CN108263471B - 用于胶轮电车的铰接式动力转向架、电车及转向控制方法 - Google Patents

用于胶轮电车的铰接式动力转向架、电车及转向控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于胶轮电车的铰接式动力转向架、电车及转向控制方法，铰接式动力转向架包括一个动力转向车轴组件和转向推杆组件，所述转向推杆组件与所述动力转向车轴组件连接；所述动力转向车轴组件上设置铰接点。电车包括头部车厢、至少一节中间车厢和尾部车厢，其特征在于：所述头部车厢与所述中间车厢之间，以及所述中间车厢与中间车厢之间，以及所述中间车厢与尾部车厢之间通过上述铰接式动力转向架连接。本发明具有结构简单、安装方便、控制方便等优点。

Description

用于胶轮电车的铰接式动力转向架、电车及转向控制方法
技术领域
本发明涉及一种胶轮电车技术领域，尤其涉及一种用于胶轮电车的铰接式动力转向架、电车及转向控制方法。
背景技术
城市公共交通是交通运输服务业的重要组成部分，“十二五”期间，国家已确立了“公交优先”的战略。现代城市公共交通系统主要构成为地铁、有轨电车、传统公交车等。但目前各公共交通方式仍存在着的运输力、基础设施建设成本、运营成本及线路调配之间的矛盾。如：地铁虽然运输力强大，但其成本巨大，使得其在中小城市不能广泛应用；有轨电车需要专门的电力系统和轨道配合设计，无论是设计建设成本或者维护成本相对较大且易受制于运行环境；传统公交车受制于其运输能力限制无法满足城市早晚运输高峰阶段需求。两节及两节以上编组的铰接车辆由于其中等的运量在替代传统的公交车时，能够提高运输能力而且能降低运输成本30％左右，从而有效缓解城市早晚运输高峰阶段交通压力。
然而，传统的铰接式车辆也存在着不足，如：车辆除转向轴外其余轴都不设计转向功能，在通过弯道时，行驶中存在较大的内轮差，导致转向时通道圆大、通过性差的缺点。也正是这个原因使得铰接客车的长度及编组数量受到了限制。如果铰接车辆采用多轴主动转向技术，通过控制协调各轴角度来实现各轴轨迹的自动跟随，即控制车辆各轴的中心点行驶在同一轨迹上时，将能大大的减小铰接式客车通道圆及转弯半径，使之在城市道路的通过性极大的提升，也使多节编组的长铰接式客车在城市中运营的可行性大大增加。考虑到驱动问题，长编组铰接车辆将不适合采用传统的集中式动力，采用分散动力将是其最好的选择。采用轮边驱动形式的动力转向桥可以很好的解决驱动动力、车身低地板及多轴协同转向的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、安装方便、控制方便的用于胶轮电车的铰接式动力转向架、电车及转向控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种用于胶轮电车的铰接式动力转向架，包括一个动力转向车轴组件和转向推杆组件，所述转向推杆组件与所述动力转向车轴组件连接；所述动力转向车轴组件上设置铰接点。
作为本发明的进一步改进，所述动力转向车轴组件的动力轴与轮边/轮毂电机连接。
作为本发明的进一步改进，所述动力转向车轴组件为动力输入口偏置的动力轴，动力转向车轴组件的驱动电机与所述动力输入口内的主减速器和差速器连接。
作为本发明的进一步改进，所述转向推杆组件包括2根转向推杆，所述两根转向推杆的一端分别与所述动力转向车轴的两端连接。
作为本发明的进一步改进，所述铰接点上设置有第一角度传感器，所述第一角度传感器用于测量铰接角度。
作为本发明的进一步改进，所述动力转向车轴组件上设置有第二角度传感器，所述第二角度传感器用于测量所述动力转向车轴组件的车轮转角。
作为本发明的进一步改进，所述铰接点为1个。
作为本发明的进一步改进，所述转向推杆组件为1组。
作为本发明的进一步改进，所述动力转向车轴组件为主动转向车轴或轮边差速转向车轴。
作为本发明的进一步改进，所述转向推杆组件为2组。
