CN114056372B - 一种胶轮列车的转向系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种胶轮列车的转向系统及其控制方法、一种胶轮列车，以及一种计算机可读存储介质。该转向系统包括：主动导向模块，适于向列车提供主动转向力以控制列车转向；导向轮，适于接触机械导向路段的地面导向结构，将地面导向结构提供的作用力传递到列车以实现列车的转向；以及处理器，配置为：根据地面的虚拟轨道控制主动导向模块向列车提供主动转向力，以控制列车沿虚拟轨道主动转向；响应于列车进入第一过渡段，逐步减小主动转向力以控制主动导向模块逐步退出工作；以及响应于列车进入第二过渡段，逐步增大主动转向力以控制主动导向模块逐步介入工作。

Description

一种胶轮列车的转向系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及胶轮列车的转向技术，具体涉及一种胶轮列车的转向系统、一种胶轮列车转向系统的控制方法、一种胶轮列车，以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

进入21世纪以来，轨道列车以其方便快捷、节能环保、高效运输等特点在全世界范围内得到了快速的发展，尤其在城市公共交通领域大大改善了交通拥堵问题和单位运输能力的问题。轨道列车因轮轨关系带来的支撑、导向、驱动功能具有运量大与效率高的优势，但由于采用钢轮与钢轨直接接触的走行模式，不可避免会带来轮轨关系产生的振动、噪声，对运行平稳性以及乘坐舒适性带来较大的影响。为此，业界推出了新型的胶轮列车，由胶轮替代钢轮来简化车辆对轨道结构的要求，试图突破轮轨关系支撑与导向的强耦合关系，从而同时保证支撑和驱动功能。

胶轮列车主要包括机械导向和电子导向的两种导向方式：

(1)机械导向胶轮列车舍弃了原有轨道交通轮轨关系，辅以刚性约束实现机械导向下的类轨道行驶。虽然胶轮带来了更大的驱动力、更小的噪声、更高的乘坐舒适性，但专用的导向轨道也带来了系统建设成本增加、建设周期长等缺陷，同时限制了车辆的灵活应用。

(2)电子导向胶轮列车利用车辆上的感应装置追踪地面的虚拟轨道，通过路径感知、自动循迹、轨迹跟随等控制技术融合来实现无物理接触下的导向。然而，受制于传感器精度以及控制系统的固有特性，电子导向的类轨道行驶很难达到绝对意义上的轨道行驶。出于安全行驶的目的，在进站、混合路权行驶等特定应用场景需要通过提升系统的复杂程度来提高行驶精度。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种胶轮列车的转向技术，用于降低专用导向轨道的建设成本和建设周期、保障列车的安全行驶，并降低转向系统的复杂程度。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种胶轮列车的转向系统、一种胶轮列车转向系统的控制方法、一种胶轮列车，以及一种计算机可读存储介质，用于降低专用导向轨道的建设成本和建设周期、保障列车的安全行驶，并降低转向系统的复杂程度。

本发明提供的上述胶轮列车的转向系统包括：主动导向模块，适于向列车提供主动转向力以控制所述列车转向；导向轮，适于接触机械导向路段的地面导向结构，将所述地面导向结构提供的作用力传递到所述列车以实现所述列车的转向；以及处理器，配置为：根据地面的虚拟轨道控制所述主动导向模块向所述列车提供主动转向力，以控制所述列车沿所述虚拟轨道主动转向；响应于所述列车进入第一过渡段，逐步减小所述主动转向力以控制所述主动导向模块逐步退出工作，其中，所述第一过渡段位于从电子导向路段到所述机械导向路段之间的路段；以及响应于所述列车进入第二过渡段，逐步增大所述主动转向力以控制所述主动导向模块逐步介入工作，其中，所述第二过渡段位于从所述机械导向路段到所述电子导向路段之间的路段。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器可以进一步配置为：根据所述虚拟轨道计算所述列车的目标转角；以及根据所述列车的目标转角控制所述主动导向模块向所述列车提供所述主动转向力。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述第一过渡段的地面导向结构和所述第二过渡段的地面导向结构均可以为渐变结构。所述处理器可以进一步配置为：根据所述列车的目标转角计算所述列车需要的总转向力；以及根据所述总转向力和所述地面导向结构能够提供的作用力，计算需要所述主动导向模块提供的主动转向力，其中，需要所述主动导向模块提供的主动转向力与所述总转向力的比值随所述第一过渡段的延伸而降低，并随所述第二过渡段的延伸而升高。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器还可以配置为：当所述列车位于所述机械导向路段，控制所述主动导向模块停止提供所述主动转向力。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器还可以配置为：感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述第一过渡段；感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述第二过渡段；以及感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述机械导向路段。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述主动导向模块可以通过铰接在列车转向架上的第一连杆连接所述列车的各胶轮，适于驱动所述第一连杆带动各所述胶轮围绕对应的转向销轴旋转。所述列车的第一车轴可以对应两个所述导向轮。两个所述导向轮可以通过第二连杆连接所述第一车轴的左右胶轮，适于利用所述地面导向结构提供的作用力驱动所述左右胶轮围绕对应的转向销轴旋转。

