一種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制裝置及其控制方法,涉及公共交通運(yùn)輸領(lǐng)域。首車鉸接N節(jié)掛車車廂而成的無(wú)軌列車。首車設(shè)一對(duì)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪的輪軸，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪及其轉(zhuǎn)向角由司機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)向盤操控；轉(zhuǎn)向盤設(shè)有與轉(zhuǎn)向角度表的輸入端連接的角度傳感器，第k節(jié)掛車車廂設(shè)有帶轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向輪，其轉(zhuǎn)向角由其轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)操控；控制器設(shè)在首車，其輸入端分別連接時(shí)鐘、里程表和轉(zhuǎn)向角度表的輸出端，輸出端經(jīng)光纖網(wǎng)絡(luò)連接各掛車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的輸入端?？刂破魍瑫r(shí)記錄時(shí)鐘輸出的時(shí)間t(s)、里程表輸出的里程(m)和轉(zhuǎn)向角度表輸出的首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向角，即可完整描述無(wú)軌列車行進(jìn)軌跡，使掛車車廂轉(zhuǎn)向輪與首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪在行進(jìn)中保持同軌跡。用于無(wú)軌公共交通系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】
一種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及公共交通運(yùn)輸領(lǐng)域，特別涉及一種鉸接公共汽車轉(zhuǎn)向控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]在城市公共交通中，地鐵、輕軌擁有專用路權(quán)，具有不堵車、運(yùn)量大等獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，但建設(shè)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，遠(yuǎn)不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)、方便的地面公共交通那樣普及的程度。但城市道路交通擁堵、資源緊張也是不爭(zhēng)的事實(shí)，因此，提高道路通過(guò)能力就成了永恒的課題。地面公共交通主要包括公共汽車和有軌電車。與公共汽車相比，有軌電車能夠提高運(yùn)輸能力，但需要增加軌道建設(shè)等額外投資，其軌道還將改變道路表面的平整度，影響道路的美觀性，同時(shí)輪軌運(yùn)行噪音大，對(duì)城市環(huán)保不利，而且與其他車輛共線(通常如此)時(shí)，其他車輛又將制約其運(yùn)輸能力。顯然，提高公共交通運(yùn)輸能力最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用的還是公共汽車。為了增強(qiáng)公共汽車運(yùn)力，單節(jié)鉸接式公共汽車應(yīng)運(yùn)而生，并且還在向鉸接更多車廂的方向發(fā)展。2012年德國(guó)弗勞恩霍夫交通與基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)研究所研制了一款新的世界上最長(zhǎng)的公共汽車，共有3節(jié)車廂(雙鉸接)，4個(gè)轉(zhuǎn)向輪，長(zhǎng)達(dá)30米，256座。據(jù)報(bào)道，德國(guó)這款車“安裝了特殊的控制系統(tǒng)，能夠保證最后一節(jié)車廂沿著車頭的軌跡行進(jìn)”，“這款車的創(chuàng)新不僅局限于長(zhǎng)度，最重要的是它能像傳統(tǒng)公交車那樣操控，其可操作性和穩(wěn)定性完全沒(méi)有問(wèn)題?！彪m然報(bào)道說(shuō)“能像傳統(tǒng)公交車那樣操控”但沒(méi)有說(shuō)明能否像傳統(tǒng)公交車那樣靈活轉(zhuǎn)向而運(yùn)行于普通道路，也沒(méi)有介紹該“特殊的控制系統(tǒng)”的工作原理。2015年5月，南昌市公交總公司進(jìn)行了首條BRT公交線路“巨無(wú)霸”公交車運(yùn)行調(diào)試，而這輛“巨無(wú)霸”共有3節(jié)車廂，長(zhǎng)達(dá)27米，270座。報(bào)道稱，南昌的這款“巨無(wú)霸”在每節(jié)車廂鉸接之處均安裝了角度傳感器，一旦轉(zhuǎn)彎幅度過(guò)大(兩節(jié)車廂形成的角度超過(guò)33度)，將會(huì)立即報(bào)警提醒駕駛司機(jī)注意，顯然，其轉(zhuǎn)向的靈活性受到了限制。另外可知，目前德國(guó)“世界上最長(zhǎng)的公共汽車”和南昌“巨無(wú)霸”車廂數(shù)量的最高記錄均為三節(jié)，其中鉸接的掛車為兩節(jié)。
