專利名稱：用于測量自動引導(dǎo)車輛的位移的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如權(quán)利要求1前序部分所述的用于測量自動引導(dǎo)車輛的位移的裝置。
背景技術(shù)：
目前已知多種用于測量車輛位移、速度或加速度的方法或裝置，尤其是針對用于 公共交通的車輛，例如火車的、地鐵的車廂單元、無軌電車、有軌電車、公共汽車或例如其他 任何由至少一條行駛道或例如引導(dǎo)軌道的軌道牽引驅(qū)動的車輛。特別是在由交通系統(tǒng)(鐵 路信號、車輛的遠(yuǎn)程和/或車載自動駕駛裝置等)自動引導(dǎo)的車輛的情形下，無論車輛的 路程性質(zhì)如何，用于保證可靠(防止故障)和安全(對于乘客或貨物而言)的自動引導(dǎo)的 預(yù)防措施都是必不可少的。在這個意義上，尤其是對于車輛要遭受不可避免的附著性損失 (perte d’ adherence)的情況，例如在自由軸或驅(qū)動軸抱死(在車輛制動的時(shí)候)或打滑 (在車輛加速的時(shí)候)的時(shí)候，實(shí)時(shí)弄清車輛的位置、速度(和加速度)是極其重要的。當(dāng)被引導(dǎo)車輛具有不受任何牽引力或制動力的車軸時(shí)，車輛的運(yùn)動由該車軸(或 與該車軸關(guān)聯(lián)的車輪之一)的轉(zhuǎn)動直接提供。然而，這種解決方案降低了牽引或制動的功率，因此降低了車輛的性能，這就是為 什么大部分系統(tǒng)不提供自由車軸。當(dāng)不存在自由車軸時(shí)，為了擺脫與其車輪之一損失附著性時(shí)的打滑/抱死相關(guān)的 后果，多種裝置存在并使用-或者完全獨(dú)立于車輪的測量裝置，其允許通過光學(xué)的方式或借助于多普勒效應(yīng) 雷達(dá)來測量速度。然而，這種昂貴的裝置最經(jīng)常使用額外的轉(zhuǎn)速計(jì)，以在車輛停止和低速時(shí) 下工作，其中所述轉(zhuǎn)速計(jì)允許測取車輪的角速度或單位時(shí)間的車輪轉(zhuǎn)數(shù)；-或者組合了加速度計(jì)、陀螺測試儀和地面定位系統(tǒng)(例如GPS)的慣性導(dǎo)航裝 置。然而，這種慣性導(dǎo)航裝置由于其高級技術(shù)的原因一直很昂貴，最經(jīng)常用于航空系統(tǒng)的應(yīng) 用中；-或者如在EP0716001B1中所述的、布置在車軸上的唯一一個轉(zhuǎn)速計(jì)和用于考 慮安全裕度的裝置，其中安全裕度考慮裝置考慮在一個或多個車輪上所測量的值的安全裕 度，以試圖抵償(compenser)可能發(fā)生的打滑/抱死的影響，但由于還是太粗略，這降低了 位移測量的性能。隨之也導(dǎo)致了抵償性防抱死，這對于車輛及其乘客或貨物而言可能是突 然的；-或者如在US2005/0137761 Al中所述的、裝在車輛中的加速度計(jì)和裝在車軸上 的轉(zhuǎn)速計(jì)，它們的測量信號與中央計(jì)算機(jī)相連，即使沒有明確地描述，所述中央計(jì)算機(jī)適于 考慮在存在附著性損失的情況下引入的誤差，并提供車輛在其路程上的位置和速度。特別 地，加速度計(jì)包括兩個測量軸，以分別確定沿車輛路線方向的加速度和確定并因此在位移 計(jì)算中考慮車輛相對于水平平面的坡度。還將加速度計(jì)和轉(zhuǎn)速計(jì)的測量信號的值與速度閾 值進(jìn)行比較，若超過閾值，則這些測量信號的值允許指示車輛存在附著性損失(打滑/抱 死)。由于鐵路運(yùn)輸單元最經(jīng)常具有細(xì)長幾何構(gòu)造，沿該細(xì)長幾何構(gòu)造置于車輛上游的唯一一個加速度計(jì)和轉(zhuǎn)速計(jì)不能提供揭示作用于車輛整體的影響(例如曲率或橫向加速度 的影響)的測量裝置，所以盡管考慮了車輛所受到的坡度影響，但其他與車輛路線相關(guān)的、 取決于加速度計(jì)在車輛中的位置(及其兩個測量軸的布置)的影響還是不可避免的。因此，所有這些裝置允許計(jì)算被引導(dǎo)車輛的運(yùn)動，其中所述車輛不具有不受任何 制動力和牽引力的車軸，并在具有任意特征(profil)的車道上通行，但由于這些裝置不能 完全擺脫附著性損失(由牽引力/制動力造成的打滑或抱死)和由橫向加速度(曲率、側(cè) 傾度(covers))甚至豎直加速度(坡度)造成的誤差，故其準(zhǔn)確性遠(yuǎn)低于具有自由軸的“理 想”系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于，提出一種用于測量自動引導(dǎo)車輛的位移的裝置，該裝置 具有增大的測量魯棒性(robustesse)，尤其是在損失附著性的時(shí)候，并且無論就坡度、曲率 和側(cè)傾度而言的車輛路線特征如何。