专利名称：用于控制非公路车辆的移动的控制系统和方法
用于控制非公路车辆的移动的控制系统和方法
背景技术：
本发明包括涉及通过确定列车或其它非公路车辆的操作特性(例如，阻力参数、 重量和重量分布及可用功率)来控制所述列车或其它非公路车辆的移动的实施例。在操作例如具有多个车辆提供功率以移动列车和另外多个车辆由机动车辆拉动或推动的列车中，操作员或驾驶系统可考虑在内的一些因素包括环境状况、轨道坡度或斜率、轨道或路径曲率、速度限制、车辆大小、车辆配置、从车辆可用的供应功率的量(电机驱动和制动)、列车和货物的重量、该重量沿列车的分布及行程的期望路线和时间表。现有列车导航系统采用多个上述操作因素的正确知识，并且使用列车操作模型中列车重量和其它列车阻力参数的预设估计来控制列车功率。然而，使用这些列车参数的静态估计来操作列车可导致过多的燃料消耗和不准确的速度控制，从而潜在地造成列车违反速度限制。因此，能够操作列车或帮助列车操作员的导航系统可受益于从行程或旅程期间列车操作特性的实时估计或其它确定，包括列车中的可用功率、沿列车路线的列车的阻力参数及列车中的重量和重量分布，这在开始行程或旅程前可能不可用或未知。此类参数估计可用于提高列车操作模型的准确度。可能合乎需要的是具有一种系统，该系统具有与当前可用的那些系统不同的方面和特征。可能合乎需要的是具有一种与当前可用的那些方法不同的方法。
发明内容
本发明的实施例提供用于通过列车或其它非公路车辆的操作特性的估计或其它确定来控制所述列车或其它非公路车辆的移动的控制系统和方法。在一实施例中，一种用于控制非公路车辆的控制方法包括在行程期间从至少一个传感器获取多个实际车辆速度测量，并且获取与多个实际车辆速度测量的每个测量对应的相应车辆功率参数。该方法还包括从多个实际车辆速度测量和对应的车辆功率参数来估计多个阻力参数。(至少部分地)基于多个阻力参数来调节车辆功率以控制车辆的移动。例如，阻力参数可合并到用作控制车辆的基础的车辆操作模型中。在另一实施例中，一种控制方法包括监视列车或其它非公路车辆操作状况，基于监视的车辆操作状况来估计多个阻力参数，访问旅程数据库，以及基于车辆操作状况、估计的多个阻力参数及旅程数据库来更新车辆操作模型。该方法还包括(至少部分地)基于更新的车辆操作模型来控制列车或其它非公路车辆的移动。在另一实施例中，一种控制系统实现为车辆编组(consist)(指链接在一起行进的多个车辆)的一部分，并且包括安放在多个车辆之一(例如，在领头或指挥车辆)内的计算机。该计算机包括一个或多个处理器，所述处理器配置成跟踪旅程时间表，监视所述多个车辆的至少一个车辆的操作速度，估计车辆的重量，估计多个车辆阻力参数以及基于所述旅程时间表、操作速度、车辆重量及车辆阻力参数来更新操作模型。车辆编组(至少部分地)基于以此方式更新的操作模型来控制。在另一实施例中，一种控制方法包括获取列车或其它非公路车辆的多个参数，这些参数包括在车辆开始行程后测量的参数。非公路车辆包括提供牵引力的多个车辆(有时在本文中称为机动车辆)。该方法还包括基于获取的多个参数来计算少于所有多个车辆的牵引力，以及基于计算的牵引力来控制车辆的移动。另一实施例涉及一种用于控制车辆编组(例如，列车或非公路车辆的其它编组) 的控制方法。车辆编组包括链接在一起行进的多个车辆，包括用于移动所述车辆编组的至少一个机动车辆和至少一个非机动车辆(表示不提供牵引力的车辆)。该方法包括获取车辆编组的多个参数。所述参数在车辆编组开始行程后测量。多个获取的参数包括车辆编组的指挥车辆的多个牵引力参数和车辆编组的多个速度参数。每个牵引力参数和每个速度参数在车辆编组开始行程后的不同时间测量。该方法还包括基于获取的多个参数来计算少于所有多个车辆的牵引力，至少部分地基于计算的牵引力来计算路线计划，以及至少部分地基于路线计划来控制车辆编组的移动。在另一实施例中，一种方法(例如，用于控制车辆)包括测量沿路线移动的车辆编组的第一机动车辆的多个牵引力值。该方法还包括测量沿路线移动的车辆编组的多个速度值。该方法还包括基于测量的多个牵引力值和测量的多个速度值，估计车辆编组的一个或多个第二机动车辆的牵引力。从下面的详细描述和附图，将明白各种其它特征。
