位置控制系統的製作方法

2023-12-04 23:25:36

專利名稱：位置控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及位置控制系統。更具體地，本發明涉及用於固定路徑上的車輛的位置控制系統。
背景技術：
當前，使用中央控制器或計算機來執行沿著諸如鐵路或軌道(track)的路徑的車輛運動的監視。計算機監視軌道上的每個車輛的位置，並且當車輛間距在預定最小距離內時，軌道上的所有車輛被停止。除計算機之外，此類系統包括沿著軌道安裝在各種位置處的多個傳感器和用於連接每個傳感器和計算機的複雜布線。例如，美國專利4，864，306描述了一種系統，其中沿著軌道利用諸如條形碼標記 (marker)的機器可讀軌道側標記並由在火車上的設備進行讀取以提供軌道數目識別、裡程碑識別和火車方向。在火車上的是將提供火車識別和火車速度的設備。此信息被通過轉發器在火車之間傳送並傳送至中央站，並被在各火車上和中央位置上的設備處理以提供指示潛在火車衝突的可見和可聽信號。最近，美國專利7，182，298描述了一種軌道網絡，其結合了至少一個節點(在該至少一個節點處，軌道網絡的至少兩個軌道段相互鄰接)並且還包括沿著軌道網絡行進的多個車輛，並且其中的每一個包括控制單元，其中，能夠實現這些車輛的移動的控制，並且其中，關於後繼或先行車輛的信息被存儲在車輛的控制單元中並在車輛通過軌道網絡的節點時被更新。然而，由於所需的計算機、複雜的布線和多個傳感器，系統難以集成且維護起來是昂貴的。其它缺點包括在軌道安裝之後測試並證明系統功能性的要求、使用於車輛的傳感器和目標與軌道接口對準的技術挑戰、不能感測間距問題直至其已變得嚴重到足以違背最小間距、在不添加使得系統不那麼靈活的附加傳感器的情況下不能改變間距標準、和不能解決(account for)水平車輪滑動及車輪和輪胎故障。因此，迄今為止，不存在用於固定軌道上的車輛的位置控制的適當方法或系統。

發明內容
在本發明的一個實施例中，提出了一種用於控制位於固定路徑上的、每個都具有車輪的多個車輛的方法。該方法包括在每個車輛上安裝處理器；將車輛傳感器設備安裝到每個車輛；使用每個處理器和每個車輛傳感器設備在每個車輛沿著路徑移動的同時確定每個車輛的實際(actual)速度；以及使用位置控制修正(correction)模塊來將每個車輛的實際速度與每個車輛的速度命令相比較以確定是否正在發生車輪滑動並在發生車輪滑動的情況下減小車輛速度命令的幅值(magnitude)。在本發明的另一方面，提出了一種用於確定至少一個車輛的至少一個車輪的滑動的方法，該車輛具有發動機和向發動機傳送速度命令以便改變車輛速度的處理器。所述方法包括在規則間隔(regular interval)內確定車輛的實際速度；在規則間隔內將車輛的實際速度與根據速度命令的幅值的預期速度相比較以確定是否存在車輛的車輪滑動；以及在存在車輪滑動的情況下，將速度命令的幅值減小至近似等於車輛的實際速度。


參考附圖進行以下詳細說明，在附圖中
圖1是依照本發明的一個實施例的圖示，其示出設置在路徑的一部分上的一個車輛， 並且其中，該車輛包括車輛控制系統；
圖2是示出圖1的路徑的一部分的頂視圖的圖示； 圖3是示出圖1的車輛控制系統的細節的方框圖； 圖4是示出位置控制修正模塊的實施例的流程圖； 圖5是示出娛樂駕駛控制(ride control)系統的示意圖；以及圖6是描述依照本發明的實施例的逐步方法的流程圖。