為了這個目的，提出如權(quán)利要求1所述的用于測量自動引導(dǎo)車輛的位移的裝置， 所述裝置包括在車上的兩個加速度計(jì)，這兩個加速度計(jì)每個都設(shè)有兩個測量軸，并且其測 量信號與位移計(jì)算機(jī)聯(lián)接?？蛇x地，可以在車輛的其中一個車軸上安裝至少一個轉(zhuǎn)速計(jì)，該轉(zhuǎn)速計(jì)也可以與 用于處理因此來自于所有傳感器(加速度計(jì)和轉(zhuǎn)速計(jì))的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)聯(lián)接。由轉(zhuǎn)速計(jì)輸 出的測量信號可用于提高所述裝置的準(zhǔn)確性。根據(jù)本發(fā)明的裝置根據(jù)在測量軸上所測量到的加速度，輸出車輛的縱向位移(例 如沿著鐵道)和速度的數(shù)據(jù)。該裝置可以與任何類型的車載裝置關(guān)聯(lián)，所述車載裝置可能 需要準(zhǔn)確并持續(xù)地測量車輛速度和位移，而與軌道/車輪的附著條件無關(guān)，并且不論就坡 度、曲率和側(cè)傾度而言的路線特征如何。加速度計(jì)及其測量軸布置成使得其允許根據(jù)在各個測量軸上進(jìn)行的測量來計(jì)算 車輛的縱向加速度、橫向加速度和坡度加速度，以隨后通過將加速度值在時(shí)間上積分來確 定車輛的縱向位移和速度。根據(jù)本發(fā)明的裝置還有利地允許以可靠的方式檢測車輛在其路線上的靜止，并為 此根據(jù)由傳感器輸出的信息生成零速度信息。該裝置包括自動校準(zhǔn)和自動測試裝置，其允許在車輛靜止的時(shí)候檢驗(yàn)傳感器是否 正常工作并因此允許以大的可靠性保證由其他車載系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的裝置的合適的用途覆蓋了被引導(dǎo)車輛領(lǐng)域，無論車輛的引導(dǎo)類型如 何(機(jī)械的或非物質(zhì)的，即在地面和車輛之間沒有機(jī)械連接)，尤其是火車、地鐵、有軌電 車、或公共汽車，并且無論運(yùn)行類型如何(車軸、轉(zhuǎn)向架)，是用鐵輪還是用輪胎。這里要注 意的是，對于這類具有細(xì)長幾何構(gòu)造/底盤的車輛，根據(jù)加速度計(jì)在車上的位置(或偏移 量)，曲率和坡度的影響是不能忽略的。因此，本發(fā)明允許有利地?cái)[脫這些影響，以更準(zhǔn)確地 確定車輛的位移。因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置允許計(jì)算被引導(dǎo)車輛的運(yùn)動，并保持與具有自由軸的系 統(tǒng)等同的準(zhǔn)確性，同時(shí)擺脫了附著性損失(由牽引力/制動力引起的打滑和抱死)和由橫 向加速度(曲率)和豎直加速度(坡度)引起的誤差，其中所述車輛不具有不受任何制動力或牽引力的軸，并在具有任意特征的車道上通行。一組從屬權(quán)利要求也說明了本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。


借助于下述圖示給出了實(shí)施例和應(yīng)用示例圖1 設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的用于測量自動引導(dǎo)車輛的位移的裝置的車輛；圖2 定義與移動中的車輛相關(guān)聯(lián)的各平面的示意圖；圖3 考慮坡度對所述裝置的影響的示意圖；圖4 考慮曲率對所述裝置的影響的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了設(shè)有根據(jù)本發(fā)明的用于測量自動引導(dǎo)車輛的位移的裝置的車輛VEH， 圖1可以與圖2相關(guān)聯(lián)以澄清如何與車輛所受到的并由兩個加速度計(jì)101、102測量的加速 度相一致地來定義與移動中的車輛相關(guān)聯(lián)的各平面。圖3和圖4示出了加速度計(jì)測量軸 ACC1、ACC2、ACC3、ACC4在標(biāo)準(zhǔn)正交坐標(biāo)系[X，Y，Z]中按照根據(jù)車輛所受到的加速度的類 型Gx、Glat、Gpes (縱向位移、曲率的影響或/和坡度的影響)而選定的平面的布置，其中所 述坐標(biāo)系的中心在加速度計(jì)處，其X軸指示車輛縱向路線的方向。