第一篇：动车组制动名词术语总结
制动名词术语总结
Analog Convert电空模拟转换 AGTU: Air Generation & Treatment Unit供风及供风处理单元 AGU: Air Generation Unit供风单元 Air Dryer空气干燥器 ATP: Auto Train Protection列车自动防护 ATU: Air Treatment Unit供风处理单元 BCU: Brake Control Unit制动控制单元 BLCU: Brake logic Control Unit制动逻辑控制单元 BFC: Tread Brake Actuator踏面制动器 BFCF: Tread Brake Actuator + Parking Portion踏面制动器＋停放制动 BP: Brake Pipe制动管／列车管 Brake Control制动控制 Brake Disc/Disk制动盘 Compatibility Test兼容性试验 DBV: Driver’s Brake Valve司机制动阀 Distributing Valve（空气）分配阀 DMU: Diesel Motor Unit内燃动车组 EBCU: Electronic Brake Control Unit电子控制单元 ED: Electro Dynamic(Brake)电制动 Electric Magnet Valve电磁阀1
Emergency Exhaust Valve紧急排风阀 EMU: Electro Motor Unit电动车组 Endurance Test耐久试验 EP: Electro Pneumatic电空 EPM: Electro Pneumatic Modulator电空调制器 LCU: Locomotive Control Unit机车控制单元 MP: Main Pipe总风管 MU: Multiple Unit重联机车 MVB: Multi Vehicle Bus多功能车辆总线 NC: Normal Close常闭型（电磁阀）NO: Normal Open常开型（电磁阀）Option:选项 Pantograph Compressor辅助（受电弓）压缩机 “O” Ring“O”型圈 RAMS: Reliability, Availability, Maintainability, Safety可靠性、有效性、可维护性和安全性 Routine Test and Inspection例行试验与检验 Rubber Pad橡胶垫 RV: Relay Valve中继阀 Sanding Device撒砂装置 Screw Compressor螺杆压缩机 Shutoff Valve Seat Cushion遮断阀座衬垫
TCU: Traction Control Unit牵引控制单元 Type Test型式试验 WSP: Wheel Slide Protection防滑器 WTB: Wire Train Bus绞线式列车总线
第二篇：动车组制动技术复习题及参考答案
中南大学网络教育课程考试复习题及参考答案
动车组制动技术
一、填空题：
1.现代列车产生制动力的方法有
制动、制动和
制动三种。
2.同一材质的闸瓦的摩擦系数与、和
有关。
3.按照制动力形成方式的不同，制动方式可分为
制动和
制动。
4.动车组制动控制系统ATC包括、和
三个子系统。
5.动车组制动控制系统主要由
装置、装置和
装置组成。
6.列车制动力是由制动装置产生的、与列车运行方向、列车运行的、司机可根据需要调节的力。
7.按照列车动能转移的方式的不同，制动方式可分为
和
两大类。
8.动力制动的形式主要包括
和，它们又属于
制动。
9.闸瓦制动中，车轮、闸瓦、钢轨间一般分析时存在、、三种状态。
10.根据粘着条件可知，动车组产生滑行原因主要有、。
11.车辆基础制动装置是由、、、及
所组成。
12.高速动车组制动时采用
优先的空、电联合制动模式。
13.轮轨间粘着系数的主要影响因素有
和。
14.车轮不打滑的条件是
不应大于轮轨间的。
15.防滑装置按其按构造可分为、和
三种防滑器。
16.动车组滑行的检测方法主要有、和
检测。
17.动车组制动指令传输信号的类型有
信号和
信号。
18.动车组的制动指令一般由头车内的或
装置下达的。
19.动车组空气制动系统的基础制动装置是由、两部分组成。
20.动车组空气制动是由
装置、装置、装置和
系统组成。
二、名词解释：
1.制动
2.缓解
3.车辆制动装置
4.制动方式
5.空气制动机
6.粘着
7.备用制动”
8.电制动
9.翼板制动
10.非常制动
11.常用制动
12.紧急制动
13.基础制动装置
14.列车制动距离
15.耐雪制动
16.闸瓦制动
17.电空制动机
三、简答题：
1.何谓CRH2辅助制动？
2.制动控制单元（BCU）的作用是什么？
3.动车组的基础制动装置有哪两部分组成？其作用是什么？
4.动车组何时会产生紧急制动作用?
5.制动力产生的条件是什么?
6.制动装置的作用是什么？
7.缩短动车组制动距离的措施是什么？
8.基础制动装置的用途是什么？
9.列车制动产生的实质是什么？
10.电阻制动与再生制动各有何特点？
11.动车组的停放制动有什么作用？
12.粘着制动与非粘着制动有何区别？
13.缓解的稳定性和制动灵敏度为什么必须统筹兼顾？
四、分析题：
1.为什么动力制动装置要和空气制动装置配合使用？
2.动车组为什么要采取“空、电联合制动模式，电制动优先”的方式？
3.怎样从概念上区分动力制动、电制动、再生制动？
4.分析车轮产生滑行的原因以及如何解决车轮滑行。
5.分析如何利用增粘技术改善粘着。
6.分析CRH2基础制动装置采用油压卡钳式盘形制动的优势。
五、论述题：
1.动车组的特点有哪些？其中哪些对制动系统的影响较大？
2.论述车轮产生滑行的原因以及如何解决车轮滑行问题？
3.粘着系数与那些因素有较大的关系，如何提高动车组轮轨间的粘着系数？
4.论述基础制动装置中盘型制动与闸瓦制动相比有哪些优点与不足之处。
5.论述涡流轨道与磁轨制动各有何优劣。
6.论述飞轮储能是如何实现能量的吸入和释放以及在我国的应用情况
参考答案
一、填空题：
1.摩擦制动、动力制动、电磁制动
2.闸瓦压力、列车运行速度、制动初速
3.粘着、非粘着
4.ATP、ATO、ATS
5.制动电子控制、制动信号发生、制动信号传输
6.相反、阻碍、外力
7.热逸散、动能转变成可用能、8.电阻制动、再生制动、粘着
9.理想纯滚动、滑动、粘着或静摩擦
10.制动力过大、粘着
11.制动缸、制动力传递装置、闸瓦装置、空重车调整装置
12.电制动
13.车轮和钢轨的表面状况、列车运行速度
14.制动力、粘着力
15.机械式、电子式、微机控制式
16.减速度、速度差、滑行率
17.数字、模拟
18.司机制动控制器、ATC
19.传动、摩擦
20.制动指令及传输、制动控制、基础制动、制动供风
二、名词解释：
1.制动：就是人为地使列车减速、阻止其运动和加速或使其在规定的距离内停车。
2.对已经施行制动的物体，解除或减弱其制动作用，均可称之为缓解。
3.车辆制动装置就是为使车辆能施行制动和缓解而安装于车辆上的一整套设备的总称。
4.制动方式：所谓制动方式是指列车动能转移的方式，或制动力获取的方式。
5.空气制动机：就是用压力空气（压缩空气）作为原动力，以改变空气压强来操纵控制。
6.由于正压力而保持动轮与钢轨接触处相对静止的现象称为“粘着”。
7.备用制动：是当列车常用制动装置发生故障不能实施常用制动时，利用备用制动作用能维持列车低速运行，避免救援。
8.电制动：是将列车运动动能转变为电能后，再变成热能消耗掉或者反馈电网的制动方式。
9.翼板制动：就是利用空气动力学的原理，在列车各车体上，布置一定数量的空气阻力板（翼板），直接产生作用于车体的与列车运动放向相反的外力。
10.是动车组在非正常情况下，为使动车组迅速停车而实施的一种制动作用。
11.常用制动：是列车在正常调速和进站时经常采用的一种制动作用。
12.紧急制动：是指动车组在紧急情况下，为了让动车组迅速减速而实施的一种制动作用。
13.基础制动装置：传送制动原动力并产生制动力的部分。
14.列车制动距离：就是从司机将制动阀手柄置于制动位的瞬间至列车停车的瞬间为止列车所运行的距离。
15.耐雪制动：在降雪时，为了防止冰雪进入制动盘和闸瓦之间，使得闸瓦无间隙轻轻接触制动盘而产生的制动作用。
16.闸瓦制动：又称踏面制动，是最常用的一种制动方式，在制动时,闸瓦压紧车轮，轮、瓦间发生摩擦，列车的动能大部分通过轮、瓦间的摩擦变成热能，经车轮与闸瓦最终逸散到大气中去。
17.电空制动机：就是电控空气制动机的简称，以压力空气为原动力，用电气来操纵。
三、简答题：
1.何谓CRH2辅助制动？
答：辅助制动是以在制动装置异常、制动指令线路断线时常用制动系统不能工作时而设置的电气指令式的辅助制动装置。它产生相当于3级、5级、7级常用制动及紧急制动的空气制动。
2.制动控制单元（BCU）的作用是什么？
答：制动控制单元就是个计算机，它根据输入的制动指令信号、速度信号和载荷信号输出决定电制动力和空气制动力的制动模式信号。即常用制动、快速制动、紧急制动、耐雪制动等，同时还可进行防滑控制和辅助控制。
3.动车组的基础制动装置有哪两部分组成？其作用是什么？
答：其基础制动装置则由传动和摩擦两部分组成。其作用都是把制动缸活塞上的推力增大若干倍以后平均地传给各个闸瓦或闸片，使之压紧车轮或制动盘而产生制动作用。
4.动车组何时会产生紧急制动作用?
答：紧急制动是指动车组在紧急情况下，为了让动车组迅速减速而实施的一种制动作用。
在列车分离、总风压力（MR压力）不足、制动手柄在取出位时发出动作，没有空重车载荷调整功能以及制动力不足的情况下，紧急制动指令线失电，从而使紧急电磁阀失电打开，产生紧急制动作用。
5.制动力产生的条件是什么?