图形示出为实现本发明而设想的实施例。为便于图示，已标识由机车驱动的列车， 但包括了其它非公路车辆和/或车辆编组，除非是语言或上下文另有指明。图1是示出根据本发明一实施例的带有控制系统的列车的图示。图2是示出根据本发明一实施例的控制方法的流程图。图3是示出根据本发明一实施例的带有导航系统的列车的图示。图4是示出根据本发明一实施例的用于确定列车中的可用功率和重量分布的技术(控制方法)的流程图。
具体实施例方式本发明包括涉及导航系统的实施例。本发明还包括涉及列车参数的估计的实施例。本发明包括涉及用于列车参数的估计的方法的实施例。本发明包括涉及用于控制非公路车辆和车辆编组的移动的方法和系统的实施例。根据本发明的一个实施例，一种用于控制非公路车辆的控制方法包括在行程期间从至少一个传感器获取多个实际车辆速度测量。该方法还包括获取与多个实际车辆速度测量的每个测量对应的相应车辆功率参数。从所述多个实际车辆速度测量和对应的车辆功率参数来估计多个阻力参数。至少部分地基于所述多个阻力参数来调节车辆的车辆功率以控制车辆的移动。在另一实施例中，一种计算机可读存储媒体具有存储在其上面的指令序列，所述指令序列在由处理器执行时，促使处理器在行程期间从至少一个传感器获取多个实际列车 (或其它非公路车辆或车辆编组)速度测量，以及获取与多个实际列车(或其它非公路车辆或车辆编组)速度测量的每个测量对应的列车(或其它非公路车辆或车辆编组)功率参数。所述指令序列还促使处理器从所述多个实际列车(或其它非公路车辆或车辆编组)速度测量和对应的列车(或其它非公路车辆或车辆编组)功率参数来估计多个阻力参数。根据本发明的一个实施例，一种控制方法包括监视列车(或其它非公路车辆或车辆编组)操作状况，基于监视的列车(或其它非公路车辆或车辆编组)操作状况来估计多个阻力参数，访问旅程数据库，以及基于列车操作状况、估计的多个阻力参数及旅程数据库，更新列车(或其它非公路车辆或车辆编组)操作模型。根据另一实施例，一种控制系统实现为车辆编组(如上所述，指链接在一起行进的多个车辆)的一部分，并且包括安放在多个车辆之一内的计算机。所述计算机包括一个或多个处理器，所述处理器配置成跟踪旅程时间表，监视所述多个车辆的至少一个车辆的操作速度，估计车辆的重量，估计多个车辆阻力参数以及基于所述旅程时间表、操作速度、 车辆重量及车辆阻力参数来更新操作模型。车辆编组(至少部分地)基于以此方式更新的操作模型来控制。图1示出根据本发明一实施例的带有导航/控制系统的列车10。列车10包括至少一个主要车辆12(机动车辆)，其提供牵引力或功率以推动或拉动由多个单独车厢16组成的编组14。在本发明的一实施例中，车辆12是铁路或货运机车；然而，设想了其它非公路车辆和车辆编组。列车10中机车12的数量可例如根据车厢或车辆16的数量及它们运送的负载而变化。如图所示，列车10包括一个机车12。然而，如虚影所示，可包括一个或多个另外的机车，例如机车18。车厢16可以是用于运送货物或乘客的多个不同类型车厢的任何车厢。在一个实施例中，机车之一(例如机车1 是主车辆或指挥车辆，并且任何其余车辆(例如可选机车18)是从属或拖尾机动车辆。然而，设想了多个主要车辆12和18中的任何车辆可以是指挥车辆，而其余的拖尾机车从其接收命令。