CN104777848B - 一种防止车辆倾覆的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

一种防止车辆倾覆的控制方法，其包括：a.计算既有线路上车辆倾覆临界角α₀；b.测量车架倾斜角α_x；c.对车架倾斜角α_x与车辆倾覆临界角α₀进行比较；d.若车架倾斜角α_x小于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置可以继续旋转；e.若车架倾斜角α_x等于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置停止旋转；f.若车架倾斜角α_x大于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置往回旋转；本发明提供的防止车辆倾覆的控制方法在可编程逻辑控制器(简称PLC)组成的控制系统的基础上，只需要增加角度传感器和简单的接线，即完成硬件方面的改造，本发明另一方面提供的防止车辆倾覆的控制装置在有较大超高的铁路上，能简单地实现防止车辆倾覆。

Description

一种防止车辆倾覆的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及一种防止车辆倾覆的控制方法。

背景技术

铁路车辆一般具有可旋转到车辆外的工作装置，当其在超高的铁路上作业，工作装置向超高的另一侧旋转时，可能会因为工作装置上有重物导致车辆发生倾覆。超高是指，在轨道弯道处，为了使两股钢轨受力均匀且车辆行驶平稳，保持内侧钢轨不变，而抬高外侧钢轨，外侧钢轨轨面与内侧轨柜面水平高度之差即超高。

目前，我国铁路车辆用于防止车辆倾覆的电气装置一般是在车体两侧的转向架上各安装一套行程开关，用于检测车体两侧转向架弹簧的伸缩量，当有超高存在，并且旋转工作装置向超高另一侧旋转时，超高的另一侧转向架弹簧被压缩，而超高侧转向架弹簧被拉伸，当拉伸到一定值时，检测弹簧拉伸量的行程开关给出一个开关量信号，使旋转工作装置停止旋转，避免车辆倾覆。

在上述现有技术中，对不同的超高轨道没有区别，行程开关仅仅只是检测弹簧拉伸的零界值，并且此行程开关很难调试到合适点，当调试不到位，如行程开关拉线调试过长时，此行程开关起不到防车辆倾覆的作用；而行程开关拉线调试过短时，容易误动作，使旋转工作装置频繁停止。最后用行程开关也仅仅只能停止旋转工作装置，不能指导旋转工作装置旋转到可达到的最大角度。

申请号为201110457270.1的中国申请公开了一种防止车辆倾覆的方法，其在车辆行驶的道路上铺设有磁性的材料，在车辆上设置有可以控制 的电磁线圈，电磁线圈的投切根据车轮与地面的接触情况自动控制，电磁线圈产生的磁场极向与地面的磁场极向相异，互相吸引，当车轮脱离地面时，地磁线圈立即自动投入，瞬间产生一个与地面互相吸引的磁场力，将离地的车辆拉回地面，该方法简单易行，但是控制效果不佳，而且，不能及时将车辆旋转角度信息反馈给操作人员，不利于执行。

