一种铰接式列车高速稳定性控制方法

摘要

本发明公开了一种铰接式列车高速稳定性控制方法，包括：将铰接式列车简化为二分之一模型，从第2节车厢开始，依次按如下步骤控制当前车厢前轴的转向；S1.获取第一转弯半径，所述第一转弯半径为当前车厢后轴的转弯半径；S2.根据式(1)所示公式计算的转向角控制当前车厢前轴的转向。本发明具有控制简单，不但可有效防止铰接式列车在直线行驶时产生蛇形甩尾的情况，还可以在铰接式列车转弯过程中减小列车的侧向加速度比，提高列车的控制稳定性，使得列车各车厢的前轴车轮在最小受力下控制列车转向的优点。

权利要求

1.一种铰接式列车高速稳定性控制方法，其特征在于，包括：将铰接式列车简化为二分之一模型，从第2节车厢开始，依次按如下步骤控制当前车厢前轴的转向；

S1.获取第一转弯半径R1，所述第一转弯半径为当前车厢后轴的转弯半径；

S2.根据式(1)所示公式计算的转向角控制当前车厢前轴的转向，式(1)中，δ为当前车厢前轴的转向角，R1为第一转弯半径，l2为预先确定的当前车厢前后轴之间的距离；

每个所述车厢的前轴为转向轴，后轴为非转向轴，列车通过控制各所述车厢的前轴的转向角来控制列车的转向。

2.根据权利要求1所述的铰接式列车高速稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤S1的具体步骤包括：S1.1.获取第二夹角θ2，所述第二夹角为当前车厢的前铰接点相对于列车转向圆心的切线方向与当前车厢的车身方向之间的夹角；

S1.2.根据所述第二夹角通过式(2)所示公式计算所述第一转弯半径R1，R1＝(l2+l2,f)tan(π-θ2)                                   (2)式(2)中，R1为第一转弯半径，l2为预先确定的当前车厢前后轴之间的距离，l2,f为预先确定的当前车厢前轴与当前车厢的前铰接点之间的距离，θ2为所述第二夹角。

3.根据权利要求2所述的铰接式列车高速稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤S1.1的具体步骤包括：S1.1.1.获取第一夹角θ1，所述第一夹角为当前车厢的前铰接点相对于列车转向圆心的切线方向与当前车厢的前铰接点处前一车厢的车身方向之间的夹角；

S1.1.2.获取当前车厢的前铰接点铰接机构的转角θart；

S1.1.3.根据式(3)所示公式计算所述第二夹角θ2，θ2＝θ1+θart                                                          (3)式(3)中，θ2为所述第二夹角，θ1为所述第一夹角，θart为当前车厢的前铰接点铰接机构的转角。

4.根据权利要求3所述的铰接式列车高速稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤S1.1.1的具体步骤包括：S1.1.1.1.获取第二转弯半径R2，所述第二转弯半径为与当前车厢铰接的前一车厢的后轴的转弯半径；

S1.1.1.2.根据式(4)所示公式计算所述第一夹角θ1，式(4)中，θ1为所述第一夹角，R2为第二转弯半径，l1,r为预先确定的所述前一车厢的后轴与当前车厢前铰接点之间的距离。

5.根据权利要求4所述的铰接式列车高速稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤S1.1.1.1的具体步骤包括：S1.1.1.1.1.获取所述前一车厢的前轴的转向角δ1；

S1.1.1.1.2.根据式(5)所示公式计算所述第二转弯半径R2，式(5)中，R2为第二转弯半径，l1为预先确定的所述前一车厢的前后两轴之间的距离，δ1为所述前一车厢的前轴的转向角。

6.根据权利要求5所述的铰接式列车高速稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤S1.1.1.1.1中，当所述前一车厢为铰接式列车的第一节车厢时，所述前一车厢的前轴的转向角δ1根据转向机构确定。

说明书

一种铰接式列车高速稳定性控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铰接式列车控制领域，尤其涉及一种铰接式列车高速稳定性控制方法。

