一种城轨列车制动系统故障诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及制动系统故障诊断领域，具体涉及一种城轨列车制动系统故障诊断方 法。
【背景技术】
[0002] 城轨列车因采用编组运行方式，具有载客量大，运营速度高、乘坐舒适等特点，其 制动系统的故障会导致生命财产的重大损失。随着早晚高峰期地铁运行时间的缩短，更使 得地铁制动系统经历一次次严峻的考验。在广州地铁公司的维保计划中，地铁日检仅对制 动缸压力和制动管路连接头有无漏气进行检测，而月检中则仅增加了对制动踏面擦伤、制 动瓦片与踏面距离的检测，这些日常检测对于制动系统的安全保障是远远不够的。随着大 量传感器与智能化节点的安装，列车安全监测向网络化发展，列车网上的TCN信号可以实 时传输至车载诊断主机甚至地面监控中心，将列车网（TCN)信号有效利用，并结合车载传感 器进行信息融合处理为列车在途制动系统故障诊断提供支撑。截至目前，因技术封锁，有关 城轨列车制动系统故障诊断方法研究相对较少，国内学者较关心制动系统建模研究。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种城轨列车制动系统故障诊 断方法，可有效对制动系统故障进行实时判断，一旦整车制动系统中有某车厢制动系统发 生故障，能够实时检出故障并识别故障所在的车厢。
[0004] 本发明实施例提供一种城轨列车制动系统故障诊断方法，其特征在于，包括：
[0005] 第一步：在制动开始时刻，从MVB信号中采集车辆过程数据，包括载荷ffli、制动力 请求值、车速，计算基准残差信号，并根据计算出的基准残差信号，设计基准残差发生器；
[0006] 第二步：根据基准残差发生器，设计各子系统的残差发生器，并根据引理计算各子 系统的残差信号阈值；
[0007] 第三步：根据控制信号与速度信号的值估计下一信号间隔的状态值以及制动力信 号；
[0008] 第四步：到达下一时刻，根据传感器信号计算估计值与实际值之间的残差信号； [0009] 第五步：计算一个时间窗口 s内的残差估计，以便减少误差；
[0010] 第六步：对残差信号与信号阈值比较，超出则报警，否则回到第三步。
【附图说明】
[0011] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附 图。
[0012] 图1是列车子制动系统控制t旲型图；
[0013] 图2是本发明实施例一的方法流程图；
[0014] 图3是Al车制动系统残差对故障信号响应图；
[0015] 图4是Bl车制动系统残差信号图；
[0016] 图5是Al车制动系统残差信号图；
[0017] 图6是Bl车制动系统残差对故障信号响应图。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019] 实施例一
[0020] 手动驾驶的列车制动系统通常采用气电结合的方式，对于一些车型，制动力大小 与车速呈线性变化关系。广州地铁A5型车制动系统具有常用制动、快速制动，紧急制动、 停放制动等模式，可以利用其线性关系结合LMI的相关理论进行列车制动系统状态空间建 模，并对其设计残差发生器与残差估计器。采集列车TCN信号及传感器数据进行系统状态 的估计，使用残差估计的安全阈值作为判定制动系统故障的依据。
[0021] 列车每节车厢具有一个制动子控制系统，具有独立的传感器。每个子系统的网络 控制结构如图1所示。
[0022] 列车运行过程中，司机操作制动杆对列车车厢进行制动，k时刻车厢i的制动控制 器接收制动信号输入U i (k)，控制制动系统进行列车制动，此时存在未知输入d与故障输入 f伴随控制输入UiGO使得制动系统状态X i (k)产生变化，传感器采集包括状态Xi (k+Ι)与 车钩作用力等信号，通过网络发送至车载诊断主机进行状态数据记录。
[0023] 本发明实施例针对图1所示列车子制动系统组成的列车制动系统建立基于LMI 的状态空间与残差发生器模型。为方便描述，列车制动系统的状态空间表达式符号定义如 下：
[0024] a (k) :k时刻列车加速度信号；
[0025] v(k) :k时刻列车速度信号；
[0026] Ci (k) :k时刻第i节车厢列车空气制动输入；
[0027] Xi (k) :k时刻第i节车厢制动系统状态变量，在本发明实施例中 Xi (k) = {a (k), V (k)}；
[0028] yi(k) :k时刻第i节车厢制动系统输出变量，本发明实施例中为信号系统中的制 动力，YiGO=FiGO ;
[0029] k时刻第i节车厢制动系统状态变量估计值；
[0030] k时刻第i节车厢制动系统输出变量估计值；
[0031] UiGO :k时刻气制动控制输入，在本发明实施例中Ui GO = Ici (k)};
[0032] f(k) :k时刻制动系统故障变量；
[0033] d(k):空气阻力以及转向架轨道间的固有摩擦力；
[0034] Aii, Bi, Etu, Eti :分别表不状态变量，控制输入，固有摩擦力输入和故障输入对系 统状态变化相关变量系数；
[0035] Aij :子制动系统i和子制动系统j之间的相互关系；
[0036] Ci, Di, Ftu, Ff，i :分别表不状态变量，控制输入，固有摩擦力输入和故障输入对系统 输出相关变量的系数；
[0037] & (k):子系统i的生成残差信号；
[0038] :系统整体的基准残差信号；
[0039] Li :当i>0时为子系统i的观察增益，当i=0时表示系统整体的观测增益；
[0040] Wi :当i>0时为子系统i的权重矩阵，当i=0时表示系统整体的权重矩阵；
[0041] L。. i，W。，i :分别为Ltl与Wtl第i行构成的向量；
[0042] Jthii :子系统的残差信号故障报警阈值。
[0043] 下面将详细介绍本发明实施例故障诊断的方法，其步骤如下：