JP2022538267A - 車両に搭載されている加速度センサの配向を較正する方法 - Google Patents

Abstract

この方法は、鉄道車両における多軸減速度センサの座標系を較正する方法に関し、この方法はここで次のステップ、すなわち、センサの垂直軸線を車両の垂直軸線（ｚＦａｈｒｚｅｕｇ）に合わせて較正するステップ、低速での、鉄道車両（１０）のブレーキングプロセス時に、さらに停止状態において、時間経過にわたって、センサの長手方向軸線および横方向軸線（ｘＳｅｎｓｏｒもしくはｙＳｅｎｓｏｒ）に沿って、加速度を測定するステップ、センサの長手方向（ｘＳｅｎｓｏｒ）における成分および横方向（ｙＳｅｎｓｏｒ）における成分で構成され、鉄道車両の測定された加速度に対する重力加速度の影響を表す、停止状態におけるオフセットベクトル（ａｏ）を決定するステップ、少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトル（ａｒ）が車両の長手方向を指すように、センサの垂直軸線（ｚＳｅｎｓｏｒ）を中心としたセンサの座標系の、少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトル（ａｒ）を求めるステップを有する。

Description

この発明は、車両に搭載されている加速度センサの配向を較正する方法、特に、鉄道車両内の多軸加速度センサの座標系の配向を較正する方法、この方法を実施するように構成されている装置、およびこの方法を自動的に実施するように構成されているコンピュータプログラム製品に関する。

近年の車両、特に鉄道車両では、経済的で快適かつ安全なブレーキングを保証することを可能にするために減速度調整が使用されている。このような調整は、たとえば、特許文書、独国特許出願公開第１０２０１５１１００５３号明細書または独国特許出願公開第１０２０１１０５２５４５号明細書に記載されており、減速度を調整するために、車両の長手方向における車両の実際の減速度信号を必要とする。

このような信号を、たとえば、列車に組み込まれている加速度センサに基づいて求めることができる。ここで、車両の長手方向における加速度は、線路が傾斜している場合には、場合によって、斜面下向力の部分のぶんだけ補正されなければならない。ここで、車両の長手方向加速度は、車両の長手方向に正確に配向された単軸センサによって検出可能である。

しかし、正確に位置合わせされたセンサの設置には多くの手間がかかり、センサの位置付けが制限され、快適ではない。単軸センサの代わりに、多軸加速度センサ（特に２軸センサまたは３軸センサ）を使用することもできる。特に３軸センサ以上のセンサを使用する場合、これらのセンサを任意の配向で車両内に組み込むことができる。このようなセンサは、たとえば、車両内に任意の配向で配置可能な制御機器（ブレーキ制御部）に統合されている。

しかし、多軸センサは、列車の長手方向または横方向における加速度を正確に決定できるようにするために、最初に、車両の座標系に合わせて較正されなければならないという欠点を有している。このような較正は有利には、曲線半径、トラックカント（線路の横方向の傾斜）または上昇を有していてはいけない、平らにされた線路区間上で実行される。このようにして、車両の長手方向加速度もしくは横方向加速度において、平坦でない線路上で重力加速度に基づいて生じ、したがって較正の歪曲を意味し得る、センサの長手方向もしくは横方向の成分を除外することができる。したがって、曲線半径、トラックカントおよび上昇もしくは下降を除外することができない、任意の、実際の、見たところ平坦で、まっすぐなルート区間は、センサの較正には適していない。車両が動的に移動しているときにのみ、車両の長手方向軸線に合うようにセンサの較正を行うことができるため、でき得る範囲で、平らにされた線路区間が車両の長さよりも格段に長いことが必要である。

このような線路区間が、実際のルート網において利用できることはめったになく、較正済みの線路区間への車両の搬送、ひいては較正にも、多大な時間、ロジスティクスコストおよび費用がかかる。

したがって、本発明の課題は、平らにされた線路区間を使用せずに正確な較正を実行することを可能にし、ひいては較正に対するコストと時間の消費とを削減することができる、車両に搭載されている加速度センサの長手方向軸線および横方向軸線の配向を較正する方法およびこれに属する装置を提供することである。

