KR20220019032A - 차량에 제공된 가속도 센서의 배향을 교정하기 위한 방법 - Google Patents

차량에 제공된 가속도 센서의 배향을 교정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레일 차량의 다축 감속 센서의 좌표 시스템을 교정(calibration)하기 위한 방법에 관한 것으로서, 센서의 수직 축을 차량의 수직 축(z차량)으로 교정하는 단계, 레일 차량(10)의 제동 과정 시, 낮은 속도에서 및 정지 상태에서 센서의 종방향 축(x센서) 및 횡방향 축(y센서)에 따른 가속도를 시간 곡선에 걸쳐 측정하는 단계, 정지 상태에서 부분적으로는 종방향(x센서)의 성분으로 및 부분적으로는 횡방향(y센서)의 성분으로 구성되고 중력 가속도가 레일 차량의 측정된 가속도에 미치는 영향을 나타내는 오프셋 벡터(aO)를 결정하는 단계, 및 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터(ar)가 차량 종방향을 나타내도록, 센서의 수직 축(z센서)에 대한 센서의 좌표 시스템의 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터(ar)를 확인하는 단계를 포함한다.

Description

차량에 제공된 가속도 센서의 배향을 교정하기 위한 방법
본 발명은 차량에 제공된 가속도 센서의 배향을 교정(calibration)하기 위한 방법, 특히 레일 차량의 다축 가속도 센서의 좌표 시스템의 배향을 교정하기 위한 방법, 본 방법을 수행할 수 있도록 구성된 장치 및 본 방법을 자동화된 방식으로 수행할 수 있도록 구성된 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
현대의 차량, 특히 레일 차량에서는, 경제적이고 편안하며 안전한 제동을 보장할 수 있도록 감속 조절기가 사용된다. 이러한 유형의 조절기는 예를 들어 특허 문헌 DE 10 2015 110 053 A1호 또는 DE 10 2011 052 545호에서 설명되며, 감속을 조절하기 위해 차량의 종방향으로 차량의 실제 감속 신호를 필요로 한다.
이러한 신호는 예를 들어 열차에 설치된 가속도 센서에 기초하여 확인될 수 있다. 차량 종방향으로의 가속은 여기서 경우에 따라서는 경사진 트랙에서 경사 구동력(downhill-slope force)의 부분만큼 보정될 필요가 있다. 차량의 종방향 가속도의 검출은 여기서 정확히 차량 종방향으로 배향된 단축 센서에 의해 수행될 수 있다.
그러나, 정확하게 정렬된 센서의 설치는 매우 소모적이고, 센서의 위치 설정과 관련하여 제한적이며, 편리하지 않다. 단축 센서에 대해 대안적으로, 다축 가속도 센서(특히 2축 또는 3축 센서)도 또한 사용될 수 있다. 특히, 적어도 3개의 축이 있는 센서가 사용될 때, 이러한 센서는 임의로 배향되어 차량에 설치될 수 있다. 이러한 유형의 센서들은 예를 들어 제어 장치(제동 제어기)에 통합되어 있으며, 이러한 제어 장치는 자체의 배향으로 임의로 차량에 배치될 수 있다.
그러나, 다축 센서는 열차의 종방향 또는 횡방향으로의 가속도를 정확하게 결정할 수 있도록, 우선 차량의 좌표 시스템으로 교정되어야 한다는 단점을 갖는다. 이러한 교정은 바람직하게는 곡선 반경, 트랙 캠버(camber)(트랙의 횡방향 경사) 또는 기울기를 포함하지 않아야 하는 평탄한 트랙 섹션에서 수행된다. 이러한 방식으로, 차량의 종방향 또는 횡방향 가속도의 편평하지 않은 트랙에서의 중력 가속도로 인해 발생하여 이에 따라 교정의 왜곡을 의미하는 센서의 종방향 또는 횡방향의 부분은 배제될 수 있다. 따라서, 모든 실제적이고 명백하게 편평한 및 직선인 경로 섹션, 그러나 곡선 반경, 트랙 캠버 및 기울기 또는 경사가 배제될 수 없는 경로 섹션은, 센서의 교정에 적합하지 않다. 차량 종방향 축에 대한 센서의 교정이 단지 차량의 동적 이동 시에만 수행될 수 있다는 사실로 인해, 평탄한 트랙 섹션이 차량의 길이보다 가능한 한 명백히 더 긴 것을 또한 필요로 한다.
이러한 유형의 트랙 섹션은, 실제 경로 네트워크에서는 거의 이용될 수 없으며, 교정된 트랙 섹션으로의 차량의 운송 및 이에 따른 교정은 또한 많은 시간, 물류 및 비용 소모로 연결된다.