发明内容

本发明即针对上述缺陷加以改进，提供一种防止车辆倾覆的控制方法。

本发明的第一方面提供一种防止车辆倾覆的控制方法，其包括：

a.计算既有线路上车辆倾覆临界角α₀；

b.测量车架倾斜角α_x；

c.对车架倾斜角α_x与车辆倾覆临界角α₀进行比较；

d.若车架倾斜角α_x小于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置可以继续旋转；

e.若车架倾斜角α_x等于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置停止旋转；

f.若车架倾斜角α_x大于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置往回旋转。

优选的是，步骤a计算既有线路上车辆倾覆临界角α₀的计算原理为：

在存在超高的铁路线路上，车架倾斜角为α_x，当车辆总重量产生的力矩与旋转工作装置产生的力矩相等时，此时车架倾斜角α_x的值即为车辆倾覆临界角α₀，即：

G_整×L＝G_抛×m （1.1）

L₂＝h×tana₀ （1.3）

从而，可知：

式（1.1）-式（1.4）中：

G_整为车辆总重量，即包括物料和旋转工作装置的重量；

G_抛为旋转工作装置重量；

L为转动力矩；

L₁为铁路轨距，标准轨距L₁=1435mm；

h为整车重心到轨面的距离；

m为旋转工作装置转动力矩。

优选的是，所述公式（1.1）-（1.3）固化在处理器中，进而由处理器计算车辆倾覆临界角α₀。

优选的是，步骤b中车架倾斜角α_x由角度传感器测量得到。

优选的是，步骤b中车架倾斜角α_x可通过计算得到，计算原理是：

α_x=α₁+α₂ （1.5）

其中：α₁为超高倾斜角；

α₂为倾斜角，由铁路线路超高或旋转工作装置使转向架弹簧发生形变所产生。

优选的是，

式(1.6)中：

h₁为铁路线路超高值，由铁路基本几何参数决定；

L₁为铁路轨距；

优选的是，倾斜角α₂由以下公式求得：

由车辆车架的力偶平衡关系得:

P×c＝P₂×L₃ （1.7）

P×d＝P₁×L₃ （1.8）

得：

式(1.7)-式(2.0)中：

P＝G_整×cosa_x，为车辆总重量对车辆车架的静载荷，即垂直压力；

P₁为车辆对转向架左侧弹簧的垂向静载荷，即车辆对转向架左侧弹簧的压力；

P₂为车辆对转向架右侧弹簧的垂向静载荷，即车辆对转向架右侧弹簧的压力；

c为垂直压力P在车辆车架的作用点与转向架左侧弹簧距离；

d为垂直压力P在车辆车架的作用点与转向架右侧弹簧距离；

L₃为转向架左右弹簧的水平距离；

由弹簧轴向特性计算公式：

F＝K×f (2.1)

式(2.1)中：

F为作用于弹簧上的垂向静载荷；

f为弹簧扰度，即为弹簧在外力作用下的形变量；

为弹簧刚度；其中，G为弹簧剪切弹性模数；d为弹条直径； n为弹簧有效圈数；D为弹簧平均直径；对已安装在转向架上的弹簧而言，弹簧刚度为定值。

对转向架左右弹簧应用弹簧轴向特性公式，可得：

P₁＝K×x₁ (2.2)

P₂＝K×x₂ (2.3)

由式(1.9)、式(2.0)、式(2.2)和式(2.3)可得：

式(2.2)-式(2.6)中：

x₁为转向架左侧弹簧扰度，即弹簧的压缩量。

x₂为转向架右侧弹簧扰度，即弹簧的压缩量。

由式(2.6)可以求得倾斜角α₂。

超高倾斜角α₁、倾斜角α₂可以通过式（1.6）和式（2.6）求得。

优选的是，当转向架弹簧材料不同时，改变式（2.1）-式（2.6）的计算参数。

优选的是，所述角度传感器与可编程逻辑控制器(简称PLC)连接。

优选的是，所述可编程逻辑控制器(PLC)的编程语言为梯形图(LD)。

优选的是，所述可编程逻辑控制器(PLC)的编程语言为结构化文本语言(ST)。

优选的是，所述可编程逻辑控制器(PLC)的编程语言为梯形图(LD)和结构化文本语言(ST)。

优选的是，旋转工作装置操作的程序为：

优选的是，所述Q_XZR表示旋转工作装置右旋信号；所述Q_XZL表示旋转工作装置左旋信号。

优选的是，所述Init、V001、V002、V003为中间变量。

优选的是，所述Q_XZR、Q_XZL、Init、V001、V002、V003为BOOL型变量。

优选的是，所述R_CLJD_ax、R_LJJD_a0为REAL型变量。

优选的是，所述R_CLJD_ax表示传感器测量车辆角度；所述R_LJJD_a0表示传感器测量的倾覆临界角。

优选的是，步骤c由中央处理单元完成。

优选的是，所述中央处理单元获得角度传感器的角度输入信号，对该角度信号处理、转换成车架倾斜角α_x。

更优选的是，所述中央处理单元将车架倾斜角α_x传输至显示设备，从而在显示设备上显示车架倾斜角α_x数值，以便操作人员根据车架倾斜角α _x手动调整车辆旋转工作装置旋转动作，进而避免在有超高的铁路线路上因旋转工作装置旋转角度过大导致车辆倾覆。

