用于估计至少一辆轨道车辆的纵向加速度的方法技术

一种用于通过加速度传感器装置(100)估计至少一个轨道车辆的纵向加速度的方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于估计至少一辆轨道车辆的纵向加速度的方法


[0001]本专利技术通常属于轨道车辆领域；特别地，本专利技术涉及一种用于估计至少一辆轨道车辆的纵向加速度的方法。

技术介绍

[0002]滑移(也称为打滑、滑动或滑行)被理解为车轴的旋转速度与车辆的行驶速度之间存在差异的情况。这种差异被定义为滑移速度。
[0003]可以使用如下公式计算滑移速度：
[0004]V
sliding
＝V
RV
‑
ω
axle
*R
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0005]其中，V
RV
是轨道车辆的纵向行驶速度，ω
axle
是车轴的角速度，以及R是车轮半径。
[0006]更现代的轨道车辆在车上安装了电子系统，该电子系统通常包括用于控制车轮滑移的子系统，该子系统适用于在车辆处于牵引阶段或车辆处于制动阶段时进行干预。这种子系统被称为防滑或抗滑系统，或也被称为WSP(车轮滑动保护)系统。
[0007]图1示意性地示出了根据现有技术的用于在防滑功能中控制车轮附着力的系统，图1涉及的是包括n个受控车轴A1,A2,...,An的车辆。车轴A1, A2,...,An包括相对轴S1,S2,...,Sn和与其旋转成一体的相对车轮对W1, W2,...,Wn。
[0008]在附图中，一般只显示了每个车轴的一个车轮。
[0009]图1中的WSP系统包括电子控制单元ECU，该ECU通常基于微处理器架构，它从传感器SS1,SS2,...,SSn接收与每个车轴A1,A2,...,An的角速度相关的转速信号，这些传感器分别与这些车轴相关联。电子单元ECU还连接到扭矩控制装置TC1,TC2,...,TCn，每个扭矩控制装置各自与相关的车轴A1,A2,...,An相关联。
[0010]电子单元ECU被设置为根据预定算法调节施加到每个车轴的扭矩，如果在牵引或制动阶段在附着力下降的情况下施加扭矩，则一个或多个车轴的车轮导致可能出现初期滑移的情况。以这样的方式调节扭矩来防止车轴完全卡住，以这样的方式可能使每个车轴进入受控滑动状况，以便恢复附着力，不过无论如何，在整个状况持续时间内附着力是下降的。
[0011]很明显，了解车辆的瞬时速度V
RV
(t)是正确控制滑移的基础。
[0012]一种用于准确跟踪轨道车辆速度的已知方法需要维护空闲(idle)车轴，即不承受牵引或制动扭矩的车轴。这需要确保其速度的测量是所述轨道车辆的实际速度V
real
的最佳再现。这种解决方案在车轮与轨道之间附着力特别低的情况下特别有效。在这种情况下，在牵引或制动的情况下，所有所述车轮都可能进入打滑状况，因此无法提供有关车辆实际速度的正确信息。没有受到牵引或制动扭矩的空闲车轴可以继续准确地跟踪车辆的速度。
[0013]现代轨道车辆架构，特别是地下铁路，往往具有非常有限的组成，例如由两个车厢组成。在这种情况下，使用“空闲”车轴会导致列车的牵引力和制动能力显著下降。
[0014]图2a显示了包含两个独立车厢的示例组合，而图2b显示了由雅各式 (Jacobs)转向架约束的包含两个车厢的示例组合。很明显，在第一种情况下，使用空闲车轴会不利地将
牵引和制动能力降低12.5％，在第二种情况下降低多达16.7％。
[0015]在现有技术中，还存在基于加速度传感器的用于测量车辆前进速度的系统。
[0016]鉴于MEMS(“微机电系统”)的可用性不断提高和成本逐渐降低，越来越多的电子设备，无论其主要应用如何，都在板上集成了加速度传感器，通常是三轴加速度传感器。
[0017]原则上，使用加速度传感器来估计车辆的纵向加速度是很容易应用的。
[0018]纵向加速度被理解为表示车辆在其行驶方向上的加速度。通过对该纵向加速度随时间积分，获得纵向速度，即车辆的行驶速度。这种方法显然不受上述在附着力下降的情况下车轴可能遭受的打滑问题的影响。
