CN106882053A - 双源无轨电车集电杆控制方法 - Google Patents

双源无轨电车集电杆控制方法 Download PDF

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江坤
孙彦军
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B60L5/18—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles using bow-type collectors in contact with trolley wire
    • B60L5/22—Supporting means for the contact bow
    • B60L5/28—Devices for lifting and resetting the collector

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  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无轨电车集电杆控制方法，包括如下3个步骤：(1)通过图像采集装置实时采集集电头与线网的图像；(2)将采集的图像进行分析处理，得出当前的集电头及线网的位置信息；(3)根据所述集电头及线网的位置信息控制集电杆的升降及旋转来实现线网的抓取，通过图像采集集电头与线网的位置信息分析处理后得出集电杆的运行轨迹，从而实时调整集电杆的升降与旋转，最终实现集电头精确抓取线网。

Description

双源无轨电车集电杆控制方法
技术领域
本发明涉及双源无轨电车控制方法，具体涉及双源无轨电车集电杆抓取线网的控制方法。
技术背景
无轨电车作为一种完全使用电力驱动的交通工具，因其节能减排效果好，已经在很多地方广泛用于公共交通领域，无轨电车可以直接使用线网来提供车辆运行动力，现有的无轨电车都利用集电杆来抓取线网取电。
现有的无轨电车集电杆抓取线网的方式大多采用人力实现，即由司机将车辆停于线网下方，然后司机通过手动升降集电杆来实现集电杆抓取线网，然而该方式实际操作时不仅要求车辆停止在线网正下方，对于停车要求较高，也影响了乘客的出行，而且车辆在行驶过程中需要司机多次升降集电杆，增加了司机的工作量。
为了解决上述问题，有些人研究车辆在行走过程中自行抓取电网的集电杆，然而车辆在行驶过程中的抓取对于图像的处理速度及精度等要求较高，因而往往无法实现精确抓取。
发明内容
出于解决上述问题，本发明提出了一种无轨电车集电杆控制方法，包括如下3个步骤：(1)通过图像采集装置实时采集集电头与线网的图像；(2)将采集的图像进行分析处理，得出当前的集电头及线网的位置信息；(3)根据所述集电头及线网的位置信息控制集电杆的升降及旋转来实现线网的抓取，通过图像采集集电头与线网的位置信息分析处理后得出集电杆的运行轨迹，从而实时调整集电杆的升降与旋转，最终实现集电头精确抓取线网。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
双源无轨电车集电杆控制方法，包括如下步骤：
(1)图像采集：通过图像采集装置实时采集集电头与线网的图像；
(2)图像处理：将采集的图像进行分析处理，得出当前的集电头及线网的位置信息；
(3)集电杆控制：根据所述集电头及线网的位置信息控制集电杆的升降及旋转来实现线网的抓取。
在所述步骤(1)之前还包括图像标定，通过所述图像标定得出集电头在图像中的位置与实际位置之间的对应关系。
所述图像标定的具体方式为采集所述集电头不同高度h、旋转角度θ对应的集电头在图像中的坐标位置，以此得到所述集电头在不同高度h下的旋转圆弧方程。
所述步骤(2)中图像处理步骤的具体方式为记录图像中线网的位置与所述不同高度h下的集电头的旋转圆弧方程的交点位置，然后根据所述交点拟合出一条轨迹，用于指导所述集电头的升降及旋转。
所述步骤(3)中集电杆控制的具体方式为给定所述集电杆的运行速度V，然后根据所述集电杆运行所需的升降高度h及旋转角度θ，以及所述集电杆升降速度Vh及旋转速度Vθ之间保持Vh 2+Vθ 2＝V2的等式关系实时计算所述集电杆的升降速度Vh及旋转速度Vθ。
所述集电杆运行速度V平缓加减。
所述控制方法还包括补偿控制，所述补偿控制为根据所述集电头与线网之间摩擦力的大小与给定的目标摩擦力的差值给出一个相应的补偿力。
相比现有的双源无轨电车控制方法，本发明有显著优点和有益效果，具体体现为：
1.使用本发明的双源无轨电车控制方法，通过驱动集电杆的自动升降及旋转，来实现自动抓取线网，省去人工操作；
2.使用本发明的双源无轨电车控制方法，通过集电头在不同高度与线网在图像中的交点来规划集电杆的运行轨迹，实现精确抓取；
3.使用本发明的双源无轨电车控制方法，升降速度及旋转速度均采用平缓加减，减少集电杆在运行过程中的抖动；
4.使用本发明的双源无轨电车控制方法，根据所述集电头与线网之间摩擦力的大小与给定的目标摩擦力的差值给出一个相应的补偿力，减少集电头的磨损。
附图说明
图1为本发明双源无轨电车控制方法的流程图；
图2为本发明双源无轨电车控制方法图像标定示意图；
图3为本发明双源无轨电车控制方法图像处理示意图；
图4为本发明双源无轨电车控制方法集电头运行轨迹示意图；
图5为本发明双源无轨电车控制方法集电杆运行速度示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施方法如下：
如图1所示为本发明双源无轨电车控制方法的流程图，首先在车辆首次运行之前对集电杆进行图像标定，然后根据车辆电源需求或者其他条件决定是否抓取线网取电，若否，则不动作，若是，则图像采集装置进行图像采集，所述图像采集装置可为摄像头等能够用于采集图像信息的装置，所述图像采集装置将采集的图像传递给控制装置，由控制装置进行图像处理，所述控制装置通过图像处理后给出所述集电杆拟运行的轨迹点，然后根据所有轨迹点拟合出集电杆运行轨迹，最后由控制装置控制驱动集电杆运行并抓取线网，进行充电，停止动作。
所述图像标定的具体方式为：首先，采集集电头在不同高度h时选取至少三个旋转角度对应的集电头在图像中的位置信息，即每个高度下采集至少三个位置点，如图2所示为本发明双源无轨电车控制方法图像标定示意图，于图像中建立坐标系，记录三个点的坐标(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)，并以记录的三个点的坐标计算出该高度下集电头旋转的运行轨迹方程，以同样的方法可以得出各高度下对应的集电头旋转运行轨迹方程，该轨迹方程为多个同心圆的部分圆弧。
上述图像标定的另一种实施方式为：首先，根据国家标准中线网的高度，选取集电头在该高度下至少三个旋转角度对应的集电头在图像中的位置信息，即每个高度下采集至少三个位置点，于图像中建立坐标系，记录三个点的坐标，并以记录的三个点的坐标计算出该高度下集电头旋转的运行轨迹方程；然后根据摄像头成像的焦距比例可以计算出不同高度下的集电头旋转轨迹方程的半径值，因为各高度下对应的集电头旋转运行轨迹方程为多个同心圆，圆心相同，因而可以计算出所有的高度下对应的集电头旋转运行轨迹方程。
如图3所示为本发明双源无轨电车控制方法图像处理示意图，摄像头一般位于车顶出，因而拍摄的照片为图3所示，本实施例中为了简化说明，只标出一条线网，在图像中的线网为一条直线，该直线与图像标定时所确立的不同高度下集电头旋转运行的轨迹方程各有一个交点，记录下各个交点的坐标，各个交点即为该高度下可能够抓取线网的位置，由此位置信息可以得出相应的旋转角度，将所述各个交点拟合出一条旋转角度θ与升降高度h对应的曲线，具体曲线如图4所示，曲线即为集电头可能抓取线网的高度及旋转角度，因而设定所述集电头按图4的曲线轨迹运行，保证了抓取的精度。
由于集电杆的较长，且为了减少集电杆的重量，一般集电杆的材质都选择较轻的材质，这也就会导致集电杆在运行过程中出现抖动，特别是在集电头处，其抖动程度剧烈到无法抓取线网，更严重的甚至会导致集电杆弯曲变形，因此，本发明设计的双源无轨电车集电杆的控制方法中保持集电杆以较缓慢的速度升降及旋转，避免因集电杆运行带来的抖动，集电杆具体的运行速度如图5所示，所示集电杆采用一个较小的加速度运行，使得所述集电杆运行平稳，图5中所示的速度V与时间t的对应曲线，所述速度V为升降速度Vh及旋转速度Vθ的合速度，即Vh 2+Vθ 2＝V2，集电杆在运行过程中根据图4中的轨迹运行，所述集电杆根据当前点与下一个点之间高度差和旋转角度差得出升降速度Vh及旋转速度Vθ的比例，然后根据合速度V的大小计算出升降速度Vh及旋转速度Vθ，保证集电杆的有效运行且减少抖动，实现集电头的精确抓取线网充电。
集电头抓取线网之后由于车辆运行道路不一定完全处于线网正下方，因而线网与所述集电头之间会出现一个横向的压力，则线网与所述集电头侧面存在摩擦力，长时间的摩擦会导致集电头的损坏，因此本发明控制方法中根据线网与集电头之间的横向压力值对应给出一个相反的力，用以抵消或者减少所述横向压力，达到消除或减少摩擦力对集电头的损害，延长集电头寿命。
对于为本发明的示范性实施例，应当理解为是本发明的权利要求书的保护范围内其中的某一种示范性示例，具有对本领域技术人员实现相应的技术方案的指导性作用，而非对本发明的限定。

