用於測量自動引導車輛的位移的裝置的製作方法

2023-07-30 16:13:01

專利名稱：用於測量自動引導車輛的位移的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及如權利要求1前序部分所述的用於測量自動引導車輛的位移的裝置。
背景技術：
目前已知多種用於測量車輛位移、速度或加速度的方法或裝置，尤其是針對用於 公共運輸的車輛，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軌道的軌道牽引驅動的車輛。特別是在由交通系統(鐵 路信號、車輛的遠程和/或車載自動駕駛裝置等)自動引導的車輛的情形下，無論車輛的 路程性質如何，用於保證可靠(防止故障)和安全(對於乘客或貨物而言)的自動引導的 預防措施都是必不可少的。在這個意義上，尤其是對於車輛要遭受不可避免的附著性損失 (perte d』 adherence)的情況，例如在自由軸或驅動軸抱死(在車輛制動的時候)或打滑 (在車輛加速的時候)的時候，實時弄清車輛的位置、速度(和加速度)是極其重要的。當被引導車輛具有不受任何牽引力或制動力的車軸時，車輛的運動由該車軸(或 與該車軸關聯的車輪之一)的轉動直接提供。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 什麼大部分系統不提供自由車軸。當不存在自由車軸時，為了擺脫與其車輪之一損失附著性時的打滑/抱死相關的 後果，多種裝置存在並使用-或者完全獨立於車輪的測量裝置，其允許通過光學的方式或藉助於都卜勒效應 雷達來測量速度。然而，這種昂貴的裝置最經常使用額外的轉速計，以在車輛停止和低速時 下工作，其中所述轉速計允許測取車輪的角速度或單位時間的車輪轉數；-或者組合了加速度計、陀螺測試儀和地面定位系統(例如GPS)的慣性導航裝 置。然而，這種慣性導航裝置由於其高級技術的原因一直很昂貴，最經常用於航空系統的應 用中；-或者如在EP0716001B1中所述的、布置在車軸上的唯一一個轉速計和用於考 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)可能發生的打滑/抱死的影響，但由於還是太粗略，這降低了 位移測量的性能。隨之也導致了抵償性防抱死，這對於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和裝在車軸上 的轉速計，它們的測量信號與中央計算機相連，即使沒有明確地描述，所述中央計算機適於 考慮在存在附著性損失的情況下引入的誤差，並提供車輛在其路程上的位置和速度。特別 地，加速度計包括兩個測量軸，以分別確定沿車輛路線方向的加速度和確定並因此在位移 計算中考慮車輛相對於水平平面的坡度。還將加速度計和轉速計的測量信號的值與速度閾 值進行比較，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)。由於鐵路運輸單元最經常具有細長几何構造，沿該細長几何構造置於車輛上遊的唯一一個加速度計和轉速計不能提供揭示作用於車輛整體的影響(例如曲率或橫向加速度 的影響)的測量裝置，所以儘管考慮了車輛所受到的坡度影響，但其他與車輛路線相關的、 取決於加速度計在車輛中的位置(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算被引導車輛的運動，其中所述車輛不具有不受任何 制動力和牽引力的車軸，並在具有任意特徵(profil)的車道上通行，但由於這些裝置不能 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 傾度(covers))甚至豎直加速度(坡度)造成的誤差，故其準確性遠低於具有自由軸的「理 想」系統的準確性。

發明內容
本發明的目的之一在於，提出一種用於測量自動引導車輛的位移的裝置，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候，並且無論就坡度、曲率 和側傾度而言的車輛路線特徵如何。為了這個目的，提出如權利要求1所述的用於測量自動引導車輛的位移的裝置， 所述裝置包括在車上的兩個加速度計，這兩個加速度計每個都設有兩個測量軸，並且其測 量信號與位移計算機聯接。可選地，可以在車輛的其中一個車軸上安裝至少一個轉速計，該轉速計也可以與 用於處理因此來自於所有傳感器(加速度計和轉速計)的數據的計算機聯接。由轉速計輸 出的測量信號可用於提高所述裝置的準確性。根據本發明的裝置根據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)和速度的數據。該裝置可以與任何類型的車載裝置關聯，所述車載裝置可能 需要準確並持續地測量車輛速度和位移，而與軌道/車輪的附著條件無關，並且不論就坡 度、曲率和側傾度而言的路線特徵如何。加速度計及其測量軸布置成使得其允許根據在各個測量軸上進行的測量來計算 車輛的縱向加速度、橫向加速度和坡度加速度，以隨後通過將加速度值在時間上積分來確 定車輛的縱向位移和速度。根據本發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，並為 此根據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和自動測試裝置，其允許在車輛靜止的時候檢驗傳感器是否 正常工作並因此允許以大的可靠性保證由其他車載系統提供的數據。根據本發明的裝置的合適的用途覆蓋了被引導車輛領域，無論車輛的引導類型如 何(機械的或非物質的，即在地面和車輛之間沒有機械連接)，尤其是火車、地鐵、有軌電 車、或公共汽車，並且無論運行類型如何(車軸、轉向架)，是用鐵輪還是用輪胎。這裡要注 意的是，對於這類具有細長几何構造/底盤的車輛，根據加速度計在車上的位置(或偏移 量)，曲率和坡度的影響是不能忽略的。因此，本發明允許有利地擺脫這些影響，以更準確地 確定車輛的位移。因此，根據本發明的裝置允許計算被引導車輛的運動，並保持與具有自由軸的系 統等同的準確性，同時擺脫了附著性損失(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，並在具有任意特徵的車道上通行。一組從屬權利要求也說明了本發明的優點。


