第一篇：動車組制動名詞術語總結
制動名詞術語總結
Analog Convert電空模擬轉換 AGTU: Air Generation & Treatment Unit供風及供風處理單元 AGU: Air Generation Unit供風單元 Air Dryer空氣干燥器 ATP: Auto Train Protection列車自動防護 ATU: Air Treatment Unit供風處理單元 BCU: Brake Control Unit制動控制單元 BLCU: Brake logic Control Unit制動邏輯控制單元 BFC: Tread Brake Actuator踏面制動器 BFCF: Tread Brake Actuator + Parking Portion踏面制動器＋停放制動 BP: Brake Pipe制動管／列車管 Brake Control制動控制 Brake Disc/Disk制動盤 Compatibility Test兼容性試驗 DBV: Driver’s Brake Valve司機制動閥 Distributing Valve（空氣）分配閥 DMU: Diesel Motor Unit內燃動車組 EBCU: Electronic Brake Control Unit電子控制單元 ED: Electro Dynamic(Brake)電制動 Electric Magnet Valve電磁閥1
Emergency Exhaust Valve緊急排風閥 EMU: Electro Motor Unit電動車組 Endurance Test耐久試驗 EP: Electro Pneumatic電空 EPM: Electro Pneumatic Modulator電空調制器 LCU: Locomotive Control Unit機車控制單元 MP: Main Pipe總風管 MU: Multiple Unit重聯機車 MVB: Multi Vehicle Bus多功能車輛總線 NC: Normal Close常閉型（電磁閥）NO: Normal Open常開型（電磁閥）Option:選項 Pantograph Compressor輔助（受電弓）壓縮機 “O” Ring“O”型圈 RAMS: Reliability, Availability, Maintainability, Safety可靠性、有效性、可維護性和安全性 Routine Test and Inspection例行試驗與檢驗 Rubber Pad橡膠墊 RV: Relay Valve中繼閥 Sanding Device撒砂裝置 Screw Compressor螺桿壓縮機 Shutoff Valve Seat Cushion遮斷閥座襯墊
TCU: Traction Control Unit牽引控制單元 Type Test型式試驗 WSP: Wheel Slide Protection防滑器 WTB: Wire Train Bus絞線式列車總線
第二篇：動車組制動技術復習題及參考答案
中南大學網絡教育課程考試復習題及參考答案
動車組制動技術
一、填空題：
1.現代列車產生制動力的方法有
制動、制動和
制動三種。
2.同一材質的閘瓦的摩擦系數與、和
有關。
3.按照制動力形成方式的不同，制動方式可分為
制動和
制動。
4.動車組制動控制系統ATC包括、和
三個子系統。
5.動車組制動控制系統主要由
裝置、裝置和
裝置組成。
6.列車制動力是由制動裝置產生的、與列車運行方向、列車運行的、司機可根據需要調節的力。
7.按照列車動能轉移的方式的不同，制動方式可分為
和
兩大類。
8.動力制動的形式主要包括
和，它們又屬于
制動。
9.閘瓦制動中，車輪、閘瓦、鋼軌間一般分析時存在、、三種狀態。
10.根據粘著條件可知，動車組產生滑行原因主要有、。
11.車輛基礎制動裝置是由、、、及
所組成。
12.高速動車組制動時采用
優先的空、電聯合制動模式。
13.輪軌間粘著系數的主要影響因素有
和。
14.車輪不打滑的條件是
不應大于輪軌間的。
15.防滑裝置按其按構造可分為、和
三種防滑器。
16.動車組滑行的檢測方法主要有、和
檢測。
17.動車組制動指令傳輸信號的類型有
信號和
信號。
18.動車組的制動指令一般由頭車內的或
裝置下達的。
19.動車組空氣制動系統的基礎制動裝置是由、兩部分組成。
20.動車組空氣制動是由
裝置、裝置、裝置和
系統組成。
二、名詞解釋：
1.制動
2.緩解
3.車輛制動裝置
4.制動方式
5.空氣制動機
6.粘著
7.備用制動”
8.電制動
9.翼板制動
10.非常制動
11.常用制動
12.緊急制動
13.基礎制動裝置
14.列車制動距離
15.耐雪制動
16.閘瓦制動
17.電空制動機
三、簡答題：
1.何謂CRH2輔助制動？
2.制動控制單元（BCU）的作用是什么？
3.動車組的基礎制動裝置有哪兩部分組成？其作用是什么？
4.動車組何時會產生緊急制動作用?
5.制動力產生的條件是什么?
6.制動裝置的作用是什么？
7.縮短動車組制動距離的措施是什么？
8.基礎制動裝置的用途是什么？
9.列車制動產生的實質是什么？
10.電阻制動與再生制動各有何特點？
11.動車組的停放制動有什么作用？
12.粘著制動與非粘著制動有何區別？
13.緩解的穩定性和制動靈敏度為什么必須統籌兼顧？
四、分析題：
1.為什么動力制動裝置要和空氣制動裝置配合使用？
2.動車組為什么要采取“空、電聯合制動模式，電制動優先”的方式？
3.怎樣從概念上區分動力制動、電制動、再生制動？
4.分析車輪產生滑行的原因以及如何解決車輪滑行。
5.分析如何利用增粘技術改善粘著。
6.分析CRH2基礎制動裝置采用油壓卡鉗式盤形制動的優勢。
五、論述題：
1.動車組的特點有哪些？其中哪些對制動系統的影響較大？
2.論述車輪產生滑行的原因以及如何解決車輪滑行問題？
3.粘著系數與那些因素有較大的關系，如何提高動車組輪軌間的粘著系數？
4.論述基礎制動裝置中盤型制動與閘瓦制動相比有哪些優點與不足之處。
5.論述渦流軌道與磁軌制動各有何優劣。
6.論述飛輪儲能是如何實現能量的吸入和釋放以及在我國的應用情況
參考答案
一、填空題：
1.摩擦制動、動力制動、電磁制動
2.閘瓦壓力、列車運行速度、制動初速
3.粘著、非粘著
4.ATP、ATO、ATS
5.制動電子控制、制動信號發生、制動信號傳輸
6.相反、阻礙、外力
7.熱逸散、動能轉變成可用能、8.電阻制動、再生制動、粘著
9.理想純滾動、滑動、粘著或靜摩擦
10.制動力過大、粘著
11.制動缸、制動力傳遞裝置、閘瓦裝置、空重車調整裝置
12.電制動
13.車輪和鋼軌的表面狀況、列車運行速度
14.制動力、粘著力
15.機械式、電子式、微機控制式
16.減速度、速度差、滑行率
17.數字、模擬
18.司機制動控制器、ATC
19.傳動、摩擦
20.制動指令及傳輸、制動控制、基礎制動、制動供風
二、名詞解釋：
1.制動：就是人為地使列車減速、阻止其運動和加速或使其在規定的距離內停車。
2.對已經施行制動的物體，解除或減弱其制動作用，均可稱之為緩解。
3.車輛制動裝置就是為使車輛能施行制動和緩解而安裝于車輛上的一整套設備的總稱。
4.制動方式：所謂制動方式是指列車動能轉移的方式，或制動力獲取的方式。
5.空氣制動機：就是用壓力空氣（壓縮空氣）作為原動力，以改變空氣壓強來操縱控制。
6.由于正壓力而保持動輪與鋼軌接觸處相對靜止的現象稱為“粘著”。
7.備用制動：是當列車常用制動裝置發生故障不能實施常用制動時，利用備用制動作用能維持列車低速運行，避免救援。
8.電制動：是將列車運動動能轉變為電能后，再變成熱能消耗掉或者反饋電網的制動方式。
9.翼板制動：就是利用空氣動力學的原理，在列車各車體上，布置一定數量的空氣阻力板（翼板），直接產生作用于車體的與列車運動放向相反的外力。
10.是動車組在非正常情況下，為使動車組迅速停車而實施的一種制動作用。
11.常用制動：是列車在正常調速和進站時經常采用的一種制動作用。
12.緊急制動：是指動車組在緊急情況下，為了讓動車組迅速減速而實施的一種制動作用。
13.基礎制動裝置：傳送制動原動力并產生制動力的部分。
14.列車制動距離：就是從司機將制動閥手柄置于制動位的瞬間至列車停車的瞬間為止列車所運行的距離。
15.耐雪制動：在降雪時，為了防止冰雪進入制動盤和閘瓦之間，使得閘瓦無間隙輕輕接觸制動盤而產生的制動作用。
16.閘瓦制動：又稱踏面制動，是最常用的一種制動方式，在制動時,閘瓦壓緊車輪，輪、瓦間發生摩擦，列車的動能大部分通過輪、瓦間的摩擦變成熱能，經車輪與閘瓦最終逸散到大氣中去。
17.電空制動機：就是電控空氣制動機的簡稱，以壓力空氣為原動力，用電氣來操縱。
三、簡答題：
1.何謂CRH2輔助制動？
答：輔助制動是以在制動裝置異常、制動指令線路斷線時常用制動系統不能工作時而設置的電氣指令式的輔助制動裝置。它產生相當于3級、5級、7級常用制動及緊急制動的空氣制動。
2.制動控制單元（BCU）的作用是什么？
答：制動控制單元就是個計算機，它根據輸入的制動指令信號、速度信號和載荷信號輸出決定電制動力和空氣制動力的制動模式信號。即常用制動、快速制動、緊急制動、耐雪制動等，同時還可進行防滑控制和輔助控制。
3.動車組的基礎制動裝置有哪兩部分組成？其作用是什么？
答：其基礎制動裝置則由傳動和摩擦兩部分組成。其作用都是把制動缸活塞上的推力增大若干倍以后平均地傳給各個閘瓦或閘片，使之壓緊車輪或制動盤而產生制動作用。
4.動車組何時會產生緊急制動作用?
答：緊急制動是指動車組在緊急情況下，為了讓動車組迅速減速而實施的一種制動作用。
在列車分離、總風壓力（MR壓力）不足、制動手柄在取出位時發出動作，沒有空重車載荷調整功能以及制動力不足的情況下，緊急制動指令線失電，從而使緊急電磁閥失電打開，產生緊急制動作用。
5.制動力產生的條件是什么?