[0019]参考图3，轨道车辆1在轨道3上行驶并且设置有加速度传感器2。
[0020]在地球/重力参考系中，轴z可以定义为重力加速度的方向，轴x和y可以定义为垂直于z的平面上的横向方向。
[0021]然而，在与车辆一体的参考系中，轴y'可以定义为车辆的纵向方向，轴 x'可以定义为车辆的横向方向，轴z'可以定义为垂直于车辆的平面(“地板”) 的方向。
[0022]此外，x”、y”和z”可以定义为三轴加速度传感器的量测轴(sensitive axes)。
[0023]现在考虑传感器与车辆一体安装的理想情况，其中这些轴与车辆的轴完全对齐，这将导致：
[0024]x'≡x”[0025]y'≡y”[0026]z'≡z”[0027]还考虑到车辆1在轨道3的完全笔直且没有坡度的部分上行驶的特殊情况，这将导致：
[0028]x'≡x”≡x
[0029]y'≡y”≡y
[0030]z'≡z”≡z
[0031]在这些理想条件下，车辆的纵向加速度可以直接从加速度计测量值推导出，也即：
[0032]a
train
＝a
y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0033]其中，a
train
是车辆的纵向加速度，a
y
是加速度传感器在传感器的y”轴上测量的加速度。
[0034]然后，可以将车辆的行驶速度计算为加速度值的时间积分：
[0035][0036]或者，在离散采集系统的情况下：
[0037][0038]其中，ΔT是电子采集系统的采样周期，n是在时间t处获取的样本数。
[0039]然而，上述假设已大大简化了这种方法，但该方法实际上并不适用于实际情况。
[0040]尽管可以精确安装，但集成在车载电子电路板上的加速度传感器不会使其量测轴x”、y”和z”与车辆的那些轴x'、y'和z'完全对齐。
[0041]此外，车辆1在轨道3的完全笔直且没有坡度的部分上行驶的假设在实践中也不适用，因为轨道车辆可能在弯曲的和/或具有非零坡度的部分上行驶。
[0042]上述假设的无效性为三个参考系(重力、车辆和加速度计)在3个轴上具有相对角度的几何场景开辟了道路。
[0043]针对轴x、y、z，车辆参考系和重力参考系之间的旋转角度可以分别定义为α、β、
[0044]针对轴x、y、z，加速度计参考系和车辆参考系之间的旋转角度可以分别定义为α'、β'、
[0045]角度α、β、对于获取加速度计的电子单元来说是未知的，但它们随着时间的推移是恒定的，因为它们仅取决于加速度计相对于车辆的安装。
[0046]角度α'、β'、对于获取加速度计的电子单元也是未知的，且随着时间的推移不是恒定的，因为它们取决于轨道的局部部分的曲率和梯度。
[0047]由于角度α、β、和角度α'、β'、未本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于通过加速度传感器装置(100)估计至少一个轨道车辆的纵向加速度的方法，所述加速度传感器装置(100)被布置成测量沿第一轴x的第一加速度a
x
、沿第二轴y的第二加速度a
y
和沿第三轴z的第三加速度a
z
，其中，所述第一轴x、所述第二轴y和所述第三轴z相互正交；所述用于估计至少一个轨道车辆的纵向加速度的方法包括以下步骤：
‑
执行校准阶段，所述校准阶段包括以下步骤：
·
在所述轨道车辆的独立纵向参考速度v
ref
可用的第一校准时刻t
c1
测量所述第一加速度的第一值a
x
(t
c1
)、所述第二加速度的第一值a
y
(t
c1
)和所述第三加速度的第一值a
z
(t
c1
)；所述独立纵向参考速度v
ref
与所述加速度传感器装置(100)无关；
·
在所述轨道车辆的所述独立纵向参考速度v
ref
可用的第二校准时刻t
c2
测量所述第一加速度的第二值a
x
(t
c2
)、所述第二加速度的第二值a
y
(t
c2
)和所述第三加速度的第二值a
z
(t
c2
)，所述第二校准时刻t
c2
不同于所述第一校准时刻t
c1
；
·
在所述轨道车辆的所述独立纵向参考速度v
ref
可用的第三校准时刻t
c3
测量所述第一加速度的第三值a
x
(t
c3
)、所述第二加速度的第三值a
y
(t
