一种动车组制动产品部件现车状态修便携式测试装置及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通车辆制动领域，特别是一种动车组制动产品部件现车状态修便携式测试装置及方法。

背景技术

动车组制动系统现车状态修主要对制动系统性能进行自动检测、及个别部件(如安全阀、压力开关)进行手动检测，目前无法对制动关键部件(如电空变换阀、中继阀)进行现车自动检测及诊断。对其性能的自动检测，需拆除后在地面台架试验台进行。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种便携式测试装置及方法，现车检测主要制动产品部件在状态修过程中的性能，每次进行1辆车制动产品部件的自动检测，检测完成后，切换至另1辆车。结合历史数据及部件的性能衰退模型，诊断部件的健康状态，对不合格或亚健康部件进行及时更换或维修，提高车辆的可用性，降低故障成本。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种动车组制动产品部件现车状态修便携式测试装置，其特征在于，包括：气路模拟装置、自动检测装置、人机交互系统、传感器；

气路模拟装置：对被测部件的气压进行控制，包括缓冲缓排模块、气压控制模块、气路通断控制模块；

自动检测装置：对被测部件的电信号进行采集与控制，包括cRIO控制器、电源模块、电信号隔离模块；

人机交互系统：硬件基于轻薄款笔记本电脑，通过显示屏进行控制过程与测试数据的人机交互；

传感器包括5个压力传感器、1个露点传感器、3个电流传感器。

检测对象包括电空变换阀、中继阀、紧急电磁阀、停放电磁阀、压力调整阀B8、压力调整阀B11、压力开关、安全阀、制动控制器、风源装置。

所述气路模拟装置、自动检测装置外形均为设备箱形式，设置有拉杆与滚轮。

所述缓冲缓排模块、气路通断模块，共同组成5路独立气路，每路气路的缓冲速率、缓排速率可调，每路气路的通断通过电磁阀进行控制；

所述气压控制模块，进行1路压力的线性调节，其与缓冲缓排模块、气路通断模块相连接；

所述cRIO控制器，基于FPGA的实时控制器，用于采集、控制电信号，其与电信号隔离模块或传感器相连接；

所述电源模块，包括4路独立电源，1路可调电源用于控制电空变换阀的恒流控制，1路可调电源用于控制紧急电磁阀、停放电磁阀的恒压控制，1路开关电源供电于cRIO控制器、传感器、电信号隔离模块，1路开关电源供电于被测部件；

所述电信号隔离模块，用于对被测部件的开关量信号进行隔离保护，包括输入与输出信号，与cRIO控制器、被测部件相连。

所述人机交互系统，程序运行、数据存储均位于固态硬盘内。

所述压力传感器、露点传感器与被测部件之间通过空气软管进行连接，所述电流传感器与被测部件之间采用非侵入式连接；

所述气路模拟装置与被测部件之间通过空气软管进行连接，与所述自动检测装置之间通过多芯线缆进行连接；

所述自动检测装置与传感器、被测部件之间通过多芯线缆进行连接，与所述人机交互系统之间通过以太网线缆进行连接。

一种动车组制动产品部件现车状态修便携式测试方法，包括如下步骤：

a)试验准备步骤：关闭气源供给，所述压力传感器、露点传感器、电流传感器的机械安装，测试装置与被测部件间进行气路软管与电气线缆的连接，打开气源供给，测试装置的自检；