上述の課題は、独立請求項に記載された方法、装置およびコンピュータプログラム製品によって解決される。本発明の有利な各発展形態は、各従属請求項に記載されている。

センサの垂直軸線はセンサの横方向軸線および長手方向軸線に垂直であり、同様に、センサの横方向軸線と長手方向軸線とは相互に垂直である。これは、これらの名称から明らかである。すなわち、３つの軸線が一緒になってセンサの座標系が得られ、これは、本発明の方法に基づいて、同じく相互に垂直な３つの軸線（長手方向軸線、横方向軸線、垂直軸線）で構成される車両の座標系に合わせて較正される。本発明の方法は、複数のステップで構成される。

第１のステップ（ステップ（Ａ））において、センサの長手方向軸線および横方向軸線の方向（長手方向もしくは横方向）における加速度が、低速での、任意に選択されたルート区間上での車両の減速時に、さらに停止状態において、時間的な経過にわたって測定される。これらの加速度経過から、加速度ベクトルが、各同じ時点でのセンサの長手方向および横方向における加速度の値を取得することによって形成可能である。したがって、加速度ベクトルの値は、この時点での車両の測定された加速度の値を表す。

次のステップ（ステップ（Ｂ））において、停止状態において測定された加速度ベクトルに対応するオフセットベクトルが決定される。すなわち、これには、車両が停止状態において存在している線路区間の傾斜または上昇もしくは下降に基づく斜面下向力によって引き起こされるセンサの長手方向および横方向における加速度が含まれる。この線路区間が正確に平坦である場合、オフセットベクトルは０ｍ／ｓ^２になる。すなわち、オフセットベクトルは、センサの長手方向もしくは横方向において測定された加速度に対する重力加速度の影響を表しており、したがって、車両が存在している線路区間が平坦でない場合にのみ発生する。

続いて、さらなるステップ（ステップ（Ｃ））において、ブレーキングの時点の、すなわち車両が動いている間の、少なくとも１つの測定された加速度ベクトルが、センサの長手方向もしくは横方向における加速度に対する重力加速度（斜面下向力）の影響のオフセットベクトルの差し引きによって、調整される。したがって、ここから結果として生じる加速度ベクトルは、車両の測定された長手方向の減速度に対応する。

最後のステップにおいて、センサの座標系が、少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトルが車両の長手方向、すなわち車両の座標系の長手方向軸線の方向を指すように変換される。

有利な実施形態では、センサの座標系を車両の座標系に合うように変換するために、センサの長手方向軸線と少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトルとの間の角度が、センサの長手方向軸線と横方向軸線とにまたがる面において計算される。ここで少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトルは、前のステップにおいて、オフセットベクトルによって調整された加速度ベクトルである。結果として生じる加速度ベクトルが複数求められ、それらの平均化によって、平均化された、結果として生じる加速度ベクトルが得られる場合、センサの長手方向軸線と平均化された、結果として生じる加速度ベクトルとの間の角度が、センサの長手方向軸線と横方向軸線とにまたがる面において計算される。

最後に、センサの座標系が、この計算された角度ぶんだけ、センサのすでに較正された垂直軸線を中心に回転させられる。したがって、センサの長手方向軸線は車両の長手方向軸線と一致し、軸線は相応に較正されている。定義上、長手方向軸線は横方向軸線に垂直であるため、これによって、センサの横方向軸線が車両の横方向軸線と一致することも保証される。この方法は、継続した動作中に定常的に実施されても、間隔を置いて実施されてもよく、したがって、センサの較正を定常的にまたは間隔を置いて更新することができる。

本発明のさらなる有利な実施形態では、センサの座標系を変換するために（ステップ（Ｄ））、垂直軸線を中心としたセンサの座標系の回転のための回転マトリクスが求められる。この回転マトリクスは、ここで、センサの長手方向軸線および横方向軸線の方向における少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトルの求められるべき単位ベクトルで構成される。

本発明の有利な実施形態では、第１のステップ（Ａ）の前に、すなわち、低速時の長手方向および横方向における車両の加速度記録の前に、センサの垂直軸線が、車両の垂直軸線に合わせて較正される。ここでセンサの垂直軸線は、センサの横方向軸線と長手方向軸線との両方に垂直である。

