基于监测数据的高速列车服役安全性态评估的关键问题研究

针对高速列车安全服役中亟待解决的重大应用基础问题，本项目应用现代信息技术，研究基于监测数据及"状态反演"方式的高速列车服役安全性态评估的机理与模型，这是一个崭新的课题。本项目以与运行安全关系最密切的高速列车走行部及轨道状态为对象，围绕高速列车服役安全性态反演评估，通过"关键参数高精度实时估计研究"、"服役安全性态特征分析研究"、"服役安全性态评估研究"、"动力学仿真分析与反演识别研究"和"服役安全性态可测性研究"等5个相互关联的子课题的协同研究，解决"基于监测数据的高速列车服役安全性态的表征与估计问题"、"高速列车服役安全性态演变趋势的仿真发现问题"和"高速列车服役安全性态的可测性问题"等3个关键科学问题，实现"建立基于监测数据的高速列车服役安全性态评估的理论体系"的项目目标，为"高速列车安全预警与健康维护"的应用研发奠定坚实的理论基础。

项目研究基于监测数据及状态反演方式的高速列车服役安全性态评估机理与模型。以走行部及轨道状态为对象，围绕高速列车服役安全性态反演评估，通过监测数据特征提取与分析、安全性态评估、动力学建模与力学特性分析、服役安全性态可测性研究、以及关键参数高精度实时估计，实现了建立基于监测数据的高速列车服役安全性态评估的理论体系的项目目标，取得了以下成果：.项目提出并系统研究了基于监测数据的高速列车动力学安全性态的估计问题。将监测数据特征分析与高速列车非线性动力学分析相结合，进行特征提取、特征选择、信息融合和评估等，实现了这一系统性的研究方法和对高速列车动力学安全性态的有效反演估计。针对单故障、混合故障、参数蜕化三类故障类型，应用十余种信号处理方法，提出了一系列的基于监测数据的特征分析模型与算法，并给出了特征评价、信息融合和性能评估等的计算模型及算法。通过理论分析、实车试验、理论模型修正循环迭代，完善了高速列车故障状态下的理论模型及运行安全实时检测技术。提出了一种适于非线性车辆系统并满足无损、连续测力需求的轮轨力间接测量方法；获得了一系钢簧故障状态的整车动力学模型，解决了钢簧失效对车辆动力学性能影响的问题。提出了基于多模型融合的高速列车转向架系统关键部件安全性态的检测新方法，获得了多种关键动力部件早期故障的可测性模型，解决了动不平衡振动的模态叠加等多个关键技术问题；提出了基于关键部件隐患信息的安全性态测试方法；实现了轮轨界面、悬挂等隐患的在线检测。建立了高速列车走行部的动力学切换系统模型，使用多滤波器联合估计策略进行参数估计，给出了基于多种滤波器的高速列车动力学关键参数与状态的联合估计。.本项目通过系统的理论研究和实验验证，建立了基于监测数据的高速列车服役安全性态评估的理论体系，为高速列车安全预警与健康维护技术提供一种全新的研究方法和思路，为高速列车服役安全性态监测与评估研究奠定扎实的理论基础。