城轨车辆车门电机性能检测和评价方法与流程

1.本发明涉及一种基于支持向量数据描述及模糊评判的城轨车辆车门电机性能检测和评价方法，属于城轨车辆健康管理技术领域。


背景技术：

2.车门系统是城轨车辆的关键子系统，其可靠性和安全性直接关系乘客的安全及行车服务质量，因此是城轨车辆运营管理过程中重点关注的问题。驱动电机作为为车门开关提供驱动力的关键部件，其性能状态决定车门的运行性能和运行安全。因此，需要对车门驱动电机的运行状态进行监控，及时检测车门电机的故障，并评估其性能状态，为电机的检修更换提供决策支持，从而可以在电机发生故障之前进行处理，避免因电机故障导致的车门故障而引发的停车、清客等意外事件，提高行车服务质量，确保行车安全。
3.目前，城轨车辆车门系统加装了大量传感器对其工作参数进行监测，并且具有一定的诊断能力，能够检测到部分故障。另外，城轨车辆执行日常检修也能对包括车门系统在内的各类故障实现主动发现和防范。不过，目前城轨车辆车门电机的状态检测和日常检修偏重于对已经发生的故障的诊断和检修，对于故障的早期检测尚且缺乏适用方法和技术。同时，对于车门电机整体性能的评价和系统性能劣化过程的分析和评估也缺乏可行方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种城轨车辆车门电机性能检测方法，通过分析城轨车辆车门电机实际运行时的性能指标与其基准值值的偏离情况，检测系统运行异常，进而识别系统的早期故障；同时可以基于实际性能指标预期期望值的偏离情况对车门电机的性能状态进行定量评估，为实现基于状态的维修决策提供支持。
5.为实现上述发明目的，本发明提供一种城轨车辆车门电机性能检测和评价方法，其特征在于包括下列步骤：
6.1)定义车门电机即加速段电流峰值、高速段电流峰值和减速段电流峰值为车门电机性能特征参数；
7.2)利用支持向量数据描述svdd构建车门电机性能指标；
8.3)定义采用车门电机无故障、无性能退化且车门正常开闭时候的电机性能特征参数构建样本训练得到的svdd超球半径为车门电机性能指标基准值；
9.4)计算车门性能指标值与基准值的偏差；
10.5)基于偏差值进行性能检测和性能评价。
11.优选的，步骤3)构建样本训练得到的svdd超球半径具体为，构建如下优化问题：
[0012][0013]
s.t.||x
i-a||2≤r2 εi；
[0014]
εi≥0
[0015]
得到上述优化问题的对偶问题：
[0016][0017]
s.t.0≤αi≤c；
[0018][0019]
其中，k(.)为核函数，本发明采用高斯核函数；采用训练样本进行训练，得到超球面球心及半径：
[0020][0021]
进一步地，基于步骤3)训练的svdd模型，对于采用步骤1)定义的车门电机特征参数构建新样本x
new
，计算新样本与svdd超球球心的距离d
new
，
[0022][0023]
计算d
new
与基准性能指标的偏差值δr：
[0024][0025]
优选的，基于δr及其构成的时间序列对车门驱动电机进行性能检测，具体方法如下：
[0026]
1)如果δr超过给定的阈值δ，表明城轨车辆车门驱动电机性能超限，需要进行检修，排除故障或其它因素；
[0027]
2)如果δr时间序列发生了突变，表明城轨车辆车门驱动电机有可能发生了故障，需要进行检修和故障排除；
[0028]
3)如果δr时间序列产生了趋势，表明城轨车辆车门驱动电机发生了故障或者性能在比较稳定的下降，需要密切关注并进行故障诊断。
[0029]
优选的，根据δr的大小对城轨制车辆制动系统进行健康量化评估，具体方法为：基于步骤4)计算的δr，对车门驱动电机的性能进行评价；由于每开关一次车门就可形成一个样本点，所以可以每开关一次车门就可以进行一次性能评价；考虑到车门驱动电机性能退化是一个缓变过程，因此可以以较长的周期，如1天进行一次性能评价，首先对δr进行归一化，具体如下：
[0030][0031]
其中，δ为归一化阈值，α归一化因子，介于0，1之间，k可以根据实际情况具体选择；然后选择隶属函数，根据步骤4)中归一化的δr进行车门驱动电机性能评价。
[0032]
优选的，车门驱动电机性能评价采用三角型隶属函数，对经过归一化的δr进行计算对预先定义的电机等级的隶属度进行计算，将隶属度最大的等级作为车门驱动电机的性能等级。
