CN106697086A - 一种无轨电动列车及其控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种无轨电动列车的控制方法，所述方法包括：通过传感组件获取无轨电动列车所在场景的地形数据；根据所述地形数据中包括的标识以及无轨电动列车与标识的距离，在地理信息系统GIS中确定所述无轨电动列车的位置；根据所述无轨电动列车的位置，查找所述位置对应的控制策略，根据所述控制策略生成对应的转速控制指令，控制所述推动电机和/或所述差速控制电机。所述无轨电动列车通过精确的差速控制，可以使得多节车厢能够平衡的行驶，并且有利于提高无轨电动列车的运力。

Description

一种无轨电动列车及其控制方法与装置

技术领域

本发明属于车辆工程领域，尤其涉及一种无轨电动列车及其控制方法与装置。

背景技术

无轨电动列车是一种通常由架空接触网供电、电动机驱动，不依赖固定轨道行驶的道路公共交通工具。由于无轨电动列车以电力驱动电车，不会产生尾气污染，并且不需要铺设成本昂贵的轨道，有利于提高城市的整体景观。

目前的无轨电动列车，一般是由架空接触网供电，由所述架空接触网为电动机提供电能，由电动机驱动电车在架空网络对应的道路上行驶。由于无轨电动列车在不固定的轨道上运行，为了保证的运行过程的安全性，一般无轨电动列车都是单节电车。但是，由于单节电车的空间有限，不利于提高电车的运力，而如果采用多节车厢时，转弯行驶不方便控制，稳定差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无轨电动列车及其控制方法与装置，以解决现有技术的无轨电动列车一般采用单节电车，不利于提高电车的运力以及采用多节车厢时，行驶稳定性差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种无轨电动列车，所述无轨电动列车包括多节车厢，多节车厢之间通过铰链相连，在所述无轨电动列车的两端分别设置有与驱动轮相连的推动电机，所述推动电机用于推动所述无轨电动列车双向行驶；

在所述车厢中部的两侧分别设置有与转向轮相连的差速控制电机，所述差速控制电机用于采用不同的转动速度控制无轨电动列车转弯；

所述差速控制电机、推动电机通过电机控制器与整车控制器相连；

所述无轨电动列车上还安装有用于采集地形数据的传感组件，所述传感组件与所述整车控制器相连，所述整车控制器用于将采集的地形数据与预设的地理信息系统GIS的虚拟轨道比较，生成相应的控制指令，控制所述差速控制电机和/或所述推动电机。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，所述传感组件包括视频采集设备，所述视频采集设备与所述整机控制器相连，所述整机控制器用于检测所述视频采集设备所采集的图像中的标识，根据所述标识查找所述无轨电动列车在所述地理信息系统GIS中对应的位置，根据查找的位置所对应的运行方式，生成对应的控制指令控制所述差速控制电机和/或所述推动电机。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能实现方式中，所述驱动轮与所述推动电机之间，以及所述转向轮与所述差速控制电机之间分别设置有制动器，所述制动器分别与制动器控制器相连，所述制动控制器与所述整机控制器相连，所述整体控制器通过所述制动器控制器向各个制动器发送制动控制指令。

结合第一方面的第二种可能实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述制动器控制器与所述制动器之间通过液压或气动控制；所述整机控制器与所述差速控制电机，或者所述整机控制器与所述推动电机之间设置有电机控制器，所述整机控制器所述电机控制器之间通过小电流线路连接，所述电机控制器与所述推动电机，或者所述电机控制器与所述差速控制电机之间通过大电流线路连接。

结合第一方面，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述传感组件包括摄像头、超声波传感器、红外传感器中的一种或者多种。

第二方面，本发明实施例提供了一种无轨电动列车的控制方法，所述方法包括：

通过传感组件获取无轨电动列车所在场景的地形数据；

根据所述地形数据中包括的标识以及无轨电动列车与标识的距离，在地理信息系统GIS中确定所述无轨电动列车的位置；

根据所述无轨电动列车的位置，查找所述位置对应的控制策略，根据所述控制策略生成对应的转速控制指令，控制所述推动电机和/或所述差速控制电机。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能实现方式中，所述根据所述地形数据中包括的标识以及无轨电动列车与标识的距离，在地理信息系统中确定所述无轨电动列车的位置步骤包括：

