用于监测制动作用力的系统和方法

用于监测制动作用力的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及用于监测制动作用力的系统和方法。一种方法(例如用于监测车辆系统的制动系统)包括监测制动系统的流体压力和沿着路线行驶的车辆系统中的制动系统的所建模的制动作用力，在制动系统的制动事件之前或制动事件之后中的至少一个，识别一个或更多个时间段，计算在一个或更多个时间段期间在车辆系统上施用的残余力，以及使用计算的残余力来确定以下中的至少一个：制动系统的估计制动作用力，或由制动系统施加估计制动作用力时所处的估计传播速率。
【专利说明】用于监测制动作用力的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本文中描述的主题的实施例涉及监测由车辆系统的制动器施加的制动作用力 (例如制动力）。

【背景技术】
[0002] -些已知车辆系统包括制动系统，该制动系统依赖于空气压力来控制制动系统。 (如本文中所用，用语"车辆系统"可表示单个车辆或与彼此机械地联接的多个车辆，诸如车 辆编组。车辆可包括能够自推进的生成推进力的车辆，或不能够自推进的不生成推进力的 车辆）。例如，通过在制动系统（包括空气制动器）的导管中保持充足的空气压力来防止空 气制动器接合车辆系统的移动部件。为了启动空气制动器，压力减小，以使不再防止制动系 统接合车辆系统的移动构件。制动系统接合移动构件，以使车辆系统的移动停止或减慢。
[0003] 车辆系统的操作者可假设当制动系统启动时，车辆系统可以以给定速率（例如， 传播速率）提供一定量的制动力（例如，制动作用力）。由于在计算这些力和/或速率时使 用的不准确信息、制动系统退化、行驶的路线改变以及其它原因，故施加的实际制动力可为 较小的，并且/或者可以以较慢的速率供应实际制动力。
[0004] 因为操作者依赖可供应的预期量的制动力和供应制动力的速率是准确的，以便安 全地运行车辆系统，所以制动力和/或速率的不准确可导致车辆系统的不安全运行。


【发明内容】

[0005] 在实施例中，一种方法（例如用于监测车辆系统的制动系统）包括监测制动系统 的流体压力和沿着路线行驶的车辆系统中的制动系统的所建模的制动作用力，在制动系统 的制动事件之前或制动事件之后中的至少一个，识别一个或更多个时间段，计算在一个或 更多个时间段期间在车辆系统上施用的残余力，以及使用计算的残余力来确定以下中的至 少一个：制动系统的估计制动作用力，或由制动系统施加估计制动作用力时所处的估计传 播速率。在一方面，在其期间计算残余力的时间段包括稳态时间段。在稳态时间段期间，制 动系统中的流体压力和/或车辆系统的所建模的制动作用力不改变超过至少阈值时间段 的一个或更多个相应的阈值。
[0006] 在实施例中，一种控制系统（例如车辆系统的控制系统）包括车辆控制器，该车辆 控制器构造成监测制动系统的流体压力和沿着路线行驶的车辆系统中的制动系统的所建 模的制动作用力。车辆控制器还构造成在制动系统的制动事件之前或制动事件之后中的至 少一个，识别一个或更多个时间段。车辆控制器进一步构造成计算在一个或更多个时间段 期间在车辆系统上施用的残余力，以及使用计算的残余力来确定以下中的至少一个：制动 系统的估计制动作用力，或由制动系统施加估计制动作用力时所处的估计传播速率。在一 方面，在其期间计算残余力的时间段包括稳态时间段。在稳态时间段期间，制动系统中的流 体压力和/或车辆系统的所建模的制动作用力不改变超过至少阈值时间段的一个或更多 个相应的阈值。
[0007] 在实施例中，一种方法（例如用于监测制动系统）包括：在表示空气制动系统的启 动的制动事件之前和之后，测量车辆系统的空气制动系统的空气压力；对由空气制动系统 在制动事件之前和之后提供的制动作用力建模；当两个空气压力不变更超过第一阈值量， 并且被建模的制动作用力不变更超过第二阈值量时，识别制动事件前时间段；计算在制动 事件前稳态时间段期间在车辆系统上施用的制动事件前残余力；以及使用计算的残余力来 估计以下中的至少一个：空气制动系统的实际制动作用力，或由空气制动系统施加实际制 动作用力时所处的传播速率。
[0008] 在实施例中，方法进一步包括生成用于控制车辆系统的至少一个控制信号，其中， 基于制动系统的确定的估计制动作用力和/或确定的估计传播速率来生成至少一个控制 信号。例如，至少一个控制信号可包括用于修改行程计划（如本文中别处更详细地阐明的） 的一个或更多个控制信号、用于对车辆系统的操作者显示关于估计制动作用力和/或估计 传播速率的信息的一个或更多个控制信号（其显示的信息具有用于操作者响应于信息作 用，用于将车辆系统控制到不同于其当前状态的状态的格式和/或内容），用于自动地控 制车辆系统的一个或更多个控制信号（例如，使车辆系统自动减慢，或使车辆系统自动停 止）、用于安排维护操作的一个或更多个控制信号（其中，根据待执行的用于维护操作的时 间表来控制车辆）、用于调节车辆系统的制动系统控制信号的一个或更多个控制信号（例 如，修改制动系统控制信号，使得制动系统控制信号针对给定的控制输入，以与在未生成一 个或更多个控制信号的情况下它们将采取的不同的方式，控制车辆系统的制动）、用于将车 辆系统的运行的装备模式从当前状态（机械构造）调节到新状态的一个或更多个控制信号 (例如，用于调节车辆悬吊特性的信号，诸如控制马达，以张紧或松开悬吊弹簧），等。