具體實施例方式本發明的一個實施例涉及用於控制固定路徑上的多個車輛的控制系統和方法。該系統的一個特定實施例包括用於修正車輛之間的間距的位置控制和修正模塊。參考圖1和2，駕駛系統的多個車輛之中的一個車輛10，示出為具有主體12、車輪 14以及坐在其中的客人18。車輛10被設置在諸如軌道20(其包括由橫梁M支承的軌22) 的路徑上。匯流排或通電(energizing)軌沈通過電極28的手段從發電機(下文描述)向車輛10提供電能。示出了被安裝到車輪14的盤式制動器30。距離/速度傳感器116可以包括磁鐵120和磁場或光學傳感器112，其一起以已知的方式起作用以向處理器(未示出)提供對應於車輪14行進的距離的電脈衝。處理器、存儲器、定時器、距離及驅動和停止系統(每個將參考圖3進一步討論)可以位於艙室119內。現在參考圖3，一般地在300處舉例說明了依照本發明的用於控制固定路徑上的多個車輛的車輛控制系統的一個實施例。在本實施例中，控制系統300包括處理器310、存儲器312、定時器314、距離/速度傳感器316及車輛驅動和停止系統318。處理器310可以是諸如可編程邏輯控制器的任何適當處理器。存儲器312可以是任何適當的類型，包括但不限於RAM、ROM、EPROM和快閃記憶體。存儲器312可以存儲用於處理器 310的程序並存儲給定車輛沿著軌道行進的持續時間的用於預測位置範圍的查找表。還可以將存儲器配置為存儲車輪直徑測量結果、水平車輪滑動測量結果和車輛間距測量結果， 例如每個車輛在任何特定時間距離相應的車輛多遠。定時器314提供可以被處理器310用來對車輛沿著軌道行進的實際持續時間進行定時的定時功能。距離/速度傳感器316可以包括磁鐵和磁場或光學傳感器，其一起以已知的方式起作用以向處理器310提供對應於車輪行進的距離的電脈衝。可選地，可以採用諸如多圈編碼器(multi-turn encoder)的其它傳感器。為了確定距離，可以對脈衝進行計數或直接由處理器310來測量以確定距離和由此而來的沿著軌道的車輛的位置。可以將車輛驅動和停止系統318與包括發動機控制器(未示出)的驅動發動機334 和諸如盤式制動器30 (圖1)的制動器332互連。可以連接驅動發動機334以經由由處理器310生成並被以已知方式發送到發動機控制器的速度命令來驅動車輪14 (圖1)中的一個或多個。應理解的是出於本文的目的，速度命令的幅值越大，車輛的速度越大。處理器310被經由諸如軟體或固件的任何適當手段配置為從開始指示器3M接收車輛已開始沿著軌道行進的初始信號，並隨後連續地或以規則間隔計算沿著軌道的車輛的實際位置。可選地，轉發器(未示出)可以沿著軌道定位，並且可以提供用於確定用於車輛的實際位置的傳感器。所計算的實際位置可以被處理器310用來經由車輛驅動和停止系統318來控制多個車輛之間的距離，使得車輛相互保持預定間距。然而，由於例如車輛車輪磨損或車輪滑動，在操作期間可能累積位置誤差。例如，隨著車輛的老化的增加，輪胎可能開始磨損並變小，可能累積速度和位置誤差。並且，當車輛出發或繞彎時，可能發生車輪滑動，導致進一步的速度和位置誤差。為了減小這些誤差，提供位置控制修正模塊330，其可以被配置為從處理器310接收速度命令，並向處理器返回信號，來基於速度和位置誤差來修正速度命令。因此，位置控制修正模塊330有利地減少車輛之間的預定距離的變化以減少不期望的車輛接觸。為了補償車輪磨損，與處理器310 —起工作的位置控制修正模塊330可以被配置為計算例如被轉發器(其沿著路徑定位並由附加車輛位置傳感器來識別)照亮 (illuminate)的固定點之間的距離，並且然後將該值與例如由傳感器116感測的已知車輪轉數相比較。可以計算當前車輪直徑並隨後應用於修正測量的(measured)速度和加速度。通常，為了補償車輪滑動，例如在加速期間，位置控制修正模塊330可以將上述速度命令(Vn)與車輛沿著固定路逕行進的實際速度相比較。如果在根據速度命令預期的車輛速度與車輛的實際速度之間存在差異，則例如可以將速度命令在幅值方面減小至實際速度以消除滑動並恢復與固定路徑的摩擦嚙合。此後，可以使速度命令在幅值方面緩慢地傾斜上升(下文描述)以從而保持與固定路徑的摩擦嚙合。