CN110308002B - 一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法，包括：利用SIMPACK车辆动力学仿真软件和ABAQUS有限元分析软件，构建轮轨接触的刚柔耦合模型，分析列车振动产生的力的传递规律，得到在轨道布设加速度传感器方案；根据SIMPACK车辆动力学仿真软件计算结果，结合轮轨接触的刚柔耦合模型中列车运行时相应信号变化情况，验证轨道布设加速度传感器方案的合理性，计算传感器布设间隔和测量误差，构建列车故障仿真模型，得出传感器的布设规律；在轨道两侧布设加速度传感器，采集轮轨振动加速度信号，对加速度信号进行处理，利用时频分析和谱细化分析方法实现列车悬挂系统故障的检测。本发明在准确检测到悬挂系统故障的同时还能够降低检测的成本。

Description

一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法

技术领域

本发明涉及城轨列车悬挂系统故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法。

背景技术

随着我国城轨列车建设规模的不断扩大，对列车运行的安全性和舒适性也提出了更高的要求。悬挂系统作为保障列车安全运行的关键部件，能够承载车体和转向架的载荷，对轨道不平顺、车体自重等因素引起的车辆振动和轮轨冲击起到缓冲的作用。因此，为保障列车平稳和安全运行，对列车悬挂系统进行及时有效的安全检测是十分必要的。

目前，针对列车悬挂系统故障诊断的研究方法主要有三种，即基于模型的方法、基于知识的方法和基于数据驱动的方法。

基于数学模型的故障诊断方法利用现有的知识建立系统的数学模型,将系统的输入与输出同时传递给数学模型,按照一定的准则与需求构造系统的残差,通过分析残差达到故障检测、分离与辨识的目的。基于解析模型的方法又可以分为状态估计方法、参数估计方法以及等价空间方法三种。

基于知识的故障诊断方法不需要诊断对象的精确数学模型,同时区别于基于信号处理的方法,引入了诊断对象的多方面信息,特别是可以充分利用相关领域专家的经验知识,该方法适合离线系统的故障诊断。随着现代系统的日趋大型化、复杂化,基于知识的故障诊断方法获得了足够的重视并取得了大量的研究成果。常见的基于知识的方法有基于专家系统的方法、基于模糊推理的方法、基于模式识别的方法以及基于神经元网络的方法等。

基于数据驱动的故障诊断方法直接利用信号模型,如相关函数、高阶统计量等,或者通过频谱分析,回归过程以及小波分析技术手段,从信号中提取故障特征,达到故障检测与诊断的目的。基于多元统计分析的故障诊断方法就是其中最具代表性的一种。这类方法利用多元投影方法将多变量的样本空间分解成由主元变量张成的较低维的投影子空间和一个相应的残差子空间,并分别在这两个空间中构造能够反映空间变化的统计量,然后将观测向量分别向这两个子空间投影,并计算相应的统计量指标用于过程监控。这类方法通常称为数据驱动的故障诊断方法。

基于上述故障诊断方法，已有的研究在车辆悬挂系统故障检测中也取得了很多创新性成果,其中基于数据驱动的故障诊断方法是近几年应用较为普遍的一种，其在信号的获取过程中，大都是基于车载设备进行的，即在车体或转向架上布设相应的传感器，获取车辆运行过程中的振动信号，该方法的局限性在于车辆的每个车体和转向架都要进行传感器的布设，检测的成本会提高。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法，以克服现有技术的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法，包括以下步骤：

步骤1：利用SIMPACK车辆动力学仿真软件和ABAQUS有限元分析软件，构建轮轨接触的刚柔耦合模型，利用SIMPACK计算轮轨接触力和轨道振动加速度，分析列车振动产生的力的传递规律，根据力的传递规律，得到在轨道布设加速度传感器方案；

