一种串联连接的多节列车的转向控制方法及其装置

摘要

本发明提供了一种串联连接的多节列车的转向控制方法，每节列车包括至少一节编组，前一列车的最后一节编组与后一列车的第一节编组通过连接装置连接，所述转向控制方法包括：获取所述前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ、所述前一列车的最后一节编组与所述连接装置的连接转角η1、所述后一列车的第一节编组与所述连接装置的连接转角η2；以及基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的转向角度。

权利要求

1.一种串联连接的多节列车的转向控制方法，每节列车包括至少一节编组，前一列车的最后一节编组与后一列车的第一节编组通过连接装置连接，所述转向控制方法包括：获取所述前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ、所述前一列车的最后一节编组与所述连接装置的连接转角η1、所述后一列车的第一节编组与所述连接装置的连接转角η2；以及基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的转向角度，包括：利用所述前一列车的最后一节编组、所述连接装置以及所述后一列车的第一节编组的几何关系，基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度；以及利用所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴和所述第二车轴的几何关系，基于所述后一列车的第一节编组的所述第二车轴的转向角度确定所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转向角度。

2.如权利要求1所述的转向控制方法，其特征在于，

所述确定后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度包括：利用后一列车的 第一节编组的 所述第二车轴的 转向 角度计算公式计算所述后一列车的第一节编组

的所述第二车轴的转向角度；以及

所述确定后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度包括：利用后一列车的 第一节编组的 所述第一车轴的 转向 角度计算公式计算出所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转向角度β1，

其中，l1和l2分别为前一列车的最后一节编组的第一车轴与第二车轴之间的距离，l为所述连接装置的长度，b为所述后一列车与所述连接装置的连接点至所述后一列车的第一节编组的第一车轴的距离，β1和β2分别为所述后一列车的第一车轴和第二车轴的转向角度，R22 为后一列车的第一节编组的第二车轴转向半径。

3.如权利要求1所述的转向控制方法，其特征在于，还包括：将列车的双轮模型简化为单轮模型以便于利用单车运动特性来描述所述列车的运动特性。

4.如权利要求1所述的转向控制方法，其特征在于，还包括：利用整车运动算法基于所述后一列车的第一车轴的转向角度确定所述后一列车的其余编组的各个车轴的转向角度；以及利用液压控制算法基于每个车轴的转向角度控制该轴转向。

5.如权利要求4所述的转向控制方法，其特征在于，所述利用液压控制算法基于每个车轴的转向角度控制该轴转向包括：获取每个车轴的当前实际角度；以及

控制每个车轴从所述当前实际角度向其对应的转向角度转动。

6.如权利要求5所述的转向控制方法，其特征在于，每一列车的每一车轴上设置一液压转向装置，所述液压转向装置包括比例伺服阀组以及液压油缸，所述比例伺服阀组内的两个比例伺服阀芯分别通过A管和B管与所述液压油缸连通，所述控制每个车轴从当前实际角度向其对应的转向角度转动包括：基于每个车轴的所述当前实际角度和所述转向角度确定所述两个比例伺服阀芯的目标位置；

控制所述比例伺服阀芯调整至所述目标位置以控制所述液压油缸伸缩，所述液压油缸伸缩带动所述车轴转动。

7.一种串联连接的多节列车的转向控制装置，每节列车包括至少一节编组，前一列车的最后一节编组与后一列车的第一节编组通过连接装置连接，所述转向控制装置包括：存储器；以及

与所述存储器耦接的处理器，所述处理器被配置成：

获取所述前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ、所述前一列车的最后一节编组与所述连接装置的连接转角η1、所述后一列车的第一节编组与所述连接装置的连接转角η2；以及基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的转向角度，包括：利用所述前一列车的最后一节编组、所述连接装置以及所述后一列车的第一节编组的几何关系，基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度；以及利用所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴和所述第二车轴的几何关系，基于所述后一列车的第一节编组的所述第二车轴的转向角度确定所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转向角度。

8.如权利要求7所述的转向控制装置，其特征在于，所述处理器进一步被配置成：利用后一列车的 第一节编组的 所述第二车轴的 转向 角度计算公式计算所述后一列车的第一节编组

的所述第二车轴的转向角度；以及

利用后一列车的 第一节编组的 所述第一车轴的 转向 角度计算公式计算出所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转向角度β1，

其中，l1和l2分别为前一列车的最后一节编组的第一车轴与第二车轴之间的距离，l为所述连接装置的长度，b为所述后一列车与所述连接装置的连接点至所述后一列车的第一节编组的第一车轴的距离，β1和β2分别为所述后一列车的第一车轴和第二车轴的转向角度，R22 为后一列车的第一节编组的第二车轴转向半径。

9.如权利要求7所述的转向控制装置，其特征在于，所述处理器还被配置成：将列车的双轮模型简化为单轮模型以便于利用单车运动特性来描述所述列车的运动特性。

10.如权利要求7所述的转向控制装置，其特征在于，所述处理器还被配置成：利用整车运动算法基于所述后一列车的第一车轴的转向角度确定所述后一列车的其余编组的各个车轴的转向角度；以及利用液压控制算法基于每个车轴的转向角度控制该轴转向。

