位置控制系统

申请号 CN200980153182.3 申请日 2009-11-30 公开(公告)号 CN102271985B 公开(公告)日 2016-08-10
申请人 环球城市电影有限责任公司; 发明人 S.M.金;
摘要 提出了一种用于确定至少一个车辆的至少一个 车轮 的滑动的方法,该车辆具有 发动机 和向发动机传送速度命令以便改变车辆速度的处理器。该方法包括在规则间隔内确定车辆的实际速度;在规则间隔内将车辆的实际速度与根据速度命令的幅值的预期速度相比较以确定是否存在车辆的车轮滑动;以及在存在车轮滑动的情况下,将速度命令的幅值减小至近似等于车辆的实际速度。还提出了执行所述方法的系统和 电路 。
权利要求

1.一种用于控制位于固定路径上的、具有车轮的车辆的方法,所述方法包括:
使用车辆处理器和车辆传感器设备在该车辆沿着路径移动的同时确定该车辆的实际速度,其中该车辆处理器和该车辆传感器设备位于该车辆上;
使用位置控制修正模来将车辆的实际速度与该车辆处理器生成的速度命令的幅值的预期的速度相比较并且使用比较结果以确定是否正在发生车轮滑动;以及在比较结果指示发生车轮滑动的情况下相对于该速度命令的幅值而减小来自该车辆处理器的后继车辆速度命令的幅值到接近等于车辆的实际速度。
2.权利要求1的方法,包括使用位置控制修正模块来在基于实际速度与速度命令的幅值的预期的速度的后继比较确定已消除车轮滑动之后使车辆速度命令的幅值倾斜上升。
3.权利要求1的方法,包括使用所述位置控制修正模块来通过计算当前车轮直径并且基于计算的当前车轮直径来修正确定的实际速度从而补偿由于车轮劣化而引起的车辆速度的变化。
4.权利要求1的方法,包括使用所述位置控制修正模块来执行算法以便在减小该实际速度之后使车辆过渡速度逐渐倾斜上升。
5.权利要求4的方法,包括使用所述位置控制修正模块来修正速度误差累积。
6.一种用于控制路径上的多个车辆的驾驶控制系统,所述驾驶控制系统包括:
路径处理器,配置为传送根据该路径上的多个车辆中的每个车辆之间的预定间距的理想位置;
多个车辆处理器 ,其中多个车辆中的每个车辆包括一个车辆处理器,并且其中该多个车辆处理器中的每个车辆处理器配置为接收该理想位置;
其中该多个车辆处理器中的每个车辆处理器与配置成识别多个车辆中的相应车辆的实际速度的相应车辆传感器设备接成电路
多个位置控制修正模块,其中该多个车辆中的每个车辆包括多个位置控制修正模块中的一个位置控制修正模块,并且其中该多个位置控制修正模块中的每个位置控制修正模块配置为通过比较相应车辆的实际速度和相应车辆的速度命令的幅值的预期的速度来确定相应车辆的预期的位置的变化,并且确定将修正相应车辆的预期的位置的变化的修正速度使得该预定间距将被修正而无需知道相邻车辆的位置;以及
多个车辆驱动和停止系统,其中该多个车辆中的每个车辆包括与多个车辆处理器中的相应一个车辆处理器接成电路的该多个车辆驱动和停止系统中的一个车辆驱动和停止系统,并且其中该多个车辆驱动和停止系统中的每个车辆驱动和停止系统配置为应用该修正速度给相应车辆,以便修正相邻车辆之间的间距变化,其中至少一个车辆驱动和停止系统配置为通过减小对应车辆的速度命令到接近等于对应车辆的实际速度来将对应车辆调整到合适的位置。
7.权利要求6的驾驶控制系统,其中,所述位置控制修正模块中的每一个被配置为识别并补偿由沿着固定路径的车轮滑动引起的车辆间距的变化。
8.权利要求6的驾驶控制系统,其中,所述多个位置控制修正模块中的每一个还被应用为通过计算当前车轮直径并且基于计算的当前车轮直径来修正识别的实际速度从而补偿由车轮劣化引起的车辆间距的变化。
9.权利要求6的驾驶控制系统,其中,所述位置控制修正模块配置为将速度命令的幅值的预期的速度逐渐过渡到修正速度并且防止位置误差累积。
10.一种用于确定至少一个车辆的至少一个车轮的滑动的方法,该车辆具有发动机和向发动机传送速度命令以便改变车辆速度的处理器,该方法包括:
用速度传感器确定车辆的实际速度;
通过处理器来将车辆的实际速度与根据速度命令的幅值的预期的速度相比较;
通过该处理器来基于实际速度和预期的速度的比较而确定是否存在该至少一个车辆的该至少一个车轮的滑动;以及
确定存在该至少一个车轮滑动的情况下将速度命令的幅值的预期的速度减小至近似等于车辆的实际速度。
11.权利要求10的方法,包括一旦未发生车轮滑动,则使速度命令的幅值倾斜上升。
12.权利要求10的方法,其中,减小速度命令的幅值包括应用该速度命令以平滑该速度命令的幅值的减小。
13.权利要求4的方法,包括应用以下作为算法:
,其中:
F(Vsp)为车辆过渡速度,
θ= θ+λ, 其中λ=F(a) / π,
如果VNold ≠ VNnew,则θ= π ,
VN为速度命令,
,其中:
Vactual= F(Vsp) (VN),
aN为加速度命令。
14.权利要求9的系统,其中逐渐过渡速度命令的算法包括:
 ,其中:
F(Vsp)为车辆过渡速度,
θ= θ+λ, 其中λ=F(a) / π,
如果VNold ≠ VNnew,则θ= π ,
VN为速度命令,
,其中:
Vactual= F(Vsp) (VN),
aN为加速度命令。
15.权利要求12的方法,其中平滑该速度命令的幅值的减小的算法包括:
,其中:
F(Vsp)为车辆过渡速度,
θ= θ+λ, 其中λ=F(a) / π,
如果VNold ≠ VNnew,则θ= π ,
VN为速度命令,
,其中:
Vactual= F(Vsp) (VN),
aN为加速度命令。