따라서, 본 발명의 과제는 평탄한 트랙 섹션을 사용하지 않고도 정확한 교정을 수행할 수 있고, 이에 따라 교정을 위한 비용과 시간 소모를 감소시키는 것을 가능하게 하는, 차량에 제공된 가속도 센서의 종방향 축 및 횡방향 축의 배향을 교정하기 위한 방법 및 관련된 장치를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 독립 청구항에 따른 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 개발예는 종속 청구항에 포함된다.
센서의 수직 축은 센서의 횡방향 축 및 종방향 축에 수직이며, 이들은 다시 마찬가지로 서로에 대해 수직이고, 이는 명칭으로부터 명백해진다. 따라서, 3개의 축은 함께 센서의 좌표 시스템을 생성하며, 이는 본 발명에 따른 방법에 기초하여 마찬가지로 3개의 서로에 대해 수직인 축(종방향 축, 횡방향 축, 수직 축)으로 구성된 차량의 좌표 시스템으로 교정된다. 본 발명에 따른 방법은 복수의 단계로 구성된다.
제1 방법 단계(방법 단계(A))에서는, 임의로 선택된 경로 섹션에서 차량의 제동 시, 낮은 속도에서 및 정지 상태에서 센서의 종방향 축 및 횡방향 축의 방향으로의 (종방향으로의 또는 횡방향으로의) 가속도가 시간 곡선에 걸쳐 측정된다. 각각 동일한 시점에 대해 센서의 종방향으로의 및 횡방향으로의 가속도의 값을 각각 취함으로써 가속도 프로파일로부터 가속도 벡터가 형성될 수 있다. 따라서, 가속도 벡터의 양은 이러한 시점에 대해 차량의 측정된 가속도의 양을 나타낸다.
다음 단계(방법 단계(B))에서는, 정지 상태에서 측정된 가속도 벡터에 대응하는 오프셋 벡터가 결정된다. 이러한 오프셋 벡터에는 차량이 정지 상태에 위치된 트랙 섹션의 경사 또는 기울기 또는 비탈로 인한 경사 구동력에 의해 발생하는 센서의 종방향으로의 및 횡방향으로의 가속도가 포함된다. 이러한 트랙 섹션이 정확히 편평한 경우, 오프셋 벡터는 0 m/s2이다. 따라서, 이는 센서의 종방향 또는 횡방향으로 측정된 가속도에 대한 중력 가속도의 영향을 나타내고, 이에 따라 단지 차량이 위치된 트랙 섹션이 편평하지 않은 경우에만 발생한다.
이어서, 추가의 방법 단계(방법 단계(C))에서, 제동의 시점, 즉 차량이 이동되는 동안의 적어도 하나의 측정된 가속도 벡터는, 센서의 종방향으로 또는 횡방향으로의 가속도에 대한 중력 가속도의 영향(경사 구동력)에서 오프셋 벡터를 감산하여 조정된다. 따라서, 결과적인 가속도 벡터는 차량의 측정된 종방향 감속에 대응한다.
마지막 단계에서, 센서의 좌표 시스템은 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터가 차량의 종방향, 즉 차량의 좌표 시스템의 종방향 축의 방향을 가리키도록 변환된다.
유리한 실시예에서, 센서의 좌표 시스템을 차량의 좌표 시스템으로 변환하기 위해, 센서의 종방향 축과 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터 사이의 각도는 센서의 종방향 축과 횡방향 축에 걸쳐 있는 평면에서 계산된다. 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터는 여기서 이전 단계에서 오프셋 벡터에 의해 조정된 가속도 벡터이다. 복수의 확인된 결과적인 가속도 벡터와 평균화된 결과적인 가속도 벡터를 형성하기 위한 평균화의 경우, 센서의 종방향 축과 평균화된 결과적인 가속도 벡터 사이의 각도는 센서의 종방향 축과 횡방향 축에 걸쳐 있는 평면에서 계산된다.
마지막으로, 센서의 좌표 시스템은 센서의 이미 교정된 수직 축을 중심으로 계산된 각도만큼 회전된다. 따라서, 센서의 종방향 축은 차량의 종방향 축과 일치하게 되고, 축은 이에 대응하여 교정된다. 정의상 종방향 축은 횡방향 축에 대해 수직이기 때문에, 이에 따라 센서의 횡방향 축이 차량의 횡방향 축과 일치하는 것이 또한 보장된다. 본 방법은 작동 중 연속적으로 또는 간격을 두고 수행될 수 있으며, 이에 따라 센서의 교정은 연속적으로 또는 간격을 두고 갱신될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 방법 단계(D)에서 센서의 좌표 시스템을 변환하기 위해 센서의 좌표 시스템의 수직 축을 중심으로 한 회전을 위한 회전 매트릭스가 확인된다. 회전 매트릭스는 여기서 센서의 종방향 축 및 횡방향 축의 방향으로 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터의 확인될 단위 벡터로 구성된다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 제1 방법 단계(A) 이전에, 즉 낮은 속도에서 종방향 및 횡방향으로의 차량의 가속도 기록 전에, 센서의 수직 축이 차량의 수직 축으로 교정된다. 센서의 수직 축은 여기서 센서의 횡방향 축뿐만 아니라 종방향 축에 대해서도 또한 수직이다.
