本發(fā)明涉及軌道車輛控制，具體涉及一種軌道車輛控制回路在線信息采集及失效預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

1、軌道車輛控制回路一般主要由開關(guān)、按鈕、繼電器、電纜、接插件等部分組成，其中：繼電器觸點(diǎn)是控制電路通、斷的重要器件。由于控制回路的終端負(fù)載主要是線圈，因此反向電動勢產(chǎn)生的拉弧效應(yīng)經(jīng)常會造成繼電器觸點(diǎn)材料轉(zhuǎn)移，當(dāng)材料轉(zhuǎn)移累積到一定程度時，就有可能發(fā)展為觸點(diǎn)粘連等故障，從而導(dǎo)致控制回路邏輯紊亂，進(jìn)而影響運(yùn)營秩序。

2、針對繼電器觸點(diǎn)的失效診斷，目前主要有以下三種技術(shù)手段：

3、（1）基于開關(guān)量采集的故障診斷

4、采集觸點(diǎn)輸入端、輸出端的電壓，再結(jié)合線圈狀態(tài)，判斷觸點(diǎn)動作是否正常。能夠識別觸點(diǎn)應(yīng)斷未斷、應(yīng)合未合故障。此方式一般用于在線診斷，需要結(jié)合控制電路的動作時序判斷狀態(tài)是否異常。

5、（2）基于模擬量閾值的故障診斷

6、通過檢測繼電器技術(shù)規(guī)格書中所標(biāo)注的參數(shù)，如：吸合電壓、釋放電壓、動作時間、接觸電阻等，設(shè)定閾值以判斷繼電器狀態(tài)是否合格。此方式一般用于離線診斷，需要針對不同型號繼電器設(shè)置不同閾值。

7、（3）基于大數(shù)據(jù)算法的壽命預(yù)判

8、采集大量原始數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上研究某幾個參數(shù)的變化趨勢，進(jìn)而形成壽命曲線。此方式需要相同型號、大量繼電器的數(shù)據(jù)，目前主要是在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了一些研究。

9、但以上三類技術(shù)手段目前無法實(shí)現(xiàn)軌道車輛控制回路在線失效預(yù)警（預(yù)判），其中：

10、（1）開關(guān)量診斷受限于采集能力（如：光耦只能通斷、采樣周期太大），無法捕捉電路通斷瞬間的波形，只能識別故障而無法實(shí)現(xiàn)失效預(yù)判。

11、（2）模擬量閾值的設(shè)置、以及大數(shù)據(jù)算法的趨勢判斷均無法針對特定的實(shí)際電路開展研究，即使能夠?qū)崿F(xiàn)一定的預(yù)判，其本質(zhì)更多是一種針對批量產(chǎn)品失效概率的判斷。

12、因此，現(xiàn)有技術(shù)手段不適合指導(dǎo)軌道車輛運(yùn)營過程中的電路失效預(yù)判，不能有效杜絕偶發(fā)故障對運(yùn)營秩序的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，通過合理的信息采集設(shè)計，包括合理的測點(diǎn)布置和關(guān)鍵時段模擬量采集，構(gòu)建新式軌道車輛控制回路在線信息采集系統(tǒng)，并提供一種軌道車輛控制回路失效預(yù)警方法，從而使得軌道車輛故障預(yù)測更加精準(zhǔn)，可避免突發(fā)故障以及由此造成的重大損失。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明設(shè)計了一種軌道車輛控制回路在線信息采集方法，所述采集方法包括：

3、s1、測點(diǎn)布置，以電氣回路為信息采集單位，所述回路的每條支路至少設(shè)計一個測點(diǎn)；

4、s2、信息采集，所述信息采集包括模擬量電壓采集和/或模擬量電流采集，采集方式包括每個測點(diǎn)定時采集和/或輪流采集，都是實(shí)時采集的具體方式；

5、s3、數(shù)據(jù)篩選，包括記錄存儲所述模擬量上升沿和/或下降沿數(shù)據(jù)，以閾值觸發(fā)方式記錄并存儲閾值前后各一段時間的模擬量數(shù)據(jù)，即無需記錄觸點(diǎn)完整的電流和/或電壓時變數(shù)據(jù)；所述上升沿包括線圈得電的時刻，所述下降沿包括線圈失電的時刻。

6、進(jìn)一步的，所述測點(diǎn)主要包括控車指令的源頭和/或所有電氣支路的終端負(fù)載，所述控車指令的源頭包括開關(guān)、按鈕或遠(yuǎn)程指令等，所述電氣支路的終端負(fù)載包括繼電器的線圈或電磁閥的線圈等。

