用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及一種用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的裝置及方法。更具體地，本公開涉 及一種用于估計(jì)當(dāng)軌道車輛行駛于彎曲路段時(shí)由于車輪與軌道之間的接觸而導(dǎo)致的施加 到轉(zhuǎn)向架的橫向力的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 關(guān)于施加到軌道車輛的轉(zhuǎn)向架的橫向力的信息是確定火車脫軌可能性的因素。由 于該原因，橫向力是在行駛在彎曲路段中時(shí)表示火車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵因素。
[0003] 此外，關(guān)于橫向力的信息被用作軌道車輛主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制的關(guān)鍵控制因素。
[0004]用于測量在彎曲路段中時(shí)的橫向力的相關(guān)技術(shù)公開在韓國專利公開號 No. 10-2013_0055110("Tire lateral force estimation method and device(輪胎橫向力 估計(jì)方法和設(shè)備）"，下文中稱作"參考文獻(xiàn)1"）和美國專利號No. 7, 853, 412 ("Estimation of wheel rail interaction forces (車輪軌道相互作用力的估計(jì)）"，下文中稱作"參考文 獻(xiàn)2"）中。
[0005] 參考文獻(xiàn)1公開了一種用于檢測施加到機(jī)動(dòng)車輛的輪胎的橫向力的設(shè)備。它涉及 一種用于檢測施加到輪胎的橫向力的方法，通過進(jìn)行配置有多個(gè)傳感器的車輛的實(shí)際駕駛 測試，收集關(guān)于車輛運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，并且應(yīng)用該數(shù)據(jù)到參考車輛模型和卡爾曼（Kalman)估計(jì) 以計(jì)算輪胎模型的參數(shù)。
[0006] 參考文獻(xiàn)2公開了一種用于檢測在軌道車輛的車輪與軌道之間的橫向力和縱向 力的設(shè)備。它涉及一種用于檢測橫向力的方法，通過將軌道車輛構(gòu)造為十三個(gè)自由度的動(dòng) 態(tài)模型，并且使用從安裝在車輛中的加速度傳感器獲得的信息和由于在軌道與車輪之間的 接觸而產(chǎn)生的橫向力和縱向力的模型計(jì)算橫向力和縱向力。
[0007] 參考文獻(xiàn)1公開了一種用于檢測施加到機(jī)動(dòng)車輛的輪胎的橫向力的方法。然而， 該方法難以直接應(yīng)用到軌道車輛，并且具有需要復(fù)雜輪胎模型的缺點(diǎn)。
[0008] 此外，使用輪胎模型檢測橫向力的技術(shù)需要該輪胎模型的精度。因此，估計(jì)的值依 賴于輪胎模型的精度。
[0009] 此外，參考文獻(xiàn)2公開了一種檢測軌道車輛的橫向力和縱向力的方法。然而，該方 法是基于與橫向力相關(guān)的數(shù)學(xué)模型的。因此，該方法的缺點(diǎn)是，估計(jì)的橫向力依賴于該數(shù)學(xué) 模型的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 為了克服常規(guī)技術(shù)的問題，本公開提供一種用于估計(jì)施加于軌道車輛的前和后轉(zhuǎn) 向架的橫向力的裝置和方法，通過使用軌道車輛主體的動(dòng)態(tài)模型和來自傳感器的數(shù)據(jù)測量 值，而不需要任何復(fù)雜的橫向力數(shù)學(xué)模型。
[0011] 在本公開的總體方面，提供了一種用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的裝置，該裝置包 括：橫向速度估計(jì)觀測器，其配置為通過基于軌道車輛的縱向加速度、橫向加速度、橫擺角 速度以及車輪角速度估計(jì)橫向速度的方式，來計(jì)算橫向速度估計(jì)值；以及橫向力估計(jì)觀測 器，其配置為通過基于軌道車輛的轉(zhuǎn)向角、施加到軌道車輛的縱向力以及由橫向速度估計(jì) 觀測器計(jì)算出的橫向速度估計(jì)值估計(jì)施加到軌道車輛的轉(zhuǎn)向架的橫向力的方式，來計(jì)算橫 向力估計(jì)值。
[0012] 在本公開的一些示例性實(shí)施例中，橫向速度估計(jì)觀測器可以包括：縱向速度計(jì)算 器，其配置為基于由車輪傳感器測量的前輪角速度和后輪角速度計(jì)算軌道車輛的縱向速 度；以及橫向速度估計(jì)器，其配置為基于縱向加速度、橫向加速度以及由主體傳感器測量的 橫擺角速度，并且基于由縱向速度計(jì)算器計(jì)算出的縱向速度，來計(jì)算橫向速度估計(jì)值。