這種用于測量自動引導(dǎo)車輛VEH的位移(瞬時(shí)位置Dx)的裝置包括在車上的-加速度計(jì)101，其設(shè)有在縱向平面Py上的兩個測量軸ACC1、ACC2，其中所述縱向 平面由沿車輛的假設(shè)為直線的主要位移VEx的方向的第一縱向軸X和與車輛底板垂直的第 二軸Z定義；-計(jì)算機(jī)103，其與和每個測量軸Accl、Acc2相關(guān)聯(lián)的輸出信號Sl和S2相連，其 中每個輸出信號S1、S2包括車輛總體合成加速度在相關(guān)聯(lián)的測量軸ACC1、ACC2上的正交投 影測量值Gaccl、Gacc2 ；-第二加速度計(jì)102，其設(shè)有至少兩個在水平平面Pz上的測量軸ACC3、ACC4，其中 所述水平平面由第一軸X和與第一和第二軸X、Z垂直的第三軸Y定義；-計(jì)算機(jī)103與和每個測量軸Acc3、Acc4相關(guān)聯(lián)的輸出信號S3、S4相連，其中每 個輸出信號S3、S4包括車輛總體合成加速度在相關(guān)聯(lián)的測量軸ACC3、ACC4上的投影測量值 Gacc3、Gacc4 ；-第一加速度計(jì)101和第二加速度計(jì)102的所有測量軸ACC1、ACC2、ACC3、ACC4在 其各自的平面Py和Pz上都具有可以調(diào)節(jié)的相對夾角A1+A2、A3+A4，因此對所述相對夾角 進(jìn)行調(diào)節(jié)以使得計(jì)算機(jī)103根據(jù)四個投影測量值Gaccl、Gacc2, Gacc3, Gacc4輸出至少一 個在包括有坡度和曲率的路線上的每一點(diǎn)處的車輛縱向加速度Gx的瞬時(shí)值。換句話說，縱 向加速度Gx的值是考慮了坡度和曲率影響的確切的加速度值。同樣地，使得加速度測量出 錯的附著性損失將從車軸的轉(zhuǎn)動推斷出，在這里可以理想地對其進(jìn)行抵償。因此，主要地，根據(jù)本發(fā)明的裝置使用兩個雙軸加速度計(jì)101、102，這兩個雙軸 加速度計(jì)固定在車身上并用于測量車輛的縱向加速度和橫向加速度。車輛受到三個力的 作用，這三個力產(chǎn)生了縱向加速度Gx(受到牽引力/制動力的車輛的位移)、橫向加速度 Glat (路線的曲率造成離心加速度)和由在存在坡度(路線的坡度)的時(shí)候作用的重力所造成的豎直加速度Gpes。其兩個軸ACC1、ACC2處于豎直平面Py上的第一加速度計(jì)101和 其兩個軸Acc3、Acc4處于水平平面Pz上的第二加速度計(jì)102將允許測量投影到所述四個 測量軸中每一個上的加速度(縱向加速度、橫向加速度、重力加速度)的合成值。加速度計(jì) 各個測量軸之間的角度已知，并在調(diào)節(jié)后固定。計(jì)算機(jī)103對由四個方程組成的方程組進(jìn) 行求解，以確定車輛在位置Dx上的四個未知量，即路線坡度角Αχ、橫向加速度角Ay (由起 因于車輛速度的向心力引起，并取決于路線曲率半徑R和加速度計(jì)相對于車輛中心的偏移 量)、橫向加速度Glat的值、和縱向加速度Gx的值。計(jì)算機(jī)103通過在路程期間上逐次積 分來確定車輛VEH在其路線上對于任意坡度和曲線COURB的縱向速度Vx和縱向位移Dx。如有必要，用轉(zhuǎn)速計(jì)108對根據(jù)本發(fā)明的裝置進(jìn)行補(bǔ)充，以提高上述速度Vx和所 經(jīng)過的距離Dx的測量準(zhǔn)確性。轉(zhuǎn)速計(jì)108固定在車輛VEH的其中一個車軸Rla、R2a、Rlb、 R2b上，其輸出信號STb被傳遞給計(jì)算機(jī)103。計(jì)算機(jī)103根據(jù)轉(zhuǎn)速計(jì)的測量信號評估位移 DxT和速度VxT。計(jì)算機(jī)在來自于轉(zhuǎn)速計(jì)的位移測量結(jié)果和來自于加速度計(jì)的位移測量結(jié) 果之間進(jìn)行比較。當(dāng)對于這些測量值，測量偏差小于閾值時(shí)，將測量值校正(recaler)為來 自轉(zhuǎn)速計(jì)的測量值。在相反的情況下(值大于閾值)，則不對來自于加速度計(jì)測量的結(jié)果進(jìn) 行修正。如圖1所示，零速度信息Op也可以可靠地由計(jì)算機(jī)103根據(jù)來自于車輛設(shè)備的信 息Im(靜止信號、零速度指示器等)輸出，或由根據(jù)本發(fā)明的裝置本身來確定。為進(jìn)行該項(xiàng) 確定，計(jì)算機(jī)103處理來自于轉(zhuǎn)速計(jì)和加速度計(jì)的信息。當(dāng)裝置確定零速度時(shí)，得益于所建議的加速度計(jì)的安裝特點(diǎn)，該裝置還具有實(shí)施 自動測試功能的有利能力。該自動測試功能允許評估需要(在自動校準(zhǔn)之后)對加速度計(jì) 測量值進(jìn)行的修正，并允許識別加速度計(jì)的工作故障。多個測量軸提供了(由兩個雙軸加 速度計(jì)所致的)多個測量值很有利的冗余性，并允許通過定期(例如每次在車站停車的時(shí) 候)的加速度計(jì)可靠性檢驗(yàn)來保證以很小的誤差概率進(jìn)行測試測量(以及因此以很小的誤 差概率進(jìn)行之后的位移測量)，使其與例如在鐵路領(lǐng)域中所要求的可靠系統(tǒng)的安全性要求 相符。