优选地，在本发明的一些实施例中，两个所述导向轮可以分别设于所述列车的两侧，适于分别接触所述机械导向路段两侧的地面导向结构以传递所述作用力。所述电子导向路段可以不设置地面导向结构，或所述电子导向路段两侧的地面导向结构的间距可以大于两个所述导向轮的间距。所述第一过渡段两侧的地面导向结构的间距可以逐渐减小以提供逐步增大的作用力。所述第二过渡段两侧的地面导向结构的间距可以逐渐增大以提供逐步减小的作用力。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器还可以配置为：响应于所述列车进入所述电子导向路段而向中间收起两个所述导向轮，以使所述导向轮脱离所述地面导向结构；以及响应于所述列车离开所述电子导向路段而向两侧展开两个所述导向轮，以使所述导向轮接触所述地面导向结构。

可选地，在本发明的一些实施例中，两个所述导向轮可以都设于所述列车的中央，适于分别接触所述机械导向路段中央的地面导向结构的两侧以传递所述作用力。所述电子导向路段可以不设置地面导向结构，或所述电子导向路段中央的地面导向结构的两侧间距可以小于两个所述导向轮的间距。所述第一过渡段中央的地面导向结构的两侧间距可以逐渐增大以提供逐步增大的作用力。所述第二过渡段的中央地面导向结构的两侧间距可以逐渐减小以提供逐步减小的作用力。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述列车的其余车轴也可以分别对应两个所述导向轮。各所述导向轮可以分别通过对应的第二连杆连接对应车轴的左右胶轮，适于利用所述地面导向结构提供的作用力驱动对应的左右胶轮围绕对应的转向销轴旋转。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种胶轮列车转向系统的控制方法。

本发明提供的上述胶轮列车转向系统的控制方法包括：根据地面的虚拟轨道控制主动导向模块向所述列车提供主动转向力，以控制所述列车沿所述虚拟轨道主动转向；响应于所述列车进入第一过渡段，逐步减小所述主动转向力以控制所述主动导向模块逐步退出工作，其中，所述第一过渡段位于从电子导向路段到机械导向路段之间的路段；以及响应于所述列车进入第二过渡段，逐步增大所述主动转向力以控制所述主动导向模块逐步介入工作，其中，所述第二过渡段位于从所述机械导向路段到所述电子导向路段之间的路段。

优选地，在本发明的一些实施例中，控制所述列车沿所述虚拟轨道主动转向的步骤可以包括：根据所述虚拟轨道计算所述列车的目标转角；以及根据所述列车的目标转角控制所述主动导向模块向所述列车提供所述主动转向力。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述第一过渡段的地面导向结构和所述第二过渡段的地面导向结构均可以为渐变结构。控制所述主动导向模块逐步退出工作及逐步介入工作的步骤可以包括：根据所述列车的目标转角计算所述列车需要的总转向力；以及根据所述总转向力和所述地面导向结构能够提供的作用力，计算需要所述主动导向模块提供的主动转向力，其中，需要所述主动导向模块提供的主动转向力与所述总转向力的比值随所述第一过渡段的延伸而降低，并随所述第二过渡段的延伸而升高。

可选地，在本发明的一些实施例中，所述控制方法还可以包括：当所述列车位于所述机械导向路段，控制所述主动导向模块停止提供主动转向力。

优选地，在本发明的一些实施例中，所述控制方法还可以包括：感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述第一过渡段；感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述第二过渡段；以及感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述机械导向路段。

可地，在本发明的一些实施例中，两个所述导向轮可以分别设于所述列车的两侧，适于分别接触所述机械导向路段两侧的地面导向结构以传递所述作用力。所述控制方法还可以包括：响应于所述列车进入所述电子导向路段而向中间收起两个所述导向轮，以使所述导向轮脱离所述地面导向结构；以及响应于所述列车离开所述电子导向路段而向两侧展开两个所述导向轮，以使所述导向轮接触所述地面导向结构。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种胶轮列车。