b)测试开始步骤：确认试验准备工作完成后，在所述人机交互界面，通过手动的方式下发自动试验命令；

c)工况模拟步骤：所述cRIO控制器接收到自动试验命令后，开始对被测部件的气压、电信号条件进行模拟，并稳定设定时间；

d)数据采集步骤：所述cRIO控制器对该工况条件下被测部件的压力信号、电信号过程数据进行采集，同时采集稳定设定时间后的稳态数据，并上传至所述人机交互系统；

e)数据分析处理步骤：所述人机交互系统根据所述cRIO控制器上传的过程数据及稳态数据，进行计算分析，输出试验结果；

f)试验结果判定步骤：所述人机交互系统将试验结果与判定标准相比较，试验结果在判定标准范围内，判定试验结果合格，试验结果不在判定标准范围内，判定试验结果不合格；

g)提示更换部件步骤：根据试验结果判定步骤的结论，若判定结果不合格，在所述人机交互系统的屏幕提示更换部件；

h)健康状态诊断步骤：根据试验结果判定步骤的结论，若判定结果合格，进行被测部件的健康状态诊断；所述人机交互系统将试验结果与历史数据、衰退模型相比较，试验结果在健康标准范围内，判定试验结果健康，试验结果不在健康标准范围内，判定试验结果亚健康；

i)提示维修部件步骤：根据健康状态诊断步骤的结论，若判定结果亚健康，在所述人机交互系统的屏幕提示维修部件；

j)数据存储步骤：所述人机交互系统将试验过程数据、试验结果、试验结果判定步骤的结论、健康状态诊断步骤的结论存储于数据库中，并以报表的形式存储试验报告；

k)测试结束步骤：完成数据存储后，关闭气源供给，在所述人机交互界面，通过手动的方式下发测试结束命令，所述cRIO控制器接收到测试结束命令后，排空气路软管中的气压，切除对被测部件的供电；

l)车辆侧恢复步骤：所述压力传感器、露点传感器、电流传感器的拆除，测试装置与被测部件间进行气路软管与电气线缆的拆除，恢复车辆气路接口、电气连接器。

每次进行1辆车制动产品部件性能的自动检测，检测完成后，切换至另1辆车。

相比于现有技术，本发明的优点在于：通过该测试装置，可以现车测试电空变换阀、中继阀等10种制动产品部件的主要性能，结合判定标准、历史数据、衰退模型，将被测部件的健康状态划分为健康、亚健康、不合格，共三种。提前或根据需要对制动部件进行现车测试，及时发现、更换或维修早期故障或亚健康部件，提高车辆可用性，降低故障成本。

附图说明

图1所示为本发明的一种动车组制动产品部件现车状态修便携式测试装置所选用实施例的结构说明图。

图2所示为实施例所述的一种动车组制动产品部件现车状态修测试方法200的步骤说明图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

参考图1，实施例选用一台气路模拟装置100，一台自动检测装置110，一台制动控制装置130，一台停放装置140，一台风源装置150，以及一台人机交互系统120。

气路模拟装置100，对被测对象的压力进行控制，如缓充或缓排。其外形为设备箱形式，移动方式设计为便携式，设置有拉杆与滚轮。

在本实施例中，气路模拟装置100包括有一个气路接口101、一个缓冲缓排模块102、一个气压控制模块103、一个气路通断控制模块104、一个电气接口105、一个电气接口106。