背景技术

[0002] 城市公共交通城市轨道交通是指具有连续导向能力的专线公共交通系统，其特点表现为拥有特定轨道，车辆沿轨道运行。常见的城市轨道交通有地铁、轻轨、有轨电车等。其中，地铁、轻轨大都建造于地下或者高架桥上，通过使用闭塞模式实现其在轨道专线中自由运行，它们虽然运输力强大，但前期基础设施及车辆购置成本较大，使得其在中小城市不能广泛应用。有轨电车则需要专门的电力系统和轨道配合设计，无论是设计建设成本或者维护成本相对较大、且易受制于运行环境。除了上述轨道交通之外，其它的公共交通系统常见的有传统公交车、铰接式胶轮列车。传统公交车运力少，通常会通过铰接多节车厢来组成胶轮列车增加运力。在中小城市中发展胶轮列车替代传统的公交车，在保证胶轮列车通过性和转向性能等安全因素条件下，其不仅能够提高运输能力而且能降低运输成本30％左右。铰接式胶轮列车客车虽然载客能力大，但是它和单体客车相比，最大的差别是因车身长度加长带来的道路通过性的变化，具体表现为转弯半径增加，转弯所占车道面积增大，易与旁边的道路交通其它元素发生干涉，从而不能顺利通过，甚至恶化交通运行环境，无法快速、高效地实现公交运输。铰接式列车在高速行驶工况下，当列车直线行驶时，由于铰接列车长度比较长，容易产生蛇形甩尾情况，列车不稳定；在拐外过程中，列车侧向加速度比较大，列车难以控制。因此通过控制列车在行驶过程中保持铰接列车的后轴车轮为零度，前轴车轮受力最小原则控制车轮转向。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种控制简单，可有效保证铰接式列车在高速行驶状态下的稳定性的铰接式列车高速稳定性控制方法。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种铰接式列车高速稳定性控制方法，包括：将铰接式列车简化为二分之一模型，从第2节车厢开始，依次按如下步骤控制当前车厢前轴的转向；

[0005] S1.获取第一转弯半径R1，所述第一转弯半径为当前车厢后轴的转弯半径；

[0006] S2.根据式(1)所示公式计算的转向角控制当前车厢前轴的转向，

[0007]

[0008] 式(1)中，δ为当前车厢前轴的转向角，R1为第一转弯半径，l2为预先确定的当前车厢前后轴之间的距离。

[0009] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S1的具体步骤包括：

[0010] S1.1.获取第二夹角θ2，所述第二夹角为当前车厢的前铰接点相对于列车转向圆心的切线方向与当前车厢的车身方向之间的夹角；

[0011] S1.2.根据所述第二夹角通过式(2)所示公式计算所述第一转弯半径R1，[0012] R1＝(l2+l2,f)tan(π-θ2)    (2)

[0013] 式(2)中，R1为第一转弯半径，l2为预先确定的当前车厢前后轴之间的距离，l2,f为预先确定的当前车厢前轴与当前车厢的前铰接点之间的距离，θ2为所述第二夹角。

[0014] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S1.1的具体步骤包括：

[0015] S1.1.1.获取第一夹角θ1，所述第一夹角为当前车厢的前铰接点相对于列车转向圆心的切线方向与当前车厢的前铰接点处前一车厢的车身方向之间的夹角；

[0016] S1.1.2.获取当前车厢的前铰接点铰接机构的转角θart；

[0017] S1.1.3.根据式(3)所示公式计算所述第二夹角θ2，

[0018] θ2＝θ1+θart    (3)

[0019] 式(3)中，θ2为所述第二夹角，θ1为所述第一夹角，θart为当前车厢的前铰接点铰接机构的转角。

[0020] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S1.1.1的具体步骤包括：

[0021] S1.1.1.1.获取第二转弯半径R2，所述第二转弯半径为与当前车厢铰接的前一车厢的后轴的转弯半径；

[0022] S1.1.1.2.根据式(4)所示公式计算所述第一夹角θ1，

[0023]

