CN108423012B - 一种空轨列车及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种空轨列车及其控制方法，包括：车体、列车导轨、电磁导轨、一个或N对悬浮翼、M对平衡翼、数据采集模块和平衡控制器；列车导轨安装于车体底部；电磁导轨用于形成永磁虚拟轨道；一个悬浮翼安装于车体顶部或N对悬浮翼对称安装于车体两侧，用于产生垂直于水平面的悬浮力；M对平衡翼安装于车体两侧的对称位置，用于产生垂直于竖直面的平衡力；数据采集模块用于实时采集车体两侧在各个平衡翼处的风力信息；平衡控制器，用于根据风力信息确定各个平衡翼的转速，控制各个平衡翼旋转，以实现车体平衡。本发明实施例提供的空轨列车的空中轨道为电磁导轨，与钢铁混凝土架设的空中轨道相比容易架设和改道，大大降低架设和维护难度。

Description

一种空轨列车及其控制方法
技术领域
本发明涉及空中轨道列车技术领域，特别涉及一种空轨列车及其控制方法。
背景技术
如今，交通运输压力越来越大，空中轨道列车(简称“空轨列车”)可作为城市繁华区、居民聚集区、风景旅游区、大型商圈、博览会等地区的交通工具，还可作为机场、地铁、火车站、长途客运站之间的中转接续工具，有望缓解与日俱增的交通运输压力。
一般的，空轨列车的行驶主要依赖于所架设的空中轨道，对于利用钢铁混凝土架设的空中轨道而言，其主要用于承载空轨列车的重量以及为空轨列车提供路线引导。但是，这种空中轨道随着承载重量的增加，架设难度越来越高；并且，这种空中轨道一旦架设完成，对其进行改道或拆除的维护难度太大。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种空轨列车及其控制方法，以降低空中轨道的架设难度或维护难度。
为达到上述目的，本发明实施例公开了一种空轨列车，所述空轨列车包括：用于运载乘客的车体、由导磁材料制成的列车导轨、电磁导轨、一个或N对悬浮翼、M对平衡翼、数据采集模块和平衡控制器；其中，
所述列车导轨，安装于所述车体底部且不与所述电磁导轨摩擦；
所述电磁导轨，位于所述车体底部下方，用于在通电时形成永磁虚拟轨道；
所述一个悬浮翼安装于所述车体顶部、或所述N对悬浮翼对称安装于所述车体两侧，所述悬浮翼用于产生垂直于水平面的悬浮力以抵消所述车体重力；
所述M对平衡翼，安装于所述车体两侧的对称位置，用于产生垂直于竖直面的平衡力以抵消遭遇横风时所述车体两侧压力差；
所述数据采集模块，用于实时采集所述车体两侧在各个平衡翼处的风力信息；
所述平衡控制器，用于在行驶状态下，获得所述车体两侧在各个平衡翼处的风力信息，根据所述风力信息确定各个平衡翼的转速，以及控制各个平衡翼按照所确定的转速旋转，以实现车体平衡。
优选地，所述数据采集模块包括：风向仪和M对压力传感器；
所述风向仪，安装于所述车体顶部，用于检测所述车体遭遇横风时的风向信息；
所述压力传感器，对称安装于所述车体两侧、且每一压力传感器对应一个平衡翼，分别用于测量所述车体在各个平衡翼处的风力。
优选地，所述平衡控制器，用于根据所述风向信息对各个平衡翼处的风力进行矢量分解，并获得M个横向风力值；
其中，所述横向风力值为在每对平衡翼连线方向的风力大小。
优选地，所述空轨列车还包括：安装于所述车体头部的制动喷气口和安装于所述车体尾部的前进喷气口；其中，
所述制动喷气口，用于按照反向喷气方式向所述车体的前进方向喷气以实现所述车体的制动；
所述前进喷气口，用于按照反向喷气方式向所述车体的前进反方向喷气以实现所述车体的前进。
优选地，N＝2，M＝5。
为达到上述目的，本发明实施例公开了一种空轨列车控制方法，应用于平衡控制器，所述控制方法包括：
在行驶状态下，获得所述车体两侧在各个平衡翼处的风力信息；
