[发明专利]一种高速列车空气制动系统微小故障检测方法

权利要求书

1.一种高速列车空气制动系统微小故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在高速列车正常运行工况下，采集多组包含制动全过程的制动缸压力测量数据，将采集的制动缸压力测量数据构成多个训练数据集；

步骤2：计算步骤1中每个训练数据集所包含每个样本的故障检测统计量，其中，针对每个样本需要首先确定该样本所处的制动过程阶段，然后再从混合指标中选取对应的分段函数并计算其故障检测统计量；

步骤3：基于所有训练数据集所包含的全部故障检测统计量信息，确定混合故障检测统计量的控制限；

步骤4：在高速列车实时运行工况下，采集当前时刻的制动缸压力数据，并将采集的制动缸压力数据作为测试样本，首先确定该测试样本所处的制动过程阶段，然后计算该样本的故障检测统计量，并与步骤3中的控制限进行比较，判断是否有故障发生；

在步骤1中：

在高速列车空气制动系统无故障情形下，多次运行制动全过程包括牵引、制动施加、保持和缓解过程，每节列车采集相应的多个制动缸的压力测量数据，构成多个训练数据集；其中，训练数据集的数量与运行制动全过程的次数一致，每个训练数据集包含样本的多少取决于每次运行制动全过程的持续时间；假设共有p个训练数据集，分别记为X₁，X₂，…，X_p，训练数据集的每一行代表一个样本，即包含采样时刻m个制动缸压力测量值的行向量，不同的训练数据集所包含的样本数目相同或者不同；m为训练数据集的列数即为制动缸压力测量值的维数；

在步骤2中：

记步骤1中任意一个训练数据集中的任意一个样本为x＝[x₁,x₂,...,x_i,...,x_m]^T，其中x_i表示第i个制动缸的压力，将制动全过程划分为四个阶段，利用A、B、C、D分别表示制动施加、制动保持、制动缓解以及牵引过程；首先利用如下逻辑判断样本所处的制动阶段：根据空气制动系统给定的压力参考值变化信息，当连续多个时刻压力设定值均保持恒定的非零取值时，判定进入制动保持阶段；当压力设定值打破稳态，突然降低/升高，或者降至零，判定制动保持阶段结束；

在制动保持阶段，即B阶段，采用如下故障检测统计量：

其中，表示该样本所包含的m个制动缸压力的平均值，x^r表示制动保持阶段压力参考值；

在其他三个阶段，即A、C、D阶段，采用如下故障检测统计量：

综合上述结果，故障检测统计量表示为如下分段函数：

将步骤1中p个训练数据集的所有样本输入到上述分段函数中，得到所有训练样本的故障检测统计量；

在步骤3中：

记(3)式所示混合指标中D_s(x)的控制限为D_c(x)的控制限为假设步骤1中p个训练数据集总共包含N个训练样本，其中处于A、C、D阶段的样本数为N₁，处于B阶段的样本数为N₂，满足N＝N₁+N₂；按照如下方式确定控制限：

综合上述结果，故障检测统计量的控制限表示为如下相应的分段函数：

在步骤4中：

在高速列车实时运行工况下，将采集的当前时刻的制动缸压力数据作为测试样本，记为x^t∈R^m；根据步骤2中逻辑确定该样本所处的制动阶段，然后输入到步骤2中混合故障检测统计量所示的分段函数(3)中，求得其故障检测统计量D(x^t)＝D_s(x^t)或者D(x^t)＝D_c(x^t)；将x^t的故障检测统计量与步骤3中的控制限η²进行比较，如果D(x^t)＞η²，即

则认为有故障发生，否则判定系统处于正常状态。