[0013] 在本公開的一些示例性實(shí)施例中，橫向速度估計(jì)觀測器可以使用卡爾曼濾波器來 計(jì)算橫向速度估計(jì)值，并且橫向力估計(jì)觀測器可以使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器來計(jì)算橫向力估 計(jì)值。
[0014] 在本公開的另一個(gè)總體方面中，提供了一種用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的方法， 該方法包括：通過使用軌道車輛的前輪角速度和后輪角速度計(jì)算縱向速度；通過將軌道車 輛的縱向加速度、橫向加速度以及橫擺角速度和上述縱向速度應(yīng)用于卡爾曼濾波器，來計(jì) 算橫向速度估計(jì)值；以及通過將軌道車輛的轉(zhuǎn)向角、施加到軌道車輛的縱向力、以及橫向速 度估計(jì)值應(yīng)用于擴(kuò)展卡爾曼濾波器估計(jì)施加到軌道車輛的轉(zhuǎn)向架的橫向力來計(jì)算橫向力 估計(jì)值。
[0015] 根據(jù)本公開的一個(gè)示例性實(shí)施例，可以通過使用軌道車輛主體的動(dòng)態(tài)模型和來自 傳感器的數(shù)據(jù)測量值來估計(jì)施加到軌道車輛的前和后轉(zhuǎn)向架的橫向力，而不需要任何復(fù)雜 的橫向力數(shù)學(xué)模型。
【附圖說明】
[0016] 圖1為圖示說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的裝 置的方框圖。
[0017] 圖2為圖示說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的裝 置的橫向速度估計(jì)器的方框圖。
[0018] 圖3為圖示說明軌道車輛行駛在彎曲路段中的車輛模型的視圖。
[0019] 圖4為圖示說明軌道車輛的橫向模型的自行車模型的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下文中，將參考附圖詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可以實(shí)現(xiàn)和使用同樣的實(shí)施例。為了清楚和方便描述，在此放大了在附圖中圖示說明的線 條寬度和組件尺寸。此外，在下文提及的術(shù)語定義為考慮了在本公開中的功能，其可以根據(jù) 用戶或操作者、或?qū)嶋H消費(fèi)者的意圖改變。因此，應(yīng)該基于本公開的整體內(nèi)容作出術(shù)語的定 義。
[0021] 圖1為圖示說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的裝 置的方框圖；圖2為圖示說明根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的 裝置的橫向速度估計(jì)器的方框圖；圖3為圖示說明軌道車輛行駛在彎曲路段中的車輛模型 的視圖；以及圖4為圖示說明軌道車輛的橫向模型的自行車模型的視圖。
[0022] 參考圖1，根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的一種用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的裝置， 可以包括橫向速度估計(jì)觀測器100和橫向力估計(jì)觀測器200。
[0023] 橫向速度估計(jì)觀測器100可以通過基于軌道車輛的縱向加速度（ax)、橫向加速度 (ay)、橫擺角速度（r)、以及車輪角速度（〇f，G^)估計(jì)橫向速度，來計(jì)算橫向速度估計(jì)值。
[0024] 這里，參考圖2,橫向速度估計(jì)觀測器100可以包括縱向速度計(jì)算器110,其配置為 基于由車輪傳感器Sl測量的前輪角速度（O f)和后輪角速度（C^)計(jì)算軌道車輛的縱向速 度；以及橫向速度估計(jì)器120,其配置為基于縱向加速度、橫向加速度、以及由主體傳感器 S2測量的橫擺角速度，并且基于由縱向速度計(jì)算器110計(jì)算出的縱向速度來計(jì)算橫向速度 估計(jì)值。
[0025] 同時(shí)，橫向力估計(jì)觀測器200可以通過基于轉(zhuǎn)向角（δ )、施加到車輪的縱向力 (Fxl，F(xiàn)x2, Fx3, Fx4)、以及由橫向速度估計(jì)觀測器100計(jì)算的橫向速度估計(jì)值估計(jì)施加到轉(zhuǎn)向 架的橫向力，來計(jì)算橫向力估計(jì)值。
[0026] 如上所述，橫向速度估計(jì)觀測器100計(jì)算橫向速度估計(jì)值。下文中，將詳細(xì)描述用 于計(jì)算橫向速度估計(jì)值的方法。
[0027] 在圖3所示的軌道車輛中心處的動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)特性可以由如下等式1表示。