藉助於下述圖示給出了實施例和應用示例圖1 設有根據本發明的用於測量自動引導車輛的位移的裝置的車輛；圖2 定義與移動中的車輛相關聯的各平面的示意圖；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。
具體實施例方式圖1示出了設有根據本發明的用於測量自動引導車輛的位移的裝置的車輛VEH， 圖1可以與圖2相關聯以澄清如何與車輛所受到的並由兩個加速度計101、102測量的加速 度相一致地來定義與移動中的車輛相關聯的各平面。圖3和圖4示出了加速度計測量軸 ACC1、ACC2、ACC3、ACC4在標準正交坐標系[X，Y，Z]中按照根據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 述坐標系的中心在加速度計處，其X軸指示車輛縱向路線的方向。這種用於測量自動引導車輛VEH的位移(瞬時位置Dx)的裝置包括在車上的-加速度計101，其設有在縱向平面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；-計算機103，其與和每個測量軸Accl、Acc2相關聯的輸出信號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聯的測量軸ACC1、ACC2上的正交投 影測量值Gaccl、Gacc2 ；-第二加速度計102，其設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；-計算機103與和每個測量軸Acc3、Acc4相關聯的輸出信號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聯的測量軸ACC3、ACC4上的投影測量值 Gacc3、Gacc4 ；-第一加速度計101和第二加速度計102的所有測量軸ACC1、ACC2、ACC3、ACC4在 其各自的平面Py和Pz上都具有可以調節的相對夾角A1+A2、A3+A4，因此對所述相對夾角 進行調節以使得計算機103根據四個投影測量值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處的車輛縱向加速度Gx的瞬時值。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動推斷出，在這裡可以理想地對其進行抵償。因此，主要地，根據本發明的裝置使用兩個雙軸加速度計101、102，這兩個雙軸 加速度計固定在車身上並用於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)的時候作用的重力所造成的豎直加速度Gpes。其兩個軸ACC1、ACC2處於豎直平面Py上的第一加速度計101和 其兩個軸Acc3、Acc4處於水平平面Pz上的第二加速度計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 各個測量軸之間的角度已知，並在調節後固定。計算機103對由四個方程組成的方程組進 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 因於車輛速度的向心力引起，並取決於路線曲率半徑R和加速度計相對於車輛中心的偏移 量)、橫向加速度Glat的值、和縱向加速度Gx的值。計算機103通過在路程期間上逐次積 分來確定車輛VEH在其路線上對於任意坡度和曲線COURB的縱向速度Vx和縱向位移Dx。如有必要，用轉速計108對根據本發明的裝置進行補充，以提高上述速度Vx和所 經過的距離Dx的測量準確性。轉速計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被傳遞給計算機103。計算機103根據轉速計的測量信號評估位移 DxT和速度VxT。計算機在來自於轉速計的位移測量結果和來自於加速度計的位移測量結 果之間進行比較。當對於這些測量值，測量偏差小於閾值時，將測量值校正(recaler)為來 自轉速計的測量值。在相反的情況下(值大於閾值)，則不對來自於加速度計測量的結果進 行修正。如圖1所示，零速度信息Op也可以可靠地由計算機103根據來自於車輛設備的信 息Im(靜止信號、零速度指示器等)輸出，或由根據本發明的裝置本身來確定。為進行該項 確定，計算機103處理來自於轉速計和加速度計的信息。當裝置確定零速度時，得益於所建議的加速度計的安裝特點，該裝置還具有實施 自動測試功能的有利能力。該自動測試功能允許評估需要(在自動校準之後)對加速度計 測量值進行的修正，並允許識別加速度計的工作故障。