答：制动力是由闸瓦摩擦力作用而引起的，是钢轨作用在车轮轮周上的与列车运行方向相反的外力。其大小可根据建立的力矩平衡方程式∑M=0求得。在转动惯量忽略不计；轮子与钢轨处于静摩擦或粘着状态的两个条件下，制动力在数值上就等于闸瓦摩擦力，即
∑BL=
∑K•jk
(kN)
6.制动装置的作用是什么？
答：制动装置是用外力迫使运行中的机车车辆减速或停车的一种设备。它不仅是列车安全、正点运行的重要保证，而且也是提高列车重量和运行速度的前提条件。因此，制动装置的性能好坏，对铁路的运输能力和行车安全都有直接影响。
7.缩短动车组制动距离的措施是什么？
答：（1）减少列车空走时间，如采用电空制动取代空气制动；
（2）采用大功率盘形制动机；
（3）采用复合制动方式，如空气盘形制动+电气电力制动+非粘着制动。
8.基础制动装置的用途是什么？
答：(1)产生并传递制动原力；
(2)将制动原力放大一定的倍数；
(3)保证各闸瓦或闸片有较一致的闸瓦或闸片压力。
9.列车制动产生的实质是什么？
答：从能量的观点看，“制动”的实质就是设法将动能从动车组上转移出去，使动车组减速或停止。从作用力的观点来看，“制动”就是让制动装置产生与动车组相反的制动力，使动车组减速或停止。采取什么制动方式使动车组的动能转移出去，采取什么制动方式获取这种制动力，是制动的基本问题。
10.电阻制动与再生制动各有何特点？
答：电阻制动是把由列车动能转化出来的电能直接消耗在随车安装的制动电阻上，然后转变为热能，再通过通风设备把热散掉；再生制动就是将电能通过牵引传统系统的变流器逆向变换，把三相交流电变成单相工频交流电，再返回电网，实现能量再生。比电阻制动更具有节能、环保，而且整个动车组轻量化。
11.动车组的停放制动有什么作用？
答：停放制动是为了防止动车组在长时间停放时发生溜逸事故而设置的，动车组大多常用弹簧蓄能制动装置来实施。动车组运行时，利用压缩空气的压力抵消蓄能弹簧的弹力，不让其发挥作用；当压缩空气逐渐减小时，停放制动作用就自动逐步体现。
12.粘着制动与非粘着制动有何区别？
答：依靠粘着滚动的车轮与钢轨粘着点之间的粘着力来实现车辆的制动，称为粘着制动。列车采用粘着制动时，能够获得的最大制动力不会大于粘着力。采用粘着制动方式，对车轮和钢轨都有磨损，增加维护检修成本；而轨道电磁制动与轨道涡流制动属于非粘着制动。制动时，钢轨给出的制动力并不通过轮轨粘着点作用于车辆，而由钢轨直接作用于吊挂在转向架上的电磁铁。制动力的大小不受轮轨间粘着力的限制，是超出粘着力以外获取制动力的一种制动方式。所以，也叫粘着外制动。它主要用于粘着制动力不够的高速旅客列车上，作为一种辅助的制动方式。对车轮和钢轨磨损较低。
13缓解的稳定性和制动灵敏度为什么必须统筹兼顾？
答：所谓稳定性即列车管的减压速度极为缓慢时，制动阀不发生制动动作的性能。例如，列车管的减压速度为0.5～1.0KPa/s之内，制动阀不应该发生动作。列车管以一定速度减压，必须发生制动。即阀具有一定的灵敏度。例如，当列车管减压速度为5～10KPa/s时，阀不应晚于6秒钟发生动作。两者必须统筹兼顾，既要保证列车管减压速度低于缓解稳定性要求的临界值时不发生自然制动，又要保证减压速度达到制动灵敏度规定的。
临界值时必定能起制动作用。
四、分析题：
1.为什么动力制动装置要和空气制动装置配合使用？
答：空气制动装置主要由空气压缩机、总风缸、分配阀、制动缸、单独制动阀（小闸）和自动制动阀（大闸）等部件组成。当司机操纵小闸时，通过分配阀的作用能单独控制机车，使列车产生制动或缓解作用。动力制动装置是利用牵引电机的可逆原理，在动车组需要减速时，将动车组转换为制动工况，此时牵引电动机转换为发电工况，并通过轮对将列车的动能变成电能。对电机产生的电能的不同处理方式，形成了不同方式的动力制动。动力制动的特点是速度低时制动力小，速度高时制动力大。因此动力制动特别适合于长大下坡道上进行恒功率制动，不但安全性比较高，可以缩短运转时分，提高区间通过能力，还可以大大减少车轮和闸瓦的磨耗，而当进站停车速度低到30km/h以下时，动力制动的制动力就很小了，因此必须和空气制动装置配合使用。
2.动车组为什么要采取“空、电联合制动模式，电制动优先”的方式？
答：动车组采用“空、电联合制动模式，电制动优先”的方式可以在执行空气制动时充分利用电制动力来减少基础制动装置的机械磨耗，大大地降低检修成本，加快制动力上升速度，提高制动系统的可靠性和安全性，以达到延长基础制动装置的使用寿命及缩短制动距离的目的；同时也节约了电能，体现了空电联合制动的优越性。
3.怎样从概念上区分动力制动、电制动、再生制动？
答：动力制动是指利用动力传动系统或其一部分产生制动力的制动方式。它包括电制动和空气制动，电制动是指利用电力传动装置产生制动力的动力制动方式。电制动又分成再生制动和电阻制动两种形式。再生制动是将牵引电机转变为发电机，也即将列车动能转化为电能，再将电能通过牵引传动系统的变流器逆向变换，把三相交流电变成单相工频交流电，再返回电网，实现能量再生。
4.分析车轮产生滑行的原因以及如何解决车轮滑行。
答：根据粘着条件可知，产生滑行原因不外乎两个，一个是制动力过大，另一个是粘着降低。一般制动力在设计时已经考虑了设计粘着系数的限制，因此在制动时突然增大的可能性较小，唯一的可能是在电空配合的控制上存在不协调，所以只要合理设计电空配合控制，制动力过大的可能性就可以排除。然而，滑行的原因大多是由于粘着的降低，因此，可以采用主动防滑措施解决因粘着降低而造成的滑行；或者利用防滑器防止粘着制动因制动力过大而引起车辆滑行。
5.分析如何利用增粘技术改善粘着。
答：踏面清扫是改善轮轨接触面粘着条件的有效方法。在制动时，使踏面清扫瓦贴靠车轮踏面，将踏面上的污浊物清扫干净，恢复轮轨间应有的粘着状态；同时，由于清扫瓦是用特殊的增粘材料制成的，所以在清扫踏面时，把微量的增粘材料附着在车轮踏面上，使轮轨间的粘着系数增加，可有效地改善粘着状态。但并不承担任何制动功能。
踏面清扫装置为空气式，清扫装置的动作受控于踏面清扫控制系统的指令，它在车轮发生空转滑行和速度在30km/h以上三种条件下实行。气缸内为活塞和间隙自动调整装置，活塞杆头部I与闸瓦连接，闸瓦为树脂合成材料。闸瓦可以方面地更换，打开闸瓦托座上的锁闭装置，就能将闸瓦由内向外的方向取出。
6.分析CRH2基础制动装置采用油压卡钳式盘形制动的优势。
答：CRH2基础制动装置采用了空—油变换的液压卡钳式盘形制动装置，即列车制动管的压缩空气需要经过增压缸的转换后，向制动卡钳的小油缸输出高压油液，推动卡钳活塞上的闸片夹紧制动盘形成制动力。其优点是：能够通过制动控制系统满足不同载重条件下对不同制动倍率（即制动力）的要求以及防滑要求；同时可以简化制动单元的结构，取消复杂的杠杆构件和空气单元制动缸；由于油是不可压缩液体，空气部分的容积变化小，压力上升块。
五、论述题：
1.答案要点：动车组是由带动力的动车与不带动力的拖车的旅客列车车组，具有以下特点：
（1）成组使用、编组固定；可单列运行，也可两列连挂运行。
（2）按动力方式分有内燃动车组和电动车组，动力布置形式又分为动力集中和动力分散式动车组，现代高速动车组和地铁动车组基本采用电动车组，并采用交流传动。
（3）动车组中各车之间采用密接式车钩，整体运用维修，大修前不解体。
（4）两端均可操纵，不需转向，任何一端均可控制动车。
（5）通过网络或电缆实现同步牵引、同步调速、同步制动等重联功能。
对动力分散的动车组而言，列车制动装置是指动车制动装置、拖车制动装置的组合，它们共同形成完整的制动系统。它包括两个部分：制动控制系统和制动执行系统。制动控制
系统由制动信号（或指令）发生与传输装置和制动控制装置组成；制动执行系统通常称为基础制动装置，包括闸瓦制动和盘形制动。因此，上述（1）、（2）、（4）、（5）都对制动系统影响较大。
2.答案要点：根据粘着条件可知，产生滑行原因不外乎两个，一个是制动力过大，另一个是粘着降低。一般制动力在设计时已经考虑了设计粘着系数的限制，因此在制动时突然增大的可能性较小，唯一的可能是在电空配合的控制上存在不协调，所以只要合理设计电空配合控制，制动力过大的可能性就可以排除。然而，滑行的原因大多是由于粘着的降低，主动防滑的主要措施就是围绕粘着做文章，被动防滑围绕制动力过大做文章。
1)采用减速度控制技术；
2)利用增粘技术改善粘着；
3)首车制动减速模式；
4)撤砂增粘。
被动防滑的主要方法就是利用防滑器来改善轮轨运行状态。
3.答案要点：粘着系数的影响因素主要有两个：列车运行速度和车轮、钢轨的表面状况；轮轨间表面状况包括：干湿情况、脏污程度、是否有锈、是否撒砂以及砂的数量和品质等等。轮轨的湿度、脏污程度又与天气、环境污染状况和制动装置形式(有无踏面或轨面清扫设备)等因素有关。列车运行速度对粘着系数的影响主要是：随着制动过程中列车速度的降低，冲击振动以及伴随而来的纵向和横向的少量滑动都逐渐减弱，因而粘着力和粘着系数也逐渐增大，其增大的程度与机车车辆动力性能、轨道的情况等有关。因此，（1）现代高速动车组多采用动分散模式，在牵引与制动工况下，能够充分利用粘着；
（2）动车组均设置了高性能电子防滑器进行防滑控制，以便充分利用粘着；
（3）采用增粘装置（车轮踏面清扫装置）以提高粘着系数；
（4）采用撒砂装置；由于动车组运行环境不同，在恶劣条件下，可通过撒砂系统有效
改善轮轨接触面的工作环境，改善粘着系数，提高动车组运行品质。
4.答案要点：盘形制动又称为摩擦式圆盘制动，是在车轴上或在车轮辐板侧面装设制动盘，用制动钳将合成材料制成的两个闸片紧压在制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，把列车动能转变成热能，耗散于大气之中。
优点：
(1)可以大大减轻车轮踏面的热负荷和机械磨耗。
(2)可按制动要求选择最佳“摩擦副”，制动盘可以设计成带散热筋的，旋转时使其具有半强迫通风的作用，以改善散热性能，适用于高速、重载列车。
(3)制动盘平稳，几乎没有燥声。
不足：
(1)车轮踏面没有闸瓦的磨刮，轮轨粘着将恶化。所以，为了防止高速滑行，既要考虑采用高质量的防滑装置，也要考虑加装踏面清扫器，同时采用以盘形为主、盘形+闸瓦的混合制动方式，来有效缩短制动距离。
(2)制动盘使簧下重量及其引起的冲击振动增大；运行中还要消耗牵引功率，速度愈高，这种功率损失也越大。
5.答案要点：
轨道电磁（磁轨）制动与轨道涡流制动都属于非粘着制动。磁轨制动就是通过讲车辆转向架上的磁铁吸附在轨道上并使磁铁在轨道上滑行产生摩擦制动力的制动。而轨道涡流制动是将电磁铁落到距轨面7～10mm处，电磁铁与钢轨间的相对运动引起电涡流作用形成制动力。
磁轨制动的制动力取决于磁铁长度、磁铁对钢轨的吸引力、轨道与极靴间的摩擦系数。
在速度为250km/h时，每组磁轨制动体的制动力可以达到3～3.5kN。每辆车若装4组电磁铁，在高速下可实现0.25m/s2的制动减速度。由于磁轨制动对钢轨磨耗大，故不作为常用制动方式，只在紧急制动情况下使用。
磁轨制动与轮轨间粘着系数无关，故受气候影响较小。使用磁轨制动还可改善轮轨粘着，在相同情况下，采用磁轨制动的列车比不采用磁轨制动的列车可提速40km/h以上。
当轨道涡流电磁铁与轨道间隙为7mm、速度为250km/h时，28kW的励磁功率可产生7.2kN的制动力。涡流制动对电磁铁与钢轨的气隙很敏感，气隙每变化1mm,制动力变化10%，随着速度的增加，电磁铁与钢轨垂直吸引力增加。其优点：钢轨无磨耗，高速时制动力大，可控制，结冰时有制动力；缺点：功耗大，1m：37kW，钢轨严重发热，50km/h以下不能工作，对轨道电路有影响，增加簧下质量2.4t。适用无缝轨道线路，采用LZB信号系统。