本发明提供的上述胶轮列车可以包括上述任意一个实施例所提供的胶轮列车的转向系统，能够降低专用导向轨道的建设成本和建设周期、保障列车的安全行驶，并降低转向系统的复杂程度。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。

本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的胶轮列车转向系统的控制方法，能够降低专用导向轨道的建设成本和建设周期、保障列车的安全行驶，并降低转向系统的复杂程度。

附图说明

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

图1示出了根据本发明的一些实施例提供的胶轮列车转向系统的结构示意图。

图2A示出了根据本发明的一些实施例提供的两侧导向式地面导向结构的示意图。

图2B示出了根据本发明的一些实施例提供的中央沟槽导向式地面导向结构的示意图。

图2C示出了根据本发明的一些实施例提供的中央导向式地面导向结构的示意图。

图2D示出了根据本发明的一些实施例提供的跨座导向式地面导向结构的示意图。

图3示出了根据本发明的一些实施例提供的第一过渡段和第二过渡段的结构示意图。

图4示出了根据本发明的一些实施例提供的收起导向轮的示意图。

图5示出了根据本发明的另一些实施例提供的中央式胶轮列车转向系统的结构示意图。

图6示出了根据本发明的一些实施例提供的第一过渡段和第二过渡段的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。

能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。

如上所述，现有的机械导向胶轮列车的专用导向轨道存在建设成本高、建设周期长等缺陷，同时限制了车辆的灵活应用。现有的电子导向胶轮列车很难达到绝对意义上的轨道行驶，在进站、混合路权行驶等特定应用场景需要通过提升系统的复杂程度来提高行驶精度，从而保障安全行驶。

为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种胶轮列车的转向系统、一种胶轮列车转向系统的控制方法、一种胶轮列车，以及一种计算机可读存储介质，用于降低专用导向轨道的建设成本和建设周期、保障列车的安全行驶，并降低转向系统的复杂程度。

请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的胶轮列车转向系统的结构示意图。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，胶轮列车的转向系统可以包括主动导向模块11、导向轮12和处理器(未绘示)。该主动导向模块11适于向列车提供主动转向力，以控制列车沿虚拟轨道进行主动转向。该导向轮12适于接触机械导向路段的地面导向结构，将地面导向结构提供的作用力传递到列车，以实现列车的机械转向。该处理器通信连接主动导向模块11，适于控制主动导向模块11根据虚拟轨道和地面导向结构提供适当的主动转向力，以在对应的低成本轨道上进行安全、精确地转向，从而降低专用导向轨道的建设成本和建设周期、保障列车的安全行驶，并降低转向系统的复杂程度。

上述主动导向模块11可以设于列车的第一车轴，适于通过铰接在列车转向架上的第一连杆13连接第一车轴的左右胶轮14。响应于主动转向的指令，主动导向模块11可以驱动第一连杆13带动第一车轴的左右胶轮14围绕其对应的转向销轴15旋转，以控制列车进行主动转向。

在一些优选的实施例中，主动导向模块11可以分别设于列车的各车轴，适于通过铰接在列车转向架上的第一连杆13连接各车轴的左右胶轮14。响应于主动转向的指令，设于各车轴的主动导向模块11可以分别驱动对应的第一连杆13带动对应的胶轮14围绕其对应的转向销轴15旋转，以控制列车的各节编组进行同步的主动转向。

上述导向轮12可以通过第二连杆16连接列车第一车轴的左右胶轮14。该第一车轴是指在列车行驶方向上的第一根车轴。在列车进行机械转向时，导向轮12可以接触列车轨道的地面导向结构17，并在地面导向结构17的侧壁上滚动。此时，导向轮12可以通过第二连杆16将地面导向结构17提供的作用力传递到第一车轴的左右胶轮14，以驱动第一车轴的左右胶轮14围绕对应的转向销轴15旋转。在一些实施例中，处理器可以根据地面导向结构17两侧的间距，调节第一车轴的主动导向模块11提供的主动转向力，从而在第一车轴实现机械导向和电子导向之间的切换。

本领域的技术人员可以理解，上述只为第一车轴配置导向轮12的方案只是本发明提供的一种非限制性的实施例，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