以此方式，操作员、工程师或车辆导航/控制系统可通过控制指挥车辆而控制机车12和18的集合。例如，操作员或车辆导航系统可将主机车12的节流阀20设到第一凹口(notch)位置，促使拖尾车辆18的节流阀22相应地移到第一凹口位置。根据本发明的一实施例，领头机车12包括连接到配置成收集与列车10的操作有关的数据的多个传感器26、28、30的传感器系统M。根据本发明的一示范实施例，传感器沈可配置成收集对应于列车10的实际速度的数据，传感器观可配置成收集风速数据和/或与其它环境状况有关的数据，以及传感器30可配置成收集位置数据。根据一个实施例，传感器30例如可以是全球定位系统的一部分。设想了另外的传感器可安置在列车10上或之内以收集关注的其它数据，例如包括领头机车12的牵引力或马力。经传感器系统M测量的值或参数由计算机32输入和读取，如下更详细所述，该计算机配置成根据部分由列车10 的估计阻力参数和重量而确定的计划来操作列车10。阻力参数或Davis参数的估计可表示轴颈摩擦的估计、列车10的轴的滚动阻力及基于列车10的几何形状的风阻力。在一实施例中，计算机32是配置成根据列车操作模型来操作列车10的导航/控制系统34的一部分。如下面详细所述，列车操作模型部分地使用列车10的重量和阻力参数的估计而得出。假设列车10是点质量，列车10的运动可使用以下形式的点质量模型来近似
权利要求
1.一种用于控制非公路车辆的控制方法，包括在行程期间从至少一个传感器获取多个实际车辆速度测量； 获取与所述多个实际车辆速度测量的每个测量对应的相应车辆功率参数； 从所述多个实际车辆速度测量和对应的车辆功率参数来估计多个阻力参数；以及至少部分地基于所述多个阻力参数来调节所述车辆的车辆功率以控制所述车辆的移动。
2.如权利要求1所述的控制方法，其中所述车辆功率使用比例积分控制技术来调节。
3.如权利要求1所述的控制方法，还包括 从旅程时间表来访问旅程信息；从所述旅程信息，获取与所述车辆的当前位置对应的期望车辆速度； 执行所述多个实际车辆速度测量与所述期望车辆速度的比较； 从所述比较来确定速度误差；以及控制所述车辆以最小化或降低所述速度误差。
4.如权利要求1所述的控制方法，还包括定义所述车辆已开始所述行程后对应于某个时期的数据收集时间间隔； 定义所述数据收集时间间隔内的多个数据收集时间；以及在所述多个数据收集时间的每个时间中获取所述多个实际车辆速度测量之一。
5.如权利要求1所述的控制方法，还包括在整个所述行程期间重新估计所述多个阻力参数。
6.如权利要求1所述的控制方法，其中根据下式来调节车辆功率 P = Mv (p2 f (ζ — v) ds — ρ\υ 一 7 / ^fTjds)其中
7.一种方法，包括监视非公路车辆的车辆操作状况；基于所监视的车辆操作状况来估计多个阻力参数；访问旅程数据库；基于所述车辆操作状况、所估计的多个阻力参数及所述旅程数据库来更新车辆操作模型；以及基于所述车辆操作模型来控制所述车辆的移动。
8.如权利要求7所述的方法，其中监视车辆操作状况包括监视车辆速度和实际车辆功率。
9.如权利要求7所述的方法，其中更新所述车辆操作模型包括更新期望车辆功率。
10.如权利要求7所述的方法，其中访问所述旅程数据库包括确定期望车辆速度。
11.如权利要求7所述的方法，其中估计所述多个阻力参数包括估计车辆质量和多个 Davis系数。
12.如权利要求11所述的方法，其中估计所述多个Davis系数包括估计轴颈摩擦、摩擦系数及风阻力的至少一个。
13.如权利要求7所述的方法，其中估计所述多个阻力参数包括实现最小二乘最小化技术。