보다 유리하게는, 센서의 수직 축을 교정하는 단계는 평탄한 및/또는 교정된 측정 트랙 상에서 및/또는 레일 차량의 정지 상태에서 수행될 수 있다. 평탄한 트랙 섹션은 여기서, 센서가 설치되어 있는 레일 차량의 부분보다 더 길 필요는 없다. 따라서, 이러한 유형의 교정은 레일 차량이 완성될 때 이미 수행될 수 있다. 평탄한 트랙 섹션 상에서의 교정을 통해, 센서가 단지 순수하게 수직 방향으로 센서 상에 작용하는 중력 가속도만을 검출하는 것이 보장될 수 있다. 이러한 방식으로, 센서의 수직 축이 쉽게 교정될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 방법 단계(C)에서 확인된 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터는 교정 윈도우에 위치된다. 교정 윈도우는 설정된 시작 및 설정된 끝을 갖는 시간 윈도우이고, 이 둘은 각각 측정된 가속도 프로파일에 따라 각각 시간적으로 변위될 수 있다. 또한, 교정 윈도우의 시작과 끝은 예를 들어 차량의 정지 저크를 통해 정지될 때 또는 윈도우가 시작 또는 종료되는 설정된 속도 값을 기반으로 결정될 수 있다.
교정에 사용되는 모든 가속도 벡터는 교정 윈도우 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 차량이 너무 높은 속도 또는 너무 낮은 속도를 포함하는 영역과 같이 교정의 왜곡으로 이어질 수 있는 제동 과정의 섹션은 교정으로부터 배제될 수 있어, 결과의 품질이 개선된다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 방법 단계(A)에서 측정된 가속도 프로파일이 필터링되어, 가속도 프로파일로부터의 가능한 측정 노이즈 또는 다른 측정 오류가 제거될 수 있고, 이에 따라 교정 결과의 품질이 더욱 개선될 수 있다. 이 경우, 측정된 가속도 프로파일의 고주파 성분을 제거하는 저역 통과 필터에 의한 필터링이 특히 유리하다.
다른 유리한 실시예에서, 단지 하나 이상의 결과적인 가속도 벡터가 방법 단계(C)에서 확인된다. 그런 다음, 개별적으로 확인된 결과적인 가속도 벡터가 평균화된다. 좌표 시스템의 변환은 이 경우, 평균화된 결과적인 가속도 벡터에 기초하여 수행되므로, 이러한 가속도 벡터는 차량 종방향으로, 즉 차량의 종방향 축의 방향으로 나타난다. 이러한 유형의 실시예는, 교정 윈도우 내에서 복수의 가속도 벡터가 고려된다는 이점을 가지며, 이에 의해 개별 가속도 벡터의 경우 측정 부정확성이 결과를 덜 강하게 왜곡한다. 또한, 이러한 방식으로 종방향 또는 횡방향(기울기 또는 트랙 캠버)의 트랙의 경사에 존재할 수 있는 약간의 차이는 교정 윈도우에서 보상될 수 있다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 오프셋 벡터는 방법 단계(B)에서, 검출된 다양한 가속도 벡터의 평균값 형성을 통해 형성된다. 가속도 벡터는 센서의 종방향으로의 일 성분 및 횡방향으로의 일 성분으로 구성되며, 설정된 오프셋 윈도우 내에 위치되고, 이러한 오프셋 윈도우는 차량이 정지 상태에 위치되고 예를 들어 차량의 정지 저크에 기초하여 설정될 수 있는 시간 윈도우를 나타낸다. 이러한 방식으로, 차량의 정지 상태 동안 측정의 부정확성이 감소될 수 있고, 가능한 한 정확한 오프셋 벡터가 확인될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 측정값 기록 전에 방법 단계(A)에서 적어도 하나의 전제 조건이 검사된다. 이러한 전제 조건은 예를 들어 차량의 속도가 설정된 최소 속도보다 더 크고 그리고/또는 차량의 제동 시스템에 의해 적용된 목표 감속이 설정된 최소 목표 감속, 예를 들어 0.8 m/s2보다 더 큰 경우를 말한다. 이러한 방식으로, 측정값 기록이 부정확한 결과를 야기할 확률이 감소될 수 있으므로, 이에 따라 교정의 품질이 향상될 수 있다. 이러한 조건들 중 적어도 하나가 충족되지 않는 경우, 교정은 무효로 언명되고 중단된다.
본 발명의 실시예는 가속도 프로파일의 측정값 기록 후에 방법 단계(A)에서 특정 2차 조건이 검사된다는 점에서 또한 유리하다. 예를 들어 가속도 프로파일의 측정 시 차량의 속도가 설정된 최소 속도보다 더 크다는 조건으로 설정될 수 있다.
