车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置和故障预测方法与流程

技术特征：
1.一种车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置，其特征在于，装置包括传输单元、传感器采集单元、实时监控与报警单元、故障特征提取单元、故障诊断与预警单元和显示单元，其中：传输单元用于获取车辆传动控制系统中的传动控制系统和网络控制系统中的原有业务数据，并将故障预测与健康管理装置的诊断与预警结果传输给网络控制系统；传感器采集单元用于获取新增传感器采集的车辆传动控制系统的关键部件的信息；实时监控与报警单元用于根据来自传输单元和传感器采集单元的实时监测数据，计算车辆传动控制系统的关键部件的运行状态指标，如果关键部件的运行状态指标超过设定阈值则触发报警，并将报警信息发送给显示单元；故障特征提取单元用于融合原有业务数据和新增传感器采集的实时监测数据，进行特征提取并计算关键部件的多种故障特征指标向量；故障诊断与预警单元用于基于故障特征提取单元计算获得的故障特征指标，采用故障诊断模型对传动控制系统关键部件进行故障模式识别，诊断出关键部件的故障模式，将诊断与预警结果发送给显示单元；显示单元用于将故障报警、诊断与预警信息进行显示。2.根据权利要求1所述的车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置，其特征在于，传输单元获取到的数据包括但不限于：传动控制系统的实时信号和网络控制系统的网络数据，其中传输单元通过光纤接收传动控制系统的实时信号，并通过以太网接收网络控制系统的网络数据。3.根据权利要求1所述的车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置，其特征在于，传感器采集单元采集到的模拟信号包括但不限于：多路电流信号、电压信号、振动信号和温度信号。4.根据权利要求1所述的车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置，其特征在于，车辆传动控制系统的关键部件包括但不限于：电抗器、高速断路器、牵引变流器、牵引电机、齿轮箱、轴箱，其中牵引变流器包括但不限于电容器、冷却风机、igbt模块、接触器。5.根据权利要求1所述的车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置，其特征在于，故障特征提取单元的特征提取方法包括但不限于：时域特征指标分析、fft频谱分析、快速峭度谱分析、功率谱分析、加速度包络谱法、小波分解法、转速追踪法。6.根据权利要求1所述的车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置，其特征在于，故障特征指标向量包括但不限于：牵引电机轴承故障特征频率及其幅值、齿轮箱轴承故障特征频率及其幅值、轴箱轴承故障特征频率及其幅值、牵引电机负序电流。7.根据权利要求1所述的车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置，其特征在于，故障诊断模型包括但不限于：人工智能故障诊断模型、机理模型、专家规则模型，其中人工智能故障诊断模型包括但不限于梯度提升树、随机森林、支持向量机、神经网络、深度学习，机理模型包括但不限于故障观测器模型、参数辨识模型、残差诊断模型，专家规则模型包括但不限于横向对比法、纵向对比法。8.根据权利要求1所述的车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置，其特征在于，故障预测与健康管理装置还包括：存储单元，用于当触发故障报警时对故障日志、故障前后设定时间段内的运行数据进
行存储，其中所存储的运行数据包括但不限于：电流、电压、振动、温度、速度和牵引力的实时波形数据。9.一种基于权利要求1所述的车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置的故障预测方法，其特征在于，故障预测方法包括：传输单元获取传动控制系统和网络控制系统中的原有业务数据，且传感器采集单元获取新增传感器采集的实时监测数据；实时监控与报警单元根据实时监测数据，计算车辆传动控制系统的关键部件运行状态指标，如果关键部件运行状态指标超过设定阈值则触发报警，并将报警信息发送给显示单元；故障特征提取单元融合原有业务数据和新增传感器采集的实时监测数据，进行特征提取，进而计算车辆传动控制系统中的关键部件的故障特征指标向量；故障诊断与预警单元基于故障特征提取单元计算获得的故障特征指标，采用故障诊断模型对传动控制系统的关键部件进行故障模式识别，诊断出关键部件的故障模式，最后将诊断与预警结果发送给显示单元；显示单元将故障报警、诊断与预警信息进行显示。10.根据权利要求9所述的基于车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置的故障预测方法，其特征在于，故障预测方法还包括：当触发故障报警时对故障日志、故障前后设定时间段内的运行数据进行存储。

技术总结
本发明公开了一种车辆传动控制系统的故障预测与健康管理装置及其故障预测方法，通过对传动控制系统关键部件运行参数进行采集、监测、分析、诊断与预警，实现传动控制系统关键部件的状态监测与健康管理。其技术方案为：装置包括传输单元、传感器采集单元、实时监控与报警单元、故障特征提取单元、故障诊断与预警单元和显示单元，通过传输单元和传感器数据采集单元对传动控制系统、网络控制系统的已有数据及新增传感器采集的数据进行数据融合，为故障诊断与预警提供数据基础，独立于牵引控制单元运行，根据监测数据实时自动地进行故障特征指标提取，对城轨传动控制系统关键部件进行故障诊断与预警提示，实现在线故障诊断和预警。实现在线故障诊断和预警。实现在线故障诊断和预警。


技术研发人员：戴计生 朱文龙 刘勇 罗云飞 杨家伟 江平 邢云龙 李益 徐海龙 张中景 詹彦豪 张士强
受保护的技术使用者：株洲中车时代电气股份有限公司
技术研发日：2020.03.13
技术公布日：2021/9/13