[0003]媒體把這種鉸接式公共汽車被稱為不需要鐵軌的“小火車”，可簡(jiǎn)稱之為無(wú)軌列車。顯然，要發(fā)揮無(wú)軌列車兼具有軌電車和傳統(tǒng)公共汽車兩種交通工具的優(yōu)勢(shì)，即載客量可與有軌電車媲美，造價(jià)和運(yùn)營(yíng)成本卻比有軌電車低很多，則關(guān)鍵是其靈活性，即可以像傳統(tǒng)公共汽車一樣能在小半徑十字路口轉(zhuǎn)向，運(yùn)行于普通道路上，并從而壓縮占用的道路資源，緩解交通擁擠狀況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制裝置，它能有效地解決無(wú)軌列車首車后面鉸接的掛車車廂的與首車同軌跡轉(zhuǎn)向問(wèn)題，并且理論上掛車車廂的數(shù)量不受限制。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制方法，它能有效地解決無(wú)軌列車首車后面鉸接的掛車車廂的與首車同軌跡轉(zhuǎn)向問(wèn)題，并且理論上掛車車廂的數(shù)量不受限制。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案為:一種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制裝置及其控制方法，包括首車與鉸接其后的掛車車廂，首車設(shè)有轉(zhuǎn)向盤、時(shí)鐘、里程表;首車設(shè)有一對(duì)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪輪軸，設(shè)有控制器，轉(zhuǎn)向盤設(shè)有與轉(zhuǎn)向角度表的輸入端連接的角度傳感器;掛車車廂設(shè)有帶轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的一對(duì)轉(zhuǎn)向輪;控制器包括時(shí)鐘、里程表和轉(zhuǎn)向角度表以及光纖網(wǎng)絡(luò)；時(shí)鐘、里程表和轉(zhuǎn)向角度表均具備信號(hào)輸出功能，它們的信號(hào)輸出端與控制器的輸入端相連接;控制器的輸出端通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)與掛車車廂的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的輸入端連接。
[0007]所述轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
[0008]所述齒輪齒條轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的齒輪與步進(jìn)電機(jī)輸出軸固結(jié)。
[0009]—種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制方法，無(wú)軌列車運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪及其轉(zhuǎn)向角由司機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)向盤操控;控制器記錄時(shí)鐘輸出的時(shí)間t(s)、里程表輸出的里程(m)和轉(zhuǎn)向角度表輸出的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向角aQ(t);設(shè)首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪到第k節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向輪的軸距為L(zhǎng)k(m)，無(wú)軌列車行進(jìn)Lk(m)所需時(shí)間為Atk，則為使第k節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向輪與首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪同軌跡，控制器經(jīng)光纖網(wǎng)絡(luò)輸出到第k節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向角ak( t)的控制目標(biāo)為:
[0010]ak(t) = ao(t_ Δ tk)，k = I，2，3，...,N
[0011]式中，N為無(wú)軌列車控制轉(zhuǎn)向的掛車車廂的數(shù)量，N2 2。顯然，一種等效的轉(zhuǎn)向控制方法是:后一節(jié)掛車參考前一節(jié)車廂的轉(zhuǎn)向角，根據(jù)二者的軸距和行進(jìn)時(shí)間來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制。轉(zhuǎn)向角ak(t)是指轉(zhuǎn)向輪向左轉(zhuǎn)(如定義為+)或者向右轉(zhuǎn)(則定義為_)與不發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)的中心線所形成的角度。無(wú)軌列車首車和各掛車的轉(zhuǎn)向角的初始值可以設(shè)置為0，即認(rèn)為列車從直道上出發(fā)。