[0024] 式(4)中，θ1为所述第一夹角，R2为第二转弯半径，l1,r为预先确定的所述前一车厢的后轴与当前车厢前铰接点之间的距离。

[0025] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S1.1.1.1的具体步骤包括：

[0026] S1.1.1.1.1.获取所述前一车厢的前轴的转向角δ1；

[0027] S1.1.1.1.2.根据式(5)所示公式计算所述第二转弯半径R2，

[0028]

[0029] 式(5)中，R2为第二转弯半径，l1为预先确定的所述前一车厢的前后两轴之间的距离，δ1为所述前一车厢的前轴的转向角。

[0030] 作为本发明的进一步改进，所述步骤S1.1.1.1.1中，当所述前一车厢为铰接式列车的第一节车厢时，所述前一车厢的前轴的转向角δ1根据转向机构确定。

[0031] 与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明控制简单，不但可有效防止铰接式列车在直线行驶时产生蛇形甩尾的情况，还可以在铰接式列车转弯过程中减小列车的侧向加速度比，提高列车的控制稳定性，使得列车各车厢的前轴车轮在最小受力下控制列车转向。

附图说明

[0032] 图1为铰接式列车车体结构示意图。

[0033] 图2为本发明具体实施例列车二分之一模型控制方式示意图。

具体实施方式

[0034] 以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

[0035] 如图1所示，铰接式列车可以由N个车厢通过铰接机构连接，每个车厢有2个车轴。每个车厢的前轴为转向轴，后轴为非转向轴，列车通过控制各车厢的前轴的转向角来控制列车的转向。对于铰接式列车的第一节车厢，则由驾驶员通过转向机构控制第一节车厢的转向。

[0036] 本实施例的铰接式列车高速稳定性控制方法，包括：将铰接式列车简化为二分之一模型，从第2节车厢开始，依次按如下步骤控制当前车厢前轴的转向；S1.获取第一转弯半径R1，第一转弯半径为当前车厢后轴的转弯半径；S2.根据式(1)所示公式计算的转向角控制当前车厢前轴的转向，

[0037]

[0038] 式(1)中，δ为当前车厢前轴的转向角，R1为第一转弯半径，l2为预先确定的当前车厢前后轴之间的距离。本实施例中高速是指时速大于45km/h。

[0039] 如图2所示，在本实施例中以第二节车厢为当前车厢进行说明，图2中O为铰接式列车转向的圆心，A1为列车二分之一模型中第一节车厢的前轴的位置，A2为列车二分之一模型中第一节车厢的后轴的位置，A3为列车二分之一模型中第二节车厢的前轴的位置，A4为列车二分之一模型中第二节车厢的后轴的位置，C1为第二节车厢和第一节车厢的铰接点，C2为第三节车厢和第二节车厢的铰接点。其中，每节车厢的前轴为转向轴，后轴为非转向轴，非转向轴的车轮方向保持为0度。第一节车厢为驾驶员控制的车厢，第一节车厢的前轴的转向角度由驾驶员通过方向盘等转向机构控制。驾驶员通过转向机构控制第一节车厢的转向角度，为了保证列车在行驶过程中的稳定性，需要按照其余各车厢的前轴受力最小的原则控制各车厢前轴的转向。如图2中所示，O点位置为列车转弯的圆心。按照前轴受力最小的原则，只要确定转弯的圆心至第二节车厢后轴之间的距离，即第一转弯半径R1＝OA4，即可根据式(1)所示公式计算第二节车厢前轴的转向角，从而控制第二节车厢转向。第二节车厢前后轴之间的距离可以通过预先测量而确定。

[0040] 在本实施例中，步骤S1的具体步骤为：S1.1.获取第二夹角θ2，第二夹角为当前车厢的前铰接点相对于列车转向圆心的切线方向与当前车厢的车身方向之间的夹角；S1.2.根据第二夹角通过式(2)所示公式计算第一转弯半径R1，

[0041]