6.答案要点：飞轮储能是具有广泛应用前景的新型机械储能方式，也被称为机械电磁。
它的基本原理是由电能驱动飞轮加速到高速旋转，电能转变为机械能储存，当需要电能时，飞轮驱动电动机作发电机运行，飞轮减速，将动能转换成电能。飞轮的升速和降速，实现了电能的存入和释放。
我国对飞轮的研究，始于1993年，最早研究储能飞轮的实验室建于1995年。在理论分析及模型试验方面也已取得了一定的进展。1997年国内研制出第一套复合材料飞轮系统，转子重8kg,直径23cm,1998年成功运转到48000r/m，线速度580m/s，实现充放电。
1999年国内有关单位研制出第二代飞轮，重15kg,直径30cm，于2001年4月成功运转到70000r/m,线速度650m/s，储能量0.5kW·h。
飞轮储能系统是一种具有光电一体化的高新技术产品，它能在较短时间内储存制动过程列车的动能，并能在需要的瞬间输出强大的电能以满足车辆起步加速时的需要，大大提高了车辆的动力性能。
内燃动车组在制动能量回收和将其用于辅助传动装置中具有较大的潜力，实现制动能量回收是进一步提高内燃动车组的经济性的有效途径之一，利用具有制动能量回收功能的复合动力传动装置回收能量并加以利用，可以节约29%的燃料。
第三篇：动车组制动控制系统故障分析及改进
摘要
随着高速铁路在我国的普及，动车组的运行安全问题受到越来越多的关注。如何保障列车安全可靠的运行，成为近期的研究热点和难点问题。
制动控制系统作为动车组制动系统的关键组成部分，能否正常稳定工作，直接影响动车组的安全可靠运行，因此对制动控制系统的状态监测和故障诊断显得尤为重要和关键。由于动车组制动控制系统的复杂性及引进消化吸收的时间不长，制动控制系统故障仍较为多发，严重影响着动车组的正常稳定可靠运行。因此本课题对动车组制动控制系统中关键设备和部件的故障及潜在故障隐患开展深入研究，提出和改进了己有的故障特征提取技术和故障诊断方法，用于动车组制动控制系统关键设备和部件的故障诊断，以提高制动控制系统的可靠性、稳定性和主动安全防护能力。设计开发了制动控制单元自动化测试与故障诊断系统，并运用在CRH2型动车组制动控制系统的监测与故障诊断中，取得了很好的效果。
关键词:制动控制系统故障;诊断;集成经验模态分解;最小二乘支持向量机;粒子群算法
目录
摘要.....................................................................................................................1 第1章制动控制系统故障诊断研究现状及存在的问题...................................5
1.1故障特征提取技术.................................................................................5 1.2故障诊断方法.........................................................................................6
(1)基于专家系统的故障诊断方法......................................................6(2)基于人工神经网络的故障诊断方法..............................................7(3)基于案例推理的故障诊断方法......................................................8(4)基于多智能体的故障诊断方法......................................................8(6)基于主成分分析的故障诊断方法..................................................9(7)基于支持向量机的故障诊断方法..................................................9 1.3智能故障诊断系统...............................................................................10 1.4存在的问题...........................................................................................12 第2章故障特征提取技术与故障诊断方法.....................................................14 2.1主成分分析法.......................................................................................14 2.2集成经验模态分解方法.......................................................................15 2.2.1经验模态分解...........................................................................15 2.2.2集成经验模态分解...................................................................16 2.3最小二乘支持向量机的原理及结构参数优化方法...........................17 2.3.1最小二乘支持向量机的原理...................................................17 2.3.2最小二乘支持向量机结构参数优化方法...............................18 2.3.3遗传算法...................................................................................18 2.3.4模拟退火算法...........................................................................19 2.3.5粒子群算法...............................................................................19 2.4最小二乘支持向量机的多分类方法...................................................19 2.4.1一对多的多分类法...................................................................20 2.4.2一对一的多分类法...................................................................20 2.4.3有向无环图的多分类法...........................................................21 2.4.4二叉树结构的多分类法...........................................................22
2.4.5基于改进最优二叉树的多分类法...........................................23 本章小结......................................................................................................24 参考文献..............................................................................................................25
绪论
随着高速动车组在我国的飞速发展，动车组运行的可靠性和安全性受到越来越多的关注。作为动车组九大关键技术之一，制动系统能否稳定可靠工作直接关系到动车组的安全稳定运行。而制动控制系统作为制动系统的大脑和控制核心，负责制动系统的操作和具体执行，其工作安全可靠性显得尤为重要。
故障诊断技术是一门了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部是正常还是异常，早期发现故障及其原因，并预报故障发展趋势的技术。随着科学技术的进步和人民生活水平的提高，乘坐动车组出行变得越来越普遍。如果动车组上的某台设备出现故障而又未能及时发现和排除，其结果不仅会导致设备本身损坏，还可能造成列车非正常停车或发生事故，甚至发生车毁人亡的严重后果，造成巨大的经济及人员损失。因此，对动车组组成的各个设备和零部件进行故障诊断具有极为重要的意义。
制动控制系统是一个复杂的系统，产生故障的环节较多，如制动控制系统制动控制单元通讯故障可能涉及到内部所有控制板的工作状态;制动控制系统中的传感器故障可能导致列车制动性能的下降或紊乱。由于列车在运用过程中，工作环境和列车操作状态等会实时发生改变，从而导致制动控制系统的某一故障可能只有在特定的条件下才能够出现。因此有些故障需要结合车型和设备类型才能查找故障的根本原因。
当前大部分的动车组制动系统及其制动控制系统都已经具有一定的自行诊断功能，能够诊断出常见的系统故障，但是由于出现故障的不可预知性和系统运行现场环境的多变性等因素，工作人员无法完全知道整个系统可能出现的所有故障。另一方面，设备的自诊断功能也不能诊断出设备运行的所有故障和其自身内部的故障，有些故障需要通过电压、电流、温度、压力和速度等特征描述，需要应用信号处理、数据挖掘和信息融合等多种技术进行分析。由于这些技术的先进性、复杂性和智能化高等特点，往往需要专门的维修人员到现场维修，这就导致故障拖延时间长、故障原因查不清楚和维修费用高等问题。
第1章制动控制系统故障诊断研究现状及存在的问题
目前故障诊断的理论方法主要分为三类:基于知识的方法、基于数学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诊断方法由于其方法的智能性和多领域结合，取得很大的进展和成就。目前对故障诊断技术的研究主要分为两部分:故障特征提取技术的研究和智能故障诊断方法的研究，下面分别对二者作简要的概述。
1.1故障特征提取技术
在故障诊断技术的发展过程中，最重要最关键而且也是最困难的问题之一就是故障特征信息的提取。在某种意义上，特征提取也可以说是当前故障诊断研究中的瓶颈问题，它直接关系到故障诊断的准确性和故障早期预报的可靠性。
传统的频谱分析、傅里叶分析、包络分析、相关分析和最大墒谱分析等信号处理方法，在设备状态监测与故障诊断中发挥了巨大作用，仍是目前最常用的故障特征提取方法之一。设备的故障通常以各种各样的信号表征出来，可以通过信解决措施，防止类似故障的再次发生，在Entroncamento-Guarda货运机车上应用后取得很好的效果。号分析的方法获取某一故障的特征信息，进而对故障进行诊断。具体到动车组制动控制系统，故障特征提取与分析技术就是应用各种信号分析技术对动车组制动控制装置的监测信号进行各种分析，进而提取出对特定故障敏感的特征信息的技术。
