于，成本低廉、時效性高、考慮工況多、易于應用。

技術領域

本發(fā)明涉及鐵路運輸安全監(jiān)控技術，具體涉及基于動力學分析的傳感器布局優(yōu)化方法。

背景技術

列車運行過程中的輪軌動力學狀態(tài)，直接決定了列車的運行安全與品質(zhì)。為保證列車的運行安全，越來越多的軌道列車都安裝了走行部健康監(jiān)控系統(tǒng)，通過處理列車運行中的列車響應，及時診斷輪對、鋼軌出現(xiàn)的故障。傳感器的布局方案是決定走行部健康監(jiān)控系統(tǒng)性能的重要因素之一。在實際運行中，列車振動較為復雜，在海量的列車部件振動信息中選取最為有效的安裝位置、監(jiān)測方向，可以在提高系統(tǒng)性能的同時提高分析效率。

因此，建立有效的傳感器布局優(yōu)化方法，成為走行部健康監(jiān)控系統(tǒng)設計過程的迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了解決上述問題的基于動力學分析的傳感器布局優(yōu)化方法。

本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)：

基于動力學分析的傳感器布局優(yōu)化方法，包括如下步驟：

步驟1：針對目標列車建立列車動力學模型，在列車動力學模型中建立虛擬傳感器，設置運行工況，在本步驟中，首先，需要確定所研究對象車輛的參數(shù)，包括車輛的慣性參數(shù)(質(zhì)量、慣量等)、懸掛參數(shù)(剛度、阻尼等)、幾何參數(shù)(部件間距、外觀尺寸等)、輪軌參數(shù)(踏面型號、鋼軌類型等)。然后，可以通過兩種方式進行車輛動力學模型的建立：第一種方式是通過建立車輛動力學系統(tǒng)的方程進行編程計算：

其中，M、C、K分別為車輛系統(tǒng)質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣，z為車輛位移矩陣，f為輪-軌激勵。

第二種方法是可以使用現(xiàn)階段已經(jīng)成熟的車輛動力學分析軟件(如，SIMPACK、Gensys、Adams等)；

根據(jù)所研究車輛的具體運行特點，合理設立仿真分析的運行工況，包括車輛運行速度、線路情況、軌道不平順等級、仿真時間等；

根據(jù)所研究車輛的具體運行特點，設置故障輪軌故障工況，如踏面擦傷、輪對多邊形、脫軌等；

步驟2：開始仿真，獲取仿真過程中虛擬傳感器采集的信號；

步驟3：依據(jù)所述虛擬傳感器采集的信號，定位輪軌振動出現(xiàn)異常的時間段，定位各傳感器的信號；

步驟4：依據(jù)各傳感器的信號，確定傳感器的評價指標，對輪軌振動出現(xiàn)異常的時間段依據(jù)傳感器的評價指標進行計算，通過比較仿真過程中輪軌振動出現(xiàn)異常的時間段的傳感器評價指標結果，對各傳感器布置方案進行敏感度分析；

步驟5：依據(jù)各傳感器布置方案的敏感度分析結果，生成優(yōu)化后的各傳感器布局方案，并依據(jù)優(yōu)化后的各傳感器布局方案，重新設置各傳感器。

進一步地，所述步驟1，在列車動力學模型中對目標列車的車體、架構和軸向設置多個虛擬傳感器，對每個車軸設置一對軸向傳感器，分別為車軸左側傳感器AL1、車軸右側傳感器AR1，對每個架構設置兩對架構傳感器，分別為前轉向架左側傳感器BL1、前轉向架右側傳感器BR1、后轉向架左側傳感器BL2和后轉向架右側傳感器BR2，對每節(jié)車體設置兩對車體傳感器，分別為車體前部右側傳感器CR1、車體前部左側傳感器CL1、車體后部右側傳感器CR2和車體后部左側傳感器CL2，，根據(jù)車輛系統(tǒng)的振動傳遞關系，獲取諸如振動加速度、位移、轉角、彈簧力、輪軌力等信息。并可以根據(jù)不同的需求，設置虛擬傳感器的采樣頻率、數(shù)據(jù)采集時間等；