答：制動力是由閘瓦摩擦力作用而引起的，是鋼軌作用在車輪輪周上的與列車運行方向相反的外力。其大小可根據建立的力矩平衡方程式∑M=0求得。在轉動慣量忽略不計；輪子與鋼軌處于靜摩擦或粘著狀態的兩個條件下，制動力在數值上就等于閘瓦摩擦力，即
∑BL=
∑K?jk
(kN)
6.制動裝置的作用是什么？
答：制動裝置是用外力迫使運行中的機車車輛減速或停車的一種設備。它不僅是列車安全、正點運行的重要保證，而且也是提高列車重量和運行速度的前提條件。因此，制動裝置的性能好壞，對鐵路的運輸能力和行車安全都有直接影響。
7.縮短動車組制動距離的措施是什么？
答：（1）減少列車空走時間，如采用電空制動取代空氣制動；
（2）采用大功率盤形制動機；
（3）采用復合制動方式，如空氣盤形制動+電氣電力制動+非粘著制動。
8.基礎制動裝置的用途是什么？
答：(1)產生并傳遞制動原力；
(2)將制動原力放大一定的倍數；
(3)保證各閘瓦或閘片有較一致的閘瓦或閘片壓力。
9.列車制動產生的實質是什么？
答：從能量的觀點看，“制動”的實質就是設法將動能從動車組上轉移出去，使動車組減速或停止。從作用力的觀點來看，“制動”就是讓制動裝置產生與動車組相反的制動力，使動車組減速或停止。采取什么制動方式使動車組的動能轉移出去，采取什么制動方式獲取這種制動力，是制動的基本問題。
10.電阻制動與再生制動各有何特點？
答：電阻制動是把由列車動能轉化出來的電能直接消耗在隨車安裝的制動電阻上，然后轉變為熱能，再通過通風設備把熱散掉；再生制動就是將電能通過牽引傳統系統的變流器逆向變換，把三相交流電變成單相工頻交流電，再返回電網，實現能量再生。比電阻制動更具有節能、環保，而且整個動車組輕量化。
11.動車組的停放制動有什么作用？
答：停放制動是為了防止動車組在長時間停放時發生溜逸事故而設置的，動車組大多常用彈簧蓄能制動裝置來實施。動車組運行時，利用壓縮空氣的壓力抵消蓄能彈簧的彈力，不讓其發揮作用；當壓縮空氣逐漸減小時，停放制動作用就自動逐步體現。
12.粘著制動與非粘著制動有何區別？
答：依靠粘著滾動的車輪與鋼軌粘著點之間的粘著力來實現車輛的制動，稱為粘著制動。列車采用粘著制動時，能夠獲得的最大制動力不會大于粘著力。采用粘著制動方式，對車輪和鋼軌都有磨損，增加維護檢修成本；而軌道電磁制動與軌道渦流制動屬于非粘著制動。制動時，鋼軌給出的制動力并不通過輪軌粘著點作用于車輛，而由鋼軌直接作用于吊掛在轉向架上的電磁鐵。制動力的大小不受輪軌間粘著力的限制，是超出粘著力以外獲取制動力的一種制動方式。所以，也叫粘著外制動。它主要用于粘著制動力不夠的高速旅客列車上，作為一種輔助的制動方式。對車輪和鋼軌磨損較低。
13緩解的穩定性和制動靈敏度為什么必須統籌兼顧？
答：所謂穩定性即列車管的減壓速度極為緩慢時，制動閥不發生制動動作的性能。例如，列車管的減壓速度為0.5～1.0KPa/s之內，制動閥不應該發生動作。列車管以一定速度減壓，必須發生制動。即閥具有一定的靈敏度。例如，當列車管減壓速度為5～10KPa/s時，閥不應晚于6秒鐘發生動作。兩者必須統籌兼顧，既要保證列車管減壓速度低于緩解穩定性要求的臨界值時不發生自然制動，又要保證減壓速度達到制動靈敏度規定的。
臨界值時必定能起制動作用。
四、分析題：
1.為什么動力制動裝置要和空氣制動裝置配合使用？
答：空氣制動裝置主要由空氣壓縮機、總風缸、分配閥、制動缸、單獨制動閥（小閘）和自動制動閥（大閘）等部件組成。當司機操縱小閘時，通過分配閥的作用能單獨控制機車，使列車產生制動或緩解作用。動力制動裝置是利用牽引電機的可逆原理，在動車組需要減速時，將動車組轉換為制動工況，此時牽引電動機轉換為發電工況，并通過輪對將列車的動能變成電能。對電機產生的電能的不同處理方式，形成了不同方式的動力制動。動力制動的特點是速度低時制動力小，速度高時制動力大。因此動力制動特別適合于長大下坡道上進行恒功率制動，不但安全性比較高，可以縮短運轉時分，提高區間通過能力，還可以大大減少車輪和閘瓦的磨耗，而當進站停車速度低到30km/h以下時，動力制動的制動力就很小了，因此必須和空氣制動裝置配合使用。
2.動車組為什么要采取“空、電聯合制動模式，電制動優先”的方式？
答：動車組采用“空、電聯合制動模式，電制動優先”的方式可以在執行空氣制動時充分利用電制動力來減少基礎制動裝置的機械磨耗，大大地降低檢修成本，加快制動力上升速度，提高制動系統的可靠性和安全性，以達到延長基礎制動裝置的使用壽命及縮短制動距離的目的；同時也節約了電能，體現了空電聯合制動的優越性。
3.怎樣從概念上區分動力制動、電制動、再生制動？
答：動力制動是指利用動力傳動系統或其一部分產生制動力的制動方式。它包括電制動和空氣制動，電制動是指利用電力傳動裝置產生制動力的動力制動方式。電制動又分成再生制動和電阻制動兩種形式。再生制動是將牽引電機轉變為發電機，也即將列車動能轉化為電能，再將電能通過牽引傳動系統的變流器逆向變換，把三相交流電變成單相工頻交流電，再返回電網，實現能量再生。
4.分析車輪產生滑行的原因以及如何解決車輪滑行。
答：根據粘著條件可知，產生滑行原因不外乎兩個，一個是制動力過大，另一個是粘著降低。一般制動力在設計時已經考慮了設計粘著系數的限制，因此在制動時突然增大的可能性較小，唯一的可能是在電空配合的控制上存在不協調，所以只要合理設計電空配合控制，制動力過大的可能性就可以排除。然而，滑行的原因大多是由于粘著的降低，因此，可以采用主動防滑措施解決因粘著降低而造成的滑行；或者利用防滑器防止粘著制動因制動力過大而引起車輛滑行。
5.分析如何利用增粘技術改善粘著。
答：踏面清掃是改善輪軌接觸面粘著條件的有效方法。在制動時，使踏面清掃瓦貼靠車輪踏面，將踏面上的污濁物清掃干凈，恢復輪軌間應有的粘著狀態；同時，由于清掃瓦是用特殊的增粘材料制成的，所以在清掃踏面時，把微量的增粘材料附著在車輪踏面上，使輪軌間的粘著系數增加，可有效地改善粘著狀態。但并不承擔任何制動功能。
踏面清掃裝置為空氣式，清掃裝置的動作受控于踏面清掃控制系統的指令，它在車輪發生空轉滑行和速度在30km/h以上三種條件下實行。氣缸內為活塞和間隙自動調整裝置，活塞桿頭部I與閘瓦連接，閘瓦為樹脂合成材料。閘瓦可以方面地更換，打開閘瓦托座上的鎖閉裝置，就能將閘瓦由內向外的方向取出。
6.分析CRH2基礎制動裝置采用油壓卡鉗式盤形制動的優勢。
答：CRH2基礎制動裝置采用了空—油變換的液壓卡鉗式盤形制動裝置，即列車制動管的壓縮空氣需要經過增壓缸的轉換后，向制動卡鉗的小油缸輸出高壓油液，推動卡鉗活塞上的閘片夾緊制動盤形成制動力。其優點是：能夠通過制動控制系統滿足不同載重條件下對不同制動倍率（即制動力）的要求以及防滑要求；同時可以簡化制動單元的結構，取消復雜的杠桿構件和空氣單元制動缸；由于油是不可壓縮液體，空氣部分的容積變化小，壓力上升塊。
五、論述題：
1.答案要點：動車組是由帶動力的動車與不帶動力的拖車的旅客列車車組，具有以下特點：
（1）成組使用、編組固定；可單列運行，也可兩列連掛運行。
（2）按動力方式分有內燃動車組和電動車組，動力布置形式又分為動力集中和動力分散式動車組，現代高速動車組和地鐵動車組基本采用電動車組，并采用交流傳動。
（3）動車組中各車之間采用密接式車鉤，整體運用維修，大修前不解體。
（4）兩端均可操縱，不需轉向，任何一端均可控制動車。
（5）通過網絡或電纜實現同步牽引、同步調速、同步制動等重聯功能。
對動力分散的動車組而言，列車制動裝置是指動車制動裝置、拖車制動裝置的組合，它們共同形成完整的制動系統。它包括兩個部分：制動控制系統和制動執行系統。制動控制
系統由制動信號（或指令）發生與傳輸裝置和制動控制裝置組成；制動執行系統通常稱為基礎制動裝置，包括閘瓦制動和盤形制動。因此，上述（1）、（2）、（4）、（5）都對制動系統影響較大。
2.答案要點：根據粘著條件可知，產生滑行原因不外乎兩個，一個是制動力過大，另一個是粘著降低。一般制動力在設計時已經考慮了設計粘著系數的限制，因此在制動時突然增大的可能性較小，唯一的可能是在電空配合的控制上存在不協調，所以只要合理設計電空配合控制，制動力過大的可能性就可以排除。然而，滑行的原因大多是由于粘著的降低，主動防滑的主要措施就是圍繞粘著做文章，被動防滑圍繞制動力過大做文章。
1)采用減速度控制技術；
2)利用增粘技術改善粘著；
3)首車制動減速模式；
4)撤砂增粘。
被動防滑的主要方法就是利用防滑器來改善輪軌運行狀態。
3.答案要點：粘著系數的影響因素主要有兩個：列車運行速度和車輪、鋼軌的表面狀況；輪軌間表面狀況包括：干濕情況、臟污程度、是否有銹、是否撒砂以及砂的數量和品質等等。輪軌的濕度、臟污程度又與天氣、環境污染狀況和制動裝置形式(有無踏面或軌面清掃設備)等因素有關。列車運行速度對粘著系數的影響主要是：隨著制動過程中列車速度的降低，沖擊振動以及伴隨而來的縱向和橫向的少量滑動都逐漸減弱，因而粘著力和粘著系數也逐漸增大，其增大的程度與機車車輛動力性能、軌道的情況等有關。因此，（1）現代高速動車組多采用動分散模式，在牽引與制動工況下，能夠充分利用粘著；
（2）動車組均設置了高性能電子防滑器進行防滑控制，以便充分利用粘著；
（3）采用增粘裝置（車輪踏面清掃裝置）以提高粘著系數；
（4）采用撒砂裝置；由于動車組運行環境不同，在惡劣條件下，可通過撒砂系統有效
改善輪軌接觸面的工作環境，改善粘著系數，提高動車組運行品質。
4.答案要點：盤形制動又稱為摩擦式圓盤制動，是在車軸上或在車輪輻板側面裝設制動盤，用制動鉗將合成材料制成的兩個閘片緊壓在制動盤側面，通過摩擦產生制動力，把列車動能轉變成熱能，耗散于大氣之中。
優點：
(1)可以大大減輕車輪踏面的熱負荷和機械磨耗。
(2)可按制動要求選擇最佳“摩擦副”，制動盤可以設計成帶散熱筋的，旋轉時使其具有半強迫通風的作用，以改善散熱性能，適用于高速、重載列車。
(3)制動盤平穩，幾乎沒有燥聲。
不足：
(1)車輪踏面沒有閘瓦的磨刮，輪軌粘著將惡化。所以，為了防止高速滑行，既要考慮采用高質量的防滑裝置，也要考慮加裝踏面清掃器，同時采用以盤形為主、盤形+閘瓦的混合制動方式，來有效縮短制動距離。
(2)制動盤使簧下重量及其引起的沖擊振動增大；運行中還要消耗牽引功率，速度愈高，這種功率損失也越大。
5.答案要點：
軌道電磁（磁軌）制動與軌道渦流制動都屬于非粘著制動。磁軌制動就是通過講車輛轉向架上的磁鐵吸附在軌道上并使磁鐵在軌道上滑行產生摩擦制動力的制動。而軌道渦流制動是將電磁鐵落到距軌面7～10mm處，電磁鐵與鋼軌間的相對運動引起電渦流作用形成制動力。
磁軌制動的制動力取決于磁鐵長度、磁鐵對鋼軌的吸引力、軌道與極靴間的摩擦系數。
在速度為250km/h時，每組磁軌制動體的制動力可以達到3～3.5kN。每輛車若裝4組電磁鐵，在高速下可實現0.25m/s2的制動減速度。由于磁軌制動對鋼軌磨耗大，故不作為常用制動方式，只在緊急制動情況下使用。
磁軌制動與輪軌間粘著系數無關，故受氣候影響較小。使用磁軌制動還可改善輪軌粘著，在相同情況下，采用磁軌制動的列車比不采用磁軌制動的列車可提速40km/h以上。
當軌道渦流電磁鐵與軌道間隙為7mm、速度為250km/h時，28kW的勵磁功率可產生7.2kN的制動力。渦流制動對電磁鐵與鋼軌的氣隙很敏感，氣隙每變化1mm,制動力變化10%，隨著速度的增加，電磁鐵與鋼軌垂直吸引力增加。其優點：鋼軌無磨耗，高速時制動力大，可控制，結冰時有制動力；缺點：功耗大，1m：37kW，鋼軌嚴重發熱，50km/h以下不能工作，對軌道電路有影響，增加簧下質量2.4t。適用無縫軌道線路，采用LZB信號系統。
6.答案要點：飛輪儲能是具有廣泛應用前景的新型機械儲能方式，也被稱為機械電磁。
