CN102358345B - 主动式转向汽车列车及转向控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动式转向汽车列车，包括牵引车、多级全挂车，其特征在于：牵引车和第一级全挂车之间通过第一级主动转向装置连接，第一级全挂车与第二级全挂车之间通过第二级主动转向装置连接，第n-1级全挂车与第n级全挂车之间通过第n级主动转向装置连接；每级主动转向装置都连接有一级数对应的控制器，后一级控制器根据前车的实时运动数据，调整主动转向装置的动作，使后车的运动轨迹跟随前车的运动轨迹；本发明还公开了基于前述结构的控制方法。本发明的有益技术效果是：可提高全挂车对牵引车及前一级全挂车的追随性，从而提高全挂车的行驶稳定性，使牵引车可以拖挂更多数量的全挂车，提高公路运输的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车列车牵引装置，尤其涉及一种主动式转向汽车列车及转向控制方法。
背景技术
汽车运输的发展,要求不断提高车辆的承载能力,但普通汽车的轴负荷和外廓尺寸受到公路法规的限制，不可能造得过重过大，于是出现了拖挂形式的汽车列车，即由一辆牵引车牵引一辆或多辆挂车，它比普通载重汽车具有更多的轴数和更大的承载面积，因而有较大的承载能力。
其中，挂车又有半挂车和全挂车之分，半挂车只有后轮对，其前部由牵引车或前一半挂车提供支撑，而全挂车有独立的支撑结构；全挂车和半挂车由于支撑结构上的差异，其运动特性也完全不同；就全挂车而言，目前的汽车列车的行驶动作完全由牵引车起控制作用，全挂车只能被动地跟随牵引车运动，这种牵引模式存在以下缺陷：在转向时，全挂车在牵引连接装置的带动下被动地跟随牵引车转向，从而导致整车需要很大的转向半径，而由于全挂车的转向偏移距（牵引车前轴中心轨迹与全挂车后轴中心轨迹偏差的距离）相比半挂车较大，全挂车的追随性较差，导致全挂车的行驶稳定性也较差；由于前述缺陷的存在，目前采用全挂车的汽车列车的长度都不太长，全挂车的挂接数一般不宜超过2辆，而且由于全挂车的行驶稳定性较半挂车更差，因此，目前在我国高等级公路上运行的汽车列车基本上全都是采用半挂车的汽车列车。虽然采用全挂车的汽车列车存在行驶稳定性差的缺点，但全挂车的运输效率更高，牵引车的燃料消耗更低，在不考虑其他因素条件下，同样马力的牵引车，可以牵引的全挂车数量比半挂车数量多，若能进一步提高全挂车的行驶稳定性，实现一车多挂，可以进一步提高运输的效率。
要解决采用全挂车的汽车列车的行驶稳定性问题，最关键的是要提高全挂车的追随性。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种可提高全挂车追随性的方案，其具体方案为：一种主动式转向汽车列车，包括牵引车、多级全挂车，其改进在于：牵引车和第一级全挂车之间通过第一级主动转向装置连接，第一级全挂车与第二级全挂车之间通过第二级主动转向装置连接，第n-1级全挂车与第n级全挂车之间通过第n级主动转向装置连接；
每级主动转向装置都连接有一级数对应的控制器，第一级控制器与牵引车的ECU连接，第二级控制器与第一级控制器连接，第n级控制器与第n-1级控制器连接；
ECU为第一级控制器提供牵引车的实时运动数据，第一级控制器为第二级控制器提供第一级全挂车的实时运动数据，第n-1级控制器为第n级控制器提供第n-1级全挂车的实时运动数据；后一级控制器根据前车的实时运动数据，调整主动转向装置的动作，使后车的运动轨迹跟随前车的运动轨迹。
