一種無軌列車轉(zhuǎn)向控制裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無軌列車轉(zhuǎn)向控制裝置及其控制方法,涉及公共交通運輸領(lǐng)域。首車鉸接N節(jié)掛車車廂而成的無軌列車。首車設(shè)一對轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪的輪軸，轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪及其轉(zhuǎn)向角由司機通過轉(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)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向輪，其轉(zhuǎn)向角由其轉(zhuǎn)向機構(gòu)操控；控制器設(shè)在首車，其輸入端分別連接時鐘、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)向機構(gòu)的輸入端。控制器同時記錄時鐘輸出的時間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)動輪的轉(zhuǎn)向角，即可完整描述無軌列車行進(jìn)軌跡，使掛車車廂轉(zhuǎn)向輪與首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪在行進(jìn)中保持同軌跡。用于無軌公共交通系統(tǒng)。
【專利說明】
一種無軌列車轉(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、運量大等獨到的優(yōu)勢，但建設(shè)周期長、費用高，遠(yuǎn)不能達(dá)到經(jīng)濟、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、資源緊張也是不爭的事實，因此，提高道路通過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，同時輪軌運行噪音大，對城市環(huán)保不利，而且與其他車輛共線(通常如此)時，其他車輛又將制約其運輸能力。顯然，提高公共交通運輸能力最經(jīng)濟、最實用的還是公共汽車。為了增強公共汽車運力，單節(jié)鉸接式公共汽車應(yīng)運而生，并且還在向鉸接更多車廂的方向發(fā)展。2012年德國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的公共汽車，共有3節(jié)車廂(雙鉸接)，4個轉(zhuǎn)向輪，長達(dá)30米，256座。據(jù)報道，德國這款車“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)定性完全沒有問題?！彪m然報道說“能像傳統(tǒng)公交車那樣操控”但沒有說明能否像傳統(tǒng)公交車那樣靈活轉(zhuǎn)向而運行于普通道路，也沒有介紹該“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“巨無霸”公交車運行調(diào)試，而這輛“巨無霸”共有3節(jié)車廂，長達(dá)27米，270座。報道稱，南昌的這款“巨無霸”在每節(jié)車廂鉸接之處均安裝了角度傳感器，一旦轉(zhuǎn)彎幅度過大(兩節(jié)車廂形成的角度超過33度)，將會立即報警提醒駕駛司機注意，顯然，其轉(zhuǎn)向的靈活性受到了限制。另外可知，目前德國“世界上最長的公共汽車”和南昌“巨無霸”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”，可簡稱之為無軌列車。顯然，要發(fā)揮無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，即載客量可與有軌電車媲美，造價和運營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軌列車轉(zhuǎn)向控制裝置，它能有效地解決無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)明的另一個目的是提供一種無軌列車轉(zhuǎn)向控制方法，它能有效地解決無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)問題，所采用的技術(shù)方案為:一種無軌列車轉(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、時鐘、里程表;首車設(shè)有一對轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪輪軸，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)向機構(gòu)的一對轉(zhuǎn)向輪;控制器包括時鐘、里程表和轉(zhuǎn)向角度表以及光纖網(wǎng)絡(luò)；時鐘、里程表和轉(zhuǎn)向角度表均具備信號輸出功能，它們的信號輸出端與控制器的輸入端相連接;控制器的輸出端通過光纖網(wǎng)絡(luò)與掛車車廂的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的輸入端連接。
[0007]所述轉(zhuǎn)向機構(gòu)為齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(gòu)。
[0008]所述齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(gòu)的齒輪與步進(jìn)電機輸出軸固結(jié)。