优选地，在另一些实施例中，列车的每一车轴都可以配置两个导向轮12，用于配合地面导向结构17进行本车轴的机械转向。更进一步地，处理器还可以根据地面导向结构17两侧的间距，调节各车轴的主动导向模块11提供的主动转向力，从而在列车的每一车轴都实现机械导向和电子导向之间的切换。

在本发明的一些实施例中，地面导向结构可以包括两侧导向式、中央沟槽导向式、中央导向式和跨座导向式。相应地，导向轮12可以配置为不同的样式，以配合不同类型的地面导向结构。

请参考图2A～2D，图2A示出了根据本发明的一些实施例提供的两侧导向式地面导向结构的示意图。图2B示出了根据本发明的一些实施例提供的中央沟槽导向式地面导向结构的示意图。图2C示出了根据本发明的一些实施例提供的中央导向式地面导向结构的示意图。图2D示出了根据本发明的一些实施例提供的跨座导向式地面导向结构的示意图。

如图1、图2A及图2B所示，在两侧导向式地面导向结构或中央沟槽导向式地面导向结构的实施例中，列车的第一车轴可以配置两个导向轮12。该两个导向轮12可以分别设于列车底部的两侧，用于分别接触位于虚拟轨道两侧的地面导向结构17。在列车的行驶过程中，处理器可以执行一种胶轮列车转向系统的控制方法，适于控制主动导向模块11根据虚拟轨道和地面导向结构17提供适当的主动转向力，从而在列车的第一车轴实现机械导向功能和电子导向功能的切换。

在一些实施例中，电子导向路段中虚拟轨道的两侧可以不设置地面导向结构17，从而大幅地降低列车轨道地建设成本，并大幅地缩短其建设周期。当列车处于电子导向路段时，导向轮12无法接触地面导向结构17也不能提供转向力。此时，处理器可以首先利用车载的感应装置追踪地面的虚拟轨道，以确定目标行驶路径。追踪地面虚拟轨道的技术手段包括但不限于借助图像识别、电子地图、激光检测、惯性/卫星导航、电磁感应，或其中两种及以上的融合技术。

之后，处理器可以根据地面虚拟轨道指示的目标行驶路径计算列车的目标转角，再根据列车的目标转角控制主动导向模块11向列车提供主动转向力，以控制列车沿虚拟轨道指示的目标路径进行主动转向。该主动转向力包括但不限于改变走行胶轮14方向的机械力，以及通过调节左右轮的转速产生的转向力。主动导向模块11可以利用该主动转向力调整列车的各节编组的车厢姿态，从而使每个走行系统的中心位置或车辆某些特定位置行驶在虚拟轨道线上，以便于胶轮列车的灵活应用。

可选地，在另一些实施例中，电子导向路段中虚拟轨道的两侧可以设置地面导向结构17，但两侧地面导向结构17之间的间距应当大于两个展开导向轮12之间的间距，以使导向轮12无法接触到地面导向结构17。与上述实施例相同，当列车处于电子导向路段时，导向轮12无法接触地面导向结构17也不能提供转向力，列车可以在主动导向模块11提供的主动转向力的作用下进行主动转向，沿虚拟轨道指示的路径行驶以便于胶轮列车的灵活应用。

请进一步参考图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的第一过渡段和第二过渡段的结构示意图。在该实施例中，第一过渡段31是指位于从电子导向路段到机械导向路段之间的路段，第二过渡段32是指位于从机械导向路段到电子导向路段之间的路段。

如图3所示，在第一过渡段31中，虚拟轨道两侧的地面导向结构17之间的间距随第一过渡段31的延伸而逐渐减小。随着列车向前驶入第一过渡段31，地面导向结构17向导向轮12提供的作用力将逐步增大。此时，处理器可以控制主动导向模块11逐步减小其提供的主动转向力，从而将驱动列车转向的工作逐步交给导向轮12和地面导向结构17来完成。

具体来说，处理器可以利用车载的感应装置实时感知虚拟轨道，并通过识别虚拟轨道上设置的标识符来判断列车是否进入第一过渡段31。响应于判断列车进入第一过渡段31，处理器可以首先根据虚拟轨道指示的目标转角计算列车需要的总转向力，并监测两侧地面导向结构17向列车提供的作用力。之后，处理器可以将列车需要的总转向力和地面导向结构17提供的作用力相减，以计算需要主动导向模块11进一步提供的主动转向力。