说明书全文

位置控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及位置控制系统。更具体地,本发明涉及用于固定路径上的车辆的位置控制系统。

背景技术

[0002] 当前,使用中央控制器或计算机来执行沿着诸如路或轨道(track)的路径的车辆运动的监视。计算机监视轨道上的每个车辆的位置,并且当车辆间距在预定最小距离内时,轨道上的所有车辆被停止。除计算机之外,此类系统包括沿着轨道安装在各种位置处的多个传感器和用于连接每个传感器和计算机的复杂布线。
[0003] 例如,美国专利4,864,306描述了一种系统,其中沿着轨道利用诸如条形码标记(marker)的机器可读轨道侧标记并由在火车上的设备进行读取以提供轨道数目识别、里程碑识别和火车方向。在火车上的是将提供火车识别和火车速度的设备。此信息被通过转发器在火车之间传送并传送至中央站,并被在各火车上和中央位置上的设备处理以提供指示潜在火车冲突的可见和可听信号
[0004] 最近,美国专利7,182,298描述了一种轨道网络,其结合了至少一个节点(在该至少一个节点处,轨道网络的至少两个轨道段相互邻接)并且还包括沿着轨道网络行进的多个车辆,并且其中的每一个包括控制单元,其中,能够实现这些车辆的移动的控制,并且其中,关于后继或先行车辆的信息被存储在车辆的控制单元中并在车辆通过轨道网络的节点时被更新。
[0005] 然而,由于所需的计算机、复杂的布线和多个传感器,系统难以集成且维护起来是昂贵的。其它缺点包括:在轨道安装之后测试并证明系统功能性的要求、使用于车辆的传感器和目标与轨道接口对准的技术挑战、不能感测间距问题直至其已变得严重到足以违背最小间距、在不添加使得系统不那么灵活的附加传感器的情况下不能改变间距标准、和不能解决(account for)车轮滑动及车轮和轮胎故障。
[0006] 因此,迄今为止,不存在用于固定轨道上的车辆的位置控制的适当方法或系统。

