[發明專利]一種軌道車輛蛇行運動穩定性檢測和評定方法

有效

• 申請號: 202110584757.X
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113358380B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 王小超;陸正剛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01M17/08
• 分類號: G01M17/08
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 郁旦蓉

本發明提供了一種軌道車輛蛇行運動穩定性檢測和評定方法，針對現有蛇行運動檢測方法中因濾波頻帶較窄而導致能量損失較大以及峰值提取不準確的問題，本發明先基于蛇行運動高階奇次諧頻特性對采樣信號濾波得到寬帶濾波信號；并在預定的頻率識別范圍內對濾波后信號進行蛇行主頻率識別得到蛇行主頻率；然后，對濾波后信號再次濾波得到蛇行主頻信號；再對蛇行主頻信號進行時間域上的連續峰值提取得到第一峰值序列及其對應的時間序列；利用蛇行主頻振蕩周期比例規則基于時間序列，對濾波后信號進行連續峰值提取，從而得到第二峰值序列，基于該第二峰值序列可判斷車輛穩定性。本發明提供的方法能夠提高判別靈敏度以及峰值提取的準確性。

技術領域

本發明屬于軌道車輛走行部運行安全狀態監測領域，具體涉及一種軌道車輛蛇行運動穩定性檢測和評定方法。

背景技術

輪對蛇行運動是軌道車輛的固有特性之一，其形成的根本原因在于軌道車輛輪軌接觸幾何特征所決定，軌道車輛的輪對蛇行運動無法從根本上消除。當車輛的運行速度超過蛇行運動臨界速度時，轉向架和車輛的橫向及搖頭運動會發展為振幅逐漸擴大的失穩形態，給車輛運行帶來極大的安全風險。因此，對轉向架蛇行狀態進行監測對保障和提高車輛運行安全性具有重要的意義。

目前，國內對于蛇行運動穩定性的評判依據標準GB/T 5599-2019《機車車輛動力學性能評定及試驗鑒定規范》中的規定，采用轉向架構架橫向振動加速度評估列車轉向架是否發生了不能迅速衰減的連續橫向振蕩。

具體實施方式是：對軸箱上方構架振動加速度進行實時連續采樣，用0.5～10Hz進行帶通濾波，若加速度峰值有連續6次以上達到或超過8m/s²時，判定轉向架橫向失穩。

通過對轉向架構架橫向振動加速度進行帶通濾波，然后提取濾波后信號峰值作為依據，評估轉向架是否發生了不能迅速衰減的連續橫向振蕩。以上方法是目前國內外對轉向架蛇行運動穩定性評估的常用方法，但是為了提高蛇行運動穩定性監測靈敏度，經研究發現，該方法可在以下兩方面可進一步完善：

第一，關于帶通濾波頻段的選擇。由于轉向架橫向失穩時的蛇行頻率一般較低，目前的常規方法中都盡量減小帶通濾波頻帶帶寬而使得窄帶濾波后的信號能夠反應轉向架蛇行運動失穩后的頻率特征，但隨著帶通濾波頻帶的變窄，濾波后的信號相比原信號存在較大能量損失，濾波后信號的幅值已經很難再體現轉向架真實的蛇行振動能量水平，致使現有檢測方法對小幅度蛇行運動狀態識別靈敏度較低，最終導致車輛在小振幅蛇行狀態下繼續行駛，這對車輛的運行安全帶來威脅。

第二，關于加速度峰值提取規則。由于標準中并未明確濾波后信號峰值提取準則，目前技術人員在對加速度信號進行峰值提取時，多采用定長時間窗口內提取加速度最大值的方法，該方法存在時間窗口長度無法確定的缺點，若時間窗口過小，則連續的低頻高幅值噪聲可能會帶來結果的誤判，若時間窗口過大，則會導致檢測系統對蛇行運動穩定性判定響應較慢。同時，當車輛運行速度變化時，轉向架蛇行運動頻率會發生變化，轉向架橫向振動將是非平穩隨機過程，而定長時間窗口提取信號最大值無法對該情況進行量化考慮。另外對構架振動信號濾波時由于并不是針對蛇行基頻進行濾波，而是對低頻段0.5～10Hz進行帶通濾波，這難免引進蛇行基頻之外的信號，當對濾波后的振動信號進行峰值提取時，若不對峰值進行區分，很容易提取到噪聲引起的峰值，也就是虛假峰值。

綜上，由于濾波后的信號能量損失較大，或是提取到的峰值不夠準確，使得軌道車輛蛇行運動穩定性的判別靈敏度有待提高。

發明內容

為解決上述問題，提供了一種能夠減少濾波后信號對應的能量損失并且準確提取峰值的軌道車輛穩定性判定方法，本發明采用了如下技術方案：