作为本发明的进一步改进，所述铰接点为2个，分别设置在所述动力转向车轴组件的前部和后部。
作为本发明的进一步改进，所述转向推杆组件为2组。
作为本发明的进一步改进，所述动力转向车轴组件为单胎承重或双胎承重的动力转向车轴组件。
一种胶轮电车，包括头部车厢和尾部车厢，所述头部车厢和尾部车厢之间通过如上述任一项所述的铰接式动力转向架连接。
一种胶轮电车，包括头部车厢、至少一节中间车厢和尾部车厢，所述头部车厢与所述中间车厢之间，以及所述中间车厢与中间车厢之间，以及所述中间车厢与尾部车厢之间通过如上述任一项所述的铰接式动力转向架连接。
一种胶轮电车的转向控制方法，包括对胶轮电车第一架铰接式动力转向架的转向控制和对非第一架铰接式动力转向架的转向控制；
所述对第一架铰接式动力转向架的转向控制的步骤包括：获取头部车厢第一轴的转向角度，以所述第一轴的转向角度的负值控制胶轮电车第一架铰接式动力转向架的转向角；
所述对非第一架铰接式动力转向架的转向控制的步骤包括：获取被控制铰接式动力转向架的前一架铰接式动力转向架的转向角度，以及由前一架铰接式动力转向架连接的两节车厢的中轴线之间的夹角；以所述前一架铰接式动力转向架的转向角度和所述夹角之和的负值控制该被控制铰接式动力转向架的转向角。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的用于胶轮电车的铰接式动力转向架结构简单，安装方便，通过该铰接式动力转向架可方便的调整铰轮电车的车厢数量，实现任意编组。
2、本发明的铰接式动力转向架减少了胶轮电车的车轴个数，从而使得车内轮包数量相应减少，提高了胶轮电车的乘员使用面积，有利于胶轮电车低地板车身的实现。
3、本发明因车轴个数减少，使得胶轮电车的转向控制算法可以更为简化，降低转向控制复杂度，通过本发明的转向控制方法，可实现车辆的轨迹跟随可控运行，减小车辆的转弯半径及通道圆，提高转向控制的精度，提高行车的可靠性和安全性。
附图说明
图1为本发明铰接式动力转向架实施例1的结构示意图。
图2为本发明铰接式动力转向架实施例2的结构示意图。
图3为本发明铰接式动力转向架实施例3的结构示意图。
图4为本发明铰接式动力转向架实施例4的结构示意图。
图5为本发明胶轮电车实施例1的侧视结构示意图。
图6为本发明胶轮电车实施例1的俯视结构示意图。
图7为本发明胶轮电车实施例2的俯视结构示意图。
图8为本发明胶轮电车实施例3的俯视结构示意图。
图9为本发明胶轮电车实施例4的俯视结构示意图。
图10为本发明胶轮电车简化为单车模型时转向示意图。
图11为本发明胶轮电车第一轴和第二轴转向角关系示意图。
图12为本发明胶轮电车第一轴、第二轴、第三轴转向角关系示意图。
图例说明：1、动力转向车轴组件；2、转向推杆组件；3、铰接点；4、轮边/轮毂电机；5、驱动电机；6、头部车厢；7、尾部车厢；8、中间车厢；9、转向桥；10、铰接式动力转向架。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例一：如图1所示，本实施例的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，包括一个动力转向车轴组件1和转向推杆组件2，转向推杆组件2与动力转向车轴组件1连接；动力转向车轴组件1上设置铰接点3。
在本实施例中，动力转向车轴组件1为单胎承重或双胎承重的动力转向车轴组件1。动力转向车轴组件1的动力轴与轮边/轮毂电机4连接。通过轮边/轮毂电机为铰接式动力转向架提供动力。
在本实施例中，转向推杆组件2包括2根转向推杆，两根转向推杆的一端分别与动力转向车轴的两端连接。
在本实施例中，铰接点3上设置有第一角度传感器，第一角度传感器用于测量铰接角度。动力转向车轴组件1上设置有第二角度传感器，第二角度传感器用于测量动力转向车轴组件1的车轮转角。