它的基本原理是由電能驅動飛輪加速到高速旋轉，電能轉變為機械能儲存，當需要電能時，飛輪驅動電動機作發電機運行，飛輪減速，將動能轉換成電能。飛輪的升速和降速，實現了電能的存入和釋放。
我國對飛輪的研究，始于1993年，最早研究儲能飛輪的實驗室建于1995年。在理論分析及模型試驗方面也已取得了一定的進展。1997年國內研制出第一套復合材料飛輪系統，轉子重8kg,直徑23cm,1998年成功運轉到48000r/m，線速度580m/s，實現充放電。
1999年國內有關單位研制出第二代飛輪，重15kg,直徑30cm，于2001年4月成功運轉到70000r/m,線速度650m/s，儲能量0.5kW·h。
飛輪儲能系統是一種具有光電一體化的高新技術產品，它能在較短時間內儲存制動過程列車的動能，并能在需要的瞬間輸出強大的電能以滿足車輛起步加速時的需要，大大提高了車輛的動力性能。
內燃動車組在制動能量回收和將其用于輔助傳動裝置中具有較大的潛力，實現制動能量回收是進一步提高內燃動車組的經濟性的有效途徑之一，利用具有制動能量回收功能的復合動力傳動裝置回收能量并加以利用，可以節約29%的燃料。
第三篇：動車組制動控制系統故障分析及改進
摘要
隨著高速鐵路在我國的普及，動車組的運行安全問題受到越來越多的關注。如何保障列車安全可靠的運行，成為近期的研究熱點和難點問題。
制動控制系統作為動車組制動系統的關鍵組成部分，能否正常穩定工作，直接影響動車組的安全可靠運行，因此對制動控制系統的狀態監測和故障診斷顯得尤為重要和關鍵。由于動車組制動控制系統的復雜性及引進消化吸收的時間不長，制動控制系統故障仍較為多發，嚴重影響著動車組的正常穩定可靠運行。因此本課題對動車組制動控制系統中關鍵設備和部件的故障及潛在故障隱患開展深入研究，提出和改進了己有的故障特征提取技術和故障診斷方法，用于動車組制動控制系統關鍵設備和部件的故障診斷，以提高制動控制系統的可靠性、穩定性和主動安全防護能力。設計開發了制動控制單元自動化測試與故障診斷系統，并運用在CRH2型動車組制動控制系統的監測與故障診斷中，取得了很好的效果。
關鍵詞:制動控制系統故障;診斷;集成經驗模態分解;最小二乘支持向量機;粒子群算法
目錄
摘要.....................................................................................................................1 第1章制動控制系統故障診斷研究現狀及存在的問題...................................5
1.1故障特征提取技術.................................................................................5 1.2故障診斷方法.........................................................................................6
(1)基于專家系統的故障診斷方法......................................................6(2)基于人工神經網絡的故障診斷方法..............................................7(3)基于案例推理的故障診斷方法......................................................8(4)基于多智能體的故障診斷方法......................................................8(6)基于主成分分析的故障診斷方法..................................................9(7)基于支持向量機的故障診斷方法..................................................9 1.3智能故障診斷系統...............................................................................10 1.4存在的問題...........................................................................................12 第2章故障特征提取技術與故障診斷方法.....................................................14 2.1主成分分析法.......................................................................................14 2.2集成經驗模態分解方法.......................................................................15 2.2.1經驗模態分解...........................................................................15 2.2.2集成經驗模態分解...................................................................16 2.3最小二乘支持向量機的原理及結構參數優化方法...........................17 2.3.1最小二乘支持向量機的原理...................................................17 2.3.2最小二乘支持向量機結構參數優化方法...............................18 2.3.3遺傳算法...................................................................................18 2.3.4模擬退火算法...........................................................................19 2.3.5粒子群算法...............................................................................19 2.4最小二乘支持向量機的多分類方法...................................................19 2.4.1一對多的多分類法...................................................................20 2.4.2一對一的多分類法...................................................................20 2.4.3有向無環圖的多分類法...........................................................21 2.4.4二叉樹結構的多分類法...........................................................22
2.4.5基于改進最優二叉樹的多分類法...........................................23 本章小結......................................................................................................24 參考文獻..............................................................................................................25
緒論
隨著高速動車組在我國的飛速發展，動車組運行的可靠性和安全性受到越來越多的關注。作為動車組九大關鍵技術之一，制動系統能否穩定可靠工作直接關系到動車組的安全穩定運行。而制動控制系統作為制動系統的大腦和控制核心，負責制動系統的操作和具體執行，其工作安全可靠性顯得尤為重要。
故障診斷技術是一門了解和掌握設備在使用過程中的狀態，確定其整體或局部是正常還是異常，早期發現故障及其原因，并預報故障發展趨勢的技術。隨著科學技術的進步和人民生活水平的提高，乘坐動車組出行變得越來越普遍。如果動車組上的某臺設備出現故障而又未能及時發現和排除，其結果不僅會導致設備本身損壞，還可能造成列車非正常停車或發生事故，甚至發生車毀人亡的嚴重后果，造成巨大的經濟及人員損失。因此，對動車組組成的各個設備和零部件進行故障診斷具有極為重要的意義。
制動控制系統是一個復雜的系統，產生故障的環節較多，如制動控制系統制動控制單元通訊故障可能涉及到內部所有控制板的工作狀態;制動控制系統中的傳感器故障可能導致列車制動性能的下降或紊亂。由于列車在運用過程中，工作環境和列車操作狀態等會實時發生改變，從而導致制動控制系統的某一故障可能只有在特定的條件下才能夠出現。因此有些故障需要結合車型和設備類型才能查找故障的根本原因。
當前大部分的動車組制動系統及其制動控制系統都已經具有一定的自行診斷功能，能夠診斷出常見的系統故障，但是由于出現故障的不可預知性和系統運行現場環境的多變性等因素，工作人員無法完全知道整個系統可能出現的所有故障。另一方面，設備的自診斷功能也不能診斷出設備運行的所有故障和其自身內部的故障，有些故障需要通過電壓、電流、溫度、壓力和速度等特征描述，需要應用信號處理、數據挖掘和信息融合等多種技術進行分析。由于這些技術的先進性、復雜性和智能化高等特點，往往需要專門的維修人員到現場維修，這就導致故障拖延時間長、故障原因查不清楚和維修費用高等問題。
第1章制動控制系統故障診斷研究現狀及存在的問題
目前故障診斷的理論方法主要分為三類:基于知識的方法、基于數學模型的方法和基于人工智能的方法。其中基于人工智能的故障診斷方法由于其方法的智能性和多領域結合，取得很大的進展和成就。目前對故障診斷技術的研究主要分為兩部分:故障特征提取技術的研究和智能故障診斷方法的研究，下面分別對二者作簡要的概述。
1.1故障特征提取技術
在故障診斷技術的發展過程中，最重要最關鍵而且也是最困難的問題之一就是故障特征信息的提取。在某種意義上，特征提取也可以說是當前故障診斷研究中的瓶頸問題，它直接關系到故障診斷的準確性和故障早期預報的可靠性。
傳統的頻譜分析、傅里葉分析、包絡分析、相關分析和最大墑譜分析等信號處理方法，在設備狀態監測與故障診斷中發揮了巨大作用，仍是目前最常用的故障特征提取方法之一。設備的故障通常以各種各樣的信號表征出來，可以通過信解決措施，防止類似故障的再次發生，在Entroncamento-Guarda貨運機車上應用后取得很好的效果。號分析的方法獲取某一故障的特征信息，進而對故障進行診斷。具體到動車組制動控制系統，故障特征提取與分析技術就是應用各種信號分析技術對動車組制動控制裝置的監測信號進行各種分析，進而提取出對特定故障敏感的特征信息的技術。