在本描述的下文中，參照兩張圖，即圖3和圖4。考慮第一加速度計(jì)101的測量軸ACC1、ACC2(見圖3，其中為了清楚起見，有意地 略去了橫向加速度Glat)，通過將加速度Gx、Glat、GpeS在加速度計(jì)101的每一個軸Accl、 Acc2上的投影進(jìn)行加和所獲得的投影測量值分量GaCCl、GaCC2為-在軸Accl 上Gaccl = (Gx)投影-(Gpes)投影-(Glat)投影(I)Gaccl = Gx cos (Ay)cos (Al)+Gpes sin (Al-Ax)-Glat sin (Ay)cos(Al)-在軸Acc2 上Gacc2 = (Gx)投影- (Gpes)投影-(Glat)投影(2)Gacc2 = Gx cos (Ay) cos (A2)-Gpes sin(A2+Ax) -Glat sin (Ay) cos (A2)同樣地，考慮第二加速度計(jì)102的測量軸ACC3、ACC4(見圖4，其中為了清楚起見， 有意地略去于坡度加速度Gpes)，通過將加速度GX、Glat、GpeS在加速度計(jì)102的每一個軸 Acc3,Acc4上的投影進(jìn)行加和所獲得的投影測量值分量GaCC3、GaCC4為-在軸Acc3 上
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Gacc3 = (Gx)投影-(Glat)投影-(Gpes)投影(3)Gacc3 = Gx cos(A3+Ay) -Glat sin(A3+Ay) -Gpes sin (Ax) cos (A3)-在軸Acc4 上Gacc4 = (Gx)投影-(Glat)投影-(Gpes)投影(4)Gacc4 = Gx cos(A4-Ay) +Glat sin(A4-Ay) -Gpes sin (Ax) cos (A4)以及對于方程⑴至⑷有-角Al在平面Py上、軸X與軸Accl之間；-角A2在平面Py上、軸X與軸Acc2之間；-角A3在平面Pz上、軸X與軸Acc3之間；-角A4在平面Pz上、軸X與軸Acc4之間；-車輛路線角Ax在平面Py上(即水平面與軸X之間的角)；-偏移距離Dx為車輛中心與車載加速度計(jì)101、102的固定點(diǎn)之間的距離；-與曲率半徑R相關(guān)聯(lián)的角Ay在平面Py上。角Ay根據(jù)Arctg(Lx/R)來計(jì)算，由 于曲率半徑R的值通常大于偏移距離Lx，故一級近似為Lx/R。由(1)至(4)四個方程構(gòu)成的方程組的求解屬于數(shù)學(xué)技巧的范圍(這里沒有描 述)，其目的在于根據(jù)計(jì)算機(jī)103所具有的加速度值的測量值Gaccl、Gacc2, Gacc3, Gacc4 來計(jì)算四個變量Gx、Glat、Ax和Ay。然而，在關(guān)于加速度計(jì)101、102的布置的某些特殊假設(shè)下，方程組的求解被有利 地簡化了。在這些假設(shè)中，可以選擇相對夾角A1+A2、A3+A4，使得這些相對夾角各定義一直 角，S卩Al+A2 = 90°，及A3+A4 = 90°。這樣，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以規(guī)定相對夾角A1+A2、 A3+A4中的至少一個是直角。根據(jù)本發(fā)明的裝置實(shí)施成使得每個相對夾角A1+A2、A3+A4實(shí)際上分別細(xì)分為(或 可以細(xì)分為)第一角Al和第二角A2以及第一角A3和第二角A4，這些第一和第二角對應(yīng)于 第一和第二加速度計(jì)101、102的四個測量軸Accl、ACC2、ACC3、Acc4與第一軸X (沿車輛的 假設(shè)為直線的主要位移方向的縱向軸)之間的投影角。在這方面，也很有利的是，選擇角A1、A2、A3、A4，使得Al = A2及A3 = A4，尤其是 例如 Al = A2 = A3 = A4 = 45°。至于角Al、A3的選擇，還可以對其賦以可調(diào)節(jié)的值，這些值允許最好地估計(jì)坡度 或曲率的影響，而不損害縱向加速度測量的準(zhǔn)確性。示例地，如果選擇了每個加速度計(jì)的投影角Al、A2和A3、A4相同、即Al = A2及 A3 = A4的選項(xiàng)，則上述方程組變成(I)Gaccl = Gx cos (Ay) cos (Al)+Gpes sin (Al-Ax) -Glat sin (Ay) cos (Al)(2)Gacc2 = Gx cos (Ay) cos (Al)-Gpes sin(Al+Ax) -Glat sin (Ay) cos (Al)(3)Gacc3 = Gx cos(A3+Ay) -Glat sin(A3+Ay) -Gpes sin (Ax) cos (A3)(4)Gacc4 = Gx cos(A3-Ay) +Glat sin(A3-Ay) -Gpes sin (Ax) cos (A3)該方程組的求解允許容易地確定所尋求的由變量Gx、Glat, Ax、Ay定義的四個未 知量，然后通過在位移期間上積分而從中推導(dǎo)出車輛路線上的縱向速度Vx和相關(guān)聯(lián)的位 置Dx
