[发明专利]一种基于庞加莱映射分析的列车稳定性评估方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于庞加莱映射分析的列车稳定性评估方法，采集得到M个采样周期的左侧车轮和右侧车轮的振动加速度信号序列，遍历左侧车轮、右侧车轮第一个采样周期的振动加速度信号序列，构建得到第一个采样周期的左侧车轮以及右侧车轮的振动状态在振动加速度参考值相位的庞加莱映射；以左侧车轮的庞加莱映射和右侧车轮的庞加莱映射，计算得到第一个采样周期所对应的由庞加莱映射所描述的左、右车轮的运动差异性特征；得到M个采样周期所对应的M个运动差异性特征，若任一个运动差异性特征小于等于预设的稳定度阈值，则判定列车处于平稳状态，否则判定列车处于非平稳状态。本发明利用构建的庞加莱映射对列车稳定性进行精确的判断。

技术领域

本发明涉及列车安全性技术领域，尤其涉及一种基于庞加莱映射分析的列车稳定性评估方法及系统。

背景技术

随着城市化进程加快，城市交通运输需求量不断增大，城市轨道交通在公共交通领域发挥着愈加重要的作用。随着城市轨道交通的发展，列车的运行安全越来越重要，出于运行安全的高要求，列车必须配备可靠的脱轨检测装置，而目前脱轨检测装置包含接触式和非接触式，接触式脱轨检测装置通过与轨面碰撞检测，存在损伤转向架的风险，因此非接触式脱轨检测装置成为主导的研究方向。目前各种的非接触式检测方法存在可靠性及误报的风险。

目前，国内外关于列车横向运动稳定性的评判方法并不统一，我国现有的列车横向运动稳定性评判方法仍沿用早期老式普速列车的评判指标和限值，而现代城市轨道交通的列车运行环境、线路条件、轮轨型面、车辆结构参数等和老式普速列车明显不同，其横向运动稳定性评判方法不能一概而论。

公开号为CN110274776A的专利公布了一种评判高速列车横向运动稳定性的方法，该方案基于转向架构横向振动加速度信号分析高速列车的横向运动稳定性，仅考虑了转向架的横向加速度，没有对列车的三维综合运动状况进行分析，受到的干扰较大，分析的精度受限。公开号为CN112722003A的专利公布了一种基于车轮抬升量的列车脱轨风险监测系统，该发明只能检测到列车车轮在竖直方向的抬升量，难以发现列车的横向失稳，其应用场景有限。公开号为CN113343811A的专利公开了一种列车脱轨判别的方法，该方法使用了列车车轴箱的振动加速度信号进行非稳定性分析，该分析方法没有考虑到列车正常行驶时上下坡和转向带来的加速度变化，容易导致误判发生，应用场景有限。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种基于庞加莱映射分析的列车稳定性评估方法及系统，利用构建的庞加莱映射对列车稳定性进行判断，能够区分出由列车正常运行变化时所带来的运动状态变化，以及由列车失稳运行所带来的运动状态变化。

为实现上述目的，本发明提供一种基于庞加莱映射分析的列车稳定性评估方法，所述方法包括步骤：

S1、在列车转向架的一个轮对的左侧车轮安装振动传感器，采集得到在随体笛卡尔坐标系下各个轴向上的M个采样周期的左侧车轮的振动加速度信号序列，每一个采样周期的振动加速度信号序列为基于各个采样时间的振动加速度向量；

S2、在所述列车转向架的轮对的右侧车轮安装振动传感器，采集得到在随体笛卡尔坐标系下各个轴向上的M个采样周期的右侧车轮的振动加速度信号序列，每一个采样周期的振动加速度信号序列为基于各个采样时间的振动加速度向量；

S3、预设z轴方向上的振动加速度参考值，以及预设一基准偏差值，遍历左侧车轮的第一个采样周期的振动加速度信号序列，若任一采样时间对应的z轴方向的振动加速度与所述振动加速度参考值的偏差值小于等于所述基准偏差值，记录该采样时间所对应的x轴方向上的加速度和y轴方向上的加速度，将记录的所有的x轴方向上的加速度作为横坐标轴，所有的y轴方向上的加速度作为竖坐标轴，构建得到第一个采样周期的左侧车轮的振动状态在振动加速度参考值相位的庞加莱映射；