早期的信號分析研究主要集中在經典信號分析方法，取得了大量的研究和應用成果。然而以傅里葉變換為基礎的經典信號分析方法也存在明顯的缺點，傅里葉變換反映的是一段信號的整體統計特性，適合平穩信號的分析。實際上設備發生故障后，故障信號是包含噪聲等其他信號的非線性、非平穩隨機信號，而傅里葉變化對信號的時頻細節分解不夠，在分析非線性、非平穩信號時存在重大缺陷。隨著新技術的發展，針對非平穩信號、非線性信號的新分析方法如小波分析、希伯特一黃變換和主成分分析等信號分析方法不斷出現，并且很快應用到列車的設備狀態監測和故障診斷中，取得了很好的效果。Lin Lixin等在對SS7E電力機車變流器故障診斷中，采用小波分析的方法提取變流器輸出電流波形，提取小波特征嫡組成特征向量，輸入到神經網絡中進行故障診斷，仿真試驗證明了提出方法的有效性。Lei Yaguo等采用EEMD分解和小波神經網絡對機車的滾動軸承進
行了故障診斷，可以識別軸承故障的嚴重故障以及識別多種復合故障，取得了很好的效果。Morgado等”針對葡萄牙鐵路公司2600系列機車的齒輪箱外殼故障，采用PCA分析對引起外殼故障的振動和疲勞情況進行歸納分析，并提出了相應的解決措施，防止類似故障的再次發生，在Entroncamento-Guarda貨運機車上應用后取得很好的效果。
1.2故障診斷方法
隨著人工智能技術的發展，故障診斷方法由傳統的故障樹分析方法和邏輯推理法等系統診斷法發展到當前的專家系統、人工神經網絡、粗糙集、支持向量機、信息融合理論和多智能體方法等基于模式識別等智能化診斷方法。智能診斷技術為人們提供了用智能技術解決復雜系統故障診斷問題的強有力的工具。
在本課題中，對動車組制動控制系統關鍵設備和部件的故障診斷是屬于元器件級、電路板級和設備級的故障診斷，針對動車組制動控制系統組成設備和部件，國內外提出了很多的故障診斷方法，常見的故障診斷方法如圖1所示。
(1)基于專家系統的故障診斷方法
專家系統主要由知識庫、數據庫、推理機、解釋機構、機器學習、人機接口等組成，它是研究最多、應用最為廣泛的一種故障診斷方法。
西南交通大學的張永春和劉曉卉等分別設計開發了基于故障樹的機車制動系統狀態監測與故障診斷專家系統，通過對機車制動系統的組成和原理進行深入分析后，在Visual C++6.0開發環境下設計開發了制動系統專家故障診斷系統的軟硬件，在模擬試驗臺上進行了模擬試驗，取得了較好的效果。但該系統僅對電力機車的折角塞門誤關和空氣管路泄露故障進行了故障診斷分析，并沒有對制動控制系統開展相應的研究。
中南大學的林立新設計開發了基于知識的SS7E電力機車電氣故障診斷系統，運用邏輯識別法和模糊識別法通過對SS7E電力機車的電氣故障進行認真全面的梳理和分析，構建了電氣系統故障知識庫，并運用正反向推理和故障樹分析法，對電氣系統故障進行診斷。但是只對電力機車電氣故障進行診斷，且主要工作為設備開關量故障的檢測與診斷。
汪子皓等采用二叉樹的分析方法設計開發了二叉樹模式的知識庫和推理機，用于內燃機車的故障診斷，取得了整車故障診斷的高效率。
由于專家系統存在知識獲取較難，學習能力較弱、容錯能力差以及大容量知識情況下的知識爆炸現象，限制了其性能和推廣應用。(2)基于人工神經網絡的故障診斷方法
人工神經網絡(Artificial Neural Network,ANN)模仿人腦神經細胞結構和功能，具有自學習能力、并行計算能力和聯想能力，從而使人工神經網絡理論在機車車輛設備的智能故障診斷中得到廣泛的應用。中南大學的聶嘩提出了基于改進遺傳算法優化的BP(Back Propagation)神經網絡故障診斷方法，用來診斷動車組轉向架軸承的故障，取得了不錯的效果。楊建偉等};]提出了基于小波包變換和BP神經網絡的軸承故障診斷方法，對軸承的振動信號利用小波降噪，并提取故障特征向量，輸入到BP神經網絡進行訓練，實現智能化的故障診斷。
圖1 常見的智能故障診斷方法
大連交通大學的嚴書榮也提出了基于神經網絡的高速列車制動故障診斷專家系統，把神經網絡和專家系統相結合，發揮各自的優點，對高速列車制動故障 7
進行故障診斷。
但是人工神經網絡在故障診斷中還存在以下問題:需要大容量的樣本進行訓練學習，且學習算法收斂的速度慢;網絡的泛化能力和自適應能力較弱，網絡學習率不穩定，易陷入局部最優。
(3)基于案例推理的故障診斷方法
案例推理是一種基于經驗知識的類比推理方法，適用于沒有完整、精確的數學模型，而有豐富經驗和大量詳細歷史一記錄的領域，對于復雜系統的故障診斷具有很大優勢，相比于基于規則推理的專家系統，其知識獲取容易，具有記憶功能，更容易開發和實現等優點，被廣泛的應用在鐵路機車車輛的故障診斷領域中。美國的Anil等提出了基于案例推理的機車故障診斷系，通過對機車故障案例的整理分析，運用案例推理的優勢，開發了機車故障診斷系統。
中南大學的趙明也提出了基于案例推理的機車故障診斷專家系統，通過分析和研究機車故障診斷領域知識特點和大量的故障維修日志，構建了基于案例推理方法的專家系統，并對案例推理的知識工程和案例檢索技術進行深入的分析，最后設計和建立了系統的概念模型、物理模型和軟件原型系統，并進行了仿真測試，證明了方法的有效性。
目前，案例推理中故障案例的檢索、重用以及故障案例庫的維護成為案例推理推廣的瓶頸，案例推理需要大量的故障案例，不適合小樣本情況下的故障診斷。
(4)基于多智能體的故障診斷方法
多智能體理論和方法是分布式人工智能領域的重要成果，自20世紀70年代以來得到迅速發展，具有集體智能、可擴展性高魯棒性和高可行性的優點，適合于解決大規模的復雜問題。
針對電力機車電氣系統結構的復雜性和故障的并發性，中南大學的趙治平和、ang Yingze等分別將多智能體技術(Multi-Agent System,MAS)引入到機車故障診斷系統中，建立了基于多智能體技術的的8G型電力機車故障診斷系統結構模型，采用多智能體組合技術進行電力機車電氣系統故障的協同故障診斷，并采用智能決策方法進行最終診斷結果確定。Yang Yingze等還搭建了20000噸重載列車同步制動系統在線狀態監測和故障診斷系統，并應用到重載機車上。
目前關于多智能體理論還不完善，如智能體的知識表達、推理機制和智能體 8
學習等;系統構建復雜，各個子智能體間的協同及沖突解決問題還有待深入研究。
（5）基于貝葉斯網絡的故障診斷方法
貝葉斯網絡是一種能夠對復雜系統建模、推理和學習的重要工具，為了提高制動系統故障診斷的有效性，北京交通大學的胡玲玲在詳細闡述了貝葉斯基本原理基礎上，建立適合空氣制動系統故障診斷的貝葉斯網絡的具體模型。診斷結果表明應用該方法進行空氣制動系統故障診斷的有效性，而且可以有效的解決不確定故障的診斷。
(6)基于主成分分析的故障診斷方法
針對機車制動系統多工況的特性，中南大學的侯文明提出了一種基于多工況多主元模型的在線診斷方法，并通過仿真試驗驗證了主成分分析方法在制動系統故障診斷系統的有效性和可行性。
(7)基于支持向量機的故障診斷方法
支持向量機((Support Vector Machine,SVM)是在統計學習理論基礎上發展起來的一種新的學習算法，它基于結構風險最小化原理，很好地解決小樣本、非線性及高維情況下的分類問題。支持向量機一開始用于模式識別，近年來在故障診斷領域得到廣泛應用。與人工神經網絡相比，支持向量機樣本需求少，訓練時間少，抗噪能力強，并能很好解決局部收斂、過學習與欠學習等問題。
中南大學的耿永強等提出了利用經驗模態分解和支持向量機診斷機車軸承故障方法，運用經驗模態分解方法對軸承振動信號進行分解，將得到的若干個內察模態函數((Intrinsic Mode Functions,IMF)形成初始特征向量矩陣，然后對該矩陣進行奇異值分解，提取其奇異值作為故障特征向量，并進一步根據支持向量機分類器的輸出結果來判斷機車軸承的工作狀態和故障類型，仿真實驗結果表明該方法的有效性和小樣本情況下良好的泛化能力。
Luo Jianhui等利用基于模型和支持向量機的智能故障診斷方法，結合系統方程和非線性觀測器獲得系統殘差，以消除噪聲的干擾，然后利用非線性觀測器獲取特征信息，輸入到支持向量機中進行訓練和辨識，應用于制動系統四種傳感器參數的故障診斷中。
支持向量機中不敏感損失參數、核函數參數和規則化參數等的選擇對診斷效果有著很大的影響，需要選擇合適的優化算法對其參數進行優化處理，以獲得更 9
好的診斷效果。
1.3智能故障診斷系統
鐵路機車車輛故障診斷技術，國外發展比較快，目前國外的高速列車上都安裝有相應的列車監測診斷系統，美國GE公司開發了內燃機車故障診斷系統DELTA和電力機車的LOCOCOMM系統，德國西門子公司開發了SIBAS32系統，加拿大的龐巴迪公司開發了MICAS系統、法國阿爾斯通公司開發了AGATE系統，德國的ICE2.2高速列車安裝的DAVID診斷系統;日本新干線高速列車的監測與診斷系統主要是列車控制信息管理系統，如日本新干線200系動車組的MON 1監控系統，400系動車組的MON4監控系統、800系動車組的智能化故障監測裝置等;俄羅斯國鐵250km/h高速電動車組安裝有“雄鷹250”安全檢測與診斷系統。這都是20世紀90年代中后期發展起來的新興高速列車監控和智能診斷技術。美國和加拿大致力發展的智能化鐵路系統，將整個鐵路構成一個實時網絡系統進行考慮，確保鐵路安全、高效地運行。在車載方面，分別在列車和貨車上安裝有完備的傳感器組，以保障列車的安全運行。
我國鐵路機車車輛故障診斷技術起步較晚，但是經過多年的不斷摸索，從早期的仿制到后來的引進消化再吸收，逐步對鐵路機車車輛的制造和運用形成了一系列行之有效的方法，對機車車輛控制和故障診斷技術有了比較明確的認識。國內從事診斷方法及實現技術的研究較多，但對診斷設備的研究較少，雖然有的試制了樣機，并在鐵路現場實驗考核運用過，但由于種種原因，最終沒有形成一種產品真正的大批量在機車車輛上普及應用。如中國鐵道科學研究所機車車輛研究所在2004年開發的“KAX 1型行車安全監測診斷系統，在列車高速運行中可對基礎制動裝置的作用、轉向架的性能、防滑器的工作狀態等進行監測、診斷和報警。中南大學黃志武等研制的HXD2型機車法維萊制動機故障診斷系統，建立了制動機功率鍵合圖模型和解析冗余方程，并應用到太原鐵路局湖東機務段的HXD2型機車上。青島四方機車車輛股份有限公司開發了“高速動車組制動測試系統”，利用測試系統模擬各種速度信號、車輛空簧載荷信號及再生制動模擬信號，并把模擬信號輸入到動車組，通過車輛制動系統施加制動動作，輸出制動信息，進而通過對制動信息數據的采集分析，判定制動系統的各項性能能否滿足設計要求。北京交通大學的方科挺設計開發了CRH2動車組的應急故障模擬與維修
培訓系統，以方便動車組司乘人員熟練掌握應急故障處理方法和措施。
在我國引進的動車組系列中，CRH 1, CRH2, CRH3和CRH5分別安裝有國外相關公司的狀態監測和故障診斷系統，如引進的CRH2動車組安裝有日本東芝 的車載故障診斷系統，CRH3安裝有西門子的SBIAS車載控制和故障診斷系統診斷系統總體框架結構如圖2所示。CRH 1和CRH5也分別安裝有各自研發的列車控制監控系統。高速動車組診斷系統是一個層次化的診斷系統，其層次化體現在高速動車組是由一系列控制子系統組成的，每個控制子系統具備檢測自身故障的能力，且當故障發生時，能夠對故障信息做出相應處理。
圖2高速動車診斷系統總體框架
CRH2 型動車組具有比較系統全面的故障診斷系統，它的診斷以監測或設備測試的形式集成在動車組中。每個功能都可進行診斷，并報告可能的故障和各自的功能限制給動車組中央診斷系統，以便進行診斷。但是CRH2型動車組車輛診斷系統也存在一些不足，列車的診斷系統經常會發生故障誤報情況，經常由于某個系統方面的單個原因產生一個故障信息，由于它們是相對獨立的，所以它的故障描述及解決方案是片面的，往往無法準確描述出故障點，使得維護人員根據故障提示往往找不到故障原因。故障診斷系統是系統級的故障診斷，沒有具體定位到具體設備或部件內部的故障現象，不能給出故障的深層次原因，也不具備潛在故障預警功能。