通过摄像头获取所述地形数据中的建筑物模型和/或建筑物纹理；

在地理信息系统GIS中查找与所获取的建筑物模型和/或建筑物纹理匹配的场景，根据无轨电动列车与所述建筑物模型之间的距离确定无轨电动列车的位置。

结合第二方面，在第二方面的第二种可能实现方式中，所述根据所述控制策略生成对应的转速控制指令，控制所述推动电机和/或所述差速控制电机步骤包括：

根据所述无轨电动列车的位置，确定所述电车在具体位置的转向角度、转向半径；

根据所述无轨电动列车的轮距、轴距，结合所述转向角度和转向半径，确定所述差速控制电机中的内侧的差速控制电机以及外侧的差速控制电机的转速。

第三方面，本发明实施例提供了一种无轨电动列车的控制装置，所述装置包括：

地形数据获取单元，用于通过传感组件获取无轨电动列车所在场景的地形数据；

位置确定单元，用于根据所述地形数据中包括的标识以及无轨电动列车与标识的距离，在地理信息系统GIS中确定所述无轨电动列车的位置；

控制单元，用于根据所述无轨电动列车的位置，查找所述位置对应的控制策略，根据所述控制策略生成对应的转速控制指令，控制所述推动电机和/或所述差速控制电机。

结合第三方面，在第三方面的第一种可能实现方式中，所述位置确定单元包括：

图像采集子单元，用于通过摄像头获取所述地形数据中的建筑物模型和/或建筑物纹理；

匹配子单元，用于在地理信息系统GIS中查找与所获取的建筑物模型和/或建筑物纹理匹配的场景，根据无轨电动列车与所述建筑物模型之间的距离确定无轨电动列车的位置。

在本发明所述无轨电动列车，包括多节车厢，多节车厢之间通过铰链相连；由多节车厢构成的无轨电动列车，在无轨电动列车的两端设置有推动电机，通过所述推动电机可以控制无轨电动列车的驱动轮，从而使无轨电动列车能够双向行驶；在无轨电动列车的中部设置有差速控制电机，根据无轨电动列车上设置的传感组件采集的标识，与预设的地理信息系统GIS的虚拟轨道比较，生成相应的转向指令，对无轨电动列车内侧和外侧实行差速控制，从而可以使得无轨电动列车可以通过横摆力矩的方式，使得多节车厢能够平稳行驶。本发明所述无轨电动列车，通过精确的差速控制，可以使得多节车厢能够平衡的行驶，并且有利于提高无轨电动列车的运力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无轨电动列车的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的无轨电动列车的控制方法的实现流程图；

图3是本发明实施例提供的无轨电动列车的转向控制示意图；

图4是本发明实施例提供的无轨电动列车的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例的目的在于提供一种无轨电机及其控制方法与装置，以解决现有技术的无轨电动列车中，如果采用单节车厢则运力较小，如果采用多节车厢则不容易控制无轨电动列车的转向，无轨电动列车行驶的稳定性较差的问题。下面结合附图进行具体说明：

图1示出了本发明实施例提供的无轨电动列车的结构示意图，详述如下：

本发明实施例所述无轨电动列车，包括多节车厢，多节车厢之间通过铰链相连，在所述无轨电动列车的两端分别设置有与驱动轮相连的推动电机，所述推动电机用于推动所述无轨电动列车双向行驶；

在所述车厢中部的两侧分别设置有与转向轮相连的差速控制电机，所述差速控制电机用于采用不同的转动速度控制无轨电动列车转弯；

所述差速控制电机、推动电机通过电机控制器与整车控制器相连；

所述无轨电动列车上还安装有用于采集地形数据的传感组件，所述传感组件与所述整车控制器相连，所述整车控制器用于将采集的地形数据与预设的地理信息系统GIS的虚拟轨道比较，生成相应的控制指令，控制所述差速控制电机和/或所述推动电机。

具体的，所述多节车厢，可以根据运力的需要灵活选择，一般可以选择四节。当然，选择三节车厢、两节车厢或者五节车厢均可以根据具体的结构参数，在控制转向时做出相应的调整即可。

所述车厢与车厢之间通过铰链连接，通过所述铰链，可以实现得两个相连的车厢之间在左右方向上的转动幅度不相同，或者还可以在上下空间的位置的不同，从而提高多节车厢行驶的灵活性。

所述无轨电动列车的两端，可以为第一节车厢和最后一节车厢，分别设置有推动电机，所述推动电机与驱动轮相连。如图1所示，在无轨电动列车的两端，可以分别设置一个推动电机，由推动电机带动驱动轮，实现无轨电动列车向左行驶或向右行驶。比如当左边的推动电机工作时，可以驱动无轨电动列车向左行驶。当右边的推动电机工作时，可以驱动无轨电动列车向右行驶。或者还可以采用两个推动电机同时工作的方式，控制无轨电动列车的速度。

