CN112903323A - 用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法，包括：获取四轮对的驱动电机的第一转速；获取并根据钢轨宽度、有轨电车的轨距、四轮对的轮径和第一转速，实时得到有轨电车的转弯半径。解决了电气牵引主动导向控制无法精确获取转弯半径的问题，同时，无需增加任何定位测量装置，成本低，且易于工程化应用。本发明还公开了一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的装置和存储介质。

Description

用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法、装置和存储介质

技术领域

本申请涉及轨道交通列车技术领域，特别涉及一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法、装置和存储介质。

背景技术

目前，独立车轮广泛应用于城市轨道交通中，如珠海有轨电车，泉州有轨电车等，有轨电车采用独立车轮可有效降低地板面高度，保证乘客上下方便，同时可消除蛇形运动，提高车辆的舒适度和稳定性。

电气牵引主动导向控制是提高独立车轮车辆过弯和对中能力的关键技术，其主要的实现原理是基于线路转弯半径R与车速V，实现对两侧车辆合理转速差控制，现有技术中，通过获取线路转弯半径R和车速V，进而实现对独立轮车辆的控制。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：现有技术对车辆控制效果的好坏，严重依赖获取的转弯半径R和车速V准确与否，车速V可以通过车辆速度传感器精准测试，但由于有轨电车没有信号系统，无法实时获取车辆的位置，很难准确获取转弯半径R值。

发明内容

本公开实施例提供了一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法、装置和存储介质，以在一定程度上解决对于独立轮有轨电车，电气牵引主动导向控制无法精确获取转弯半径的技术问题。

第一方面，提供了一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法，该方法包括：获取四轮对的驱动电机的第一转速；获取并根据钢轨宽度、有轨电车的轨距、所述四轮对的轮径和所述第一转速，实时得到所述有轨电车的转弯半径。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述获取并根据钢轨宽度K、有轨电车的轨距G、所述四轮对的轮径和所述第一转速，实时得到所述有轨电车的转弯半径，包括，通过以下公式计算得到所述转弯半径R：

其中，n₁为第一轮对的驱动电机的第一转速，n₂为第二轮对的驱动电机的第一转速，n₃为第三轮对的驱动电机的第一转速，n₄为第四轮对的驱动电机的第一转速，D₁为所述第一轮对的轮径，D₂为所述第二轮对的轮径，D₃为所述第三轮对的轮径，D₄为所述第四轮对的轮径。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述获取并根据钢轨宽度、有轨电车的轨距、所述四轮对的轮径和所述第一转速，实时得到所述有轨电车的转弯半径，还包括：将所述第一转速进行去噪处理，得到第二转速；获取并根据所述钢轨宽度、所述轨距、所述轮径和所述第二转速，实时得到所述转弯半径。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述获取并根据钢轨宽度、所述轨距、所述轮径和所述第二转速，实时得到所述转弯半径，包括：通过以下公式计算得到所述转弯半径R：

其中，

为n₁去噪处理后得到的所述第一轮对驱动电机的第二转速，

为n₂去噪处理后得到的所述第二轮对驱动电机的第二转速，

为n₃去噪处理后得到的所述第三轮对驱动电机的第二转速，

为n₄去噪处理后得到的所述第四轮对驱动电机的第二转速。

结合第一方面的第二种可能的实现方式或者第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述去噪处理包括：将所述第一转速去除系统噪声和测量噪声，得到所述第二转速。

结合第一方面的第二种可能的实现方式或者第三种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述去噪处理包括：将所述第一转速进行卡尔曼滤波，得到所述第二转速。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，当所述第一转速突变时，对所述去噪处理进行调整。

第二方面，提供了一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的装置，包括：转速获取模块，用于获取四轮对的驱动电机的第一转速；转弯半径获取模块，用于获取并根据钢轨宽度、有轨电车的轨距、所述四轮对的轮径和所述第一转速，实时得到所述有轨电车的转弯半径。

第三方面，提供了一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的装置，包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现前述的用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法。

第四方面，提供了一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时使处理器执行前述的用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法。

本公开实施例提供的用于独立轮有轨电车转弯半径计算的方法、装置和存储介质，可以实现以下技术效果：

解决了电气牵引主动导向控制无法精确获取转弯半径的问题，同时，无需增加任何定位测量装置，成本低，且易于工程化应用。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法的流程示意图；

图2是本公开实施例提供的同一转向架下四轮对的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

对于车辆转弯半径的获取，一些研究工作者提出了一些检测诊断方法，具体如下：

第一，在车辆上增加GPS定位系统，实时确定车辆位置，依据车辆公里标实时获取线路的曲线半径R，但该方法工程实施复杂，成本高，且GPS信号也会受外界条件干扰，实施比较复杂；

第二，高速公路螺旋隧道圆曲线半径推荐值的计算方法，该方法通过建模仿真车辆运行速度以及车辆偏移值与半径的关系，利用回归关系计算螺旋隧道半径极限值。该方法适用于隧道设计，无法应用于轨道车辆。