c3
)和所述第三加速度的第三值a
z
(t
c3
)，所述第三校准时刻t
c3
不同于所述第一校准时刻t
c1
和所述第二校准时刻t
c2
；
·
根据在所述第一校准时刻t
c1
测量的所述独立纵向参考速度的第一值v
ref
(t
c1
)计算在所述第一校准时刻t
c1
的第一独立纵向参考加速度的值a
ref
(t
c1
)；
·
根据在所述第二校准时刻t
c2
测量的有效独立纵向参考速度的第二值v
ref
(t
c2
)计算在所述第二校准时刻t
c2
的第二独立纵向参考加速度的值a
ref
(t
c2
)；
·
根据在所述第三校准时刻t
c3
测量的所述独立纵向参考速度的第三值v
ref
(t
c3
)计算在所述第三校准时刻t
c3
的第三独立纵向参考加速度的值a
ref
(t
c3
)；
·
求解以下方程组，以确定第一方向余弦k1、第二方向余弦k2和第三方向余弦k3的值：
‑
在所述校准阶段之后，至少对于所述轨道车辆的所述独立纵向参考速度不可用的第一测量时刻t
i1
，确定所述至少一个轨道车辆的估计纵向加速度值a
lon
(t
i1
)，其中，所述估计纵向加速度值a
lon
(t
i1
)与所述第一测量时刻t
i1
相关并通过以下各项之和进行估计：
·
在所述校准阶段确定的所述第一方向余弦k1与在所述第一测量时刻t
i1
获取的所述第一加速度的第四值a
x
(t
i1
)的乘积；
·
在所述校准阶段确定的所述第二方向余弦k2与在所述第一测量时刻t
i1
获取的所述第二加速度的第四值a
y
(t
i1
)的乘积；
·
在所述校准阶段确定的所述第三方向余弦k3与在所述第一测量时刻t
i1
获取的所述第三加速度的第四值a
z
(t
i1
)的乘积。2.一种用于通过加速度传感器装置(100)估计至少一个轨道车辆的纵向加速度的方法，所述加速度传感器装置(100)被布置成测量沿第一轴x的第一加速度a
x
、沿第二轴y的第二加速度a
y
和沿第三轴z的第三加速度a
z
，其中，所述第一轴x、所述第二轴y和所述第三轴z相互正交；用于估计至少一个轨道车辆的纵向加速度的方法包括以下步骤：
‑
执行校准阶段，所述校准阶段包括以下步骤：
·
至少针对所述轨道车辆的独立纵向参考速度v
ref
可用的第一校准时刻t
c1
，通过线性滤波器估计所述至少一个轨道车辆的估计纵向加速度值a
lon
(t
c1
)，其中，所述独立纵向参考速度v
ref
与所述加速度传感器装置(100)无关；其中，所述估计纵向加速度值a
lon
(t
c1
)与所述第一校准时刻t
c1
相关并由所述线性滤波器通过以下各项之和进行估计：
○
具有预定值的第一方向余弦k1与在所述第一校准时刻t
c1
获取的所述第一加速度的第一值a
x
(t
c1
)的乘积；
○
具有预定值的第二方向余弦k2与在所述第一校准时刻t
c1
获取的第二加速度的第一值a
y
(t
c1
)的乘积；
○
具有预定值的第三方向余弦k3与在所述第一校准时刻t
c1
获取的第三加速度的第一值a
z
(t
c1
)的乘积；
·
通过相对于所述第一校准时刻t
c1
的所述估计纵向加速度值a
lon
(t
c1
)与相对于所述第一校准时刻t
c1
并根据在所述第一校准时刻t
c1
测量的所述独立参考纵向速度值的第一值v
ref
(t
c1
)确定的参考纵向加速度值a
ref
(t
c1
)之间的差，来确定估计误差(Error)；
·
通过自适应滤波器(104)确定要施加到所述线性滤波器上的所述第一方向余弦k1、所述第二方向余弦k2和所述第三方向余弦k3的相应的更新值，以最小化所述估计误差；
‑
在所述校准阶段之后，至少针对所述轨道车辆的所述独立纵向参考速度不可用的第一测量时刻t
i1
，通过所述线性滤波器确定所述至少一个轨道车辆的估计纵向加速度值a
lon
(t
i1
)，其中，所述估计纵向加速度值a
lon
(t
i1
)与所述第一测量时刻t
i1
相关并通过以下各项之和进行估计：
·
在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：法伊韦利传送器意大利有限公司，
类型：发明
国别省市：