更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。

本发明的第一方面提供的防止车辆倾覆的控制方法在可编程逻辑控制器(简称PLC)组成的控制系统的基础上，只需要增加角度传感器和简单的接线，即完成硬件方面的改造，从而使PLC获得装在车辆车架上角度传感器输出的角度信号，并对车辆倾覆临界角和角度传感器测量的车架倾斜角的角度信号进行比较，判断旋转工作装置是否还能旋转，进而对旋转工作装置进行控制，使其停止旋转或继续旋转。特别在有较大超高的铁路上，能简单地实现防止车辆倾覆，另外发明提供的方法可对PLC充分利用，减少导线连接，降低总成本，提高系统可靠性。

本发明第一方面所提供的防止车辆倾覆的控制方法的技术方案包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。

本发明的第二方面还提供一种防止车辆倾覆的控制装置，其包括中央 处理单元，该中央处理单元分别与角度传感器和旋转工作装置连接，并根据角度传感器的输出信号判断车辆所处的状态，进而控制旋转工作装置的旋转状态，即对车架倾斜角α_x与固化在中央处理单元中车辆倾覆临界角α ₀进行比较，若车架倾斜角α_x小于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置可以继续旋转；若车架倾斜角α_x等于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置停止旋转；若车架倾斜角α_x大于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置往回旋转。

优选的是，所述角度传感器安装在待测车辆的旋转工作装置正下方车架中心线上，以便更准确测量待测车辆车架的倾斜角度。

优选的是，所述角度传感器将测量出的车架倾斜角度信号输出至中央处理单元。

更优选的是，所述中央处理单元与显示设备连接，以便所述中央处理单元将角度信号传输给所述显示设备，该显示设备对车辆的倾斜角度实时显示，操作人员根据显示设备显示的车辆的倾斜角度来调整其操作。

优选的是，所述中央处理单元获得所述角度传感器的传来的角度信号，并对该角度信号处理、转换成车架倾斜角α_x；所述中央处理单元将车架倾斜角α_x传输至显示设备，从而在显示设备上显示车架倾斜角α_x数值，以便操作人员根据车架倾斜角α_x手动调整车辆旋转动作，进而避免在有超高的铁路线路上因旋转工作装置旋转角度过大导致车辆倾覆。

本发明第二方面提供的采用防止车辆倾覆的控制装置的工作方式是：将待测车体与所述防止车辆倾覆的控制装置的角度传感器连接，中央处理单元获得装在车辆车架上角度传感器输出的角度信号，并将车辆倾覆临界角α₀和角度传感器获得的车架倾斜角α_x进行比较，如果α_x>γα₀，则中 央处理单元控制旋转工作装置停止旋转，如果角度传感器测得的车架倾斜角α_x<γα₀，则中央处理单元控制旋转工作装置继续旋转，在实际操作中，采用车辆倾覆临界角α₀再乘以安全系数γ，然后再与车架倾斜角α_x比较的方式确定旋转工作装置的旋转角度，以保证车辆不会倾覆，所述安全系数γ为无量纲量，其取值区间为0.5-1.0。。

更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。

本发明第二方面提供的防止车辆倾覆的控制装置的中央处理单元可以为可编程逻辑控制器(简称PLC)，那么，只需要车辆原有的PLC控制系统中增加角度传感器和简单的接线，即完成硬件方面的改造，从而使PLC获得装在车辆车架上角度传感器输出的角度信号，并对临界倾覆角和角度传感器获得的车架倾斜角的角度信号进行比较，判断旋转工作装置是否能继续旋转，进而对旋转工作装置进行控制，使其停止旋转或继续旋转，对有较大超高的铁路上，能简单地实现防止车辆倾覆，另外发明提供的方法可对PLC充分利用，减少导线连接，降低总成本，提高系统可靠性。此外，中央处理单元可以将角度信号传输给显示设备，显示设备对车辆的倾斜角度实时显示，操作人员也可根据车辆的倾斜角度来调整其操作。