Vx = f (Gx dt)Dx = / (Vx dt)因此，根據(jù)本發(fā)明的裝置允許計(jì)算機(jī)103輸出坡度角Αχ、橫向加速度角Ay (即代表 針對曲率半徑R在加速度計(jì)安裝固定點(diǎn)處的橫向加速度相對于若加速度計(jì)處于車輛中心 時(shí)的橫向加速度的轉(zhuǎn)動量)在包括有坡度和曲率的路線的每一點(diǎn)處的值。進(jìn)而，計(jì)算機(jī)103通過對車輛縱向加速度Gx的值進(jìn)行逐次積分而輸出在包括有坡 度和曲率的路線的每一點(diǎn)處的速度Vx和位置Dx。如前所述，該裝置還可以包括-轉(zhuǎn)速計(jì)104，其被布置在車輛至少一個車軸上，輸出車輛的位置轉(zhuǎn)速計(jì)值DxT和 速度轉(zhuǎn)速計(jì)值VxT ；-轉(zhuǎn)速計(jì)值VxT、DxT和由計(jì)算機(jī)103獲得并分別輸出的速度值和位置值Vx、Dx被 提供給包括在計(jì)算機(jī)103中的比較器106 ；-比較器106確定各類速度值和位置值之間的偏差，若偏差低于預(yù)定閾值，則將由 計(jì)算機(jī)103輸出的在包括有坡度和曲率的路線的每一點(diǎn)處的速度值Vx和位置值Dx校正為 轉(zhuǎn)速計(jì)值VxT、DxT0如果偏差低于閾值，則禁止校正?；谂c車輪半徑成比例的速度和位移的簡單附加測量值，這一校正的可能性提高 了速度和位移測量的準(zhǔn)確性。根據(jù)本發(fā)明的裝置還可以包括用于檢測車輛零速度的裝置107，其被包括于或聯(lián) 接于計(jì)算機(jī)103和轉(zhuǎn)速計(jì)104。該裝置包括至少一個由計(jì)算機(jī)103輸出的速度值和位置值 Vx, Dx與對應(yīng)的轉(zhuǎn)速計(jì)值VxT、DxT的關(guān)聯(lián)器。由此，通過以下方式實(shí)現(xiàn)很可靠的零速度檢測功能-或者考慮由車輛的裝置之一提供的裝置的外部信息(例如通過靜止的車輛的內(nèi) 部信號等)；-或者通過篩選(filtrer)由計(jì)算機(jī)103提供的速度和位置信息Vx、Dx來確定車 輛是停止的。這樣，該項(xiàng)確定可以與對應(yīng)的轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù)據(jù)VxT、DxT相關(guān)聯(lián)；-在這些處理之后，如果實(shí)際上確定車輛是停止的，則裝置提供所謂的零速度信 肩、ο因此，所謂的自動測試功能可以有利地使用所謂的零速度信息。當(dāng)有效地提供了 該信息的時(shí)候，該信息表示車輛是靜止的，因此，縱向和橫向加速度為零。因此，該相關(guān)的測試旨在檢驗(yàn)由加速度計(jì)101、102輸出的測量值滿足上文給出的 方程組(1)、(2)、(3)、(4)，該方程組則化化簡為(I)Gaccl = Gpes sin(Al-Ax)(2)Gacc2 =-Gpes sin(A2+Ax)(3)Gacc3 =-Gpes sin (Ax) cos (A3)(4)Gacc4 =-Gpes sin (Ax) cos (A4)這里給出在關(guān)于加速度計(jì)的布置的特殊假設(shè)下，對該方程組進(jìn)行求解的示例，其 中所述假設(shè)為在每個平面Py、Pz上的投影角A1、A2和A3、A4兩兩相等，即Al = A2及A3 = A4 從后兩個方程(3)和(4)可以推導(dǎo)出以下關(guān)系(5)和(6)
(5)Gacc3 = Gacc4(6)Sin(Αχ) = _Gacc3/(Gpes Cos(A3))因此，通過將Sin(Ax)項(xiàng)代入方程(1)和(2)中，可以用上述計(jì)算結(jié)果來檢驗(yàn)第一 加速度計(jì)101的投影加速度測量值GaCCl、GaCC2。第二加速度計(jì)102的投影加速度Gacc3、Gacc4由方程(5)檢驗(yàn)。作為一級近似， 認(rèn)為側(cè)傾度對于測量的影響不大是合理的，一般也是這種情況，例如當(dāng)駐車在車庫或停車 在車站的時(shí)候。然而，為了精細(xì)化對第二加速度計(jì)102的投影加速度GaCC3、GaCC4的檢驗(yàn)，還可以 從數(shù)據(jù)庫中讀取側(cè)傾度的值。通過這些檢驗(yàn)并通過選擇篩選閾值，可以確定要應(yīng)用到來自于加速度計(jì)的測量值 上的修正因子。