7、進(jìn)一步的，所述信息采集的采樣頻率大于等于200khz，如此才能準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)可能引發(fā)失效的因素，電壓采樣精度優(yōu)于1v、電流采樣精度優(yōu)于10ma，否則無法有效識別波形變化的幅度。

8、進(jìn)一步的，所述電壓采集需要一對一，即：每個終端負(fù)載對應(yīng)一個電壓采集端口；所述電流采集則可多個支路共用，即：通過電壓狀態(tài)以及電流幅值的變化，來判斷對應(yīng)支路電流的變化。

9、進(jìn)一步的，所述閾值觸發(fā)包括上升沿幅值大于等于額定工作電壓的1/20或下降沿時幅值小于等于額定工作電壓的4/5時開展電壓采集，上升沿幅值大于等于額定工作電流1/10或下降沿時幅值小于等于額定工作電流4/5時開展電流采集；所述一段時間小于等于從最小值到最大值或者從最大值到最小值的連續(xù)變化時間。

10、進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)篩選還包括以單個通道為處理對象，統(tǒng)計其隨時間趨勢變化的數(shù)據(jù)；和以車輛運(yùn)行時的控制時序?yàn)樘幚韺ο螅y(tǒng)計某一時刻或某一段時間內(nèi)，多個通道趨勢變化的數(shù)據(jù)。

11、另一方面，一種軌道車輛控制回路在線信息采集系統(tǒng)，根據(jù)上述任意一項(xiàng)所述的軌道車輛控制回路在線信息采集方法所構(gòu)成的系統(tǒng)，包括信息采集裝置和控制處理裝置。

12、又一方面，對于任意能夠獲取軌道車輛控制回路電流和/或電壓時變信息的系統(tǒng)，特別是針對上述軌道車輛控制回路在線信息采集系統(tǒng)，其特征在于，所述失效預(yù)警方法包括本車自比判法或不同車互比判法：

13、所述本車自比判法包括以本車某一個電氣支路的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，對比分析不同季節(jié)、不同里程下的變化趨勢，識別其中相同工況下（如近似時段、相同功能操作）的突變點(diǎn)；

14、所述不同車互比判法包括以不同列車、相同回路的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，對比相同工況下或同一天內(nèi)的變化趨勢，識別其中的差異點(diǎn)，差異點(diǎn)判斷可以同突變點(diǎn)判斷方法；所述不同車一般是指同一批次的不同列車。

15、進(jìn)一步的，所述失效預(yù)警判斷各個電氣支路的狀態(tài)變化、以及引發(fā)狀態(tài)變化原因的原則包括以下任意若干項(xiàng)：

16、①唯一性原則：任何一個時刻只有一種功能狀態(tài)排列組合是符合設(shè)計要求的；

17、②關(guān)聯(lián)原則：任何一個狀態(tài)組合都是由上一個狀態(tài)組合決定的，即：所有電路均是按時序依次動作的；

18、③時長參數(shù)判斷原則：對于符合上述唯一性原則和關(guān)聯(lián)原則的通道，則說明各電氣支路時序控制正常，然后需要篩選其動作時長等參數(shù)是否存在異常，并按照各通道與現(xiàn)車電路的對應(yīng)關(guān)系定位異常元件（如：某一個繼電器的某一組觸點(diǎn)發(fā)生粘連）；對于不符合上述原則的通道，則說明存在干擾、接觸不良等偶發(fā)因素，需要重點(diǎn)排查對應(yīng)電氣支路的連接狀態(tài)。

19、進(jìn)一步的，所述失效預(yù)警包括觸點(diǎn)粘連、觸點(diǎn)卡滯、接觸不良、絕緣不良或電磁閥失效等現(xiàn)象的預(yù)警，也稱之為劣化特征的預(yù)警。

20、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果在于：本發(fā)明從軌道車輛控制回路在線信息采集方法、系統(tǒng)設(shè)計以及在線診斷及預(yù)警（預(yù)判）方法三個方面實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)車電路運(yùn)行工況下的在線失效預(yù)判，從而可大幅降低甚至基本杜絕因繼電器觸點(diǎn)故障、接插件接觸不良等偶發(fā)故障對車輛運(yùn)行以及運(yùn)營秩序影響的概率，尤其是造成會重大影響的突發(fā)事故的概率，進(jìn)一步的，具有如下具體效果：

21、（1）狀態(tài)精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)