步骤2：根据SIMPACK车辆动力学仿真软件计算结果，结合所述轮轨接触的刚柔耦合模型中列车运行时相应信号变化情况，验证所述轨道布设加速度传感器方案的合理性，计算传感器布设间隔和测量误差，构建列车故障仿真模型，得出传感器的布设规律；

步骤3：根据所述传感器的布设规律在轨道两侧布设加速度传感器，采集轮轨振动加速度信号，对所述加速度信号进行处理，利用时频分析和谱细化分析方法实现列车悬挂系统故障的检测。

优选地，所述分析列车振动产生的力的传递规律，根据力的传递规律，得到在轨道布设加速度传感器方案，具体为：

1)分析重力传递顺序：车体上部的重量——二系弹簧悬挂装置——转向架构架——轴箱弹簧悬挂装置——轮对——钢轨；

2)分析横向力传递：钢轨——轮对——轴箱定位装置——转向架构架——二系弹簧悬挂装置——车体底架——车体；

当车轮经轨道不平顺时，车轮产生一个向上的垂直加速度

没有弹簧减震装置时，瞬时动作用力

有弹簧减震装置时，瞬时动作用力

Q为轮载，q为簧下质量；z为轮轨接触时轨道的形变量，g为重力加速度，g＝9.8m/s²，k为弹簧的刚度，h为轨道不平顺值；

根据上述力的传递规律和轮轨接触瞬时作用力的情况，得到在轨道布设轨道传感器方案。

优选地，所述利用SIMPACK车辆动力学仿真软件和ABAQUS有限元分析软件，构建轮轨接触的刚柔耦合模型，利用SIMPACK计算轮轨接触力和轨道振动加速度，包括：

在ABAQUS有限元分析软件中建立柔性轨模型，轮轨上表面每隔一定距离D选一个参考点，共n个点，轮轨下表面每隔2D选一个参考点，共n/2个点，将这n+n/2个点作为主节点，保留节点的6个自由度，其中，D为间隔距离，n为自然数，将柔性轨道模型导入SIMPACK模型，实现构建轮轨刚柔耦合模型，在SIMPACK中进行接触力和振动加速度的计算。

优选地，所述步骤2包括：

根据SIMPACK计算结果得出，刚性耦合轮轨两侧的接触力在x,y,z方向是恒定不变的，而刚柔耦合建模中，随着列车的运行，由于轨道激励造成的车体振动，轮轨接触力会在x,y,z方向产生明显的波动，当列车悬挂系统零部件发生故障时，相应的信号变化情况为：动力学部件故障——部件动力学性能参数变化——车辆动力学响应特性改变——动力学响应信号；

基于地面检测的列车故障诊断，需要测得列车在运行过程中，轨道上的垂向加速度，传感器在布设时考虑以车辆运行速度的大小来衡量测量的误差，

其中，f＝1000Hz,v_act＝30m/s；

由此可知传感器布设间隔的计算公式为

η表示测量误差，v_act车辆实际运行速度，v_mea为测量得到的车辆运行速度；s为传感器间隔距离，C为允许误差的阈值，f为仿真过程中的采样频率；

根据公式，得到传感器布设间隔和测量误差的关系趋势线，由拟合曲线可知，在测量误差和传感器的布设间隔呈现一种反比例关系，根据测量误差和传感器的布设间隔的关系进行布设实验，根据故障检测的结果，得到最佳的传感器布设规律。