根据所述风力信息确定各个平衡翼的转速；
控制各个平衡翼按照所确定的转速旋转，以实现车体平衡。
优选地，所述根据所述风力信息确定各个平衡翼的转速的步骤包括：
根据所述风力信息获得M个横向风力值；其中，每一横向风力值为在每对平衡翼连线方向的风力大小；
根据所获得的M个横向风力值确定各个平衡翼的转速。
优选地，所述风力信息包括风向信息和风力大小，所述根据所述风力信息获得M个横向风力值的步骤包括：
根据所述风向信息对各个平衡翼处的风力进行矢量分解，获得M对风力分量；
按照以下方式计算每对风力分量对应的横向风力值fi：
fi＝fil-fir，i＝1,2,…,M
其中，fil为作用于所述空轨列车车体左侧的横向风力值，fir为作用于所述空轨列车车体右侧的横向风力值。
优选地，所述根据所获得的M个横向风力值确定各个平衡翼的转速的步骤包括：
根据各自的横向风力值、驱动各自平衡翼的电机的额定功率、空轨列车的运行高度和平衡翼的结构参数确定各个平衡翼的转速，其中，所述各个平衡翼的转速与各自对应的横向风力值成正比关系。
优选地，所述控制方法还包括：
控制制动喷气口按照反向喷气方式向所述车体的前进方向喷气以实现所述车体的制动；或，
控制前进喷气口按照反向喷气方式向所述车体的前进反方向喷气以实现所述车体的前进。
本发明提供了一种空轨列车及其控制方法，为列车增加了悬浮翼结构，并且悬浮翼旋转产生的悬浮力能够用于抵消车体重量，列车前进动力由常见的滚动摩擦变为反向喷气，也就是，本发明中的空中轨道仅提供路线引导，而不承载空轨列车的车体重量，本发明实施例提供的空轨列车的空中轨道为电磁导轨，与钢铁混凝土架设的空中轨道相比而言，具有容易架设和容易改道的优点，大大降低了架设难度和维护难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的空轨列车的一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的空轨列车的又一种结构示意图；
图3为本发明实施例提供的空轨列车的另一种结构示意图；
图4为本发明实施例提供的空轨列车的再一种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种空轨列车控制方法的流程示意图。
附图中标号：
10、车体
20、列车导轨
30、电磁导轨
40、悬浮翼
50、平衡翼
60、风向仪
70、前进喷气口
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为降低空中轨道的架设难度或维护难度，本发明实施例的提供了一种空轨列车及其控制方法。
下面结合附图1至4对本发明实施例提供的一种空轨列车进行介绍。
参见图1，本发明实施例提供的一种空轨列车可以包括：用于运载乘客的车体10、由导磁材料制成的列车导轨20、电磁导轨30、一个或N对悬浮翼40、M对平衡翼50、数据采集模块(未示出)和平衡控制器(未示出)。
如图2所示，所述列车导轨20，安装于所述车体10底部且不与所述电磁导轨30摩擦。
依然如图2所示，所述电磁导轨30，位于所述车体10底部下方，用于在通电时形成永磁虚拟轨道。举例而言，电磁导轨30可以为单一直导线，这样在电磁导轨30通电时产生磁场，从而形成永磁虚拟导轨。
容易理解的是，由于电磁导轨30与列车导轨20之间不产生摩擦，这样，一方面可以大大降低空轨列车的行驶速度的衰减，另一方面还可以避免电磁导轨30因磨损而导致的安全隐患。
较佳地，电磁导轨30与列车导轨20之间的相对位置关系满足中心轴重合。当然，这里仅为举例说明，不构成对本发明的限定，本领域内的技术人员需要根据实际应用中的具体情况进行合理的设置。还需要指出的是，对于空轨列车而言，当载客量不同的情况对于电磁导轨和列车导轨的位置关系也会产生一定的影响。