在前述结构的基础上，本发明还提出了一种主动转向装置的优选结构方案：每级主动转向装置由四根牵引杆、两个液压缸、电磁控制阀和液压泵组成，第一牵引杆的一端与第一液压缸的活塞同轴连接，第一牵引杆的另一端与前车的车体转动连接，第二牵引杆的一端与第一液压缸的底座连接，且第一牵引杆和第二牵引杆同轴，第二牵引杆的另一端与后车的车体转动连接；
第三牵引杆的一端与第二液压缸的活塞同轴连接，第三牵引杆的另一端与前车的车体转动连接，第四牵引杆的一端与第二液压缸的底座连接，且第三牵引杆和第四牵引杆同轴，第四牵引杆的另一端与后车的车体转动连接；
第一牵引杆和第三牵引杆在同一水平面内平行设置；
液压泵通过油管向两个液压缸提供液压，电磁控制阀控制相应油管的导通或断开，以调整液压缸的活塞动作；电磁控制阀与该主动转向装置同级数的控制器连接。
所述各级全挂车都设置有独立的制动装置，各级全挂车上的制动装置与级数对应的控制器连接，当牵引车发生制动时，各级控制器控制对应的制动装置同时制动。
本发明还提出了一种基于前述主动式转向汽车列车的转向控制方法，其特征在于：当前车发生转向动作时，后车的控制器根据前车的实时运动数据，调整对应的主动转向装置的动作，使后车发生转向的时刻比前车发生转向的时刻延后，并且使后车发生转向时的前轮位置与前车发生转向时的后轮位置重合。
ECU为第一级控制器提供牵引车的实时运动数据，当牵引车发生转向时，第一级控制器根据牵引车的实时运动数据，调整第一级主动转向装置的动作，使第一级全挂车发生转向的时刻比牵引车发生转向的时刻延后，并且使第一级全挂车发生转向时的前轮位置与牵引车发生转向时的后轮位置重合；
第一级控制器为第二级控制器提供第一级全挂车的实时运动数据，当第一级全挂车发生转向时，第二级控制器根据第一级全挂车的实时运动数据，调整第二级主动转向装置的动作，使第二级全挂车发生转向的时刻比第一级全挂车发生转向的时刻延后，并且使第二级全挂车发生转向时的前轮位置与第一级全挂车发生转向时的后轮位置重合；
第n-1级控制器为第n级控制器提供第n-1级全挂车的实时运动数据，当第n-1级全挂车发生转向时，第n级控制器根据第n-1级全挂车的实时运动数据，调整第n级主动转向装置的动作，使第n级全挂车发生转向的时刻比第n-1级全挂车发生转向的时刻延后，并且使第n级全挂车发生转向时的前轮位置与第n-1级全挂车发生转向时的后轮位置重合。
本发明的有益技术效果是：可提高全挂车对牵引车及前一级全挂车的追随性，从而提高全挂车的行驶稳定性，使牵引车可以拖挂更多数量的全挂车，提高公路运输的效率。
附图说明
图1、本发明的汽车列车连接结构示意图；
图2、本发明的主动转向装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的主动式转向汽车列车的结构为：包括牵引车1、多级全挂车2，其创新之处在于：牵引车1和第一级全挂车2之间通过第一级主动转向装置连接，第一级全挂车2与第二级全挂车2之间通过第二级主动转向装置连接，第n-1级全挂车2与第n级全挂车2之间通过第n级主动转向装置连接；
每级主动转向装置都连接有一级数对应的控制器，第一级控制器与牵引车1的ECU连接，第二级控制器与第一级控制器连接，第n级控制器与第n-1级控制器连接；
ECU为第一级控制器提供牵引车1的实时运动数据，第一级控制器为第二级控制器提供第一级全挂车2的实时运动数据，第n-1级控制器为第n级控制器提供第n-1级全挂车2的实时运动数据；后一级控制器根据前车的实时运动数据，调整主动转向装置的动作，使后车的运动轨迹跟随前车的运动轨迹。