現在參考圖4的流程圖，示出了用於計算修正速度命令的位置控制修正模塊330 的更多細節。位置控制修正模塊330包括初級環路(primary loop) 402，其包括用於計算平滑過渡速度(見下文)的計算器404、定時器406、速度控制功能408、求和(Summation)410 和求和412。提供分別用於計算速度誤差和位置誤差的次級環路414和416。更具體地，次級環路414包括用於經由F(Kv)/T來計算速度誤差(Ev)的計算器且次級環路416包括用於經由F(Kp)來計算位置誤差( )的計算器。下面可以為了理解項F(Kv)和F(Kp)進行參考。 次級環路414和416包含增益函數418和420以計算位置和速度誤差並進行加權以用於求和 422。在操作中和在規則間隔期間，求和422將所計算的速度和位置誤差(Ev)、(Ep)組合，其又被饋送到求和410，該求和410從特定感測位置處的速度(Vsp)減去誤差值以實現修正速度G(V)。可以在408處提供修正速度G(V)和實際速度(未示出)並將其傳送到處理器 310 (圖3)以供在確定是否發生(一個或多個)車輪30的滑動時使用。如果車輪滑動被處理器310確定為正在發生，則處理器可以減小到發動機的速度命令的幅值以停止滑動並隨後如上所述地開始使速度命令的幅值緩慢地傾斜上升以驅動發動機。修正速度G(V)隨後被輸出到次級環路414以計算新的速度誤差(Ev)並與來自定時器406的輸出組合以便在次級環路416中用來計算新的位置誤差(&)。其還被傳送到處理器310以確定是否需要增加速度以修正位置誤差和因此的車輛之間的間距。可選地，為了使車輛過渡速度F(Vsp)平滑且緩慢地傾斜上升並防止在系統中累積誤差，可以向諸如下文提供的算法應用車輛速度命令(Vn )。F(Vsp) = I f 2s. (cos_h. 1) Γ Vi -(VNiiew-Vxdl,)]!其中
θ = θ +λ，其中 λ =F(a) / π 如果 VNold Φ VNnew, θ = ji Vn=速度命令。可以根據以下等式來計算車輛的加速度函數F(a)，其中，加速度受到速度變化的百分比的限制以進一步減小加速期間的可能滑動。其中
VactUal= F(Vsp) (Vn) aN=加速命令。位置Kp和速度Kv (參加上文，在計算速度誤差(Ev)和位置誤差( )時使用)的增益項(K)的函數對各項進行加權，使得速度修正是平滑的。這些可以如下計算現在參考圖5，一般地在50處示出了示意圖，其示出可與本發明的一個實施例一起使用的駕駛控制系統。如所示，駕駛控制系統50包括路徑或軌道處理器52，其與通電軌 26 (包括許多電路連接(未編號))和多個車輛310 (圖3)(每個被與車輛10 (圖1)一起定位) 接成電路。將認識到在可選實施例(未示出)中，軌道處理器52可以經由無線通信而不是例如經由通電軌沈來與每個車輛處理器310通信。軌道處理器52可以包括可編程邏輯控制器並監視軌道功能，諸如軌道機器的模式、停止和開始功能以及經由故障安全(fail-safe) 信號控制所有軌道開關元件。軌道處理器52和每個車輛處理器310可以進行通信以保證針對被安裝到軌道的所有車輛來安全地控制軌道機器的模式。如果存在軌道模式的不一致或者如果車輛感測自身超出用於位置、速度或加速度參數或其它故障條件的範圍，則車輛將向軌道處理器和/或其它車倆處理器進行通信以引起用於每個車輛10的停止或其它反應。軌道處理器52還可以被配置為根據某預定計劃(諸如每個車輛沿著路徑相等地間隔開)來確定每個車輛的理想位置並將其向路徑上的每個車輛廣播。每個車輛(經由每個處理器310)然後可以通過如上所述地增加速度或剎車來同步或改變其沿著路徑的位置，以修正其與其它車輛的間距。在圖6中一般地在600處舉例說明了一種依照本發明的另一實施例的、監視和控制可沿著路徑移動的多個車輛的位置的方法。