在本实施例中，铰接式动力转向架10上的铰接点3为1个。转向推杆组件2为1组。在通过铰接式动力转向架10连接两个车厢时，前部车厢6与铰接式动力转向架10之间通过悬挂连接。铰接式动力转向架10的动力转向车轴组件1为主动转向车轴，通过主动转向车轴实现转向。铰接式动力转向架10与后部车厢7之间通过铰接点3铰接连接。动力转向车轴组件1与后部车厢7之间还通过转向推杆组件2连接，转向推杆组件2包括2根向推杆，转向推杆可以伸长或缩短，通过转向推杆的伸缩来控制后部车厢7与铰接式动力转向架10之间的角度，以达到等同于车轮转向的目的。
本实施例中的胶轮电车可以是2节车厢编组的胶轮电车，如图1所示，2节车厢编组时，头部车厢6和尾部车厢7之间通过本实施例中的铰接式动力转向架10连接。
当然，也可以是多节车厢编组的胶轮电车，如图5和图6所示，多节车厢编组时，包括头部车厢6、至少一节中间车厢8和尾部车厢7，头部车厢6与中间车厢8之间，以及中间车厢8与中间车厢8之间，以及中间车厢8与尾部车厢7之间通过本实施例中的铰接式动力转向架10连接。
在本实施例中，头部车厢6和尾部车厢7均包括有转向桥9，头部车厢6和尾部车厢7均通过转向桥9和与之连接的铰接式动力转向架10来支撑车辆结构。中间车厢8通过与之间的前后两个铰接式动力转向架10来支撑车辆结构。转向桥9可主动转向。
本实施例的胶轮电车的转向控制方法，包括对胶轮电车第一架铰接式动力转向架的转向控制和对非第一架铰接式动力转向架的转向控制；对第一架铰接式动力转向架的转向控制的步骤包括：获取头部车厢6第一轴的转向角度，以第一轴的转向角度的负值控制胶轮电车第一架铰接式动力转向架的转向角；对非第一架铰接式动力转向架的转向控制的步骤包括：获取被控制铰接式动力转向架的前一架铰接式动力转向架的转向角度，以及由前一架铰接式动力转向架连接的两节车厢的中轴线之间的夹角；以前一架铰接式动力转向架的转向角度和夹角之和的负值控制该被控制铰接式动力转向架的转向角。
在本实施例中，第一架铰接式动力转向架即为与头部车厢6连接的铰接式动力转向架10。头部车厢6第一轴的转向角度即为头部车厢6的转向桥9的转向角度。
在本实施例中，将胶轮电车简化为单车模型(bicycle-model)进行说明。如图10所示，在三节车厢编组时，delta1为头部车厢6转向桥9相对于车身方向的夹角，即第一轴的转向角，delta2为第一架铰接式动力转向架10的转向角度相对于头部车厢6车身方向的夹角，即第二轴的转向角，delta3为第二架铰接式动力转向架10的转向角度相对于与之连接的前一节中间车厢7车身方向的夹角，即第三轴的转向角，delta4为尾部车厢7转向桥9相对于尾部车厢7车身方向的夹角，即第四轴的转向角。betab1为头部车厢6车身方向与中间车厢8车身方向之间的夹角，betab2为尾部车厢7车身方向与中间车厢8车身方向之间的夹角。当胶轮电车直线行驶时，所有转向桥9和铰接式动力转向架的转向角均为0，即有delta1＝delta2＝delta3＝delta4＝0，betab1＝betab2＝0。当胶轮电车曲线行驶时，头部车厢6的转向桥9的主动转向。对胶轮电车第一架铰接式动力转向架的转向控制(即第二轴的转向控制)，通过获取胶轮电车转向控制系统的控制参数，或者通过安装在头部车厢6的转向桥9上的角度传感器，可获取头部车厢6转向桥9的转向角度，即第一轴的转向角度delta1。如图11所示，为了保证胶轮电车第二轴的行驶轨迹与第一轴的行驶轨迹一致，即第一轴转弯半径R1等于第二轴转弯半径R2，则有delta1与delta2大小相等方向相反，即delta2＝-delta1。
对非第一架铰接式动力转向架的转向控制(即从第三轴开始的后续各轴的控制)，以第三轴为例进行说明，如图12所示，通过对第二轴的转向控制，使得第二轴与第一轴的行驶轨迹一致，两者具有共同的圆心O1，为了保证第三轴的行驶轨迹与第二轴的行驶轨迹一致，需要使得第二轴与第三轴的行驶轨迹具有相同的圆心O2，两者的转弯半径相同，即R3＝R4，从而有delta3＝-(delta2+betab1)。以同样的方法，可以控制从第三轴开始的后续各轴的转向，实现胶轮电车轨迹跟随转向控制。