早期的信号分析研究主要集中在经典信号分析方法，取得了大量的研究和应用成果。然而以傅里叶变换为基础的经典信号分析方法也存在明显的缺点，傅里叶变换反映的是一段信号的整体统计特性，适合平稳信号的分析。实际上设备发生故障后，故障信号是包含噪声等其他信号的非线性、非平稳随机信号，而傅里叶变化对信号的时频细节分解不够，在分析非线性、非平稳信号时存在重大缺陷。随着新技术的发展，针对非平稳信号、非线性信号的新分析方法如小波分析、希伯特一黄变换和主成分分析等信号分析方法不断出现，并且很快应用到列车的设备状态监测和故障诊断中，取得了很好的效果。Lin Lixin等在对SS7E电力机车变流器故障诊断中，采用小波分析的方法提取变流器输出电流波形，提取小波特征嫡组成特征向量，输入到神经网络中进行故障诊断，仿真试验证明了提出方法的有效性。Lei Yaguo等采用EEMD分解和小波神经网络对机车的滚动轴承进
行了故障诊断，可以识别轴承故障的严重故障以及识别多种复合故障，取得了很好的效果。Morgado等”针对葡萄牙铁路公司2600系列机车的齿轮箱外壳故障，采用PCA分析对引起外壳故障的振动和疲劳情况进行归纳分析，并提出了相应的解决措施，防止类似故障的再次发生，在Entroncamento-Guarda货运机车上应用后取得很好的效果。
1.2故障诊断方法
随着人工智能技术的发展，故障诊断方法由传统的故障树分析方法和逻辑推理法等系统诊断法发展到当前的专家系统、人工神经网络、粗糙集、支持向量机、信息融合理论和多智能体方法等基于模式识别等智能化诊断方法。智能诊断技术为人们提供了用智能技术解决复杂系统故障诊断问题的强有力的工具。
在本课题中，对动车组制动控制系统关键设备和部件的故障诊断是属于元器件级、电路板级和设备级的故障诊断，针对动车组制动控制系统组成设备和部件，国内外提出了很多的故障诊断方法，常见的故障诊断方法如图1所示。
(1)基于专家系统的故障诊断方法
专家系统主要由知识库、数据库、推理机、解释机构、机器学习、人机接口等组成，它是研究最多、应用最为广泛的一种故障诊断方法。
西南交通大学的张永春和刘晓卉等分别设计开发了基于故障树的机车制动系统状态监测与故障诊断专家系统，通过对机车制动系统的组成和原理进行深入分析后，在Visual C++6.0开发环境下设计开发了制动系统专家故障诊断系统的软硬件，在模拟试验台上进行了模拟试验，取得了较好的效果。但该系统仅对电力机车的折角塞门误关和空气管路泄露故障进行了故障诊断分析，并没有对制动控制系统开展相应的研究。
中南大学的林立新设计开发了基于知识的SS7E电力机车电气故障诊断系统，运用逻辑识别法和模糊识别法通过对SS7E电力机车的电气故障进行认真全面的梳理和分析，构建了电气系统故障知识库，并运用正反向推理和故障树分析法，对电气系统故障进行诊断。但是只对电力机车电气故障进行诊断，且主要工作为设备开关量故障的检测与诊断。
汪子皓等采用二叉树的分析方法设计开发了二叉树模式的知识库和推理机，用于内燃机车的故障诊断，取得了整车故障诊断的高效率。
由于专家系统存在知识获取较难，学习能力较弱、容错能力差以及大容量知识情况下的知识爆炸现象，限制了其性能和推广应用。(2)基于人工神经网络的故障诊断方法
人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)模仿人脑神经细胞结构和功能，具有自学习能力、并行计算能力和联想能力，从而使人工神经网络理论在机车车辆设备的智能故障诊断中得到广泛的应用。中南大学的聂哗提出了基于改进遗传算法优化的BP(Back Propagation)神经网络故障诊断方法，用来诊断动车组转向架轴承的故障，取得了不错的效果。杨建伟等};]提出了基于小波包变换和BP神经网络的轴承故障诊断方法，对轴承的振动信号利用小波降噪，并提取故障特征向量，输入到BP神经网络进行训练，实现智能化的故障诊断。
图1 常见的智能故障诊断方法
大连交通大学的严书荣也提出了基于神经网络的高速列车制动故障诊断专家系统，把神经网络和专家系统相结合，发挥各自的优点，对高速列车制动故障 7
进行故障诊断。
但是人工神经网络在故障诊断中还存在以下问题:需要大容量的样本进行训练学习，且学习算法收敛的速度慢;网络的泛化能力和自适应能力较弱，网络学习率不稳定，易陷入局部最优。
(3)基于案例推理的故障诊断方法
案例推理是一种基于经验知识的类比推理方法，适用于没有完整、精确的数学模型，而有丰富经验和大量详细历史一记录的领域，对于复杂系统的故障诊断具有很大优势，相比于基于规则推理的专家系统，其知识获取容易，具有记忆功能，更容易开发和实现等优点，被广泛的应用在铁路机车车辆的故障诊断领域中。美国的Anil等提出了基于案例推理的机车故障诊断系，通过对机车故障案例的整理分析，运用案例推理的优势，开发了机车故障诊断系统。
中南大学的赵明也提出了基于案例推理的机车故障诊断专家系统，通过分析和研究机车故障诊断领域知识特点和大量的故障维修日志，构建了基于案例推理方法的专家系统，并对案例推理的知识工程和案例检索技术进行深入的分析，最后设计和建立了系统的概念模型、物理模型和软件原型系统，并进行了仿真测试，证明了方法的有效性。
目前，案例推理中故障案例的检索、重用以及故障案例库的维护成为案例推理推广的瓶颈，案例推理需要大量的故障案例，不适合小样本情况下的故障诊断。
(4)基于多智能体的故障诊断方法
多智能体理论和方法是分布式人工智能领域的重要成果，自20世纪70年代以来得到迅速发展，具有集体智能、可扩展性高鲁棒性和高可行性的优点，适合于解决大规模的复杂问题。
针对电力机车电气系统结构的复杂性和故障的并发性，中南大学的赵治平和、ang Yingze等分别将多智能体技术(Multi-Agent System,MAS)引入到机车故障诊断系统中，建立了基于多智能体技术的的8G型电力机车故障诊断系统结构模型，采用多智能体组合技术进行电力机车电气系统故障的协同故障诊断，并采用智能决策方法进行最终诊断结果确定。Yang Yingze等还搭建了20000吨重载列车同步制动系统在线状态监测和故障诊断系统，并应用到重载机车上。
目前关于多智能体理论还不完善，如智能体的知识表达、推理机制和智能体 8
学习等;系统构建复杂，各个子智能体间的协同及冲突解决问题还有待深入研究。
（5）基于贝叶斯网络的故障诊断方法
贝叶斯网络是一种能够对复杂系统建模、推理和学习的重要工具，为了提高制动系统故障诊断的有效性，北京交通大学的胡玲玲在详细阐述了贝叶斯基本原理基础上，建立适合空气制动系统故障诊断的贝叶斯网络的具体模型。诊断结果表明应用该方法进行空气制动系统故障诊断的有效性，而且可以有效的解决不确定故障的诊断。
(6)基于主成分分析的故障诊断方法
针对机车制动系统多工况的特性，中南大学的侯文明提出了一种基于多工况多主元模型的在线诊断方法，并通过仿真试验验证了主成分分析方法在制动系统故障诊断系统的有效性和可行性。
(7)基于支持向量机的故障诊断方法
支持向量机((Support Vector Machine,SVM)是在统计学习理论基础上发展起来的一种新的学习算法，它基于结构风险最小化原理，很好地解决小样本、非线性及高维情况下的分类问题。支持向量机一开始用于模式识别，近年来在故障诊断领域得到广泛应用。与人工神经网络相比，支持向量机样本需求少，训练时间少，抗噪能力强，并能很好解决局部收敛、过学习与欠学习等问题。
中南大学的耿永强等提出了利用经验模态分解和支持向量机诊断机车轴承故障方法，运用经验模态分解方法对轴承振动信号进行分解，将得到的若干个内察模态函数((Intrinsic Mode Functions,IMF)形成初始特征向量矩阵，然后对该矩阵进行奇异值分解，提取其奇异值作为故障特征向量，并进一步根据支持向量机分类器的输出结果来判断机车轴承的工作状态和故障类型，仿真实验结果表明该方法的有效性和小样本情况下良好的泛化能力。
Luo Jianhui等利用基于模型和支持向量机的智能故障诊断方法，结合系统方程和非线性观测器获得系统残差，以消除噪声的干扰，然后利用非线性观测器获取特征信息，输入到支持向量机中进行训练和辨识，应用于制动系统四种传感器参数的故障诊断中。
支持向量机中不敏感损失参数、核函数参数和规则化参数等的选择对诊断效果有着很大的影响，需要选择合适的优化算法对其参数进行优化处理，以获得更 9
好的诊断效果。
1.3智能故障诊断系统
铁路机车车辆故障诊断技术，国外发展比较快，目前国外的高速列车上都安装有相应的列车监测诊断系统，美国GE公司开发了内燃机车故障诊断系统DELTA和电力机车的LOCOCOMM系统，德国西门子公司开发了SIBAS32系统，加拿大的庞巴迪公司开发了MICAS系统、法国阿尔斯通公司开发了AGATE系统，德国的ICE2.2高速列车安装的DAVID诊断系统;日本新干线高速列车的监测与诊断系统主要是列车控制信息管理系统，如日本新干线200系动车组的MON 1监控系统，400系动车组的MON4监控系统、800系动车组的智能化故障监测装置等;俄罗斯国铁250km/h高速电动车组安装有“雄鹰250”安全检测与诊断系统。这都是20世纪90年代中后期发展起来的新兴高速列车监控和智能诊断技术。美国和加拿大致力发展的智能化铁路系统，将整个铁路构成一个实时网络系统进行考虑，确保铁路安全、高效地运行。在车载方面，分别在列车和货车上安装有完备的传感器组，以保障列车的安全运行。
我国铁路机车车辆故障诊断技术起步较晚，但是经过多年的不断摸索，从早期的仿制到后来的引进消化再吸收，逐步对铁路机车车辆的制造和运用形成了一系列行之有效的方法，对机车车辆控制和故障诊断技术有了比较明确的认识。国内从事诊断方法及实现技术的研究较多，但对诊断设备的研究较少，虽然有的试制了样机，并在铁路现场实验考核运用过，但由于种种原因，最终没有形成一种产品真正的大批量在机车车辆上普及应用。如中国铁道科学研究所机车车辆研究所在2004年开发的“KAX 1型行车安全监测诊断系统，在列车高速运行中可对基础制动装置的作用、转向架的性能、防滑器的工作状态等进行监测、诊断和报警。中南大学黄志武等研制的HXD2型机车法维莱制动机故障诊断系统，建立了制动机功率键合图模型和解析冗余方程，并应用到太原铁路局湖东机务段的HXD2型机车上。青岛四方机车车辆股份有限公司开发了“高速动车组制动测试系统”，利用测试系统模拟各种速度信号、车辆空簧载荷信号及再生制动模拟信号，并把模拟信号输入到动车组，通过车辆制动系统施加制动动作，输出制动信息，进而通过对制动信息数据的采集分析，判定制动系统的各项性能能否满足设计要求。北京交通大学的方科挺设计开发了CRH2动车组的应急故障模拟与维修
培训系统，以方便动车组司乘人员熟练掌握应急故障处理方法和措施。
在我国引进的动车组系列中，CRH 1, CRH2, CRH3和CRH5分别安装有国外相关公司的状态监测和故障诊断系统，如引进的CRH2动车组安装有日本东芝 的车载故障诊断系统，CRH3安装有西门子的SBIAS车载控制和故障诊断系统诊断系统总体框架结构如图2所示。CRH 1和CRH5也分别安装有各自研发的列车控制监控系统。高速动车组诊断系统是一个层次化的诊断系统，其层次化体现在高速动车组是由一系列控制子系统组成的，每个控制子系统具备检测自身故障的能力，且当故障发生时，能够对故障信息做出相应处理。
图2高速动车诊断系统总体框架