[0009] -种方法，包括：监测制动系统的流体压力和沿着路线行驶的车辆系统中的制动 系统的所建模的制动作用力；在制动系统的制动事件之前或制动事件之后中的至少一个， 识别一个或更多个时间段；计算在一个或更多个时间段期间在车辆系统上施用的残余力； 以及使用计算的残余力来确定以下中的至少一个：制动系统的估计制动作用力，或由制动 系统施加估计制动作用力时所处的估计传播速率。
[0010] 通过计算针对制动事件之前发生的一个或更多个时间段中的第一时间段计算的 残余力和针对制动事件之后发生的一个或更多个时间段中的第二时间段计算的残余力之 间的差，来确定估计制动作用力。
[0011] 通过计算残余力在制动事件之后的指定传播窗时间段内改变的速率，来确定估计 传播速率。
[0012] 一个或更多个时间段是通过确定流体压力何时不改变超过至少指定时间段的第 一指定阈值量，以及所建模的制动作用力何时也不改变超过至少相同的指定时间段的第二 指定阈值量而识别的稳态时间段。
[0013] 制动事件表示通过改变存储在制动系统的贮存器中的流体的流体压力来启动制 动系统。
[0014] 仅在车辆系统的油门设定或制动设定中的至少一个在制动事件之后的指定非零 传播窗时间段期间不改变时，才确定估计传播速率。
[0015] 即使车辆系统的油门设定或制动设定中的至少一个在制动事件之后的指定非零 传播窗时间段期间改变,也确定估计传播速率。
[0016] 该方法进一步包括响应于以下中的至少一个来修改沿着路线的车辆系统的行程 的行程计划：估计制动作用力与假设制动作用力偏离至少第一阈值量，或者估计传播速率 与假设传播速率偏离至少第二阈值量，行程计划根据沿着路线的时间或距离中的至少一个 来指定车辆系统的运行设定，使用假设制动作用力或假设传播速率中的至少一个来产生行 程计划。
[0017] 一种控制系统，包括：车辆控制器，其构造成监测制动系统的流体压力和沿着路线 行驶的车辆系统中的制动系统的所建模的制动作用力，车辆控制器还构造成在制动系统的 制动事件之前或制动事件之后中的至少一个，识别一个或更多个时间段，车辆控制器进一 步构造成计算在一个或更多个时间段期间在车辆系统上施用的残余力，以及使用计算的残 余力来确定以下中的至少一个：制动系统的估计制动作用力，或由制动系统施加估计制动 作用力时所处的估计传播速率。
[0018] 车辆控制器构造成通过计算针对制动事件之前发生的一个或更多个时间段中的 第一时间段计算的残余力和针对制动事件之后发生的一个或更多个时间段中的第二时间 段计算的残余力之间的差，来确定估计制动作用力。
[0019] 车辆控制器构造成通过计算残余力在制动事件之后的指定传播窗时间段内改变 的速率，来确定估计传播速率。
[0020] 车辆控制器构造成通过确定流体压力何时不改变超过至少指定时间段的第一指 定阈值量，以及所建模的制动作用力何时也不改变超过至少相同的指定时间段的第二指定 阈值量，来识别一个或更多个时间段。
[0021] 制动事件表示通过改变存储在制动系统的贮存器中的流体的流体压力来启动制 动系统。
[0022] 车辆控制器构造成仅在车辆系统的油门设定或制动设定中的至少一个不在制动 事件之后的指定非零传播窗时间段期间改变时，才确定估计传播速率。
[0023] 控制系统进一步包括能量管理系统，能量管理系统构造成响应于以下中的至少一 个来修改沿着路线的车辆系统的行程的行程计划：估计制动作用力与假设制动作用力偏离 至少第一阈值量，或者估计传播速率与假设传播速率偏离至少第二阈值量，行程计划根据 沿着路线的时间或距离中的至少一个来指定车辆系统的运行设定，使用假设制动作用力或 假设传播速率中的至少一个来产生行程计划。
[0024] -种方法，包括：在表示空气制动系统的启动的制动事件之前和之后，测量车辆系 统的空气制动系统的空气压力；对由空气制动系统在制动事件之前和之后提供的制动作用 力建模；当两个空气压力不变更超过第一阈值量，并且所建模的制动作用力不变更超过第 二阈值量时，识别制动事件前时间段；计算在制动事件前时间段期间在车辆系统上施用的 制动事件前残余力；以及使用计算的残余力来估计以下中的至少一个：空气制动系统的实 际制动作用力，或由空气制动系统施加实际制动作用力时所处的传播速率。
[0025] 该方法进一步包括：当两个空气压力不变更超过第一阈值量，并且所建模的制动 作用力不变更超过第二阈值量时，识别制动事件后时间段；以及计算在制动事件后时间段 期间在车辆系统上施用的制动事件后残余力，其中，通过计算制动事件前残余力和制动事 件后残余力之间的差来估计实际制动作用力。
[0026] 该方法进一步包括：识别制动事件之后的制动事件后传播窗；计算在制动事件后 传播窗期间发生的传播窗残余力；以及识别传播窗残余力和制动事件前残余力之间的差的 变化速率，作为估计传播速率。
[0027] 该方法进一步包括通知车辆系统的操作者不响应于以下中的至少一个而启动制 动系统：估计制动作用力小于假设制动作用力，或者估计传播速率比假设制动速率更慢。
[0028] 该方法进一步包括响应于以下中的至少一个来修改沿着路线的车辆系统的行程 的行程计划：估计制动作用力比假设制动作用力小至少阈值量，或者估计传播速率比假设 传播速率慢至少阈值速率，行程计划根据沿着路线的时间或距离中的至少一个来指定车辆 系统的运行设定，使用假设制动作用力或假设传播速率中的至少一个来产生行程计划。