发明内容

[0007] 在本发明的一个实施例中,提出了一种用于控制位于固定路径上的、每个都具有车轮的多个车辆的方法。该方法包括:在每个车辆上安装处理器;将车辆传感器设备安装到每个车辆;使用每个处理器和每个车辆传感器设备在每个车辆沿着路径移动的同时确定每个车辆的实际(actual)速度;以及使用位置控制修正(correction)模来将每个车辆的实际速度与每个车辆的速度命令相比较以确定是否正在发生车轮滑动并在发生车轮滑动的情况下减小车辆速度命令的幅值(magnitude)。
[0008] 在本发明的另一方面,提出了一种用于确定至少一个车辆的至少一个车轮的滑动的方法,该车辆具有发动机和向发动机传送速度命令以便改变车辆速度的处理器。所述方法包括:在规则间隔(regular interval)内确定车辆的实际速度;在规则间隔内将车辆的实际速度与根据速度命令的幅值的预期速度相比较以确定是否存在车辆的车轮滑动;以及在存在车轮滑动的情况下,将速度命令的幅值减小至近似等于车辆的实际速度。附图说明
[0009] 参考附图进行以下详细说明,在附图中:
[0010] 图1是依照本发明的一个实施例的图示,其示出设置在路径的一部分上的一个车辆,并且其中,该车辆包括车辆控制系统;
[0011] 图2是示出图1的路径的一部分的顶视图的图示;
[0012] 图3是示出图1的车辆控制系统的细节的方框图
[0013] 图4是示出位置控制修正模块的实施例的流程图
[0014] 图5是示出娱乐驾驶控制(ride control)系统的示意图;以及
[0015] 图6是描述依照本发明的实施例的逐步方法的流程图。