如上所述，随着列车向前驶入第一过渡段31，地面导向结构17向导向轮12提供的作用力将逐步增大。相对应地，在列车需要的总转向力不变的情况下，需要主动导向模块11提供的主动转向力将随第一过渡段31的延伸而逐步降低。可以理解的是，即使列车的目标转角发生改变，列车需要的总转向力也随之发生改变，需要主动导向模块提供的主动转向力与总转向力的比值仍将随第一过渡段31的延伸而逐步降低。也就是说，主动导向模块11将在处理器的控制下逐步退出转向工作，从而将驱动列车转向的工作逐步交给导向轮12和地面导向结构17来完成。

在本发明的一些实施例中，可以将胶轮列车的进站路段、混合路权路段等安全要求最高的路段划分为机械导向路段。位于机械导向路段两侧的地面导向结构17之间的间距可以等于展开的两个导向轮12的间距。

当列车离开第一过渡段31而进入机械导向路段时，两个导向轮12可以分别在对应侧的地面导向结构17的侧壁上滚动，通过第二连杆16将地面导向结构17提供的作用力传递到第一车轴的左右胶轮14，以驱动第一车轴的左右胶轮14围绕对应的转向销轴15旋转，从而实现列车的机械转向。

如上所述，处理器可以利用车载的感应装置实时感知虚拟轨道，并通过识别虚拟轨道上设置的标识符来判断列车是否进入机械导向路段。响应于判断列车进入机械导向路段，处理器可以控制主动导向模块11进入待机状态，从而停止提供主动转向力。在导向轮12和地面导向结构17提供的作用力下，列车不需要主动导向模块11提供的主动转向力也可以沿轨道安全、精确地行驶。

通过将对电子转向系统的复杂程度要求最高的进站路段、混合路权路段等对安全要求最高的路段配置为机械导向路段，转向系统可以利用导向轮12配合地面导向结构17来完成列车的转向，从而大幅地降低电子转向系统的复杂程度。

如图3所示，在第二过渡段32中，虚拟轨道两侧的地面导向结构17之间的间距随第二过渡段32的延伸而逐渐增大。随着列车向前驶入第二过渡段32，地面导向结构17向导向轮12提供的作用力将逐步减小。此时，处理器需要控制主动导向模块11逐步增大其提供的主动转向力，以维持列车沿虚拟轨道指示的路径行驶。

具体来说，处理器可以利用车载的感应装置实时感知虚拟轨道，并通过识别虚拟轨道上设置的标识符来判断列车是否进入第二过渡段32。响应于判断列车进入第二过渡段32，处理器可以根据虚拟轨道指示的目标转角计算列车需要的总转向力，并监测两侧地面导向结构17向列车提供的作用力。之后，处理器可以将列车需要的总转向力和地面导向结构17提供的作用力相减，以计算需要主动导向模块11进一步提供的主动转向力。

如上所述，随着列车向前驶入第二过渡段32，地面导向结构17能够向导向轮12提供的作用力将逐步减小。相对应地，在列车需要的总转向力不变的情况下，需要主动导向模块11提供的主动转向力将随第二过渡段32的延伸而逐步增大。可以理解的是，即使列车的目标转角发生改变，列车需要的总转向力也随之发生改变，需要主动导向模块11提供的主动转向力与总转向力的比值仍将随第二过渡段32的延伸而逐步升高。也就是说，主动导向模块11将在处理器的控制下逐步介入转向工作，从而逐步接管驱动列车转向的工作。

请参考图4，图4示出了根据本发明的一些实施例提供的收起导向轮的示意图。

如图4所示，在一些实施例中，第二连杆16可以通过可旋转结构连接第一连杆13，导向轮12可以随第二连杆16一起进行旋转，以具备展开状态和收起状态。处理器可以利用车载的感应装置实时感知虚拟轨道，并通过识别虚拟轨道上设置的标识符来判断列车当前的路段种类。当列车进入电子导向路段，处理器可以利用执行机构向中间旋转第二连杆16，从而向中间收起两个导向轮12，以使导向轮12脱离地面导向结构17。当列车离开电子导向路段，处理器可以利用执行机构向两侧旋转第二连杆16，从而向两侧展开两个导向轮12，以使导向轮12接触地面导向结构的侧壁来产生作用力。

本领域的技术人员可以理解，上述对应两侧导向式地面导向结构和中央沟槽导向式地面导向结构的转向系统只是本发明提供的一种非限制性的实施例，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。