추가의 조건들은 측정된 가속도 벡터의 각각이 최소 가속도보다 더 큰 양, 예를 들어 0.6 m/s2를 포함하거나, 또는 차량이 정지 상태가 될 때까지 제동이 수행되는 경우일 수 있다.
정지 상태에서 측정된 오프셋 벡터가 사실적인 것임을 보장하기 위해, 측정된 오프셋 벡터가 중력 가속도로부터 설정된 양을 초과하여 벗어나지 않아야 한다는 조건으로도 또한 설정될 수 있다.
서로 모순되지 않는 한, 다양한 조건들은 여기서 임의로 서로 조합되고, 필요한 경우 조정될 수 있다. 이러한 유형의 실시예는 비현실적인 측정으로 인한 교정이 설정된 조건들에 의해 무효로 언명되고 배제될 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 방법 단계(D)는 단지, 2개의 임의의 결과적인 가속도 벡터의 양 및/또는 방법 단계(D)에서 결정된 이들의 각도가 설정된 양, 예를 들어 3°를 초과하여 서로 상이하지 않은 경우에만 계속된다. 이러한 유형의 2차 조건은 이러한 경우에도 또한 유효하지 않은 또는 부정확한 교정을 식별할 수 있고, 이를 배제할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 방법 단계(A)에 따라 센서의 종방향 축 및 횡방향 축을 따른 측정값 기록은 정지 상태로부터 가속될 때 수행된다. 기록된 측정값의 평가는 이 경우, 상기 설명된 절차와 유사하게 수행된다.
본 발명의 유리한 실시예에서, 본 방법은 또한 차량의 정규 작동 동안 연속적으로 또는 설정된 간격으로 수행된다. 이것은, 센서 좌표 시스템이 연속적으로 새로 정렬되고, 이에 따라 차량 가속도의 정확한 결정이 항상 가능하다는 이점을 갖는다.
본 발명에 따른 장치는 청구항 제1항에 따른 방법을 수행하도록 구성되고, 조작자에 의해 조작될 수 있고, 조작자로부터 명령을 수신할 수 있도록 구성된 조작 유닛을 포함한다. 또한, 방법 동안 수집된 데이터를 저장할 수 있도록 구성된 저장 유닛, 방법 동안 수신된 데이터를 처리할 수 있도록 구성된 컴퓨팅 유닛, 및 센서로부터 검출된 데이터를 수신할 뿐만 아니라, 장치에 의해 확인된 및/또는 처리된 데이터를 조작자 또는 다른 시스템으로 또한 출력할 수 있도록 구성된 데이터 인터페이스를 포함한다.
본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램 제품은 청구항 제1항에 따른 방법 단계를 자동화된 방식으로 수행하고 이에 따라 센서의 자동화된 교정을 보장하도록 구성된다.
이하에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 이러한 실시예에 기초하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 레일 차량 및 그 내부에 임의로 배향된 가속도 센서를 개략적으로 도시한다.
도 2는 3개의 좌표 축으로의 가속도 센서의 측정된 프로파일 및 측정된 관련 속도 프로파일을 도시한다.
도 3a는 가속도 센서의 교정을 위해 차량의 제동 중 및 정지 상태에서 서로 상이한 시점에 측정된 3개의 가속도 벡터를 도시한다.
도 3b는 오프셋 벡터에 의해 조정된 2개의 가속도 벡터를 도시한다.
도 4는 저역 통과 필터에 의해 필터링되고 오프셋 벡터에 의해 조정된, 가속도 센서에 의해 측정된 도 2로부터의 가속도의 프로파일을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 실시예의 프로세스를 표현하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 1은 트랙(20) 상의 레일 차량(10)을 도시하고, 레일 차량(10) 내에 임의로 배향된 방식으로 설치된 가속도 센서(30)를 포함한다. 센서(30)의 좌표 시스템의 배향(x센서, y센서, z센서)은 여기서 레일 차량(10)의 좌표 시스템의 배향(x차량, y차량, z차량)에 대응하지 않는다. 가속도 센서(30)로 차량(10)의 종방향(x차량) 또는 횡방향(y차량)의 가속도를 검출할 수 있도록, 센서(30)의 좌표 시스템은 우선 차량의 좌표 시스템으로 교정되어야 한다. 이것은, 각각의 좌표 시스템의 대응하는 좌표 축이 서로에 대해 평행하게 배향되어야 한다는 것을 의미한다. 이를 위해, 센서의 x축(x센서)은 차량의 x축(x차량), 즉 차량 종방향 축에 대응하고, 센서의 y축(y센서)은 차량의 y축(y차량), 즉 차량 횡방향 축에 대응하고, 및 센서의 z축(z센서)은 차량의 z축(z차량), 즉 차량 수직 축에 대응하도록 정의된다.