具体实施方式

[0016] 本发明的一个实施例涉及用于控制固定路径上的多个车辆的控制系统和方法。该系统的一个特定实施例包括用于修正车辆之间的间距的位置控制和修正模块。
[0017] 参考图1和2,驾驶系统的多个车辆之中的一个车辆10,示出为具有主体12、车轮14以及坐在其中的客人18。车辆10被设置在诸如轨道20(其包括由横梁24支承的轨22)的路径上。汇流排或通电(energizing)轨26通过电极28的手段从发电机(下文描述)向车辆10提供电能。示出了被安装到车轮14的盘式制动器30。
[0018] 距离/速度传感器116可以包括磁铁120和磁场光学传感器112,其一起以已知的方式起作用以向处理器(未示出)提供对应于车轮14行进的距离的电脉冲。处理器、存储器定时器、距离及驱动和停止系统(每个将参考图3进一步讨论)可以位于舱室119内。
[0019] 现在参考图3,一般地在300处举例说明了依照本发明的用于控制固定路径上的多个车辆的车辆控制系统的一个实施例。在本实施例中,控制系统300包括处理器310、存储器312、定时器314、距离/速度传感器316及车辆驱动和停止系统318。
[0020] 处理器310可以是诸如可编程逻辑控制器的任何适当处理器。存储器312可以是任何适当的类型,包括但不限于RAM、ROM、EPROM和闪存。存储器312可以存储用于处理器310的程序并存储给定车辆沿着轨道行进的持续时间的用于预测位置范围的查找表。还可以将存储器配置为存储车轮直径测量结果、水平车轮滑动测量结果和车辆间距测量结果,例如每个车辆在任何特定时间距离相应的车辆多远。
[0021] 定时器314提供可以被处理器310用来对车辆沿着轨道行进的实际持续时间进行定时的定时功能。
[0022] 距离/速度传感器316可以包括磁铁和磁场或光学传感器,其一起以已知的方式起作用以向处理器310提供对应于车轮行进的距离的电脉冲。可选地,可以采用诸如多圈编码器(multi-turn encoder)的其它传感器。为了确定距离,可以对脉冲进行计数或直接由处理器310来测量以确定距离和由此而来的沿着轨道的车辆的位置。
[0023] 可以将车辆驱动和停止系统318与包括发动机控制器(未示出)的驱动发动机334和诸如盘式制动器30(图1)的制动器332互连。可以连接驱动发动机334以经由由处理器310生成并被以已知方式发送到发动机控制器的速度命令来驱动车轮14(图1)中的一个或多个。应理解的是出于本文的目的,速度命令的幅值越大,车辆的速度越大。
[0024] 处理器310被经由诸如软件固件的任何适当手段配置为从开始指示器324接收车辆已开始沿着轨道行进的初始信号,并随后连续地或以规则间隔计算沿着轨道的车辆的实际位置。可选地,转发器(未示出)可以沿着轨道定位,并且可以提供用于确定用于车辆的实际位置的传感器。
[0025] 所计算的实际位置可以被处理器310用来经由车辆驱动和停止系统318来控制多个车辆之间的距离,使得车辆相互保持预定间距。然而,由于例如车辆车轮磨损或车轮滑动,在操作期间可能累积位置误差。例如,随着车辆的老化的增加,轮胎可能开始磨损并变小,可能累积速度和位置误差。并且,当车辆出发或绕弯时,可能发生车轮滑动,导致进一步的速度和位置误差。为了减小这些误差,提供位置控制修正模块330,其可以被配置为从处理器310接收速度命令,并向处理器返回信号,来基于速度和位置误差来修正速度命令。因此,位置控制修正模块330有利地减少车辆之间的预定距离的变化以减少不期望的车辆接触
[0026] 为了补偿车轮磨损,与处理器310一起工作的位置控制修正模块330可以被配置为计算例如被转发器(其沿着路径定位并由附加车辆位置传感器来识别)照亮(illuminate)的固定点之间的距离,并且然后将该值与例如由传感器116感测的已知车轮转数相比较。可以计算当前车轮直径并随后应用于修正测量的(measured)速度和加速度。
[0027] 通常,为了补偿车轮滑动,例如在加速期间,位置控制修正模块330可以将上述速度命令(VN)与车辆沿着固定路径行进的实际速度相比较。如果在根据速度命令预期的车辆速度与车辆的实际速度之间存在差异,则例如可以将速度命令在幅值方面减小至实际速度以消除滑动并恢复与固定路径的摩擦啮合。此后,可以使速度命令在幅值方面缓慢地倾斜上升(下文描述)以从而保持与固定路径的摩擦啮合。