對于第二加速度計(jì)102，可以在更改其修正因子之前有利地受益于加速度計(jì) 緩慢的漂移過程。這些修正因子將在多次停止之后所獲得的確認(rèn)后進(jìn)行應(yīng)用。該停止次數(shù) 可以根據(jù)所選定的準(zhǔn)確度來調(diào)節(jié)。這允許自動校準(zhǔn)根據(jù)本發(fā)明的裝置。還可以定義選為比第一閾值更高的第二閾值，以宣布根據(jù)本發(fā)明的裝置不工作。為了實(shí)現(xiàn)自動測試的功能，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括-自動校準(zhǔn)裝置105，其用于自動校準(zhǔn)加速度計(jì)101、102，若零速度檢測裝置證實(shí) 車輛是停止的，則該自動校準(zhǔn)裝置可以被激活；-自動校準(zhǔn)裝置處理來自于加速度計(jì)101、102并由加速度計(jì)算單元104提供的測 量值(加速度計(jì)算單元104本身接收來自于加速度計(jì)101、102的測量值，并包括在計(jì)算機(jī)
103中)；-自動校準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)與車輛的縱向加速度Gx和橫向加速度Glat的零值相對應(yīng)的
測量值。自動校準(zhǔn)裝置105具有第一檢查模式，用于檢驗(yàn)第二加速度計(jì)102上的測量值 Gacc3,Gacc4是否相等；用于重新計(jì)算坡度角Ax的裝置，根據(jù)該坡度角Ax通過第二檢查模 式來檢驗(yàn)第一加速度計(jì)101的測量值GaCCl、GaCC2。這樣，檢驗(yàn)變得很可靠，并且如果坡度 角可以由裝置外部的已知信息來進(jìn)行冗余的評估和驗(yàn)證，則檢驗(yàn)會變得更加可靠。對于與上述自動測試功能相關(guān)的該實(shí)施例，在超過來自于自動校準(zhǔn)裝置105的結(jié) 果的第一誤差閾值的時(shí)候，來自于自動校準(zhǔn)裝置105的修正因子則被重新傳遞給計(jì)算單元
104(更為一般地，傳遞給位移計(jì)算機(jī)103)。同樣地，在超過了來自于自動校準(zhǔn)裝置105的結(jié)果的第二誤差閾值(不如第一誤 差閾值安全(Mcuritaire))的時(shí)候，激活車載測量故障指示器。因此，考慮到在車輛停止的時(shí)候在加速度計(jì)101、102的測量軸Accl、Acc2、Acc3、 Acc4上進(jìn)行的測量是冗余地獲得的，可以實(shí)現(xiàn)對所謂的自動測試功能的故障概率進(jìn)行評估 的簡化模型。假設(shè)在車輛兩次停止之間的時(shí)間間隔為T 應(yīng)用于在平面Py上的兩個測量軸 AccUAcc2的自動測試功能的故障概率Pr由以下方程定義Pr = λ accl* λ acc2氺T其中，在以下計(jì)算示例中假設(shè)雙軸加速度計(jì)的測量軸Accl和Acc2各自的故障率 λ accl和λ acc2各等于通常所認(rèn)可的值10_5
若T = 60 秒，Pr = 1(Γ10*0· 017 = 1. 7*1(Γ12若T = 10 分鐘，Pr = 1(Γ10*0· 17 = 17*1(Γ12因此顯示出，如果車輛定期地且頻繁地停止，則該裝置允許保證鐵路領(lǐng)域所要求 的安全性所需的測量數(shù)據(jù)置信水平。因此，根據(jù)這種對所謂的自動測試功能的故障概率的評估，根據(jù)本發(fā)明的裝置可 以包括用于評估故障概率的裝置，其可以在車輛兩次停止之間被激活，并使用加速度計(jì)測 量軸上的冗余測量值。該評估裝置可以被集成在上述自動校準(zhǔn)裝置105中。最后，根據(jù)本發(fā)明的裝置還可以可選地包括車輛附著性損失(在打滑或抱死的時(shí) 候)檢測器，其與第一和第二雙軸加速度計(jì)101、102中的至少一個聯(lián)接，對于這些加速度計(jì) 位移測量值可以與外部值(數(shù)據(jù)庫的坡度、曲率，或路線路標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，等)相關(guān)聯(lián)。當(dāng) 這些數(shù)據(jù)不一致的時(shí)候，車輛損失附著性的風(fēng)險(xiǎn)可以被檢測到，并進(jìn)而可以對由零速度檢 測系統(tǒng)提供的信息(車輪鎖住，但車輛在移動)進(jìn)行補(bǔ)充。如有必要，車輛附著性損失檢測器還可以除了與第一和第二加速度計(jì)101、102之 一聯(lián)接之外，還與車輛車軸的至少一個轉(zhuǎn)速計(jì)108聯(lián)接，以便分別比較其角運(yùn)動測量數(shù)據(jù) 和縱向位移測量數(shù)據(jù)。