本发明的汽车列车的工作原理为：当汽车列车处于直行状态时，主动转向装置只起传递牵引力的连接作用，ECU和第一级控制器之间、前级控制器与后级控制器之间，在不停地传递数据，以应对汽车列车随时可能进行的转向动作；当牵引车1开始转向时，记为A时刻，第一级控制器接收到相应数据，第一级控制器控制主动转向装置的动作（实际上就是调整牵引车1与全挂车2的轴向角度），从A时刻开始，牵引车1已经开始转向了，而第一级全挂车2仍然在沿牵引车1转向前的方向行进，直至第一级全挂车2的前轮到达A时刻时牵引车1的后轮位置为止，此时刻记为B时刻，从B时刻开始，第一级全挂车2已经开始转向了，而第二级全挂车2仍然在按B时刻前第一级全挂车2的行进方向运动，直至第二级全挂车2的前轮到达B时刻时第一级全挂车2的后轮位置为止；后续的全挂车2动作与前述过程相同，这就使得各级全挂车2的运动轨迹跟踪上牵引车1的运动轨迹，达到提高全挂车2运动跟踪性的效果。
本发明还提出了一种主动转向装置的优选结构方案，其方案为：每级主动转向装置由四根牵引杆、两个液压缸、电磁控制阀5和液压泵6组成，第一牵引杆3-1的一端与第一液压缸4-1的活塞同轴连接，第一牵引杆3-1的另一端与前车的车体转动连接，第二牵引杆3-2的一端与第一液压缸4-1的底座连接，且第一牵引杆3-1和第二牵引杆3-2同轴，第二牵引杆3-2的另一端与后车的车体转动连接；
第三牵引杆3-3的一端与第二液压缸4-2的活塞同轴连接，第三牵引杆3-3的另一端与前车的车体转动连接，第四牵引杆3-4的一端与第二液压缸4-2的底座连接，且第三牵引杆3-3和第四牵引杆3-4同轴，第四牵引杆3-4的另一端与后车的车体转动连接；
第一牵引杆3-1和第三牵引杆3-3在同一水平面内平行设置；
液压泵6通过油管7向两个液压缸提供液压，电磁控制阀5控制相应油管7的导通或断开，以调整液压缸的活塞动作；电磁控制阀5与该主动转向装置同级数的控制器（见图2中标记8所示模块）连接。
前述主动转向装置的工作原理为：设第一牵引杆3-1和第三牵引杆3-3分别位于车体轴向的左右两侧，汽车列车处于直线运行时，与第一牵引杆3-1和第三牵引杆3-3连接的活塞均处于液压缸的中部位置，当前车向左转向时，电磁控制阀5控制油管7的通断，活塞与液压缸的相对位置发生变化，第一牵引杆3-1在液压作用下向靠近第二牵引杆3-2的方向移动，第三牵引杆3-3在液压作用下向远离第四牵引杆3-4的方向移动，同时，各个牵引杆与车体的连接部也发生转动，控制器根据实时数据，动态地调整第一牵引杆3-1和第三牵引杆3-3的缩进量和延伸量，这就使后车不会与前车同时发生转向动作，待后车的前轮到达前车刚开始转向时的后轮位置时，控制器又通过电磁控制阀5，使第一牵引杆3-1在液压作用下向远离第二牵引杆3-2的方向移动，第三牵引杆3-3在液压作用下向靠近第四牵引杆3-4的方向移动，此时，后车在牵引杆作用下发生转向，在后车转向过程中，控制器还要根据实时数据动态地调整第一牵引杆3-1和第三牵引杆3-3的缩进量和延伸量，待后车转向过程完成后，控制器重新将活塞调整回液压缸的中部位置。
前述的主动转向装置虽然其调整角度和调整速度都较低，但是已经可以满足正常行驶的汽车列车的需求了，因为汽车列车的长度决定了其转向时不可能作高速、大角度的转向，其在转向时只能是小幅、慢速地调整方向。
为了进一步地提高汽车列车的行驶稳定性，本发明还作了如下改进：所述各级全挂车2都设置有独立的制动装置，各级全挂车2上的制动装置与级数对应的控制器连接，当牵引车1发生制动时，各级控制器控制对应的制动装置同时制动。
本发明的转向控制方法可概括为：当前车发生转向动作时，后车的控制器根据前车的实时运动数据，调整对应的主动转向装置的动作，使后车发生转向的时刻比前车发生转向的时刻延后，并且使后车发生转向时的前轮位置与前车发生转向时的后轮位置重合。