CRH2 型动车组具有比较系统全面的故障诊断系统，它的诊断以监测或设备测试的形式集成在动车组中。每个功能都可进行诊断，并报告可能的故障和各自的功能限制给动车组中央诊断系统，以便进行诊断。但是CRH2型动车组车辆诊断系统也存在一些不足，列车的诊断系统经常会发生故障误报情况，经常由于某个系统方面的单个原因产生一个故障信息，由于它们是相对独立的，所以它的故障描述及解决方案是片面的，往往无法准确描述出故障点，使得维护人员根据故障提示往往找不到故障原因。故障诊断系统是系统级的故障诊断，没有具体定位到具体设备或部件内部的故障现象，不能给出故障的深层次原因，也不具备潜在故障预警功能。
1.4存在的问题
目前国内对于动车组制动系统，特别是制动控制系统的故障诊断的工程应用和理论研究还很少，而在动车组运行中制动控制系统在制动系统中起着至关重要的作用，包括对制动系统的控制、传感器信号的采集处理和制动的性能等，都依赖于制动控制系统。制动控制系统是制动系统精确控制中重要的子系统，而长时间的线上运行，制动控制系统中的设备和部件容易产生故障或故障隐患。故障或故障隐患对于制动控制系统有的是突发的，故障特征明显的，而有些是因为长时间在恶劣环境下工作导致的漂移、电磁干扰等缓变型故障，这类故障虽然不会造成制动控制系统马上制动控制失灵等严重故障，但是制动控制系统的性能却己经受到影响或改变，给动车组的安全运行埋下隐患，而且缓变故障是长期发生的，无法用精确的数学模型刻画，传统的基于知识的专家系统无法对这些潜在的故障和隐患建立相应的规则数据库。随着时间的增加，缓变故障会产生从量变到质变的过程，一旦故障发生，就会对列车制动控制系统的闭环控制产生不可估量的影响和后果，甚至导致列车制动失灵或者颠覆等严重危及列车安全运行的事故。所以研究动车组制动控制系统故障的智能诊断对于动车组的安全运行具有十分重要的理论意义和工程价值。
随着现代科学技术的发展及自动化程度的提高，动车组制动控制系统故障诊断技术也在不断的成熟，但是由于动车组的制动控制系统是典型的机电、气、液一体化的大型复杂系统，结构庞大而复杂，很难建立起准确可靠的数学模型:另外由于制动控制系统组成的设备众多，结构存在差异，导致故障特征的共性较差;
而且在现场的应用中，制动控制系统有效状态信息的获取面临着极大的困难，传感器性能或者不能满足测试环境要求、或者价格昂贵。目前制动控制系统的故障诊断方法很多，比较凌乱，还不存在一种较为通用性的方法。这也是制约动车组制动控制系统故障诊断技术发展的主要因素。具体来说，目前存在的问题主要体现在以下几个方面:(1)制动控制系统故障诊断建模过程中过度依赖于系统运行维护中收集的故障信息和专家经验知识，诊断模型知识完备性差;(2)目前动车组已有的故障诊断系统属于系统级的故障诊断系统，诊断的层次较低，不能定位具体故障和给出故障深层次原因，无法及时的消除故障和故障隐患;(3)由于动车组引入时间较短，还处于消化吸收的阶段，对动车组制动控制系统的故障机理和故障信息的收集还比较匾乏，状态监测和故障诊断系统的开发也受到很大的制约;(4)对于动车组制动控制系统，一旦出现重大故障将会产生严重的政治影响和经济损失，事后诊断己经远远不能满足列车运行维护的要求，需要开展故障预警和预测研究，提高动车组的主动安全防护能力。
第2章故障特征提取技术与故障诊断方法
故障特征提取的准确与否直接关系到智能故障诊断的准确性和早期故障征兆预示的可靠性。由于不同信号处理方法能够从不同的角度提取故障特征信息，而且对于复杂关键设备的早期、微弱和复合故障，其故障特征往往不明显。因此，需要解决在故障早期就能把故障的原始特征准确的从高维映射到低维特征空间的问题，而多种不同的信号处理方法联合使用更可能获得准确的故障信息特征。基于人工智能的智能故障诊断方法是目前研究的热点，己经广泛应用在各个领域。本章分别对目前常用的故障特征提取方法和故障诊断方法深入分析。首先对目前常见的几种特征提取方法进行归纳分析，然后对LSSVM的基本原理及其多分类方法进行深入分析和讨论，并提出了改进最优二叉树结构的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)是传统的基于统计理论的特征提取方法中的最典型的方法，己经被广泛应用在模拟电路故障诊断、传感器故障诊断、机械设备故障诊断和工业过程监控及故障诊断等中作为主要的故障特征提取方法。PCA是从特征对分类是否有效的角度，在尽可能多地保持故障特征分类的相关信息的基础上，通过线性变换，从数据空间中接近数据方差的一组向量，从而实现数据的降维，这样既保留了数据的核心信息，而且各主分量之间相互独立，降低了数据处理的复杂性。
在本课题的研究中，PCA方法被用于模拟电路软故障的故障特征提取，基于PCA的模拟电路故障特征提取和故障诊断系统结构框图如图3所示。首先把激励信号输入到待诊断电路，同时采集输出的信号响应，经过归一化处理后建立故障特征的特征矩阵，然后计算故障特征矩阵的特征值和特征向量，最后根据故障特征值的方差贡献率选取PCA，经过PCA方法将故障特征向量降维后输入到故障诊断网络，进行故障识别和分类。PCA方法降低了诊断网络的规模、维数和计算复杂度，提高了故障诊断的速度。但是因为概率密度函数的分布问题使最优变换矩阵的计算陷入困境，而高分辨特征提取所需的映射常常是非线性的，因此基于PCA的线性变换方法在使用时受到了限制。
图3基于主成分分析的模拟电路故障诊断
2.2集成经验模态分解方法
2.2.1经验模态分解
1998年美国科学家Norde E.Huang等提出了利用经验模态分解方法来分析非线性非平稳信号的新方法。经验模态分解算法是一种自适应的信号分解方法，该方法不受不确定原理的限制，在时域和频域都具有很高的分辨率，克服了传统的Fourier变换和小波变换的缺点，可应用在非线性、非平稳信号的分析处理上。
在满足一定的条件下，瞬时频率即是IMF函数。IMF函数是一种简单的不带骑行波的信号，可以将信号分解成若干只包含这种信号之和，又由于IMF不仅局限于窄带信号，而且其振幅和频率也不是固定不变的，所以它能表示非平稳过程。EMD分解算法流程图如图4所示。但是EMD在分解过程中存在模态混叠现象，这是由于信号的突然中断引起的，为了有效的解决模态混叠，国内外提出了不少方
法，但是都性能都具有局限性。Wu Zhaohua等在对EMD分解白噪声研究的基础上，提出了集成经验模态分解的方法，有效的解决了EMD存在的模态混叠现象，下节对集成经验模态分解的原理进行详细的阐述和分析。2.2.2集成经验模态分解
EEMD方法基于信号的局部特征的时间尺度，克服了EMD方法的模态混叠现象，分解出的各个内察模态函数突出了数据的局部特征，对其进行分析可以更有效的掌握原始数据的特征信息，每一个IMF函数都是自适应的。其具体的分解步骤如下：
图4 EMD算法流程图
2.3最小二乘支持向量机的原理及结构参数优化方法
2.3.1最小二乘支持向量机的原理
近年来，在机器学习领域中备受瞩目的支持向量机在许多领域得到了成功的应用，显示出巨大的优越性。支持向量机克服了神经网络网络结构确定困难、收敛于局部极小和不适合小样本等缺点，有效解决了小样本、高维数和非线性等学习问题。但在应用中，采用逼近算法和多类分类不如两类分类效果显著等不足，训练速度慢，造成支持向量机泛化能力的下降。
最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)是由Suykens和Vandewalle，提出的对SVM的一种改进算法，它用二次损失函数取代
SVM中的不敏感损失函数，通过构造损失函数将原SVM中算法的二次寻优变为求解线性方程，降低了计算的复杂性，具有更好的抗噪能力和更快的运算速度。LSSVM因其求解速度快、收敛速度快而在故障诊断、回归预测、模式识别和模型优化等领域得到了广泛的应用。
2.3.2最小二乘支持向量机结构参数优化方法
目前，国内外优化支持向量机结构参数的主要方法有传统的基于分析的方法和近年来成为研究热点的基于人工智能的启发式搜索优化算法。基于分析的方法是通过推广误差的梯度来确定最优的结构参数，如试凑法、交叉验证法、梯度下降法、网格搜索法]和三步搜索法等，但这些算法往往存在计算复杂，耗时长，易陷入局部最优，不一定能获得全局最优等缺点。第二类方法确定结构参数的采用启发式算法，如遗传算法、模拟退火算法、人工免疫算法、粒子群优化算法等，下面对各种启发式优化算法的优缺点做简要归纳总结。2.3.3遗传算法
遗传算法(Genetic Algorithm,GA)是一种借鉴生物界自然选择自适应搜素的全局优化算法，通过对自然界遗传的交叉验证环节与人工智能的结合，适合处理复杂的非线性问题的求解，具有并行搜索、群体寻优的特点。重庆大学的李峰等提出了基于遗传算法优化的LSSVM结构参数求解算法，并用于风机传动系统的故障诊断，取得了很好的效果。遗传算法分层优化支持向量机的核函数参数和规则化参数，可以在小样本空间内对LSSVM的结构参数进行寻优，避免了传统的故障类型和规则知识的限制，提高了LSSVM的故障预测精度和自适应诊断能力，并可以推广应用于线性、径向基、Sigmoid等核函数条件下的LSSVM优化，深沟球轴承故障诊断实例说明该模型的有效性。
华北电力大学的王平等[ioy提出了基于GA优化的LSSVM的时间序列预测建模方法，并将该方法用于十维的Mackey-Glass混沌时间序列预测，实验结果证明了该优化方法具有自动获取最有参数、训练速度快、精度高和泛化能力强的优点。
但是基于遗传算法优化运算较复杂，存在交叉、变异等运算使群体中的染色体具有局部相似性，导致算法易陷入局部最优，不一定寻找到全局最优值。
2.3.4模拟退火算法
模拟退火算法(Simulated Annealing,SA)是以Markov链的遍历理论为基础的基于物理中固体物质的退火过程与组合优化问题之间的相似性的启发式搜索算法。模拟退火算法采用Metropolis准则使得模拟退火算法能够保证局部寻优的精度，避免陷入局部最优，而逐渐获得全局的最优结果。
山东大学的隋文涛提出了基于模拟退火优化的LSSVM算法，利用模拟退火算法对LSSVM参数和特征进行寻优，并用于滚动轴承故障诊断中，与其他方法相比，故障的分类正确率更高。
虽然SA能解决优化组合问题，能克服优化过程中陷入局部最优和初值依赖性问题，但其计算时间长，全局收敛性能很差，存在结构复杂、时间复杂度高等问题。
2.3.5粒子群算法
粒子群优化算法((Particle Swarm伽timization,PSO)是一种启发式的搜索进化算法，具有较好的全局搜索和局部搜索能力，可以对LSSVM的结构参数进行优化。
石家庄铁道大学的耿立艳等]提出了基于灰色关联分析和粒子群优化的LSSVM算法，用于铁路货运量的预测，通过对我国1980-2009年铁路货运量实例分析表明:该方法具有较快的收敛速度和较高的预测精度。但是粒子群存在早熟现象易陷入局部最优，影响 LSSVM结构参数的最优化。
中南大学的龙文等提出了混合PSO优化的LSSVM模型用于锅炉延期含氧量的预测控制，通过采用以粒子群优化算法进行大范围的全局搜索，在局部使用拟牛顿法进行局部搜索方向的计算，以求避免粒子群易陷入局部最优的缺点，但是对于局部搜索存在盲目性，不能从本质上解决粒子群早熟和局部最优的问题。
综上可知粒子群优化算法的局限性是由于粒子群优化算法特有的粒子间单向信息流的影响，粒子群优化算法具有非常快的收敛速度，经过不太多次的迭代进化后，种群中的各粒子往往具有相同的特征。这样，导致种群缺乏多样性，难以跳出局部最优，往往很容易形成过早收敛。
2.4最小二乘支持向量机的多分类方法
由于标准的LSSVM只能解决二分类问题，但是现实中大部分诊断和分类都是
多分类问题的辨识和识别问题，为了有效解决LSSVM多分类问题的方法，国内外提出了很多多种分类方法，典型的有一对多多分类法、一对一多分类法、纠错编码多分类法、有向无环图多分类法和二叉树多分类法。2.4.1一对多的多分类法
