SE515147C2 - Positionsdetekteringssystem för styrda fordon - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 515147 2 . « ~ @ n; verkliga position längs med dess färdväg. Av detta skäl har sökanden utvecklat ett positionsdetekteringssystem som är baserat på kunskap om positionen hos fordonet i tåget på spåret och på förkunskaper om färdvägen för den resa som skall göras.

Systemet i enlighet med föreliggande uppfinning identifierar kontinuerligt den linjära rörelsehastigheten och den absoluta positionen hos fordonen under en känd resa.

Förfarandet för att beräkna fordonets absoluta posi- tion baseras på mätning av de inkrementerade variation- erna i dess position, som korrigeras i kurvorna med ut- nyttjande av de dynamiska signalerna från fordonet, vilka är känsliga för egenskaperna hos de kurvor som dyker upp.

Fig 1 är ett blockschema över systemet i enlighet med föreliggande uppfinning.

Fig 2 är en koordinatrepresentation av en graf över en kurva längs en färdväg som skall tas av fordonet.

Fig 3 är en komparativ representation av kurvan i fig 2 i förhållande till den verkliga kurva som erhållits för en praktisk implementering av systemet.

Fig 4 är en komparativ representation av kurvan i fig 2 i förhållande till den verkliga kurva som erhållits genom en annan praktisk implementering av systemet.

Nedan kommer ett exempel på en praktisk implementer- ing av föreliggande uppfinning att beskrivas på ett icke begränsande sätt. Vi utesluter inte på något sätt andra implementeringar i vilka ytterligare förändringar har gjorts men som inte avviker från de grundläggande princi- perna i enlighet med föreliggande uppfinning; i motsats därtill innefattar föreliggande uppfinning alla varianter därav.

I fig 1 visas: En minnesmodul (1), rörande den färdväg som fordonet kan färdas. som innehåller information Färdvägen delas upp i sektioner, varvid varje sektion identifieras u | - » n. - 1 - ø en 10 15 20 25 30 35 ø u e | n 515147 3 av sina parametrar sektionens radie (R) , (absolut position, och sektionens längd).

En uppsättning sensorer (2), cken, som ger tre dynamiska parametrar: till exempel två sty- En upptagare som är känslig för rörelser i en kurva (3), till exempel en sensor för att mäta fordonets svängningshastighet i en krök, (fordonets vinkelhastighet med avseende på en axel som är vinkelrät i förhållande till rörelseplanet). Fordonets svängningshastighet i en krök kan erhållas indirekt ur data som kommer från upptagare, vilka data baseras på mätningar av sido- acceleration, sidoförskjutningar hos stötdämparelementen, etc.

Vad avser fysikaliska och matematiska egenskaper är dessa variabler relaterade till varandra så att sensorn i sig eller dess placering kan varieras så länge dess ap- plikation är den angivna. (4) variationer i fordonets position och i dess absoluta has- En upptagare för relativ position för att mäta tighet i rörelseriktningen. Exempelvis kan denna sensor vara anordnad i ett eller flera av fordonets hjul, i vil- ket fall de innefattar en kodare som rapporterar vilken vinkel hjulet har roterat i förhållande till fordonets chassi. Denna mätning ger direkt variationerna i for- donets position. Den absoluta hastigheten i rörel- seriktningen erhålles genom att den tidigare nämnda sig- nalen matas genom en frekvens-/spänningsomvandlare eller också medelst en pulsräknare för konstanta tidsintervall. (5) tillräcklig beräkningskapacitet för att evaluera de En beräknings- och korrigeringsenhet CPU som har styralgoritmer som systemet behöver och för att ta fram (d), Det grundläggande systemet kan understödjas av och nödvändiga data till exempel position och hastighet. förbättras genom två andra element vilkas anordnande är ett valfritt alternativ. Man kan lägga till den ena eller den andra, båda eller ingen, beroende på hur de kan an- vändas. Även om de inte är essentiella för systemets v » | « f» l5 20 25 30 35 u | | x .q 515147 4 funktion, förbättrar användning av dem tillförlitligheten hos och användarvänligheten hos det färdiga systemet. De är: (6). ner av en serie fyrar som är placerade längs med den fyravkännande utrustning Denna utrustning kän- färdväg som skall följas vid absoluta positioner som är kända med stor exakthet. När utrustningen detekterar en fyr underrättar den omedelbart CPU (5) (l) för att hitta De fyrar som används kan hos systemet, varvid denna läser i sitt minne motsvarande absoluta position. vara aktiva (med elektrisk anslutning till en extern eller intern strömkälla) och/eller passiva (utan elek- trisk anslutning till någon strömkälla).