在本实施例中，气路接口101、131、141均为快插接口。通过软管161连接气路接口101与131，通过软管162连接气路接口101与141，气流方向均为双向。

作为举例说明，本实施例中的气路接口101、131、141也可以是其他接口形式，比如螺纹接口。

作为举例说明，本实施例中的气流方向也可以是单向。

在本实施例中，软管161的数量为4个，包括MR、AC1、AC2、BC。

作为举例说明，本实施例中软管161的数量也可以不是4个，可以更多，也可以更少，比如6个或2个。

在本实施例中，软管162的数量为1个，为B8。

作为举例说明，本实施例中软管162的数量也可以不是1个，可以更多，比如2个或3个。

在本实施例中，软管161、162可以是橡胶软管、塑料软管或金属软管。

作为举例说明，本实施例中的软管161、162也可以是其他形式，比如金属硬管。

在本实施例中，缓冲缓排模块102通过节流栓调节气流的流速。

作为举例说明，本实施例中的缓冲缓排模块102也可以通过其他方式调节气流流速，比如电空变换阀。

在本实施例中，缓冲缓排模块102共有6个独立回路。

作为举例说明，本实施例中缓冲缓排模块102的回路个数也可以不是6个，可以更多，也可以更少，比如8个或4个。

在本实施例中，气压控制模块103通过电控变换阀进行压力的线性调节。

作为举例说明，本实施例中的气压控制模块103也可以通过其他方式进行压力调节，比如高速开关阀。

在本实施例中，气压控制模块103共有1个回路。

作为举例说明，本实施例中气压控制模块103的回路个数也可以不是1个，可以更多，比如2个或3个。

在本实施例中，气路通断控制模块104通过电磁阀进行控制。

作为举例说明，本实施例中的气路通断控制模块104也可以通过其他方式进行控制，比如气控阀或手动机械方式。

在本实施例中，气路通断控制模块104共有6个回路。

作为举例说明，本实施例中气路通断控制模块104回路的个数也可以不是6个，可以更多，也可以更少，比如8个或4个。

在本实施例中，电气接口105、114为模拟量通道，通过电气线缆178相连接，电气接口105为接收端。

在本实施例中，电气接口105、114的接口形式均为M12螺纹连接。

作为举例说明，本实施例中电气接口105、114的接口也可以为其他形式，比如插拔连接器。

在本实施例中，线缆178为双绞屏蔽线缆。

作为举例说明，本实施例中线缆178也可以为其他形式线缆，比如非双绞屏蔽线缆。

在本实施例中，电气接口106、115为数字量通道，通过电气线缆179相连接，电气接口106为接收端。

在本实施例中，电气接口106、115的接口形式均为M12螺纹连接。

作为举例说明，本实施例中电气接口106、115的接口也可以为其他形式，比如插拔连接器。

在本实施例中，线缆179为普通线缆。

作为举例说明，本实施例中线缆178也可以为其他形式线缆，比如屏蔽线缆。

自动检测装置110，对被测部件的电信号进行采集与控制。其外形为设备箱形式，移动方式设计为便携式，设置有拉杆与滚轮。

在本实施例中，自动检测装置110包括有一个电气接口111、一个电气接口112、一个电气接口113、一个电气接口114、一个电气接口115、一个通讯口116、一个cRIO控制器117、一个电信号隔离模块118、一个电源模块119。

在本实施例中，电气接口111、133、142为数字量通道，通过电气线缆171连接电气接口111与133，电信号方向为双向。通过电气线缆173连接电气接口111与142，电气接口142为接收端。

在本实施例中，电气接口111、133、142的接口形式均为M12螺纹连接。

作为举例说明，本实施例中电气接口111、133、142的接口也可以为其他形式，比如插拔连接器。

在本实施例中，线缆171、173均为普通线缆。

作为举例说明，本实施例中线缆171、173也可以为其他形式线缆，比如屏蔽线缆。

在本实施例中，电气接口112、134、135、143为模拟量通道，通过电气线缆172连接电气接口112与134，电气接口112为接收端。通过电气线缆174连接电气接口112与135，电气接口112为接收端。通过电气线缆175连接电气接口112与143，电气接口112为接收端。

在本实施例中，电气接口112、134、135、电气接口143的接口形式均为M12螺纹连接。

作为举例说明，本实施例中电气接口112、134、135、143的接口也可以为其他形式，比如插拔连接器。

在本实施例中，线缆172、173、174为双绞屏蔽线缆。

作为举例说明，本实施例中线缆172、173、174也可以为其他形式线缆，比如非双绞屏蔽线缆。

在本实施例中，电气接口113、132、151为模拟量通道，通过电气线缆176连接电气接口113与132，电信号方向为双向。通过电气线缆177连接电气接口113与151，电气接口113为接收端。

在本实施例中，电气接口113、132、151的接口形式均为M12螺纹连接。

作为举例说明，本实施例中电气接口113、132、151的接口也可以为其他形式，比如插拔连接器。

在本实施例中，线缆176、177为双绞屏蔽线缆。

作为举例说明，本实施例中线缆176、177也可以为其他形式线缆，比如非双绞屏蔽线缆。

在本实施例中，通讯口116、121是以太网接口。

作为举例说明，根据不同的应用需要，本实施例中的自动检测装置110与人机交互系统120也可以通过其他类型的接口相互连接，比如USB、3G/4G/5G、WIFI、蓝牙、红外、串口、并口等类型的接口。