さらに有利には、平らにされた測定線路および／または較正された測定線路上で、かつ／または鉄道車両の停止状態において、センサの垂直軸線の較正が行われる。ここでは、平らにされた線路区間が、センサが搭載されている鉄道車両の部分より長い必要はない。したがって、このような較正をすでに、鉄道車両の完成時に実行することができる。平らにされた線路区間上でのこの較正によって、センサが、垂直方向においてのみセンサに作用する重力加速度だけを検出することを保証することができる。このようにして、センサの垂直軸線を容易に較正することができる。

本発明の有利な実施形態では、ステップ（Ｃ）において求められた、少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトルは、較正窓内に存在する。較正窓は、開始と終了とが定められている時間窓であり、定められた開始と終了とはどちらも、測定された加速度経過に関連して、それぞれ時間的にシフト可能である。さらに、較正窓の開始および終了は、たとえば、停車時の車両の停車ジャークによって、または窓が開始するまたは終了する、定められた速度値に基づいて決定されてよい。

較正に使用されるすべての加速度ベクトルは、較正窓内に位置している。したがって、車両の速度が速すぎる領域または遅すぎる領域等の、較正の歪曲を生じさせる可能性のあるブレーキングプロセスの区間を較正から除外して、結果の質を向上させることができる。

本発明の有利な実施形態では、ステップ（Ａ）において測定された加速度経過は、加速度経過から、起こり得る測定ノイズまたは他の測定誤差を排除し、したがって較正の結果の質をさらに向上させるためにフィルタリングされる。ここで、測定された加速度経過の高周波成分を除去するローパスフィルタによるフィルタリングが、特に有利である。

さらなる有利な実施形態では、ステップ（Ｃ）において、結果として生じる加速度ベクトルが複数求められる。次に、これらの、個別に求められた、結果として生じる加速度ベクトルが平均化される。次に、座標系が、この平均化された、結果として生じる加速度ベクトルに基づいて変換され、その結果、これは、車両の長手方向、すなわち車両の長手方向軸線の方向を指す。このような実施形態は、複数の加速度ベクトルが較正窓内で考慮されるという利点を有しており、これによって、個別の加速度ベクトルでの測定の不正確さが、結果をそれほど強く歪曲することがなくなる。さらに、このようにして、長手方向もしくは横方向における線路の傾斜（上昇もしくはトラックカント）における、存在する可能性のある僅かな違いを、較正窓の間に補償することができる。

本発明のさらなる有利な実施形態では、オフセットベクトルは、ステップ（Ｂ）において、検出された種々の加速度ベクトルの平均値形成によって形成される。これらの加速度ベクトルは、センサの長手方向の成分と横方向の成分とで構成され、定められたオフセット窓内に存在する。オフセット窓は、車両が停止状態において存在する時間窓を表し、たとえば、車両の停車ジャークに基づいて定められてよい。このようにして、車両の停止状態の間の測定の不正確さを減らすことができ、可能な限り正確なオフセットベクトルを求めることができる。

本発明の有利な実施形態では、ステップ（Ａ）における測定値記録の前に、少なくとも１つの前条件が検査される。これらの前条件は、たとえば、車両の速度が、定められた最低速度を上回っていること、および／または車両のブレーキシステムによって適用される目標減速度が、定められた最低目標減速度、たとえば０．８ｍ／ｓ^２を上回っていることである。このようにして、測定値記録が不正確な結果を引き起こす確率を減らすことができ、したがって、較正の質を高めることができる。これらの条件の少なくとも１つが満たされない場合、この較正は無効であると宣言され、中止される。

さらに、ステップ（Ａ）における加速度経過の測定値記録の後に、特定の二次条件が検査される、本発明の実施形態が有利である。たとえば、条件として、加速度経過の測定時の車両の速度が、定められた最低速度を上回っていることを定めることができる。

さらなる条件は、測定された加速度ベクトルのそれぞれが最低加速度、たとえば、０．６ｍ／ｓ^２を上回る値を有していること、または車両の停止状態までブレーキングが実行されること、であり得る。

