用于確定軌道車輛中的至少一個速度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于確定軌道車輛中的至少一個速度的方法，所述軌道車輛配設有至少一個第一底盤單元，其中借助于分配給第一底盤單元的至少一個傳感器單元提供與第一底盤單元相關的至少一個底盤速度測量變量。
【背景技術】
[0002]在軌道車輛中的多種應用中使用車輛行駛速度。典型的實例是制動過程，所述制動過程與瞬時的行駛速度相配合。如今，制動系統日益至少由電動的制動器和氣動的、配設有滑動和滑移防護的制動器構成。未來的制動系統優選應當僅由電動的制動器和其他的制動裝置，尤其彈簧加載的制動器構成，其中放棄使用完整的、在成本和構造空間方面耗費的氣動的制動器。
[0003]為了滿足對于這種系統的安全的快速和緊急制動所規定的要求，設有冗余級用于調節由至少一個底盤馬達形成的電動的制動器，其中冗余級之間的切換和必要時對其他的制動裝置、例如底盤的彈簧加載的制動器的激活必須基于盡可能精確的并且視作為安全的速度檢測。此外，可靠的滑動和滑移防護功能的實施基于精確的速度確定。
[0004]已知的是:借助于轉向架馬達上的或由該轉向架馬達驅動的輪軸上的轉速傳感器確定構成為轉向架的底盤單元的速度。在一些運行情況中，如尤其在輪軸打滑或滑行或滑移的情況下，基于輪速度所檢測的轉向架速度與軌道車輛的或者其他的轉向架的行駛速度不同。這會不利地損害滑行和滑移防護功能的實施。此外，冗余級的切換或者轉向架的其他制動裝置的激活會變難或者會是有缺陷的，所述冗余級能夠設置用于調節用作為電動的制動器的轉向架馬達。
【發明內容】
[0005]本發明基于如下目的:提供一種用于確定軌道車輛中的至少一個速度的方法，通過所述方法能夠實現尤其可靠的、尤其視為安全的確定。
[0006]對此提出:
[0007]-由慣性測量單元檢測慣性測量變量，
[0008]-基于底盤速度測量變量形成參考速度特征變量，
[0009]-借助于由至少一個計算單元至少所執行慣性計算，基于慣性測量變量，并且(在按照第一運行模式的至少一個時間段期間)基于參考速度特征變量，確定慣性速度特征變量以估算慣性計算中的偏差，
[0010]-借助于慣性計算，至少基于慣性測量變量，并且(在按照第二運行模式的至少一個時間段期間)在不考慮參考速度特征變量的情況下，確定慣性速度特征變量，
[0011]-可基于參考特征變量和底盤速度測量變量檢測底盤速度特征變量的異常提供過程，并且
[0012]-在存在異常提供過程的情況下按照第二運行模式執行慣性計算。
[0013]由此能夠顯著地降低、尤其避免底盤速度測量變量的異常提供過程對于確定軌道車輛的速度的影響。這尤其能夠通過如下方式實現:底盤速度測量變量不直接地包含到這種確定中，而是以與慣性測量變量組合的方式包含在內，所述慣性測量變量本身與底盤單元的導致可能有誤差地檢測測量變量的動態無關，并且在識別異常的提供過程之后將底盤速度測量變量包含在內，所述異常提供過程例如能夠因底盤單元的滑動或滑移、傳感器單元的錯誤測量或者其輸出數據的有缺陷的傳輸引起。因此，底盤速度測量變量能夠有利地用于輔助慣性計算，其中能夠通過所提出的措施有利地克服負面的影響，所述負面的影響因對于檢測該底盤速度測量變量固有的誤差可能性引起。
[0014]尤其應當將“底盤單元”理解為軌道車輛的具有至少一個與軌道接觸的輪的組件。底盤單元優選對應于轉向架，所述轉向架尤其配設有在制動過程中適當地用作為電動的制動器的驅動馬達和/或其他的制動裝置，例如彈簧加載的制動器。然而，所述底盤單元能夠對應于單一的輪軸或單一的輪，所述輪軸或輪優選與這種驅動馬達耦聯和/或配設有這種制動裝置。