[0028] 现在参考图4的流程图,示出了用于计算修正速度命令的位置控制修正模块330的更多细节。位置控制修正模块330包括初级环路(primary loop)402,其包括用于计算平滑过渡速度(见下文)的计算器404、定时器406、速度控制功能408、求和(summation)410和求和412。提供分别用于计算速度误差和位置误差的次级环路414和416。更具体地,次级环路414包括用于经由F(Kv)/T来计算速度误差(Ev)的计算器且次级环路416包括用于经由F(Kp)来计算位置误差(Ep)的计算器。下面可以为了理解项F(Kv)和F(KP)进行参考。次级环路414和416包含增益函数418和420以计算位置和速度误差并进行加权以用于求和422。
[0029] 在操作中和在规则间隔期间,求和422将所计算的速度和位置误差(Ev)、(Ep)组合,其又被馈送到求和410,该求和410从特定感测位置处的速度(Vsp)减去误差值以实现修正速度G(v)。可以在408处提供修正速度G(v)和实际速度(未示出)并将其传送到处理器310(图3)以供在确定是否发生(一个或多个)车轮30的滑动时使用。如果车轮滑动被处理器310确定为正在发生,则处理器可以减小到发动机的速度命令的幅值以停止滑动并随后如上所述地开始使速度命令的幅值缓慢地倾斜上升以驱动发动机。
[0030] 修正速度G(v)随后被输出到次级环路414以计算新的速度误差(Ev)并与来自定时器406的输出组合以便在次级环路416中用来计算新的位置误差(Ep)。其还被传送到处理器310以确定是否需要增加速度以修正位置误差和因此的车辆之间的间距。
[0031] 可选地,为了使车辆过渡速度F(Vsp)平滑且缓慢地倾斜上升并防止在系统中累积误差,可以向诸如下文提供的算法应用车辆速度命令(VN)。
[0032] 其中:
[0033] θ= θ+λ,其中λ=F(a) / π
[0034] 如果VNold ≠ VNnew,θ= π
[0035] VN=速度命令。
[0036] 可以根据以下等式来计算车辆的加速度函数F(a),其中,加速度受到速度变化的百分比的限制以进一步减小加速期间的可能滑动。
[0037]
[0038] 其中
[0039] Vactual= F(Vsp) (VN)
[0040] aN=加速命令。
[0041] 位置Kp和速度K(v 参加上文,在计算速度误差(Ev)和位置误差(Ep)时使用)的增益项(K)的函数对各项进行加权,使得速度修正是平滑的。这些可以如下计算:
[0042]
[0043]
[0044] 如果 。
[0045] 现在参考图5,一般地在50处示出了示意图,其示出可与本发明的一个实施例一起使用的驾驶控制系统。如所示,驾驶控制系统50包括路径或轨道处理器52,其与通电轨26(包括许多电路连接(未编号))和多个车辆310(图3)(每个被与车辆10(图1)一起定位)接成电路。将认识到在可选实施例(未示出)中,轨道处理器52可以经由无线通信而不是例如经由通电轨26来与每个车辆处理器310通信。轨道处理器52可以包括可编程逻辑控制器并监视轨道功能,诸如轨道机器的模式、停止和开始功能以及经由故障安全(fail-safe)信号控制所有轨道开关元件。轨道处理器52和每个车辆处理器310可以进行通信以保证针对被安装到轨道的所有车辆来安全地控制轨道机器的模式。如果存在轨道模式的不一致或者如果车辆感测自身超出用于位置、速度或加速度参数或其它故障条件的范围,则车辆将向轨道处理器和/或其它车俩处理器进行通信以引起用于每个车辆10的停止或其它反应。
[0046] 轨道处理器52还可以被配置为根据某预定计划(诸如每个车辆沿着路径相等地间隔开)来确定每个车辆的理想位置并将其向路径上的每个车辆广播。每个车辆(经由每个处理器310)然后可以通过如上所述地增加速度或刹车来同步或改变其沿着路径的位置,以修正其与其它车辆的间距。
[0047] 在图6中一般地在600处举例说明了一种依照本发明的另一实施例的、监视和控制可沿着路径移动的多个车辆的位置的方法。用于控制固定路径上的多个车辆的方法包括如在602处所示地将处理器安装到每个车辆并如在604处所示地将车辆传感器设备安装到每个车辆。所述方法还包括在步骤606处使用每个处理器和每个车辆传感器设备在每个车辆沿着路径移动的同时确定每个车辆的实际位置,并在步骤608处使用位置控制修正模块来将每个车辆的实际速度与每个车辆的速度命令相比较以确定车轮滑动是否正在发生并在发生车轮滑动的情况下减小车辆速度命令的幅值。
[0048] 本文所述的系统和方法的技术效果包括修正车辆的速度以解决车轮滑动。其它技术效果包括修正轨道上的车辆间距。
[0049] 虽然已经结合目前被视为最实际和优选的实施例的内容描述了本发明,但应理解的是本发明不限于这些本文公开的实施例。相反,本发明意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的全部的各种修改和等价布置。
QQ群二维码
意见反馈