11.如权利要求10所述的转向控制装置，其特征在于，所述处理器进一步被配置成：获取每个车轴的当前实际角度；以及

控制每个车轴从所述当前实际角度向其对应的转向角度转动。

12.如权利要求11所述的转向控制装置，其特征在于，每一列车的每一车轴上设置一液压转向装置，所述液压转向装置包括比例伺服阀组以及液压油缸，所述处理器进一步被配置成：基于每个车轴的所述当前实际角度和所述转向角度确定所述比例伺服阀组内的比例伺服阀芯的目标位置；以及控制所述比例伺服阀芯调整至所述目标位置以控制所述液压油缸伸缩，所述液压油缸伸缩带动所述车轴转动。

13.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1‑6中任一项所述转向控制方法的步骤。

说明书

一种串联连接的多节列车的转向控制方法及其装置

技术领域

[0001] 本发明涉及车辆控制领域，尤其涉及一种多节列车的转向控制方法及其装置。

背景技术

[0002] 随着国内外城市的经济与人口的发展，交通拥堵日益严重，很多城市开始大力发展大中运量的公共交通方式。地铁和有轨电车是现有的公共交通方式中较为常见的中大运量的交通方式。然而，现有的地铁或有轨电车需要专门的电力系统和轨道配合实现运行，且基础设施建设和车辆购置成本高。

[0003] 随着车辆转向与驱动技术的日益发展，长编组铰接式列车的生产与制造变成了可能。为解决基础设施建设和车辆购置成本高的问题，中车株洲电力机车研究所提出了铰接式列车，该种列车能够循迹地面上的虚拟轨道，取消了钢轨，通过胶轮承载和方向盘转向的方式跟随地面虚拟轨道行驶，且可通过铰接的方式串联多节编组，满足中大运量的要求。

[0004] 目前，铰接式列车由于建设周期短、运量大、建设周期灵活已经成为许多城市优先考虑的公共交通制式。

[0005] 中运量的铰接式列车一般包括三节编组，载客量最大为300人左右，对应阶段性客流如早高峰、晚高峰或大型活动的能力受限，本发明提出一种串联连接的多节列车的转向控制方法可实现多节串联连接的铰接式列车之间的运行控制，从而实现多节铰接式列车的组合，增加高峰出行时期的运客能力。

发明内容

[0006] 以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

[0007] 根据本发明的一方面，提供了一种串联连接的多节列车的转向控制方法，每节列车包括至少一节编组，前一列车的最后一节编组与后一列车的第一节编组通过连接装置连接，所述转向控制方法包括：获取所述前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ、所述前一列车的最后一节编组与所述连接装置的连接转角η1、所述后一列车的第一节编组与所述连接装置的连接转角η2；以及基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的转向角度。

[0008] 进一步地，所述基于转向角度γ、连接转角η1、连接转角η2确定后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的转向角度包括：利用所述前一列车的最后一节编组、所述连接装置以及所述后一列车的第一节编组的几何关系，基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度；以及利用所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴和所述第二车轴的几何关系，基于所述后一列车的第一节编组的所述第二车轴的转向角度确定所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转向角度。

[0009] 进一步地，所述确定后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度包括：利用后一列车的第一节编组的所述第二车轴的转向角度计算公式计算所述后一列车的第一节编组
的所述第二车轴的转向角度；以及所述确定后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度包括：利用后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转向角度计算公式
计算出所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转向角度
β1，其中，l1和l2分别为前一列车的最后一节编组的第一车轴与第二车轴之间的距离，l为所述连接装置的长度，b为所述后一列车与所述连接装置的连接点至所述后一列车的第一节编组的第一车轴的距离，β1和β2分别为所述后一列车的第一车轴和第二车轴的转向角度。

[0010] 进一步地，所述转向控制方法还包括：将列车的双轮模型简化为单轮模型以便于利用单车运动特性来描述所述列车的运动特性。

[0011] 进一步地，所述转向控制方法还包括：利用整车运动算法基于所述后一列车的第一车轴的转向角度确定所述后一列车的其余编组的各个车轴的转向角度；以及利用液压控制算法基于每个车轴的转向角度控制该轴转向。

[0012] 进一步地，所述利用液压控制算法基于每个车轴的转向角度控制该轴转向包括：获取每个车轴的当前实际角度；以及控制每个车轴从所述当前实际角度向其对应的转向角度转动。

[0013] 进一步地，每一列车的每一车轴上设置一液压转向装置，所述液压转向装置包括比例伺服阀组以及液压油缸，所述比例伺服阀组内的两个比例伺服阀芯分别通过A管和B管与所述液压油缸连通，所述控制每个车轴从当前实际角度向其对应的转向角度转动包括：基于每个车轴的所述当前实际角度和所述转向角度确定所述两个比例伺服阀芯的目标位置；控制所述比例伺服阀芯调整至所述目标位置以控制所述液压油缸伸缩，所述液压油缸伸缩带动所述车轴转动。