在本实施例中，cRIO控制器为基于FPGA的实时控制器，用于采集、控制电信号，FPGA数量为160T。

作为举例说明，本实施例中的控制器也可以为其他形式，比如PLC或非实时控制器。

作为举例说明，本实施例中的FPGA数量也可以不是160T，可以更多，也可以更少，比如325T或70T。

在本实施例中，电信号隔离模块118用于对被测部件的开关量信号进行隔离保护，包括输入与输出信号，隔离路数共16路。

作为举例说明，本实施例中的电信号隔离模块118也可以是其他形式，比如继电器。

作为举例说明，本实施例中电信号隔离模块118的隔离路数也可以不是16路，可以更多，也可以更少，比如32路或8路。

在本实施例中，电源模块119包括4路独立电源，1路可调电源用于控制电空变换阀的恒流控制，1路可调电源用于控制紧急电磁阀、停放电磁阀的恒压控制，1路开关电源供电于cRIO控制器、传感器、电信号隔离模块，1路开关电源供电于被测部件。

作为举例说明，本实施例中电源模块的路数也可以不是4路，可以更多，也可以更少，比如6路或2路。

在本实施例中，恒流源的电流范围为0～1000mA，恒压源的电压范围为DC0～160V，cRIO控制器、传感器、电信号隔离模块的开关电源电压为DC24V，被测部件的开关电源电压为DC110V。

作为举例说明，本实施例中恒流源的电流范围也可以不是0～1000mA，可以更大，也可以更小，比如0～3000mA或0～500mA。

作为举例说明，本实施例中恒压源的电压范围也可以不是DC0～160V，可以更大，也可以更小，比如DC0～320V或DC0～36V。

作为举例说明，本实施例中cRIO控制器、传感器、电信号隔离模块的开关电源电压也可以不是DC24V，可以更大，也可以更小，如DC110V或DC5V。

作为举例说明，本实施例中被测部件的开关电源电压也可以不是DC110V，比如DC24V。

人机交互系统120，为轻薄款笔记本电脑及其采集、控制与分析软件，与自动测试装置进行交互控制，并将过程数据通过显示屏进行人机交互。

作为举例说明，本实施例中人机交互系统120的硬件形式也可以不是轻薄款笔记本电脑，比如工控机或触摸屏。

在本实施例中，人机交互系统120程序运行、数据存储硬盘的形式为固态硬盘。

作为举例说明，本实施例中人机交互系统120的程序运行、数据存储硬盘也可以是其他形式，比如机械硬盘。考虑实际应用工况，人机交互系统120在上电状态下需要移动其位置，其存在振动与冲击环境，从硬盘保护与数据可能丢失的角度，建议优先选择固态硬盘。

传感器包括压力传感器134、压力传感器143、露点传感器135、电流传感器151。

压力传感器134，通过空气软管连接于制动控制装置气路测试口，包括MR、BC、AC1、AC2共4个测点，压力传感器143，通过空气软管连接于停放装置B8测试口。压力测量范围为0～1000kPa，电信号输出形式为4～20mA。

作为举例说明，本实施例中压力传感器134的数量也可以不是4个，可以更多，也可以更少，比如6个或2个。

作为举例说明，本实施例中压力传感器143的数量也可以不是1个，可以更多，比如2个或4个。

作为举例说明，本实施例中压力传感器134、143也可以通过其他方式连接到被测部件，比如硬管。

作为举例说明，本实施例中压力传感器134、143的压力测量范围也可以不是0～1000kPa，可以更大，也可以更小，比如0～1600kPa或0～100kPa。

作为举例说明，本实施例中压力传感器134、143的电信号输出形式也可以不是4～20mA，比如0～10V。

露点传感器135，通过空气软管连接于制动控制装置MR测试口，露点测量范围为-60～+20℃，电信号输出形式为4～20mA。

作为举例说明，根据实际应用工况，本实施例中露点传感器135的露点测量范围也可以不是-60～+20℃，可以更大，也可以更小，比如-20～+50℃或-100～+20℃。