停止状態において測定されたオフセットベクトルが現実的であることを保証するために、さらに、測定されたオフセットベクトルが、定められた値を超えて、重力加速度から偏差してはならないことを条件として定めることができる。

互いに矛盾しない限り、さまざまな条件を任意に相互に組み合わせ、必要に応じて適合させることができる。そのような実施形態は、非現実的な測定に基づいた較正が、設定された条件によって無効であると宣言され、除外され得るという利点を有している。

本発明のさらなる有利な実施形態では、２つの、任意の、結果として生じる加速度ベクトルの値および／またはステップ（Ｄ）において決定されたそれらの角度が、定められた値、たとえば３°を超えて相違していない場合にのみ、ステップ（Ｄ）の後が続けられる。このような二次条件は、この場合においても、無効もしくは不正確な較正を識別し、それらを除外することができる。

択一的な実施形態では、測定値記録は、停止状態からの加速時に、ステップ（Ａ）に従って、センサの長手方向軸線および横方向軸線に沿って実行される。次に、記録された測定値の評価が、上述の手順と同様に行われる。

本発明の有利な実施形態では、さらに、この方法は、車両の通常の動作中に定常的に実施される、または定められた間隔で実施される。これは、センサの座標系が定常的に新たに位置合わせされ、これによって車両の加速度を常に正確に決定することができるという利点を有している。

本発明の装置は、請求項１記載の方法を実施するように構成されており、操作者によって操作され、操作者からコマンドを受け取るように構成されている操作ユニットを有している。装置はさらに、方法の実施中に収集されたデータを格納するように構成されているストレージユニット、方法の実施中に収集されたデータを処理するように構成されている計算ユニット、およびセンサによって検出されたデータの受信も、装置によって求められた、かつ／または処理されたデータの操作者または他のシステムへの出力も行うように構成されているデータインターフェイスを有している。

本発明のコンピュータプログラム製品は、請求項１記載のステップを自動的に実行し、したがってセンサの自動較正を保証するように構成されている。

以下では、添付の図を参照して、実施形態に基づいて本発明をより詳細に説明する。

鉄道車両と、その中に任意に配向されている加速度センサとを概略的に示す図である。 加速度センサの、自身の３つの座標軸線において測定された経過と、それに属する、測定された速度経過とを示す図である。 加速度センサの較正のための、車両のブレーキング中および停止状態における種々の時点での測定された３つの加速度ベクトルを示す図である。 オフセットベクトルによって調整された２つの加速度ベクトルを示す図である。 ローパスフィルタによってフィルタリングされ、オフセットベクトルによって調整された、図２の、加速度センサによって測定された加速度の経過を示す図である。 本発明の方法の実施形態の流れを説明するためのフローチャートを示す図である。

図１は、線路（２０）上の鉄道車両（１０）を示しており、鉄道車両（１０）は任意の配向で組み込まれた加速度センサ（３０）を有している。ここで、センサ（３０）の座標系（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}，ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}，ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）の配向は、鉄道車両（１０）の座標系（ｘ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}，ｙ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}，ｚ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}）の配向と一致していない。加速度センサ（３０）を使用して、車両（１０）の長手方向（ｘ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}）もしくは横方向（ｙ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}）における加速度を検出するために、まずはセンサ（３０）の座標系を車両の座標系に合うように較正しなければならない。これは、各座標系の対応する座標軸線が相互に平行に配向されている必要があることを意味している。このために、センサのｘ軸（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）は車両のｘ軸（ｘ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}）、すなわち車両の長手方向軸線に対応しているべきであり、センサのｙ軸（ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）は車両のｙ軸（ｙ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}）、すなわち車両の横方向軸線に対応しているべきであり、センサのｚ軸（ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）は車両のｚ軸（ｚ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}）、すなわち車両の垂直軸線に対応しているべきである。