[0014] 根据本发明的另一个方面，提供了一种串联连接的多节列车的转向控制装置，每节列车包括至少一节编组，前一列车的最后一节编组与后一列车的第一节编组通过连接装置连接，所述转向控制装置包括：存储器；以及与所述存储器耦接的处理器，所述处理器被配置成：获取所述前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度、所述前一列车的最后一节编组与所述连接装置的连接转角、所述后一列车的第一节编组与所述连接装置的连接转角；以及基于所述转向角度、所述连接转角、所述连接转角确定所述后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的转向角度。

[0015] 进一步地，所述处理器还被配置成：利用所述前一列车的最后一节编组、所述连接装置以及所述后一列车的第一节编组的几何关系，基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度；以及利用所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴和所述第二车轴的几何关系，基于所述后一列车的第一节编组的所述第二车轴的转向角度确定所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转向角度。

[0016] 进一步地，所述处理器进一步被配置成：利用后一列车的第一节编组的所述第二车轴的转向角度计算公式 计算所述后一列车的第一节编组的所述第二车轴的转向角度；以及所述确定后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度包括：利用后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转向角度计算公式 计算出所述后一列车的第一节编组的所述第一车轴的转
向角度β1，其中，l1和l2分别为前一列车的最后一节编组的第一车轴与第二车轴之间的距离，l为所述连接装置的长度，b为所述后一列车与所述连接装置的连接点至所述后一列车的第一节编组的第一车轴的距离，β1和β2分别为所述后一列车的第一车轴和第二车轴的转向角度。

[0017] 进一步地，所述处理器还被配置成：将列车的双轮模型简化为单轮模型以便于利用单车运动特性来描述所述列车的运动特性。

[0018] 进一步地，所述处理器还被配置成：利用整车运动算法基于所述后一列车的第一车轴的转向角度确定所述后一列车的其余编组的各个车轴的转向角度；以及利用液压控制算法基于每个车轴的转向角度控制该轴转向。

[0019] 进一步地，所述处理器进一步被配置成：获取每个车轴的当前实际角度；以及控制每个车轴从所述当前实际角度向其对应的转向角度转动。

[0020] 进一步地，每一列车的每一车轴上设置一液压转向装置，所述液压转向装置包括比例伺服阀组以及液压油缸，所述比例伺服阀组内的两个比例伺服阀芯分别通过A管和B管与所述液压油缸连通，所述处理器进一步被配置成：基于每个车轴的所述当前实际角度和所述转向角度确定所述两个比例伺服阀芯的目标位置；控制所述比例伺服阀芯调整至所述目标位置以控制所述液压油缸伸缩，所述液压油缸伸缩带动所述车轴转动。

[0021] 根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述任一项所述转向控制方法的步骤。

附图说明

[0022] 在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本发明的上述特征和优点。

[0023] 图1是根据本发明的一个方面绘示的单车模型示意图；

[0024] 图2是根据本发明的一个方面绘示的两节列车串联连接的示意图；

[0025] 图3是根据本发明的一个方面绘示的一转向控制方法的流程示意图；

[0026] 图4A是根据本发明的一个方面绘示的两节编组的连接关系几何示意图；

[0027] 图4B是根据本发明的一个方面绘示的两节编组的连接关系几何示意图；

[0028] 图4C是根据本发明的一个方面绘示的两节编组的连接关系几何示意图；

[0029] 图5是根据本发明的一个方面绘示的一转向控制方法的部分流程示意图；

[0030] 图6是根据本发明的一个方面绘示的一转向控制方法的部分流程示意图；

[0031] 图7是根据本发明的一个方面绘示的一液压转向装置的结构示意图；

[0032] 图8是根据本发明的一个方面绘示的一转向控制方法的部分流程示意图；

[0033] 图9是根据本发明的一个方面绘示的一转向控制方法的部分流程示意图；

[0034] 图10是根据本发明的一个方面绘示的一转向控制装置的示意框图。

具体实施方式

[0035] 给出以下描述以使得本领域技术人员能够实施和使用本发明并将其结合到具体应用背景中。各种变型、以及在不同应用中的各种使用对于本领域技术人员将是容易显见的，并且本文定义的一般性原理可适用于较宽范围的实施例。由此，本发明并不限于本文中给出的实施例，而是应被授予与本文中公开的原理和新颖性特征相一致的最广义的范围。

[0036] 在以下详细描述中，阐述了许多特定细节以提供对本发明的更透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的实践可不必局限于这些具体细节。换言之，公知的结构和器件以框图形式示出而没有详细显示，以避免模糊本发明。