[0028] [等式 1]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的裝置，所述裝置包括： 橫向速度估計(jì)觀測器，其配置為通過基于所述軌道車輛的縱向加速度、橫向加速度、橫 擺角速度、以及車輪角速度估計(jì)橫向速度，來計(jì)算橫向速度估計(jì)值；以及 橫向力估計(jì)觀測器，其配置為通過基于所述軌道車輛的轉(zhuǎn)向角、施加到所述軌道車輛 的縱向力、以及由所述橫向速度估計(jì)觀測器計(jì)算出的橫向速度估計(jì)值估計(jì)施加到所述軌道 車輛的轉(zhuǎn)向架的橫向力，來計(jì)算橫向力估計(jì)值。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述橫向速度估計(jì)觀測器包括： 縱向速度計(jì)算器，其配置為基于由車輪傳感器測量的前輪角速度和后輪角速度，來計(jì) 算所述軌道車輛的縱向速度；以及 橫向速度估計(jì)器，其配置為基于由主體傳感器測量的所述縱向加速度、所述橫向加速 度、和所述橫擺角速度，并且基于由所述縱向速度計(jì)算器計(jì)算出的縱向速度，來計(jì)算所述橫 向速度估計(jì)值。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中 所述橫向速度估計(jì)觀測器使用卡爾曼濾波器來計(jì)算所述橫向速度估計(jì)值，以及 所述橫向力估計(jì)觀測器使用擴(kuò)展卡爾曼濾波器來計(jì)算所述橫向力估計(jì)值。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中通過下面等式計(jì)算所述橫向速度估計(jì)值（匕⑷）：
其中\(zhòng)㈨是在第k步估計(jì)的所述軌道車輛的橫向速度估計(jì)值，并且1伏|幻是在第k步中 的狀態(tài)變量估計(jì)值。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中通過下面等式計(jì)算所述橫向力估計(jì)值 (々*)，，)）：
其中抑是在第k步中的狀態(tài)變量估計(jì)值，心是在第k步中施加到前輪轉(zhuǎn)向架的橫向 力的估計(jì)值，以及匕(*)是在第k步中的施加到后輪轉(zhuǎn)向架的橫向力的估計(jì)值。
6. -種用于估計(jì)軌道車輛的橫向力的方法，所述方法包括： 通過使用所述軌道車輛的前輪角速度和后輪角速度計(jì)算車輛縱向速度； 通過將所述軌道車輛的縱向加速度、橫向加速度、橫擺角速度、以及所述縱向速度應(yīng)用 到卡爾曼濾波器來計(jì)算橫向速度估計(jì)值；以及 通過將所述軌道車輛的轉(zhuǎn)向角、施加到所述軌道車輛車輪的縱向力、以及所述橫向速 度估計(jì)值應(yīng)用到擴(kuò)展卡爾曼濾波器來估計(jì)施加到所述軌道車輛的轉(zhuǎn)向架的橫向力，來計(jì)算 橫向力估計(jì)值。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，通過如下等式，使用在第k步估計(jì)的狀態(tài)變量計(jì)算 所述橫向速度估計(jì)值，通過使用相對于第k-1步中預(yù)測的第k個(gè)狀態(tài)變量估計(jì)值與在第k 步中測量的值之間的輸出變量的估計(jì)誤差來校準(zhǔn)所述狀態(tài)變量：
其中M*)是在第k步估計(jì)的所述軌道車輛的橫向速度估計(jì)值；并且袱W是在第k步中的 狀態(tài)變量估計(jì)值。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中通過計(jì)算在第k步中施加到前輪轉(zhuǎn)向架的橫向力的 估計(jì)值和在第k步中施加到后輪轉(zhuǎn)向架的橫向力的估計(jì)值，通過將在第k步中的狀態(tài)變量 估計(jì)值應(yīng)用到下面等式，來計(jì)算所述橫向力估計(jì)值：
其中袱|幻是在第k步中的狀態(tài)變量估計(jì)值，以*>是在第k步中施加到前輪轉(zhuǎn)向架的橫向 力的估計(jì)值，以及夂(*>是在第k步中的施加到后輪轉(zhuǎn)向架的橫向力的估計(jì)值。
【專利摘要】本公開涉及一種用于估計(jì)當(dāng)軌道車輛行駛于彎曲路段時(shí)由于車輪與軌道之間的接觸而導(dǎo)致的施加到轉(zhuǎn)向架的橫向力的裝置及方法，該裝置包括：橫向速度估計(jì)觀測器，其配置為通過基于軌道車輛的縱向加速度、橫向加速度、橫擺角速度、以及車輪角速度估計(jì)橫向速度，來計(jì)算橫向速度估計(jì)值；以及橫向力估計(jì)觀測器，其配置為通過基于軌道車輛的轉(zhuǎn)向角、施加到軌道車輛的縱向力、以及由橫向速度估計(jì)觀測器計(jì)算出的橫向速度估計(jì)值估計(jì)施加到軌道車輛的轉(zhuǎn)向架的橫向力，來計(jì)算橫向力估計(jì)值。
【IPC分類】B61K9-08
【公開號】CN104802826
【申請?zhí)枴緾N201510088778
【發(fā)明人】鄭鍾哲, 趙鏞紀(jì)
【申請人】Ls產(chǎn)電株式會社
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年1月26日
【公告號】US20150210300