GPS (7). Globala positioneringssystem är utrustning som kan detektera den (globalt positioneringssystem) absoluta positionen hos en mottagare som är placerad var som helst på jorden. De utnyttjar information som erhålles från satelliter som kretsar kring jorden i banor som inte är geostationära. När fordonet befinner sig i vila möjliggör den information som erhålls från en GPS- mottagare att ett initialvärde erhålles.

Nedan kommer ett exempel på en praktisk implementer- ing av föreliggande uppfinning i drift att beskrivas.

Fordonet börjar att färdas från en ursprunglig abso- lut position vilken har erhållits från någon automatiskt GPS till exempel) (tangentbord). Beräknings- och utrustning (spårslutet, fyr, eller någon manuell utrustning (5) som erhålles från sensorn för relativ position använder senare den information (4) att uppdatera fordonets absoluta position. Mätningar, (4), såsom slitage på mäthjulet, variationer korrigeringsenheten för såsom de som utförs av denna sensor olika felkällor, i hjuldiametern, hjulet, fordonet, kan påverkas av variationer i den kurs som följes av hjulglidning under drivfasen eller bromsfasen hos etc. Detta betyder att mätningar av absoluta positioner som erhålles genom positionssensorn (4) För att förbättra inte behöver vara helt korrekta.

» Q | - n; lO l5 20 25 30 35 ; ø v u aa u 515147 5 nogrannheten innefattar systemet algoritmer för att korrigera den fordonsposition som beräknas med hjälp av informationen från postionsmätenheten. Dessa korrigeringsalgoritmer baseras på identi- fieringen/parametrarna av/för de aktuella kurvorna via analys av dynamiska operationsdata som erhålles genom de signaler som mottas från sensorerna (3, 4) och genom att dessa jämförs med teoretiska data för färdvägen, vilka tidigare har lagrats i minnesmodulen (l).

Denna analys består i att justera koordinatprofilen hos den signal som mottas via sensorerna (3 och 4) för en verklig kurva i enlighet med den teoretiska profilen hos (l). justering kan baseras på uppnående av minimalt fel, med samma kurva, vilken har lagrats i minnet Denna avseende på koordinaterna, mellan de två kurvorna, den teoretiska och den experimentella.

Nedan förklaras genom exempel två justerings- förfaranden som kan användas. Ett är baserat på justering av masscentrum och det andra är baserat på justering av övergångskurvan: Förfarande l: justering av masscentrum (fig 2 och 3). Längs färdvägen finns det ett antal kurvor vilka, på grund av sina egenskaper och i grunden på grund av att de är större än en på förhand bestämd tröskel, har valts ut (R), längden på övergångskurvorna vid inträde (Lti) och vid utträde (Ltf) (Lcu), 2 (den teoretiska kurvan som sådan, (l/R) deras längder som indikerar den absoluta positionen (Pa). som justeringskurvor. Vi känner deras kurvradie och kurvlängden (CU) torna är de inverterade radierna såsom kan ses i fig varvid ordina- och abskissorna Med data från den kurva som det tidigare hänvisades (cdq) t ex ordinataxeln. till kan man få fram masscentrum hos figuren jäm- fört med en axel, Fordonet registrerar kontinuerligt de signaler som (3), och från positions- (vel) erhålls från kurvdetekteringssensorn som mäter vinkelhastigheten i kurvan (fidot), (4), sensorn som tillhandahåller rörelsehastigheten > | < = n . « - u u» lO l5 20 25 30 35 n . » . f. 515147 6 n. å.. v. . n v vid konstanta förskjutningsintervall (deltan). När for- donet närmar sig en justeringskurva agerar det under ut- nyttjande av data som erhålles från sensorerna/upptagarna (3), representerar den verkliga kurvan (cr) med de verkliga (4) vilket ger upphov till de värden som storlekarna på kurvradie och position. Denna behandlig utförs för alla de prov som tas under resan där det antas att det finns en justeringskurva med en förskjutningsmarginal före och efter kurvan, d v s att provtagningen börjar lite före kurvan och slutar lite efter den (zon m). I fig 3 kan man se en jämförelse mellan profilen för den verkliga mätningen (cr) och (ct) positionen för fordonet ligger framför den teoretiska. teoretiska data för en kurva i vilken den absoluta Efter detta och efter att hela justeringskurvan har passerats beräknas masscentrum (cdgr) för den verkliga matematiska kurvan i jämförelse med början medelst en konventionell matematisk funktion.