[0029] 所建模的制动作用力表示基于表示车辆系统或由车辆系统行驶的路线中的至少 一个的特性的一个或更多个输入值而预期由制动系统提供的力。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 参照附图，从阅读非限制性实施例的以下描述，将更好地理解本文描述的主题，其 中在下面： 图1示出用于监测车辆系统的制动作用力的方法的流程图； 图2示出在制动事件之前、在此期间和之后，针对车辆系统的制动系统所测得的流体 压力的示例； 图3示出所建模的制动作用力的示例，针对具有制动系统的车辆系统来计算该所建模 的制动作用力，在图2中显示在制动事件之前、在此期间和之后的该制动系统的流体压力； 图4示出具有制动系统（其具有图2中显示的流体压力并且与图3中显示的所建模的 制动作用力相关联）的车辆系统的运行设定的示例； 图5示出用于监测由车辆系统提供的制动作用力的传播速率的方法的流程图； 图6示出在制动事件之前、在此期间和之后，针对车辆系统的制动系统所测得的流体 压力的另一个示例； 图7示出所建模的制动作用力的示例，针对具有制动系统的车辆系统来计算该所建模 的制动作用力，在图6中显示在制动事件之前、在此期间和之后的该制动系统的流体压力； 图8示出具有制动系统的车辆系统的运行设定的示例，在图6中显示在制动事件之前、 在此期间和之后的该制动系统的流体压力；以及 图9是车辆系统的实施例的示意图。

【具体实施方式】
[0031] 本文描述的有创造性的主题的实施例涉及监测由车辆系统的制动器生成的、用以 使车辆系统的移动停止或减慢的制动作用力。制动作用力可包括由车辆系统的制动器施加 的阻止车辆系统的移动的阻力。制动作用力可由车辆系统的空气制动器（诸如制动系统， 其使用流体压力（例如空气压力）来使制动器保持脱离，并且扣留阻力，但释放（例如减 小）流体压力，以接合制动器和施加阻力）提供。
[0032] 在一方面，诸如通过定期或连续地测量在载于车辆系统上的流体贮存器中保持的 流体压力，监测制动系统的流体压力。可选地，可在一个或更多个导管中测量流体压力，当 贮存器中的流体压力释放或减小时，流体（例如空气）传送通过该一个或更多个导管。诸 如通过基于车辆系统的一个或更多个测得参数来定期或连续地计算由制动系统供应的作 用力（例如制动力），还监测由制动系统提供的所建模的制动作用力。在一方面，所建模的 制动作用力不是实际施加的制动力，而是计算值。
[0033] 在制动事件之前和之后监测制动系统的流体压力和所建模的制动作用力。制动事 件可包括施加制动器，使用被监测的流体压力来控制该制动器。在一个示例中，通过检测制 动系统的流体压力减小至少指定的非零阈值量，识别制动系统的制动事件。可选地，可通过 监测用于控制制动系统的施加的控制装置的自动或手动促动来识别制动事件。
[0034] 在制动事件之前和之后检查制动系统中的流体压力和所建模的制动作用力，以识 别在制动事件之前发生的一个或更多个时间段和在制动事件之后的一个或更多个时间段。 识别为在制动事件之前发生的（多个）时间段可被称为制动事件前时间段，而识别为在制 动事件之后发生的（多个）时间段可被称为制动事件后时间段。
[0035] 这些时间段可不包括在其期间发生制动事件的时间段，或者不与该时间段重叠。 例如，在制动事件之前发生的时间段可识别成使得在车辆系统的空气制动器被促动或另外 接合之前，该时间段终止。在制动事件之后发生的时间段可识别成使得在车辆系统的空气 制动器被促动或另外接合之后，该时间段开始。
[0036] 识别时间段，以便允许在随后估计实际制动力时，分开由制动系统提供的实际制 动力与普通模式误差。如下面描述的，从多个参数估计制动力。在施加制动器期间（例如， 在制动事件期间），除了实际制动力之外的一个或更多个其它因素可影响这些参数。因此， 使用此类参数估计制动力可导致所估计制动力没有像在制动事件之前和/或之后发生的 时间段期间测量参数那么准确。
[0037] 制动事件之前和之后的时间段可识别为其中已知作用在车辆系统上的外力的这 些时间窗。例如，时间段可选定为这些时间，其中，从由车辆系统在相同路线上面的先前行 程执行的测量或计算了解到在车辆系统上施用的拖曳力、由于路线的坡度而在车辆系统上 施用的重力，由另一个制动系统（例如，动态制动器）施用的制动力、牵引作用力等（它们 具有由于被测量（例如，通过一个或更多个传感器）而知道的值），并且/或者由于操作者 提供指定力值而了解到它们。
[0038] 在一方面，时间段被称为"稳态"时间段。可通过确定时间窗来识别稳态时间段， 在该时间窗期间，制动系统中的所测得的流体压力和所建模的制动作用力至少在阈值时间 段内不变更超过指定阈值量。用于流体压力的指定阈值量可与用于所建模的制动作用力的 指定阈值量相同或不同。
[0039] 例如，可针对当贮存器中的流体压力和所建模的制动作用力在至少三十秒（或另 一个时间段）内增大或减小不超过5%、3%、1%或另一个量时的时间识别稳态时间段。可选 地，当流体压力和所建模的制动作用力没有向上或向下的趋势时，可识别稳态时间段。例 如，当流体压力的变化和所建模的制动作用力的变化在相对小地增大和减小之间交替（这 与在整个时间段或时间段的相当大（例如至少大多数）部分上面增大或减小相反）时，稳 态时间段可识别为正在发生。当所测得的压力或所建模的制动作用力的最佳拟合线（例 如，使用最小二乘回归来计算）增大或减小（例如，具有正斜率或负斜率）时，趋势可发生。
[0040] 可选地，时间段中的一个或更多个可不为稳态时间段。例如，时间段中的一个或更 多个可表示其中流体压力和/或所建模的制动作用力显著改变（例如，超过阈值）的时间 窗。
[0041] 在制动事件之前的时间段（在本文中被称为制动事件前时间段）期间发生的流 体压力和所建模的力可与除了由制动系统施加的阻力之外的、在车辆系统上施用的力相关 联。例如，在该制动事件前时间段期间，在车辆系统上施用的力可包括来自另一个制动系统 (例如动态制动器）的牵引作用力（例如，沿着路线推进车辆系统的推进力）、拖曳力、制动 力等。这些力不包括由制动系统施加的制动作用力，该制动系统使用流体压力来控制制动 系统的施加。