下面对本公开实施例中涉及的概念进行介绍，本公开实施例中，有轨电车为100％低地板独立轮有轨电车，取消了传动车轴，左右车轮解耦，左右车轮分别独立旋转，每个转向架有四只相互独立的车轮，对称地布置于转向架的两侧，四个轮对分别由四台牵引电机驱动。

图1是本公开实施例提供用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法的流程示意图。如图1所示，本公开实施例提供了一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法，该方法，包括：步骤S1：获取四轮对的驱动电机的第一转速；步骤S2：获取并根据钢轨宽度、有轨电车轨距、四轮对的轮径和第一转速，实时得到车辆转弯半径。

本公开实施例提供的用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法，可以实现以下技术效果：获取转向架四个轮对驱动电机的转速，进而根据转速、钢轨宽度、有轨电车的轮距和四轮对的轮径，实时得到有轨电车的转弯半径，解决了电气牵引主动导向控制无法精确获取转弯半径的问题，同时，无需增加任何定位测量装置，成本低，且易于工程化应用。

在一些实施例中，获取并根据钢轨宽度K、有轨电车的轨距G、四轮对的轮径和第一转速，实时得到有轨电车的转弯半径，包括，通过以下公式计算得到转弯半径R：

其中，n₁为第一轮对的驱动电机的第一转速，n₂为第二轮对的驱动电机的第一转速，n₃为第三轮对的驱动电机的第一转速，n₄为第四轮对的驱动电机的第一转速，D₁为第一轮对的轮径，D₂为第二轮对的轮径，D₃为第三轮对的轮径，D₄为第四轮对的轮径。

图2是本公开实施例提供的同一转向架下四轮对的结构示意图。如图2所示，在一些实施例中，四轮对包括：外轮和内轮，其中，外轮包括第一轮对和第二轮对，内轮包括第三轮对和第四轮对，外轮平均直径

内轮平均直径

外轮平均线速度

r为齿轮传动比，内轮平均线速度

在一些实施例中，单位时间内，外轮走过的曲线圆心角度和内轮走过的曲线圆心角度相等，即：

其中，R_W为外轮半径

R_N为内轮半径

将V_W、R_W、V_N和R_N的计算公式带入

中，可以得到

化简可以得到有轨电车的转弯半径

这样，可以基于有轨电车现有可测量数据，通过理论分析和推导，结合实际情况，实时获取有轨电车转弯半径，解决了电气牵引主动导向控制无法精确获取转弯半径的问题。

在一些实施例中，获取并根据钢轨宽度、有轨电车的轨距、四轮对的轮径和第一转速，实时得到有轨电车的转弯半径，还包括：将第一转速进行去噪处理，得到第二转速；获取并根据钢轨宽度、轨距、轮径和第二转速，实时得到转弯半径。在车辆行进过程中，电机处于一系悬挂，进行去噪处理，可以降低系统噪声和测量噪声的影响，进一步精确得到的有轨车辆的转弯半径。

在一些实施例中，通过四轮对的驱动电机的内部设置的速度传感器，可以得到驱动电机的第一转速，包括：当前时刻第一轮对的驱动电机的第一转速n₁(t)，当前时刻第二轮对的驱动电机的第一转速n₂(t)，当前时刻第三轮对的驱动电机的第一转速n₃(t)，当前时刻第四轮对的驱动电机的第一转速n₄(t)，还可以得到当前时刻第一轮对的驱动电机的加速度a₁(t)，当前时刻第二轮对的驱动电机的加速度a₂(t)，当前时刻第三轮对的驱动电机的加速度a₃(t)，当前时刻第四轮对的驱动电机的加速度a₄(t)。驱动电机加速度

u_t2(t)为系统噪声，有轨电车加速度为固定值，假设加速度的变化

是由系统噪声u_t1(t)引起，得到

系统导数状态方程可以表示为：

实际测量的加速度a(t)由当前时刻的加速度a_t(t)和测量噪声e_a(t)叠加，a(t)＝a_t(t)+e_a(t)，实际测量的转速n(t)由当前时刻的转速n_t(t)和测量噪声e_n(t)叠加，n(t)＝n_t(t)+e_n(t)，系统状态方程为：

其中，e_a1(t)为当前时刻第一轮对的加速度测量噪声，e_a2(t)为当前时刻第二轮对的加速度测量噪声，e_a3(t)为当前时刻第三轮对的加速度测量噪声，e_a4(t)为当前时刻第四轮对的加速度测量噪声，e_n1(t)为当前时刻第一轮对的第一转速测量噪声，e_n2(t)为当前时刻第二轮对的第一转速测量噪声，e_n3(t)为当前时刻第三轮对的第一转速测量噪声，e_n4(t)为当前时刻第四轮对的第一转速测量噪声。

将系统导数状态方程和系统状态方程离散化，得到离散化公式：

其中，

T_s为采样时间。

设系统噪声u(k)的协方差矩阵为Q(k)，测量噪声e(k)的协方差矩阵为H(k)