本发明第二方面所提供的防止车辆倾覆的控制装置的技术方案包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。

附图说明

图1为按照本发明第一方面的防止车辆倾覆的控制方法的一优选实施例的控制流程图；

图2为按照本发明第一方面的防止车辆倾覆的控制方法的另一优选实 施例的控制流程图；

图3为按照本发明第二方面的防止车辆倾覆的控制装置的一优选实施例的结构示意图，图中旋转工作装置未旋转；

图4为图3所示实施例的结构示意图，本图中旋转工作装置旋转到车体外，且标出了计算参数；

图5为图1的实施例中角度传感器测量的车架倾斜角的程序，将角度传感器输入信号转化为车架倾斜角；

图1-图5中数字分别表示：

1 车辆车体 2 旋转工作装置

3 车架 4 车辆转向架弹簧

5 无超高的轨道水平面 6 有超高的轨道水平面

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图分别详细描述按照本发明第一方面的防止车辆倾覆的控制方法和按照本发明第二方面的防止车辆倾覆的控制装置的优选实施例。

实施例1.1：图1为按照本发明的第一方面的防止车辆倾覆的控制方法的一优选实施例的控制流程图，图5为图1的实施例中角度传感器测量的车架倾斜角的程序，将角度传感器输入信号转化为车架倾斜角，本实施例中，防止车辆倾覆的控制方法包括：