[0042] 在制动事件之后的时间段（在本文中被称为制动事件后时间段）期间发生的流体 压力和所建模的力可与在车辆系统上施用的力（包括由制动系统施加的阻力）相关联。例 如，在该制动事件后时间段期间，可接合制动系统，因为流体压力已减小，足以在制动事件 之后使制动系统接合。流体压力可尚未增大或增大到足以释放制动系统。因此，在制动事 件后时间段期间在车辆系统上施用的总力可包括由制动系统提供的制动作用力、拖曳力、 来自另一个制动系统的制动力等。
[0043] 在这些时间段期间在车辆系统上施用的实际力可被估计，并且与彼此比较，以估 计由制动系统供应的制动力。可从在制动事件后时间段期间在车辆系统上施用的总力减去 或除开在制动事件前时间段期间在车辆系统上施用的总力，以估计由制动系统供应的力。 因而，在一方面，在制动系统的接合之前和之后，流体压力和/或所建模的制动力可用于识 别待用于估计在车辆系统上施用的力的时间段。接着，这些估计力可用于得出由制动系统 供应的估计的制动作用力。
[0044] 如本文中描述的，被估计的制动作用力可用于控制车辆系统的未来运行，诸如为 了提醒操作者预期或计划的较小或较大的制动力。在一方面，可使用由行程计划指定的运 行设定来自动或手动地控制车辆系统。如果被估计的制动作用力不同于假设或预期的以及 用于产生行程计划的输入制动作用力，则可在车辆系统的行驶期间修改行程计划，以考虑 实际制动作用力不同于预期制动作用力。
[0045] 本文中描述的实施例的至少一个技术效果包括对实际制动作用力和在车辆系统 的行驶期间施加实际制动作用力时所处的速率的改进估计。与不了解该信息相比，了解该 信息可允许操作者以更安全的方式控制车辆系统。另外，这些估计可用于确定是否修改车 辆系统和/或一个或更多个其它车辆系统的行程计划和/或时间表，以避免车辆系统具有 减小的制动作用力，以及/或与制动作用力的预期施加速率相比更慢的不安全运行。
[0046] 实施例已在本文中示出为包括监测制动系统的所建模的制动作用力。但是，此类 实施例适用于监测制动作用力，更一般而言，例如，监测感测的制动作用力。因而，例如在实 施例中，方法包括监测制动系统的流体压力和沿着路线行驶的车辆系统中的制动系统的制 动作用力；在制动系统的制动事件之前或制动事件之后中的至少一个，识别一个或更多个 时间段；计算在一个或更多个时间段期间在车辆系统上施用的残余力；以及使用计算的残 余力来确定以下中的至少一个：制动系统的估计制动作用力，或由制动系统施加估计制动 作用力时所处的估计传播速率。
[0047] 可选地，所建模的制动作用力可为在车辆系统上施予的、使系统的移动减慢或停 止的阻力。可基于模型（例如，类似于所建模的制动作用力）、公式、车辆系统的在先行程 等来计算这些阻力，并且这些阻力表示计算（例如，未测量）的和/或测量为在车辆系统上 施用以克服车辆系统的推进力的力。阻力可包括制动作用力（例如，所建模的或实际施加 的）、拖曳力、车辆系统的移动构件之间的摩擦等。本文中对所建模的制动作用力的引用还 可或备选地引用此类阻力。
[0048] 图1示出用于监测车辆系统的制动作用力的方法100的流程图。方法100可表示 或用于产生用以执行本文中描述的运行的基于软件的系统。图1中描述和示出的运行可按 显示的顺序执行，或者可按另一个不同的顺序执行。此外，方法1〇〇可与图5中显示和下面 描述的方法500 -起执行。
[0049] 在102处，车辆系统沿着路线朝一个或更多个目的地位置行驶。可根据行程计划 自动或手动地控制车辆系统。根据沿着行程中的路线的时间和/或距离中的一个或更多 个，行程计划指定车辆系统的运行设定。这些运行设定可包括下者中的一个或更多个：油门 设定、制动设定、速度、加速度、牵引作用力、制动作用力等。可使用表示车辆系统的输入数 据、待在行程期间行驶的路线和/或行程来产生行程计划。例如，车辆系统的大小（例如， 质量、重量和/或长度）、路线的坡度、路线的曲率、车辆系统到达或经过一个或更多个位置 时的预定时间、待行驶的路线等可用于产生行程计划。可由车辆系统的制动系统（诸如空 气制动系统）提供的制动作用力可用于产生行程计划。该制动作用力可为假设或计算的制 动作用力，诸如从车辆系统的基于物理的模型得出的制动作用力。可选地，制动作用力可基 于车辆系统的先前测得或估计的制动作用力。在一方面，用于产生行程计划的制动作用力 不基于车辆系统中的流体贮存器的任何测得的流体压力，该流体贮存器用于控制制动系统 的启动。
[0050] 可产生行程计划，以减少消耗的燃料和/或由车辆系统生成的排放物中的至少一 个，同时使车辆系统在指定时间段内（例如，根据时间表）到达一个或更多个位置。相对于 不根据行程计划行驶的车辆系统，诸如车辆系统沿着相同路线行驶到相同位置，但以路线 的速度极限（例如，轨道速度）行驶，消耗的燃料和/或由车辆生成的排放物可减少。
[0051] 行程计划可用于自动控制车辆系统的运行，以对应于行程计划的指定运行设定。 可选地，行程计划可用于指导操作者手动地控制车辆系统的运行，以对应于行程计划的指 定运行设定。在一方面，车辆系统可不根据行程计划行驶。例如，车辆系统可手动地控制， 而不参照或使用行程计划。
[0052] 在104处，测量车辆系统的制动系统的流体压力。可在制动系统的流体贮存器中 测量流体压力，诸如在沿着火车的长度供应空气压力以阻止火车的空气制动器被促动的空 气贮存器中。可选地，可在制动系统的另一个位置测量流体压力。