对于k分类问题，一对多的多分类(One-Versus-Rest,O-V R)方法通过构造k个二值向量机分类器，每一个支持向量机分别将某一类的数据从其他类别中分离出来(图6)。虽然OVR方法可以通过取决策函数输出值最大的类别确定测试样本的类别，但由于在分类中存在大量的不可分区域，而使其推广性受到很大的影响。O-V R多分类方法简单有效，对于k类样本只需训练k个支持向量机，因所得的分类函数个数较少，在决策分类时具有较快的速度。但也存在以下缺点:(1)当类别数增多时，训练样本间的不平衡将影响分类结果的准确性;(2)存在不可分盲区，泛化能力较弱;(3)容错能力欠佳。
图6一对多分类方法
2.4.2一对一的多分类法
一对一多分类法((One-Versus-One,O-V O)是利用在不同分类类别之间建立二类分类器，把多分类问题分解为多个两分类问题，对k个类别共需要建立k(k-1)l2个支持向量机，然后分别训练相关的两分类样本(图7)，分类决策时采用“最大赢”算法，每一分类器对故障特征向量分别决策，分类结果是值最大的类。由于每个支持向量机只对二分类问题进行分类，因此训练速度比O-V R很快。但O-V O多分类法主要缺点有:(1)存在过学习问题;(2)存在推广误差无界的问题;(3)算法运行时间随着分类数目增大而快速增长，导致分类决策过慢;(4)存在拒分问题。
图7一对一多分类方法
2.4.3有向无环图的多分类法
有向无环图(Decision Directed Acyclic Graph LSSVM, DDAG)多分类方法是根据图论中的有向无环图的思想，通过构造k(k-1)/2个两分类器实现k分类的多分类问题。DDAG方法简单易行，分类决策时只需使用k一1个决策函数即可得出结果，其分类精度与O-V O法相当，但运算速度更快。不过因为有向无环图是层次结构，存在“误差积累”效应，王艳等在考虑到DDAG的特殊结构后提出了利用基于类分布的类间分离性测度区分各分类之间的距离，并对DDAG的节点顺序从新组合设计，构造了基于分离性测度的DDAG支持向量机，通过3个典型数据集的仿真测试，证实了提出的方法性能优于传统DDAG算法。图8是四分类问题的有向无环图结构框图。
图8有向无环图多分类法
2.4.4二叉树结构的多分类法
Hsu Chinwei等提出利用二叉树结构来构造支持向量机的多分类方法，可以在较少支持向量机的情况下提高训练和决策速度。基于二叉树结构的多分类方法是把所有分类先分为两个子分类，然后各个子分类再分为两个子分类，直到所有的节点只有一个分类为止(图9)。二叉树结构的支持向量机多分类方法具有子分类器少，不存在拒分区域、分类效率较高的优点。但是二叉树结构的支持向量机多分类方法也存在以下缺点:(1)多分类方法的性能取决于二叉树的生成方法;(2)存在“误差积累”现象。
近年来，有学者在二叉树结构的基础上提出了几种二叉树的改进算法，以修正SVM的分类正确率，Yang Chih-Cheng和杨琳等。Zsa26}提出和应用了Huffinan树构造二叉树的概念，通过构造Huffman树自下而上来生成二叉树的方法。分类测试表明最优二叉树的分类识别率比随机偏二叉树多分类方法要高很多，这说明二叉树的结构对其分类的正确率有很大影响。崔江等提出了聚类二叉树的SVM，通过引入SOFM神经网络对训练样本进行分层聚类，最后形成聚类二叉树，然后对样本训练和测试，仿真实验表明，聚类二叉树SVM与其他多分类方法(O-V O,O-V R)相比的测试时间最小，而获得的精度较高，且测试复杂度和诊断时间较小。
但是以上这些改进基本上对于二叉树的生成并未提出更好的解决方法，只随机地或者借助有限的方法人为主观的决定二叉树的结构，未从提高推广性能角度设计二叉树的生成算法，如何生成完全二叉树结构，尽可能减少误差积累现象等
是基于二叉树结构的多分类支持向量机需要解决的关键问题。
图9二叉树结构的多分类方法
2.4.5基于改进最优二叉树的多分类法
从二叉树结构的支持向量机多分类方法的基本原理可知，只有在顶层节点以最优的分类方法将不同类别分开刁‘可以获得最优的多分类性能。因此，需要在每一个二叉树子类分类时选择与其他类别差别最大的类别将其分开，在吸收王艳各自算法优点的基础上，对最优二叉树的测向距离引入基于类分布的类间分离性测度概念，用类间分离性测度来刻画类别之间的差异，然后通过构造改进的树来生成二叉树从而产生改进的最优二叉树多类法。
标准的Huffman树，又称最优二叉树，是一类带权路径长度最短的树，最优二叉树的基本构造原理如下:首先从二叉树所有的根节点中选取权值最小的两个根节点，从新构成一棵新的二叉树，则该新二叉树两个子树的权值之和就是根节点的权值，然后把新构造的根节点替代左右两个字数加入到根节点组合中，循环以上二叉树构造的流程，直到只剩下最后一个根节点。
在提出的改进算法中，也是采用自下而上构造二叉树的方法，即先寻找最难分割的两类作为二叉树的下层结点，然后再寻找次难分割的两类，直到剩下最后两个类为止。在对训练数据评估各类间的分离度时，通常采用欧氏距离衡量类间分离性测度，但是欧氏距离并不能全面客观的代表类间的分离度。图10为两类类间分离性比较，圆形范围代表某一类别样本的分布范围。可知，图10(b)的类间距离明显大于图10(a)的类间距离，但是图10(a)中的两类别显然要比图2-15（b）中的两类别要容易分离。这是因为类间的分离度不仅与类间间距有关，而 23
且和类别样本的方差有关。类间距越大，方差越小，分离性会越强。
图10类间分离性比较
本章小结
本章对常用的故障特征提取技术进行概述，重点对主成分分析、小波包分析技术、数学形态学滤波方法、经验模态分解和集成经验模态分解等故障特征提取方法进行了深入的研究，并利用仿真试验对比分析每种故障特征提取方法的优缺点及其适用范围。然后对LSSVM的原理进行了详细的论述，并对其结构参数的优化方法和多类分类方法进行了归纳分析，并提出了改进最优二叉树LSSVM的多分类方法，标准样本多分类测试证明了提出的多分类方法在保证实时性的情况下提高了分类的正确分类率。
参考文献：
[1]张曙光.CRH2型动车组.北京:中国铁道出版社，2008.[2]黄采伦，樊晓平，陈特放.列车故障在线诊断技术及应用.北京:国防工业出版社，2006.[3]黄栋杰.200公里级CRH2型动车组制动控制系统的研究.成都:西南交通大学，2010.25
第四篇：北京交通大学动车组机械师培训 2013动车组制动系统复习题-答案
2013年“动车组制动系统”复习题
1.CRH2型动车组紧急制动时，安全环路是否沟通B10调压阀和中继阀？
2.CRH3型动车组的每辆车是否都有弹簧停放制动装置？
3.BCU计算制动力的三要素是什么？（制动级位指令、列车运行速度和车辆质量）
4.CRH5型动车组紧急制动电磁阀的工作原理是什么？（失电制动，得电缓解）
5.影响轮轨间黏着系数的主要因素有哪些？（轮轨接触面状况和车速）
6.再生制动制动力的大小如何调节？（可通过调节定子磁场和转子的转速差来进行）
7.CRH2型动车组电、空制动力中的任何一个不足是否称为制动力不足？
8.当CRH5型动车组的制动主控手柄置于第一扇区时，若某动车电制动力不足，是否优先由该车非动力轴的空气制动进行补偿？
9.CRH3型动车组拖车的每个轮对都装有几套轴盘式盘形制动装置？2
10.CRH1型动车组的备用制动系统是否采用无电控的自动式空气制动系统。
11.CRH5型动车组的外门系统需要供风，通过调压阀将风压调多少压力？600 kPa
12.CRH2型动车组在运行当中，总风管压力低于何值时将会实施紧急制动？600kPa
13.动车组制动时，采用的制动方式是什么？空、电联合制动，以电制动为主
14.CRH1型动车组拖车制动系统的基础制动方式采用的是什么？轴盘制动
15.属于非粘着制动的有哪些？磁轨制动
16.防滑装置用于滑行检测的指标有多种，其中最常用的是什么？减速度指标
17.哪种型号的动车组中有电阻制动？CRH5
18.CRH1型动车组每个动车转向架上设有几个停放制动缸？3
19.CRH2型动车组一级检修制动盘裂纹沿半径方向长度不大于多少？127mm
20.CRH3型动车组常用制动故障时，车下需关闭哪个塞门？B15
第五篇：动车组答案
第一章 动车组基础知识
1.简述高速铁路特点及其列车划分方式。a)特点：（1）速度快，旅行时间短。
（2）客运量大。（3）准时性好，全天候。
（4）安全舒适可靠。
（5）能耗低。（6）污染轻。（7）效益高。（8）占地少。b)划分方式： 普通列车：最高运行速度100一160 km／h； 快速列车：最高运行速度160—200 km／h；
高速列车：最高运行速度≥ 200km／h。2.简述动车组的定义、类型及关键技术。
(一)定义：动车组：亦称多动力单元列车，是由动车和拖车或全部动车长期固定联挂在一起运行的铁路列车。(二)类型：1.按牵引动力的分布方式分：①动力分散动车组②动力集中动车组 2.按动力装置分：①内燃动车组(DMU)②电力动车组(EMU)： 3.按服务对象分：①长途高速动车组②城轨交通动车组
(三)关键技术：动车组总成、车体、转向架、牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、牵引控制系统、列车网络 控制系统、制动系统。
3.简述动车组车辆的组成及其作用。
① 车体：容纳运输对象之所，安装设备之基。② 走行部（转向架）：车体与轨道之间驱动走行装置。③ 牵引缓冲连接装置 ：车体之间的连接装置。④ 制动装置：车辆的减速停车装置。⑤ 车辆内部设备：服务于乘客的车内固定附属装置。⑥ 车辆电气系统：车辆电气系统包括车辆上的各种电气设备及其控制电路。按其作用和功能可分为主电 路系统、辅助电路系统和控制电路系统3个部分。4.解释动车组车辆主要技术指标及其标记的含义。①.自重：车辆本身的全部质量。
②.载重/容积：车辆允许的最大装载质量和容积。③.定员：以座位或铺位计算。（定员=座席数+地板面积*每平方米地板面积站立人数。）④.轴重：车轴允许负担的最大质量（包括车轴自重）。
⑤.每延米轨道载重：车辆总质量/车辆全长（站线有效利用指标）。⑥.通过最小曲线半径：调车工况能安全通过的最小曲线半径。⑦.构造速度：安全及结构强度允许的最大速度。⑧.旅行速度：路程/时间，即平均速度。最高试验速度，最高运行速度。⑨.持续速度：在全功率下能长时间连续运行的最低速度称为持续速度。
⑩.轮周牵引力：动轮从牵引电动机获得扭矩，通过轮轨相互作用在轮周上产生的切向反力。⑪.粘着牵引力：机把受粘着条件限制而得到的牵引力，称为粘着牵引力 ⑫.持续牵引力：在全功率下，对应于持续电流的引力称为持续牵引力。
⑬.车钩牵引力：克服动车本身的运行阻力以后，传到车钩处用于牵引列车运行的那部分牵引力。⑭.标称功率：各牵引电动机输出轴处可获得的最大输出功率之和。
⑮.车辆全长、最大高度、最大宽度：车辆两端车钩钩舌内侧距离（19.8m/29.7m)；车顶最高点至轨顶面距离（3.25m);车体最宽处尺寸（2.6m)。
⑯.车辆换长：是车辆换算长度标记。当车钩处于锁闭位置时，车辆两端车钩钩舌内侧面间距离（以
m为单位）除以11 m所得之值，为该车辆换算长度数值。⑰.车辆定距：相邻转向架中心距
⑱.转向架固定轴距：转向架前后车轴中心距。
⑲.车钩高和地板面高：钩舌外侧面和地板面至轨顶的距离。5.何谓限界？包括哪几种类型？
为防止车辆运行时与建筑物及设备发生接触而设置的横断面最大允许尺寸轮廓。包括：机车车辆限界（车限）和建筑限界（建限）。建筑限界和机车车辆限界均指在平直线路上两者中心线重合时的一组尺寸约束所构成的级限轮廓。
类型：
1、无偏移限界
2、静偏移限界
3、动偏移限界
6.线路包括那几种？轨道由那几部分组成？
线路平面构造：直线、曲线、缓和曲线、道岔 线路纵断面构造：上下坡段、竖曲线、平道。