优选地，所述步骤3包括：

在仿真模型的基础上，在轨道两侧各布设加速度传感器，进行加速度信号的测量，仿真过程中设置n种不同的工况进行故障的初步诊断；

对仿真模型进行离线积分运算，得到上述n-1种故障工况的时域结果；

对振动加速度进行傅里叶变换，得到上述n-1种故障工况的频域结果；

对比仿真模型的时域和频域分析结果，各工况间的没有明显的特征区别，因此对模型进行基于傅里叶变换和基于线性调频Z变换的谱细化分析；

由傅里叶变换和基于线性调频Z变换的谱细化分析结果可知，不同工况的傅里叶变换谱细化分析和线性调频Z变换的分析效果相同，故障工况与正常工况相比的傅里叶变化幅值和线性调频Z变换幅值会有明显的偏大，通过谱细化分析能够区分故障工况和正常工况，实现列车悬挂系统故障的检测。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法，通过在轨道布设加速度传感器，检测列车经过时的轮轨振动加速度信号，对振动加速度信号进行采集，进而通过对信号的处理，实现列车悬挂系统的故障诊断，再利用SIMPACK车辆动力学仿真软件，结合ABAQUS有限元分析软件，实现轮轨接触的刚柔耦合建模，在此基础上，提出传感器的布设规律和方法，并利用采集的振动加速度信号，利用时频分析方法和谱细化分析方法实现悬挂系统故障的检测，验证建模方法的合理性。与基于车载设备的故障诊断技术相比，本发明在准确检测到悬挂系统故障的同时还能够降低检测的成本。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法示意图；

图2为弹性轨道模型及传感器布设位置示意图；

图3为轮轨刚柔耦合示意图；

图4刚性轨道和柔性轨道轮轨接触力对比图；

图5城轨列车轮轨刚柔耦合仿真整车模型示意图；

图6传感器布设间距和测量误差关系示意图；

图7基于地面检测的城轨列车故障仿真平台示意图；

图8正常情况下的时域分析结果示意图；

图9故障1时域分析结果示意图；

图10故障2时域分析结果示意图；

图11故障3时域分析结果示意图；

图12故障4时域分析结果示意图；

图13故障5时域分析结果示意图；

图14故障6时域分析结果示意图；

图15故障1频域分析结果示意图；

图16故障2频域分析结果示意图；

图17故障3频域分析结果示意图；

图18故障4频域分析结果示意图；

图19故障5频域分析结果示意图；

图20故障6频域分析结果示意图；

图21故障1与正常工况对比示意图；

图22故障2与正常工况对比示意图；

图23故障3与正常工况对比示意图；

图24故障4与正常工况对比示意图；

图25故障5与正常工况对比示意图；

图26故障6与正常工况对比示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提供了一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：利用SIMPACK车辆动力学仿真软件和ABAQUS有限元分析软件，构建轮轨接触的刚柔耦合模型，利用SIMPACK计算轮轨接触力和轨道振动加速度，分析列车振动产生的力的传递规律，根据力的传递规律，得到在轨道布设加速度传感器方案。

由于车载检测设备会造成检测成本的提高，所以根据列车运行过程中振动信号的传递规律，提出一种基于地面检测的方法，分析列车振动产生的力的传递规律，根据力的传递规律，得到在轨道布设加速度传感器方案。