[0015]為了“提供”底盤速度測量變量，傳感器單元具有用于檢測測量變量的至少一個傳感器，所述測量變量對應于底盤速度測量變量或者為了形成該底盤速度測量變量借助于另一個特征變量來處理。傳感器適當地實施在底盤單元的至少一個輪上的或在與該輪機械地、尤其剛性機械地耦聯的、用于驅動輪的驅動元件上的至少一個測量過程，所述驅動元件如尤其是驅動馬達的元件或輪軸。測量變量在此是受輪動態影響的至少一個特征變量。傳感器單元的至少一個傳感器在本發明的一個優選的實施方案中構成為轉速傳感器，其中底盤速度測量變量對應于轉速或與轉速成比例的變量。為了基于測量變量形成底盤速度測量變量，能夠使用至少一個另外的參數，如尤其輪直徑特征變量。如果底盤單元包括多個輪，那么傳感器單元能夠具有多個傳感器，所述傳感器分別分配給不同的輪，其中傳感器的輸出用于提供底盤速度測量變量。在此，該底盤速度測量變量能夠通過在底盤單元的各個輪之上取平均值來提供。
[0016]參考速度特征變量能夠基于底盤速度測量變量通過如下方式形成:所述參考速度特征變量對應于底盤速度測量變量或與同輪或軌道車輛動態無關的因數相乘的底盤速度測量變量，或者所述參考速度特征變量與另一個速度特征變量關聯。
[0017]異常提供過程尤其能夠通過將底盤速度測量變量與參考特征變量比較來檢測。特別地，對此能夠預設閾值，其中將借助底盤速度測量變量和參考特征變量形成的差與該閾值比較。由此能夠簡單地識別底盤速度特征變量與參考特征變量表示異常提供過程的顯著偏差。尤其能夠將所確定的慣性速度特征變量用作為參考特征變量。
[0018]應將“速度特征變量”理解為速度或實現單義地確定速度的特征變量。速度在此就普遍意義而言是相對于關于軌道車輛駛過的路線固定的觀察者的速度。速度特征變量能夠是矢量或與矢量相關的數、例如矢量值或特定的矢量分量。
[0019]尤其應當將“慣性速度特征變量”理解為如下速度特征變量，所述速度特征變量作為由計算單元執行的慣性計算的結果被提供用于進行進一步評估。所述慣性速度特征變量是慣性測量單元的或與該慣性測量單元連接的基體的局部速度的特征變量。如果慣性測量單元與底盤單元的基體剛性地連接，那么慣性速度特征變量是與底盤單元相關的局部的底盤速度特征變量，所述局部的底盤速度特征變量可由底盤單元的自身的動態影響。特別地，慣性速度特征變量能夠是底盤單元的重心速度的特征變量。如果底盤單元可以相對于軌道車輛的車廂相對運動，那么在此慣性速度特征變量能夠與關于整個軌道車輛的行駛速度不同。如果底盤單元構成為轉向架，那么慣性速度特征變量在此能夠是轉向架速度特征變量。如果慣性測量單元與軌道車輛的車廂剛性地連接，那么所述慣性速度特征變量能夠是車廂的重心速度的特征變量。
[0020]應當將“慣性計算”理解為如下計算，通過所述計算基于通過慣性測量單元檢測的慣性測量變量、尤其通過數值積分確定至少一個速度變量。對此已知如下算法、如尤其所謂的“捷聯式算法”，所述算法能夠與慣性測量單元的固定在車輛上的傳感器組合地應用。慣性計算的實施方案在專業文獻、如尤其在“Integrierte Navigat1nssysteme”，Janffendel, Oldenburg ffissenschaftsverlag, Munich 2007, ISBN 978-3-486-58160-7 中充分已知，并且在此詳細闡述。