第二章 转向架结构原理及基本部件
1.简述转向架的组成及其分类。
①组成：㈠轮对:走行导向。
㈡轴箱：降低摩擦阻力，化滚动为平动。
㈢一系悬挂装置：用以固定轴距，保持轮对正确位置，安装轴承等。缓冲轴箱以上部分的振动，以
减轻运行中的动作用力。㈣构架:安装基础。
㈤二系弹簧悬挂：也叫车体支承装置:是车体与转向架的连接装置。㈥基础制动装置:是制动机产生制动力的部分。
㈦电机驱动装置:将电能变成机械能转矩，通过降低转速，增大转矩，将牵引电动机的功率传给轮对。
②分类：1.按轴数分类：两轴bo-bo；三轴co-co。
2.按传动装置分：(1)动力转向架：单动力轴转向架、双动力轴转向架(2)非动力转向架
3.按悬挂装置分：A、按弹簧悬挂方式分类：一系、二系 B、按轴箱定位方式分类：有导框轴箱定位转向架 无导框轴箱定位转向架：拉板式、转臂式、拉杆式 C、按车体支承方式分类：(1)按中簧跨距分：内侧悬挂、中心悬挂、外侧悬挂。(2)按载荷传递形式分：心盘集中承载、心盘部分承载、非心盘承载。
(3)按中央悬挂装置的结构分：有摇动台、无摇动台、无 摇枕转向架。
D、按车体支撑装置连接形式分：铰接式、非铰接式 4.按导向方式分：自导向径向转向架、迫导向径向转向架、机车径向转向架 5.按摆动方式分：自然摆转向架、强制摆转向架 3.轮对有何特点？
2轮+1轴，过盈连接，轮轴同转 4.简述车轴和车轮各部分的名称。踏面、轮缘、轮辋、辐板、辐板孔、轮毂、轮毂孔 5.空心车轴有何好处？车轮踏面为什么有一定斜度？
㈠空心车轴⑪减轻了自重⑫因而减轻了簧下质量，⑬减小了蛇形运动。从而改善了列车运行平稳性，减小了轮轨之间的动力作用。
㈡踏面需要做成一定的斜度，其作用是：
1、便于通过曲线
2、可自动调中
3、踏面磨耗沿宽度方向比较均匀
6.简述滚动轴承轴箱的类型。
类型：圆柱滚动轴承与轴箱（目前客车常用）；圆锥滚动轴承（目前货车常用）7.简述弹性悬挂装置的类型及其特点。
类型及特点：
1、按位置分：一系悬挂装置：在轮对与构架之间，也称为轴箱悬挂装置 二系悬挂装置：在车体和构架之间，也称为中央悬挂装置
2、按作用分：缓冲装置：主要起缓和冲动的弹簧装置；（中央弹簧、轴箱弹簧）
减振装置：主要起衰减振动的减振装置；（垂向、横向、纵向和抗蛇行减振器）定位装置：主要起定位作用的定位装置。（轴箱定位、中央定位、抗侧滚扭杆）
3、按结构形式分：螺旋弹簧、空气弹簧、橡胶弹簧、扭杆弹簧、环弹簧 8.简述空气弹簧系统的组成及其工作原理。
㈠特点：变刚度、等高度、三维弹性、自带减振功能。空重车自振频率相当 ；单独支重；省去垂向减振器。㈡组成：空气弹簧本体、高度控制阀、差压阀、附加气室、滤清器 ㈢工作原理：（1）压力空气缓冲：由压力空气实现。列车管→空气弹簧风缸→空气弹簧主管→空气弹簧连接
管→高度控制阀→空气弹簧本体和附加气室。(2)变压力、变刚度、等高度
A.保压：正常载荷时，h=H，进排气通路均关闭，保压；
B.充气：增载时，车体下沉，h
一侧空气弹簧自动放气，以防车体倾覆。
（4）节流减振：由气嘴实现。气嘴节流减振代替垂向减振器。9.简述车辆上常见减振器的类型及其工作原理。㈠摩擦式减振器：借摩擦面的相对滑动产生阻尼
㈡液压减震器①特点：自调节特性（振幅大时，衰减量也大）。
②组成：活塞、进油阀、缸端密封、上下连接、油缸、贮油筒、防尘罩等。③工作原理：利用液体黏滞阻力作负功来吸收振动能量（小孔节流阻尼）
A.拉伸状态：活塞杆向上运动，B腔油液的压力增大，压差使其经过心阀的节流孔 流入A腔。油液通过节流孔时产生大小与的流速、节流孔的形状和大小有关的阻力。B.压缩状态：活塞杆向下运动，受到活塞压力的A腔油液通过心阀的节流孔流入B 腔而产生阻力。
C.油量调节：活塞杆有一定体积，当活塞上下运动时，A腔和B腔体积变化不相等。为保证减振器正常工作，在油缸外增加一贮油筒（C腔）实现油量调节。
10.简述驱动装置的类型及典型驱动装置的特点。
㈠作用：实现能量转换，产生轮对驱动力距。㈡类型：（1）轴悬式(半悬式）：牵引电机重量一半支撑载车轴，一半悬挂在构架上。轴悬式又有刚性及弹性 之分。
（2）架悬式（或称全悬挂式）：牵引电机支撑在构架上。（3)体悬式：牵引电机安装在车体上。
11.简述基础制动装置的类型及其特点。
㈠空气制动：利用压缩空气，通过制动缸活塞和杠杆作用在闸瓦或制动夹钳的压力，在踏面或制动盘上产生
摩擦，把机车动能转化为热能并逸散到大气中。包括制动控制系统和制动执行系统
㈡闸瓦制动：通过闸瓦压紧车轮，通过机械摩擦产生制动作用，高速时制动力不够，不是高速列车主要制动 方式
㈢盘形制动: 通过制动闸片与制动盘之间的机械摩擦产生制动作用，散热好，有较好的高速制动性能，高速制
动时制动块磨损加快，热载荷大时易产生裂纹不能确保安全 ①轴盘制动：制动盘压装在车轴内侧
②轮盘制动：制动盘安装在车轮两侧或一侧 12.摩擦制动包括闸瓦制动、盘形制动、磁轨制动
13.动力制动包括电阻制动、再生制动、电磁涡流轨道制动、电磁涡流转子制动等
第三章 典型转向架
1、简述德国、日本和法国转向架的结构特点？
2、简述CRH2转向架的横向、纵向及垂向力的传递路线。①.垂向力（即重力）：车体→橡胶空气弹簧→构架侧梁→轴箱圆弹簧→轴箱→车轴→车轮→钢轨 ②.横向力（离心力等）：车轮→车轴→轴箱→轴箱圆弹簧+转臂定位销（力较小时）/轴箱止档（力较大时）→ 构架侧梁→橡胶空气弹簧（力较小时）/构架横梁→横向橡胶止档(力较大时)→牵引中心销→车体
③.纵向力（牵引力或制动力）：（轮轨间粘着）车轮→车轴→轴箱→轴箱转臂定位销→构架侧梁→构架横梁→牵
引拉杆→牵引中心销→车体→车钩
3、简述CW-200K转向架的横向、纵向及垂向力的传递路线。（实验报告）
4、简述地铁转向架的结构特点。
转向架安装于车体与轨道之间，用来牵引和引导车辆沿轨道行驶，承受并传递车体与轨道之间的各种载荷并缓和其动力作用。一般由构架、轮对轴箱装置、弹簧悬挂装置和制动装置等组成，有动力转向架和非动力转向架之分，动力转向架装有牵引电机及传动装置。
5、简述低地板转向架、法国RX656转向架及独立回转转向架的结构特点。第四章 车体结构及总体布置
1.简述车体的类型及组成。
类型：㈠按材料分：耐候钢车体、不锈钢车体、铝合金车体
㈡按承载方式分：底架承载式车体、侧墙和底架共同承载式车体、整体式承载车体 组成：底架、侧墙、车顶、前端墙（或车头）、后端墙、波纹地板或空心型材加强的地板构成一个带门窗切口 的博壁筒形整体承载结构。2.简述CRH动车组车体组成特点。
（1）车体采用铝合金整体承载筒形结构
（2）车体的断面形状可分为鼓形断面、梯形断面和矩形断面。
（3）底架、侧墙和车顶采用大型空心截面的挤压铝型材拼焊而成。中空挤压型材，长度可达车体全长。（4）整体装配车体：车体基本由6大部件即地板、车顶、两个端墙及两个侧墙装配而成。
3.简述车体轻量化、防火和隔声降噪的措施。（————————————不考——————————）
㈠车体轻量化措施：①采用新材料、新工艺：铝合金、不锈钢、蜂窝型复合材料、纤维复合增强塑料、玻璃 钢
②改变车体结构：改变车体强度结构
改变车体工艺结构：采用大型中空挤压铝型材结构 采用纤焊的铝蜂窝铝合金结构 采用航空骨架式铝合金结构 采用大型挤压型材的焊接结构
㈡防火措施：（1）结构抗火 2）隔断火源3）防止火灾蔓延4）车门设计应有利于乘客的疏散（5）车内应设
有灭火相辅助照明设备6）车辆难燃化7）加强车内的巡回检查，引导旅客安全疏散㈢隔声降噪的措施：①隔声措施：①采用双层墙结构
②在车体金属（如地板）表面涂刷防振阻尼层 ③采用双层车窗 ④车内选用吸声效果好的高分子聚合材料 ⑤提高车体气密性
②降噪措施：A、削弱噪声源发出噪声强度的措施 B、提高车体隔声性能的措施
4.简述铝合金车体的特点。
车体主要承载构件采用大型中空挤压铝型材，以提高构件刚度，充分发挥材料承载能力，满足轻量化要求，减小了焊接工作量，维修期增长 分为四种形式：
第一种，铝板和实心型材结构： 车体由铝板和实心型材通过铆钉、连续焊接进行连接。第二种，板条骨架结构： 车体由铝板和纵向加固件应用气体保护焊的溶焊而成。
第三种，大型开口型材结构： 车体由板皮和纵向加固件组成高强度大型开口型材整体结构通过焊接。第四种，大型空心截面结构： 车体结构为与车体等长的大型中空型材通过自动连续焊接互相连接。
5.简述CRH动车组的布置特点。
动车组车辆总体布局按空间位置一般可分为:车内布置、车顶布置、车下布置3部分。由于车上空间尽可能用于安装旅客服务设施，因此，动力设备分散在各节车的车下设备舱中，车上除司机室及其通道外，没有专门的设备间。以CRH5为例，总体空间布局一般划分为：车头（导流罩、自动车钩）、车上布置【司机室、客室、车辆连接（风挡）】、车顶布置（受电弓、空调机组等）、车下设备舱
6.简述动车组上的主要设备组成及其作用。7.简述车门的类型、组成及其特点。
类型：按作用分：侧门、内端门、外端门、小间门（包括乘务室门、卫生间门等）。按开启方式分：自动门、手动门。
按驱动方式不同区分:风动式车门、2、电动式车门 按开启特点分：（1）内藏嵌入式侧移门（2）外侧移门（3）塞拉门（4）外摆式车门
第五章 车端连接装置
一．填空题
1.牵引缓冲装置包括（车钩）、（缓冲器）、及（车钩复原装置）三部分。2.牵引缓冲器装置的构造、（性能）及(状态)在很大程度上 影响列车运行的（纵向）平稳性。3.车钩由（钩头）、（钩身）、（钩尾）等3部分组成。4.按连结紧密程度分：非刚性自动车钩（普通自动车钩）和刚性自动车钩（密接式车钩）。5.密接式车钩类型包括：前端（自动车钩）、半永久车钩和过渡车钩。6.缓冲器就其结构来说，可分为（弹簧摩擦式）、（橡胶摩擦式）和（液-气式缓冲器）三类。7.风挡装置有三种型式：铁风挡装置、橡胶风挡装置和（折叠风挡装置）。二．简答题
1.钩缓作用及传力过程
• 钩缓作用：连挂、牵引和缓冲三种功能。
• 连接定距（连接列车中的各车辆，并使之保持一定距离），• 传力缓冲（传递牵引力，传递和缓和纵向冲击力）。
• 钩缓作用及传力过程 • 当列车牵引时：车钩→钩尾销→ 钩尾框→后从板→缓冲器→前从板→前从板座→牵引梁。• 当列车压缩时：车钩→钩尾销→ 钩尾框→前从板→缓冲器→后从板→后从板座→牵引梁。
由此可见，钩缓装置无论是承受牵引力还是冲击力，都要经过缓冲器将力传递给牵引梁，这样就有可能使车辆间的纵向冲击振动得到缓和和消减，从而改善了运行条件，保护车辆及货物不受损坏。
2.车钩三态功能是什么？
（1）闭锁位置(连挂状态)：锁闭状态，为牵引时所用。
（2）开锁位置(解钩状态)：一种闭而不锁的状态，为摘车时所用。
（3）全开位置(待挂状态)：为挂钩作准备。相互连接两车钩，必须有一个处于全开位，另一个处于什么位置都可以。3.密接式车钩特点
a)可实现真正的“密接”；
b)可实现机械、电路和气路三路连接； c)可以实现自动解钩； 4.柴田式密接车钩的工作原理（1）闭锁过程
连挂时，钩头凸锥插入相邻车钩的凹锥孔内，钩头内侧面压迫相邻车钩钩舌逆时针转动40o,解钩风缸弹簧受压变形；当量钩舌连接面完全接触后，形成一个球体，在解钩风缸弹簧复原力的作用下，在凹锥孔内顺时针转动40o后恢复原状，完成车辆连挂，车钩处于连挂状态（闭锁位置）。（2）解钩过程
自动解钩时，司机操纵解钩阀，压缩空气由总风缸进入解钩风缸，使活塞向前推动解钩杆并带动钩舌逆时针转动40o 而使车钩处于待解状态（开锁位置）。
手动解钩时，依靠人力推动解钩杆使使车钩处于待解状态（开锁位置）。5.缓冲器的作用及其工作原理 作用：缓冲器用来缓和列车在运行中由于机车牵引力的变化或在起动、制动及调车作业时车辆相互碰撞