a_1.1计算既有线路上车辆倾覆临界角α₀1

b_1.1测量车架倾斜角α_x；

c_1.1对车架倾斜角α_x与车辆倾覆临界角α₀进行比较；

d_1.1若车架倾斜角α_x小于车辆倾覆临界角γα₀，则车辆旋转工作装置 可以继续旋转；

e_1.1若车架倾斜角α_x等于车辆倾覆临界角γα₀，则车辆旋转工作装置停止旋转；

f_1.1若车架倾斜角α_x大于车辆倾覆临界角γα₀，则车辆旋转工作装置往回旋转。

本实施例中，γ=0.8，γ为无量纲量。

本实施例中，步骤a_1.1计算既有线路上车辆倾覆临界角α₀的计算原理为：

在存在超高的铁路线路上，车架倾斜角为α_x，当车辆总重量产生的力矩与旋转工作装置产生的力矩相等时，此时车架倾斜角α_x的值即为车辆倾覆临界角α₀，即：

G_整×L＝G_抛×m （1.1.1）

L₂＝h×tana₀ （1.1.3）

从而，可知：

式（1.1.1）-式（1.1.4）中：

G_整为车辆总重量，即包括物料和旋转工作装置的重量；

G_抛为旋转工作装置重量；

L为转动力矩；

L₁为铁路轨距，标准轨距L₁=1435mm；

h为整车重心到轨面的距离；

m为旋转工作装置转动力矩。

本实施例中，公式（1.1.1）-（1.1.3）固化在处理器中，进而由处理器计算车辆倾覆临界角α₀。

本实施例中，步骤b_1.1中车架倾斜角α_x由角度传感器测量得到。

本实施例中，所述可编程逻辑控制器(PLC)的编程语言为梯形图(LD)和结构化文本语言(ST)。

本实施例中，旋转工作装置操作的程序为：

本实施例中，所述Q_XZR表示旋转工作装置右旋信号；所述Q_XZL表示旋转工作装置左旋信号。

本实施例中，所述Init、V001、V002、V003为中间变量。

本实施例中，所述Q_XZR、Q_XZL、Init、V001、V002、V003为BOOL型变量。

本实施例中，所述R_CLJD_ax、R_LJJD_a0为REAL型变量。

本实施例中，所述R_CLJD_ax表示传感器测量车辆角度；所述R_LJJD_a0表示传感器测量的倾覆临界角。

本实施例中，步骤c由中央处理单元完成。

本实施例中，所述中央处理单元获得角度传感器的角度输入信号，对该角度信号处理、转换成车架倾斜角α_x。

实施例1.2：防止车辆倾覆的控制方法，同实施例1.1，不同之处在于：步骤b_1.1中车架倾斜角α_x通过计算得到，计算原理是：

α_x=α₁+α₂ （1.1.5）

其中：α₁为超高倾斜角；

α₂为倾斜角，由铁路线路超高或旋转工作装置使转向架弹簧发生形变所产生。

本实施例中，

式(1.1.6)中：

h₁为铁路线路超高值，由铁路基本几何参数决定；

L₁为铁路轨距；

本实施例中，倾斜角α₂由以下公式求得：

由车辆车架的力偶平衡关系得:

P×c＝P₂×L₃ （1.1.7）

P×d＝P₁×L₃ （1.1.8）

得：

式(1.1.7)-式(1.2.0)中：

P＝G_整×cosa_x，为车辆总重量对车辆车架的静载荷，即垂直压力；

P₁为车辆对转向架左侧弹簧的垂向静载荷，即车辆对转向架左侧弹簧的压力；

P₂为车辆对转向架右侧弹簧的垂向静载荷，即车辆对转向架右侧弹簧的压力；

c为垂直压力P在车辆车架的作用点与转向架左侧弹簧距离；

d为垂直压力P在车辆车架的作用点与转向架右侧弹簧距离；

L₃为转向架左右弹簧的水平距离；

由弹簧轴向特性计算公式：

F＝K×f (1.2.1)

式(1.2.1)中：

F为作用于弹簧上的垂向静载荷；

f为弹簧扰度，即为弹簧在外力作用下的形变量；

为弹簧刚度；其中，G为弹簧剪切弹性模数；d为弹条直径；n为弹簧有效圈数；D为弹簧平均直径；对已安装在转向架上的弹簧而言， 弹簧刚度为定值。

对转向架左右弹簧应用弹簧轴向特性公式，可得：

P₁＝K×x₁ (1.2.2)

P₂＝K×x₂ (1.2.3)

由式(1.1.9)、式(1.2.0)、式(1.2.2)和式(1.2.3)可得：

式(1.2.2)-式(1.2.6)中：

x₁为转向架左侧弹簧扰度，即弹簧的压缩量。

x₂为转向架右侧弹簧扰度，即弹簧的压缩量。

由式(1.2.6)可以求得倾斜角α₂。

超高倾斜角α₁、倾斜角α₂可以分别通过式（1.1.6）和式（1.2.6）求得。

实施例1.3：防止车辆倾覆的控制方法，同实施例1.1，不同之处在于：所述可编程逻辑控制器(PLC)的编程语言为梯形图(LD)。

实施例1.4：防止车辆倾覆的控制方法，同实施例1.2，不同之处在于：所述可编程逻辑控制器(PLC)的编程语言为结构化文本语言(ST)。

实施例1.5：防止车辆倾覆的控制方法，同实施例1.1，不同之处在于：γ=1.0。

实施例1.6：防止车辆倾覆的控制方法，同实施例1.1，不同之处在于：γ=0.9。

实施例1.7：防止车辆倾覆的控制方法，同实施例1.1，不同之处在于：γ=0.95。

实施例1.8：防止车辆倾覆的控制方法，同实施例1.1，不同之处在于：γ=0.85。

实施例1.9：防止车辆倾覆的控制方法，同实施例1.1，不同之处在于：γ=0.80。

实施例2.0：防止车辆倾覆的控制方法，同实施例1.1，不同之处在于：γ=0.70。

实施例2.1：防止车辆倾覆的控制方法，图2为按照本发明的第一方面的防止车辆倾覆的控制方法的另一优选实施例的控制流程图，其同实施例1.1，不同之处在于：所述中央处理单元将车架倾斜角α_x传输至显示设备，从而在显示设备上显示车架倾斜角α_x数值，以便操作人员根据车架倾斜角α_x手动调整车辆旋转工作装置旋转动作，进而避免在有超高的铁路线路上因旋转工作装置旋转角度过大导致车辆倾覆。