列车在运行过程中，由于轨道不平顺等激励的影响，悬挂系统各部件上会产生相应的力。其力的传递过程为：

(1)重力传递顺序：车体上部的重量——二系弹簧悬挂装置——转向架构架——轴箱弹簧悬挂装置(一系悬挂)——轮对——钢轨

(2)横向力传递：钢轨——轮对——轴箱定位装置——转向架构架——二系弹簧悬挂装置——车体底架——车体

当车轮经轨道不平顺时(h小于等于10mm)，车轮产生一个向上的垂直加速度

没有弹簧减震装置时，瞬时动作用力

有弹簧减震装置时，瞬时动作用力

Q为轮载，q为簧下质量；

z为轮轨接触时轨道的形变量，g为重力加速度，g＝9.8m/s²，k为弹簧的刚度，h为轨道不平顺值；

上述力的传递规律表明在车辆悬挂系统的作用之下，轮轨接触瞬时作用力的情况，由此得到在轨道布设轨道传感器方案的可行性。

基于地面检测的前提是在轨道上布设传感器等检测设备，采集传递到轨道上的力，由于SIMPACK进行多体动力学建模时，轨道上采集的振动信号效果不佳，因此，需要在有限元分析软件建立弹性轨道模型。首先在ABAQUS有限元分析软件中建立柔性轨模型，轮轨上表面每隔0.3m选一个参考点，共80个点，轮轨下表面每隔0.6m选一个参考点，共40个点，将这120个点作为主节点，保留节点的6个自由度，传感器的布设位置，和刚柔耦合建模结果如图2所示。将柔性轨道模型导入SIMPACK模型，实现轮轨刚柔耦合，在SIMPACK中进行接触力和振动加速度的计算。在SIMPACK软件中可以看到柔性轨有明显的变形。利用SIMPACK计算轮轨接触力如图3所示，可以发现，刚柔耦合建模前后，轮轨接触力出现明显的波动如图4所示，最后，在SIMPACK中完成刚柔耦合整车模型的搭建，建模结果的三视图如图5所示。后续研究将在该模型的基础上，进行不同工况的仿真，实现悬挂系统的故障诊断。

步骤2：根据SIMPACK车辆动力学仿真软件计算结果，结合所述轮轨接触的刚柔耦合模型中列车运行时相应信号变化情况，验证所述轨道布设加速度传感器方案的合理性，计算传感器布设间隔和测量误差，构建列车故障仿真模型，得出传感器的布设规律。

基于车载设备的检测中，轮轨刚性接触对车载传感器的影响很小，所以刚性接触的轮轨接触力和轨道振动加速度是常数，而在基于地面检测的过程中，需要在轨道布设传感器，这就需要轨道上的轮轨接触力和轨道振动加速度是变化的，而在本发明中的模型计算结果显示，其值是变化的。

SIMPACK动力学软件的输入数据是实际城轨车辆的参数，输出参数是轮轨接触力和轨道振动加速度，ABAQUS输入数据是60号钢轨的参数，输出数据是有限元分析后节点受力分布情况。根据SIMPACK计算结果得出，刚性耦合轮轨两侧的接触力在x,y,z方向是恒定不变的，而刚柔耦合建模中，随着列车的运行，由于轨道激励造成的车体振动，轮轨接触力会在x,y,z方向产生明显的波动，当列车悬挂系统零部件发生故障时，相应的信号变化情况为：动力学部件故障——部件动力学性能参数变化——车辆动力学响应特性改变——动力学响应信号(速度、加速度、力等)变化量，结合SIMPACK计算结果进一步证明了本发明提出的地面检测的合理性。

为了开展基于地面检测的列车故障诊断，需要测得列车在运行过程中，轨道上的垂向加速度，本发明对轨道布设传感器的规律进行研究。传感器在布设时考虑以车辆运行速度的大小来衡量测量的误差。

其中f＝1000Hz,v_act＝30m/s；

由此可知传感器布设间隔的计算公式为

η表示测量误差，v_act车辆实际运行速度，v_mea为测量得到的车辆运行速度；s为传感器间隔距离，C为允许误差的阈值，f为仿真过程中的采样频率。

根据公式，可以得到传感器布设间隔和测量误差的关系趋势线如图6所示。

由拟合曲线可知，在测量误差和传感器的布设间隔呈现一种反比例关系，但是传感器的布设距离并不是越大越好，需要在该规律的前提下，进行布设实验，根据故障检测的结果，到最佳的传感器布设规律，图7为基于地面检测的列车故障仿真平台示意图。

步骤3：根据所述传感器的布设规律在轨道两侧布设加速度传感器，采集轮轨振动加速度信号，对所述加速度信号进行处理，利用时频分析和谱细化分析方法实现列车悬挂系统故障的检测。

在仿真模型的基础上，基于上述最佳的传感器布设规律在轨道两侧各布设15个加速度传感器，进行加速度信号的测量。仿真过程中设置7种不同的工况进行故障的初步诊断。设置的7种故障工况表1所示。