[0037] 请读者注意与本说明书同时提交的且对公众查阅本说明书开放的所有文件及文献，且所有这样的文件及文献的内容以参考方式并入本文。除非另有直接说明，否则本说明书(包含任何所附权利要求、摘要和附图)中所揭示的所有特征皆可由用于达到相同、等效或类似目的的可替代特征来替换。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每一个特征仅是一组等效或类似特征的一个示例。

[0038] 注意，在使用到的情况下，标志左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0039] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0040] 注意，在使用到的情况下，进一步地、较优地、更进一步地和更优地是在前述实施例基础上进行另一实施例阐述的简单起头，该进一步地、较优地、更进一步地或更优地后带的内容与前述实施例的结合作为另一实施例的完整构成。在同一实施例后带的若干个进一步地、较优地、更进一步地或更优地设置之间可任意组合的组成又一实施例。

[0041] 以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。

[0042] 根据本发明的一个方面，提供一种串联连接的多节列车的转向控制方法以达到增加公共交通的运量。

[0043] 为更简洁的描述车辆动力学性能，先将车辆的双轮模型简化为单轮模型以便于利用单车运动特性来描述列车的运动特性。

[0044] 在建立车辆模型之前，与实际的车辆模型相比，先进行以下假设：

[0045] (1)忽略轮胎与道路之间册偏角，即车轮的方向决定了车轮的方向；

[0046] (2)无其它外力作用；

[0047] (3)车轮行驶速度低，质量和惯性被忽略。

[0048] 完成上述假设后即可建立铰接式列车的“单论模型”，如图1所示，铰接式列车中的任意一节车厢转向时，内侧车轮与外侧车轮之间的关系可用下式表示：

[0049]

[0050]

[0051] 其中，a1和a2分别为一节车厢的一车轴上的两个车轮的转向角，a为该车轴上的两个车轮的模拟车轮的转向角，该模拟车轮位于该节车轴与该节车厢的中轴线的交点上，w为该车轴的两个车轮之间的距离，l为该节车厢的两车轴之间的距离。

[0052] 则基于单轮模型确定出一车轴的模拟车轮的转向角后，可基于式(1)和式(2)对应计算出该车轴的两个车轮的转向角。以下所述各个车轴的转向角度均是指单轮模型中对应于每个车轴的模拟车轮的转向角。

[0053] 在一实施例中，如图2所示，多节列车的转向控制方法200包括步骤S210～S220。

[0054] 步骤S210为：获取所述前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ、所述前一列车的最后一节编组与所述连接装置的连接转角η1、所述后一列车的第一节编组与所述连接装置的连接转角η2。

[0055] 列车是指具有至少一节编组可单独运行的车辆。多节列车之间通过连接装置连接，具体地，前一节列车的最后一节编组与后一节列车的第一节编组通过该连接装置连接。

[0056] 连接装置可以是折叠式机械车钩装置，能够方便快捷地将两节列车连接起来。将连接装置简化为一个直杆，直杆的两头分别与前一列车的最后一节编组以及后一节列车的第一节编组连接，该与直杆两头分别连接的两节编组可绕直杆的连接点自由摆动。

[0057] 以两节三编组列车串联后的单车模型为例，如图3所示，三编组列车T1和三编组列车T2通过连接装置L串联。三编组列车T1包括T11、T12和T13三节编组，三编组列车T2分别包括T21、T22和T23三节编组。编组T13和编组T21通过连接装置L连接，将编组T13和编组T21间的几何关系放大以清楚说明本案的发明构思。

[0058] 如图4所示，编组T13的第二车轴的转向角度为γ，编组T13与连接装置L的连接转角为η1，编组T21的第一车轴的转向角度为β1，编组T21的第二车轴的转向角度为β2，编组T21与连接装置L的连接转角为η2，编组T13和编组T21的车身中轴线的夹角为α。

[0059] 具体地，可通过编组T13的第二车轴以及连接装置L上设置的角度检测装置获取角度检测装置检测出的编组T13的第二车轴的转向角度为γ、编组T13与连接装置L的连接转角为η1以及编组T21与连接装置L的连接转角为η2。

[0060] 可以理解，角度检测装置可以是角度传感器或是其它可用于检测转向角度的装置。

[0061] 步骤S220为：基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的转向角度。

[0062] 常见地，列车一般采用轨迹跟随方法实现列车的转向控制。首先由驾驶员或者自动驾驶系统给定第一节编组的第一车轴的转向角度，再计算得到其后的其它轴的转向角度，再利用自动控制完成其它轴的转向从而实现轨迹跟随。因此，多节列车串联后，实现后一列列车的第一节编组的第一轴的转向角度的控制，则成为控制多节列车运行的关键。因此，本发明主要提供一种基于前一节列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度确定后一节列车的第一节编组的第一车轴的转向角度的方法。