[0053] 可定期、不定期、连续地或以其它基础测量流体压力。可频繁地测量流体压力，诸 如每秒一次（或另一个频率）。在一个示例中，在车辆系统的整个行程或其相当大部分期 间定期测量流体压力。可保持或记录流体压力窗，诸如通过将前两分钟、前四分钟或前六分 钟（或其它时间段）的压力测量结果保存在有形且非暂时性存储装置（例如，计算机可访 问和可读的存储器）中。
[0054] 在106处，计算车辆系统的所建模的制动作用力。可与测量制动系统的流体压力 同时（例如在与其相同的时间段期间）计算所建模的制动作用力。所建模的制动作用力可 表示预期由制动系统基于表示车辆系统和/或路线的特性的一个或更多个输入值提供的 力。由于不包括在制动系统的用于得出所建模的制动作用力的公式或模型中的其它因素， 以及/或者由于输入到公式或模型中的数据的误差或错误，故所建模的制动作用力可不同 于实际由制动系统施加的制动作用力。
[0055] 制动作用力的模型的一个示例为如下一个示例：使用车辆特有的信息和参数，以 及物理机构公式和一些启发式关系的组合，以便模拟制动信号沿着制动系统的一个或更多 个导管传播的延迟（例如，空气压力传播），由制动系统基于命令制动压力、流体贮存器容 积、阀类型和制动系统的各种快速服务和响应增压阀机构、空负载装置响应（例如，装置响 应于制动系统的施加有多快速）施加的最终法向力、基于特定的制动力生产要求的最终阻 滞牵引作用力等。
[0056] 在一方面，多个模型假设测试用于对车辆系统的制动作用力建模。在另一方面，可 使用以下公式对制动作用力建模： Fbrake = m*a - TE(n，v) + Fdrag(V) + m*g (公式 #1) 其中，Ftoke表示所建模的制动作用力，TE(n,v)表示根据凹口位置（n)和速度（v)的牵引 作用力（例如，沿着路线推进车辆系统的推进力），Fdrag(V)表示在车辆系统上施用的拖曳 力，拖曳力表达为车辆系统的速度（V)的函数,a表示车辆系统的加速或减速，m表示车辆系 统的质量，而g表示在车辆系统上施用的重力。
[0057] 在一方面，可使用车辆系统的轮子和路线之间的预期粘附力与车辆系统的质量 (或重量）之间的关系来计算所建模的制动作用力。例如，可执行车辆系统的移动的一个或 更多个模拟，并且从模拟来估计或计算由制动系统提供的制动作用力。这些模拟制动作用 力可用于得出一个或更多个方程（例如，微分方程、二次方程、线性方程和/或其它方程）， 其试图在数学上描述模拟制动作用力在车辆系统的行驶期间如何变化。这些方程可表示车 辆系统的移动的模型，并且可用于对由车辆系统在车辆系统的移动期间提供的制动作用力 建模。
[0058] 在108处，确定是否发生了制动事件。制动事件可表示与测得的流体压力相关联 的制动系统的施加。例如，制动事件可为车辆系统的空气制动器的促动。可通过确定制动 系统的流体压力何时减小至少阈值量来检测制动事件。在一方面，当空气制动器的贮存器 中的空气压力减小至少两磅每平方英寸或另一个阈值量时，空气制动器的促动检测为正在 发生。可选地，通过监测促动器（诸如开关、杠杆、按钮、踏板或用于控制制动系统的其它促 动器），以及确定促动器何时控制成接合制动系统，可检测制动事件。
[0059] 如果检测到制动事件，则流体压力可由于流体压力的释放而快速改变（例如，减 小），以便使制动器接合。另外，所建模的制动作用力可由于制动系统启动而改变（例如增 大）。因此，可能够测量由制动系统提供的实际制动作用力和/或实际制动作用力改变时 所处的速率（在本文中被称为传播速率），并且方法流1〇〇前进到110。在另一方面，如果 未检测到制动事件，则流体压力和/或所建模的制动作用力可由于流体压力的释放而不改 变。因此，可不能够测量实际制动作用力和/或传播速率，并且方法流100可回到104,其 中，继续测量流体压力，并且/或者继续计算所建模的制动作用力，直到检测到制动事件。
[0060] 在110处，在制动事件之后，测量制动系统的附加流体压力。因此，在制动事件之 前和之后测量流体压力。
[0061] 在一方面，可遍及车辆系统的行程测量流体压力。流体压力可至少暂时存储在存 储装置（诸如计算机硬盘驱动器或其它有形且非暂时性计算机可读存储介质）上。当检测 到制动事件时，方法100可检查存储在存储器中的、针对在检测到的制动事件之前的第一 指定时间段（例如，两分钟或另一个时间段）测量的流体压力，并且检查测量的和/或待在 检测到的制动事件之后针对另一个指定时间段（例如，第二指定时间段，诸如四分钟，或另 一个时间段，诸如两分钟）测量的流体压力。如果在第一指定时间段内未检测到制动事件， 则可丢弃（例如删除）在第一指定时间段开始之前测得的较旧流体压力。可选地，车辆系 统可在较长的时间段内或在车辆系统的整个行程中测量和存储流体压力，而不丢弃流体压 力中的任一个。
[0062] 在112处，计算车辆系统的附加的所建模的制动作用力，以使在制动事件之前和 之后确定所建模的制动作用力。可不确定所建模的制动作用力，直到检测到制动事件。例 如，在制动事件之前或之后，方法100可不对任何制动作用力建模，除非且直到检测到制动 事件。可选地，方法100可在车辆系统行驶时对制动作用力建模，并且存储制动作用力，不 管是否检测到制动事件。接着，方法100可响应于检测到的制动事件在指定时间段期间（例 如，在制动事件之前的两分钟和/或在制动事件之后的四分钟，或其它时间段）检查在制动 事件之前和/或之后建模的制动作用力。
