CN114407958B - 一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，用于包括至少前、后组胶轮的连接及转向，包括：转向架连接机构，用于连接胶轮；转向梯形机构，至少包括第一、第二转向梯形机构，用于分别连接前组胶轮和后组胶轮；协同转向机构，设置在前后组胶轮之间，包括第一、第二协同转向连杆，第一协同转向连杆的第一端与第一转向梯形机构铰接，其第二端铰接在设置在转向架连接机构上的一铰接盘上，第二协同转向连杆的第一端与第二转向梯形机构铰接，其第二端铰接于铰接盘上，第一协同转向连杆的第一端和第二协同转向连杆的第一端相对铰接盘对称布置。本发明解决了长编组汽车列车的多轴转向架的轨迹跟随功能，提升长编组汽车列车的承载能力，增加运营效率。

Description

一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置

技术领域

本发明主要涉及一种胶轮转向的导向架，尤其涉及一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置。

背景技术

在城市公共交通系统中，由于传统公交车运力少，通常会通过铰接多节车厢来组成铰接式胶轮列车增加运力，在中小城市中发展胶轮列车替代传统的公交车，在保证胶轮列车通过性和转向性能等安全因素条件下，其不仅能够提高运输能力而且能降低运输成本30％左右。

铰接式汽车列车作为类轨道行驶车辆，与轨道交通有大量相似之处，但是由于车辆运行路面没有轨道，需要借助全轮转向结构完成整个车辆的无偏差跟随。通常条件下，由于车辆长度较大，汽车列车采用独立单个车桥结构，容易造成承载能力不够，如果采用多桥结构，会造成车辆轮胎磨损，特别是多铰接结构车辆轮胎损会加剧。

中国实用新型专利授权公告号：CN204368167U，发明名称为：一种100％低地板轻轨车辆用无动力转向架，其中揭示了一种轨道车辆常用双轮式转向架，主要由构架装置、轮对轴箱定位装置、基础制动装置、二系悬挂装置组合装配而成，但是由于轨道车辆的硬性轨道导向结构，能够简化转向架的控制策略，不能直接应用到公路用的胶轮转向过程中。

中国发明专利申请公布号：CN105216548A，发明名称为：一种橡胶车轮驱动轮对，其中揭示了一种带驱动的橡胶车轮，利用左右车轮的转速差实现车辆的转向功能和跟随功能。该技术方案中利用差速转向，无法进行多轴协同控制，限制了橡胶车轮轮对的发展。

中国发明专利申请公布号：CN110816167A，发明名称为：一种具有可转向橡胶车轮的转向架轮对及橡胶轮胎转向架，其中揭示了两橡胶车轮的转向架结构，但是由于结构复杂，依然需要通过差速等控制完成车辆的精确控制，且转向架利用液压结构和传动齿轮箱进行转动，需要增加换向阀和ECU，减小车辆导向结构的可靠性。且专利中没有利用协同转向功能进行设计，车辆无法进行转向，或者转向时易发生轮胎磨损。

由此可见，由于铰接式汽车列车的转向结构需求，需要发展一款新的结合大承载与转向功能的相匹配的胶轮导向转向架。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，该装置首先根据第一轴的转向角度和后轮的转向方式求取车辆整车胶轮导向转向架的转向角度，然后根据利用转向驱动机构推动胶轮导向转向架的后轴转向，利用协同转向连杆带动胶轮导向转向架的前轴完成转向。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，用于包括至少前、后组胶轮的连接及转向，其特征在于，包括：

转向架连接机构，用于连接所述胶轮；

转向梯形机构，至少包括第一、第二转向梯形机构，用于分别连接所述前组胶轮和所述后组胶轮；

协同转向机构，设置在所述前后组胶轮之间，包括第一、第二协同转向连杆，所述第一协同转向连杆的第一端与所述第一转向梯形机构铰接，其第二端铰接在设置在所述转向架连接机构上的一铰接盘上，所述第二协同转向连杆的第一端与所述第二转向梯形机构铰接，其第二端铰接于所述铰接盘上，所述第一协同转向连杆的第一端和所述第二协同转向连杆的第一端相对所述铰接盘对角布置；