请结合参考图2C、图2D及图5，图5示出了根据本发明的另一些实施例提供的中央式胶轮列车转向系统的结构示意图。

如图2C、图2D及图5所示，在中央导向式地面导向结构或跨座导向式地面导向结构的实施例中，列车的第一车轴可以配置两个导向轮52。该两个导向轮52可以都设于列车底部的中央，适于分别接触位于机械导向路段中央的地面导向结构57的两侧，从而将地面导向结构57提供的作用力传递到列车，以进行列车的机械转向。在列车的行驶过程中，处理器可以执行一种对应的胶轮列车转向系统的控制方法，适于控制主动导向模块51根据虚拟轨道和地面导向结构57提供适当的主动转向力，从而在列车的第一车轴实现机械导向功能和电子导向功能的切换。

在一些实施例中，电子导向路段中虚拟轨道的中央可以不设置地面导向结构57，从而大幅地降低列车轨道地建设成本，并大幅地缩短其建设周期。当列车处于电子导向路段时，导向轮52无法接触地面导向结构57也不能提供转向力。此时，处理器可以首先利用车载的感应装置追踪地面的虚拟轨道，以确定目标行驶路径。追踪地面虚拟轨道的技术手段包括但不限于借助图像识别、电子地图、激光检测、惯性/卫星导航、电磁感应，或其中两种及以上的融合技术。

之后，处理器可以根据地面虚拟轨道指示的目标行驶路径计算列车的目标转角，再根据列车的目标转角控制主动导向模块51向列车提供主动转向力，以控制列车沿虚拟轨道指示的目标路径进行主动转向。该主动转向力包括但不限于改变走行胶轮54方向的机械力，以及通过调节左右轮的转速产生的转向力。主动导向模块51可以利用该主动转向力调整列车的各节编组的车厢姿态，从而使每个走行系统的中心位置或车辆某些特定位置行驶在虚拟轨道线上，以便于胶轮列车的灵活应用。

可选地，在另一些实施例中，电子导向路段中虚拟轨道的中央可以设置地面导向结构57，但地面导向结构57两侧的间距应当小于两个导向轮52之间的间距，以使导向轮52无法接触到地面导向结构57。与上述实施例相同，当列车处于电子导向路段时，导向轮52无法接触地面导向结构57也不能提供转向力，列车可以在主动导向模块51提供的主动转向力的作用下进行主动转向，沿虚拟轨道指示的路径行驶以便于胶轮列车的灵活应用。

请进一步参考图6，图6示出了根据本发明的一些实施例提供的第一过渡段和第二过渡段的结构示意图。在该实施例中，第一过渡段61是指位于从电子导向路段到机械导向路段之间的路段，第二过渡段62是指位于从机械导向路段到电子导向路段之间的路段。

如图6所示，在第一过渡段61中，地面导向结构57两侧的间距随第一过渡段61的延伸而逐渐增大。随着列车向前驶入第一过渡段61，地面导向结构57向导向轮52提供的作用力将逐步增大。此时，处理器可以控制主动导向模块51逐步减小其提供的主动转向力，从而将驱动列车转向的工作逐步交给导向轮52和地面导向结构57来完成。

具体来说，处理器可以利用车载的感应装置实时感知虚拟轨道，并通过识别虚拟轨道上设置的标识符来判断列车是否进入第一过渡段61。响应于判断列车进入第一过渡段61，处理器可以首先根据虚拟轨道指示的目标转角计算列车需要的总转向力，并监测中央地面导向结构57向列车提供的作用力。之后，处理器可以将列车需要的总转向力和地面导向结构57能够提供的作用力相减，以计算需要主动导向模块51进一步提供的主动转向力。

如上所述，随着列车向前驶入第一过渡段61，地面导向结构57向导向轮52提供的作用力将逐步增大。此时，需要主动导向模块提供的主动转向力与总转向力的比值将随第一过渡段61的延伸而逐步降低。也就是说，主动导向模块61将在处理器的控制下逐步退出转向工作，从而将驱动列车转向的工作逐步交给导向轮52和地面导向结构57来完成。

当列车离开第一过渡段61而进入机械导向路段时，两个导向轮52可以分别在对应侧的地面导向结构57的侧壁上滚动，通过第二连杆将地面导向结构57提供的作用力传递到第一车轴的左右胶轮54，以驱动第一车轴的左右胶轮54围绕对应的转向销轴55旋转，从而实现列车的机械转向。