[0063] 图2示出在制动事件之前、在此期间和之后针对车辆系统的制动系统测量的流体 压力200的示例。在表示时间的横轴202和表示流体压力200的量级的纵轴204旁边显示 流体压力200。流体压力200表示在制动事件之前、在此期间和之后测得的压力，该制动事 件诸如从空气制动系统释放空气，这使空气制动器接合。显示了流体压力200在制动事件 发生时增大,这与在制动事件发生时减小相反。例如,流体压力200可表示流过制动系统的 导管以释放车辆系统的空气制动器的空气的压力。相反地，纵轴204可表示制动系统的贮 存器中的减小的压力。例如，纵轴204和横轴202之间的相交部可表示制动系统的贮存器 中的压力比沿着纵轴204的、远离该相交部的点处的压力更大。
[0064] 制动事件前时间段206表示在制动器接合之前（例如在制动事件之前）发生的时 间窗。制动事件时间208表示制动器被促动的时间。例如，制动事件时间208可表示操作 者手动地启动制动器以使车辆系统的移动停止或减慢的时间，以及/或制动器自动地启动 以使车辆的移动减慢或停止的时间。
[0065] 制动事件检测时间210表示检测到制动事件的时间。当测得的流体压力200改变 (例如，减小或增大）达阈值量时，可检测到制动事件。例如，当流体压力200改变至少两磅 每平方英寸（或另一个量）时，则检测到制动事件，并且确定制动事件检测时间210发生。 [0066] 制动事件后时间段214表示在制动事件之后发生的时间窗。在制动事件后时间段 214期间，流体压力200变成施加压力216。流体压力200由于流体从贮存器释放而减小， 以接合制动器。施加压力216表示在制动器接合之后，以及在制动系统中的流体压力200 增大以释放制动器之前的制动系统中（例如，贮存器中）的流体压力200。
[0067] 制动事件后时间段214在制动器释放时间218处结束。制动器释放时间218表示 制动系统中的流体压力200何时开始改变，诸如通过压缩机、泵或增大制动系统中的流体 量的其它装置。随着流体压力200增大到足够大的压力，制动器可变得脱离（例如，与车辆 系统的轮子或其它构件脱离），使得车辆系统可恢复移动。
[0068] 图3不出针对具有制动系统（图2中显不了在制动事件之如、在此期间和之后的 该制动系统的流体压力200)的车辆系统计算的所建模的制动作用力300的示例。在表示 时间的横轴202和表示所建模的作用力300的量级的纵轴304旁边显示所建模的制动作用 力300。所建模的制动作用力300表示预期由制动系统在制动事件之前、在此期间和之后根 据一个或更多个模型提供的力。
[0069] 因为基于指定输入对制动作用力300建模，以及因为这些输入的实际值可不同于 在模型中用于计算所建模的制动作用力300的值，所以由车辆系统提供的实际制动作用力 可不同于所建模的制动作用力300。例如，用于计算所建模的制动作用力300的模型可基 于假设（例如，输入）贮存器压力、车辆系统的重量、路线的坡度、路线的曲率和/或其它变 量。如果这些变量的实际值不同于假设值，则所建模的制动作用力300可不准确地反映由 制动系统供应的实际制动作用力。例如，如果车辆系统的实际重量大于输入到模型中的假 设重量，则实际制动作用力可大于所建模的制动作用力。相反地，如果车辆系统的实际重量 比输入到模型中的假设重量更轻，则实际制动作用力可小于所建模的制动作用力。如果路 线的实际坡度小于输入到模型中的假设坡度，则实际制动作用力可小于所建模的制动作用 力。在另一方面，如果路线的实际坡度比输入到模型中的假设坡度更陡峭，则实际制动作用 力可大于所建模的制动作用力。另外或备选地，未被模型考虑的一个或更多个其它因素可 使实际制动作用力不同于所建模的制动作用力。例如，高于车辆系统的构件之间的预期摩 擦的退化的制动系统等可使所建模的作用力大于实际作用力。
[0070] 如图3中显示的，所建模的制动作用力300在制动事件前时间段206期间为相对 小的，因为所建模的制动系统脱离，并且不用于阻止车辆系统的移动。所建模的制动作用力 300在制动事件时间208之后增大，由于制动系统在制动事件时间208处启动。
[0071] 所建模的制动作用力300在制动事件后时间段214内增大，并且接着在稍后的时 间320处持平（例如，停止增大）。所建模的制动作用力300停止增大，因为制动系统在该 稍后的时间320处接合，以使车辆系统的移动停止或减慢。
[0072] 在制动释放时间218处，所建模的制动作用力300开始减小，因为制动系统中的流 体压力200开始改变，以释放制动器。随着流体压力200改变，制动器可变得脱离（例如， 与车辆系统的轮子或其它构件脱尚），使得车辆系统可恢复移动。
[0073] 回到图1中显示的方法100的流程图的描述，在114处，检查在制动事件之前和之 后发生的制动系统的流体压力200和所建模的制动作用力300,以便识别稳态时间段。稳态 时间段表示当流体压力200达到稳态时和当所建模的制动作用力300达到稳态时的时间。 在一方面，当流体压力200和所建模的制动作用力300两者达到稳态时，识别稳态时间段。 可选地，当流体压力200和所建模的制动作用力300中的至少一个（但不必是两个）达到 稳态时，可识别稳态时间段。可选地，识别的时间段不是稳态时间段。例如，制动事件前时 间段可识别为在制动事件之前（但不包括制动事件）发生的指定时间段。制动事件后时间 段可识别为在制动事件之后（但不包括制动事件）发生的指定时间段。