22、繼電器觸點(diǎn)的動作時間一般在ms級，但其大部分特征值都是μs級，如：觸點(diǎn)抖動、觸點(diǎn)拉弧等。

23、本發(fā)明在線采樣頻率設(shè)置為200khz以上，能夠精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)觸點(diǎn)動作瞬間的電壓、電流波動情況，從而確保能夠可靠識別失效隱患。

24、因采樣頻率提高導(dǎo)致數(shù)據(jù)量激增，錄波功能一方面大量占用存儲空間，另一方面掩蓋了有效數(shù)據(jù)導(dǎo)致處理效率低下。因此本發(fā)明提出的數(shù)據(jù)預(yù)篩選方法，僅存儲失效相關(guān)的暫態(tài)數(shù)據(jù)，不僅能夠大幅節(jié)省存儲空間，而且能夠有效提高數(shù)據(jù)處理效率。

25、另外，為了便于在線實(shí)時觀測，本發(fā)明專門設(shè)計人機(jī)界面，可以批量管理各通道波形顯示功能，方便用戶使用。

26、（2）隱患精準(zhǔn)定位

27、現(xiàn)有技術(shù)主要針對單個繼電器進(jìn)行診斷，并且設(shè)置統(tǒng)一的閾值判斷是否存在異常。但軌道車輛控制回路通常是一個繼電器的多個觸點(diǎn)分配在不同回路，而且每個回路的電氣特性差別較大，因此現(xiàn)有技術(shù)無法針對車輛運(yùn)行的實(shí)際工況開展評估。另外，現(xiàn)有診斷裝置僅關(guān)注單通道的波形變化，一方面受通道數(shù)量所限測點(diǎn)覆蓋面不廣，另一方面不了解整車各控制回路之間的邏輯關(guān)系，因此當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時，無法精準(zhǔn)定位故障的源頭，還需要回庫逐一排查才能定位真正的故障點(diǎn)。

28、本發(fā)明在精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)瞬態(tài)波形的基礎(chǔ)上，通過以下措施實(shí)現(xiàn)隱患的精準(zhǔn)識別及定位：

29、①根據(jù)不同失效模式提取特征值，將采集到的電壓、電流數(shù)據(jù)處理為表征劣化的各項(xiàng)指標(biāo)。

30、以觸點(diǎn)粘連為例，此類失效模式可以通過觸點(diǎn)動作時間來表征，只要時間差超限就能判定為存在粘連隱患，詳述見前文；以絕緣不良為例，只要電流的幅值超標(biāo)就能判定為漏電隱患。只有將失效模式與具體參數(shù)一一對應(yīng)，才有可能指定評判標(biāo)準(zhǔn)，而具體指標(biāo)的確定，則需要在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，最起碼是一個地區(qū)一個模型，甚至是一條線路一個模型。關(guān)于失效模式所對應(yīng)的參數(shù)，目前已有很多研究成果，只是這些成果沒有結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)，只有采集不同工況下的真實(shí)數(shù)據(jù)才能應(yīng)用這些成果，這就是本發(fā)明的優(yōu)勢。

31、②優(yōu)化測點(diǎn)與采集通道的對應(yīng)關(guān)系，以電氣支路為測試對象實(shí)現(xiàn)整車所有控制回路的狀態(tài)采集全覆蓋。

32、本發(fā)明的測點(diǎn)能夠采集整車所有電路的終端負(fù)載（主要是線圈），那么任何一個電路出現(xiàn)問題都會被記錄下來，也就能實(shí)現(xiàn)整車所有控制回路狀態(tài)采集全覆蓋。這里需要特別說明的是：控制回路的個數(shù)、以及控制回路所要驅(qū)動的機(jī)械結(jié)構(gòu)（如：電機(jī)、氣路等）都是基本不變的，但控制回路的邏輯關(guān)系差別很大，如：高鐵、地鐵、市域列車等。如果采集所有觸點(diǎn)狀態(tài)，那么測點(diǎn)設(shè)置的數(shù)量不可控，而且會很多；而如果采集電路終端負(fù)載的狀態(tài)，無論是測點(diǎn)數(shù)量、現(xiàn)車施工、故障排查等工作都會簡單的多。

33、可以這么理解：現(xiàn)有技術(shù)通過采集觸點(diǎn)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)定位，可以立刻識別故障點(diǎn)，比如說：某一個觸點(diǎn)的輸入端有電壓、輸出端沒有電壓，那就說明此觸點(diǎn)未閉合，其故障定位不需要什么算法，因?yàn)槊恳粋€測點(diǎn)均對應(yīng)一個采集端口。而本發(fā)明僅采集終端負(fù)載的狀態(tài)，其狀態(tài)變化是由多個觸點(diǎn)共同控制的，因此需要結(jié)合整車控制回路的邏輯關(guān)系來定位，算法相對復(fù)雜，但好處是節(jié)省測點(diǎn)，便于模塊化配置。