其中，所述铰接盘的位置满足：

其中，L_r为所述后组胶轮到所述铰接盘的距离，W为后组胶轮之间的距离，S_f为所述第一协同转向连杆的两端的间距，Sr为所述第二协同转向连杆的两端的间距。

比较好的是，本发明进一步提供了一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，其特征在于，

所述后组胶轮到所述铰接盘的距离L_r满足：

其中，δ_guide、δ_r分别为前组、后组胶轮转向角。

比较好的是，本发明进一步提供了一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，其特征在于，

所述装置进一步包括转向驱动机构，所述转向驱动机构通过铰接方式与所述后组胶轮其中之一的转向节臂连接，推动所述后组胶轮实现转向，并带动所述第一、第二转向梯形机构运动。

比较好的是，本发明进一步提供了一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，其特征在于，

所述第一、第二转向梯形机构包括一横拉杆，以及分别铰接于该横拉杆两端的一斜拉杆，一横拉杆和两斜拉杆呈梯形状。

比较好的是，本发明进一步提供了一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，其特征在于，

所述第一协同转向连杆的第一端与所述第一转向梯形机构的所述斜拉杆和所述横拉杆相交处铰接，所述第二协同转向连杆的第一端与所述第二转向梯形机构的所述斜拉杆和所述横拉杆相交处铰接。

比较好的是，本发明进一步提供了一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，其特征在于，

所述第一、第二协同转向连杆的大小及形状相同。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明解决了长编组汽车列车的多轴转向架的轨迹跟随功能，提升长编组汽车列车的承载能力，增加运营效率。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本发明一较佳实施例的基本结构示意图；

图2是基于图1的实施例的车辆转向时前后轮转向角度关系的示意图。

附图标记

11～14――胶轮

2――转向架连接机构

21――纵梁

31――第一转向梯形机构

32――第二转向梯形机构

31――横拉杆

32，33――斜拉杆

4――转向驱动机构

5――协同转向机构

51――第一协同转向连杆

52――第二协同转向连杆

6――铰接盘

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。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来讲，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。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

本发明的胶轮导向转向架是安装在汽车上的转向装置，与铁路车辆的转向架结构类似，利用转向架中间轴的主动转向单元进行转向，带动整个车辆的运动。

请参见图1所示，该图示为胶轮导向转向架装置的结构示意图。

图示的较佳实施例中，包括两组四胶轮11～14，通过转向架连接机构2连接，该机构包括一纵梁21和上下两横梁，组成工字形结构。

该较佳实施例中，胶轮11、12为前轮，胶轮13、14为后轮。通过第一转向梯形机构31将两两前轮11和12连接，通过第二转向梯形机构32将两两后轮13和14连接。

该第一、第二转向梯形机构31、32，各包括一横拉杆31，以及分别铰接于该横拉杆31两端的一斜拉杆32和33，一横拉杆31和两斜拉杆32，33呈梯形状。

(图中仅示意了第一转向梯形机构31的组成)。

此外，本较佳实施例在后轮中间位置安装有一转向驱动机构4，该机构与其中之一后轮的转向节臂(未图示出)活动连接，推动后轮转向，带动第一、第二转向梯形机构31和32运动，带动后轴左右轮协同运动。

为解决前后轮转向一致性问题，本发明在前后轮之间还设置有协同转向机构5，该机构包括形状和结构一致的第一、第二协同转向连杆51和52。

第一、第二协同转向连杆51和52分别包括铰接的两段连杆，第一协同转向连杆51的第一段连杆的端部与所述第一转向梯形机构31相铰接，第二段连杆的端部与设置在转向架连接机构2上的一铰接盘6相铰接，第二协同转向连杆52的第一段连杆的端部与第二转向梯形机构32相铰接，其第二段连杆的端部与铰接盘6相铰接，第一协同转向连杆51和第二协同转向连杆52相对铰接盘6对角布置。