1.4存在的問題
目前國內對于動車組制動系統，特別是制動控制系統的故障診斷的工程應用和理論研究還很少，而在動車組運行中制動控制系統在制動系統中起著至關重要的作用，包括對制動系統的控制、傳感器信號的采集處理和制動的性能等，都依賴于制動控制系統。制動控制系統是制動系統精確控制中重要的子系統，而長時間的線上運行，制動控制系統中的設備和部件容易產生故障或故障隱患。故障或故障隱患對于制動控制系統有的是突發的，故障特征明顯的，而有些是因為長時間在惡劣環境下工作導致的漂移、電磁干擾等緩變型故障，這類故障雖然不會造成制動控制系統馬上制動控制失靈等嚴重故障，但是制動控制系統的性能卻己經受到影響或改變，給動車組的安全運行埋下隱患，而且緩變故障是長期發生的，無法用精確的數學模型刻畫，傳統的基于知識的專家系統無法對這些潛在的故障和隱患建立相應的規則數據庫。隨著時間的增加，緩變故障會產生從量變到質變的過程，一旦故障發生，就會對列車制動控制系統的閉環控制產生不可估量的影響和后果，甚至導致列車制動失靈或者顛覆等嚴重危及列車安全運行的事故。所以研究動車組制動控制系統故障的智能診斷對于動車組的安全運行具有十分重要的理論意義和工程價值。
隨著現代科學技術的發展及自動化程度的提高，動車組制動控制系統故障診斷技術也在不斷的成熟，但是由于動車組的制動控制系統是典型的機電、氣、液一體化的大型復雜系統，結構龐大而復雜，很難建立起準確可靠的數學模型:另外由于制動控制系統組成的設備眾多，結構存在差異，導致故障特征的共性較差;
而且在現場的應用中，制動控制系統有效狀態信息的獲取面臨著極大的困難，傳感器性能或者不能滿足測試環境要求、或者價格昂貴。目前制動控制系統的故障診斷方法很多，比較凌亂，還不存在一種較為通用性的方法。這也是制約動車組制動控制系統故障診斷技術發展的主要因素。具體來說，目前存在的問題主要體現在以下幾個方面:(1)制動控制系統故障診斷建模過程中過度依賴于系統運行維護中收集的故障信息和專家經驗知識，診斷模型知識完備性差;(2)目前動車組已有的故障診斷系統屬于系統級的故障診斷系統，診斷的層次較低，不能定位具體故障和給出故障深層次原因，無法及時的消除故障和故障隱患;(3)由于動車組引入時間較短，還處于消化吸收的階段，對動車組制動控制系統的故障機理和故障信息的收集還比較匾乏，狀態監測和故障診斷系統的開發也受到很大的制約;(4)對于動車組制動控制系統，一旦出現重大故障將會產生嚴重的政治影響和經濟損失，事后診斷己經遠遠不能滿足列車運行維護的要求，需要開展故障預警和預測研究，提高動車組的主動安全防護能力。
第2章故障特征提取技術與故障診斷方法
故障特征提取的準確與否直接關系到智能故障診斷的準確性和早期故障征兆預示的可靠性。由于不同信號處理方法能夠從不同的角度提取故障特征信息，而且對于復雜關鍵設備的早期、微弱和復合故障，其故障特征往往不明顯。因此，需要解決在故障早期就能把故障的原始特征準確的從高維映射到低維特征空間的問題，而多種不同的信號處理方法聯合使用更可能獲得準確的故障信息特征。基于人工智能的智能故障診斷方法是目前研究的熱點，己經廣泛應用在各個領域。本章分別對目前常用的故障特征提取方法和故障診斷方法深入分析。首先對目前常見的幾種特征提取方法進行歸納分析，然后對LSSVM的基本原理及其多分類方法進行深入分析和討論，并提出了改進最優二叉樹結構的LSSVM。
2.1主成分分析法
基于主成分分析的特征提取方法(Principal Component Analysis, PCA)是傳統的基于統計理論的特征提取方法中的最典型的方法，己經被廣泛應用在模擬電路故障診斷、傳感器故障診斷、機械設備故障診斷和工業過程監控及故障診斷等中作為主要的故障特征提取方法。PCA是從特征對分類是否有效的角度，在盡可能多地保持故障特征分類的相關信息的基礎上，通過線性變換，從數據空間中接近數據方差的一組向量，從而實現數據的降維，這樣既保留了數據的核心信息，而且各主分量之間相互獨立，降低了數據處理的復雜性。
在本課題的研究中，PCA方法被用于模擬電路軟故障的故障特征提取，基于PCA的模擬電路故障特征提取和故障診斷系統結構框圖如圖3所示。首先把激勵信號輸入到待診斷電路，同時采集輸出的信號響應，經過歸一化處理后建立故障特征的特征矩陣，然后計算故障特征矩陣的特征值和特征向量，最后根據故障特征值的方差貢獻率選取PCA，經過PCA方法將故障特征向量降維后輸入到故障診斷網絡，進行故障識別和分類。PCA方法降低了診斷網絡的規模、維數和計算復雜度，提高了故障診斷的速度。但是因為概率密度函數的分布問題使最優變換矩陣的計算陷入困境，而高分辨特征提取所需的映射常常是非線性的，因此基于PCA的線性變換方法在使用時受到了限制。
圖3基于主成分分析的模擬電路故障診斷
2.2集成經驗模態分解方法
2.2.1經驗模態分解
1998年美國科學家Norde E.Huang等提出了利用經驗模態分解方法來分析非線性非平穩信號的新方法。經驗模態分解算法是一種自適應的信號分解方法，該方法不受不確定原理的限制，在時域和頻域都具有很高的分辨率，克服了傳統的Fourier變換和小波變換的缺點，可應用在非線性、非平穩信號的分析處理上。
在滿足一定的條件下，瞬時頻率即是IMF函數。IMF函數是一種簡單的不帶騎行波的信號，可以將信號分解成若干只包含這種信號之和，又由于IMF不僅局限于窄帶信號，而且其振幅和頻率也不是固定不變的，所以它能表示非平穩過程。EMD分解算法流程圖如圖4所示。但是EMD在分解過程中存在模態混疊現象，這是由于信號的突然中斷引起的，為了有效的解決模態混疊，國內外提出了不少方
法，但是都性能都具有局限性。Wu Zhaohua等在對EMD分解白噪聲研究的基礎上，提出了集成經驗模態分解的方法，有效的解決了EMD存在的模態混疊現象，下節對集成經驗模態分解的原理進行詳細的闡述和分析。2.2.2集成經驗模態分解
EEMD方法基于信號的局部特征的時間尺度，克服了EMD方法的模態混疊現象，分解出的各個內察模態函數突出了數據的局部特征，對其進行分析可以更有效的掌握原始數據的特征信息，每一個IMF函數都是自適應的。其具體的分解步驟如下：
圖4 EMD算法流程圖
2.3最小二乘支持向量機的原理及結構參數優化方法
2.3.1最小二乘支持向量機的原理
近年來，在機器學習領域中備受矚目的支持向量機在許多領域得到了成功的應用，顯示出巨大的優越性。支持向量機克服了神經網絡網絡結構確定困難、收斂于局部極小和不適合小樣本等缺點，有效解決了小樣本、高維數和非線性等學習問題。但在應用中，采用逼近算法和多類分類不如兩類分類效果顯著等不足，訓練速度慢，造成支持向量機泛化能力的下降。
最小二乘支持向量機(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)是由Suykens和Vandewalle，提出的對SVM的一種改進算法，它用二次損失函數取代
SVM中的不敏感損失函數，通過構造損失函數將原SVM中算法的二次尋優變為求解線性方程，降低了計算的復雜性，具有更好的抗噪能力和更快的運算速度。LSSVM因其求解速度快、收斂速度快而在故障診斷、回歸預測、模式識別和模型優化等領域得到了廣泛的應用。
2.3.2最小二乘支持向量機結構參數優化方法
目前，國內外優化支持向量機結構參數的主要方法有傳統的基于分析的方法和近年來成為研究熱點的基于人工智能的啟發式搜索優化算法。基于分析的方法是通過推廣誤差的梯度來確定最優的結構參數，如試湊法、交叉驗證法、梯度下降法、網格搜索法]和三步搜索法等，但這些算法往往存在計算復雜，耗時長，易陷入局部最優，不一定能獲得全局最優等缺點。第二類方法確定結構參數的采用啟發式算法，如遺傳算法、模擬退火算法、人工免疫算法、粒子群優化算法等，下面對各種啟發式優化算法的優缺點做簡要歸納總結。2.3.3遺傳算法
遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)是一種借鑒生物界自然選擇自適應搜素的全局優化算法，通過對自然界遺傳的交叉驗證環節與人工智能的結合，適合處理復雜的非線性問題的求解，具有并行搜索、群體尋優的特點。重慶大學的李峰等提出了基于遺傳算法優化的LSSVM結構參數求解算法，并用于風機傳動系統的故障診斷，取得了很好的效果。遺傳算法分層優化支持向量機的核函數參數和規則化參數，可以在小樣本空間內對LSSVM的結構參數進行尋優，避免了傳統的故障類型和規則知識的限制，提高了LSSVM的故障預測精度和自適應診斷能力，并可以推廣應用于線性、徑向基、Sigmoid等核函數條件下的LSSVM優化，深溝球軸承故障診斷實例說明該模型的有效性。
華北電力大學的王平等[ioy提出了基于GA優化的LSSVM的時間序列預測建模方法，并將該方法用于十維的Mackey-Glass混沌時間序列預測，實驗結果證明了該優化方法具有自動獲取最有參數、訓練速度快、精度高和泛化能力強的優點。
但是基于遺傳算法優化運算較復雜，存在交叉、變異等運算使群體中的染色體具有局部相似性，導致算法易陷入局部最優，不一定尋找到全局最優值。
2.3.4模擬退火算法
模擬退火算法(Simulated Annealing,SA)是以Markov鏈的遍歷理論為基礎的基于物理中固體物質的退火過程與組合優化問題之間的相似性的啟發式搜索算法。模擬退火算法采用Metropolis準則使得模擬退火算法能夠保證局部尋優的精度，避免陷入局部最優，而逐漸獲得全局的最優結果。
山東大學的隋文濤提出了基于模擬退火優化的LSSVM算法，利用模擬退火算法對LSSVM參數和特征進行尋優，并用于滾動軸承故障診斷中，與其他方法相比，故障的分類正確率更高。
雖然SA能解決優化組合問題，能克服優化過程中陷入局部最優和初值依賴性問題，但其計算時間長，全局收斂性能很差，存在結構復雜、時間復雜度高等問題。
2.3.5粒子群算法
粒子群優化算法((Particle Swarm伽timization,PSO)是一種啟發式的搜索進化算法，具有較好的全局搜索和局部搜索能力，可以對LSSVM的結構參數進行優化。
石家莊鐵道大學的耿立艷等]提出了基于灰色關聯分析和粒子群優化的LSSVM算法，用于鐵路貨運量的預測，通過對我國1980-2009年鐵路貨運量實例分析表明:該方法具有較快的收斂速度和較高的預測精度。但是粒子群存在早熟現象易陷入局部最優，影響 LSSVM結構參數的最優化。
中南大學的龍文等提出了混合PSO優化的LSSVM模型用于鍋爐延期含氧量的預測控制，通過采用以粒子群優化算法進行大范圍的全局搜索，在局部使用擬牛頓法進行局部搜索方向的計算，以求避免粒子群易陷入局部最優的缺點，但是對于局部搜索存在盲目性，不能從本質上解決粒子群早熟和局部最優的問題。
綜上可知粒子群優化算法的局限性是由于粒子群優化算法特有的粒子間單向信息流的影響，粒子群優化算法具有非常快的收斂速度，經過不太多次的迭代進化后，種群中的各粒子往往具有相同的特征。這樣，導致種群缺乏多樣性，難以跳出局部最優，往往很容易形成過早收斂。
2.4最小二乘支持向量機的多分類方法
由于標準的LSSVM只能解決二分類問題，但是現實中大部分診斷和分類都是
多分類問題的辨識和識別問題，為了有效解決LSSVM多分類問題的方法，國內外提出了很多多種分類方法，典型的有一對多多分類法、一對一多分類法、糾錯編碼多分類法、有向無環圖多分類法和二叉樹多分類法。2.4.1一對多的多分類法