多個測量軸提供了(由兩個雙軸加 速度計所致的)多個測量值很有利的冗餘性，並允許通過定期(例如每次在車站停車的時 候)的加速度計可靠性檢驗來保證以很小的誤差概率進行測試測量(以及因此以很小的誤 差概率進行之後的位移測量)，使其與例如在鐵路領域中所要求的可靠系統的安全性要求 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101的每一個軸Accl、 Acc2上的投影進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102的測量軸ACC3、ACC4(見圖4，其中為了清楚起見， 有意地略去於坡度加速度Gpes)，通過將加速度GX、Glat、GpeS在加速度計102的每一個軸 Acc3,Acc4上的投影進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)以及對於方程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101、102的固定點之間的距離；-與曲率半徑R相關聯的角Ay在平面Py上。角Ay根據Arctg(Lx/R)來計算，由 於曲率半徑R的值通常大於偏移距離Lx，故一級近似為Lx/R。由(1)至(4)四個方程構成的方程組的求解屬於數學技巧的範圍(這裡沒有描 述)，其目的在於根據計算機103所具有的加速度值的測量值Gaccl、Gacc2, Gacc3, Gacc4 來計算四個變量Gx、Glat、Ax和Ay。然而，在關於加速度計101、102的布置的某些特殊假設下，方程組的求解被有利 地簡化了。在這些假設中，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，根據本發明的裝置可以規定相對夾角A1+A2、 A3+A4中的至少一個是直角。根據本發明的裝置實施成使得每個相對夾角A1+A2、A3+A4實際上分別細分為(或 可以細分為)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於 第一和第二加速度計101、102的四個測量軸Accl、ACC2、ACC3、Acc4與第一軸X (沿車輛的 假設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°。至於角Al、A3的選擇，還可以對其賦以可調節的值，這些值允許最好地估計坡度 或曲率的影響，而不損害縱向加速度測量的準確性。示例地，如果選擇了每個加速度計的投影角Al、A2和A3、A4相同、即Al = A2及 A3 = A4的選項，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，然後通過在位移期間上積分而從中推導出車輛路線上的縱向速度Vx和相關聯的位 置Dx
Vx = f (Gx dt)Dx = / (Vx dt)因此，根據本發明的裝置允許計算機103輸出坡度角Αχ、橫向加速度角Ay (即代表 針對曲率半徑R在加速度計安裝固定點處的橫向加速度相對於若加速度計處於車輛中心 時的橫向加速度的轉動量)在包括有坡度和曲率的路線的每一點處的值。進而，計算機103通過對車輛縱向加速度Gx的值進行逐次積分而輸出在包括有坡 度和曲率的路線的每一點處的速度Vx和位置Dx。如前所述，該裝置還可以包括-轉速計104，其被布置在車輛至少一個車軸上，輸出車輛的位置轉速計值DxT和 速度轉速計值VxT ；-轉速計值VxT、DxT和由計算機103獲得並分別輸出的速度值和位置值Vx、Dx被 提供給包括在計算機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，若偏差低於預定閾值，則將由 計算機103輸出的在包括有坡度和曲率的路線的每一點處的速度值Vx和位置值Dx校正為 轉速計值VxT、DxT0如果偏差低於閾值，則禁止校正。基於與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確性。根據本發明的裝置還可以包括用於檢測車輛零速度的裝置107，其被包括於或聯 接於計算機103和轉速計104。該裝置包括至少一個由計算機103輸出的速度值和位置值 Vx, Dx與對應的轉速計值VxT、DxT的關聯器。由此，通過以下方式實現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 部信號等)；-或者通過篩選(filtrer)由計算機103提供的速度和位置信息Vx、Dx來確定車 輛是停止的。這樣，該項確定可以與對應的轉速計數據VxT、DxT相關聯；-在這些處理之後，如果實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。當有效地提供了 該信息的時候，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，該相關的測試旨在檢驗由加速度計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)這裡給出在關於加速度計的布置的特殊假設下，對該方程組進行求解的示例，其 中所述假設為在每個平面Py、Pz上的投影角A1、A2和A3、A4兩兩相等，即Al = A2及A3 = A4 從後兩個方程(3)和(4)可以推導出以下關係(5)和(6)