需要说明的是，用电磁导轨取代钢铁混凝土架设的空中轨道，使空轨列车的空中轨道的架设难度降低，与钢铁混凝土架设的空中轨道而言，电磁导轨的改道或拆除变得非常容易。
所述一个悬浮翼40安装于所述车体10顶部、或所述N对悬浮翼40对称安装于所述车体10两侧，图1至图4从不同的角度示出了2对悬浮翼的结构示意图(悬浮翼为一个的情况图1至图4未示出)，这2对悬浮翼对称安装于空轨列车的两侧。其中，所述悬浮翼40用于产生垂直于水平面的悬浮力以抵消所述车体重力。
需要说明的是，N对悬浮翼可以按照等间距方式安装于所述车体10两侧，还可以按照受横风影响的轻重程度来确定悬浮翼的安装间距，本发明实施例对此不作限定。
可以理解的是，当悬浮翼旋转的时候，能够产生垂直于水平面的悬浮力，进而可以抵消空轨列车的车体重力，从而可以使空轨列车悬浮在空中不动。
另外，由于悬浮翼40旋转时能够产生较大的悬浮力，所以电磁导轨可以架设于不影响地面交通系统的高空中，例如可以架设于100米以上高空，这里所提及的电磁导轨30的架设高度“100米以上高空”仅为举例说明，并不应该构成对本发明的限定。
参见图2，所述空轨列车还可以包括：安装于所述车体10头部的制动喷气口(未示出)和安装于所述车体10尾部的前进喷气口70。
其中，所述制动喷气口，用于按照反向喷气方式向所述车体10的前进方向喷气以实现所述车体10的制动；所述前进喷气口70，用于按照反向喷气方式向所述车体10的前进反方向喷气以实现所述车体10的前进。
所述M对平衡翼50，安装于所述车体10两侧的对称位置，如图1、图3或图4所示，用于产生垂直于竖直面的平衡力以抵消遭遇横风时所述车体10两侧压力差。
较佳地，N＝2，M＝5。也就是，空轨列车包括2对悬浮翼和5对平衡翼。
具体地，所述数据采集模块，用于实时采集所述车体10两侧在各个平衡翼50处的风力信息。
所述平衡控制器，用于在行驶状态下，获得所述车体10两侧在各个平衡翼50处的风力信息，根据所述风力信息确定各个平衡翼50的转速，以及控制各个平衡翼50按照所确定的转速旋转，以实现车体10平衡。
一种具体实现方式中，如图1、3、4所示，所述数据采集模块包括：风向仪60和M对压力传感器(未示出)。所述风向仪60，安装于所述车体10顶部，用于检测所述车体10遭遇横风时的风向信息。所述压力传感器，对称安装于所述车体10两侧、且每一压力传感器对应一个平衡翼50，分别用于测量所述车体10在各个平衡翼50处的风力。
在该种实现方式中，所述平衡控制器，用于根据所述风向信息对各个平衡翼50处的风力进行矢量分解，并获得M个横向风力值。其中，所述横向风力值为在每对平衡翼50连线方向的风力大小。
需要说明的是，本发明实施例提供的空轨列车增加了悬浮翼结构，并且悬浮翼旋转产生的悬浮力能够用于抵消车体重量，列车前进动力由常见的滚动摩擦变为反向喷气，也就是，本发明中的空中轨道仅提供路线引导，而不承载空轨列车的车体重量，本发明实施例提供的空轨列车的空中轨道为电磁导轨，与钢铁混凝土架设的空中轨道相比而言，具有容易架设和容易改道的优点，大大降低了架设难度和维护难度。
相应于前述空轨列车，本发明实施例提供了一种空轨列车控制方法。具体地，空轨列车在行驶过程中通过悬浮翼产生的悬浮力克服车体重力，可以理解的是，空轨列车的列车导轨与电磁导轨实际上是没有直接接触的，因此为提高空轨列车的平衡性，本发明实施例提供了一种空轨列车控制方法。
下面结合图5对本发明实施例提供的一种空轨列车控制方法进行介绍。还需要说明的是，本发明实施例提供的空轨列车控制方法应用于如图1至图4所示的空轨列车中的平衡控制器，该控制方法可以包括以下步骤：
S101：在行驶状态下，获得所述车体两侧在各个平衡翼处的风力信息。