對于k分類問題，一對多的多分類(One-Versus-Rest,O-V R)方法通過構造k個二值向量機分類器，每一個支持向量機分別將某一類的數據從其他類別中分離出來(圖6)。雖然OVR方法可以通過取決策函數輸出值最大的類別確定測試樣本的類別，但由于在分類中存在大量的不可分區域，而使其推廣性受到很大的影響。O-V R多分類方法簡單有效，對于k類樣本只需訓練k個支持向量機，因所得的分類函數個數較少，在決策分類時具有較快的速度。但也存在以下缺點:(1)當類別數增多時，訓練樣本間的不平衡將影響分類結果的準確性;(2)存在不可分盲區，泛化能力較弱;(3)容錯能力欠佳。
圖6一對多分類方法
2.4.2一對一的多分類法
一對一多分類法((One-Versus-One,O-V O)是利用在不同分類類別之間建立二類分類器，把多分類問題分解為多個兩分類問題，對k個類別共需要建立k(k-1)l2個支持向量機，然后分別訓練相關的兩分類樣本(圖7)，分類決策時采用“最大贏”算法，每一分類器對故障特征向量分別決策，分類結果是值最大的類。由于每個支持向量機只對二分類問題進行分類，因此訓練速度比O-V R很快。但O-V O多分類法主要缺點有:(1)存在過學習問題;(2)存在推廣誤差無界的問題;(3)算法運行時間隨著分類數目增大而快速增長，導致分類決策過慢;(4)存在拒分問題。
圖7一對一多分類方法
2.4.3有向無環圖的多分類法
有向無環圖(Decision Directed Acyclic Graph LSSVM, DDAG)多分類方法是根據圖論中的有向無環圖的思想，通過構造k(k-1)/2個兩分類器實現k分類的多分類問題。DDAG方法簡單易行，分類決策時只需使用k一1個決策函數即可得出結果，其分類精度與O-V O法相當，但運算速度更快。不過因為有向無環圖是層次結構，存在“誤差積累”效應，王艷等在考慮到DDAG的特殊結構后提出了利用基于類分布的類間分離性測度區分各分類之間的距離，并對DDAG的節點順序從新組合設計，構造了基于分離性測度的DDAG支持向量機，通過3個典型數據集的仿真測試，證實了提出的方法性能優于傳統DDAG算法。圖8是四分類問題的有向無環圖結構框圖。
圖8有向無環圖多分類法
2.4.4二叉樹結構的多分類法
Hsu Chinwei等提出利用二叉樹結構來構造支持向量機的多分類方法，可以在較少支持向量機的情況下提高訓練和決策速度。基于二叉樹結構的多分類方法是把所有分類先分為兩個子分類，然后各個子分類再分為兩個子分類，直到所有的節點只有一個分類為止(圖9)。二叉樹結構的支持向量機多分類方法具有子分類器少，不存在拒分區域、分類效率較高的優點。但是二叉樹結構的支持向量機多分類方法也存在以下缺點:(1)多分類方法的性能取決于二叉樹的生成方法;(2)存在“誤差積累”現象。
近年來，有學者在二叉樹結構的基礎上提出了幾種二叉樹的改進算法，以修正SVM的分類正確率，Yang Chih-Cheng和楊琳等。Zsa26}提出和應用了Huffinan樹構造二叉樹的概念，通過構造Huffman樹自下而上來生成二叉樹的方法。分類測試表明最優二叉樹的分類識別率比隨機偏二叉樹多分類方法要高很多，這說明二叉樹的結構對其分類的正確率有很大影響。崔江等提出了聚類二叉樹的SVM，通過引入SOFM神經網絡對訓練樣本進行分層聚類，最后形成聚類二叉樹，然后對樣本訓練和測試，仿真實驗表明，聚類二叉樹SVM與其他多分類方法(O-V O,O-V R)相比的測試時間最小，而獲得的精度較高，且測試復雜度和診斷時間較小。
但是以上這些改進基本上對于二叉樹的生成并未提出更好的解決方法，只隨機地或者借助有限的方法人為主觀的決定二叉樹的結構，未從提高推廣性能角度設計二叉樹的生成算法，如何生成完全二叉樹結構，盡可能減少誤差積累現象等
是基于二叉樹結構的多分類支持向量機需要解決的關鍵問題。
圖9二叉樹結構的多分類方法
2.4.5基于改進最優二叉樹的多分類法
從二叉樹結構的支持向量機多分類方法的基本原理可知，只有在頂層節點以最優的分類方法將不同類別分開刁‘可以獲得最優的多分類性能。因此，需要在每一個二叉樹子類分類時選擇與其他類別差別最大的類別將其分開，在吸收王艷各自算法優點的基礎上，對最優二叉樹的測向距離引入基于類分布的類間分離性測度概念，用類間分離性測度來刻畫類別之間的差異，然后通過構造改進的樹來生成二叉樹從而產生改進的最優二叉樹多類法。
標準的Huffman樹，又稱最優二叉樹，是一類帶權路徑長度最短的樹，最優二叉樹的基本構造原理如下:首先從二叉樹所有的根節點中選取權值最小的兩個根節點，從新構成一棵新的二叉樹，則該新二叉樹兩個子樹的權值之和就是根節點的權值，然后把新構造的根節點替代左右兩個字數加入到根節點組合中，循環以上二叉樹構造的流程，直到只剩下最后一個根節點。
在提出的改進算法中，也是采用自下而上構造二叉樹的方法，即先尋找最難分割的兩類作為二叉樹的下層結點，然后再尋找次難分割的兩類，直到剩下最后兩個類為止。在對訓練數據評估各類間的分離度時，通常采用歐氏距離衡量類間分離性測度，但是歐氏距離并不能全面客觀的代表類間的分離度。圖10為兩類類間分離性比較，圓形范圍代表某一類別樣本的分布范圍。可知，圖10(b)的類間距離明顯大于圖10(a)的類間距離，但是圖10(a)中的兩類別顯然要比圖2-15（b）中的兩類別要容易分離。這是因為類間的分離度不僅與類間間距有關，而 23
且和類別樣本的方差有關。類間距越大，方差越小，分離性會越強。
圖10類間分離性比較
本章小結
本章對常用的故障特征提取技術進行概述，重點對主成分分析、小波包分析技術、數學形態學濾波方法、經驗模態分解和集成經驗模態分解等故障特征提取方法進行了深入的研究，并利用仿真試驗對比分析每種故障特征提取方法的優缺點及其適用范圍。然后對LSSVM的原理進行了詳細的論述，并對其結構參數的優化方法和多類分類方法進行了歸納分析，并提出了改進最優二叉樹LSSVM的多分類方法，標準樣本多分類測試證明了提出的多分類方法在保證實時性的情況下提高了分類的正確分類率。
參考文獻：
[1]張曙光.CRH2型動車組.北京:中國鐵道出版社，2008.[2]黃采倫，樊曉平，陳特放.列車故障在線診斷技術及應用.北京:國防工業出版社，2006.[3]黃棟杰.200公里級CRH2型動車組制動控制系統的研究.成都:西南交通大學，2010.25
第四篇：北京交通大學動車組機械師培訓 2013動車組制動系統復習題-答案
2013年“動車組制動系統”復習題
1.CRH2型動車組緊急制動時，安全環路是否溝通B10調壓閥和中繼閥？
2.CRH3型動車組的每輛車是否都有彈簧停放制動裝置？
3.BCU計算制動力的三要素是什么？（制動級位指令、列車運行速度和車輛質量）
4.CRH5型動車組緊急制動電磁閥的工作原理是什么？（失電制動，得電緩解）
5.影響輪軌間黏著系數的主要因素有哪些？（輪軌接觸面狀況和車速）
6.再生制動制動力的大小如何調節？（可通過調節定子磁場和轉子的轉速差來進行）
7.CRH2型動車組電、空制動力中的任何一個不足是否稱為制動力不足？
8.當CRH5型動車組的制動主控手柄置于第一扇區時，若某動車電制動力不足，是否優先由該車非動力軸的空氣制動進行補償？
9.CRH3型動車組拖車的每個輪對都裝有幾套軸盤式盤形制動裝置？2
10.CRH1型動車組的備用制動系統是否采用無電控的自動式空氣制動系統。
11.CRH5型動車組的外門系統需要供風，通過調壓閥將風壓調多少壓力？600 kPa
12.CRH2型動車組在運行當中，總風管壓力低于何值時將會實施緊急制動？600kPa
13.動車組制動時，采用的制動方式是什么？空、電聯合制動，以電制動為主
14.CRH1型動車組拖車制動系統的基礎制動方式采用的是什么？軸盤制動
15.屬于非粘著制動的有哪些？磁軌制動
16.防滑裝置用于滑行檢測的指標有多種，其中最常用的是什么？減速度指標
17.哪種型號的動車組中有電阻制動？CRH5
18.CRH1型動車組每個動車轉向架上設有幾個停放制動缸？3
19.CRH2型動車組一級檢修制動盤裂紋沿半徑方向長度不大于多少？127mm
20.CRH3型動車組常用制動故障時，車下需關閉哪個塞門？B15
第五篇：動車組答案
第一章 動車組基礎知識
1.簡述高速鐵路特點及其列車劃分方式。a)特點：（1）速度快，旅行時間短。
（2）客運量大。（3）準時性好，全天候。
（4）安全舒適可靠。
（5）能耗低。（6）污染輕。（7）效益高。（8）占地少。b)劃分方式： 普通列車：最高運行速度100一160 km／h； 快速列車：最高運行速度160—200 km／h；
高速列車：最高運行速度≥ 200km／h。2.簡述動車組的定義、類型及關鍵技術。
(一)定義：動車組：亦稱多動力單元列車，是由動車和拖車或全部動車長期固定聯掛在一起運行的鐵路列車。(二)類型：1.按牽引動力的分布方式分：①動力分散動車組②動力集中動車組 2.按動力裝置分：①內燃動車組(DMU)②電力動車組(EMU)： 3.按服務對象分：①長途高速動車組②城軌交通動車組
(三)關鍵技術：動車組總成、車體、轉向架、牽引變壓器、牽引變流器、牽引電機、牽引控制系統、列車網絡 控制系統、制動系統。
3.簡述動車組車輛的組成及其作用。
① 車體：容納運輸對象之所，安裝設備之基。② 走行部（轉向架）：車體與軌道之間驅動走行裝置。③ 牽引緩沖連接裝置 ：車體之間的連接裝置。④ 制動裝置：車輛的減速停車裝置。⑤ 車輛內部設備：服務于乘客的車內固定附屬裝置。⑥ 車輛電氣系統：車輛電氣系統包括車輛上的各種電氣設備及其控制電路。按其作用和功能可分為主電 路系統、輔助電路系統和控制電路系統3個部分。4.解釋動車組車輛主要技術指標及其標記的含義。①.自重：車輛本身的全部質量。
②.載重/容積：車輛允許的最大裝載質量和容積。③.定員：以座位或鋪位計算。（定員=座席數+地板面積*每平方米地板面積站立人數。）④.軸重：車軸允許負擔的最大質量（包括車軸自重）。
⑤.每延米軌道載重：車輛總質量/車輛全長（站線有效利用指標）。⑥.通過最小曲線半徑：調車工況能安全通過的最小曲線半徑。⑦.構造速度：安全及結構強度允許的最大速度。⑧.旅行速度：路程/時間，即平均速度。最高試驗速度，最高運行速度。⑨.持續速度：在全功率下能長時間連續運行的最低速度稱為持續速度。
⑩.輪周牽引力：動輪從牽引電動機獲得扭矩，通過輪軌相互作用在輪周上產生的切向反力。?.粘著牽引力：機把受粘著條件限制而得到的牽引力，稱為粘著牽引力 ?.持續牽引力：在全功率下，對應于持續電流的引力稱為持續牽引力。
?.車鉤牽引力：克服動車本身的運行阻力以后，傳到車鉤處用于牽引列車運行的那部分牽引力。?.標稱功率：各牽引電動機輸出軸處可獲得的最大輸出功率之和。
?.車輛全長、最大高度、最大寬度：車輛兩端車鉤鉤舌內側距離（19.8m/29.7m)；車頂最高點至軌頂面距離（3.25m);車體最寬處尺寸（2.6m)。
?.車輛換長：是車輛換算長度標記。當車鉤處于鎖閉位置時，車輛兩端車鉤鉤舌內側面間距離（以
m為單位）除以11 m所得之值，為該車輛換算長度數值。?.車輛定距：相鄰轉向架中心距
?.轉向架固定軸距：轉向架前后車軸中心距。
?.車鉤高和地板面高：鉤舌外側面和地板面至軌頂的距離。5.何謂限界？包括哪幾種類型？
為防止車輛運行時與建筑物及設備發生接觸而設置的橫斷面最大允許尺寸輪廓。包括：機車車輛限界（車限）和建筑限界（建限）。建筑限界和機車車輛限界均指在平直線路上兩者中心線重合時的一組尺寸約束所構成的級限輪廓。
類型：
1、無偏移限界
2、靜偏移限界
3、動偏移限界
6.線路包括那幾種？軌道由那幾部分組成？
線路平面構造：直線、曲線、緩和曲線、道岔 線路縱斷面構造：上下坡段、豎曲線、平道。