更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。

实施例1.1-实施例2.1所提供的防止车辆倾覆的控制方法在可编程逻辑控制器(简称PLC)组成的控制系统的基础上，只需要增加角度传感器和简单的接线，即完成硬件方面的改造，从而使PLC获得装在车辆车架上角度传感器输出的角度信号，并对车辆倾覆临界角和角度传感器测量的车架倾斜角的角度信号进行比较，判断旋转工作装置是否还能旋转，进而对旋转工作装置进行控制，使其停止旋转或继续旋转。特别在有较大超高的铁路上，能简单地实现防止车辆倾覆，另外上述实施例提供的方法可对PLC充分利用，减少导线连接，降低总成本，提高系统可靠性。

实施例1.1-实施例2.1所提供的防止车辆倾覆的控制方法的技术方案包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。

实施例3.1：防止车辆倾覆的控制装置，图3为按照本发明第二方面的防止车辆倾覆的控制装置的一优选实施例的结构示意图，图中旋转工作装置未旋转；图4为图3所示实施例的结构示意图，本图中旋转工作装置旋转到车体外，且标出了计算参数。本实施例中，一种防止车辆倾覆的控制装置，其包括中央处理单元，该中央处理单元分别与角度传感器和旋转工作装置2连接，并根据角度传感器的输出信号判断车辆车体1所处的状态，进而控制旋转工作装置2的旋转状态，即对车架倾斜角α_x与固化在中央处理单元中车辆倾覆临界角α₀进行比较，若车架倾斜角α_x小于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置可以继续旋转；若车架倾斜角α_x等于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置2停止旋转；若车架倾斜角α_x大于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置2往回旋转。

本实施例中，所述角度传感器安装在待测车辆的旋转工作装置2正下方车架3的中心线上，以便更准确测量待测车辆车架3的倾斜角度。

本实施例中，所述角度传感器将测量出的车架倾斜角度信号输出至中央处理单元。

本实施例中，所述中央处理单元与显示设备连接，以便所述中央处理单元将角度信号传输给所述显示设备，该显示设备对车辆的倾斜角度实时显示，操作人员根据显示设备显示的车辆的倾斜角度来调整其操作。

本实施例中，所述中央处理单元获得所述角度传感器的传来的角度信 号，并对该角度信号处理、转换成车架倾斜角α_x；所述中央处理单元将车架倾斜角α_x传输至显示设备，从而在显示设备上显示车架倾斜角α_x数值，以便操作人员根据车架倾斜角α_x手动调整车辆旋转动作，进而避免在有超高的铁路线路上因旋转工作装置旋转角度过大导致车辆倾覆。

本实施例中，车架倾斜角α_x通过计算得到，计算原理是：

α_x=α₁+α₂ （3.1.5）

其中：α₁为超高倾斜角，即无超高的轨道水平面5与有超高的轨道水平面6之间的夹角；

α₂为倾斜角，由铁路线路超高或旋转工作装置使转向架弹簧4发生形变所产生。

本实施例中，

式(3.1.6)中：

h₁为铁路线路超高值，其由；

L₁为铁路轨距；

本实施例中，倾斜角α₂由以下公式求得：

由车辆车架的力偶平衡关系得:

P×c＝P₂×L₃ （3.1.7）

P×d＝P₁×L₃ （3.1.8）

得：

式(3.1.7)-式(3.2.0)中：

P＝G_整×cosa_x，为车辆总重量对车辆车架的静载荷，即垂直压力；

P₁为车辆对转向架左侧弹簧的垂向静载荷，即车辆对转向架左侧弹簧的压力；

P₂为车辆对转向架右侧弹簧的垂向静载荷，即车辆对转向架右侧弹簧的压力；

c为垂直压力P在车辆车架的作用点与转向架左侧弹簧距离；

d为垂直压力P在车辆车架的作用点与转向架右侧弹簧距离；

L₃为转向架左右弹簧的水平距离；

由弹簧轴向特性计算公式：

F＝K×f (3.2.1)