[0063] 由于连接装置L与编组T13和编组T21的连接转角η1和η2的影响，在实际控制过程中，并不能保证编组T21的第一车轴转向半径R21和第二车轴转向半径R22均与编组T13的第一车轴转向半径R15和第二车轴转向半径R16相同。根据轨迹跟随策略，在实际车辆控制过程中，首先保证后一节列车的第一节编组的第二车轴与前一节列车的最后一节编组的第二车轴的转向半径相同，因此可先基于编组T13的第一车轴转向半径R15和编组T21的第二车轴转向半径R22的几何关系确定出编组T21的第二车轴的转向角度β2，再基于编组T21的第二车轴的转向角度β2与编组T21的第一车轴的转向角度β1的几何关系确定出编组T21的第一车轴的转向角度β1。

[0064] 具体地，如图5所示，步骤S220可包括步骤S221～S222。

[0065] 步骤S221为：利用前一列车的最后一节编组、连接装置以及后一列车的第一节编组的几何关系，基于转向角度γ、连接转角η1、连接转角η2确定后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度β2。

[0066] 如图4A所示，首先确定出后一节列车的第一节编组的第二车轴的转向半径R22。前一列车的最后一节编组的第一车轴和第二车轴间的轴距为l1，前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度为γ，则基于转向半径与车轮方向的垂直关系，可得：

[0067]

[0068] 进一步确定前一节列车的最后一节编组的中轴线与后一节列车的第一节编组的中轴线的交点至后一节列车的第一节编组的第二车轴的距离。

[0069] 如图4所示，根据两节列车的部件具体尺寸，可确定出编组T21的第一车轴与第二车轴的轴距即编组T21的中轴线和第一车轴的交点H与编组T21的中轴线和第二车轴的交点D之间的距离为l2，编组T21与连接装置L的连接点F与H点之间的距离为b，连接装置L的连杆长度为l。假设编组T13和编组T21的车身中轴线的交点B至连接点F之间的距离为a，在△BFG中，根据正弦定理可得：

[0070]

[0071] 其中，α为编组T13和编组T21的车身中轴线的夹角，根据△BFG的外角关系可得：

[0072] α＝η1+η2                          (5)

[0073] 根据式(4)和(5)可计算出点B至点F之间的距离a，即：

[0074]

[0075] 则点B至点D之间的距离S可由式(7)表示：

[0076]

[0077] 最终，根据前一节列车的最后一节编组与后一节列车的第一节编组的中轴线的交点、后一节列车的第一节编组的第二车轴与其中轴线的交点以及后一节列车的第一节编组的第二车轴的转向圆心构成的三角形中的边角关系确定后一节列车的第一节编组的第二车轴的转向角度γ。

[0078] 如图4B所示，连接编组T21的第二车轴的转向圆心O与点B并延长与编组T21的第二车轴的延长线交于A点，OB与GF相交于C点，假设OB的延长线与编组T21的第二车轴的延长线的夹角为δ，根据连接装置L与延长线OB的垂直关系以及编组T21的第二车轴与过D点的转弯半径OD的垂直关系可确定出以下角度关系：

[0079] 在△DEF中：∠AEF＝η2+β2；

[0080] 在△ACE中：

[0081] 在△ABD中：

[0082] 在△AOD中：

[0083] 在△BOD中根据正弦定理可得：

[0084]

[0085] 将上述角度关系代入式(8)可得：

[0086]

[0087] 对应地，步骤S221可具体设置为：将前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ、前一列车的最后一节编组与连接装置L的连接转角η1、后一列车的第一节编组与连接装置L的连接转角η2代入式(9)中以计算出后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度β2。

[0088] 步骤S222为：利用后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的几何关系，基于后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度β2确定后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度β1。

[0089] 如图4C所示，编组T21的第一车轴与编组T21的中轴线的交点H至编组T21的第二车轴与编组T21的中轴线的交点D的距离为编组T21的轴距，从编组T21的第一车轴和编组T21的第二车轴的转向半径O作垂直于编组T21的中轴线的垂线交DH于K点。

[0090] 根据编组T21的第一车轴的车轮方向与过H点的转向半径的垂直关系以及编组T21的第二车轴的车轮方向与过D点的转向半径的垂直关系，可得∠HOK＝β1，∠DOK＝β2。

[0091] 进一步地， 则：

[0092]

[0093] 则对应地，步骤S222可对应设置为：将后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度β1以及前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ代入式(10)中以计算出后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度β1。

[0094] 更进一步地，确定出后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度β1后还包括控制后一列车转向的步骤，具体地，如图6所示，转向控制方法200还包括步骤S230～S240。

[0095] 步骤S230为：利用整车运动算法基于所述后一列车的第一车轴的转向角度确定所述后一列车的其余编组的各个车轴的转向角度。

[0096] 具体地，利用整车运动算法基于后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度β1确定后一列车的其余所有车轴的转向角度的具体过程可通过专利CN 105292249 A了解。

[0097] 步骤S240为：利用液压控制算法基于每个车轴的转向角度控制该轴转向。

[0098] 具体的控制车辆转向的过程可通过专利CN 107963120A具体了解。

[0099] 液压控制过程需首先介绍各节编组的每一车轴的液压转向装置，如图7所示，每一液压转向装置可包括充压储能单元710、比例伺服阀组720、电子控制单元730以及液压油缸740。