(5)Gacc3 = Gacc4(6)Sin(Αχ) = _Gacc3/(Gpes Cos(A3))因此，通過將Sin(Ax)項代入方程(1)和(2)中，可以用上述計算結果來檢驗第一 加速度計101的投影加速度測量值GaCCl、GaCC2。第二加速度計102的投影加速度Gacc3、Gacc4由方程(5)檢驗。作為一級近似， 認為側傾度對於測量的影響不大是合理的，一般也是這種情況，例如當駐車在車庫或停車 在車站的時候。然而，為了精細化對第二加速度計102的投影加速度GaCC3、GaCC4的檢驗，還可以 從資料庫中讀取側傾度的值。通過這些檢驗並通過選擇篩選閾值，可以確定要應用到來自於加速度計的測量值 上的修正因子。對於第二加速度計102，可以在更改其修正因子之前有利地受益於加速度計 緩慢的漂移過程。這些修正因子將在多次停止之後所獲得的確認後進行應用。該停止次數 可以根據所選定的準確度來調節。這允許自動校準根據本發明的裝置。還可以定義選為比第一閾值更高的第二閾值，以宣布根據本發明的裝置不工作。為了實現自動測試的功能，根據本發明的裝置包括-自動校準裝置105，其用於自動校準加速度計101、102，若零速度檢測裝置證實 車輛是停止的，則該自動校準裝置可以被激活；-自動校準裝置處理來自於加速度計101、102並由加速度計算單元104提供的測 量值(加速度計算單元104本身接收來自於加速度計101、102的測量值，並包括在計算機
103中)；-自動校準裝置校準與車輛的縱向加速度Gx和橫向加速度Glat的零值相對應的
測量值。自動校準裝置105具有第一檢查模式，用於檢驗第二加速度計102上的測量值 Gacc3,Gacc4是否相等；用於重新計算坡度角Ax的裝置，根據該坡度角Ax通過第二檢查模 式來檢驗第一加速度計101的測量值GaCCl、GaCC2。這樣，檢驗變得很可靠，並且如果坡度 角可以由裝置外部的已知信息來進行冗餘的評估和驗證，則檢驗會變得更加可靠。對於與上述自動測試功能相關的該實施例，在超過來自於自動校準裝置105的結 果的第一誤差閾值的時候，來自於自動校準裝置105的修正因子則被重新傳遞給計算單元
104(更為一般地，傳遞給位移計算機103)。同樣地，在超過了來自於自動校準裝置105的結果的第二誤差閾值(不如第一誤 差閾值安全(Mcuritaire))的時候，激活車載測量故障指示器。因此，考慮到在車輛停止的時候在加速度計101、102的測量軸Accl、Acc2、Acc3、 Acc4上進行的測量是冗餘地獲得的，可以實現對所謂的自動測試功能的故障概率進行評估 的簡化模型。假設在車輛兩次停止之間的時間間隔為T 應用於在平面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，在以下計算示例中假設雙軸加速度計的測量軸Accl和Acc2各自的故障率 λ accl和λ acc2各等於通常所認可的值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域所要求 的安全性所需的測量數據置信水平。因此，根據這種對所謂的自動測試功能的故障概率的評估，根據本發明的裝置可 以包括用於評估故障概率的裝置，其可以在車輛兩次停止之間被激活，並使用加速度計測 量軸上的冗餘測量值。該評估裝置可以被集成在上述自動校準裝置105中。最後，根據本發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 候)檢測器，其與第一和第二雙軸加速度計101、102中的至少一個聯接，對於這些加速度計 位移測量值可以與外部值(資料庫的坡度、曲率，或路線路標系統的數據，等)相關聯。當 這些數據不一致的時候，車輛損失附著性的風險可以被檢測到，並進而可以對由零速度檢 測系統提供的信息(車輪鎖住，但車輛在移動)進行補充。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101、102之 一聯接之外，還與車輛車軸的至少一個轉速計108聯接，以便分別比較其角運動測量數據 和縱向位移測量數據。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:垂直於軸X、在車輛底板平面上的軸Z 垂直於車輛底板的軸Px 與軸X正交並由軸Y、Z確定的平面Py 與軸Y正交並由軸X、Z確定的平面Pz 與軸Z正交並由軸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:由轉速計給出的縱向速度DxT:由轉速計給出的縱向位移Accl 加速度計101的第一測量軸Acc2 加速度計101的第二測量軸Acc3 加速度計102的第一測量軸Acc4 加速度計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101、102的固定點之間的偏移距離
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Ay 在平面Py上的與曲率半徑相關聯的角。Ay根據Arctg(Lx/R)來計算，於是一 級近似為Lx/RVx:車輛沿軸X的縱向速度
權利要求