Detta verkliga värde på masscentrum (cdgr) (cdqt>, Skillnaden mellan det verkliga värdet och det teore- jämförs med det teoretiska värdet som finns lagrat i min- net. tiska ger justeringen (corr) mellan den verkliga posi- tionen för fordonet och den teoretiska positionen.

Corr=cdgr-cdgt Innan fordonets absoluta position uppdateras med den nya positionen utförs en säkerhetskontroll: absolutvärdet (corr) måste av justeringen ligga under ett tröskel- justeringsvärde (corr.um.). Om så inte är fallet sätts justeringen (corr) lika med tröskeljusteringen, med samma tecken som corr.

När denna kontroll har utförts förnyas det absoluta positionsvärdet på följande sätt.

Pos-abs=pos.abs-corr Det absoluta positionsvärdet kommer att fortsätta att förnyas med utnyttjande av det nya värdet.

Förfarande 2: justering av övergångskurvan.

; Q v o se o lO l5 20 25 30 35 515147 7 Denna variant är baserad på justering av övergångs- kurvan vid både inträde och utträde. Låt oss anta att förhållandena enligt fig 4 gäller, varvid fordonet ligger före den teoretiska färdvägen.

Nu kommer justeringsalgoritmen att försöka beräkna värdet på corr Corr=cdgr-cdgt genom att som bas använda en justering som beror av det minsta felet mellan den verkliga kurvan och en lutning som är parallell med den teoretiska kurvans lutning. För- farandet är exakt det samma som det tidigare förutom att vid beräkningen av cdg-cdgr är det avståndet mellan ref- erensen för mätningen och positionen i abskissorna hos (rp) teoretiska lutningen (rt) som ger den minsta feljusterin- masscentrum för den lutning som är parallell med den gen i förhållande till den verkliga kurvan (cr).

Om systemet är försett med en fyrigenkännings- (6) allellt med det föregående förfarandet. anordning kommer följande förfarande att utföras par- l. Det faktum att fyren passeras känns av och dess ref- erens bestäms. 2. Databasen för fyrar i minnet konsulteras med an- (l) vändning av fyrreferensen, varigenom den absoluta posi- tion som är associerad med fyren i fråga erhålles (pos.bal). 3. Från denna stund kommer värdet på fordonets absoluta position att vara den absoluta position som associeras med fyren.

Pos.abs=pos.bal Om systemet har ett GPS (7) ett förfarande som är analogt med det föregående eller en kan man antingen utföra säkerhetsprocess för den uppdaterade informationen. De steg som vidtas är följande: l. När fordonet befinner sig i vila behandlas den infor- av GPS (longitud och latitud för for- under en bestämd tidsperiod och en upp- mation som mottas donets position) skattning av latitud- och longitudkoordinaterna görs.

I ~ Q f v: 10 515147 8 2. När koordinaterna redan är uppmätta konsulteras data- basen i systemets minne och ett värde associeras med dessa koordinater för fordonets absoluta position (pos.gps). ~ h 3. Justeringen (corr) beräknas som skillnaden mellan det verkliga positionsvärdet (pos.abs) och den postion som erhålls från GPS (pos.gps). corr=(pos.abs-pos.gps) 4. Om justeringsvärdet ligger under ett tröskelvärde för skall data för den verkliga Detta GPS-justeringen (corr-um.gps) positionen (pos.abs) anses som gällande. tröskelvärde är strikt kopplat till noggranheten hos GPS.