如上所述，处理器可以利用车载的感应装置实时感知虚拟轨道，并通过识别虚拟轨道上设置的标识符来判断列车是否进入机械导向路段。响应于判断列车进入机械导向路段，处理器可以控制主动导向模块51进入待机状态，从而停止提供主动转向力。在导向轮52和地面导向结构57提供的作用力下，列车不需要主动导向模块51提供的主动转向力也可以沿轨道安全、精确地行驶。

如图6所示，在第二过渡段62中，虚拟轨道的地面导向结构57两侧的间距随第二过渡段62的延伸而逐渐减小。随着列车向前驶入第二过渡段62，地面导向结构57向导向轮52提供的作用力将逐步减小。此时，处理器需要控制主动导向模块51逐步增大其提供的主动转向力，以维持列车沿虚拟轨道指示的路径行驶。

具体来说，处理器可以利用车载的感应装置实时感知虚拟轨道，并通过识别虚拟轨道上设置的标识符来判断列车是否进入第二过渡段62。响应于判断列车进入第二过渡段62，处理器可以根据虚拟轨道指示的目标转角计算列车需要的总转向力，并监测中央地面导向结构57向列车提供的作用力。之后，处理器可以将列车需要的总转向力和地面导向结构57能够提供的作用力相减，以计算需要主动导向模块51进一步提供的主动转向力。

如上所述，随着列车向前驶入第二过渡段62，地面导向结构57向导向轮52提供的作用力将逐步减小。此时，需要主动导向模块51提供的主动转向力与总转向力的比值将随第二过渡段62的延伸而逐步升高。也就是说，主动导向模块51将在处理器的控制下逐步介入转向工作，从而逐步接管驱动列车转向的工作。

尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种胶轮列车。

本发明提供的上述胶轮列车可以包括上述任意一个实施例所提供的两侧式胶轮列车转向系统或中央式胶轮列车转向系统，能够降低专用导向轨道的建设成本和建设周期、保障列车的安全行驶，并降低转向系统的复杂程度。

根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。

本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该计算机指令被处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的胶轮列车转向系统的控制方法，从而降低专用导向轨道的建设成本和建设周期、保障列车的安全行驶，并降低转向系统的复杂程度。

尽管上述的实施例所述的控制器40是可以通过软件与硬件的组合来实现的。但是可以理解，控制器40也可在软件、硬件中加以实施。对于硬件实施而言，控制器40可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。对软件实施而言，控制器40可通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块执行一个或多个本文中描述的功能和操作。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (18)

1.一种胶轮列车的转向系统，其特征在于，包括：

主动导向模块，适于向列车提供主动转向力以控制所述列车转向；

导向轮，适于接触机械导向路段的地面导向结构，将所述地面导向结构提供的作用力传递到所述列车以实现所述列车的转向；以及

处理器，配置为：

根据地面的虚拟轨道控制所述主动导向模块向所述列车提供主动转向力，以控制所述列车沿所述虚拟轨道主动转向；

响应于所述列车进入第一过渡段，逐步减小所述主动转向力以控制所述主动导向模块逐步退出工作，其中，所述第一过渡段位于从电子导向路段到所述机械导向路段之间的路段；以及

响应于所述列车进入第二过渡段，逐步增大所述主动转向力以控制所述主动导向模块逐步介入工作，其中，所述第二过渡段位于从所述机械导向路段到所述电子导向路段之间的路段。

2.如权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述处理器进一步配置为：

根据所述虚拟轨道计算所述列车的目标转角；以及

根据所述列车的目标转角控制所述主动导向模块向所述列车提供所述主动转向力。

3.如权利要求2所述的转向系统，其特征在于，所述第一过渡段的地面导向结构和所述第二过渡段的地面导向结构均为渐变结构，所述处理器进一步配置为：

根据所述列车的目标转角计算所述列车需要的总转向力；以及

根据所述总转向力和所述地面导向结构提供的作用力，计算需要所述主动导向模块提供的主动转向力，其中，需要所述主动导向模块提供的主动转向力与所述总转向力的比值随所述第一过渡段的延伸而降低，并随所述第二过渡段的延伸而升高。

4.如权利要求3所述的转向系统，其特征在于，所述处理器还配置为：

当所述列车位于所述机械导向路段，控制所述主动导向模块停止提供所述主动转向力。

5.如权利要求4所述的转向系统，其特征在于，所述处理器还配置为：

感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述第一过渡段；

感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述第二过渡段；以及

感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述机械导向路段。

6.如权利要求1所述的转向系统，其特征在于，所述主动导向模块通过铰接在列车转向架上的第一连杆连接所述列车的各胶轮，适于驱动所述第一连杆带动各所述胶轮围绕对应的转向销轴旋转，