实施例二：如图2所示，本实施例的铰接式动力转向架10与实施例一基本相同，不同之处在于动力转向车轴组件1为轮边差速转向车轴。
本实施例的胶轮电车与实施例一基本相同，如图5和图7所示，不同之处在于采用本实施例的铰接式动力转向架10实现车厢之间的连接。其转向控制方法与实施例一相同。
实施例三：如图3所示，本实施例的铰接式动力转向架10与实施例一基本相同。不同之处在于：动力转向车轴组件1为动力输入口偏置的动力轴，动力转向车轴组件1的驱动电机5与动力输入口内的主减速器和差速器连接。动力转向车轴组件1上的铰接点3的数量为1个。转向推杆组件2为2组。每组转向推杆组件2包括2根转向推杆。如图3所示，在通过本实施例的铰接式动力转向架10连接两个车厢时，前部车厢6和后部车厢7均通过共同的铰接点3与铰接式动力转向架10连接。并且，在铰接式动力转向架10与前部车厢6之间通过1组转向推杆组件2连接，通过转向推杆的伸缩控制前部车厢6与铰接式动力转向架10之间的角度。在铰接式动力转向架10与后部车厢7之间也通过1组转向推杆组件2连接，通过转向推杆的伸缩控制后部车厢7与铰接式动力转向架10之间的角度。铰接式动力转向架10的动力转向车轴组件1为非主动转向车轴，动力转向轴组件1上的车轮不主动转向，而是通过2组转向推杆组件2的伸缩，实现车辆转向的目的。
本实施例的胶轮电车与实施例一基本相同，如图5和图8所示，不同之处在于采用本实施例的铰接式动力转向架10实现车厢之间的连接。其转向控制方法与实施例一相同。
实施例四：如图4所示，本实施例的铰接式动力转向架10与实施例一基本相同。不同之处在于：动力转向车轴组件1上的铰接点3的数量为2个，分别设置在动力转向车轴组件1的前部和后部。每组转向推杆组件2包括2根转向推杆。在通过本实施例的铰接式动力转向架10连接两个车厢时，前部车厢6通过设置在动力转向车轴组件1前部的铰接点3与铰接式动力转向架10铰接连接，后部车厢7通过设置在动力转向车轴组件1后部的铰接点3与铰接式动力转向架10铰接连接。转向推杆组件2为2组。并且，在铰接式动力转向架10与前部车厢6之间通过1组转向推杆组件2连接，通过转向推杆的伸缩控制前部车厢6与铰接式动力转向架10之间的角度。在铰接式动力转向架10与后部车厢7之间也通过1组转向推杆组件2连接，通过转向推杆的伸缩控制后部车厢7与铰接式动力转向架10之间的角度。铰接式动力转向架10的动力转向车轴组件1为非主动转向车轴，动力转向轴组件1上的车轮不主动转向，而是通过2组转向推杆组件2的伸缩，实现车辆转向的目的。
本实施例的胶轮电车与实施例一基本相同，如图5和图9所示，不同之处在于采用本实施例的铰接式动力转向架10实现车厢之间的连接。其转向控制方法与实施例一相同。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (16)

1.一种用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：包括一个动力转向车轴组件（1）和转向推杆组件（2），所述转向推杆组件（2）与所述动力转向车轴组件（1）连接；所述动力转向车轴组件（1）上设置铰接点（3）；
所述胶轮电车的铰接式动力转向架包括对第一架铰接式动力转向架的转向控制和对非第一架铰接式动力转向架的转向控制；
所述对第一架铰接式动力转向架的转向控制包括：获取头部车厢（6）第一轴的转向角度，以所述第一轴的转向角度的负值控制胶轮电车第一架铰接式动力转向架的转向角；
所述对非第一架铰接式动力转向架的转向控制包括：获取被控制铰接式动力转向架的前一架铰接式动力转向架的转向角度，以及由前一架铰接式动力转向架连接的两节车厢的中轴线之间的夹角；以所述前一架铰接式动力转向架的转向角度和所述夹角之和的负值控制该被控制铰接式动力转向架的转向角。