이를 위해, 우선 센서의 수직 축(z센서)이 차량의 수직 축(z차량)으로 교정된다. 이 경우, 가속도 센서가 설치되어 있는 차량의 부분은, 트랙 캠버 또는 경사를 포함하지 않고 이에 따라 완전히 편평한, 평탄한 트랙 섹션 상에 배치된다. 이러한 상태에서 가속도 센서에 의해 검출된 가속도는 여기서 차량의 수직 방향으로만 작용하는 공지된 중력 가속도에 대응한다. 따라서, 센서의 좌표 시스템은 센서의 수직 축이 차량의 수직 축에 평행하게 배향되는 방식으로 정렬될 수 있다.
그런 다음, 센서의 다른 2개의 축(x센서 및 y센서)을 차량의 종방향 축 또는 횡방향 축(x차량 또는 y차량)으로 교정하는 단계가 수행된다. 이를 위해, x 방향 또는 y 방향으로의 센서의 가속도 프로파일은 차량의 작동 중 또는 시동 구동 중에 검출되고, 제동 과정 동안 낮은 속도의 속도 범위와 후속 정지 상태에서 평가된다. 작은 속도 범위에서의 평가를 통해, 트랙이 통과될 수 있는 곡선 반경의 영향이 감소될 수 있다. 성공적인 교정 이전에는, 센서 신호가 시스템에서 사용되지 않는다.
도 2는 센서의 3개의 좌표 방향(x센서, y센서, z센서)으로의 측정된 가속도 프로파일 및 시간에 따른 관련된 속도 프로파일을 도시한다. 차량의 속도는 선형으로 감소하는 반면, 가속도 프로파일은 제동 시작 및 정지 상태에 도달하는 것을 제외하고는 거의 일정하다. 따라서, 프로파일은 거의 일정한 감속을 갖는 차량의 제동 과정을 나타낸다. 이 경우, 센서의 x 방향으로의 감속은 y 방향으로의 감속에 비해 명백히 더 크다. 데이터를 보다 잘 처리할 수 있도록, 데이터는 예를 들어 측정 노이즈를 통해 발생할 수 있는 프로파일의 고주파 성분을 제거하는 저역 통과 필터를 사용하여 필터링된다.
평가는 교정 윈도우와 오프셋 윈도우의 정의로 시작된다. 2개의 윈도우의 시작과 끝은 여기서 예를 들어 차량의 시작 또는 정지 저크를 통해 정의될 수 있다. 시간 윈도우의 지속 시간은 추가적으로 측정 결과 또는 트랙 조건에 따라 설정될 수도 있다. 교정 윈도우의 정의는, 여기서 교정 윈도우의 시작이 검출된 정지 저크의 시점 이전에 설정된 시간, 예를 들어 5초에 의해 정의되도록 수행될 수 있다. 이 경우, 교정 윈도우의 끝은 설정된 더 작은 제2 시간, 예를 들어 1초에 의해 정지 저크의 시점 이전에 결정된다. 오프셋 윈도우는 유사한 절차를 통해 또한 정의될 수도 있다.
교정 윈도우를 정의하기 위한 다른 가능성은, 교정 윈도우가 시작되거나 또는 끝나는 차량 속도에 대해 설정된 임계값을 설정하는 것에 있다. 예를 들어 차량이 2 m/s의 속도로 주행할 때 윈도우가 시작되고, 차량이 단지 0.5 m/s의 속도로 주행할 때 윈도우가 종료되는 것이 정의될 수 있다.
센서의 교정을 위해, 단지 2개의 윈도우 내의 프로파일만이 사용된다. 동일한 시점에 x 성분 및 y 성분으로 구성된 가속도 벡터는 각각 교정 윈도우뿐만 아니라 오프셋 윈도우에서도 또한 형성된다. 이를 위해, 도 3a에는 교정 윈도우로부터 측정된 가속도 벡터에 대해 예시적으로, 2개의 상이한 시점에서의 가속도를 나타내는 2개의 가속도 벡터(at1 및 at2)가 도시되어 있다.
측정된 가속도 벡터가 오프셋 윈도우로부터 평균화되어, 이를 통해 중력 가속도를 통한 트랙의 기울기/경사 또는 횡방향 경사(트랙 캠버)의 정적 영향을 제거하는 오프셋 벡터(aO)(도 3a 참조)를 획득할 수 있다. 그런 다음, 이러한 오프셋 벡터(aO)는 측정된 가속도 벡터(도 3a에서 at1 및 at2)에서 감산되어, 이에 따라 차량의 종방향(x차량)으로의 제동력에만 해당하는 결과적인 가속도 벡터(도 3b에서 ar1 및 ar2)를 획득할 수 있다.