表1故障工况表

工况	故障类型	名称	故障程度
				正常	**	**	0％
故障1	一系弹簧(后转向架右侧)	$F_R_BOGIE_PS_JIANZHEN_FR	50％
				故障1	一系弹簧(后转向架左侧)	$F_R_BOGIE_PS_JIANZHEN_FL	50％
故障3	一系垂向阻尼(阻尼)	$F_F_BOGIE_PS_JIANZHEN	50％
				故障4	一系垂向弹簧(弹簧)	$F_F_BOGIE_PS_JIANZHEN	50％
故障5	一系垂向弹簧(弹簧)	$F_F_BOGIE_PS_JIANZHEN	25％
				故障6	一系垂向弹簧(弹簧)	$F_F_BOGIE_PS_JIANZHEN	100％

对仿真模型进行离线积分运算，得到上述6种故障工况的时域结果如图8至图14所示，其中横坐标为时间，单位是ms，纵坐标为加速度，单位是m/s²。对振动加速度进行傅里叶变换，得到信号的频域变换结果如图15-图20所示，其中横坐标为频率，单位是Hz，纵坐标为加速度幅值，单位是m/s²。

对比仿真模型的时域分析结果，各工况间的没有明显的特征区别。因此对模型进行基于傅里叶变换和基于线性调频Z变换的谱细化分析。该故障1和故障2的谱细化分析结果如图21、图22所示，其中横坐标为频率，单位是Hz，纵坐标为幅值。

上述两种工况的傅里叶变换谱细化分析和线性调频Z变换的分析结果表明，两种谱细化分析方法对分析效果是相同的，因此，对其他四种工况的检测，采用基于傅里叶变换的谱细化分析，正常工况和故障工况的对比检测结果如图23到图26所示，从结果的对比图中可以看出，与正常工况相比，故障工况的傅里叶变化幅值会有明显的偏大。

由上述谱细化分析结果显示，通过谱分析能够区分故障工况和正常工况，具体测量节点如表2所示。

表2故障特征明显的节点统计表

故障情景	基于FFT的谱细化	基于CZT的谱细化	故障诊断是否能检测
				故障1	1,3,5,7,11,12	3,4,5,7,11,12,14,15	是
故障2	1,2,3,5,7,12,13,14	1,2,3,5,7,8,11,12	是
				故障3	1,16	1,16	是
故障4	1,3,5,7,13	1,3,5,7,13	是
				故障5	1,15	1,15	是
故障6	1,13	1,13	是

综上所述，本发明实施例一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法，利用轮轨刚柔耦合建模，在轨道上布设加速度传感器，测得车辆经过时的振动加速度信号，当动力学部件故障，引起部件动力学性能参数变化，轨道上的车辆动力学响应特性改变，从而导致动力学响应信号(速度、加速度、力等)变化，通过不同响应的振动信号，即可得到悬挂系统关键部件的故障情况，地面检测的结果表明，故障工况与正常工况相比，谱细化分析后振动加速度的幅值会有明显增大。与传统的基于车辆检测的故障诊断方法相比，基于地面的检测方法在准确检测到悬挂系统故障的同时还能够降低检测的成本。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于地面检测的城轨列车悬挂系统故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：利用SIMPACK车辆动力学仿真软件和ABAQUS有限元分析软件，构建轮轨接触的刚柔耦合模型，利用SIMPACK计算轮轨接触力和轨道振动加速度，分析列车振动产生的力的传递规律，根据力的传递规律，得到在轨道布设加速度传感器方案；