[0074] 在图2和图3中示出的示例中，可检查制动事件前时间段206中的流体压力200和 所建模的制动作用力300,以识别第一时间段222。在一方面，第一时间段222可识别为稳 态时间段，在该稳态时间段期间，流体压力200不变更超过第一指定量，并且所建模的制动 作用力300不变更超过第二指定量。可通过确定在制动事件之前的、其中流体压力200在 至少指定量的时间（例如，三十秒或另一个时间段）内不变更超过指定范围（例如，0.5磅 每平方英寸，3%，或另一个值或范围）的时间段，来识别第一时间段222。可通过确定在制动 事件之前的、其中所建模的制动作用力300在至少指定量时间（例如，三十秒或另一个时间 段）内不变更超过指定范围（例如，5牛顿，3%，或另一个值或范围）的相同时间段，来识别 第一时间段222。可选地，第一时间段222可不为稳态时间段，并且可表示在制动事件之前 发生的、其中流体压力200和/或所建模的制动作用力300变更超过指定范围的时间段。
[0075] 类似地，可检查制动事件后时间段214中的流体压力200和所建模的制动作用力 300,以试图识别其中流体压力200和/或所建模的制动作用力不变更超过一个或更多个相 应的指定量的第二时间段224。用于识别第二稳态时间段224的指定范围和/或指定时间 段可与用于识别第一时间段222的指定范围和/或指定时间段相同或不同。用于识别流体 压力200的时间段222、224的指定范围和/或指定时间段可与用于识别所建模的制动作用 力300的时间段222、244的指定范围和/或指定时间段相同或不同。备选地，第二时间段 224可表示在制动事件之后的、其中流体压力200和/或所建模的制动作用力300变更超过 指定范围的时间段。
[0076] 可选地，可通过使最佳拟合线与表示测得的流体压力200和/或所建模的制动作 用力300的数据点拟合来识别时间段222、224中的一个或更多个。例如，可使用最小二乘 回归技术或另一种用于确定表示流体压力200或所建模的制动作用力300的数据点的线或 曲线的技术，来使该线与数据点拟合。可检查这些线，以确定线的任何节段在至少阈值时间 段内是否具有零坡度或相对小的坡度。此类节段在其内延伸的时间段可识别为时间段222、 224。
[0077] 时间段222、224可表示当在车辆系统上施用的力为相对稳态或恒定的，或者不被 普通模式误差显著地影响时的时间段。例如，在紧接在制动事件208之后的时间段期间，实 际上由制动系统提供的制动作用力可相对于时间而改变。但是，在该时间段之前和之后，以 及当流体压力200为相对恒定或稳态的时，实际上由制动系统提供的制动作用力可为相对 恒定或稳态的。在制动事件前时间段222期间，可由制动系统提供较少制动作用力，或不提 供制动作用力。在制动事件后时间段224期间，由制动系统提供的制动作用力可为或者接 近制动系统可能够实际上提供的最大量的制动作用力。
[0078] 在116处，确定车辆系统在时间段222、224期间的运行设定，该运行设定用于控制 车辆系统。例如，可在时间段222、224期间确定油门设定和/或制动设定。车辆系统可在 车辆系统行驶时监测运行设定，诸如通过将用于控制车辆系统的移动的运行设定记录或另 外录制在存储装置中。
[0079] 图4示出具有制动系统的车辆的运行设定400的示例，该制动系统具有图2中显 示的流体压力200,并且与图3中显示的所建模的制动作用力300相关联。在表示时间的横 轴202和表示各种运行设定的纵轴404旁边显示运行设定400。在示出的示例中，纵轴404 表示车辆系统的不同的节口（notch)位置，其中，正节口位置表示增大油门设定，这使车辆 系统生成对应的增大牵引作用力，以推进车辆系统，而负节口位置表示增大制动设定，这使 车辆系统生成对应的增大制动作用力，以使车辆系统减慢或停止。在一方面，负节口设定表 示动态制动设定。
[0080] 回到图1中显示的方法100的描述，在118处，在时间段222、224中测得的流体压 力200根据各种运行设定400组合在一起（例如，分组），而在时间段222、224中建模的制 动作用力300根据各种运行设定400组合在一起。例如，在制动事件前时间段222期间，在 使用车辆系统的第一节口设定时测得的流体压力200包括在第一组或组合中，在使用不同 的第二节口设定时测得的流体压力200包括在不同的第二组中，等。类似地，在制动事件后 时间段224期间使用相同的节口设定测得的流体压力200可组合到相同组或组合中。还可 根据制动事件前时间段222和制动事件后时间段224中的节口设定来组合所建模的制动作 用力300。
[0081] 在120处，在时间段222、224期间计算在车辆系统上施用的残余力。残余力包括 除了在车辆系统上施用的已知力之外的、在车辆系统上施用的那些力。作为一个示例，残余 力可包括由车辆系统的推进子系统（例如，马达）提供的牵引作用力、通过路线的坡度和重 力在车辆系统上施用的力、拖曳力、由车辆系统的加速度和质量引起的力。可选地，残余力 可包括在车辆系统上施用的一个或更多个其它力。残余力不包括由一个或更多个制动系统 提供的制动作用力。例如，残余力可不包括由车辆系统的空气制动系统提供的制动作用力 和/或由车辆系统的动态制动系统提供的制动作用力。
[0082] 在一方面，可从以下关系来确定（例如计算或估计）残余力： ^residual ^^ (n, v) ^effGrade (X) ~ Fdrag(V) ~ a*m (公式 #2) 其中，Frasidual表示在车辆系统上施用的残余力，TE(n，v)表示根据节口位置（n)和速度 (V)的牵引作用力（例如，沿着路线推进车辆系统的推进力），Frfferade(X)表示表达为根据 沿着路线（X)的距离或位置的坡度（例如，实际上由车辆系统经历的有效坡度或坡度）， FdMg(v)表示表达为根据车辆系统的速度（V)的在车辆系统上施用的拖曳力，a表示车辆系 统的加速度或减速度，而m表示车辆系统的质量。
