城市轨道交通车辆悬挂系统故障诊断方法分析

城市轨道交通车辆悬挂系统故障诊断方法分析

摘要：现阶段城市的交通轨道错综复杂，车辆悬挂系统在面对城市轨道复杂程度中需要进一步的改进，通过研究城市轨道交通车辆悬挂系统的各种性质，总结出车辆悬挂系统的故障诊断方法，分析故障诊断方法在车辆悬挂系统中的实际运用。本文通过研究众多关于城市轨道交通车辆悬挂系统故障的书籍，论述各种故障诊断方法的运用，再通过比较分析各种故障诊断方法的相关特性，为解决城市轨道交通车辆悬挂系统提供了有力的理论论据。

关键词：城市轨道交通车辆；车辆悬挂系统；故障诊断与方法分析

1、引言

随着经济的发展和科技的进步，城市建设也在快速发展，在各大城市中，轨道交通是城市建设的重中之重，而轨道交通车辆是建设城市交通的关键性环节，交通车辆的舒适和安全是最重要的部分。城市轨道交通车辆悬挂系统是影响交通车辆安全性运行的一个重要因素，因此，对车辆悬挂系统的故障诊断已经变得极为重要，寻求可靠、高效的车辆悬挂系统的故障诊断方法，是对解决车辆安全性和城市轨道建设的必须功课的难题。

到现在为止，国内外得出了很多对城市轨道交通车辆悬挂系统故障诊断的方法，有IMM 算法、观察法、多元统计分析法等；这些方法只能检测到故障，不能彻底地解决故障，探求从根本上解决问题的方法变得迫在眉睫。在不懈努力下，魏秀坤教授提出了一套结合多传感信息融合技术和相似度比测量的故障诊断方法。本文通过研究国内外车辆悬挂系统的故障及其故障诊断方法，分析各种故障诊断方法对车辆悬挂系统的作用，得出一套最优方案。。

2、轨道交通车辆悬挂系统的故障诊断分析

基本上所有的交通车辆都是由悬挂系统、车体、车轮、转向架构成，悬挂系统是连接这几个部分的中间环节，可以分为一系悬挂系统和二系悬挂系统，分别起不一样的作用。一系悬挂系统在转向架与车轮构间，二系悬挂系统在转向架与车体之间，车辆悬挂系统连接车体、车轮和转向架，起到支撑固定的作用，同时，悬挂系统还可以减轻由轨道不平所造成的颠簸，起到稳定和安全的作用。对车辆

悬挂系统研究，是通过以下多个步骤进行的，先分析轨道交通车辆在实际运行中的运行特性，在根据运行特性建立车辆运行的动态数学模型，通过应用灵敏度高的传感器传探测车辆悬挂系统的故障信息，最后运用有效的故障诊断技术诊断故障。因此，建立车辆实际运行特性的数学模型，列出动态方程是车辆悬挂系统故障诊断方法的前提。

2.1建立车辆垂向悬挂系统模型

轨道车辆在实际的运行过程中，由于城市轨道在设计建造中的客观因素，轨道会存在高低不平问题，会使车辆侧滚运动、前后点头和垂向运动，这里悬挂系统会起到很大的缓和作用。要建立车辆垂向悬挂系统的数学模型，就要利用各种传感器监测悬挂系统移动的参数，完成建模。建立车辆垂向悬挂系统模型，得出垂向位移的数据，从而调整车辆悬挂系统的参数，进而保证悬挂系统的位移量保持在规定的范围内。

2.2建立车辆横向悬挂系统模型

与车辆悬挂系统垂向位移相似，由于城市轨道的左右倾斜，造成车辆悬挂系统左右摇摆，横向运动。需要利用速度和位移传感器测量悬挂系统的横向位移数据，参考转向架、车体、车轮对悬挂系统的作用，建立车辆横向悬挂系统模型，确定悬挂系统横向位移参数，解决故障问题。

3、轨道交通车辆悬架系统故障诊断方法

由于城市轨道的高低不平和水平不平等因素，车辆在运行过程中，会受到城市轨道因素的干扰，造成车辆行驶颠簸不平。车辆的行驶颠簸会使悬挂系统长期受力，降低了悬挂系统的作用，影响了车辆运行的安全和舒适。为解决这个问题，，一般采用在线监测车辆悬挂系统故障技术，及时解决悬挂系统出此案的问题，保障了车辆运行的舒适性和安全性。

3.1基于多元统计分析的车辆悬挂系统故障诊断方法

多元统计分析故障诊断方法是基于数据来进行故障诊断方法，该方法利用故障的监测，数据的分析，通过数理统计对故障发生的原因进行诊断，达到诊断故障的目的。

3.2基于交互式多模型的车辆悬挂系统故障诊断方法

交互式多模型算法统称IMM算法，是对运动目标跟踪的一项重要技术，此方法是包括混合系统正态估计。这个诊断方法设置了多个目标运行的状态模型，各个模型与滤波器相对应，各模型之间可以相互转化，所以具有良好的目标跟踪效果。交互式多模型的车辆悬挂系统故障诊断方法包含四个步骤：模型概率更新、数据融合、滤波器滤波、模型间的交互。

3.3 基于多传感信息融合的车辆悬挂系统故障分离方法

多传感信息融合的诊断方法，就是通过传感器的数据监测，建立车辆悬挂系统的数学模型，进行动态分析，再诊断悬挂系统的故障，使用 D-S 和EROS算法对故障类型进行诊断分离分析。

3.4基于信息融合技术的车辆悬挂系统故障分离算法

证据理论故障分离方法是信息融合技术故障诊断算法的最重要的部分。这套算法的过程是：先对车辆悬挂系统进行数学建模，再通过数学模型列出计算方程得出残差。在检测到故障时，对输出残差进行 FFT 运算，得出故障分离诊断所需的数据，通过比较得出故障信息。

4、轨道交通车辆故障诊断方法优化

目前，国内外都对轨道交通车辆悬挂系统故障诊断进行了大量的方案探讨，经过了不懈的努力，取得了一定的成绩，总结出了一些有效的故障诊断方法。车辆悬挂系统受到城市轨道高低、水平不平因素的影响，在垂直方向和水平方向具有耦合因素；另外，由于车辆悬挂系统是连接支撑车辆的构成要件，部件之间的相互作用存在一定的影响，车辆悬挂系统的故障诊断的可靠性变得任重而道远。各种诊断方法都难于达到完美得效果，因此，对城市轨道车辆悬挂系统故障诊断方法优化分析是极其重要的。下面对多种诊断方法进行分析优化，Eros方法更加适用于低维度，当Eros方法运用于高维度时，会影响计算的准确度，且难以实现在线故障分离。IMM方法在车辆悬挂系统的状态估计和目标跟踪上面有诊断优势，可用于不同故障类型，提高精确度。多元统计分析方法在车辆悬挂系统的数学模型线性和非线性故障诊断上起到很好的效果；这个方法的缺点在于不能诊断具体的故障类型。多传感信息融合方法可以提高车辆悬挂系统故障诊断的数据可信度和可靠性。各种方法都具有本身的优势和略势，仅仅采用个别的诊断方法