需要说明的是，该平衡控制器，可以控制制动喷气口按照反向喷气方式向所述车体的前进方向喷气以实现所述车体的制动；或控制前进喷气口按照反向喷气方式向所述车体的前进反方向喷气以实现所述车体的前进。
这里提及的“行驶状态”是指，空轨列车从前进喷气口喷气前进至制动喷气口喷气制动之间的运行状态。还需要指出的是，空轨列车通电后，平衡控制器触发悬浮翼旋转，接着触发前进喷气口向后喷气，此时空轨列车向前行进，此时空轨列车进入行驶状态；而当平衡控制器触发制动喷气口向后喷气时，空轨列车向前行进，此时空轨列车退出行驶状态。
一种实现方式中，车体两侧在各个平衡翼处的风力信息，可以包括风向信息和风力大小。具体的，风向信息可以由安装于空轨列车顶部的风向仪检测获得，风力大小可以由压力传感器来采集得到。需要说明的是，压力传感器与平衡翼具有一一对应关系，也就是，车体在各个平衡翼处的风力大小是通过与其对应的压力传感器而采集得到的。
S102：根据所述风力信息确定各个平衡翼的转速。
容易理解的是，空轨列车遭遇横风的风力大小越大，就需要各个平衡翼提供更大的平衡力来抵消。一种实现方式中，可以按照以下方式确定各个平衡翼的转速：
(1)根据所述风力信息获得M个横向风力值；其中，每一横向风力值为在每对平衡翼连线方向的风力大小。
(2)根据所获得的M个横向风力值确定各个平衡翼的转速。
需要说明的是，可以根据各自的横向风力值、驱动各自平衡翼的电机的额定功率、空轨列车的运行高度和平衡翼的结构参数确定各个平衡翼的转速，其中，所述各个平衡翼的转速与各自对应的横向风力值成正比关系。
一种实现方式中，可以按照以下方式计算各个平衡翼的转速n：
Figure BDA0001655542230000081
Figure BDA0001655542230000082
其中，Y为悬浮翼所产生的悬浮力，C为悬浮力系数，S为悬浮翼的机翼面积，v为悬浮翼的机翼边缘的线速度，r为机翼边缘到中心点的距离，ρ为大气密度。
需要说明的是，上述计算平衡翼的转速的实现方式仅为举例说明，并不应该构成对本发明的限定，本领域内的技术人员可以根据实际应用中的具体情况选择合适的计算方式。
另外，还需要说明的是，上述计算平衡翼的转速的实现方式，也适用于计算悬浮翼的转速，相应的，Y为平衡翼所产生的平衡力，C为平衡力系数，S为平衡翼的机翼面积，v为平衡翼的机翼边缘的线速度，r为机翼边缘到中心点的距离，ρ为大气密度。
更具体地，所述风力信息包括风向信息和风力大小，相应的，可以按照以下方式获得M个横向风力值：
11)根据所述风向信息对各个平衡翼处的风力进行矢量分解，获得M对风力分量。
12)按照以下方式计算每对风力分量对应的横向风力值fi：
fi＝fil-fir，i＝1,2,…,M
其中，fil为作用于所述空轨列车车体左侧的横向风力值，fir为作用于所述空轨列车车体右侧的横向风力值。
需要说明的是，如果某一对横向风力值为零，那表明其对应的平衡翼的转速为零，平衡翼不旋转。
S103：控制各个平衡翼按照所确定的转速旋转，以实现车体平衡。
需要说明的是，当空轨列车遭遇垂直于竖直面的横风时，就需要各个平衡翼产生与之方向相反的作用力与之相抵。如图4所示，若空轨列车受到作用于车体左侧的横风时，就需要产生一个垂直于竖直面向左的平衡力。
需要说明的是，本发明实施例提供的空轨列车增加了悬浮翼结构，并且悬浮翼旋转产生的悬浮力能够用于抵消车体重量，列车前进动力由常见的滚动摩擦变为反向喷气，也就是，本发明中的空中轨道仅提供路线引导，而不承载空轨列车的车体重量，本发明实施例提供的空轨列车的空中轨道为电磁导轨，与钢铁混凝土架设的空中轨道相比而言，具有容易架设和容易改道的优点，大大降低了架设难度和维护难度。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种空轨列车，其特征在于，所述空轨列车包括：用于运载乘客的车体、由导磁材料制成的列车导轨、电磁导轨、一个或N对悬浮翼、M对平衡翼、数据采集模块和平衡控制器；其中，