[0083] 关于图3中显示的所建模的制动作用力300,还在横轴202和纵轴304旁边显示车 辆系统的残余力306。如图3中显示的，残余力306可大于所建模的制动作用力300,因为 残余力306可包括附加的力，如本文中描述的。
[0084] 可针对在时间段222、224期间的运行设定400的不同的组或组合计算残余力306。 例如，对于在制动事件前时间段222期间的车辆系统的各个节口设定（例如，油门和/或制 动设定），可确定残余力306的平均值、中值或其它计算结果。残余力306可为平均值、中 值，或者另外按照在制动事件后时间段224期间的车辆系统的各个节口设定的组计算。
[0085] 可选地，不根据运行设定400来组合压力200和/或所建模的制动作用力300。例 如，在不对压力200和/或所建模的制动作用力300分组，或者另外根据正在使用的运行设 定将它们建立成组的情况下，可针对若干个不同的运行设定计算残余力。
[0086] 回到图1中显示的方法100的描述，在122处，可针对运行设定400的组或组合中 的一个或更多个计算制动事件前时间段222和制动事件后时间段224之间的残余力306的 变化。例如，对于在制动事件前稳态时间段和制动事件后稳态时间段两者中发生的各个制 动节口位置和/或各个油门节口位置，可计算制动事件前时间段222中的残余力和制动事 件后时间段224中的残余力之间的差。在一方面，以下关系可用于计算残余力306的变化：

【权利要求】
1. 一种方法，包括： 监测制动系统的流体压力和沿着路线行驶的车辆系统中的所述制动系统的所建模的 制动作用力； 在所述制动系统的制动事件之前或所述制动事件之后中的至少一个，识别一个或更多 个时间段； 计算在所述一个或更多个时间段期间在所述车辆系统上施用的残余力；以及 使用计算的所述残余力来确定以下中的至少一个：所述制动系统的估计制动作用力， 或由所述制动系统施加所述估计制动作用力时所处的估计传播速率。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过计算针对所述制动事件之前发生的 所述一个或更多个时间段中的第一时间段计算的所述残余力和针对所述制动事件之后发 生的所述一个或更多个时间段中的第二时间段计算的所述残余力之间的差，来确定所述估 计制动作用力。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过计算所述残余力在所述制动事件之 后的指定传播窗时间段内改变的速率，来确定所述估计传播速率。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个时间段是通过确定所 述流体压力何时不改变超过至少指定时间段的第一指定阈值量，以及所建模的制动作用力 何时也不改变超过至少相同的指定时间段的第二指定阈值量而识别的稳态时间段。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制动事件表示通过改变存储在所述 制动系统的贮存器中的流体的流体压力来启动所述制动系统。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅在所述车辆系统的油门设定或制动设 定中的至少一个在所述制动事件之后的指定非零传播窗时间段期间不改变时，才确定所述 估计传播速率。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，即使所述车辆系统的油门设定或制动设 定中的至少一个在所述制动事件之后的指定非零传播窗时间段期间改变，也确定所述估计 传播速率。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括响应于以下中的至少一个来 修改沿着所述路线的所述车辆系统的行程的行程计划：所述估计制动作用力与假设制动作 用力偏离至少第一阈值量，或者所述估计传播速率与假设传播速率偏离至少第二阈值量， 所述行程计划根据沿着所述路线的时间或距离中的至少一个来指定所述车辆系统的运行 设定，使用所述假设制动作用力或所述假设传播速率中的至少一个来产生所述行程计划。
9. 一种控制系统，包括： 车辆控制器，其构造成监测制动系统的流体压力和沿着路线行驶的车辆系统中的所述 制动系统的所建模的制动作用力，所述车辆控制器还构造成在所述制动系统的制动事件之 前或所述制动事件之后中的至少一个，识别一个或更多个时间段，所述车辆控制器进一步 构造成计算在所述一个或更多个时间段期间在所述车辆系统上施用的残余力，以及使用计 算的所述残余力来确定以下中的至少一个：所述制动系统的估计制动作用力，或由所述制 动系统施加所述估计制动作用力时所处的估计传播速率。
10. 根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述车辆控制器构造成通过计算针 对所述制动事件之前发生的所述一个或更多个时间段中的第一时间段计算的所述残余力 和针对所述制动事件之后发生的所述一个或更多个时间段中的第二时间段计算的所述残 余力之间的差，来确定所述估计制动作用力。
【文档编号】B60T11/10GK104325973SQ201410349837
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】B.S.赫姆森, A.K.库马, H.K.小马修斯, J.H.道恩, B.N.迈尔 申请人:通用电气公司