一种无轨列车转向控制装置及其控制方法

摘要

本发明公开了一种无轨列车转向控制装置及其控制方法,涉及公共交通运输领域。首车铰接N节挂车车厢而成的无轨列车。首车设一对转向驱动轮的轮轴，转向驱动轮及其转向角由司机通过转向盘操控；转向盘设有与转向角度表的输入端连接的角度传感器，第k节挂车车厢设有带转向机构的转向轮，其转向角由其转向机构操控；控制器设在首车，其输入端分别连接时钟、里程表和转向角度表的输出端，输出端经光纤网络连接各挂车的转向机构的输入端。控制器同时记录时钟输出的时间t(s)、里程表输出的里程(m)和转向角度表输出的首车转向驱动轮的转向角，即可完整描述无轨列车行进轨迹，使挂车车厢转向轮与首车转向驱动轮在行进中保持同轨迹。用于无轨公共交通系统。

说明书

技术领域

本发明涉及公共交通运输领域，特别涉及一种铰接公共汽车转向控制技术。

背景技术

在城市公共交通中，地铁、轻轨拥有专用路权，具有不堵车、运量大等独到的优势，但建设周期长、费用高，远不能达到经济、方便的地面公共交通那样普及的程度。但城市道路交通拥堵、资源紧张也是不争的事实，因此，提高道路通过能力就成了永恒的课题。地面公共交通主要包括公共汽车和有轨电车。与公共汽车相比，有轨电车能够提高运输能力，但需要增加轨道建设等额外投资，其轨道还将改变道路表面的平整度，影响道路的美观性，同时轮轨运行噪音大，对城市环保不利，而且与其他车辆共线(通常如此)时，其他车辆又将制约其运输能力。显然，提高公共交通运输能力最经济、最实用的还是公共汽车。为了增强公共汽车运力，单节铰接式公共汽车应运而生，并且还在向铰接更多车厢的方向发展。2012年德国弗劳恩霍夫交通与基础设施系统研究所研制了一款新的世界上最长的公共汽车，共有3节车厢(双铰接)，4个转向轮，长达30米，256座。据报道，德国这款车“安装了特殊的控制系统，能够保证最后一节车厢沿着车头的轨迹行进”，“这款车的创新不仅局限于长度，最重要的是它能像传统公交车那样操控，其可操作性和稳定性完全没有问题。”虽然报道说“能像传统公交车那样操控”但没有说明能否像传统公交车那样灵活转向而运行于普通道路，也没有介绍该“特殊的控制系统”的工作原理。2015年5月，南昌市公交总公司进行了首条BRT公交线路“巨无霸”公交车运行调试，而这辆“巨无霸”共有3节车厢，长达27米，270座。报道称，南昌的这款“巨无霸”在每节车厢铰接之处均安装了角度传感器，一旦转弯幅度过大(两节车厢形成的角度超过33度)，将会立即报警提醒驾驶司机注意，显然，其转向的灵活性受到了限制。另外可知，目前德国“世界上最长的公共汽车”和南昌“巨无霸”车厢数量的最高记录均为三节，其中铰接的挂车为两节。

媒体把这种铰接式公共汽车被称为不需要铁轨的“小火车”，可简称之为无轨列车。显然，要发挥无轨列车兼具有轨电车和传统公共汽车两种交通工具的优势，即载客量可与有轨电车媲美，造价和运营成本却比有轨电车低很多，则关键是其灵活性，即可以像传统公共汽车一样能在小半径十字路口转向，运行于普通道路上，并从而压缩占用的道路资源，缓解交通拥挤状况。

发明内容

本发明的目的是提供一种无轨列车转向控制装置，它能有效地解决无轨列车首车后面铰接的挂车车厢的与首车同轨迹转向问题，并且理论上挂车车厢的数量不受限制。

本发明的另一个目的是提供一种无轨列车转向控制方法，它能有效地解决无轨列车首车后面铰接的挂车车厢的与首车同轨迹转向问题，并且理论上挂车车厢的数量不受限制。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种无轨列车转向控制装置及其控制方法，包括首车与铰接其后的挂车车厢，首车设有转向盘、时钟、里程表；首车设有一对转向 驱动轮轮轴，设有控制器，转向盘设有与转向角度表的输入端连接的角度传感器；挂车车厢设有带转向机构的一对转向轮；控制器包括时钟、里程表和转向角度表以及光纤网络；时钟、里程表和转向角度表均具备信号输出功能，它们的信号输出端与控制器的输入端相连接；控制器的输出端通过光纤网络与挂车车厢的转向机构的输入端连接。