因此，通過這種方式，可以使零速度檢測功能變得更可靠。主要縮寫X 車輛(位移)的縱軸Y:垂直于軸X、在車輛底板平面上的軸Z 垂直于車輛底板的軸Px 與軸X正交并由軸Y、Z確定的平面Py 與軸Y正交并由軸X、Z確定的平面Pz 與軸Z正交并由軸X、Y確定的平面Gpes 重力加速度=9. 81m/s2Gx:車輛沿軸X的縱向加速度Glat 在車中的加速度計(jì)處的車輛橫向加速度Vx:沿軸X的縱向速度Dx 沿軸X的縱向位置/位移VxT:由轉(zhuǎn)速計(jì)給出的縱向速度DxT:由轉(zhuǎn)速計(jì)給出的縱向位移Accl 加速度計(jì)101的第一測量軸Acc2 加速度計(jì)101的第二測量軸Acc3 加速度計(jì)102的第一測量軸Acc4 加速度計(jì)102的第二測量軸Al 在Py平面上、軸X與軸Accl之間的角A2 在Py平面上、軸X與軸Acc2之間的角A3 在Pz平面上、軸X與軸Acc3之間的角A4 在Pz平面上、軸X與軸Acc4之間的角Ax:在平面Py上的車輛路線角(即水平面與軸X之間的角)Lx 車輛中心和加速度計(jì)101、102的固定點(diǎn)之間的偏移距離
11
Ay 在平面Py上的與曲率半徑相關(guān)聯(lián)的角。Ay根據(jù)Arctg(Lx/R)來計(jì)算，于是一 級近似為Lx/RVx:車輛沿軸X的縱向速度
權(quán)利要求
一種用于測量自動引導(dǎo)車輛(VEH)的位移的裝置，包括在車上的 加速度計(jì)(101)，設(shè)有兩個在縱向平面(Py)上的測量軸(Acc1、Acc 2)，其中所述縱向平面由沿車輛的假設(shè)為直線的主要位移方向的第一縱向軸(X)和與車輛底板垂直的第二軸(Z)定義； 計(jì)算機(jī)(103)，與和每個測量軸(Acc1、Acc2)相關(guān)聯(lián)的輸出信號(S1、S2)連接，其中每個輸出信號(S1、S2)包括車輛總體合成加速度在相關(guān)聯(lián)的測量軸(Acc1、Acc2)上的投影測量值(Gacc1、Gacc2)；所述裝置的特征在于 第二加速度計(jì)(102)設(shè)有在水平平面(Pz)上的至少兩個測量軸(Acc3、Acc4)，其中所述水平平面由第一軸(X)和與第一和第二軸(X、Z)垂直的第三軸(Y)定義； 計(jì)算機(jī)(103)與和每個測量軸(Acc3、Acc4)相關(guān)聯(lián)的輸出信號(S3、S4)連接，其中每個輸出信號(S3、S4)包括車輛總體合成加速度在相關(guān)聯(lián)的測量軸(Acc3、Acc4)上的投影測量值(Gacc3、Gacc4)； 第一和第二加速度計(jì)(101、102)的測量軸(Acc1、Acc2；Acc3、Acc4)在其各自的平面(Py、Pz)上都具有相對夾角(A1+A2、A3+A4)，所述相對夾角能夠調(diào)節(jié)以使得計(jì)算機(jī)(103)根據(jù)所述四個投影測量值(Gacc1、Gacc2、Gacc3、Gacc4)輸出至少一個在包括有坡度和曲率的路線的每一點(diǎn)處的車輛縱向加速度(Gx)的值。
2.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，至少一個相對夾角(A1+A2、A3+A4)是 直角。
3.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，每個相對夾角(A1+A2、A3+A4)被細(xì) 分為第一和第二角(A1、A2 ；A3、A4)，所述第一和第二角對應(yīng)于第一和第二加速度計(jì)(101、 102)的四個測量軸(ACC1、ACC2、ACC3、ACC4)與第一軸(X)之間的投影角。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，每個加速度計(jì)的投影角均相等(Al= A2 ；A3 = A4)。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，計(jì)算機(jī)(103)輸出橫向加速度(Glat)、 坡度角(Αχ)、橫向加速度角(Ay)在包括有坡度和曲率的路線的每一點(diǎn)處的值，其中所述橫 向加速度角(Ay)由起因于車輛速度的離心力引起并取決于路線曲率半徑(R)和加速度計(jì) 相對于車輛中心的偏移量。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，計(jì)算機(jī)(103)通過對車輛縱向加速度 (Gx)的值進(jìn)行逐次積分來輸出在包括有坡度和曲率的路線的每一點(diǎn)處的速度(Vx)和位置 (Dx)。