このために、まずは、センサの垂直軸線ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}が車両の垂直軸線ｚ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}に合わせて較正される。ここで、加速度センサが搭載されている車両の部分は、トラックカントまたは傾斜を有しておらず、したがって完全に平坦な、平らにされた線路区間上に配置されている。ここで、この状態において加速度センサによって検出された加速度は、車両の垂直方向においてのみ作用する既知の重力加速度に対応する。したがって、センサの座標系は、センサの垂直軸線が車両の垂直軸線に平行に配向されているように位置合わせされ得る。

次に、センサの残りの２つの軸線ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}とｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}とが、車両の長手方向軸線もしくは横方向軸線（ｘ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}もしくはｙ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}）に合わせて較正される。このために、動作中または車両の始動走行中に、ｘ方向もしくはｙ方向におけるセンサの加速度経過が検出され、低速の速度範囲におけるブレーキングプロセス時およびその後の停止状態において評価される。小さい速度範囲でのこの評価によって、延在している可能性のある、線路の曲線半径の影響を減らすことができる。較正が成功する前に、センサ信号がシステムにおいて使用されることはない。

図２は、センサの３つの座標方向（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}，ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}，ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）において測定された加速度経過と、それに属する速度経過とを経時的に示している。車両の速度は直線的に低下するが、加速度経過はブレーキングの開始と停止状態の到達とを除いてほぼ一定である。すなわち、これらの経過は、ほぼ一定の減速を伴う車両のブレーキングプロセスを表している。ここで、センサのｘ方向における減速度は、ｙ方向における減速度よりも格段に大きい。データをより適切に処理できるようにするために、ローパスフィルタを使用してデータがフィルタリングされる。このローパスフィルタは、たとえば測定ノイズによって発生し得る経過の高周波成分を除去する。

評価は、較正窓およびオフセット窓を規定することから始まる。ここで２つの窓の開始および終了は、たとえば、車両の走行開始ジャークもしくは停車ジャークを介して規定されてよい。時間窓の持続時間が付加的に、測定結果または線路の状況に応じて調節されてよい。ここで較正窓の規定は、較正窓の開始が、検出された停車ジャークの時点の前の定められた期間、たとえば５秒によって規定されるように行われてよい。次に、較正窓の終了が、停車ジャークの時点の前の、第２の定められた、より小さい期間、たとえば１秒によって決定される。オフセット窓も、同様の手順によって規定されてよい。

較正窓を規定する別の手法は、較正窓が開始もしくは終了する車両速度に対する所定の閾値を定めることである。たとえば、車両が２ｍ／ｓの速度で走行しているときに窓が開始し、車両が僅か０．５ｍ／ｓの速度で走行しているときに窓が終了することが規定されてよい。

センサの較正には、２つの窓内の経過だけが使用される。同じ時点でのｘ成分とｙ成分とで構成される各加速度ベクトルが、較正窓とオフセット窓との両方において形成される。このために、図３ａには、較正窓からの測定された加速度ベクトルに対して、例示的に、２つの異なる時点での加速度を表す２つの加速度ベクトルａ_ｔ１とａ_ｔ２とが示されている。

オフセット窓からの測定された加速度ベクトルは平均化され、これによって、重力加速度による線路の上昇／傾斜もしくは横方向の傾斜（トラックカント）の静的な影響を排除するオフセットベクトルａ_ｏ（図３ａを参照）が得られる。次に、このオフセットベクトルａ_ｏを、測定された加速度ベクトル（図３ａのａ_ｔ１およびａ_ｔ２）から差し引いて、これによって、結果として生じる加速度ベクトル（図３ｂのａ_ｒ１およびａ_ｒ２）が得られる。これによって、この加速度ベクトルは、車両の長手方向ｘ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}におけるブレーキ力のみに対応する。

図４は、図２と同じ加速度経過を示しているが、図４に示されている経過は、ローパスフィルタによってフィルタリングされており、オフセットセクタを差し引くことによってすでにオフセット補正されている。さらに、第４のダイヤグラムは、図２のように、センサのｚ方向における加速度の経過をもはや示しておらず、以下でより詳細に論じられる角度の経過を示している。これらの経過において、較正窓とオフセット窓との両方が示されている。図３ａおよび図３ｂにおけるベクトルに対応する２つの時点ｔ_１およびｔ_２が、例として、較正窓内に示されている。