34、③結(jié)合軌道車輛控制回路的邏輯關(guān)系，將某一段時刻的瞬態(tài)數(shù)據(jù)篩選出來，從而提煉出各個通道之間的時序關(guān)系。如果發(fā)現(xiàn)某一個狀態(tài)數(shù)據(jù)異常，那么通過時序關(guān)系倒推即可精準(zhǔn)定位異常的源頭；進(jìn)而發(fā)現(xiàn)此狀態(tài)為某個通道的偶發(fā)現(xiàn)象，那就說明故障原因在于線路連接。由此可實(shí)現(xiàn)隱患的精準(zhǔn)定位，提高隱患處置效率。

35、正常時序關(guān)系是結(jié)合整車功能調(diào)試記錄下來的，一旦車輛生產(chǎn)完成，時序關(guān)系就是固定的。即：控制回路中所有繼電器、開關(guān)等邏輯器件的對應(yīng)關(guān)系是固定的。比如說：某個按鈕令某個回路得電，然后這個回路肯定會導(dǎo)致其他幾個回路得電或者失電，這種對應(yīng)關(guān)系是不得更改的。因此，某一個回路有多個觸點(diǎn)共同驅(qū)動，必須這些觸點(diǎn)均閉合才能令終端負(fù)載得電、任何一個觸點(diǎn)斷開則令終端負(fù)載失電。而終端負(fù)載無論是得電還是失電，在那一時刻肯定伴隨著其他回路得電或者失電（即：此回路中觸點(diǎn)所對應(yīng)的線圈），那么就可以知道是哪個繼電器令此回路得電或者失電。如果其他時刻此回路再次動作，那么肯定也會伴隨其他回路得電或者失電。這就是精準(zhǔn)定位的策略。

36、任何一個繼電器至少對應(yīng)線圈、觸點(diǎn)兩條電路，因此任何一個繼電器得電或者失電，肯定會導(dǎo)致至少兩個回路隨之變化。如果只是某個通道所對應(yīng)的電路發(fā)生變化，那就說明此變化不是由繼電器引起的，那么除此之外只能是線路連接存在問題，包括電纜、連接器、壓接端子等。之所以稱之為偶發(fā)現(xiàn)象，是結(jié)合運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)得出的結(jié)論，運(yùn)行途中受振動等因素影響會導(dǎo)致偶發(fā)的接觸不良，此類故障回庫靜態(tài)下無法識別。

37、（3）失效預(yù)判指導(dǎo)運(yùn)維

38、受環(huán)境、工況等因素的影響，即使控制回路一切正常，也存在數(shù)據(jù)波動的可能性?，F(xiàn)有技術(shù)為了避免誤報影響運(yùn)行秩序，均采用統(tǒng)一設(shè)置閾值報警的方式，而且閾值的容錯范圍很大。此方式簡單易行，但漏報的概率很大，而且達(dá)到閾值報警時，由于波形精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)能力欠缺，無法準(zhǔn)確判斷是誤報還是實(shí)際發(fā)生。因此無法有效指導(dǎo)運(yùn)維，即：如果認(rèn)為是真報警就要預(yù)防性更換故障件，如果認(rèn)為是誤報則可能導(dǎo)致運(yùn)行過程中發(fā)生故障。

39、本發(fā)明通過在線監(jiān)測，能夠積累不同運(yùn)行工況、隨運(yùn)行里程增加過程中的全部狀態(tài)變化數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上可以總結(jié)、篩選每個電氣支路的特性變化規(guī)律，做到一對一精準(zhǔn)管理。由此可以有效識別正常磨耗、偶發(fā)干擾、異常劣化等不同因素，從而指導(dǎo)用戶精準(zhǔn)施策，不斷優(yōu)化運(yùn)維策略。

40、不同失效模式對應(yīng)不同的特征值，正常磨耗、偶發(fā)干擾、異常劣化所對應(yīng)的變化規(guī)律是不同的，這就需要積累數(shù)據(jù)、人工分析，然后最終確定評判標(biāo)準(zhǔn)。從目前經(jīng)驗(yàn)來看，人工分析的方式是很容易識別不同因素所導(dǎo)致的劣化，關(guān)鍵還是在于原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)智能、自動識別不在本發(fā)明的范疇內(nèi)。