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，包括-轉(zhuǎn)速計(jì)(104)，布置在車輛的至少一個車軸上，并輸出車輛的速度轉(zhuǎn)速計(jì)值(VxT)和 位置轉(zhuǎn)速計(jì)值(DxT)；-所獲得的轉(zhuǎn)速計(jì)值(VxT、DxT)和由計(jì)算機(jī)(103)輸出的速度值和位置值(Vx、Dx)被 提供給比較器(106)；-比較器(106)確定各類速度值和位置值之間的偏差，若偏差低于預(yù)定閾值，則將由計(jì) 算機(jī)(103)獲得的在包括有坡度和曲率的路線的每一點(diǎn)處的速度值和位置值(Vx、Dx)校正 為轉(zhuǎn)速計(jì)值(VxT、DxT)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，包括用于檢測車輛零速度的裝置(107)，所述裝置(107)與計(jì)算機(jī)(103)和轉(zhuǎn)速計(jì)(104)聯(lián)接，并包括至少一個由計(jì)算機(jī)(103)輸出的速度值和位 置值(Vx、Dx)與轉(zhuǎn)速計(jì)值(VxT、DxT)的關(guān)聯(lián)器。
9.如權(quán)利要求5和8所述的裝置，包括-自動校準(zhǔn)裝置(105)，用于自動校準(zhǔn)加速度計(jì)(101、102)，若零速度檢測裝置證實(shí)車 輛是停止的，則自動校準(zhǔn)裝置能夠被激活；-自動校準(zhǔn)裝置處理源自加速度計(jì)(101、102)并由加速度計(jì)算單元(104)提供的測量 值，其中加速度計(jì)算單元(104)包括在計(jì)算機(jī)(103)中；-自動校準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)與車輛縱向加速度(Gx)和橫向加速度(Glat)的零值相對應(yīng)的測 量值。
10.如權(quán)利要求4和9所述的裝置，其中，自動校準(zhǔn)裝置(105)具有第一檢查模式， 用于檢驗(yàn)第二加速度計(jì)(102)上的測量值(Gacc3、Gacc4)是否相等；用于重新計(jì)算坡度 角(Ax)的裝置，根據(jù)該坡度角通過第二檢查模式來檢驗(yàn)第一加速度計(jì)(101)的測量值 (Gaccl、Gacc2)0
11.如權(quán)利要求9或10所述的裝置，其中，在超過來自于自動校準(zhǔn)裝置的結(jié)果的第一誤 差閾值的時(shí)候，來自于自動校準(zhǔn)裝置的修正因子被傳遞給計(jì)算機(jī)(103)。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，在超過來自于自動校準(zhǔn)裝置的結(jié)果的第二誤差 閾值的時(shí)候，激活車載測量故障指示器，其中第二誤差閾值不如第一誤差閾值安全。
13.如權(quán)利要求7至12中任一項(xiàng)所述的裝置，包括用于評估故障概率的裝置，所述故障 概率評估裝置能夠在車輛兩次停止之間被激活，并使用加速度計(jì)測量軸上的冗余測量值。
14.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，包括與第一和第二加速度計(jì)中至少一個聯(lián) 接的車輛附著性損失檢測器。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中，車輛附著性損失檢測器除了與第一和第二加速 度計(jì)中的一個聯(lián)接之外，還與至少一個轉(zhuǎn)速計(jì)聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種用于測量自動引導(dǎo)車輛的位移的裝置，其具有增大的測量魯棒性，尤其是在損失附著性的時(shí)候，并且無論就坡度、曲率和側(cè)傾度而言的車輛路線特征如何。為了這個目的，本發(fā)明涉及一種用于測量自動引導(dǎo)車輛的位移的裝置，所述裝置包括在車上的兩個加速度計(jì)，這兩個加速度計(jì)與位移計(jì)算機(jī)聯(lián)接，其中每個加速度計(jì)都設(shè)有兩個測量軸，在這些測量軸上進(jìn)行車輛合成加速度的投影值的測量。加速度計(jì)的四個測量軸被調(diào)節(jié)，以使得計(jì)算機(jī)根據(jù)四個投影測量值輸出至少一個在包括有坡度和曲率的路線的每一點(diǎn)處的很確切的車輛縱向加速度值。
文檔編號B61L25/02GK101939203SQ200780102312
公開日2011年1月5日 申請日期2007年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者A·梅爾, S·埃爾法西 申請人:西門子運(yùn)輸系統(tǒng)有限公司