所述车厢中部，是指相对于车厢端部的位置。在本实施例中，所述车厢中部设置的转向轮，可以指除了端部以外的其它无轨电动列车的车轮。所述车厢中部的车轮，包括左侧转向轮与右侧转向轮，所述左侧转向轮和右侧转向轮中的每个转向轮可以单独与差速控制电机相连，通过对同一车辆横向位置的两个车轮实现差速控制，可以使得车辆基于横摆力矩的控制方式实现车辆转向。

所述差速控制电机控制的速度的相对大小，根据转向的角度、转向弧度所对应的转向半径、转向轮之间的轴距、转向轮之间的轮距之间的关系，确定所述差速控制电机对应的速度。所述速度可以通过实验数据标定的方式完成，也可以通过图3所示的转向示意图计算不同转向轮之间的转速的相对大小。

所述差速控制电机、推动电机连接有电机控制器。所述电机控制器可用于发出电机控制信号，控制所述差速控制电机或者推动电机。所述电机控制器与所述整机控制器通过电信号相连，连接的方式可以为小电流控制线路。

作为本发明进一步优化的实施方式中，所述驱动轮与所述推动电机之间，以及所述转向轮与所述差速控制电机之间分别设置有制动器，所述制动器分别与制动器控制器相连，所述制动控制器与所述整机控制器相连，所述整体控制器通过所述制动器控制器向各个制动器发送制动控制指令。

如图1所示，在无轨电动列车的中间部分的每个车轮均设置有制动器，在无轨电动列车的端部，设置有与推动电机相匹配的制动器。也就是说，制动器的个数与电机(包括推动电机和差速控制电机)的个数相匹配。可以在电机转速一定的前提下，调节车轮的速度，包括减速和停止运动等。

在本发明实施例中，所述制动器控制器可以与所述制动器之间通过液压或气动控制；所述整机控制器与所述差速控制电机，或者所述整机控制器与所述推动电机之间设置有电机控制器，所述整机控制器所述电机控制器之间通过小电流线路连接，所述电机控制器与所述推动电机，或者所述电机控制器与所述差速控制电机之间通过大电流线路连接。

另外，在所述无轨电动列车上还设置有传感模块，所述传感模块可以包括摄像头、红外传感器、超声波传感器中的一种或者多种。通过摄像头可以获取无轨电动列车所在场景的视频图像或者照片，通过对照片中的标识进行识别和匹配，比如，可以图像中的建筑物模型、建筑物颜色、纹理、图像等标识与预设的地理信息系统GIS中的信息进行匹配，从而快速准确的确定无轨电动列车所在的场景和位置。

通过所述红外传感器可以检测场景中设置的红外标识，或者通过超声波传感器可以检测场景中的超声波标识，通过对红外标识或者超声波标识进行编号，通过所述编号查找对应的位置，或者直接通过红外标识或者超声波标识读取位置信息。

所述推动电机优选为内转子电机，所述差速控制电机优选为外转子电机。

本发明所述无轨电动列车包括多节车厢，多节车厢之间通过铰链相连；由多节车厢构成的无轨电动列车，在无轨电动列车的两端设置有推动电机，通过所述推动电机可以控制无轨电动列车的驱动轮，从而使无轨电动列车能够双向行驶；在无轨电动列车的中部设置有差速控制电机，根据无轨电动列车上设置的传感组件采集的标识，与预设的地理信息系统GIS的虚拟轨道比较，生成相应的转向指令，对无轨电动列车内侧和外侧实行差速控制，从而可以使得无轨电动列车可以通过横摆力矩的方式，使得多节车厢能够平稳行驶。本发明所述无轨电动列车，通过精确的差速控制，可以使得多节车厢能够平衡的行驶，并且有利于提高无轨电动列车的运力。

图2示出了本发明实施例提供的无轨电动列车的控制方法的实现流程，详述如下：

在步骤S201中，通过传感组件获取无轨电动列车所在场景的地形数据。

具体的，所述传感组件可以包括摄像头、红外传感器、超声波传感器中的一种或者多种。通过摄像头可以直接摄像无轨电动列车所在场景的视频或者图像，通过对图像中的特征提取，然后将特征与预存的地理信息系统GIS进行对比分析，可根据特征的匹配度来判断无轨电动列车当前所处的场景。