步骤2：根据SIMPACK车辆动力学仿真软件计算结果，结合所述轮轨接触的刚柔耦合模型中列车运行时相应信号变化情况，验证所述轨道布设加速度传感器方案的合理性，计算传感器布设间隔和测量误差，构建列车故障仿真模型，得出传感器的布设规律，包括：根据SIMPACK计算结果得出，刚性耦合轮轨两侧的接触力在x,y,z方向是恒定不变的，而刚柔耦合建模中，随着列车的运行，由于轨道激励造成的车体振动，轮轨接触力会在x,y,z方向产生明显的波动，当列车悬挂系统零部件发生故障时，相应的信号变化情况为：动力学部件故障——部件动力学性能参数变化——车辆动力学响应特性改变——动力学响应信号；

基于地面检测的列车故障诊断，需要测得列车在运行过程中，轨道上的垂向加速度，传感器在布设时考虑以车辆运行速度的大小来衡量测量的误差，

其中，f＝1000Hz,v_act＝30m/s；

由此可知传感器布设间隔的计算公式为

η表示测量误差，v_act车辆实际运行速度，v_mea为测量得到的车辆运行速度；s为传感器间隔距离，C为允许误差的阈值，f为仿真过程中的采样频率；

根据公式，得到传感器布设间隔和测量误差的关系趋势线，由拟合曲线可知，在测量误差和传感器的布设间隔呈现一种反比例关系，根据测量误差和传感器的布设间隔的关系进行布设实验，根据故障检测的结果，得到最佳的传感器布设规律；

步骤3：根据所述传感器的布设规律在轨道两侧布设加速度传感器，采集轮轨振动加速度信号，对所述加速度信号进行处理，利用时频分析和谱细化分析方法实现列车悬挂系统故障的检测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析列车振动产生的力的传递规律，根据力的传递规律，得到在轨道布设加速度传感器方案，具体为：

1)分析重力传递顺序：车体上部的重量——二系弹簧悬挂装置——转向架构架——轴箱弹簧悬挂装置——轮对——钢轨；

2)分析横向力传递顺序：钢轨——轮对——轴箱定位装置——转向架构架——二系弹簧悬挂装置——车体底架——车体；

当车轮经轨道不平顺时，车轮产生一个向上的垂直加速度

没有弹簧减震装置时，瞬时动作用力

有弹簧减震装置时，瞬时动作用力

Q为轮载，q为簧下质量；z为轮轨接触时轨道的形变量，g为重力加速度，g＝9.8m/s2，k为弹簧的刚度，h为轨道不平顺值，t为时间；

根据上述力的传递规律和轮轨接触瞬时作用力的情况，得到在轨道布设轨道传感器方案。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用SIMPACK车辆动力学仿真软件和ABAQUS有限元分析软件，构建轮轨接触的刚柔耦合模型，利用SIMPACK计算轮轨接触力和轨道振动加速度，包括：

在ABAQUS有限元分析软件中建立柔性轨模型，轮轨上表面每隔一定距离D选一个参考点，共n个点，轮轨下表面每隔2D选一个参考点，共n/2个点，将这n+n/2个点作为主节点，保留节点的6个自由度，其中，D为间隔距离，n为自然数，将柔性轨道模型导入SIMPACK模型，实现构建轮轨刚柔耦合模型，在SIMPACK中进行接触力和振动加速度的计算。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

在仿真模型的基础上，在轨道两侧各布设加速度传感器，进行加速度信号的测量，仿真过程中设置n种不同的工况进行故障的初步诊断；

对仿真模型进行离线积分运算，得到n-1种故障工况的时域结果；

对振动加速度进行傅里叶变换，得到n-1种故障工况的频域结果；

对比仿真模型的时域和频域分析结果，各工况间的没有明显的特征区别，因此对模型进行基于傅里叶变换和基于线性调频Z变换的谱细化分析；

由傅里叶变换和基于线性调频Z变换的谱细化分析结果可知，不同工况的傅里叶变换谱细化分析和线性调频Z变换的分析效果相同，故障工况与正常工况相比的傅里叶变化幅值和线性调频Z变换幅值会有明显的偏大，通过谱细化分析能够区分故障工况和正常工况，实现列车悬挂系统故障的检测。

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