[0009]—種無軌列車轉(zhuǎn)向控制方法，無軌列車運行時，轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪及其轉(zhuǎn)向角由司機通過轉(zhuǎn)向盤操控;控制器記錄時鐘輸出的時間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)動輪的轉(zhuǎn)向角aQ(t);設(shè)首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪到第k節(jié)掛車車廂轉(zhuǎn)向輪的軸距為Lk(m)，無軌列車行進(jìn)Lk(m)所需時間為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)時間來進(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)時的中心線所形成的角度。無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:同時記錄時鐘輸出的時間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)向輪的長度為L1(Hl)，若無軌列車行進(jìn)1^(!11)所需時間為△ ^，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)向輪在時刻t的轉(zhuǎn)向角應(yīng)等于首車轉(zhuǎn)向輪在時刻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)向輪的長度為L2(m)，無軌列車行進(jìn)L2(Hi)所需時間為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)向輪在時刻t的轉(zhuǎn)向角應(yīng)等于首車轉(zhuǎn)向輪在時刻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，超過既有的“世界上最長的公共汽車”掛車數(shù)量。
[0014]二、本發(fā)明可使無軌列車具有像傳統(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，簡便可靠，容易實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例的無軌列車的結(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。
【具體實施方式】
[0018]實施例
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
[0020]圖1是本發(fā)明實施例的無軌列車的結(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、時鐘4、里程表5;首車I設(shè)有一對轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪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)向機構(gòu)10的一對轉(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包括時鐘
4、里程表5和轉(zhuǎn)向角度表8以及光纖網(wǎng)絡(luò)12;時鐘4、里程表5和轉(zhuǎn)向角度表8均具備信號輸出功能，它們的信號輸出端與控制器7的輸入端相連接;控制器7的輸出端通過光纖網(wǎng)絡(luò)12與掛車車廂2的轉(zhuǎn)向機構(gòu)1的輸入端連接。
[0022]—種無軌列車轉(zhuǎn)向控制方法，無軌列車運行時，轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪6及其轉(zhuǎn)向角由司機通過轉(zhuǎn)向盤3操控;控制器7記錄時鐘4輸出的時間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)動輪6的轉(zhuǎn)向角aQ(t);設(shè)首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪6到第k節(jié)掛車車廂2轉(zhuǎn)向輪11的軸距為Lk(m)，無軌列車行進(jìn)Lk(m)所需時間為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)時間來進(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)時的中心線所形成的角度。無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)向機構(gòu)由步進(jìn)電機驅(qū)動，操作簡便、準(zhǔn)確。首車除了轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪外還可設(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)一對轉(zhuǎn)向輪外，還可以在尾部設(shè)一對隨動輪。
【主權(quán)項】
1.一種無軌列車轉(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)、時鐘(4)、里程表(5);其特征在于:首車(I)設(shè)有一對轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪(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)向機構(gòu)(10)的一對轉(zhuǎn)向輪(11);控制器(7)包括時鐘(4)、里程表(5)和轉(zhuǎn)向角度表(8)以及光纖網(wǎng)絡(luò)(12);時鐘(4)、里程表(5)和轉(zhuǎn)向角度表(8)均具備信號輸出功能，它們的信號輸出端與控制器(7)的輸入端相連接;控制器(7)的輸出端通過光纖網(wǎng)絡(luò)(12)與掛車車廂(2)的轉(zhuǎn)向機構(gòu)(1)的輸入端連接。2.—種無軌列車轉(zhuǎn)向控制方法，無軌列車運行時，轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪(6)及其轉(zhuǎn)向角由司機通過轉(zhuǎn)向盤(3)操控;控制器(7)記錄時鐘(4)輸出的時間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)動輪(6)的轉(zhuǎn)向角aQ(t);設(shè)首車轉(zhuǎn)向驅(qū)動輪(6)到第k節(jié)掛車車廂(2)轉(zhuǎn)向輪(11)的軸距為Lk(m)，無軌列車行進(jìn)Lk(m)所需時間為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為無軌列車控制轉(zhuǎn)向的掛車車廂的數(shù)量，N 2 2。
【文檔編號】B62D137/00GK105857394SQ201610223568
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】李群湛
【申請人】西南交通大學(xué)