도 4는 도 2와 동일한 가속도 프로파일을 도시하지만, 그러나 도 4에 도시된 프로파일은 저역 통과 필터에 의해 필터링되고, 오프셋 섹터의 감산을 통해 이미 오프셋 교정되어 있다. 또한, 제4 다이어그램은 도 2에서와 같이 센서의 z 방향으로의 가속도의 프로파일은 더 이상 나타내지 않고, 일 각도의 프로파일을 도시하는데, 이는 이하에서 보다 상세히 논의된다. 프로파일에는 교정 윈도우뿐만 아니라 오프셋 윈도우도 또한 표현된다. 도 3a 및 도 3b의 벡터에 대응하는 2개의 시간(t1 및 t2)은 예시적으로 교정 윈도우 내에 표시되어 있다.
결과적인 가속도 벡터가 교정 윈도우 내에 형성된 후, 각각의 결과적인 가속도 벡터 ar(도 3b에서의 ar1 및 ar2)에 대해 각도 wr(도 3b에서의 wr1 및 wr2)가 결정되어, 관련된 가속도 벡터가 차량의 종방향 축에 맞게 교정되어야 하는 센서의 x축으로부터 이러한 각도만큼 상이해진다.
시간에 따른 각도(wr)의 프로파일은 도 4의 마지막 다이어그램에 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 각도(wr)는 도시된 예시에서 비교적 작은 값에 도달하며, 이는 y 방향의 성분에 비해 x 방향의 측정된 가속도의 높은 성분을 통해 설명될 수 있다. 이에 따라 교정 윈도우 내에 획득된 모든 각도(wr)의 평균값 형성을 통해, 센서의 좌표 시스템이 z축(수직 축)을 중심으로 회전되어야 하고, 이에 따라 센서의 x축의 배향이 차량의 종방향 축과 일치될 수 있는 평균 각도(wm)가 계산될 수 있다. 이러한 회전을 통해, 센서의 좌표 시스템은 차량의 좌표 시스템으로 교정된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 차량의 종방향 축에 대해 가속도 센서의 x축을 교정하기 위한 흐름도를 도시한다.
조작자에 의해 또는 시스템을 통해 사전 설정된 조건에 의해 자동으로 트리거될 수 있는 x축 교정이 시작된 후, 우선 x축 교정을 위한 전제 조건이 충족되는지의 여부가 검사된다. 이러한 전제 조건은 예를 들어 레일 차량의 수직 축(z차량)에 대한 센서의 z축(z센서)의 교정이 이미 수행되었는지, 차량의 속도(v)가 요구된 최소 속도(vmin)보다 더 빠른지, 또는 제동 시스템에 의해 적용된 목표 감속이 최소 목표 감속을 초과하는지의 여부이다. 전제 조건이 충족되지 않으면, 교정은 무효로 언명되고 중단된다.
전제 조건이 충족되면, 임의의 경로 섹션에서 정지 상태가 될 때까지의 제동 과정에서 낮은 속도로 주행될 때 가속도 센서에 의해 3개의 모든 좌표 방향으로의 가속도 프로파일의 기록이 수행된다. 그런 다음, 측정된 가속도 프로파일은 측정의 유효성 조건이 충족되었는지의 여부를 결정하기 위한 검사가 수행되기 전에 예를 들어 저역 통과 필터에 의해 필터링된다. 이러한 유형의 조건(2차 조건)은 예를 들어 차량이 정지 상태가 될 때까지 제동이 수행되어야 하고, 각 시점에 대해 측정된 가속도 벡터(at)의 양이 설정된 임계값(amin), 예를 들어 0.5 m/s2보다 더 크거나, 또는 정지 상태에서 측정된 가속도의 양이 중력 가속도로부터 정의된 양보다 많이 벗어나지는 않는 것이다. 2차 조건이 충족되지 않으면 교정은 무효로 언명되고 중단된다.
2차 조건이 충족되는 경우, 교정 윈도우와 오프셋 윈도우는 위에서 설명된 바와 같이, 예를 들어 정지 저크에 따라 설정된다. 각각의 윈도우에서 가속도 벡터는 다양한 시점에 대해 결정되며, 각각은 센서의 x 방향의 성분과 y 방향의 성분으로 구성된다. 이어서, 가속도 벡터로부터 평균화를 통해 오프셋 윈도우 내에서 오프셋 벡터가 결정되고, 그런 다음 교정 윈도우로부터 가속도 벡터(at)를 수정하기 위해 사용된다. 이에 따라 계산된 결과적인 벡터(ar)는 따라서, 차량의 종방향으로의 감속을 나타낸다. 다음 단계에서, 센서의 x축과, x축 및 y축에 걸쳐 있는 평면에서의 벡터(ar) 사이의 결과적인 가속도 벡터(ar)와 관련된 각도(wr)가 계산된다.