第二章 轉向架結構原理及基本部件
1.簡述轉向架的組成及其分類。
①組成：㈠輪對:走行導向。
㈡軸箱：降低摩擦阻力，化滾動為平動。
㈢一系懸掛裝置：用以固定軸距，保持輪對正確位置，安裝軸承等。緩沖軸箱以上部分的振動，以
減輕運行中的動作用力。㈣構架:安裝基礎。
㈤二系彈簧懸掛：也叫車體支承裝置:是車體與轉向架的連接裝置。㈥基礎制動裝置:是制動機產生制動力的部分。
㈦電機驅動裝置:將電能變成機械能轉矩，通過降低轉速，增大轉矩，將牽引電動機的功率傳給輪對。
②分類：1.按軸數分類：兩軸bo-bo；三軸co-co。
2.按傳動裝置分：(1)動力轉向架：單動力軸轉向架、雙動力軸轉向架(2)非動力轉向架
3.按懸掛裝置分：A、按彈簧懸掛方式分類：一系、二系 B、按軸箱定位方式分類：有導框軸箱定位轉向架 無導框軸箱定位轉向架：拉板式、轉臂式、拉桿式 C、按車體支承方式分類：(1)按中簧跨距分：內側懸掛、中心懸掛、外側懸掛。(2)按載荷傳遞形式分：心盤集中承載、心盤部分承載、非心盤承載。
(3)按中央懸掛裝置的結構分：有搖動臺、無搖動臺、無 搖枕轉向架。
D、按車體支撐裝置連接形式分：鉸接式、非鉸接式 4.按導向方式分：自導向徑向轉向架、迫導向徑向轉向架、機車徑向轉向架 5.按擺動方式分：自然擺轉向架、強制擺轉向架 3.輪對有何特點？
2輪+1軸，過盈連接，輪軸同轉 4.簡述車軸和車輪各部分的名稱。踏面、輪緣、輪輞、輻板、輻板孔、輪轂、輪轂孔 5.空心車軸有何好處？車輪踏面為什么有一定斜度？
㈠空心車軸?減輕了自重?因而減輕了簧下質量，?減小了蛇形運動。從而改善了列車運行平穩性，減小了輪軌之間的動力作用。
㈡踏面需要做成一定的斜度，其作用是：
1、便于通過曲線
2、可自動調中
3、踏面磨耗沿寬度方向比較均勻
6.簡述滾動軸承軸箱的類型。
類型：圓柱滾動軸承與軸箱（目前客車常用）；圓錐滾動軸承（目前貨車常用）7.簡述彈性懸掛裝置的類型及其特點。
類型及特點：
1、按位置分：一系懸掛裝置：在輪對與構架之間，也稱為軸箱懸掛裝置 二系懸掛裝置：在車體和構架之間，也稱為中央懸掛裝置
2、按作用分：緩沖裝置：主要起緩和沖動的彈簧裝置；（中央彈簧、軸箱彈簧）
減振裝置：主要起衰減振動的減振裝置；（垂向、橫向、縱向和抗蛇行減振器）定位裝置：主要起定位作用的定位裝置。（軸箱定位、中央定位、抗側滾扭桿）
3、按結構形式分：螺旋彈簧、空氣彈簧、橡膠彈簧、扭桿彈簧、環彈簧 8.簡述空氣彈簧系統的組成及其工作原理。
㈠特點：變剛度、等高度、三維彈性、自帶減振功能。空重車自振頻率相當 ；單獨支重；省去垂向減振器。㈡組成：空氣彈簧本體、高度控制閥、差壓閥、附加氣室、濾清器 ㈢工作原理：（1）壓力空氣緩沖：由壓力空氣實現。列車管→空氣彈簧風缸→空氣彈簧主管→空氣彈簧連接
管→高度控制閥→空氣彈簧本體和附加氣室。(2)變壓力、變剛度、等高度
A.保壓：正常載荷時，h=H，進排氣通路均關閉，保壓；
B.充氣：增載時，車體下沉，h
一側空氣彈簧自動放氣，以防車體傾覆。
（4）節流減振：由氣嘴實現。氣嘴節流減振代替垂向減振器。9.簡述車輛上常見減振器的類型及其工作原理。㈠摩擦式減振器：借摩擦面的相對滑動產生阻尼
㈡液壓減震器①特點：自調節特性（振幅大時，衰減量也大）。
②組成：活塞、進油閥、缸端密封、上下連接、油缸、貯油筒、防塵罩等。③工作原理：利用液體黏滯阻力作負功來吸收振動能量（小孔節流阻尼）
A.拉伸狀態：活塞桿向上運動，B腔油液的壓力增大，壓差使其經過心閥的節流孔 流入A腔。油液通過節流孔時產生大小與的流速、節流孔的形狀和大小有關的阻力。B.壓縮狀態：活塞桿向下運動，受到活塞壓力的A腔油液通過心閥的節流孔流入B 腔而產生阻力。
C.油量調節：活塞桿有一定體積，當活塞上下運動時，A腔和B腔體積變化不相等。為保證減振器正常工作，在油缸外增加一貯油筒（C腔）實現油量調節。
10.簡述驅動裝置的類型及典型驅動裝置的特點。
㈠作用：實現能量轉換，產生輪對驅動力距。㈡類型：（1）軸懸式(半懸式）：牽引電機重量一半支撐載車軸，一半懸掛在構架上。軸懸式又有剛性及彈性 之分。
（2）架懸式（或稱全懸掛式）：牽引電機支撐在構架上。（3)體懸式：牽引電機安裝在車體上。
11.簡述基礎制動裝置的類型及其特點。
㈠空氣制動：利用壓縮空氣，通過制動缸活塞和杠桿作用在閘瓦或制動夾鉗的壓力，在踏面或制動盤上產生
摩擦，把機車動能轉化為熱能并逸散到大氣中。包括制動控制系統和制動執行系統
㈡閘瓦制動：通過閘瓦壓緊車輪，通過機械摩擦產生制動作用，高速時制動力不夠，不是高速列車主要制動 方式
㈢盤形制動: 通過制動閘片與制動盤之間的機械摩擦產生制動作用，散熱好，有較好的高速制動性能，高速制
動時制動塊磨損加快，熱載荷大時易產生裂紋不能確保安全 ①軸盤制動：制動盤壓裝在車軸內側
②輪盤制動：制動盤安裝在車輪兩側或一側 12.摩擦制動包括閘瓦制動、盤形制動、磁軌制動
13.動力制動包括電阻制動、再生制動、電磁渦流軌道制動、電磁渦流轉子制動等
第三章 典型轉向架
1、簡述德國、日本和法國轉向架的結構特點？
2、簡述CRH2轉向架的橫向、縱向及垂向力的傳遞路線。①.垂向力（即重力）：車體→橡膠空氣彈簧→構架側梁→軸箱圓彈簧→軸箱→車軸→車輪→鋼軌 ②.橫向力（離心力等）：車輪→車軸→軸箱→軸箱圓彈簧+轉臂定位銷（力較小時）/軸箱止檔（力較大時）→ 構架側梁→橡膠空氣彈簧（力較小時）/構架橫梁→橫向橡膠止檔(力較大時)→牽引中心銷→車體
③.縱向力（牽引力或制動力）：（輪軌間粘著）車輪→車軸→軸箱→軸箱轉臂定位銷→構架側梁→構架橫梁→牽
引拉桿→牽引中心銷→車體→車鉤
3、簡述CW-200K轉向架的橫向、縱向及垂向力的傳遞路線。（實驗報告）
4、簡述地鐵轉向架的結構特點。
轉向架安裝于車體與軌道之間，用來牽引和引導車輛沿軌道行駛，承受并傳遞車體與軌道之間的各種載荷并緩和其動力作用。一般由構架、輪對軸箱裝置、彈簧懸掛裝置和制動裝置等組成，有動力轉向架和非動力轉向架之分，動力轉向架裝有牽引電機及傳動裝置。
5、簡述低地板轉向架、法國RX656轉向架及獨立回轉轉向架的結構特點。第四章 車體結構及總體布置
1.簡述車體的類型及組成。
類型：㈠按材料分：耐候鋼車體、不銹鋼車體、鋁合金車體
㈡按承載方式分：底架承載式車體、側墻和底架共同承載式車體、整體式承載車體 組成：底架、側墻、車頂、前端墻（或車頭）、后端墻、波紋地板或空心型材加強的地板構成一個帶門窗切口 的博壁筒形整體承載結構。2.簡述CRH動車組車體組成特點。
（1）車體采用鋁合金整體承載筒形結構
（2）車體的斷面形狀可分為鼓形斷面、梯形斷面和矩形斷面。
（3）底架、側墻和車頂采用大型空心截面的擠壓鋁型材拼焊而成。中空擠壓型材，長度可達車體全長。（4）整體裝配車體：車體基本由6大部件即地板、車頂、兩個端墻及兩個側墻裝配而成。
3.簡述車體輕量化、防火和隔聲降噪的措施。（————————————不考——————————）
㈠車體輕量化措施：①采用新材料、新工藝：鋁合金、不銹鋼、蜂窩型復合材料、纖維復合增強塑料、玻璃 鋼
②改變車體結構：改變車體強度結構
改變車體工藝結構：采用大型中空擠壓鋁型材結構 采用纖焊的鋁蜂窩鋁合金結構 采用航空骨架式鋁合金結構 采用大型擠壓型材的焊接結構
㈡防火措施：（1）結構抗火 2）隔斷火源3）防止火災蔓延4）車門設計應有利于乘客的疏散（5）車內應設
有滅火相輔助照明設備6）車輛難燃化7）加強車內的巡回檢查，引導旅客安全疏散㈢隔聲降噪的措施：①隔聲措施：①采用雙層墻結構
②在車體金屬（如地板）表面涂刷防振阻尼層 ③采用雙層車窗 ④車內選用吸聲效果好的高分子聚合材料 ⑤提高車體氣密性
②降噪措施：A、削弱噪聲源發出噪聲強度的措施 B、提高車體隔聲性能的措施
4.簡述鋁合金車體的特點。
車體主要承載構件采用大型中空擠壓鋁型材，以提高構件剛度，充分發揮材料承載能力，滿足輕量化要求，減小了焊接工作量，維修期增長 分為四種形式：
第一種，鋁板和實心型材結構： 車體由鋁板和實心型材通過鉚釘、連續焊接進行連接。第二種，板條骨架結構： 車體由鋁板和縱向加固件應用氣體保護焊的溶焊而成。
第三種，大型開口型材結構： 車體由板皮和縱向加固件組成高強度大型開口型材整體結構通過焊接。第四種，大型空心截面結構： 車體結構為與車體等長的大型中空型材通過自動連續焊接互相連接。
5.簡述CRH動車組的布置特點。
動車組車輛總體布局按空間位置一般可分為:車內布置、車頂布置、車下布置3部分。由于車上空間盡可能用于安裝旅客服務設施，因此，動力設備分散在各節車的車下設備艙中，車上除司機室及其通道外，沒有專門的設備間。以CRH5為例，總體空間布局一般劃分為：車頭（導流罩、自動車鉤）、車上布置【司機室、客室、車輛連接（風擋）】、車頂布置（受電弓、空調機組等）、車下設備艙
6.簡述動車組上的主要設備組成及其作用。7.簡述車門的類型、組成及其特點。
類型：按作用分：側門、內端門、外端門、小間門（包括乘務室門、衛生間門等）。按開啟方式分：自動門、手動門。
按驅動方式不同區分:風動式車門、2、電動式車門 按開啟特點分：（1）內藏嵌入式側移門（2）外側移門（3）塞拉門（4）外擺式車門
第五章 車端連接裝置
一．填空題
1.牽引緩沖裝置包括（車鉤）、（緩沖器）、及（車鉤復原裝置）三部分。2.牽引緩沖器裝置的構造、（性能）及(狀態)在很大程度上 影響列車運行的（縱向）平穩性。3.車鉤由（鉤頭）、（鉤身）、（鉤尾）等3部分組成。4.按連結緊密程度分：非剛性自動車鉤（普通自動車鉤）和剛性自動車鉤（密接式車鉤）。5.密接式車鉤類型包括：前端（自動車鉤）、半永久車鉤和過渡車鉤。6.緩沖器就其結構來說，可分為（彈簧摩擦式）、（橡膠摩擦式）和（液-氣式緩沖器）三類。7.風擋裝置有三種型式：鐵風擋裝置、橡膠風擋裝置和（折疊風擋裝置）。二．簡答題
1.鉤緩作用及傳力過程
? 鉤緩作用：連掛、牽引和緩沖三種功能。
? 連接定距（連接列車中的各車輛，并使之保持一定距離），? 傳力緩沖（傳遞牽引力，傳遞和緩和縱向沖擊力）。
? 鉤緩作用及傳力過程 ? 當列車牽引時：車鉤→鉤尾銷→ 鉤尾框→后從板→緩沖器→前從板→前從板座→牽引梁。? 當列車壓縮時：車鉤→鉤尾銷→ 鉤尾框→前從板→緩沖器→后從板→后從板座→牽引梁。
由此可見，鉤緩裝置無論是承受牽引力還是沖擊力，都要經過緩沖器將力傳遞給牽引梁，這樣就有可能使車輛間的縱向沖擊振動得到緩和和消減，從而改善了運行條件，保護車輛及貨物不受損壞。
2.車鉤三態功能是什么？
（1）閉鎖位置(連掛狀態)：鎖閉狀態，為牽引時所用。
（2）開鎖位置(解鉤狀態)：一種閉而不鎖的狀態，為摘車時所用。
（3）全開位置(待掛狀態)：為掛鉤作準備。相互連接兩車鉤，必須有一個處于全開位，另一個處于什么位置都可以。3.密接式車鉤特點
a)可實現真正的“密接”；
b)可實現機械、電路和氣路三路連接； c)可以實現自動解鉤； 4.柴田式密接車鉤的工作原理（1）閉鎖過程
連掛時，鉤頭凸錐插入相鄰車鉤的凹錐孔內，鉤頭內側面壓迫相鄰車鉤鉤舌逆時針轉動40o,解鉤風缸彈簧受壓變形；當量鉤舌連接面完全接觸后，形成一個球體，在解鉤風缸彈簧復原力的作用下，在凹錐孔內順時針轉動40o后恢復原狀，完成車輛連掛，車鉤處于連掛狀態（閉鎖位置）。（2）解鉤過程
自動解鉤時，司機操縱解鉤閥，壓縮空氣由總風缸進入解鉤風缸，使活塞向前推動解鉤桿并帶動鉤舌逆時針轉動40o 而使車鉤處于待解狀態（開鎖位置）。
手動解鉤時，依靠人力推動解鉤桿使使車鉤處于待解狀態（開鎖位置）。5.緩沖器的作用及其工作原理 作用：緩沖器用來緩和列車在運行中由于機車牽引力的變化或在起動、制動及調車作業時車輛相互碰撞