用於控制固定路徑上的多個車輛的方法包括如在602處所示地將處理器安裝到每個車輛並如在604處所示地將車輛傳感器設備安裝到每個車輛。所述方法還包括在步驟606處使用每個處理器和每個車輛傳感器設備在每個車輛沿著路徑移動的同時確定每個車輛的實際位置，並在步驟608處使用位置控制修正模塊來將每個車輛的實際速度與每個車輛的速度命令相比較以確定車輪滑動是否正在發生並在發生車輪滑動的情況下減小車輛速度命令的幅值。本文所述的系統和方法的技術效果包括修正車輛的速度以解決車輪滑動。其它技術效果包括修正軌道上的車輛間距。雖然已經結合目前被視為最實際和優選的實施例的內容描述了本發明，但應理解的是本發明不限於這些本文公開的實施例。相反，本發明意圖覆蓋包括在所附權利要求的精神和範圍內的全部的各種修改和等價布置。
權利要求
1.一種用於控制位於固定路徑上的、每個都具有車輪的多個車輛的方法，所述方法包括將處理器安裝在每個車輛上； 將車輛傳感器設備安裝到每個車輛；使用每個處理器和每個車輛傳感器設備在每個車輛沿著路徑移動的同時確定每個車輛的實際速度；以及使用位置控制修正模塊來將每個車輛的實際速度與每個車輛的速度命令相比較以確定是否正在發生車輪滑動，並在發生車輪滑動的情況下減小車輛速度命令的幅值。
2.權利要求1的方法，其中，所述位置控制修正模塊還被配置為在沿著固定路徑消除車輪滑動之後使車輛速度命令的幅值傾斜上升。
3.權利要求1的方法，其中，還應用所述位置控制修正模塊來補償由於車輪劣化而引起的車輛速度的變化。
4.權利要求1的方法，其中，所述位置修正模塊包括餘弦算法。
5.權利要求4的方法，其中，所述餘弦算法修正速度誤差累積。
6.權利要求1的方法，其中，每個車輛包括娛樂車輛且所述路徑包括具有一對軌的軌道。
7.一種用於控制路徑上的多個車輛的駕駛控制系統，所述駕駛控制系統包括 路徑處理器；以及由每個車輛支承的車輛處理器；與每個車輛處理器接成電路的車輛驅動和停止系統；以及與每個車輛處理器接成電路的車輛傳感器設備；其中，每個車輛處理器被配置為與所述路徑處理器通信並使用車輛傳感器設備來識別特定車輛的實際速度並進一步使用位置控制修正模塊和車輛驅動和停止系統來修正車輛之間的間距的變化。
8.權利要求7的系統，其中，所述位置控制修正模塊被配置為補償由沿著固定路徑的車輪滑動弓I起的車輛間距的變化。
9.權利要求8的系統，其中，所述位置控制修正模塊還被應用為補償由車輪劣化引起的車輛速度的變化。
10.權利要求7的系統，其中，所述位置控制修正模塊包括餘弦算法。
11.一種用於確定至少一個車輛的至少一個車輪的滑動的方法，該車輛具有發動機和向發動機傳送速度命令以便改變車輛速度的處理器，該方法包括確定車輛的實際速度；將車輛的實際速度與根據速度命令的幅值預期的速度相比較以確定是否存在車輛的車輪滑動；以及將速度命令的幅值減小至近似等於存在車輪滑動的情況下的車輛的實際速度。
12.權利要求11的方法，還包括一旦未發生車輪滑動，則使速度命令的幅值傾斜上升。
13.權利要求11的方法，其中，所述至少一個車輛包括位於固定路徑上的多個車輛。
全文摘要
提出了一種用於確定至少一個車輛的至少一個車輪的滑動的方法，該車輛具有發動機和向發動機傳送速度命令以便改變車輛速度的處理器。該方法包括在規則間隔內確定車輛的實際速度；在規則間隔內將車輛的實際速度與根據速度命令的幅值的預期速度相比較以確定是否存在車輛的車輪滑動；以及在存在車輪滑動的情況下，將速度命令的幅值減小至近似等於車輛的實際速度。還提出了執行所述方法的系統和電路。
文檔編號A63G7/00GK102271985SQ200980153182
公開日2011年12月7日 申請日期2009年11月30日 優先權日2008年12月29日
發明者S.M.金 申請人:環球城市電影有限責任公司