추가의 단계에서, 임의의 2개의 결과적인 벡터(ar1 및 ar2)의 결과적인 각도(wr) 사이의 편차 및 벡터 양의 편차는 각각 최대 허용 편차를 초과하는지의 여부가 검사된다. 허용 편차를 초과하는 경우, 교정은 무효로 언명되고 중단된다.
편차가 허용 범위 내에 있으면, 결과적인 각도(wr)가 평균화되고 이를 통해 평균 각도(wm)가 계산된다. 그런 다음, 이를 중심으로 센서의 좌표 시스템이 회전되어, 센서의 x축(x센서)이 레일 차량의 종방향 축(x차량)과 동일한 배향을 포함한다.
가속도 프로파일의 측정값 기록은, 정지 상태가 될 때까지의 제동 과정 대신, 정지 상태로부터의 가속 과정 동안 대응하게 조정된 경계 조건으로, 여기서 독립 방법 청구항의 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고 수행될 수 있다는 것에 주목해야 한다.
10 : 열차
20 : 트랙
30 : 센서
x센서 : 센서의 종방향
y센서 : 센서의 횡방향
z센서 : 센서의 수직 방향
x차량 : 레일 차량의 종방향
y차량 : 레일 차량의 횡방향
z차량 레일 차량의 수직 방향
v : 레일 차량의 속도
ax : 센서의 종방향으로의 가속도
ay : 센서의 횡방향으로의 가속도
az : 센서의 수직 방향으로의 가속도
t : 시간
at1 : 시점(t1)에 대한 가속도 벡터
ar : 결과적인 가속도 벡터
aO : 오프셋 벡터
wr : 결과적인 가속도 벡터의 각도
wm : 평균화된 각도

Claims (17)

  1. 각각 서로에 대해 수직인 종방향 축(x센서), 횡방향 축(y센서) 및 수직 축(z센서)으로 구성된 좌표 시스템을 갖는, 차량에 제공된 가속도 센서(30)의 상기 종방향 축(x센서) 및 상기 횡방향 축(y센서)의 배향을 교정(calibration)하기 위한 방법으로서,
    (A) 상기 차량(10)의 제동 과정 시, 낮은 속도에서 및 정지 상태에서 상기 센서(30)의 상기 종방향 축(x센서) 및 상기 횡방향 축(y센서)을 따른 가속도를 시간 곡선에 걸쳐 측정하는 단계,
    (B) 상기 정지 상태에서, 상기 종방향 축(x센서)의 방향으로 일 성분 및 상기 횡방향 축(y센서)의 방향으로 일 성분으로 구성되고 중력 가속도가 상기 차량의 상기 측정된 가속도에 미치는 영향을 나타내는 오프셋 벡터(aO)를 결정하는 단계,
    (C) 적어도 하나의 측정된 가속도 벡터(at)에서 상기 오프셋 벡터(aO)를 감산하여, 일 시점에 대해 상기 종방향 축 및 상기 횡방향 축(x센서 및 y센서)의 방향으로 측정된 각 가속도로 구성된 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터(ar)를 확인하는 단계, 및
    (D) 상기 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터(ar)가 차량 종방향을 나타내도록, 상기 센서의 상기 좌표 시스템을 변환하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방법 단계(D)에서 상기 센서의 상기 좌표 시스템을 변환하기 위해, 상기 센서의 상기 종방향 축(x센서)과 상기 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터(ar) 사이의 각도(wr)가 상기 센서의 상기 종방향 축(x센서)과 상기 횡방향 축(y센서)으로 걸쳐 있는 평면에서 계산되고, 상기 센서의 상기 좌표 시스템은 상기 센서의 상기 이미 교정된 수직 축(z센서)을 중심으로 상기 계산된 각도(wr)만큼 회전되는 것인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방법 단계(D)에서 상기 센서의 상기 좌표 시스템을 변환하기 위해, 상기 센서의 상기 좌표 시스템의 상기 수직 축(z센서)을 중심으로 한 회전을 위한 회전 매트릭스가 확인되고, 상기 회전 매트릭스는 상기 센서의 상기 종방향 축 및 상기 횡방향 축의 방향으로 상기 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터(ar)의 확인될 단위 벡터로 구성되는 것인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 단계(A) 전에, 상기 센서의 상기 종방향 축(x센서) 및 상기 횡방향 축(y센서)에 대해 수직인 상기 센서(30)의 수직 축(z센서)이 상기 차량의 상기 수직 축(z차량)으로 교정되는 것인, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 센서의 상기 수직 축(z센서)을 교정하는 단계는 평탄한 및/또는 교정된 측정 트랙 상에서 및/또는 상기 차량(10)의 정지 상태에서 수행되는 것인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 단계(C)에서 확인된 상기 적어도 하나의 결과적인 가속도 벡터(ar)는 시간적으로 변위될 수 있는 설정된 시작 및 설정된 끝을 포함하는 교정 윈도우에 위치되며, 및/또는 상기 차량(10)의 정지 저크에 기초하여 결정되고, 상기 교정에 사용되는 각각의 