式(3.2.1)中：

F为作用于弹簧上的垂向静载荷；

f为弹簧扰度，即为弹簧在外力作用下的形变量；

为弹簧刚度；其中，G为弹簧剪切弹性模数；d为弹条直径；n为弹簧有效圈数；D为弹簧平均直径；对已安装在转向架上的弹簧而言，弹簧刚度为定值。

对转向架左右弹簧应用弹簧轴向特性公式，可得：

P₁＝K×x₁ (3.2.2)

P₂＝K×x₂ (3.2.3)

由式(3.1.9)、式(3.2.0)、式(3.2.2)和式(3.2.3)可得：

式(3.2.2)-式(3.2.6)中：

x₁为转向架左侧弹簧扰度，即弹簧的压缩量。

x₂为转向架右侧弹簧扰度，即弹簧的压缩量。

由式(3.2.6)可以求得倾斜角α₂。

超高倾斜角α₁、倾斜角α₂可分别通过式（3.1.6）和式（3.2.6）求得。

实施例3.1提供的采用防止车辆倾覆的控制装置的工作方式是：将待测车体1与所述防止车辆倾覆的控制装置的角度传感器连接，中央处理单元获得装在车辆车架1上角度传感器输出的角度信号，并将车辆倾覆临界角α₀和角度传感器获得的车架倾斜角α_x进行比较，如果α_x>γα₀，则中央处理单元控制旋转工作装置停止旋转，如果角度传感器测得的车架倾斜角α_x<γα₀，则中央处理单元控制旋转工作装置继续旋转，在实际操作中，采用车辆倾覆临界角α₀再乘以安全系数γ，然后再与车架倾斜角α_x比较的方式确定旋转工作装置的旋转角度，以保证车辆车体1不会倾覆。

更多操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，不再赘述。

实施例3.1提供的防止车辆倾覆的控制装置的中央处理单元可以为可编程逻辑控制器(简称PLC)，那么，只需要车辆原有的PLC控制系统中增加角度传感器和简单的接线，即完成硬件方面的改造，从而使PLC获得装在车辆车架上角度传感器输出的角度信号，并对临界倾覆角和角度传感器获得的车架倾斜角的角度信号进行比较，判断旋转工作装置是否能继续旋转，进而对旋转工作装置进行控制，使其停止旋转或继续旋转，对有较大超高的铁路上，能简单地实现防止车辆倾覆，另外发明提供的方法可对PLC 充分利用，减少导线连接，降低总成本，提高系统可靠性。此外，中央处理单元可以将角度信号传输给显示设备，显示设备对车辆的倾斜角度实时显示，操作人员也可根据车辆的倾斜角度来调整其操作。

实施例3.1所提供的防止车辆倾覆的控制装置的技术方案包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种防止车辆倾覆的控制方法，其包括：

a.计算既有线路上车辆倾覆临界角α₀；

b.测量车架倾斜角α_x；

c.对车架倾斜角α_x与车辆倾覆临界角α₀进行比较；

d.若车架倾斜角α_x小于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置可以继续旋转；

e.若车架倾斜角α_x等于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置停止旋转；

f.若车架倾斜角α_x大于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置往回旋转；

其特征在于：步骤a计算既有线路上车辆倾覆临界角α₀的计算原理为：在存在超高的铁路线路上，车架倾斜角为α_x，当车辆总重量产生的力矩与旋转工作装置产生的力矩相等时，此时车架倾斜角α_x的值即为车辆倾覆临界角α₀，即：

G_整×L＝G_抛×m (1.1)

L₂＝h×tana₀ (1.3)