[0100] 一车轴上的两个车轮通过横梁750连接，横梁750上还安装有车桥梯形连杆760。液压油缸740缸体安装于车轴的横梁上，液压油缸推杆741安装于车桥梯形连杆760上。

[0101] 充压储能单元710内(未示出)可设置有液压油箱和充压泵站，用于为比例伺服阀组720提供高压油液。

[0102] 比例伺服阀组720内(未示出)设置有比例伺服阀、切换开关阀。

[0103] 液压油缸740由比例伺服阀组720控制，液压油缸740的进油腔和出油腔分别与比例伺服阀的工作油口(A/B口)连通，比例伺服阀与切换开关连接。

[0104] 电子控制单元与充压储能单元710及比例伺服阀组720连接，通过控制切换开关控制比例伺服阀内的油液由A口流出、B口流入以及A口流入、B口流出之间切换，同时通过控制比例伺服阀的阀芯位置以控制比例伺服阀的工作油口的开口大小，从而控制车桥梯形连杆741转动变形以驱动车轮转向。

[0105] 对应地，如图8所示，步骤S240可包括步骤S241～S242。

[0106] 步骤S241为：获取每个车轴的当前实际角度。

[0107] 每一车轴上安装有车桥角度传感器770，安装于车桥梯形连杆760上并和横梁750铰接连接，车桥角度传感器770能够实时反馈车轮的当前实际角度，基于所有车轴的当前实际角度即可确定整车的实时姿态。

[0108] 步骤S242为：控制每个车轴从所述当前实际角度向其对应的转向角度转动。

[0109] 通过判断每个车轴的当前实际角度与步骤S230确定出的对应的转向角度之间的差别，进而可控制比例伺服阀组720内的比例伺服阀的油液流向和油口大小以控制该车轴从当前实际角度向对应的转向角度转动。

[0110] 进一步地，如图9所示，步骤S242可包括步骤S910～S920。

[0111] 步骤S910为：基于每个车轴的所述当前实际角度和所述转向角度确定比例伺服阀芯的目标位置。

[0112] 比例伺服阀的油液流向和油口的开口大小由比例伺服阀内的比例伺服阀芯的位置决定，因此基于每个车轴的当前实际角度和对应的转向角度之间的差异可确定出所需的比例伺服阀芯的目标位置。

[0113] 步骤S920为：控制所述比例伺服阀芯调整至所述目标位置以控制所述液压油缸伸缩，所述液压油缸伸缩带动车轴转动。

[0114] 尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

[0115] 根据本发明的又一个方面，提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被执行时实现如上述任一实施例中所述的转向控制方法的步骤。

[0116] 根据本发明的另一个方面，提供一种串联连接的多节列车的转向控制装置以达到增加公共交通的运量。

[0117] 在一实施例中，如图10所示，转向控制装置1000包括存储器1010和处理器1020。

[0118] 存储器1010用于存储计算机程序。

[0119] 处理器1020与存储器1010耦接以执行存储器1010上存储的计算机程序。该处理器1020被配置成：获取所述前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ、所述前一列车的最后一节编组与所述连接装置的连接转角η1、所述后一列车的第一节编组与所述连接装置的连接转角η2；以及基于所述转向角度γ、所述连接转角η1、所述连接转角η2确定所述后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的转向角度。

[0120] 列车是指具有至少一节编组可单独运行的车辆。多节列车之间通过连接装置连接，具体地，前一节列车的最后一节编组与后一节列车的第一节编组通过该连接装置连接。

[0121] 连接装置可以是折叠式机械车钩装置，能够方便快捷地将两节列车连接起来。将连接装置简化为一个直杆，直杆的两头分别与前一列车的最后一节编组以及后一节列车的第一节编组连接，该与直杆两头分别连接的两节编组可绕直杆的连接点自由摆动。

[0122] 以两节三编组列车串联后的单车模型为例，如图3所示，三编组列车T1和三编组列车T2通过连接装置L串联。三编组列车T1包括T11、T12和T13三节编组，三编组列车T2分别包括T21、T22和T23三节编组。编组T13和编组T21通过连接装置L连接，将编组T13和编组T21间的几何关系放大以清楚说明本案的发明构思。

[0123] 如图4所示，编组T13的第二车轴的转向角度为γ，编组T13与连接装置L的连接转角为η1，编组T21的第一车轴的转向角度为β1，编组T21的第二车轴的转向角度为β2，编组T21与连接装置L的连接转角为η2，编组T13和编组T21的车身中轴线的夹角为α。

[0124] 具体地，可通过编组T13的第二车轴以及连接装置L上设置的角度检测装置获取角度检测装置检测出的编组T13的第二车轴的转向角度为γ、编组T13与连接装置L的连接转角为η1以及编组T21与连接装置L的连接转角为η2。