14.如权利要求7所述的方法，还包括确定车辆阻力参数误差；确定所述车辆阻力参数误差是否在期望容限内；以及如果所述车辆阻力参数误差在所述期望容限内，则更新所述操作模型。
15.一种用于控制车辆编组的控制方法，包括获取所述车辆编组的多个参数，所述参数在所述车辆编组已开始行程后测量，其中所述车辆编组包括链接在一起行进的多个车辆，所述多个车辆包括用于移动所述车辆编组的至少一个机动车辆和至少一个非机动车辆，以及其中所述多个获取的参数包括所述车辆编组的指挥车辆的多个牵引力参数和所述车辆编组的多个速度参数，每个牵引力参数和每个速度参数在所述车辆编组已开始所述行程后的不同时间测量；基于所获取的多个参数来计算所述多个车辆的少于所有车辆的牵引力；至少部分地基于所计算的牵引力来计算路线计划；以及至少部分基于所述路线计划来控制所述车辆编组的移动。
16.如权利要求15所述的方法，包括计算所述多个车辆减去所述指挥车辆的牵引力。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述多个获取的参数包括所述车辆编组的质量、 多个车辆编组阻力参数及多个坡度参数。
18.如权利要求17所述的方法，共中所述多个车辆减去领头车辆的牵引力根据下式来计算
19.如权利要求15所述的方法，还包括基于所述指挥车辆的多个所获取的牵引力参数和基于所述多个车辆的所述少于所有车辆的多个计算的索引力参数，确定所述多个车辆的所有车辆的多个组合的牵引力参数; 以及基于所确定的多个组合的牵引力参数和基于所述车辆编组的多个所获取的速度参数， 计算所述车辆编组的重量的分布。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述车辆编组的重量的分布根据下式来计算 Hiin0 (Y- θ Φ) (Y- θ Φ)‘，其中θ Φ = Y+ η ；Y表示输出向量Cy1...yj ；Φ表示回归量向量[Φ。·. ΦJ ； η表示误差向量Ln1... η J ；
21.如权利要求20所述的方法，其中所述车辆编组的重量的分布根据以下约束来计算[(m+Dw1 1 ... 1] θ ‘ = 1，并且
22.如权利要求15所述的方法，还包括经第一共同功率控制值来控制所述至少一个机动车辆的每个；以及计算经所述第一共同功率控制值所控制的所述多个车辆的少于所有车辆的牵引力。
23.如权利要求22所述的方法，还包括经第二共同功率控制值来控制所述机动车辆的每个，所述第二共同功率控制值不同于所述第一共同功率控制值；以及计算经所述第二共同功率控制值所控制的所述多个车辆的少于所有车辆的牵引力。
24.一种方法，包括测量沿路线移动的车辆编组的第一机动车辆的多个牵引力值； 测量沿所述路线移动的所述车辆编组的多个速度值；以及基于所测量的多个牵引力值和所测量的多个速度值，估计所述车辆编组的一个或多个第二机动车辆的牵引力。
25.如权利要求M所述的方法，其中估计所述牵引力包括根据下式来估计所述牵引力
全文摘要
一种用于控制非公路车辆的移动的控制方法包括在行程期间从至少一个传感器获取多个实际列车速度测量，并且获取与所述多个实际列车速度测量的每个测量对应的列车功率参数。从所述多个实际列车速度测量和对应的列车功率参数来估计或以其它方式确定多个阻力参数。非公路车辆的移动(例如，节流阀命令)至少部分地基于所述多个阻力参数，这些参数可合并到车辆操作模型中和/或路线计划中，而车辆根据所述车辆操作模型和/或路线计划来控制。
文档编号B61L15/00GK102292252SQ200980155469
公开日2011年12月21日 申请日期2009年11月24日 优先权日2008年11月24日
发明者A·库马, K·卡尔亚纳姆, M·西瓦苏布拉米尼亚姆, P·K·霍普特 申请人:通用电气公司