所述转向机构为齿轮齿条转向机构。

所述齿轮齿条转向机构的齿轮与步进电机输出轴固结。

一种无轨列车转向控制方法，无轨列车运行时，转向驱动轮及其转向角由司机通过转向盘操控；控制器记录时钟输出的时间t(s)、里程表输出的里程(m)和转向角度表输出的转向驱动轮的转向角α₀(t)；设首车转向驱动轮到第k节挂车车厢转向轮的轴距为L_k(m)，无轨列车行进L_k(m)所需时间为Δt_k，则为使第k节挂车车厢转向轮与首车转向驱动轮同轨迹，控制器经光纤网络输出到第k节挂车车厢转向机构的转向角α_k(t)的控制目标为：

α_k(t)＝α₀(t-Δt_k),k＝1,2,3,...,N

式中，N为无轨列车控制转向的挂车车厢的数量，N≥2。显然，一种等效的转向控制方法是：后一节挂车参考前一节车厢的转向角，根据二者的轴距和行进时间来进行转向控制。转向角α_k(t)是指转向轮向左转(如定义为+)或者向右转(则定义为-)与不发生偏转时的中心线所形成的角度。无轨列车首车和各挂车的转向角的初始值可以设置为0，即认为列车从直道上出发。本发明的工作原理是：同时记录时钟输出的时间t(s)、里程表输出的里程(m)和转向角度表输出的首车转向轮的转向角α_k(t)，即可完整描述该无轨列车行进轨迹。为了使第一节挂车车厢的转向轮保持与首车转向轮同轨迹，已知首车转向轮到第一节挂车车厢转向轮的长度为L₁(m)，若无轨列车行进L₁(m)所需时间为Δt₁，则为使第一节挂车车厢转向轮与首车转向轮同轨迹，则第一节挂车车厢转向轮在时刻t的转向角应等于首车转向轮在时刻t-Δt₁的转向角；同理，若已知首车转向轮到第二节挂车车厢转向轮的长度为L₂(m)，无轨列车行进L₂(m)所需时间为Δt₂，则为使第二节挂车车厢转向轮与首车转向轮同轨迹，则第二节挂车车厢转向轮在时刻t的转向角应等于首车转向轮在时刻t-Δt₂的转向角；余此类推。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明可以精准控制无轨列车中后续铰接式挂车车厢与首车转向轮保持同轨迹行进，理论上铰接式挂车车厢的数量不受限制，超过既有的“世界上最长的公共汽车”挂车数量。

二、本发明可使无轨列车具有像传统公共汽车一样灵活地驾驶并在普通道路上运行，并从而压缩占用的道路资源，缓解交通拥挤状况。

三、本发明只需增加车载设备，不需要增加其他任何地面设备，简便可靠，容易实现。

附图说明

图1是本发明实施例的无轨列车的结构示意图。

图2是本发明转向控制装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述：

图1是本发明实施例的无轨列车的结构示意图，包括首车1与铰接其后的挂车车厢2，首车1设有转向盘3、时钟4、里程表5；首车1设有一对转向驱动轮6轮轴，设有控制器7，转向盘3设有与转向角度表8的输入端连接的角度传感器9；挂车车厢2设有带转向机构10的一对转向轮11。

图2是本发明转向控制装置的结构示意图，首车1设有控制器7；控制器7包括时钟4、里程表5和转向角度表8以及光纤网络12；时钟4、里程表5和转向角度表8均具备信号输出功能，它们的信号输出端与控制器7的输入端相连接；控制器7的输出端通过光纤网络12与挂车车厢2的转向机构10的输入端连接。

一种无轨列车转向控制方法，无轨列车运行时，转向驱动轮6及其转向角由司机通过转向盘3操控；控制器7记录时钟4输出的时间t(s)、里程表5输出的里程(m)和转向角度表8输出的转向驱动轮6的转向角α₀(t)；设首车转向驱动轮6到第k节挂车车厢2转向轮11的轴距为L_k(m)，无轨列车行进L_k(m)所需时间为Δt_k，则为使第k节挂车车厢2转向轮11与首车转向驱动轮6同轨迹，控制器7经光纤网络12输出到第k节挂车车厢转向机构10的转向角α_k(t)的控制目标为：

α_k(t)＝α₀(t-Δt_k),k＝1,2,3,...,N

式中，N为无轨列车控制转向的挂车车厢的数量，N≥2。显然，一种等效的转向控制方法是：后一节挂车参考前一节车厢的转向角，根据二者的轴距和行进时间来进行转向控制。转向角是指转向轮向左转(如定义为+)或者向右转(则定义为-)与不发生偏转时的中心线所形成的角度。无轨列车首车和各挂车的转向角的初始值可以设置为0，即认为列车从直道上出发。铰接式挂车车厢的转向机构由步进电机驱动，操作简便、准确。首车除了转向驱动轮外还可设一列转向轮，该转向轮的控制方法同前；最后一节挂车车厢除了设一对转向轮外，还可以在尾部设一对随动轮。