针对具体的牵引车2与全挂车2的连接以及全挂车2与全挂车2的连接而言，前述方法的具体步骤为：ECU为第一级控制器提供牵引车1的实时运动数据，当牵引车1发生转向时，第一级控制器根据牵引车1的实时运动数据，调整第一级主动转向装置的动作，使第一级全挂车2发生转向的时刻比牵引车1发生转向的时刻延后，并且使第一级全挂车2发生转向时的前轮位置与牵引车1发生转向时的后轮位置重合；
第一级控制器为第二级控制器提供第一级全挂车2的实时运动数据，当第一级全挂车2发生转向时，第二级控制器根据第一级全挂车2的实时运动数据，调整第二级主动转向装置的动作，使第二级全挂车2发生转向的时刻比第一级全挂车2发生转向的时刻延后，并且使第二级全挂车2发生转向时的前轮位置与第一级全挂车2发生转向时的后轮位置重合；
第n-1级控制器为第n级控制器提供第n-1级全挂车2的实时运动数据，当第n-1级全挂车2发生转向时，第n级控制器根据第n-1级全挂车2的实时运动数据，调整第n级主动转向装置的动作，使第n级全挂车2发生转向的时刻比第n-1级全挂车2发生转向的时刻延后，并且使第n级全挂车2发生转向时的前轮位置与第n-1级全挂车2发生转向时的后轮位置重合。
所述实时运动数据可由现有的成熟的车辆运动状态传感装置实时采集。
Claims (5)
1.一种主动式转向汽车列车，包括牵引车（1）、多级全挂车（2），其特征在于：牵引车（1）和第一级全挂车（2）之间通过第一级主动转向装置连接，第一级全挂车（2）与第二级全挂车（2）之间通过第二级主动转向装置连接，第n-1级全挂车（2）与第n级全挂车（2）之间通过第n级主动转向装置连接；
每级主动转向装置都连接有一级数对应的控制器，第一级控制器与牵引车（1）的ECU连接，第二级控制器与第一级控制器连接，第n级控制器与第n-1级控制器连接；
ECU为第一级控制器提供牵引车（1）的实时运动数据，第一级控制器为第二级控制器提供第一级全挂车（2）的实时运动数据，第n-1级控制器为第n级控制器提供第n-1级全挂车（2）的实时运动数据；后一级控制器根据前车的实时运动数据，调整主动转向装置的动作，使后车的运动轨迹跟随前车的运动轨迹，包括：ECU为第一级控制器提供牵引车（1）的实时运动数据，当牵引车（1）发生转向时，第一级控制器根据牵引车（1）的实时运动数据，调整第一级主动转向装置的动作，使第一级全挂车（2）发生转向的时刻比牵引车（1）发生转向的时刻延后，并且使第一级全挂车（2）发生转向时的前轮位置与牵引车（1）发生转向时的后轮位置重合；
第一级控制器为第二级控制器提供第一级全挂车（2）的实时运动数据，当第一级全挂车（2）发生转向时，第二级控制器根据第一级全挂车（2）的实时运动数据，调整第二级主动转向装置的动作，使第二级全挂车（2）发生转向的时刻比第一级全挂车（2）发生转向的时刻延后，并且使第二级全挂车（2）发生转向时的前轮位置与第一级全挂车（2）发生转向时的后轮位置重合；
第n-1级控制器为第n级控制器提供第n-1级全挂车（2）的实时运动数据，当第n-1级全挂车（2）发生转向时，第n级控制器根据第n-1级全挂车（2）的实时运动数据，调整第n级主动转向装置的动作，使第n级全挂车（2）发生转向的时刻比第n-1级全挂车（2）发生转向的时刻延后，并且使第n级全挂车（2）发生转向时的前轮位置与第n-1级全挂车（2）发生转向时的后轮位置重合。
2.根据权利要求1所述的主动式转向汽车列车，其特征在于：每级主动转向装置由四根牵引杆、两个液压缸、电磁控制阀（5）和液压泵（6）组成，第一牵引杆（3-1）的一端与第一液压缸（4-1）的活塞同轴连接，第一牵引杆（3-1）的另一端与前车的车体转动连接，第二牵引杆（3-2）的一端与第一液压缸（4-1）的底座连接，且第一牵引杆（3-1）和第二牵引杆（3-2）同轴，第二牵引杆（3-2）的另一端与后车的车体转动连接；