較正窓内に、結果として生じる加速度ベクトルが形成された後、各結果として生じる加速度ベクトルａ_ｒ（図３ｂのａ_ｒ１およびａ_ｒ２）に対して、角度ｗ_ｒ（図３ｂのｗ_ｒ１およびｗ_ｒ２）が定められる。この角度ぶんだけ、属する加速度ベクトルが、車両の長手方向軸線がそれに合わせて較正されるべきセンサのｘ軸から偏差している。

時間の経過に伴う角度ｗ_ｒの経過は、図４の最後のダイヤグラムに示されている。見て取れるように、角度ｗ_ｒは、示されている例では、比較的小さい値を取る。これは、ｙ方向における割合と比較して高い、ｘ方向における測定された加速度の割合によって説明される。較正窓内でのこのようにして得られたすべての角度ｗ_ｒの平均値形成によって、平均化された角度ｗ_ｍを計算することができ、このぶんだけ、センサの座標系を、そのｚ軸（垂直軸線）を中心に回転させなければならず、これによって、センサのｘ軸の配向は、車両の長手方向軸線と一致する。このような回転によって、センサの座標系は、車両の座標系に合うように較正されている。

図５は、本発明の実施形態による、鉄道車両の長手方向軸線に合わせた加速度センサのｘ軸の較正のためのフローチャートを示している。

操作者によってトリガ可能な、または設定された条件によってシステムによって自動的にトリガ可能なｘ軸の較正の開始後、最初に、ｘ軸較正に対する前条件が満たされているか否かが検査される。これらの前条件は、たとえば、鉄道車両の垂直軸線ｚ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}に合わせたセンサのｚ軸ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}の較正がすでに行われているか否か、車両の速度ｖが、要求されている最低速度ｖ_ｍｉｎよりも速いか否か、またはブレーキシステムによって適用される目標減速度が、最低目標減速度を超えているか否かである。前条件が満たされていない場合、この較正は無効であると宣言され、中止される。

前条件が満たされている場合、低速での走行時に、停止状態までのブレーキングプロセス中に、任意のルート区間上で、加速度センサによって、３つの座標方向すべてにおいて、加速度経過が記録される。これに続いて、測定された加速度経過が、測定の妥当性条件が満たされているか否かの検査の前に、たとえばローパスフィルタによってフィルタリングされる。このような条件（後条件）はたとえば、車両の停止状態までブレーキングを行う必要があること、各時点での測定された加速度ベクトルａ_ｔの値が定められた閾値ａ_ｍｉｎ、たとえば０．５ｍ／ｓ^２よりも大きいこと、または停止状態において、測定された加速度の値が、規定された値を超えて重力加速度から偏差していないことである。後条件が満たされていない場合、この較正は無効であると宣言され、中止される。

後条件が満たされている場合、上述のように、較正窓とオフセット窓とが、たとえば停車ジャークに関連して定められる。各窓において、種々の時点での加速度ベクトルが決定される。これらはそれぞれ、センサのｘ方向における成分とｙ方向における成分とで構成される。続いて、オフセット窓内の加速度ベクトルから、平均化によって、オフセットベクトルが決定され、これは続いて、較正窓からの加速度ベクトルａ_ｔの補正に使用される。したがって、このように計算された、結果として生じるベクトルａ_ｒは、車両の長手方向における車両の減速度を表す。次のステップにおいて、結果として生じる加速度ベクトルａ_ｒに属する、センサのｘ軸とベクトルａ_ｒとの間にある角度ｗ_ｒが、ｘ軸とｙ軸とにまたがる面において計算される。

次のステップにおいて、２つの、任意の、結果として生じるベクトルａ_ｒ１およびａ_ｒ２の結果として生じる角度ｗ_ｒ間の偏差と、各ベクトル値の偏差とがそれぞれ最大許容偏差を超えているか否かが検査される。偏差が許容範囲を超えている場合、この較正は無効であると宣言され、中止される。

偏差が許容範囲内にある場合、結果として生じる角度ｗ_ｒが平均化され、これによって平均角度ｗ_ｍが計算される。最後に、センサの座標系がこの角度ぶんだけ回転させられ、これによって、センサのｘ軸ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}が鉄道車両の長手方向軸線ｘ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}と同じ配向を有するようになる。