[0033]
本发明相对于现有城轨车辆车门电机故障检测和性能评价技术，可以充分利用实际运行数据分析技术对城轨车辆车门电机的性能退化及早期故障进行检测，从而能够为城轨车辆制动系统的状态维修提供有力的支撑。此外，在数据分析建模过程中，只需要城轨车辆车门电机正常运行数据构建训练样本，而不需要大量的故障样本，使得数据更加容易获取，不要通过故障注入试验等获取模型训练数据，增加了本发明方法的可操作性。
附图说明
[0034]
图1是车门电机工作阶段示意图；
[0035]
图2是性能检测和评价流程图。
具体实施方式
[0036]
参照图1和图2，本发明具体实施过程如下：
[0037]
1)根据城轨车辆车门系统及驱动电机的工作特性，将开关门过程中的车门驱动电机电流划分为加速段电流、高速段电流及减速段电流三个数据分段，分别取三段数据中的电流峰值作为特征参数，即加速段电流峰值、高速段电流峰值和减速段电流峰值，记为i
pa
，i
ph
，i
ps
；
[0038]
2)定义城轨车辆车门驱动电机的性能指标，采用支持向量数据描述(svdd)模型构建性能指标，模型以步骤1)中定义的特征参数i
pa
，i
ph
，i
ps
构成的样本点xi＝{i
pa
，i
ph
，i
ps
}为输入，以样本点与svdd超球球心a的距离d为性能指标；
[0039]
3)定义车门驱动电机无故障、无性能退化，且车门正常开门时车门驱动电机的运行行为为正常行为，采用正常行为对应的特征参数构成的样本集{xi}n对步骤2)定义的svdd模型进行训练，将svdd超球半径作为车门驱动电机正常工作时的基准性能指标其中，n为满足正常行为定义的特征参数构成的样本个数。
[0040]
具体为，构建如下优化问题：
[0041][0042]
s.t.||x
i-a||2≤r2 εi；
[0043]
εi≥0
[0044]
得到上述优化问题的对偶问题：
[0045][0046]
s.t.0≤αi≤c；
[0047][0048]
其中，k(.)为核函数，本发明采用高斯核函数。采用训练样本进行训练，得到超球面球心及半径：
[0049][0050]
由上式可知，每一个支持向量x
α
均对应一个超球球心半径，因此本发明采用96％的统计控制限作最终超球半径，及基准性能指标统计控制限可以根据实际应用情况进行调整。
[0051]
4)基于步骤3)训练的svdd模型，对于采用步骤1)定义的车门电机特征参数构建新样本x
new
，计算新样本与svdd超球球心的距离d
new
，
[0052][0053]
计算d
new
与基准性能指标的偏差值δr：
[0054][0055]
5)基于δr及其构成的时间序列对车门驱动电机进行性能检测，性能检测流程如图2所示。
[0056]
具体方法为：对δr及其构成的时间序列进行分析：
[0057]
5.1)如果δr超过给定的阈值δ，表明城轨车辆车门驱动电机性能超限，需要进行检修，排除故障或其它因素；
[0058]
5.2)如果δr时间序列发生了突变，表明城轨车辆车门驱动电机有可能发生了故障，需要进行检修和故障排除；
[0059]
5.3)如果δr时间序列产生了趋势，表明城轨车辆车门驱动电机发生了故障或者性能在比较稳定的下降，需要密切关注并进行故障诊断。
[0060]
此外，还可以根据δr的大小对城轨制车辆制动系统进行健康量化评估，为城轨车辆的检修提供决策支持。
[0061]
6)基于步骤4)计算的δr，对车门驱动电机的性能进行评价。由于每开关一次车门就可形成一个样本点，所以可以每开关一次车门就可以进行一次性能评价。考虑到车门驱动电机性能退化是一个缓变过程，因此可以以较长的周期，如1天进行一次性能评价。
[0062]
具体方法为：首先对δr进行归一化，具体如下：
[0063][0064]
其中，δ为归一化阈值，α归一化因子，介于0，1之间，k可以根据实际情况具体选择。然后选择隶属函数，根据步骤4)中归一化的δr进行车门驱动电机性能评价。本发明采用三角型隶属函数(实际应用中可按照车门驱动电机性能退化情况选用其它隶属函数)，对经过归一化的δr进行计算对预先定义的电机等级的隶属度进行计算，将隶属度最大的等级作为车门驱动电机的性能等级。