第三牵引杆（3-3）的一端与第二液压缸（4-2）的活塞同轴连接，第三牵引杆（3-3）的另一端与前车的车体转动连接，第四牵引杆（3-4）的一端与第二液压缸（4-2）的底座连接，且第三牵引杆（3-3）和第四牵引杆（3-4）同轴，第四牵引杆（3-4）的另一端与后车的车体转动连接；
第一牵引杆（3-1）和第三牵引杆（3-3）在同一水平面内平行设置；
液压泵（6）通过油管（7）向两个液压缸提供液压，电磁控制阀（5）控制相应油管（7）的导通或断开，以调整液压缸的活塞动作；电磁控制阀（5）与该主动转向装置同级数的控制器连接。
3.根据权利要求1所述的主动式转向汽车列车，其特征在于：所述各级全挂车（2）都设置有独立的制动装置，各级全挂车（2）上的制动装置与级数对应的控制器连接，当牵引车（1）发生制动时，各级控制器控制对应的制动装置同时制动。
4.一种如权利要求1所述的主动式转向汽车列车的转向控制方法，其特征在于：当前车发生转向动作时，后车的控制器根据前车的实时运动数据，调整对应的主动转向装置的动作，使后车发生转向的时刻比前车发生转向的时刻延后，并且使后车发生转向时的前轮位置与前车发生转向时的后轮位置重合。
5.根据权利要求4所述的主动式转向汽车列车的转向控制方法，其特征在于：ECU为第一级控制器提供牵引车（1）的实时运动数据，当牵引车（1）发生转向时，第一级控制器根据牵引车（1）的实时运动数据，调整第一级主动转向装置的动作，使第一级全挂车（2）发生转向的时刻比牵引车（1）发生转向的时刻延后，并且使第一级全挂车（2）发生转向时的前轮位置与牵引车（1）发生转向时的后轮位置重合；
第一级控制器为第二级控制器提供第一级全挂车（2）的实时运动数据，当第一级全挂车（2）发生转向时，第二级控制器根据第一级全挂车（2）的实时运动数据，调整第二级主动转向装置的动作，使第二级全挂车（2）发生转向的时刻比第一级全挂车（2）发生转向的时刻延后，并且使第二级全挂车（2）发生转向时的前轮位置与第一级全挂车（2）发生转向时的后轮位置重合；
第n-1级控制器为第n级控制器提供第n-1级全挂车（2）的实时运动数据，当第n-1级全挂车（2）发生转向时，第n级控制器根据第n-1级全挂车（2）的实时运动数据，调整第n级主动转向装置的动作，使第n级全挂车（2）发生转向的时刻比第n-1级全挂车（2）发生转向的时刻延后，并且使第n级全挂车（2）发生转向时的前轮位置与第n-1级全挂车（2）发生转向时的后轮位置重合。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Chaotao Inventor after: Wu Wei Inventor after: Du Zixue Inventor after: Xue Jinbo Inventor before: Liu Chaotao Inventor before: Wu Wei Inventor before: Du Zixue |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LIU CHAOTAO WU WEI DU ZIXUE TO: LIU CHAOTAO WU WEI DU ZIXUE XUE JINBO |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130417 Termination date: 20130921 |