一種用於測量自動引導車輛(VEH)的位移的裝置，包括在車上的 加速度計(101)，設有兩個在縱向平面(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； 計算機(103)，與和每個測量軸(Acc1、Acc2)相關聯的輸出信號(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聯的測量軸(Acc1、Acc2)上的投影測量值(Gacc1、Gacc2)；所述裝置的特徵在於 第二加速度計(102)設有在水平平面(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； 計算機(103)與和每個測量軸(Acc3、Acc4)相關聯的輸出信號(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聯的測量軸(Acc3、Acc4)上的投影測量值(Gacc3、Gacc4)； 第一和第二加速度計(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節以使得計算機(103)根據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處的車輛縱向加速度(Gx)的值。
2.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，至少一個相對夾角(A1+A2、A3+A4)是 直角。
3.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，每個相對夾角(A1+A2、A3+A4)被細 分為第一和第二角(A1、A2 ；A3、A4)，所述第一和第二角對應於第一和第二加速度計(101、 102)的四個測量軸(ACC1、ACC2、ACC3、ACC4)與第一軸(X)之間的投影角。
4.如權利要求3所述的裝置，其中，每個加速度計的投影角均相等(Al= A2 ；A3 = A4)。
5.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，計算機(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處的值，其中所述橫 向加速度角(Ay)由起因於車輛速度的離心力引起並取決於路線曲率半徑(R)和加速度計 相對於車輛中心的偏移量。
6.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其中，計算機(103)通過對車輛縱向加速度 (Gx)的值進行逐次積分來輸出在包括有坡度和曲率的路線的每一點處的速度(Vx)和位置 (Dx)。
7.如上述權利要求中任一項所述的裝置，包括-轉速計(104)，布置在車輛的至少一個車軸上，並輸出車輛的速度轉速計值(VxT)和 位置轉速計值(DxT)；-所獲得的轉速計值(VxT、DxT)和由計算機(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，若偏差低於預定閾值，則將由計 算機(103)獲得的在包括有坡度和曲率的路線的每一點處的速度值和位置值(Vx、Dx)校正 為轉速計值(VxT、DxT)。
8.如權利要求7所述的裝置，包括用於檢測車輛零速度的裝置(107)，所述裝置(107)與計算機(103)和轉速計(104)聯接，並包括至少一個由計算機(103)輸出的速度值和位 置值(Vx、Dx)與轉速計值(VxT、DxT)的關聯器。
9.如權利要求5和8所述的裝置，包括-自動校準裝置(105)，用於自動校準加速度計(101、102)，若零速度檢測裝置證實車 輛是停止的，則自動校準裝置能夠被激活；-自動校準裝置處理源自加速度計(101、102)並由加速度計算單元(104)提供的測量 值，其中加速度計算單元(104)包括在計算機(103)中；-自動校準裝置校準與車輛縱向加速度(Gx)和橫向加速度(Glat)的零值相對應的測 量值。
10.如權利要求4和9所述的裝置，其中，自動校準裝置(105)具有第一檢查模式， 用於檢驗第二加速度計(102)上的測量值(Gacc3、Gacc4)是否相等；用於重新計算坡度 角(Ax)的裝置，根據該坡度角通過第二檢查模式來檢驗第一加速度計(101)的測量值 (Gaccl、Gacc2)0
11.如權利要求9或10所述的裝置，其中，在超過來自於自動校準裝置的結果的第一誤 差閾值的時候，來自於自動校準裝置的修正因子被傳遞給計算機(103)。
12.如權利要求11所述的裝置，其中，在超過來自於自動校準裝置的結果的第二誤差 閾值的時候，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.如權利要求7至12中任一項所述的裝置，包括用於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，並使用加速度計測量軸上的冗餘測量值。
14.如上述權利要求中任一項所述的裝置，包括與第一和第二加速度計中至少一個聯 接的車輛附著性損失檢測器。
15.如權利要求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 度計中的一個聯接之外，還與至少一個轉速計聯接。
全文摘要
本發明介紹了一種用於測量自動引導車輛的位移的裝置，其具有增大的測量魯棒性，尤其是在損失附著性的時候，並且無論就坡度、曲率和側傾度而言的車輛路線特徵如何。為了這個目的，本發明涉及一種用於測量自動引導車輛的位移的裝置，所述裝置包括在車上的兩個加速度計，這兩個加速度計與位移計算機聯接，其中每個加速度計都設有兩個測量軸，在這些測量軸上進行車輛合成加速度的投影值的測量。加速度計的四個測量軸被調節，以使得計算機根據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 優先權日2007年12月10日
發明者A·梅爾, S·埃爾法西 申請人:西門子運輸系統有限公司