[发明专利]一种基于数字孪生模型的轮对轴箱装置状态监测方法

说明书

本发明涉及一种基于数字孪生模型的轮对轴箱装置状态监测方法，包括以下步骤：首先获取轨道车辆走行部关联数据，并进行数据预处理；再获取轮对轴箱装置的物理模型，将走行部关联数据与物理模型的仿真输出进行特征融合，并将融合后的特征映射到走行部关联空间中；构建轮对轴箱装置的状态模型；最后基于轮对轴箱装置的物理模型和状态模型融合形成数字孪生模型；同时根据走行部状态关联空间预测轮对轴箱装置的状态特征，修正数字孪生模型，对轮对轴箱装置的状态特征进行预测，并根据预测结果指导实体使用策略，更新数字孪生模型，以期获得最优运维策略。与现有技术相比，本发明具有高保真、多尺度、实时表征预测等优点。

技术领域

本发明涉及轨道交通优化运行技术领域，尤其是涉及一种基于数字孪生模型的轮对轴箱装置状态监测方法。

背景技术

随着轨道交通行业的跨越式发展，围绕轨道交通车辆运维的相关技术研究逐渐成为热点，主要目的是为了保证其安全有效的运行，提高服务质量、降低运营成本。轨道车辆具有运行状态复杂多变、噪声干扰大、故障模式复杂，对安全可靠性要求高等特点。轮对轴箱装置作为保证轨道交通车辆持续稳定运行的关键部件，其运行的可靠性、稳定性、安全性将直接影响整车安全稳定的运行。轮对轴箱装置位于车辆下部，在车辆正常行驶过程中，承载全部钢轨的冲击与载荷，工作环境十分恶劣。因此快速、准确地对列车轮对轴箱装置进行状态监测及预测，可达到预测故障、制定最佳维修策略、降低维修费用的目的。设备管理人员也可基于此制定一系列的轮对轴箱装置健康管理策略，这对确保轨道交通系统安全、可靠、稳定的运行具有重要意义。

目前，已有的方法都是被动的对轮对轴箱装置实现运维。这种传统运维方式，工作效率低，易造成不及时现象且无法早期预警一些潜在危险。已远远不能达到现在提倡的精细化、智能化的高标准控制要求，维修人员不能主动的对其生命状态进行健康管理，因此，需要一种全方位管理控制轮对轴箱装置的有效方法。

近年来数字孪生技术备受学术界、工业界、金融界以及政府部门的关注。其能将物理实体和系统的属性、结构、状态、性能、功能和行为映射到虚拟世界，形成高保真的动态多维、多尺度、多物理量模型，为观察、认识、理解、控制和改造物理世界提供一种有效的手段，但目前在轨道交通方面的应用极为有限，所以必将有很大的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于数字孪生模型的轮对轴箱装置状态监测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于数字孪生模型的轮对轴箱装置状态监测方法，包括以下步骤：

1)实时获取轨道车辆走行部关联数据，并进行数据预处理，包括降噪降维和特征提取；

2)采用轮对轴箱相关的物理模型进行仿真获取在极端工况下或故障情况下轮对轴箱装置的状态特征；

3)将物理模型仿真得到的状态特征与走行部关联数据提取的特征进行特征融合，并将融合后的特征映射到走行部关联特征空间中；

4)从走行部关联特征空间中提取轮对轴箱装置相关特征及其他部件关联特征，并进行最大信息系数法的耦合性分析，基于提取的轮对轴箱关联特征及耦合性分析结果构建轮对轴箱装置的状态模型；

5)根据物理模型和状态模型建立轮对轴箱装置的数字孪生模型；

6)根据走行部关联特征空间预测轮对轴箱装置状态特征，以预测结果动态修正数字孪生模型的对应参数；

7)应用数字孪生模型对轮对轴箱装置的状态特征进行实时表征及预测，并根据预测结果指导更新轮对轴箱装置的运维策略；

8)重复步骤1)-7)，获得最优的轮对轴箱装置数字孪生模型。