所述列车导轨，安装于所述车体底部且不与所述电磁导轨摩擦；
所述电磁导轨，位于所述车体底部下方，用于在通电时形成永磁虚拟轨道；
所述一个悬浮翼安装于所述车体顶部、或所述N对悬浮翼对称安装于所述车体两侧，所述悬浮翼用于产生垂直于水平面的悬浮力以抵消所述车体重力；
所述M对平衡翼，安装于所述车体两侧的对称位置，用于产生垂直于竖直面的平衡力以抵消遭遇横风时所述车体两侧压力差；
所述数据采集模块，用于实时采集所述车体两侧在各个平衡翼处的风力信息；
所述平衡控制器，用于在行驶状态下，获得所述车体两侧在各个平衡翼处的风力信息，根据所述风力信息确定各个平衡翼的转速，以及控制各个平衡翼按照所确定的转速旋转，以实现车体平衡；
所述数据采集模块包括：风向仪和M对压力传感器；
所述风向仪，安装于所述车体顶部，用于检测所述车体遭遇横风时的风向信息；
所述压力传感器，对称安装于所述车体两侧、且每一压力传感器对应一个平衡翼，分别用于测量所述车体在各个平衡翼处的风力；
所述空轨列车还包括：安装于所述车体头部的制动喷气口和安装于所述车体尾部的前进喷气口；其中，
所述制动喷气口，用于按照反向喷气方式向所述车体的前进方向喷气以实现所述车体的制动；
所述前进喷气口，用于按照反向喷气方式向所述车体的前进反方向喷气以实现所述车体的前进。
2.根据权利要求1所述的空轨列车，其特征在于，所述平衡控制器，用于根据所述风向信息对各个平衡翼处的风力进行矢量分解，并获得M个横向风力值；
其中，所述横向风力值为在每对平衡翼连线方向的风力大小。
3.根据权利要求2所述的空轨列车，其特征在于，N＝2，M＝5。
4.一种空轨列车控制方法，应用于平衡控制器，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的空轨列车，所述控制方法包括：
在行驶状态下，获得所述车体两侧在各个平衡翼处的风力信息；
根据所述风力信息确定各个平衡翼的转速；
控制各个平衡翼按照所确定的转速旋转，以实现车体平衡；所述根据所述风力信息确定各个平衡翼的转速的步骤包括：
根据所述风力信息获得M个横向风力值；其中，每一横向风力值为在每对平衡翼连线方向的风力大小；
根据所获得的M个横向风力值确定各个平衡翼的转速；
所述风力信息包括风向信息和风力大小，所述根据所述风力信息获得M个横向风力值的步骤包括：
根据所述风向信息对各个平衡翼处的风力进行矢量分解，获得M对风力分量；
按照以下方式计算每对风力分量对应的横向风力值fi：
fi＝fil-fir，i＝1,2,…,M
其中，fil为作用于所述空轨列车车体左侧的横向风力值，fir为作用于所述空轨列车车体右侧的横向风力值。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述根据所获得的M个横向风力值确定各个平衡翼的转速的步骤包括：
根据各自的横向风力值、驱动各自平衡翼的电机的额定功率、空轨列车的运行高度和平衡翼的结构参数确定各个平衡翼的转速，其中，所述各个平衡翼的转速与各自对应的横向风力值成正比关系。
6.根据权利要求4或5所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
控制制动喷气口按照反向喷气方式向所述车体的前进方向喷气以实现所述车体的制动；或，
控制前进喷气口按照反向喷气方式向所述车体的前进反方向喷气以实现所述车体的前进。
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