根据离散化公式、Q(k)和H(k)可以得到：

其中，L(k)＝M(k)-M(k)C^T(k)[C(k)M(k)C^T(k)+H(k)]^-1C(k)M(k)

M(k)＝A(k-1)L(k-1)A(k-1)^T+Q(k-1)

协方差矩阵Q(k)和H(k)的初始值为Q0和H0，Q0根据系统噪声矩阵u(k)确定，u(k)的初值一般为0～5，H0依据测量噪声矩阵e(k)确定，e(k)的初值为0.1～0.2。

在一些实施例中，获取并根据钢轨宽度、轨距、轮径和第二转速，实时得到转弯半径，包括：通过以下公式计算得到转弯半径R：

其中，

为n₁去噪处理后得到的第一轮对驱动电机的第二转速，

为n₂去噪处理后得到的第二轮对驱动电机的第二转速，

为n₃去噪处理后得到的第三轮对驱动电机的第二转速，

为n₄去噪处理后得到的第四轮对驱动电机的第二转速。

在一些实施例中，去噪处理包括：将第一转速去除系统噪声和测量噪声，得到第二转速。

在一些实施例中，去噪处理包括：将第一转速进行卡尔曼滤波，得到第二转速。

在一些实施例中，当第一转速突变时，对去噪处理进行调整。具体包括：

当

时，

当abs(a_t(k)-a_t(k))＞Δa时，Q(k+1)＝F_q×Q(k)。

F_ah为加速度测量噪声增益，F_nh为速度测量噪声增益，F_q为系统噪声增益，需要根据实际系统调整。这样，根据实际情况对协方差矩阵进行调整，可以在速度突变时，保证卡尔曼滤波器的有效性。

本公开实施例还提供了一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的装置，包括：转速获取模块，用于获取四轮对的驱动电机的第一转速；转弯半径获取模块，用于获取并根据钢轨宽度、有轨电车的轨距、四轮对的轮径和第一转速，实时得到有轨电车的转弯半径。

需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本公开实施例还提供了一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的装置，包括：处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述的用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法。

本公开实施例还提供了一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时使处理器执行前述的用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法。

本公开实施例提供的用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法、装置和存储介质，基于转向架四个轮对驱动电机的第一转速和加速度，通过数据处理，去除系统噪声和测量噪声，同时获取该转向架下四个轮对的轮径，轨距和钢轨宽度，进而实时计算得到有轨电车转弯半径，解决了有轨电车无法准确获取转弯半径的问题。

前述内容，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法，其特征在于，包括：

获取四轮对的驱动电机的第一转速；

获取并根据钢轨宽度、有轨电车的轨距、所述四轮对的轮径和所述第一转速，实时得到所述有轨电车的转弯半径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取并根据钢轨宽度K、有轨电车的轨距G、所述四轮对的轮径和所述第一转速，实时得到所述有轨电车的转弯半径，包括，通过以下公式计算得到所述转弯半径R：

其中，n₁为第一轮对的驱动电机的第一转速，n₂为第二轮对的驱动电机的第一转速，n₃为第三轮对的驱动电机的第一转速，n₄为第四轮对的驱动电机的第一转速，D₁为所述第一轮对的轮径，D₂为所述第二轮对的轮径，D₃为所述第三轮对的轮径，D₄为所述第四轮对的轮径。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取并根据钢轨宽度、有轨电车的轨距、所述四轮对的轮径和所述第一转速，实时得到所述有轨电车的转弯半径，还包括：

将所述第一转速进行去噪处理，得到第二转速；

获取并根据所述钢轨宽度、所述轨距、所述轮径和所述第二转速，实时得到所述转弯半径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取并根据钢轨宽度、所述轨距、所述轮径和所述第二转速，实时得到所述转弯半径，包括：通过以下公式计算得到所述转弯半径R：

其中，

为n₁去噪处理后得到的所述第一轮对驱动电机的第二转速，

为n₂去噪处理后得到的所述第二轮对驱动电机的第二转速，

为n₃去噪处理后得到的所述第三轮对驱动电机的第二转速，

为n₄去噪处理后得到的所述第四轮对驱动电机的第二转速。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述去噪处理包括：将所述第一转速去除系统噪声和测量噪声，得到所述第二转速。

6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述去噪处理包括：将所述第一转速进行卡尔曼滤波，得到所述第二转速。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述第一转速突变时，对所述去噪处理进行调整。

8.一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的装置，其特征在于，包括：

转速获取模块，用于获取四轮对的驱动电机的第一转速；

转弯半径获取模块，用于获取并根据钢轨宽度、有轨电车的轨距、所述四轮对的轮径和所述第一转速，实时得到所述有轨电车的转弯半径。

9.一种用于获取独立轮有轨电车转弯半径的装置，其特征在于，包括：

处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法。

10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的用于获取独立轮有轨电车转弯半径的方法。

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