[发明专利]动车组传动系统故障预测与健康管理装置及其使用方法

权利要求书

1.一种动车组传动系统故障预测与健康管理装置，用于包括动车和/或拖车的动车组传动系统故障预测和维护管理，其特征在于，包括：串行连接的驾驶台处理器、数个随车诊断服务器(A)、对应每个随车诊断服务器(A)的数个数据采集预处理器(S)；其中，驾驶台处理器包括通过列车总线连接的主驾驶台处理器和副驾驶台处理器；还包括在动车组非运行状态时与任一随车诊断服务器(A)互联、与主和/或副驾驶台处理器互联的地面故障诊断预测器；其中，每个随车诊断服务器(A)对应连接数个数据采集预处理器(S)；其中，每个数据采集预处理器(S)对应连接有数个传感器；所述传感器包括：布设在各动车和/或拖车轴箱轴承处的振动-温度复合传感器(F)、布设在各动车牵引电机轴承处的电流传感器(C)、布设在各动车和/或拖车传动系统处的环境温度传感器(T)；每个传感器分别以输出端与对应的数据采集预处理器(S)连接；

其中的一个所述的随车诊断服务器(A)与所述主驾驶台处理器和/或副驾驶台处理器以列车总线连接；所述列车总线基于485总线；所述随车诊断服务器(A)之间通过基于485总线的列车总线串联；所述数据采集预处理器(S)之间以基于千兆以太网加电源线的车辆总线连接；所述随车诊断服务器(A)内置温度—振动信号处理单元(B)、温度信号处理单元(D)、电机电流信号处理单元(G)，处理来自对应的所述数据采集预处理器(S)的信号，生成用以表征所述各动车和/或拖车轴箱轴承工作状态的轴承原始预判数据，和用以诊断牵引电机电气故障、牵引电机轴承故障的电机原始预判数据；其中，所述电机电流信号处理单元(G)提取牵引电机定子电流信号的时频域中频率变化成分，形成频谱图，并在频谱图中提取特征量频率标准差、小波包能量熵和功率谱熵，作为电机轴承工作状态预判数据；

各所述随车诊断服务器(A)内置综合信号处理单元(H)，将所述轴承原始预判数据和电机原始预判数据通过列车总线，实时传输给主驾驶台处理器和/或副驾驶台处理器，生成诊断所述动车组传动系统工作状况的驾驶台预判数据；

所述主驾驶台处理器和副驾驶台处理器内置综合信号复验处理单元(I)和预判结果显示屏(M)，生成并显示动车组正常运行和/或故障预判信号，和/或故障处理信号；

任一所述随车诊断服务器(A)将动车组运行期间不同时刻随车诊断服务器产生的中间过程预判数据通过有线或无线方式于非运行期间传输给所述地面故障诊断预测器；主和/或驾驶台处理器将驾驶台预判数据通过有线或无线方式于非运行期间传输给所述地面故障诊断预测器；

所述地面故障诊断预测器内置轴承使用寿命预判处理单元(K)和电机使用寿命预判处理单元(L)，接受并分析不同时刻中间过程预判数据和驾驶台预判数据，生成用于预测维护时限的动车组传动系统健康管理数据；其中，所述电机使用寿命预判处理单元(L)中对所述电机轴承工作状况预判数据的分析使用新陈代谢灰色-粒子滤波组合预测模型，计算出所述电机轴承随时间的变化而退化的动态过程，给出所述电机轴承的剩余使用寿命。

2.如权利要求1所述的动车组传动系统故障预测与健康管理装置，其特征在于：所述新陈代谢灰色-粒子滤波组合预测模型包括新陈代谢灰色模型、滑窗处理模块、粒子滤波计算模块、电机轴承动态故障时限计算模块。

3.如权利要求2所述的动车组传动系统故障预测与健康管理装置，其特征在于：将所述频率标准差、小波包能量熵和功率谱熵代入新陈代谢灰色模型，通过所述滑窗处理模块建立三个特征量的动态空间状态模型，然后将所述动态空间状态模型代入所述粒子滤波计算模块中，建立能描述电机轴承故障随时间发展的组合预测模型。

4.如权利要求1所述的动车组传动系统故障预测与健康管理装置，其特征在于：所述数据采集预处理器(S)包括内置数据采集单元(X)、增益放大单元(Y)、滤波单元(Z)，采集并同步预处理振动-温度复合传感器(F)处采集的温度—振动复合信号、电流传感器(C)处采集的定子电流信号、环境温度传感器(T)处采集的温度信号。