2.根据权利要求1所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述动力转向车轴组件（1）的动力轴与轮边/轮毂电机（4）连接。
3.根据权利要求1所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述动力转向车轴组件（1）为动力输入口偏置的动力轴，动力转向车轴组件（1）的驱动电机（5）与所述动力输入口内的主减速器和差速器连接。
4.根据权利要求1所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述转向推杆组件（2）包括2根转向推杆，所述两根转向推杆的一端分别与所述动力转向车轴的两端连接。
5.根据权利要求1所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述铰接点（3）上设置有第一角度传感器，所述第一角度传感器用于测量铰接角度。
6.根据权利要求1所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述动力转向车轴组件（1）上设置有第二角度传感器，所述第二角度传感器用于测量所述动力转向车轴组件（1）的车轮转角。
7.根据权利要求1至6任一项所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述转向推杆组件（2）为1组。
8.根据权利要求7所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述铰接点（3）为1个。
9.根据权利要求8所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述动力转向车轴组件（1）为主动转向车轴或轮边差速转向车轴。
10.根据权利要求7所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述转向推杆组件（2）为2组。
11.根据权利要求1至6任一项所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述铰接点（3）为2个，分别设置在所述动力转向车轴组件（1）的前部和后部。
12.根据权利要求11所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述转向推杆组件（2）为2组。
13.根据权利要求1至6任一项所述的用于胶轮电车的铰接式动力转向架，其特征在于：所述动力转向车轴组件（1）为单胎承重或双胎承重的动力转向车轴组件（1）。
14.一种胶轮电车，包括头部车厢（6）和尾部车厢（7），其特征在于：所述头部车厢（6）和尾部车厢（7）之间通过如上述权利要求1至12任一项所述的铰接式动力转向架（10）连接。
15.一种胶轮电车，包括头部车厢（6）、至少一节中间车厢（8）和尾部车厢（7），其特征在于：所述头部车厢（6）与所述中间车厢（8）之间，以及所述中间车厢（8）与中间车厢（8）之间，以及所述中间车厢（8）与尾部车厢（7）之间通过如上述权利要求1至12任一项所述的铰接式动力转向架（10）连接。
16.一种胶轮电车的转向控制方法，其特征在于，包括对胶轮电车第一架铰接式动力转向架的转向控制和对非第一架铰接式动力转向架的转向控制；
所述对第一架铰接式动力转向架的转向控制的步骤包括：获取头部车厢（6）第一轴的转向角度，以所述第一轴的转向角度的负值控制胶轮电车第一架铰接式动力转向架的转向角；
所述对非第一架铰接式动力转向架的转向控制的步骤包括：获取被控制铰接式动力转向架的前一架铰接式动力转向架的转向角度，以及由前一架铰接式动力转向架连接的两节车厢的中轴线之间的夹角；以所述前一架铰接式动力转向架的转向角度和所述夹角之和的负值控制该被控制铰接式动力转向架的转向角。
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