[發明專利]基于粒子濾波和多傳感器信息融合的列車速度估計方法

有效

• 申請號: 201910166309.0
• 申請日: 2019-03-06
• 公開（公告）號: CN109782325B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 張湘;黃景春;張碩
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01S19/52
• 分類號: G01S19/52;G01P3/00;G06F17/18;G06F17/17
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.基于粒子濾波和多傳感器信息融合的列車速度估計方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.采用輪軸轉速傳感器檢測列車動軸轉速，并對輪軸轉速傳感器的輸出結果進行粒子濾波，得到列車速度的第一個估計值；

S2.采用車載GPS檢測列車速度，并對車載GPS的檢測結果進行粒子濾波，得到列車速度的第二個估計值；

S3.基于標量加權線性最小方差融合準則，對兩個列車速度估計值進行最優融合估計，得到最終的列車速度估計值。

2.根據權利要求1所述的基于粒子濾波和多傳感器信息融合的列車速度估計方法，其特征在于：所述步驟S1包括以下子步驟：

S101.采用輪軸傳感器檢測得到列車6個動軸的轉速ω₁、ω₂、ω₃、ω₄、ω₅、ω₆；

S102.采用旋轉扭矩傳感器檢測得到列車6個動軸的牽引轉矩T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆；

S103.以6個動軸的牽引轉矩T₁、T₂、T₃、T₄、T₅和T₆及其轉速ω₁、ω₂、ω₃、ω₄、ω₅、ω₆作為輸入，應用粒子濾波算法得到列車速度的估計。

3.根據權利要求2所述的基于粒子濾波和多傳感器信息融合的列車速度估計方法，其特征在于：所述步驟S103包括：

根據六軸機車的輪軌粘著模型和牽引動力學模型，得到每個輪對動力學方程和列車車體動力學方程：

式中，J為折算到輪對的轉動慣量，包括電機轉軸、變速傳動裝置轉動部分、車軸和車輪，Bω_i為轉動摩擦力矩項，B為轉動摩擦力矩系數，M為列車總質量，W為等效軸量，為機車提供的總牽引力，F_d(v_t)為機車運行時的總阻力，v_t為列車速度，a、b和c分別為阻力表達式常數項、一次項和二次項系數；

將牽引轉矩T_i作為輸入，以估計的列車速度v_t和輪對輪軸轉速ω_i為狀態變量，由式(1)和式(2)得到如下狀態方程：

利用一階差分方法將狀態方程表示的連續動力學系統離散化，將其變換為粒子濾波算法所需的離散形式，離散狀態方程和輸出方程如下：

式中，i＝1,2,…,6；

將先驗分布作為重要性函數，對式(4)應用標準粒子濾波算法：

1)執行序貫重要采樣，從參考分布中產生列車速度v_t(k)的樣本

2)計算權值并計算歸一化權值

3)判斷粒子有效個數，N_eff和門限比較，如果小于門限值，執行步驟4)，否則跳轉至步驟5)；

4)對粒子重采樣，使其滿足

5)時間更新：根據狀態轉移函數產生粒子

6)重復步驟2)～步驟5)；

最后得到t_k時刻的估計為：

由此得到輪軸轉速傳感器的列車速度估計值v_t。