而引起的縱向沖擊和振動。緩沖器有耗散車輛之間沖擊和振動的功能，從而減輕對車體結構和裝載貨物的破壞作用。
工作原理：緩沖器的工作原理是借助于壓縮彈性元件來緩和沖擊作用力，同時在彈性元件變形過程中利用摩擦和阻尼吸收沖擊能量。其中橡膠緩沖器借助于橡膠分子內摩擦和彈性變形起到緩和沖擊和消耗能量的作用。6.緩沖器的主要性能參數 ①.行程：緩沖器受力后產生的最大變形量。此時彈性元件處于全壓縮狀態，如再加大壓力，變形量也不再 增加。
②.最大作用力：緩沖器產生最大變形量時所對應的作用外力。
③.容量：緩沖器在全壓縮過程中，作用力在其行程上所作的功的總和稱為容量。它是衡量緩沖器能量大小 的主要指標，如果容量太小，則當沖擊力較大時就會使緩沖器全壓縮而導致車輛剛性沖擊。④.能量吸收率：緩沖器在全壓縮過程中，被阻尼所消耗的能量與緩沖器容量之比。一般要求不低于70%。⑤.初壓力：緩沖器的靜預壓力。初壓力的大小將影響列車起動加速度。
第六章 城市軌道交通動車組
1.簡述磁懸浮列車的類型、特點及其工作原理。類型：常導磁吸型、超導磁斥型 特點：常導磁吸型：利用常規的電磁鐵與一般鐵性物質相吸引的基本原理，把列車吸引上來，懸空運行，懸浮 的氣隙較小，一般為10毫米左右。常導型高速磁懸浮列車的速度可達每小時400-500公里，適合于城市間的長距離快速運輸。
超導磁斥型：使用超導的磁懸浮原理，使車輪和鋼軌之間產生排斥力，使列車懸空運行，這種磁懸浮列
車的懸浮氣隙較大，一般為100毫米左右，速度可達每小時500公里以上。工作原理：磁力懸浮、導向，線電機驅動 2.簡述導軌交通的類型與工作原理。
類型：1中央導向方式、2側面導向方式
工作原理：
1、中央導向方式： 線路中央設導向軌，車輛底架下部對應部位設導向輪。走行橡膠輪在兩根主
梁上行駛，導向輪貼靠線路中央凸出的導向軌導向。
2、側面導向方式： 線路兩側矮墻上設導向輪滾道，車輛走行裝置外側水平配置導向輪。走行輪
在線路上行駛，導向輪沿線路兩側的導向軌滾動導向。3.簡述單軌車輛的類型與工作原理。類型：（1）跨坐式獨軌鐵路：車體重心在軌道梁上方，運行時車體跨坐在軌道梁上。
（2）懸掛式獨軌鐵路：車體重心在軌道梁下方，轉向架懸吊著車體沿軌道梁運行。
工作原理：㈠跨坐式：車輛騎行于軌道梁上方，車輛底部有走行輪，在車體的兩側下垂部分還有導向輪和穩定
輪，夾行于軌道梁兩側，保證車輛沿軌道安全平穩行駛
㈡懸掛式：車輛懸掛于軌道梁下方，軌道梁為下部開口的箱型鋼架梁，車輛走行輪與導向輪均置于 箱型梁內，沿梁內設置的軌道行駛。車輛改變行車方向時。通過梁內可動軌的水平移動實現
第七章 軌道車輛牽引理論
1、作用于列車的力及其產生原因 ①牽引力：動輪受牽引電機驅動轉矩作用后，在輪軌粘著作用下，在輪軌作用點處產生的指向列車運行方向的
切向力稱為輪周牽引力。
②制動力：制動裝置對輪對形成一個力矩，從而在輪軌接觸處產生一個車輪對鋼軌的縱向作用水平力。③列車阻力：列車運行時，受到的與列車運行方向相反，而且是司機不能控制的阻止列車運行的外力，稱為列
車阻力，簡稱阻力。阻力分為基本阻力和附加阻力兩大類。
2、車輪空轉的原因、危害及防治
A、空轉的原因：當輪軌間出現最大粘著力后，若繼續加大驅動轉矩，輪軌間的粘著關系被破壞，使輪軌間出
現相對滑動的現象，稱為“空轉”。
B、空轉的危害：動轉出現空轉時，輪軌將依靠滑動摩擦力傳遞切向力，這就大大削弱了傳遞切向力的能力，同時造成動輪踏面的擦傷。因此，機車在牽引運行中，應盡量防止出現動輪的空轉。
C、防治措施（1）在設計時，盡量選擇合理的結構參數，使軸載荷轉移降至最小．以提高粘著重量的利用率。
（2）合理而有控制地撤砂。特別在直線軌道上，軌面條件惡劣時，撤砂可大大提高粘著系數。（3）采用增粘閘瓦，可提高制動時的粘著系數，防止車輪滑行。（4）采用性能良好的防空轉裝置。
3、軸重轉移的原因、危害及防治
（1）定義：機車在牽引工況時機車產生牽引力時，各軸的軸重會發生變化，有的增載，有的減載，這種現象稱為
牽引力作用下的軸重轉移,軸重轉移又稱軸重再分配。
（2）原因：牽引力是發生軸重轉移的根本原因。在機車運用中產生牽引力時，由于車鉤距軌面有一定的高度，與 輪周牽引力不在同一高度，后部列車作用于車鉤的拉力與輪周牽引力形成一個力偶，使前轉向架減載，后轉向架增載。
（3）危害：1對個別驅動的機車軸重減少最大的輪對，將首先發生空轉。這樣，機車粘著牽引力的最大值，必然
受到達個輪對空轉的限制。
2空轉發生后，牽引力立即下降，機車走行部、傳動機構的正常工作受到影響；牽引電機也可能損壞；
輪對和鋼軌增加了額外的非正常磨耗。
3個別輪對的軸重增加，使機車遠行中的動作用力增加，并將對鋼軌造成破壞。（4）防治：1 牽引電動機的順置: 2貨運機車大剛度彈性旁承。低位牽引：降低轉向架牽引力向車體傳遞點距軌面的高度。
4在制造和維修方面，要注意保持動輪等直徑、各牽引電動機相同的特性。
5合理撒砂，設防空轉裝置（在電力機車采用前、后轉向架電動機分別供電，使軸重減載的前轉向架電動機減小電流，而增載的后轉向架電動機增大電流。這有可能獲得較大的粘著重量利用率）
4、車輪抱死滑行的原因、危害及防治
原因：制動力大于粘著條件所允許的最大值，產生相對滑動，車輪的制動力變為滑動摩擦力，數值立即減小，車輪被閘瓦.’抱死”，輪子在鋼軌上繼續滑行，這種現象 稱為.’滑行’ 危害：’抱死滑行’時制動力大為降低，車輪與鋼軌的接觸面會被擦傷，因此，應盡最避免。防治：①在大型貨車制動機上設置有空、重車調整裝置。②在盤形制動車輛上設踏面清掃器
③采用增粘閘瓦，可提高制動時的粘著系數，防止車輪滑行。④設電子防滑器。
5、列車運行方程式與列車運行狀態方程式：
運行狀態：①牽引狀態，牽引電動機通電轉動，將電能變為機械能，驅動機車使列車運行;②惰行狀態，牽引電動機不通電，列車靠慣性運行
③制動狀態，在列車車上加制動力，使列車減速運行。
第八章 軌道車輛動力性能分析與評價
1、機車車輛動力學的研究內容與目的
研究內容：①研究機車車輛在運行中產生的力學過程； ②掌握車體、轉向架的振動規律；
③以便合理設計機車車輛有關結構，正確選定彈簧裝置、軸箱定位裝置、橫動裝置、減振器等的 參數；
④并為有關零部件的強度計算提供必要數據。
研究目的：① 研究自由振動求知固振頻率，以便知道發生共振時的機車機車車輛速度。② 研究受迫振動是為求知需要的阻尼和迫振振幅、迫振加速度，以便知道機車機車車輛運行的
平穩程度及其對線路的動作用力。
③研究蛇行穩定性問題，以便采取有效措施來提高高速機車機車車輛的蛇行臨界速度。
2、坐標系與振動形式
（1）側滾：繞x軸的回轉振動;（2）伸縮：沿x軸的往復振動（3）點頭：繞y軸的回轉振動；（4）橫擺：沿y軸的往復振動（5）搖頭：繞z鈾的回轉振動；（6）浮沉：沿z鈾的往復振動
滾擺：由于彈簧對稱支撐于車體下部，車體橫擺時，其重力與彈簧支持力形成的力矩使車體車滾，即產生橫擺時肯定發生側滾，橫擺與側滾的耦合振動稱為滾擺。滾心在車體重心之上的滾擺稱為上心滾擺。滾心在車體重心之下的滾擺稱為下心滾擺。
蛇行運動：指的是具有一定踏面斜度的輪對，沿直線運行時，受到微小的激擾后，產生一種一面橫向往復擺動，一面繞鉛垂中心轉動，中心軌跡城波浪形的特有運動。
3、一系懸掛機車車輛特點
4、蛇行運動臨界速度
臨界速度
可見，減小踏面等效斜率je及減輕輪對質量m，能提高輪對蛇行運動穩定性，當je＝0時，即用圓柱形踏面時，Vc→∞時不會產生蛇行運動。
說明因為Ky和Kx的存在，彈性定位輪對的臨界速度要比自由輪對的高得多。減小踏面等效斜率je及輪對質
量m，增大輪對定位剛度Kx、Ky及重力剛度對穩定有利。
5、曲線通過研究的內容
1、分析類型
曲線通過有兩個相互聯系的研究內容：幾何曲線通過和動力曲線通過。
2、幾何曲線通過
研究機車與線路的幾何關系和機車自身有關部分在曲線上的相互幾何關系。研究機車的幾何曲線通過；
也為研究動力曲線通過提供有關數據。幾何曲線通過主要解決的問題（1）確定機車所能通過的曲線的最小半徑和為此目的所需的輪對橫動量；（2）給出機車轉向架通過曲線時的轉心位置；（3）確定在曲線上機車轉向架對于車體的偏轉角（4）確定車體與建筑限界的關系等（校驗內容：將兩轉向架皆置于最大外移位置以校驗車體端部是否能通過限界；將兩轉向架皆置于最大偏斜位置以校驗車體中部是否能通過限界。）。
3、動力曲線通過
研究機車以不同速度通過曲線時與線路的相互作用，探討機車安全通過曲線的條件和措施并為機車和線
路的強度計算以及輪絳磨耗提供有關數據。A.限速原因：
在曲線上，機車機車車輛速度所受的限制可以歸納為以下幾方面：列車在曲線上的未平衡加速度、側壓
力、軌枕力、輪緣磨耗因數和防止車輪爬越鋼軌。
B.限速依據：
1．保證乘務員的舒適感：gc<0.04g時無明顯感覺；gc=0.05g時能察覺，無不適感；gc=0.077g時，能
長期承受；gc=0.1g時能短期承受。
2．輪軟間作用的側壓力使鋼軌產生橫向應力和變形：為防止鋼軌應力過高或出現永久變形而使軌距展寬，側壓力不能過大。對于軸荷200kN的機車，在50kg／m的焊接軌上，側壓力限為70kN；在魚尾板連接的軌上，限為60kN 3.軌枕力可能引起軌枕永久橫移：軸荷重200kN，軌枕力的最大值最多50kN，而容許的是65kN。4.大輪緣力有使車輪爬越鋼軌的可能：以脫軌系數控制
2、徑向轉向架
徑向轉向架就是將轉向架上的前后輪對通過一定的方式連接起來,使其搖頭運動相互耦合,從而使輪對軸線指向
軌道曲線半徑的方向,達到徑向調節的目的。
徑向轉向架一般可分為自導向徑向轉向架和迫導向徑向轉向架兩種
3、車輛動力性能評價
（1）平穩性：舒適性。Sperlring的“平穩性指標”，SNCF的“疲勞時間”（2）穩定性（穩定性脫軌、抗傾覆穩定性）： 安全性。機車車輛在線路上運行時受到各種力的作用，在最不利的
組合情況下，這些力會破壞機車車輛的正常運行條件，使輪軌脫離接觸，造成機車車輛脫軌或傾覆事故。這種情況成為機車車輛失去運行安全性。評價指標：脫軌系數、輪重減載率、傾覆系數
（3）曲線通過性能：導向機理。第九章 結構強度設計
1.強度計算的內容有哪些？
1、受力分析 研究運行過程中，零部件所承受的載荷及其組合。
2、應力計算 以材料力學、彈性力學等為基礎，用有限元法確定零部件的應力、應變及穩定性等。
3、強度評價 確定評價強度、剛度和耐久性的方法和指標，并進行評價。2.作用在車體和轉向架上的載荷分別有哪些？因何引起？簡述其三要素。
1、垂向靜載荷=車體自重+車輛載重（定員數*每定員折算重量）+整備重量
2、垂向動載荷Pd=Kdy*Pst
3、車體側向力=風力+離心力
4、扭轉載荷：當前轉向架進入緩和曲線，而后轉向架仍處于平直道時產生的載荷。
5、縱向力：牽引力及縱向慣性力
6、修理時加于上的載荷
3.簡述有限元分析的基本思路及有限元軟件分析三步曲。4.簡述強度試驗的目的和類型。
試驗目的：鑒定及其主要零部件的強度、剛度和穩定性。試驗類型：
1、車體靜強度試驗
2、車體剛度試驗
3、轉向架靜強度試驗
4、轉向架主要零部件疲勞試驗
5.簡述強度設計方法的類型、強度條件及理論依據。
類型：
1、靜強度設計
2、疲勞強度設計
3、損傷容限設計
4、可靠性設計
5、優化設計 強度條件（略）理論依據（略）第十章 軌道交通車輛設計
1.簡述車輛設計的類型及內容。
車輛設計是車輛生產的第一道工序。從設計的前后順序，一般可分為:方案設計、技術設計及施工設計三個階段。從設計的內容上又可分為車輛總體設計及車輛零、部件設計兩大部分
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