方法に関する独立請求項の発明的思想から逸脱することなく、加速度経過の測定値記録を、停止状態までのブレーキングプロセス時ではなく、相応に適合させられた境界条件を有する停止状態からの加速プロセス時に実行することもできることに留意されたい。

１０ 列車
２０ 線路
３０ センサ
ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ} センサの長手方向
ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ} センサの横方向
ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ} センサの垂直方向
ｘ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ} 鉄道車両の長手方向
ｙ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ} 鉄道車両の横方向
ｚ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ} 鉄道車両の垂直方向
ｖ 鉄道車両の速度
ａ_ｘ センサの長手方向における加速度
ａ_ｙ センサの横方向における加速度
ａ_ｚ センサの垂直方向における加速度
ｔ 時間
ａ_ｔ１ 時点ｔ１での加速度ベクトル
ａ_ｒ 結果として生じる加速度ベクトル
ａ_ｏ オフセットベクトル
ｗ_ｒ 結果として生じる加速度ベクトルの角度
ｗ_ｍ 平均化された角度

Claims (17)

1. 車両に搭載されている加速度センサ（３０）の長手方向軸線（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）および横方向軸線（ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）の配向を較正する方法であって、
   前記加速度センサ（３０）は、前記長手方向軸線（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）、前記横方向軸線（ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）および垂直軸線（ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）で構成される座標系を有しており、前記軸線はそれぞれ相互に垂直であり、
   前記方法は、
   ステップ（Ａ）として、低速での、前記車両（１０）のブレーキングプロセス時に、さらに停止状態において、時間経過にわたって、前記センサ（３０）の前記長手方向軸線および横方向軸線（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}もしくはｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）に沿って、前記加速度を測定する
   ステップ（Ｂ）として、前記センサの前記長手方向軸線（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）の方向における成分および前記横方向軸線（ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）の方向における成分で構成され、前記車両の前記測定された加速度に対する重力加速度の影響を表す、停止状態におけるオフセットベクトル（ａ_ｏ）を決定する
   ステップ（Ｃ）として、１つの時点での前記長手方向軸線および横方向軸線（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}およびｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）の方向における測定された各加速度で構成される少なくとも１つの測定された加速度ベクトル（ａ_ｔ）から前記オフセットベクトル（ａ_ｏ）を差し引くことによって、少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ）を求める
   ステップ（Ｄ）として、前記少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ）が車両の長手方向を指すように前記センサの前記座標系を変換する
   を有している、
   方法。
2. 前記ステップ（Ｄ）における前記センサの前記座標系の変換のために、前記センサの長手方向軸線（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）と前記少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ）との間の角度（ｗ_ｒ）を、前記センサの前記長手方向軸線（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）と横方向軸線（ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）とにまたがる面において計算し、前記センサの前記座標系を、前記センサのすでに較正された前記垂直軸線（ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）を中心に、計算された前記角度（ｗ_ｒ）ぶんだけ回転させる、請求項１記載の方法。
3. 前記センサの前記座標系を変換するために（ステップ（Ｄ））、前記垂直軸線（ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）を中心とした前記センサの前記座標系の前記回転のための回転マトリクスを求め、前記回転マトリクスは、ここで、前記センサの前記長手方向軸線および横方向軸線の方向における、前記少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ）の求められるべき単位ベクトルで構成される、請求項１記載の方法。
4. 前記ステップ（Ａ）の前に、前記センサの前記長手方向軸線（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）と前記横方向軸線（ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）とに垂直である、前記センサ（３０）の垂直軸線（ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）を、前記車両の垂直軸線（ｚ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}）に合わせて較正する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 平らにされた測定線路および／または較正された測定線路上で、かつ／または前記車両（１０）の停止状態において、前記センサの前記垂直軸線（ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）の前記較正を行う、請求項４記載の方法。
