[发明专利]高速列车轮对的局部蠕滑故障的注入方法及系统

权利要求书

1.一种高速列车轮对的局部蠕滑故障的注入方法，其特征在于，包括以下步骤：

从历史数据中获取高速列车轮对发生局部蠕滑故障时高速列车的运行参数及其对应的蠕滑参数；

根据所述运行参数及其对应的蠕滑参数构建故障注入模型；所述故障注入模型以待模拟局部蠕滑故障下的高速列车的正常轮对和故障轮对的电机输出转矩为输入变量，以待模拟局部蠕滑故障下的高速列车的正常轮对和/或故障轮对的电机机械角速度，以及高速列车的车体速度为输出变量；

从待模拟的高速列车轮对的系统仿真模型中获取正常轮对和故障轮对的电机输出转矩，并设置待模拟的高速列车的运行参数及其对应的蠕滑参数，将所述电机输出转矩、运行参数及其对应的蠕滑参数输入至所述故障注入模型中进行计算，以求解所述待模拟局部蠕滑故障下的高速列车的正常轮对和故障轮对的电机机械角速度，以及高速列车的车体速度；

其中，所述运行参数包括第一运行参数、第二运行参数以及第三运行参数，所述第一运行参数包括列车车体质量、列车动力轮对的总数、列车故障轮对的总数、列车运行基本阻力；所述第二运行参数包括正常轮对电机侧的转动惯量、正常轮对车轮侧的转动惯量、正常轮对齿轮箱的传递效率、正常轮对齿轮箱的变比、正常轮对的车轮半径、正常轮对的电机机械角速度、正常轮对的轴重以及正常轮对的蠕滑速度；所述第三运行参数包括故障轮对电机侧的转动惯量、故障轮对车轮侧的转动惯量、故障轮对齿轮箱的传递效率、故障轮对齿轮箱的变比、故障轮对的车轮半径、故障轮对的电机机械角速度、故障轮对的轴重以及故障轮对的蠕滑速度；所述蠕滑参数包括正常轮对的黏着特性曲线的特性参数和故障轮对的黏着特性曲线的特性参数；

所述故障注入模型包括用于计算车体速度的第一故障模型、用于计算正常轮对的电机机械角速度的第二故障模型以及用于计算故障轮对的电机机械角速度的第三故障模型；

其中，所述第一故障模型为：

式中，M为列车车体质量；v_t为车体速度；N为列车动力轮对的总数；m为列车故障轮对的总数；F_sn为单个正常轮对的输出牵引力；F_{sf_i}为第i个故障轮对的输出牵引力；F_d为列车运行基本阻力；其中，F_d＝M·g·(a+b·v_t+c·v_t²)，a、b和c均为列车运行基本阻力的拟合系数；

所述第二故障模型为：

F_sn＝μ_n(v_sn)·W_n·g；

μ_n＝f_n·exp(-d_n·v_sn)-h_n·exp(-e_n·v_sn)；

式中，J_mn为正常轮对电机侧的转动惯量；J_dn为正常轮对车轮侧的转动惯量；η_n为正常轮对齿轮箱的传递效率；R_gn为正常轮对齿轮箱的变比；r_n为正常轮对的车轮半径；ω_mn为正常轮对的电机机械角速度；T_mn为正常轮对的电机输出转矩；μ_n(v_sn)为正常轮对的粘着系数，其数值与v_sn有关，v_sn为正常轮对的蠕滑速度；W_n为单个正常轮对的轴重；g为重力加速度；d_n、e_n、f_n和h_n分别为正常轮对黏着特性曲线的第一特性参数、第二特性参数、第三特性参数和第四特性参数，其数值取决于轨道路面情况，参数选择一般是d_n＜e_n；exp(·)为以自然常数为底的指数函数；v_dn为正常轮对车轮侧轮周速度；

所述第三故障模型为：

F_{sf_i}＝μ_{f_i}(v_{sf_i})·W_{f_i}·g；

μ_{f_i}＝f_{f_i}·exp(-d_{f_i}·v_{sf_i})-h_{f_i}·exp(-e_{f_i}·v_{sf_i})；

式中，J_{mf_i}为第i个故障轮对电机侧的转动惯量；J_{df_i}为第i个故障轮对车轮侧的转动惯量；η_{f_i}为第i个故障轮对齿轮箱的传递效率；R_{gf_i}为第i个故障轮对齿轮箱的变比；r_{f_i}为第i个故障轮对的车轮半径；ω_{mf_i}为第i个故障轮对的电机机械角速度；T_{mf_i}为第i个故障轮对的电机输出转矩；μ_{f_i}(v_{sf_i})为列车第i个故障轮对的粘着系数，其数值与v_{sf_i}有关，v_{sf_i}为第i个故障轮对的蠕滑速度；W_{f_i}为第i个故障轮对的轴重；d_{f_i}、e_{f_i}、f_{f_i}和h_{f_i}为第i个故障轮对黏着特性曲线的第一特性参数、第二特性参数、第三特性参数和第四特性参数，其数值取决于轨道路面情况，参数选择一般是d_{f_i}＜e_{f_i}；v_{df_i}为第i个故障轮对车轮侧轮周速度。