[0125] 可以理解，角度检测装置可以是角度传感器或是其它可用于检测转向角度的装置。

[0126] 常见地，列车一般采用轨迹跟随方法实现列车的转向控制。首先由驾驶员或者自动驾驶系统给定第一节编组的第一车轴的转向角度，再计算得到其后的其它轴的转向角度，再利用自动控制完成其它轴的转向从而实现轨迹跟随。因此，多节列车串联后，实现后一列列车的第一节编组的第一轴的转向角度的控制，则成为控制多节列车运行的关键。因此，本发明主要提供一种基于前一节列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度确定后一节列车的第一节编组的第一车轴的转向角度的装置。

[0127] 由于连接装置L与编组T13和编组T21的连接转角η1和η2的影响，在实际控制过程中，并不能保证编组T21的第一车轴转向半径R21和第二车轴转向半径R22均与编组T13的第一车轴转向半径R15和第二车轴转向半径R16相同。根据轨迹跟随策略，在实际车辆控制过程中，首先保证后一节列车的第一节编组的第二车轴与前一节列车的最后一节编组的第二车轴的转向半径相同，因此可先基于编组T13的第一车轴转向半径R15和编组T21的第二车轴转向半径R22的几何关系确定出编组T21的第二车轴的转向角度β2，再基于编组T21的第二车轴的转向角度β2与编组T21的第一车轴的转向角度β1的几何关系确定出编组T21的第一车轴的转向角度β1。

[0128] 具体地，处理器1020可进一步被配置成：利用前一列车的最后一节编组、连接装置以及后一列车的第一节编组的几何关系，基于转向角度γ、连接转角η1、连接转角η2确定后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度β2；以及利用后一列车的第一节编组的第一车轴和第二车轴的几何关系，基于后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度β2确定后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度β1。

[0129] 如图4A所示，首先确定出后一节列车的第一节编组的第二车轴的转向半径R22。前一列车的最后一节编组的第一车轴和第二车轴间的轴距为l1，前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度为γ，则基于转向半径与车轮方向的垂直关系，可得：

[0130]

[0131] 进一步确定前一节列车的最后一节编组的中轴线与后一节列车的第一节编组的中轴线的交点至后一节列车的第一节编组的第二车轴的距离。

[0132] 如图4所示，根据两节列车的部件具体尺寸，可确定出编组T21的第一车轴与第二车轴的轴距即编组T21的中轴线和第一车轴的交点H与编组T21的中轴线和第二车轴的交点D之间的距离为l2，编组T21与连接装置L的连接点F与H点之间的距离为b，连接装置L的连杆长度为l。假设编组T13和编组T21的车身中轴线的交点B至连接点F之间的距离为a，在△BFG中，根据正弦定理可得：

[0133]

[0134] 其中，α为编组T13和编组T21的车身中轴线的夹角，根据△BFG的外角关系可得：

[0135] α＝η1+η2                          (5)

[0136] 根据式(4)和(5)可计算出点B至点F之间的距离a，即：

[0137]

[0138] 则点B至点D之间的距离S可由式(7)表示：

[0139]

[0140] 最终，根据前一节列车的最后一节编组与后一节列车的第一节编组的中轴线的交点、后一节列车的第一节编组的第二车轴与其中轴线的交点以及后一节列车的第一节编组的第二车轴的转向圆心构成的三角形中的边角关系确定后一节列车的第一节编组的第二车轴的转向角度γ。

[0141] 如图4B所示，连接编组T21的第二车轴的转向圆心O与点B并延长与编组T21的第二车轴的延长线交于A点，OB与GF相交于C点，假设OB的延长线与编组T21的第二车轴的延长线的夹角为δ，根据连接装置L与延长线OB的垂直关系以及编组T21的第二车轴与过D点的转弯半径OD的垂直关系可确定出以下角度关系：

[0142] 在△DEF中：∠AEF＝η2+β2；

[0143] 在△ACE中：

[0144] 在△ABD中：

[0145] 在△AOD中：

[0146] 在△BOD中根据正弦定理可得：

[0147]

[0148] 将上述角度关系代入式(8)可得：

[0149]

[0150] 对应地，为确定后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度，处理器1020可具体配置成：将前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ、前一列车的最后一节编组与连接装置L的连接转角η1、后一列车的第一节编组与连接装置L的连接转角η2代入式(9)中以计算出后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度β2。

[0151] 如图4C所示，编组T21的第一车轴与编组T21的中轴线的交点H至编组T21的第二车轴与编组T21的中轴线的交点D的距离为编组T21的轴距，从编组T21的第一车轴和编组T21的第二车轴的转向半径O作垂直于编组T21的中轴线的垂线交DH于K点。

[0152] 根据编组T21的第一车轴的车轮方向与过H点的转向半径的垂直关系以及编组T21的第二车轴的车轮方向与过D点的转向半径的垂直关系，可得∠HOK＝β1，∠DOK＝β2。

[0153] 进一步地， 则：

[0154]

