[发明专利]一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法

权利要求书

1.一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其特征在于，其步骤包括：

步骤1）信号获取：采集车辆左右侧轴箱垂向加速度信号；

步骤2）数据预处理：使用低通滤波器对信号降噪并剔除异常监测数据；

步骤3）基于惯性原理分析振动信号：

步骤3.1）对预处理后的加速度信号使用积分滤波器进行二次积分，得到轨面垂向位移波动信号；

步骤3.2）采用最小二乘法去除积分后产生的趋势项，得到轨面垂向不平顺；

步骤4）使用平方包络算法处理得到轨面垂向不平顺的平方包络信号；

步骤5）根据轨面垂向不平顺的平方包络信号定位轨面三角坑；

步骤6）根据轨面三角坑所在位置，分别确定左右轨面的三角坑基长、幅值。

2.根据权利要求1所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其特征在于，在转向架的左右轴箱上安装加速度传感器来获得加速度信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其特征在于，所述低通滤波器用于去除监测信号中的高频噪声干扰，同时剔除由于传感器缺陷及外界环境引起的异常监测信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其特征在于，步骤3）中二次积分，如下式所示：

由积分定义可得：

（1）

（2）

由（1）和（2）可得：

（3）

此时二次积分滤波器的传递函数 为：

（4）

上式（1）-（4）中 表示轴箱垂向位移值， 表示对 求导数， 为 和 之间的相隔的时间点，z为z变换算子，n表示轴箱加速度采样点。

5.根据权利要求1所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其特征在于，由式（4）可知，积分滤波器容易对低频趋势信号产生积分饱和，利用最小二乘法去除积分后的低频趋势，如下式所示：

+ = （5）

由最小二乘法准则，则应使：

（6）

上式（5）-（6）中 为趋势项拟合函数，取 、… 是拟合函数的系数，Q表示最小化误差平方和， 为加速度积分后 处的位移信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其特征在于，

步骤4）平方包络算法处理为：

车辆通过轨面三角坑时会产生瞬态冲击，并引起振动信号瞬时能量的波动，利用平方包络算法检测轨道不平顺信号 时域内的瞬时能量波动，对于长度为N的零均值滤波信号 ，其平方包络信号 表示为：

（7）

式中 为希尔伯特变换，j= 。

7.根据权利要求1所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其特征在于，步骤5）中，平方包络信号的峰值表示待检测信号的特征突变位置，即平方包络信号曲线的峰值对应线路中轨面三角坑的位置，检测平方包络信号的突变位置，根据不平顺包络曲线峰值定位左右轨轨面三角坑。

8.根据权利要求1所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其特征在于，步骤6）根据三角坑定位信息，结合步骤3）中计算得到的轨面垂向不平顺，识别出三角坑的基本参数基长和幅值，由此可确定三角坑损伤程度，为现场养护维修提供参考依据。

9.根据权利要求1所述的一种基于惯性原理的轨面三角坑识别方法，其特征在于，步骤1）中，要求轴箱垂向加速度信号采样频率大于500Hz，车辆运行速度小于80km/h。