作为举例说明，本实施例中露点传感器135的电信号输出形式也可以不是4～20mA，比如0～10V。

电流传感器151，采用穿心式(非侵入式)安装于风源装置电机供电线缆处，电流测量范围为0～500A，电信号输出形式为0～125mA。

作为举例说明，根据实际应用工况，本实施例中电流传感器151的电流测量范围也可以不是0～500A，可以更大，也可以更小，比如0～1000A或0～400A。

作为举例说明，本实施例中电流传感器151的电信号输出形式也可以不是0～125mA，比如4～20mA或0～10V。

一种动车组制动产品部件现车状态修便携式测试装置，检测对象包括电空变换阀、中继阀、紧急电磁阀、停放电磁阀、压力调整阀B8、压力调整阀B11、压力开关、安全阀、制动控制器、风源装置(以下统称为被测部件)共10种产品。其中，电空变换阀、中继阀、紧急电磁阀、压力调整阀B11、压力开关、安全阀、制动控制器位于制动控制装置内，通过制动控制装置的气路测试口、电气连接器与测试装置相连接；停放电磁阀、压力调整阀B8位于停放装置内，通过停放装置的气路测试口、电气连接器与测试装置相连接。

参考图2，对现车状态修测试步骤200进行进一步描述。

一个试验准备步骤201，关闭气源供给，所述压力传感器、露点传感器、电流传感器的机械安装，测试装置与被测部件间进行气路软管与电气线缆的连接，打开气源供给，测试装置的自检。

试验准备步骤201中，关闭或打开气源供给可以通过操作传感器安装工装自带的截断塞门完成，也可以通过操作车辆侧自带的塞门完成。

试验准备步骤201中，压力传感器、露点传感器安装前，需关闭气源供给，安装完成后打开气源供给。

试验准备步骤201中，所述测试装置自检包括气源供给的检测、传感器连接的检测、及数据库/OPC等软件连接状态的检测。

试验准备步骤201中，所述测试装置的自检，若自检失败，在所述人机交互界面进行异常内容与排查项点提示，排查完成后可重新自检。

一个测试开始步骤202，确认试验准备工作完成后，在所述人机交互界面，通过手动的方式下发自动试验命令。

测试开始步骤202中，若自检失败，则无法下发自动试验命令。

一个工况模拟步骤203，所述cRIO控制器接收到自动试验命令后，开始对被测部件的气压、电信号条件进行模拟，并稳定一段时间。

工况模拟步骤203中，对所述被测部件的气压、电信号条件的状态判断，取信于传感器的反馈至，而不是控制值。

工况模拟步骤203中，气压的稳定时间为30s。

作为举例说明，根据具体的试验工况，综合考虑试验效率，本实施例中气压的稳定时间也可以不是30s，可以更长，也可以更短，比如60s或10s。

一个数据采集步骤204，所述cRIO控制器对该工况条件下被测部件的压力信号、电信号等过程数据进行采集，同时采集稳定一段时间后的稳态数据，并上传至所述人机交互系统。