从而，可知：

式(1.1)-式(1.4)中：

G_整为车辆总重量，即包括物料和旋转工作装置的重量；

G_抛为旋转工作装置重量；

L为转动力矩；

L₁为铁路轨距，标准轨距L₁＝1435mm；

h为整车重心到轨面的距离；

m为旋转工作装置转动力矩；

步骤b中车辆的倾斜角α_x通过计算得到，计算原理是：

α_x＝α₁+α₂ (1.5)

其中：α₁为超高倾斜角；

α₂为倾斜角，由铁路线路超高或旋转工作装置使转向架弹簧发生形变所产生。

2.如权利要求1所述的防止车辆倾覆的控制方法，其特征在于：所述公式(1.1)-(1.3)固化在处理器中。

3.如权利要求1或2所述的防止车辆倾覆的控制方法，其特征在于：步骤b中车架倾斜角α_x由角度传感器测量得到。

4.如权利要求1或2所述的防止车辆倾覆的控制方法，其特征在于：

式中：h₁为铁路线路超高值，由铁路基本几何参数决定；L₁为铁路轨距。

5.如权利要求1或2所述的防止车辆倾覆的控制方法，其特征在于：倾斜角α₂由以下公式求得：由车辆车架的力偶平衡关系得:

P×c＝P₂×L₃ (1.7)

P×d＝P₁×L₃ (1.8)

得：

式(1.7)-式(2.0)中：

P＝G_整×cosa_x，为车辆总重量对车辆车架的静载荷，即垂直压力；

P₁为车辆对转向架左侧弹簧的垂向静载荷，即车辆对转向架左侧弹簧的压力；

P₂为车辆对转向架右侧弹簧的垂向静载荷，即车辆对转向架右侧弹簧的压力；

c为垂直压力P在车辆车架的作用点与转向架左侧弹簧距离；

d为垂直压力P在车辆车架的作用点与转向架右侧弹簧距离；

L₃为转向架左右弹簧的水平距离；

由弹簧轴向特性计算公式：

F＝K×f (2.1)

式(2.1)中：

F为作用于弹簧上的垂向静载荷；

f为弹簧扰度，即为弹簧在外力作用下的形变量；

为弹簧刚度；其中，G为弹簧剪切弹性模数；d为弹条直径；n为弹簧有效圈数；D为弹簧平均直径；对已安装在转向架上的弹簧而言，弹簧刚度为定值；

对转向架左右弹簧应用弹簧轴向特性公式，可得：

P₁＝K×x₁ (2.2)

P₂＝K×x₂ (2.3)

由式(1.9)、式(2.0)、式(2.2)和式(2.3)可得：

式(2.2)-式(2.6)中：

x₁为转向架左侧弹簧扰度，即弹簧的压缩量；

x₂为转向架右侧弹簧扰度，即弹簧的压缩量。

6.如权利要求1或2所述的防止车辆倾覆的控制方法，其特征在于：步骤c由中央处理单元完成。

7.一种防止车辆倾覆的控制装置，其包括中央处理单元，该中央处理单元分别与角度传感器和旋转工作装置连接，并根据角度传感器的输出信号判断车辆所处的状态，进而控制旋转工作装置的旋转状态，即对车架倾斜角α_x与固化在中央处理单元中车辆倾覆临界角α₀进行比较，若车架倾斜角α_x小于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置可以继续旋转；若车架倾斜角α_x等于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置停止旋转；若车架倾斜角α_x大于车辆倾覆临界角α₀，则车辆旋转工作装置往回旋转，所述角度传感器安装在待测车辆的旋转工作装置正下方车架中心线上，其特征在于：采用权利要求1所述的控制方法，所述角度传感器将测量出的车架倾斜角度信号输出至中央处理单元，车架的倾斜角α_x的计算原理是：

α_x＝α₁+α₂ (1.5)

其中：α₁为超高倾斜角；

α₂为倾斜角，由铁路线路超高或旋转工作装置使转向架弹簧发生形变所产生。

8.如权利要求7所述的防止车辆倾覆的控制装置，其特征在于：所述中央处理单元与显示设备连接。