Claims (7)

1.双源无轨电车集电杆控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)图像采集：通过图像采集装置实时采集集电头与线网的图像；
(2)图像处理：将采集的图像进行分析处理，得出当前的集电头及线网的位置信息；
(3)集电杆控制：根据所述集电头及线网的位置信息控制集电杆的升降及旋转来实现线网的抓取。
2.根据权利要求1所述的双源无轨电车集电杆控制方法，其特征在于：在所述步骤(1)之前还包括图像标定，通过所述图像标定得出集电头在图像中的位置与实际位置之间的对应关系。
3.根据权利要求2所述的双源无轨电车集电杆控制方法，其特征在于：所述图像标定的具体方式为采集所述集电头不同高度h、旋转角度θ对应的集电头在图像中的坐标位置，以此得到所述集电头在不同高度h下的旋转圆弧方程。
4.根据权利要求3所述的双源无轨电车集电杆控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中图像处理步骤的具体方式为记录图像中线网的位置与所述不同高度h下的集电头的旋转圆弧方程的交点位置，然后根据所述交点拟合出一条轨迹，用于指导所述集电头的升降及旋转。
5.根据权利要求1所述的双源无轨电车集电杆控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中集电杆控制的具体方式为给定所述集电杆的运行速度V，然后根据所述集电杆运行所需的升降高度h及旋转角度θ，以及所述集电杆升降速度Vh及旋转速度Vθ之间保持Vh 2+Vθ 2＝V2的等式关系实时计算所述集电杆的升降速度Vh及旋转速度Vθ。
6.根据权利要求5所述的双源无轨电车集电杆控制方法，其特征在于：所述集电杆运行速度V平缓加减。
7.根据权利要求1所述的双源无轨电车集电杆控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括补偿控制，所述补偿控制为根据所述集电头与线网之间摩擦力的大小与给定的目标摩擦力的差值给出一个相应的补偿力。
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