[0021]在第一運行模式中，慣性計算至少基于慣性測量變量和參考速度特征變量來執行。考慮參考速度特征變量用于:估算慣性計算中的偏差，其中通過所述估算的到慣性計算中的反饋來考慮將所述估算用于確定慣性速度特征變量。這種偏差尤其能夠是系統偏差，所述系統偏差例如能夠由于在通過慣性測量單元檢測慣性測量變量時引起的系統誤差而形成，或者是統計偏差。能夠將“偏差”理解為單一的特征變量或多個特征變量的偏差。
[0022]按照第二運行模式的慣性計算能夠在不考慮參考速度特征變量的情況下通過如下方式執行:設定參考速度特征變量的形成和/或底盤速度測量變量的提供，和/或將計算單元與參考速度特征變量解耦或與傳遞參考速度特征變量的線路解耦。
[0023]在本發明的一個優選的實施方案提出:計算單元的第一計算組件從慣性測量變量中確定慣性速度特征變量的估算值，所述估算值(在第一運行模式中)與參考速度特征變量關聯用于借助于計算單元的形成狀態觀測器的第二計算組件估算偏差，其中由第二計算組件估算的偏差由第一計算組件使用。應當將“狀態觀測器”理解為計算系統，所述計算系統基于動態系統的輸出變量或該輸出變量的測量值提供對該動態系統的狀態的估算。在將狀態觀測器應用于慣性計算的當前情況時，“動態系統”對應于由第一計算組件實施的慣性計算的誤差動態并且“狀態”對應于待估算的偏差，其中慣性速度特征變量的估算值對應于“輸出變量”，并且基于該輸出變量和用作為“測量值”的參考速度特征變量來估算偏差。
[0024]對于狀態觀測器的可行的執行而言，如下例如是適用的:
[0025]x+k+1= χ k+1+Kk (zk - Η χ k+1)
[0026]其中
[0027]x k+1 = Φ χ +k
[0028]并且x+是“狀態”、即待估算的偏差，Φ是“動態系統”的建模、即慣性計算的誤差動態，ζ是參考速度特征變量和慣性速度特征變量的估算值之間的“被測量的”差，并且Η是在測量ζ時的測量過程對被估算的狀態χ的影響的建模。Κ是加權矩陣(也稱作觀測器增益或“增益矩陣”)，所述加權矩陣尤其考慮在測量ζ時的誤差。指數k，k+1表示時間點
tk，tk+i。
[0029]狀態觀測器的可行的算數執行方案例如為Luenberger觀測器或者Kalman濾波器(在該應用中也稱作為“誤差狀態Kalman濾波器”)。
[0030]用于通過計算單元實施慣性計算的第一運行模式和第二運行模式彼此間的區別在于考慮基于底盤速度測量變量形成的參考速度特征變量。第一運行模式的不同的構成方案是可行的，所述構成方案與參考速度特征變量的形成類型有關。按照第一運行模式的可簡單執行的第一構成方案，參考速度特征變量動態地對應于底盤速度測量變量。應將其理解為:參考速度特征變量與底盤速度測量變量相同或者所述參考速度特征變量基于底盤速度測量變量并且基于一個或多個因數來提供，所述因數與底盤單元或軌道車輛動態無關。在此包括如下情況，其中為了形成參考速度特征變量，將底盤速度測量變量與恒定因數相乘。為了形成參考速度特征變量，因此適當地不將另外的動態特征變量用作為底盤速度測量變量。在計算單元不考慮參考速度特征變量的第二運行模式中，狀態觀測器適當地以自由的傳播模式運行。在狀態觀測器的上面闡述的可行的執行方案中，對此將觀測器增益K設定為數值0。
[0031]根據第一運行模式的第二構成方案提供全局的速度特征變量，并且基于底盤速度測量變量和全局的速度特征變量形成參考速度特征變量，由此能夠使得對偏差的估算尤其精確。應將“全局的速度特征變量”理解為與整個軌道車輛的動態有關的速度特征變量。全局的速度特征變量與慣性速度特征變量不同，所述慣性速度特征變量必要時能夠與底盤單元的自身動態有關。
[0032]如果軌道車輛具有車輛總線，那么