而引起的纵向冲击和振动。缓冲器有耗散车辆之间冲击和振动的功能，从而减轻对车体结构和装载货物的破坏作用。
工作原理：缓冲器的工作原理是借助于压缩弹性元件来缓和冲击作用力，同时在弹性元件变形过程中利用摩擦和阻尼吸收冲击能量。其中橡胶缓冲器借助于橡胶分子内摩擦和弹性变形起到缓和冲击和消耗能量的作用。6.缓冲器的主要性能参数 ①.行程：缓冲器受力后产生的最大变形量。此时弹性元件处于全压缩状态，如再加大压力，变形量也不再 增加。
②.最大作用力：缓冲器产生最大变形量时所对应的作用外力。
③.容量：缓冲器在全压缩过程中，作用力在其行程上所作的功的总和称为容量。它是衡量缓冲器能量大小 的主要指标，如果容量太小，则当冲击力较大时就会使缓冲器全压缩而导致车辆刚性冲击。④.能量吸收率：缓冲器在全压缩过程中，被阻尼所消耗的能量与缓冲器容量之比。一般要求不低于70%。⑤.初压力：缓冲器的静预压力。初压力的大小将影响列车起动加速度。
第六章 城市轨道交通动车组
1.简述磁悬浮列车的类型、特点及其工作原理。类型：常导磁吸型、超导磁斥型 特点：常导磁吸型：利用常规的电磁铁与一般铁性物质相吸引的基本原理，把列车吸引上来，悬空运行，悬浮 的气隙较小，一般为10毫米左右。常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400-500公里，适合于城市间的长距离快速运输。
超导磁斥型：使用超导的磁悬浮原理，使车轮和钢轨之间产生排斥力，使列车悬空运行，这种磁悬浮列
车的悬浮气隙较大，一般为100毫米左右，速度可达每小时500公里以上。工作原理：磁力悬浮、导向，线电机驱动 2.简述导轨交通的类型与工作原理。
类型：1中央导向方式、2侧面导向方式
工作原理：
1、中央导向方式： 线路中央设导向轨，车辆底架下部对应部位设导向轮。走行橡胶轮在两根主
梁上行驶，导向轮贴靠线路中央凸出的导向轨导向。
2、侧面导向方式： 线路两侧矮墙上设导向轮滚道，车辆走行装置外侧水平配置导向轮。走行轮
在线路上行驶，导向轮沿线路两侧的导向轨滚动导向。3.简述单轨车辆的类型与工作原理。类型：（1）跨坐式独轨铁路：车体重心在轨道梁上方，运行时车体跨坐在轨道梁上。
（2）悬挂式独轨铁路：车体重心在轨道梁下方，转向架悬吊着车体沿轨道梁运行。
工作原理：㈠跨坐式：车辆骑行于轨道梁上方，车辆底部有走行轮，在车体的两侧下垂部分还有导向轮和稳定
轮，夹行于轨道梁两侧，保证车辆沿轨道安全平稳行驶
㈡悬挂式：车辆悬挂于轨道梁下方，轨道梁为下部开口的箱型钢架梁，车辆走行轮与导向轮均置于 箱型梁内，沿梁内设置的轨道行驶。车辆改变行车方向时。通过梁内可动轨的水平移动实现
第七章 轨道车辆牵引理论
1、作用于列车的力及其产生原因 ①牵引力：动轮受牵引电机驱动转矩作用后，在轮轨粘着作用下，在轮轨作用点处产生的指向列车运行方向的
切向力称为轮周牵引力。
②制动力：制动装置对轮对形成一个力矩，从而在轮轨接触处产生一个车轮对钢轨的纵向作用水平力。③列车阻力：列车运行时，受到的与列车运行方向相反，而且是司机不能控制的阻止列车运行的外力，称为列
车阻力，简称阻力。阻力分为基本阻力和附加阻力两大类。
2、车轮空转的原因、危害及防治
A、空转的原因：当轮轨间出现最大粘着力后，若继续加大驱动转矩，轮轨间的粘着关系被破坏，使轮轨间出
现相对滑动的现象，称为“空转”。
B、空转的危害：动转出现空转时，轮轨将依靠滑动摩擦力传递切向力，这就大大削弱了传递切向力的能力，同时造成动轮踏面的擦伤。因此，机车在牵引运行中，应尽量防止出现动轮的空转。
C、防治措施（1）在设计时，尽量选择合理的结构参数，使轴载荷转移降至最小．以提高粘着重量的利用率。
（2）合理而有控制地撤砂。特别在直线轨道上，轨面条件恶劣时，撤砂可大大提高粘着系数。（3）采用增粘闸瓦，可提高制动时的粘着系数，防止车轮滑行。（4）采用性能良好的防空转装置。
3、轴重转移的原因、危害及防治
（1）定义：机车在牵引工况时机车产生牵引力时，各轴的轴重会发生变化，有的增载，有的减载，这种现象称为
牵引力作用下的轴重转移,轴重转移又称轴重再分配。
（2）原因：牵引力是发生轴重转移的根本原因。在机车运用中产生牵引力时，由于车钩距轨面有一定的高度，与 轮周牵引力不在同一高度，后部列车作用于车钩的拉力与轮周牵引力形成一个力偶，使前转向架减载，后转向架增载。
（3）危害：1对个别驱动的机车轴重减少最大的轮对，将首先发生空转。这样，机车粘着牵引力的最大值，必然
受到达个轮对空转的限制。
2空转发生后，牵引力立即下降，机车走行部、传动机构的正常工作受到影响；牵引电机也可能损坏；
轮对和钢轨增加了额外的非正常磨耗。
3个别轮对的轴重增加，使机车远行中的动作用力增加，并将对钢轨造成破坏。（4）防治：1 牵引电动机的顺置: 2货运机车大刚度弹性旁承。低位牵引：降低转向架牵引力向车体传递点距轨面的高度。
4在制造和维修方面，要注意保持动轮等直径、各牵引电动机相同的特性。
5合理撒砂，设防空转装置（在电力机车采用前、后转向架电动机分别供电，使轴重减载的前转向架电动机减小电流，而增载的后转向架电动机增大电流。这有可能获得较大的粘着重量利用率）
4、车轮抱死滑行的原因、危害及防治
原因：制动力大于粘着条件所允许的最大值，产生相对滑动，车轮的制动力变为滑动摩擦力，数值立即减小，车轮被闸瓦.’抱死”，轮子在钢轨上继续滑行，这种现象 称为.’滑行’ 危害：’抱死滑行’时制动力大为降低，车轮与钢轨的接触面会被擦伤，因此，应尽最避免。防治：①在大型货车制动机上设置有空、重车调整装置。②在盘形制动车辆上设踏面清扫器
③采用增粘闸瓦，可提高制动时的粘着系数，防止车轮滑行。④设电子防滑器。
5、列车运行方程式与列车运行状态方程式：
运行状态：①牵引状态，牵引电动机通电转动，将电能变为机械能，驱动机车使列车运行;②惰行状态，牵引电动机不通电，列车靠惯性运行
③制动状态，在列车车上加制动力，使列车减速运行。
第八章 轨道车辆动力性能分析与评价
1、机车车辆动力学的研究内容与目的
研究内容：①研究机车车辆在运行中产生的力学过程； ②掌握车体、转向架的振动规律；
③以便合理设计机车车辆有关结构，正确选定弹簧装置、轴箱定位装置、横动装置、减振器等的 参数；
④并为有关零部件的强度计算提供必要数据。
研究目的：① 研究自由振动求知固振频率，以便知道发生共振时的机车机车车辆速度。② 研究受迫振动是为求知需要的阻尼和迫振振幅、迫振加速度，以便知道机车机车车辆运行的
平稳程度及其对线路的动作用力。
③研究蛇行稳定性问题，以便采取有效措施来提高高速机车机车车辆的蛇行临界速度。
2、坐标系与振动形式
（1）侧滚：绕x轴的回转振动;（2）伸缩：沿x轴的往复振动（3）点头：绕y轴的回转振动；（4）横摆：沿y轴的往复振动（5）摇头：绕z铀的回转振动；（6）浮沉：沿z铀的往复振动
滚摆：由于弹簧对称支撑于车体下部，车体横摆时，其重力与弹簧支持力形成的力矩使车体车滚，即产生横摆时肯定发生侧滚，横摆与侧滚的耦合振动称为滚摆。滚心在车体重心之上的滚摆称为上心滚摆。滚心在车体重心之下的滚摆称为下心滚摆。
蛇行运动：指的是具有一定踏面斜度的轮对，沿直线运行时，受到微小的激扰后，产生一种一面横向往复摆动，一面绕铅垂中心转动，中心轨迹城波浪形的特有运动。
3、一系悬挂机车车辆特点
4、蛇行运动临界速度
临界速度
可见，减小踏面等效斜率je及减轻轮对质量m，能提高轮对蛇行运动稳定性，当je＝0时，即用圆柱形踏面时，Vc→∞时不会产生蛇行运动。
说明因为Ky和Kx的存在，弹性定位轮对的临界速度要比自由轮对的高得多。减小踏面等效斜率je及轮对质
量m，增大轮对定位刚度Kx、Ky及重力刚度对稳定有利。
5、曲线通过研究的内容
1、分析类型
曲线通过有两个相互联系的研究内容：几何曲线通过和动力曲线通过。
2、几何曲线通过
研究机车与线路的几何关系和机车自身有关部分在曲线上的相互几何关系。研究机车的几何曲线通过；
也为研究动力曲线通过提供有关数据。几何曲线通过主要解决的问题（1）确定机车所能通过的曲线的最小半径和为此目的所需的轮对横动量；（2）给出机车转向架通过曲线时的转心位置；（3）确定在曲线上机车转向架对于车体的偏转角（4）确定车体与建筑限界的关系等（校验内容：将两转向架皆置于最大外移位置以校验车体端部是否能通过限界；将两转向架皆置于最大偏斜位置以校验车体中部是否能通过限界。）。
3、动力曲线通过
研究机车以不同速度通过曲线时与线路的相互作用，探讨机车安全通过曲线的条件和措施并为机车和线
路的强度计算以及轮绦磨耗提供有关数据。A.限速原因：
在曲线上，机车机车车辆速度所受的限制可以归纳为以下几方面：列车在曲线上的未平衡加速度、侧压
力、轨枕力、轮缘磨耗因数和防止车轮爬越钢轨。
B.限速依据：
1．保证乘务员的舒适感：gc<0.04g时无明显感觉；gc=0.05g时能察觉，无不适感；gc=0.077g时，能
长期承受；gc=0.1g时能短期承受。
2．轮软间作用的侧压力使钢轨产生横向应力和变形：为防止钢轨应力过高或出现永久变形而使轨距展宽，侧压力不能过大。对于轴荷200kN的机车，在50kg／m的焊接轨上，侧压力限为70kN；在鱼尾板连接的轨上，限为60kN 3.轨枕力可能引起轨枕永久横移：轴荷重200kN，轨枕力的最大值最多50kN，而容许的是65kN。4.大轮缘力有使车轮爬越钢轨的可能：以脱轨系数控制
2、径向转向架
径向转向架就是将转向架上的前后轮对通过一定的方式连接起来,使其摇头运动相互耦合,从而使轮对轴线指向
轨道曲线半径的方向,达到径向调节的目的。
径向转向架一般可分为自导向径向转向架和迫导向径向转向架两种
3、车辆动力性能评价
（1）平稳性：舒适性。Sperlring的“平稳性指标”，SNCF的“疲劳时间”（2）稳定性（稳定性脱轨、抗倾覆稳定性）： 安全性。机车车辆在线路上运行时受到各种力的作用，在最不利的
组合情况下，这些力会破坏机车车辆的正常运行条件，使轮轨脱离接触，造成机车车辆脱轨或倾覆事故。这种情况成为机车车辆失去运行安全性。评价指标：脱轨系数、轮重减载率、倾覆系数
（3）曲线通过性能：导向机理。第九章 结构强度设计
1.强度计算的内容有哪些？
1、受力分析 研究运行过程中，零部件所承受的载荷及其组合。
2、应力计算 以材料力学、弹性力学等为基础，用有限元法确定零部件的应力、应变及稳定性等。
3、强度评价 确定评价强度、刚度和耐久性的方法和指标，并进行评价。2.作用在车体和转向架上的载荷分别有哪些？因何引起？简述其三要素。
1、垂向静载荷=车体自重+车辆载重（定员数*每定员折算重量）+整备重量
2、垂向动载荷Pd=Kdy*Pst
3、车体侧向力=风力+离心力
4、扭转载荷：当前转向架进入缓和曲线，而后转向架仍处于平直道时产生的载荷。
5、纵向力：牵引力及纵向惯性力
6、修理时加于上的载荷
3.简述有限元分析的基本思路及有限元软件分析三步曲。4.简述强度试验的目的和类型。
试验目的：鉴定及其主要零部件的强度、刚度和稳定性。试验类型：
1、车体静强度试验
2、车体刚度试验
3、转向架静强度试验
4、转向架主要零部件疲劳试验
5.简述强度设计方法的类型、强度条件及理论依据。
类型：
1、静强度设计
2、疲劳强度设计
3、损伤容限设计
4、可靠性设计
5、优化设计 强度条件（略）理论依据（略）第十章 轨道交通车辆设计
1.简述车辆设计的类型及内容。
车辆设计是车辆生产的第一道工序。从设计的前后顺序，一般可分为:方案设计、技术设计及施工设计三个阶段。从设计的内容上又可分为车辆总体设计及车辆零、部件设计两大部分
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