或者也可以通过红外传感器获取红外标识，或者超声波传感器获取超声波标识，根据所述红外标识或者超声波标识的位置，判断无轨电动列车所在的场景。

在步骤S202中，根据所述地形数据中包括的标识以及无轨电动列车与标识的距离，在地理信息系统GIS中确定所述无轨电动列车的位置；

当所述传感模组为摄像头时，可以根据摄像头拍摄的图像确定无轨电动列车与标识的距离。根据图像中一个或者多个标识，可以联合确定无轨电动列车的具体位置。

同样，通过多个红外标识或者超声波标识的位置，以及红外标识或者超声波标识的信号的强度，可以确定无轨电动列车与标识之间的距离，通过多个标识的位置以及与标识的距离，可以确定无轨电动列车的位置。

当然，作为本发明进一步优化的实施方式，所述无轨电动列车还可以设置定位模组，比如可以设置GPS定位器、或者基站定位器等，通过定位模组可以进一步确定所述无轨电动列车的具体位置，提高定位的准确度。

在步骤S203中，根据所述无轨电动列车的位置，查找所述位置对应的控制策略，根据所述控制策略生成对应的转速控制指令，控制所述推动电机和/或所述差速控制电机。

在本发明实施例中，所述无轨电动列车在具体位置，可以预先设置有对应的控制策略，当所述无轨电动列车运行至指定位置时，则自动采用相应的控制策略，控制电车按照预定的轨道行走。

当然，当所述电车在具体位置对应多种不同的控制策略时，比如由人工驾驶时，则需要建立人工的控制策略对应的转速控制指令，控制所述无轨电动列车转向或者直线行走。由于直线行走只需要控制两端的推动电机，且行驶过程较为稳定，在此不作具体讨论。

当所述无轨电动列车转向时，如图3所示，综合考虑整车几何尺寸，包括无轨电动列车的轴距、轮距，建立五轴铰链式车辆转向二自由度的整车动力学模型，可以通过标定的方式确定方向盘转角与转向轮之间的几何关系。依据所建立的整车动力学模型，分析各轴质心点转速、转角之间的几何关系。依据动力学相关理论，考虑轮胎特性，建立各驱动轴上两轮转矩力矩与质心转速、转角之间的逻辑对应关系。

本发明采用基于横摆力矩控制的分层控制策略，保证车辆行驶的稳定性。横摆力矩的控制可以通过控制各个车轮的驱动力矩来实现。通过模糊控制观测出整列车的理想质心侧偏角和理想横摆角速度；通过PID控制对理想质心侧偏角及横摆角速度与实际值进行比较，得到左右车轮驱动力矩的差值；依据建立的动力学模型的运动学及动力学分析，分别使中间各轴左右车轮的驱动力矩分别增加和减少，以产生附加横摆力矩，控制车辆的横摆运动。基于多轴车辆动力源冗余配置的特点，建立驱动力失效协调分配控制策略，可以保障车辆在故障状态下仍具备一定的行驶能力。

在图3中，车辆中间的三轴两侧的车轮转速可以依据转向桥左侧车轮的转速计算得出。对轮毂电机实行转矩控制。

本发明实施例为与实施例一所述无轨电动列车对应的控制方法，通过采集无轨电动列车所在场景的标识，确定无轨电动列车所在的位置，相应的确定无轨电动列车的两侧的车辆的转速进行分开控制，通过横摆力矩的方式，可以使得多节车厢的无轨电动列车平稳的运行，有利于提高无轨电动列车的运力。

图4示出了本发明实施例提供的无轨电动列车的控制装置的结构示意图，详述如下：

本发明实施例所述无轨电动列车的控制装置，包括：

地形数据获取单元401，用于通过传感组件获取无轨电动列车所在场景的地形数据；

位置确定单元402，用于根据所述地形数据中包括的标识以及无轨电动列车与标识的距离，在地理信息系统GIS中确定所述无轨电动列车的位置；

控制单元403，用于根据所述无轨电动列车的位置，查找所述位置对应的控制策略，根据所述控制策略生成对应的转速控制指令，控制所述推动电机和/或所述差速控制电机。

优选的，所述位置确定单元包括：

图像采集子单元，用于通过摄像头获取所述地形数据中的建筑物模型和/或建筑物纹理；

匹配子单元，用于在地理信息系统GIS中查找与所获取的建筑物模型和/或建筑物纹理匹配的场景，根据无轨电动列车与所述建筑物模型之间的距离确定无轨电动列车的位置。

本发明实施例所述无轨电动列车的控制装置，与上述无轨电动列车的控制方法对应，在此不作重复赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无轨电动列车，其特征在于，所述无轨电动列车包括多节车厢，多节车厢之间通过铰链相连，在所述无轨电动列车的两端分别设置有与驱动轮相连的推动电机，所述推动电机用于推动所述无轨电动列车双向行驶；