所述列车的第一车轴对应两个所述导向轮，两个所述导向轮通过第二连杆连接所述第一车轴的左右胶轮，适于利用所述地面导向结构提供的作用力驱动所述左右胶轮围绕对应的转向销轴旋转。

7.如权利要求6所述的转向系统，其特征在于，两个所述导向轮分别设于所述列车的两侧，适于分别接触所述机械导向路段两侧的地面导向结构以传递所述作用力，其中，

所述电子导向路段不设置地面导向结构，或所述电子导向路段两侧的地面导向结构的间距大于两个所述导向轮的间距，

所述第一过渡段两侧的地面导向结构的间距逐渐减小以提供逐步增大的作用力，

所述第二过渡段两侧的地面导向结构的间距逐渐增大以提供逐步减小的作用力。

8.如权利要求7所述的转向系统，其特征在于，所述处理器还配置为：

响应于所述列车进入所述电子导向路段而向中间收起两个所述导向轮，以使所述导向轮脱离所述地面导向结构；以及

响应于所述列车离开所述电子导向路段而向两侧展开两个所述导向轮，以使所述导向轮接触所述地面导向结构。

9.如权利要求6所述的转向系统，其特征在于，两个所述导向轮都设于所述列车的中央，适于分别接触所述机械导向路段中央的地面导向结构的两侧以传递所述作用力，其中，

所述电子导向路段不设置地面导向结构，或所述电子导向路段中央的地面导向结构的两侧间距小于两个所述导向轮的间距，

所述第一过渡段中央的地面导向结构的两侧间距逐渐增大以提供逐步增大的作用力，

所述第二过渡段的中央地面导向结构的两侧间距逐渐减小以提供逐步减小的作用力。

10.如权利要求6所述的转向系统，其特征在于，所述列车的其余车轴也分别对应两个所述导向轮，各所述导向轮分别通过对应的第二连杆连接对应车轴的左右胶轮，适于利用所述地面导向结构提供的作用力驱动对应的左右胶轮围绕对应的转向销轴旋转。

11.一种胶轮列车转向系统的控制方法，其特征在于，包括：

根据地面的虚拟轨道控制主动导向模块向所述列车提供主动转向力，以控制所述列车沿所述虚拟轨道主动转向；

响应于所述列车进入第一过渡段，逐步减小所述主动转向力以控制所述主动导向模块逐步退出工作，其中，所述第一过渡段位于从电子导向路段到机械导向路段之间的路段；以及

响应于所述列车进入第二过渡段，逐步增大所述主动转向力以控制所述主动导向模块逐步介入工作，其中，所述第二过渡段位于从所述机械导向路段到所述电子导向路段之间的路段。

12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，控制所述列车沿所述虚拟轨道主动转向的步骤包括：

根据所述虚拟轨道计算所述列车的目标转角；以及

根据所述列车的目标转角控制所述主动导向模块向所述列车提供所述主动转向力。

13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述第一过渡段的地面导向结构和所述第二过渡段的地面导向结构均为渐变结构，控制所述主动导向模块逐步退出工作及逐步介入工作的步骤包括：

根据所述列车的目标转角计算所述列车需要的总转向力；以及

根据所述总转向力和所述地面导向结构提供的作用力，计算需要所述主动导向模块提供的主动转向力，其中，需要所述主动导向模块提供的主动转向力与所述总转向力的比值随所述第一过渡段的延伸而降低，并随所述第二过渡段的延伸而升高。

14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，还包括：

当所述列车位于所述机械导向路段，控制所述主动导向模块停止提供主动转向力。

15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，还包括：

感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述第一过渡段；

感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述第二过渡段；以及

感知所述虚拟轨道以判断所述列车是否位于所述机械导向路段。

16.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，所述列车的两侧设有两个导向轮，适于分别接触所述机械导向路段两侧的地面导向结构以传递作用力，所述控制方法还包括：

响应于所述列车进入所述电子导向路段而向中间收起两个所述导向轮，以使所述导向轮脱离所述地面导向结构；以及

响应于所述列车离开所述电子导向路段而向两侧展开两个所述导向轮，以使所述导向轮接触所述地面导向结构。

17.一种胶轮列车，其特征在于，包括权利要求1～10中任一项所述的胶轮列车的转向系统。

18.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，实施如权利要求11～16中任一项所述的胶轮列车转向系统的控制方法。

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