数据采集步骤204中，压力信号、露点信号、开关量信号的采样频率为100Hz，EP电流、电机电流信号的采样频率为10kHz。

作为举例说明，本实施例中压力信号、露点信号、开关量信号的采样频率也可以不是100Hz，可以更高，也可以更低，比如1kHz或10Hz。

作为举例说明，本实施例中EP电流、电机电流信号的采样频率也可以不是10kHz，可以更高，也可以更低，比如50kHz或1kHz。

数据采集步骤204中，所述cRIO控制器将采集数据上传至所述人机交互系统的更新时间为200ms。

作为举例说明，本实施例中所述cRIO控制器将采集数据上传至所述人机交互系统的更新时间也可以不是200ms，可以更长，也可以更短，比如500ms或100ms。

一个数据分析处理步骤205，所述人机交互系统根据所述cRIO控制器上传的过程数据及稳态数据，进行计算分析，输出试验结果。

数据分析处理步骤205中，所述人机交互系统对压力的典型计算分析包括差值计算(如泄露值、灵敏度、滞后等)、峰峰值计算(如安全阀启排、停排值)等。

数据分析处理步骤205中，所述人机交互系统对露点的典型计算为压力露点换算。

数据分析处理步骤205中，所述人机交互系统对EP电流的典型计算分析为响应时间计算、频域分析(如故障特征提取)等。

数据分析处理步骤205中，所述人机交互系统对电机电流的典型计算分析包括起动时间计算、峰峰值计算(如最大起动电流)、频域分析(如故障特征提取)等。

一个试验结果判定步骤206，所述人机交互系统将试验结果与判定标准相比较，试验结果在判定标准范围内，判定试验结果合格，试验结果不在判定标准范围内，判定试验结果不合格。

试验结果判定步骤206中，所述人机交互系统根据被测部件查询数据库中的判定标准值，如泄露标准值、灵敏度标准值等，用于与检测值进行比较。

试验结果判定步骤206中，所述判定标准一般为新产品或分解修后产品例行试验大纲中规定的数值，对于检修件可参照或降低其标准。

一个健康状态诊断步骤207，根据试验结果判定步骤的结论，若判定结果合格，进行被测部件的健康状态诊断。所述人机交互系统将试验结果与历史数据、衰退模型相比较，试验结果在健康标准范围内，判定试验结果健康，试验结果不在健康标准范围内，判定试验结果亚健康。

健康状态诊断步骤207中，所述人机交互系统根据被测部件查询数据库中的历史数据与衰退模型，用于与检测值进行比较。

健康状态诊断步骤207中，所述历史数据为同型号被测部件的试验结果。

健康状态诊断步骤207中，所述衰退模型为EP阀、压敏电阻等被测部件性能随着服役时间的延长而发生下降的特征。

一个提示更换部件步骤208，根据试验结果判定步骤的结论，若判定结果不合格，在所述人机交互系统的屏幕提示更换部件。

提示更换部件步骤208中，所有试验完成后，所述人机交互系统根据试验结果，对试验结果不合格的部件会逐个提示更换信息，其不影响试验数据与结果的存储。

提示更换部件步骤208中，更换完部件后，可重复以上步骤，进行单项试验。

一个提示维修部件步骤209，根据健康状态诊断步骤的结论，若判定结果亚健康，在所述人机交互系统的屏幕提示维修部件。

提示维修部件步骤209中，所有试验完成后，所述人机交互系统根据试验结果，对试验结果亚健康的部件会逐个提示维修信息，其不影响试验数据与结果的存储。

提示维修部件步骤209中，维修好部件后，可重复以上步骤，进行单项试验。

一个数据存储步骤210，所述人机交互系统将试验过程数据、试验结果、试验结果判定步骤的结论、健康状态诊断步骤的结论存储于数据库中，并以报表的形式存储试验报告。

数据存储步骤210中，所述试验过程数据以单个文件形式存储，如TDMS格式，所述试验结果、试验结论以数值或字符串的形式同时存储于数据库与试验报表中。

数据存储步骤210中，所述试验报表为PDF格式。

一个测试结束步骤214，完成数据存储后，关闭气源供给，在所述人机交互界面，通过手动的方式下发测试结束命令，所述cRIO控制器接收到测试结束命令后，排空气路软管中的气压，切除对被测部件的供电。

测试结束步骤214中，关闭气源供给需人工操作。

测试结束步骤214中，由于所述人机交互系统、cRIO控制器均无法获知气源打开或关闭的状态，在所述人机交互系统使用对话框的形式确认是否已关闭气源供给。

一个车辆侧恢复步骤215，所述压力传感器、露点传感器、电流传感器的拆除，测试装置与被测部件间进行气路软管与电气线缆的拆除，恢复车辆气路接口、电气连接器等。

车辆侧恢复步骤215中，先拆除电气线缆，后拆除气路软管，再拆除传感器及其连接工装，最后恢复测量气路接口与电气连接器。