在所述车厢中部的两侧分别设置有与转向轮相连的差速控制电机，所述差速控制电机用于采用不同的转动速度控制无轨电动列车转弯；

所述差速控制电机、推动电机通过电机控制器与整车控制器相连；

所述无轨电动列车上还安装有用于采集地形数据的传感组件，所述传感组件与所述整车控制器相连，所述整车控制器用于将采集的地形数据与预设的地理信息系统GIS的虚拟轨道比较，生成相应的控制指令，控制所述差速控制电机和/或所述推动电机。

2.根据权利要求1所述无轨电动列车，其特征在于，所述传感组件包括视频采集设备，所述视频采集设备与所述整机控制器相连，所述整机控制器用于检测所述视频采集设备所采集的图像中的标识，根据所述标识查找所述无轨电动列车在所述地理信息系统GIS中对应的位置，根据查找的位置所对应的运行方式，生成对应的控制指令控制所述差速控制电机和/或所述推动电机。

3.根据权利要求1所述无轨电动列车，其特征在于，所述驱动轮与所述推动电机之间，以及所述转向轮与所述差速控制电机之间分别设置有制动器，所述制动器分别与制动器控制器相连，所述制动控制器与所述整机控制器相连，所述整体控制器通过所述制动器控制器向各个制动器发送制动控制指令。

4.根据权利要求3所述无轨电动列车，其特征在于，所述制动器控制器与所述制动器之间通过液压或气动控制；所述整机控制器与所述差速控制电机，或者所述整机控制器与所述推动电机之间设置有电机控制器，所述整机控制器所述电机控制器之间通过小电流线路连接，所述电机控制器与所述推动电机，或者所述电机控制器与所述差速控制电机之间通过大电流线路连接。

5.根据权利要求1所述无轨电动列车，其特征在于，所述传感组件包括摄像头、超声波传感器、红外传感器中的一种或者多种。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述无轨电动列车的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

通过传感组件获取无轨电动列车所在场景的地形数据；

根据所述地形数据中包括的标识以及无轨电动列车与标识的距离，在地理信息系统GIS中确定所述无轨电动列车的位置；

根据所述无轨电动列车的位置，查找所述位置对应的控制策略，根据所述控制策略生成对应的转速控制指令，控制所述推动电机和/或所述差速控制电机。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述根据所述地形数据中包括的标识以及无轨电动列车与标识的距离，在地理信息系统中确定所述无轨电动列车的位置步骤包括：

通过摄像头获取所述地形数据中的建筑物模型和/或建筑物纹理；

在地理信息系统GIS中查找与所获取的建筑物模型和/或建筑物纹理匹配的场景，根据无轨电动列车与所述建筑物模型之间的距离确定无轨电动列车的位置。

8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述根据所述控制策略生成对应的转速控制指令，控制所述推动电机和/或所述差速控制电机步骤包括：

根据所述无轨电动列车的位置，确定所述电车在具体位置的转向角度、转向半径；

根据所述无轨电动列车的轮距、轴距，结合所述转向角度和转向半径，确定所述差速控制电机中的内侧的差速控制电机以及外侧的差速控制电机的转速。

9.一种无轨电动列车的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

地形数据获取单元，用于通过传感组件获取无轨电动列车所在场景的地形数据；

位置确定单元，用于根据所述地形数据中包括的标识以及无轨电动列车与标识的距离，在地理信息系统GIS中确定所述无轨电动列车的位置；

控制单元，用于根据所述无轨电动列车的位置，查找所述位置对应的控制策略，根据所述控制策略生成对应的转速控制指令，控制所述推动电机和/或所述差速控制电机。

10.根据权利要求9所述装置，其特征在于，所述位置确定单元包括：

图像采集子单元，用于通过摄像头获取所述地形数据中的建筑物模型和/或建筑物纹理；

匹配子单元，用于在地理信息系统GIS中查找与所获取的建筑物模型和/或建筑物纹理匹配的场景，根据无轨电动列车与所述建筑物模型之间的距离确定无轨电动列车的位置。