6. 前記ステップ（Ｃ）において求められた、前記少なくとも１つの、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ）は、較正窓内に存在し、前記較正窓は、定められた開始と定められた終了とを有しており、前記定められた開始と前記定められた終了とは時間的にシフト可能であり、かつ／または前記車両（１０）の停車ジャークに基づいて決定されてよく、
   較正に使用される、それぞれの、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ）は、前記較正窓内に位置している、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記ステップ（Ａ）と前記ステップ（Ｃ）との間で、前記センサの長手方向および横方向における、測定された加速度経過を、特にローパスフィルタによってフィルタリングする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記ステップ（Ｃ）において、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ）を複数求め、次に、求められた前記ベクトルに相応する角度（ｗ_ｒ）をそれぞれ計算し、これに続いて、前記角度（ｗ_ｒ）を、平均化された角度（ｗ_ｍ）を得るために平均化し、
   次に、前記センサの前記座標系を、計算された、前記平均化された角度（ｗ_ｍ）ぶんだけ、前記センサのすでに較正された前記垂直軸線（ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）を中心に回転させる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記ステップ（Ｃ）において、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ）を複数求め、次に、個別に求められた、前記結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ）を平均化し、
   前記センサの前記座標系の前記変換を、平均化された、前記結果として生じる加速度ベクトルに基づいて行い、この結果、前記結果として生じる加速度ベクトルが車両の長手方向を指す、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記オフセットベクトル（ａ_ｏ）を、前記ステップ（Ｂ）において、任意に定められたオフセット窓内で記録された、検出された複数の加速度ベクトル（ａ_ｔ）の平均値形成によって決定し、
    前記オフセット窓を有利には、前記車両の前記停車ジャークによって定める、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 前記ステップ（Ａ）の前に、条件、すなわち、前記車両の速度（ｖ）が、定められた最低速度（ｖ_ｍｉｎ）を上回っているか否か、および／または前記車両のブレーキシステムによって適用される目標減速度が、最低目標減速度を超えているか否か、および／または前記センサの前記垂直軸線（ｚ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）がすでに、前記車両の前記垂直軸線（ｚ_{Ｆａｈｒｚｅｕｇ}）に合わせて較正されているか否かを検査し、前記条件の１つが満たされない場合、前記較正を開始しない、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 前記ステップ（Ａ）の後に、条件、すなわち、各時点での測定された各加速度ベクトル（ａ_ｔ）が前記加速度経過の測定の間、停止状態付近まで、定められた最低加速度（ａ_ｍｉｎ）を上回る値を有していること、および／または前記ブレーキングが前記車両の停止状態まで実行されること、および／または停止状態において求められた、加速度ベクトルの前記値が、定められた値を下回って、重力加速度から偏差していることを検査し、前記条件の少なくとも１つが満たされない場合、前記較正を継続しない、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 前記ステップ（Ｄ）の後に、条件、すなわち、２つの、任意の、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ１）および（ａ_ｒ２）の前記値が、定められた値を下回って相違していること、および／または前記ステップ（Ｄ）において決定された、２つの、任意の、結果として生じる加速度ベクトル（ａ_ｒ１）および（ａ_ｒ２）の前記角度（ｗ_ｒ）が、定められた値を下回って相違していることを検査し、前記条件の少なくとも１つが満たされてない場合、前記較正を継続しない、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 前記測定値記録を、停止状態からの加速時に、前記ステップ（Ａ）に従って、前記センサの前記長手方向軸線（ｘ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）および前記横方向軸線（ｙ_{Ｓｅｎｓｏｒ}）に沿って実行し、低速から停止状態までの減速時には実行しない、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 前記方法を、通常の動作中に定常的に実施する、または定められた間隔で実施する、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
16. 請求項１記載の方法を実施するように構成されている装置であって、
    前記装置は、
    操作者によって操作され、操作者からコマンドを受け取るように構成されている操作ユニットと、
    前記方法の実施中に収集されたデータを格納するように構成されているストレージユニットと、
    前記方法の実施中に収集されたデータを処理するように構成されている計算ユニットと、
    センサによって検出されたデータの受信も、前記装置によって求められた、かつ／または処理されたデータの前記操作者または他のシステムへの出力も行うように構成されているデータインターフェイスとを有している、
    装置。
17. 請求項１から１２までのいずれか１項記載のステップを自動的に実行するように構成されているコンピュータプログラム製品。

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