[发明专利]制动系统中阀类元件的建模方法、故障诊断方法及装置

说明书

本申请提供了一种制动系统中阀类元件的建模方法、故障诊断方法及装置，该方案将阀及其外围气路作为一个阀系统，基于阀系统的拓扑结构，利用与阀系统的内部结构相匹配的数学公式构建数学仿真模型，根据阀系统的自身结构特点构建相应的数学模型，因此，阀系统仿真模型符合阀系统的结构特点，提高了仿真结果的准确度。阀类元件的故障诊断方法，基于正常状态下的校正后阀系统仿真模型，注入候选故障项参数，得到故障状态的阀系统仿真模型。通过遗传算法计算得到最优故障项参数值，根据最优故障项参数所属的故障项确定故障类型；同时，根据故障项参数值确定故障程度。该方案实现了阀类元件的故障溯源和故障程度追踪，有效降低了制动系统的检修成本。

技术领域

本发明属于软件仿真技术领域，尤其涉及一种制动系统中阀类元件的建模方法、故障诊断方法及装置。

背景技术

车辆(如轨道交通车辆)运行过程中，车辆制动系统中阀类元件失效会引起车辆停运、离线回库等严重问题。

对于阀的故障仿真复现，通常采用商用软件(如，AmeSim)进行仿真，其具备较为完整的阀类基础部件模型库，能够较为简便快速地对各种阀乃至气动系统进行建模仿真。通过修改模型中的可配置参数，复现制动系统中阀类元件的故障特征，并以此推定故障源，指导制动系统设计选型以及单个阀的结构设计。

但是，对于基于商用软件的故障模拟方法而言，缺陷在于基础元件库的内部仿真模型固定不变，只能配置参数，不能对数学公式结构做修改，从而无法使仿真模型与阀的实际运行状态保持一致，即构建的仿真模型的准确性低。

此外，通过商用软件只能仿真故障现象，定性分析故障成因，无法定量分析故障原因。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种制动系统中阀类元件的建模方法、故障诊断方法及装置，以解决上述技术问题，其公开的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种制动系统中阀类元件的建模方法，包括：

基于阀系统包括的阀及所述阀的外围气路元件的连接结构，获得所述阀系统的拓扑结构，所述阀系统等效为管道、节流孔、容积室、弹簧、阻尼和阀芯；

针对所述阀系统的小流量通道，利用圆管层流、小孔节流、理想气体状态方程的代数公式进行建模；

针对所述阀系统的大流量通道，利用描述状态量变化关系的热力学微分方程进行建模，其中，所述状态量包括气体温度、密度和压强；将所述阀芯、弹簧和阻尼等效为弹簧振子动力学模型；

基于所述小流量通道、所述大流量通道对应的数学模型，以及所述弹簧振子动力学模型，得到阀系统仿真模型。

可选地，所述方法还包括：

对处于正常状态的所述阀系统仿真模型，利用遗传算法对待标定关键参数进行标定，得到校正后阀系统仿真模型，其中，所述阀系统仿真模型的阀出口压力的仿真曲线与实测曲线相匹配。

可选地，正常状态下的所述待标定关键参数包括：制动缸内壁热交换系数、进气流量通道的阀口截面积、排气流量通道的阀口截面积，以及，所述大流量通道上的节流孔与制动缸之间的连接管路的长度。

可选地，所述对处于正常状态的所述阀系统仿真模型，利用遗传算法对待标定关键参数进行标定，得到校正后阀系统仿真模型，包括：

建立所述待标定关键参数对应的初始种群，所述初始种群包括多个种群个体，每个所述种群个体包括所述待标定参数对应的参数值；

利用所述阀系统仿真模型，计算每个种群个体对应的阀出口压力仿真数据；

基于所述阀系统仿真模型，计算每个所述种群个体对应的阀出口压力的仿真数据与正常状态的阀系统的实测数据之间的残差计算结果；