[0155] 则对应地，为确定后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度，处理器1020可具体配置成：将后一列车的第一节编组的第二车轴的转向角度β1以及前一列车的最后一节编组的第二车轴的转向角度γ代入式(10)中以计算出后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度β1。

[0156] 更进一步地，确定出后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度β1后还包括控制后一列车转向的过程，具体地，处理器1020还被配置成：利用整车运动算法基于所述后一列车的第一车轴的转向角度确定所述后一列车的其余编组的各个车轴的转向角度；以及利用液压控制算法基于每个车轴的转向角度控制该轴转向。

[0157] 具体地，利用整车运动算法基于后一列车的第一节编组的第一车轴的转向角度β1确定后一列车的其余所有车轴的转向角度的具体过程可通过专利CN 105292249 A了解。

[0158] 具体的控制车辆转向的过程可通过专利CN 107963120A具体了解。

[0159] 液压控制过程需首先介绍各节编组的每一车轴的液压转向装置。如图7所示，每一液压转向装置可包括充压储能单元710、比例伺服阀组720、电子控制单元730以及液压油缸740。

[0160] 一车轴上的两个车轮通过横梁750连接，横梁750上还安装有车桥梯形连杆760。液压油缸740缸体安装于车轴的横梁上，液压油缸推杆741安装于车桥梯形连杆760上。

[0161] 充压储能单元710内(未示出)可设置有液压油箱和充压泵站，用于为比例伺服阀组720提供高压油液。

[0162] 比例伺服阀组720内(未示出)设置有比例伺服阀、切换开关阀。

[0163] 液压油缸740由比例伺服阀组720控制，液压油缸740的进油腔和出油腔分别与比例伺服阀的工作油口(A/B口)连通，比例伺服阀与切换开关连接。

[0164] 电子控制单元与充压储能单元710及比例伺服阀组720连接，通过控制切换开关控制比例伺服阀内的油液由A口流出、B口流入以及A口流入、B口流出之间切换，同时通过控制比例伺服阀的阀芯位置以控制比例伺服阀的工作油口的开口大小，从而控制车桥梯形连杆741转动变形以驱动车轮转向。

[0165] 对应地，为实现其他跟随轴的转向，处理器1020可进一步被配置成：获取每个车轴的当前实际角度；以及控制每个车轴从所述当前实际角度向其对应的转向角度转动。

[0166] 每一车轴上安装有车桥角度传感器770，安装于车桥梯形连杆760上并和横梁750铰接连接，车桥角度传感器770能够实时反馈车轮的当前实际角度，基于所有车轴的当前实际角度即可确定整车的实时姿态。

[0167] 通过判断每个车轴的当前实际角度与确定出的其对应的转向角度之间的差别，进而可控制比例伺服阀组720内的比例伺服阀的油液流向和油口大小以控制该车轴从当前实际角度向对应的转向角度转动。

[0168] 比例伺服阀的油液流向和油口的开口大小由比例伺服阀内的比例伺服阀芯的位置决定，因此基于每个车轴的当前实际角度和对应的转向角度之间的差异可确定出所需的比例伺服阀芯的目标位置。

[0169] 进一步地，为实现各个车轴的液压转向，处理器1020可具体被配置成：基于每个车轴的所述当前实际角度和所述转向角度确定所述比例伺服阀芯的目标位置；以及控制所述比例伺服阀芯调整至所述目标位置以控制所述液压油缸伸缩，所述液压油缸伸缩带动车轴转动。

[0170] 本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位(比特)、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。

[0171] 本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。

[0172] 结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

[0173] 结合本文中公开的实施例描述的方法或算法的步骤可直接在硬件中、在由处理器执行的软件模块中、或在这两者的组合中体现。软件模块可驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动盘、CD‑ROM、或本领域中所知的任何其他形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读取和写入信息。在替换方案中，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在用户终端中。

[0174] 在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实现。如果在软件中实现为计算机程序产品，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括促成计算机程序从一地向另一地转移的任何介质。存储介质可以是能被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD‑ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来携带或存储指令或数据结构形式的合意程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也被正当地称为计算机可读介质。例如，如果软件是使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术从web网站、服务器、或其它远程源传送而来，则该同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL、或诸如红外、无线电、以及微波之类的无线技术就被包括在介质的定义之中。如本文中所使用的盘(disk)和碟(disc)包括压缩碟(CD)、激光碟、光碟、数字多用碟(DVD)、软盘和蓝光碟，其中盘(disk)往往以磁的方式再现数据，而碟(disc)用激光以光学方式再现数据。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。

[0175] 提供之前的描述是为了使本领域中的任何技术人员均能够实践本文中所描述的各种方面。但是应该理解，本发明的保护范围应当以所附权利要求书为准，而不应被限定于以上所解说实施例的具体结构和组件。本领域技术人员在本发明的精神和范围内，可以对各实施例进行各种变动和修改，这些变动和修改也落在本发明的保护范围之内。