결과적인 가속도 벡터(ar)는 상기 교정 윈도우 내에 위치되는 것인, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 단계 (A)와 (C) 사이에서 상기 센서의 종방향 및 횡방향으로의 상기 측정된 가속도 프로파일이 특히 저역 통과 필터에 의해 필터링되는 것인, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 단계(C)에서 하나 이상의 결과적인 가속도 벡터(ar)가 확인되고, 이에 따라 상기 확인된 벡터에 대응하는 각도(wr)가 각각 계산되고, 상기 각도(wr)는 추후에 평균화된 각도(wm)를 획득할 수 있도록 평균화되고, 이어서 상기 센서의 상기 좌표 시스템은 상기 센서의 상기 이미 교정된 수직 축(z차량)을 중심으로 상기 계산된 평균화된 각도(wm)만큼 회전되는 것인, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 단계(C)에서 단지 하나 이상의 결과적인 가속도 벡터(ar)가 확인되고, 이어서 상기 개별적으로 확인된 결과적인 가속도 벡터(ar)가 평균화되고, 상기 센서의 상기 좌표 시스템의 변환이 상기 평균화된 결과적인 가속도 벡터에 기초하여 수행되어, 상기 가속도 벡터는 차량 종방향을 나타내는 것인, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 오프셋 벡터(aO)는 상기 방법 단계(C)에서 임의로 설정된 오프셋 윈도우에 기록된 복수의 검출된 가속도 벡터(at)의 평균값 형성을 통해 결정되고, 상기 오프셋 윈도우는 유리하게는 상기 차량의 상기 정지 저크에 의해 설정되는 것인, 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 단계(A) 이전에, 상기 차량의 속도(v)가 설정된 최소 속도(vmin)보다 더 큰지 및/또는 상기 차량의 제동 시스템에 의해 적용된 목표 감속이 최소 목표 감속을 초과하는지 및/또는 상기 센서의 상기 수직 축(z센서)이 상기 차량의 상기 수직 축(z센서)에 대해 이미 교정되었는지의 여부가 검사되고, 상기 조건들 중 하나가 충족되지 않는 경우, 상기 교정은 시작되지 않는 것인, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 단계(A) 이후에, 거의 정지 상태가 될 때까지 상기 가속도 프로파일의 상기 측정 동안 각각의 시점에 대해 각각의 측정된 가속도 벡터(at)가, 설정된 최소 가속도(amin)보다 더 큰 양을 갖는지 및/또는 상기 차량의 정지 상태가 될 때까지 상기 제동이 수행되는지 및/또는 상기 정지 상태에서 확인된 가속도 벡터의 양이 상기 중력 가속도로부터 설정된 양 미만으로 상이한지의 조건들이 검사되고, 상기 조건들 중 적어도 하나가 충족되지 않는 경우, 상기 교정은 계속되지 않는 것인, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 단계(D) 이후에, 2개의 임의의 결과적인 가속도 벡터(ar1) 및 (ar2)의 양이 서로에 대해 설정된 양 미만으로 벗어나는지 및/또는 상기 2개의 임의의 결과적인 가속도 벡터(ar1) 및 (ar2)의 상기 방법 단계(D)에서 결정된 각도(wr)가 설정된 양 미만으로 서로에 대해 상이한지의 조건들이 검사되고, 상기 조건들 중 적어도 하나가 충족되지 않는 경우, 상기 교정이 계속되지 않는 것인, 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법 단계(A)에 따라 상기 센서의 상기 종방향 축(x센서) 및 상기 횡방향 축(y센서)을 따른 측정값 기록은 정지 상태로부터 가속될 때 수행되고, 낮은 속도로부터 정지 상태까지 제동될 때에는 수행되지 않는 것인, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 정규 작동 동안 연속적으로 또는 설정된 간격으로 수행되는 것인, 방법.
  16. 제1항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 장치로서,
    조작자에 의해 조작될 수 있고, 명령을 수신할 수 있도록 구성된 조작 유닛,
    상기 방법 동안 수집된 데이터를 저장할 수 있도록 구성된 저장 유닛,
    상기 방법 동안 수집된 데이터를 처리할 수 있도록 구성된 컴퓨팅 유닛, 및
    상기 센서에 의해 검출된 데이터를 기록할뿐만 아니라, 상기 장치에 의해 확인된 및/또는 처리된 데이터를 상기 조작자 또는 다른 시스템에 또한 출력할 수 있도록 구성된 데이터 인터페이스
    를 포함하는, 장치.
  17. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법 단계를 자동화된 방식으로 수행할 수 있도록 구성된 컴퓨터 프로그램 제품.
KR1020227000716A 2019-06-25 2020-06-15 차량에 제공된 가속도 센서의 배향을 교정하기 위한 방법 KR102667255B1 (ko)

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