Annars ersätts det uppdaterade värdet på positionen (pos.abs) med GPS-värdet (pos.gps).

Claims (4)

1. 0 15 20 25 30 35 É":É":':_H_É 1"; _- Q a ø u :a f . - v u . u . n p u 9 I c u » u - u u: -iu PATENTKRAV l. Positionsdetekteringssystem för styrda fordon, k ä n n e t e c k n a t av att det innefattar: a) ett minnesblock i vilket varje resa är lagrad, uppdelad i sektioner, vilka identifieras av sina respek- tive teoretiska parametrar för absolut position, längd och radie, och i vilket teoretiska parameterprofiler för kurvor är lagrade; b) åtminstone en upptagningsenhet som reagerar på färd i en kurva och en upptagningsenhet för relativa po- sitioner, från vilka signaler matas till c) en beräknings- och korrigeringsenhet, som använder dessa signaler för att fastställa variationsprofilen för den verkliga parameterprofilen och som utför en justering som baseras på försök att uppnå minsta möjliga fel i de koordinatprofiler som erhålles medelst de teoretiska parametrarna och de verkliga parametrarna, för att bestämma den verkliga absoluta positionen för fordonet.

2. Positionsdetekteringssystem för fordon med styr- system enligt föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att den upptagningsenhet som reagerar på färd i en kurva är en sensor för mätning av vinkelhastigheten när for- donet svänger och att upptagningsenheten för relativa po- sitioner tillhandahåller information för att mäta varia- tioner i fordonets position och dess absoluta hastighet i färdriktningen.

3. Positionsdetekteringssystem för fordon enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att för varje parameterprofil för justeringskurvor: a) den teoretiska profilen delas upp i en ingångsövergångskurva eller -sektion, en sektion som representerar kurvan i sig och en utgångsövergångskurva eller -sektion, varvid dessa teoretiska parametrar är inversen av dess radier som ordinatorer och dess längder som abskissor; lO l5 20 25 30 35 515 šnçšn: . . . . .. o | ~ a o. v u . _ a a o n o u . o o o o o o 10 o o o f v; o wo mo noo u» b) masscentrum för ytan på den teoretiska profilen beräknas; c) en verklig profil åstadkommes, som har samma koordinater som den teoretiska profilen, under utnyttjande av de verkliga parametrar som räknats fram med hjälp av den information som erhålls från kurvdetekteringssensorn och upptagningsenheten för relativ position; d) masscentrum för ytan på den verkliga profilen beräknas; e) skillnaden i värde mellan data för masscentrum för den teoretiska och den verkliga profilen tas fram, varvid värdet på nämnda skillnad sedan används för att justera data för den absoluta positionen.

4. Positionsdetekteringssystem för fordon enligt kravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att för varje parameterprofil för justeringskurvor: a) den teoretiska profilen delas upp i en ingångsövergångskurva eller -sektion, en sektion som representerar kurvan i sig och och en utgångsövergångskurva eller -sektion, vilket ger en teoretiska koordinatprofil, vars teoretiska parametrar är inversen på dess radier som ordinatorer och dess längder som abskissor; b) positionen, som abskissa, hos masscentrum hos den teoretiska lutning som svarar mot övergàngssektionen beräknas; c) en verklig profil åstadkommes, som har samma koordinater som den teoretiska profilen, med hjälp av de verkliga parametrar som beräknas med utgångspunkt från den information som erhålles från kurvdetekteringssensorn och upptagningsenheten för relativa positioner; d) positionen, som abskissa, för masscentrum hos en lutning, som är anpassad till den verkliga övergångs- sektionen och som är parallell med den teoretiska lutningen, beräknas; n u ø u vn e) skillnaden mellan positionerna, som abskissor, hos data mellan masscentrum för den teoretiska lutningen och den justerade lutningen erhålles, varvid värdet på denna skillnad sedan används för att justera absoluta positionsdata. Q - v ; »v