本發(fā)明的工作原理是:同時(shí)記錄時(shí)鐘輸出的時(shí)間t(s)、里程表輸出的里程(m)和轉(zhuǎn)向角度表輸出的首車轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向角ak(t)，即可完整描述該無(wú)軌列車行進(jìn)軌跡。為了使第一節(jié)掛車車廂的轉(zhuǎn)向輪保持與首車轉(zhuǎn)向輪同軌跡，已知首車轉(zhuǎn)向輪到第一節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向輪的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1(Hl)，若無(wú)軌列車行進(jìn)1^(!11)所需時(shí)間為△ ^，則為使第一節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向輪與首車轉(zhuǎn)向輪同軌跡，則第一節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向輪在時(shí)刻t的轉(zhuǎn)向角應(yīng)等于首車轉(zhuǎn)向輪在時(shí)刻t_ At1的轉(zhuǎn)向角；同理，若已知首車轉(zhuǎn)向輪到第二節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向輪的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2(m)，無(wú)軌列車行進(jìn)L2(Hi)所需時(shí)間為At2,則為使第二節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向輪與首車轉(zhuǎn)向輪同軌跡，則第二節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向輪在時(shí)刻t的轉(zhuǎn)向角應(yīng)等于首車轉(zhuǎn)向輪在時(shí)刻t-At2的轉(zhuǎn)向角；余此類推。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]一、本發(fā)明可以精準(zhǔn)控制無(wú)軌列車中后續(xù)鉸接式掛車車廂與首車轉(zhuǎn)向輪保持同軌跡行進(jìn)，理論上鉸接式掛車車廂的數(shù)量不受限制，超過(guò)既有的“世界上最長(zhǎng)的公共汽車”掛車數(shù)量。
[0014]二、本發(fā)明可使無(wú)軌列車具有像傳統(tǒng)公共汽車一樣靈活地駕駛并在普通道路上運(yùn)行，并從而壓縮占用的道路資源，緩解交通擁擠狀況。
[0015]三、本發(fā)明只需增加車載設(shè)備，不需要增加其他任何地面設(shè)備，簡(jiǎn)便可靠，容易實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)軌列車的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明轉(zhuǎn)向控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的無(wú)軌列車的結(jié)構(gòu)示意圖，包括首車I與鉸接其后的掛車車廂2，首車I設(shè)有轉(zhuǎn)向盤3、時(shí)鐘4、里程表5;首車I設(shè)有一對(duì)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪6輪軸，設(shè)有控制器7，轉(zhuǎn)向盤3設(shè)有與轉(zhuǎn)向角度表8的輸入端連接的角度傳感器9;掛車車廂2設(shè)有帶轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)10的一對(duì)轉(zhuǎn)向輪11。
[0021]圖2是本發(fā)明轉(zhuǎn)向控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，首車I設(shè)有控制器7;控制器7包括時(shí)鐘
4、里程表5和轉(zhuǎn)向角度表8以及光纖網(wǎng)絡(luò)12;時(shí)鐘4、里程表5和轉(zhuǎn)向角度表8均具備信號(hào)輸出功能，它們的信號(hào)輸出端與控制器7的輸入端相連接;控制器7的輸出端通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)12與掛車車廂2的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)1的輸入端連接。
[0022]—種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制方法，無(wú)軌列車運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪6及其轉(zhuǎn)向角由司機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)向盤3操控;控制器7記錄時(shí)鐘4輸出的時(shí)間t (s)、里程表5輸出的里程(m)和轉(zhuǎn)向角度表8輸出的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪6的轉(zhuǎn)向角aQ(t);設(shè)首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪6到第k節(jié)掛車車廂2轉(zhuǎn)向輪11的軸距為L(zhǎng)k(m)，無(wú)軌列車行進(jìn)Lk(m)所需時(shí)間為Atk，則為使第k節(jié)掛車車廂2轉(zhuǎn)向輪11與首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪6同軌跡，控制器7經(jīng)光纖網(wǎng)絡(luò)12輸出到第k節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)1的轉(zhuǎn)向角ak( t)的控制目標(biāo)為:
[0023]ak(t)=ao(t-Atk),k = l,2,3,...,N
[0024]式中，N為無(wú)軌列車控制轉(zhuǎn)向的掛車車廂的數(shù)量，2。顯然，一種等效的轉(zhuǎn)向控制方法是:后一節(jié)掛車參考前一節(jié)車廂的轉(zhuǎn)向角，根據(jù)二者的軸距和行進(jìn)時(shí)間來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)向控制。轉(zhuǎn)向角是指轉(zhuǎn)向輪向左轉(zhuǎn)(如定義為+)或者向右轉(zhuǎn)(則定義為_)與不發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)的中心線所形成的角度。無(wú)軌列車首車和各掛車的轉(zhuǎn)向角的初始值可以設(shè)置為0，即認(rèn)為列車從直道上出發(fā)。鉸接式掛車車廂的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確。首車除了轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪外還可設(shè)一列轉(zhuǎn)向輪，該轉(zhuǎn)向輪的控制方法同前;最后一節(jié)掛車車廂除了設(shè)一對(duì)轉(zhuǎn)向輪外，還可以在尾部設(shè)一對(duì)隨動(dòng)輪。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制裝置，包括首車(I)與鉸接其后的掛車車廂(2)，首車(I)設(shè)有轉(zhuǎn)向盤(3)、時(shí)鐘(4)、里程表(5);其特征在于:首車(I)設(shè)有一對(duì)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪(6)輪軸，設(shè)有控制器(7)，轉(zhuǎn)向盤(3)設(shè)有與轉(zhuǎn)向角度表(8)的輸入端連接的角度傳感器(9);掛車車廂(2)設(shè)有帶轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(10)的一對(duì)轉(zhuǎn)向輪(11);控制器(7)包括時(shí)鐘(4)、里程表(5)和轉(zhuǎn)向角度表(8)以及光纖網(wǎng)絡(luò)(12);時(shí)鐘(4)、里程表(5)和轉(zhuǎn)向角度表(8)均具備信號(hào)輸出功能，它們的信號(hào)輸出端與控制器(7)的輸入端相連接;控制器(7)的輸出端通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)(12)與掛車車廂(2)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(1)的輸入端連接。2.—種無(wú)軌列車轉(zhuǎn)向控制方法，無(wú)軌列車運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪(6)及其轉(zhuǎn)向角由司機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)向盤(3)操控;控制器(7)記錄時(shí)鐘(4)輸出的時(shí)間t(s)、里程表(5)輸出的里程(m)和轉(zhuǎn)向角度表(8)輸出的轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪(6)的轉(zhuǎn)向角aQ(t);設(shè)首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪(6)到第k節(jié)掛車車廂(2)轉(zhuǎn)向輪(11)的軸距為L(zhǎng)k(m)，無(wú)軌列車行進(jìn)Lk(m)所需時(shí)間為Atk，則為使第k節(jié)掛車車廂(2)轉(zhuǎn)向輪(11)與首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)輪(6)同軌跡，控制器(7)經(jīng)光纖網(wǎng)絡(luò)(12)輸出到第k節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(1)的轉(zhuǎn)向角ak (t)的控制目標(biāo)為:ak(t) = a0(t_ Δ tk)，k= I，2，3，...,N 式中，N為無(wú)軌列車控制轉(zhuǎn)向的掛車車廂的數(shù)量，N 2 2。
【文檔編號(hào)】B62D137/00GK105857394SQ201610223568
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】李群湛
【申請(qǐng)人】西南交通大學(xué)