[0042] 式(2)中，R1为第一转弯半径，l2为预先确定的当前车厢前后轴之间的距离，l2,f为预先确定的当前车厢前轴与当前车厢的前铰接点之间的距离，θ2为第二夹角。

[0043] 在本实施例中，如图2所示，在直角三角形ΔOC1A4中，在确定∠OC1A4的角度，以及第二节车厢后轴至铰接点C1之间的距离，即可通过三角函数方便的计算得到OA4的值。通过图2可以确定，圆心O与铰接点C1之间的连线垂直于铰接点C1处的切线，因此，只需要确定第二夹角θ2的值，也就确定∠OC1A4的角度，即可方便的通过式(2)所示公式计算得到OA4的值，即确定了第一转弯半径R1。当然，第一转弯半径R1不仅仅只限于本实施例所给出的方法获取。

[0044] 在本实施例中，步骤S1.1的具体步骤包括：S1.1.1.获取第一夹角θ1，第一夹角为当前车厢的前铰接点相对于列车转向圆心的切线方向与当前车厢的前铰接点处前一车厢的车身方向之间的夹角；S1.1.2.获取当前车厢的前铰接点铰接机构的转角θart；S1.1.3.根据式(3)所示公式计算第二夹角θ2，

[0045] θ2＝-θ1+θart    (3)

[0046] 式(3)中，θ2为第二夹角，θ1为第一夹角，θart为当前车厢的前铰接点铰接机构的转角。

[0047] 如图2所示，由于第一节车厢和第二节车厢通过铰接机构在铰接点C1处铰接，通过铰接机构可以直接获得铰接机构的转角θart，通过图2分析，只需要确定第一夹角θ1，即可方便的通过式(3)所示公式计算得到第二夹角θ2。当然，第二夹角θ2不仅仅只限于本实施例所给出的方法获取。

[0048] 在本实施例中，步骤S1.1.1的具体步骤包括：S1.1.1.1.获取第二转弯半径R2，第二转弯半径为与当前车厢铰接的前一车厢的后轴的转弯半径；S1.1.1.2.根据式(4)所示公式计算第一夹角θ1，

[0049]

[0050] 式(4)中，θ1为第一夹角，R2为第二转弯半径，l1,r为预先确定的前一车厢的后轴与当前车厢前铰接点之间的距离。

[0051] 如图2所示，在直角三角形ΔOC1A2中，∠OA2C1的角度为90度，而∠OC1A2与第一夹角θ1的和为90度。因此，只需要获得圆心O与第一节车厢后轴之间的距离，即第二转弯半径R2＝OA2，即可通过式(4)所示公式计算得到第一夹角θ1。当然，第一夹角θ1不仅仅只限于本实施例所给出的方法获取。

[0052] 在本实施例中，步骤S1.1.1.1的具体步骤包括：S1.1.1.1.1.获取前一车厢的前轴的转向角δ1；S1.1.1.1.2.根据式(5)所示公式计算第二转弯半径R2，

[0053]

[0054] 式(5)中，R2为第二转弯半径，l1为预先确定的前一车厢的前后两轴之间的距离，δ1为前一车厢的前轴的转向角。

[0055] 如图2所示，在直角三角形ΔOA1A2中，∠OA2A1的角度为90度，而圆心O与第一节车厢前轴之间的连线垂直于第一节车厢前轴方向，因此，只需要确定第一节车厢前轴的转向角δ1，以及第一节车厢前后轴之间的距离l1，即可方便的通过式(5)所示公式计算得到圆心O与第一节车厢后轴之间的距离OA2＝R2。第一节车厢前后轴之间的距离l1可以通过预先测量而确定。第一节车厢前轴的转向角δ1根据转向机构确定，直接获取第一节车厢前轴的转向角。由于本发明是从第二节车厢开始，依次按如下步骤控制当前车厢前轴的转向，在当前车厢的前一车厢不是第一节车厢时，当前车厢的前一车厢前轴的转向角在前一轮控制中已计算确定，从而实现对全列车的转向控制。

[0056] 上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。