其中，铰接盘6设置在转向架连接机构2的纵梁21上。且第一协同转向连杆51的第一端和第二协同转向连杆52的第一端相对铰接盘6对角布置。

图示中，S_f为所述第一协同转向连杆的两段连杆铰接点与所述铰接盘的间距，Sr为所述第二协同转向连杆的两段连杆铰接点与所述铰接盘的间距，两个参数满足：

其中，L_r为后轮到转向中心点的距离，W为胶轮导向转向架两个车轮之间的距离。

下面具体说明上述公式(1)的关系。

本发明的胶轮转向架装置应用于汽车列车上转向时，需要遵循Ackermann转向定律，简化分析方法，采用中心轮进行分析，可以得到双胶轮导向转向架转向时，前后转向理论需要遵循转向准则，如图2，所示为前后轮转向时角度关系示意图。

根据车辆转向理论，转向时，车辆绕中心转向点o运动，图中可以计算得到，前轮和后轮的转向关系导向车桥以及胶轮导向转向架安装位置以及转向架的结构决定。

通常条件下，车辆的转向轮即前轮11的转角较小，即：

δ_guide<<1 (2)

根据计算可以得到导向角与结构参数的关系：

其中，L_f为前轴转向距离，h为车辆前后轮中心点到中心转向点o的距离。

同样，可以计算得到胶轮导向架后轮13、14与前轮11之间的转向关系，得到：

根据车辆全轮转向运行时的运动特征，可以计算出胶轮导向转向架后轮与前轮呈线性关系，根据计算可以得到比例关系：

通常条件下，车辆的后轴转向距离L_r与整车设计相关，W为胶轮导向转向架两个车轮之间的距离。为了满足转向架前后车轮的转向，胶轮导向转向架的前轴与后轴到转向中心的距离呈一定的比例，即：

其中L_r的计算进一步参照图2说明：

全轮转向的车辆，前后轮转向方向相反，并呈一定的比例关系，即前轮转向角和后轮转向角之间关系为：

δ_guide＝-kδ_r (8)

车辆轴距为：

L＝L_r+L_f (9)

根据转向定律中的几何关系得到：

由此推导得出：

在获得L_r之后，回到公式(1)中，由此确定铰接盘6的位置关系。

一旦确定该铰接盘6的位置后，将相对该铰接盘6轴对称的第一、第二协同转向连杆51、52的两段连杆中第一端铰接在该铰接盘6，第二端铰接两梯形机构的横拉杆和斜拉杆的相交点。

由于第一、第二协同转向连杆51和52起到拉杆作用，其形状并不限于上述实施例中的形状，还可以根据具体环境进行变形。

综上所述，本发明的胶轮导向转向架装置首先根据第一轴的转向角度和后轮的转向方式求取车辆整车胶轮导向转向架的转向角度，然后根据利用转向驱动机构推动胶轮导向转向架的后轴转向，利用协同转向连杆带动胶轮导向转向架的前轴完成转向。同时，此胶轮导向转向架的架构可以扩展到三胶轮至多胶轮结构的导向转向架。

采用上述技术方案，本发明的有益效果包括如下几方面：

第一，利用多轴胶轮转向架提高多编组车辆的承载能力；

第二，利用多轴转向协同方法实现了车辆的转向功能；

第三，完成了多轴胶轮转向架的机械连杆的转向设计。

本申请的技术方案采用单一转向驱动装置实现胶轮导向转向架的转向与跟随，多驱动装置的转向结构为本专利的替代方案。胶轮转向架结构中的前后车轮不采用机械连接，前后轴分别用单独的驱动机构转向，按照一定的转向比例直接控制。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是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、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。

计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，用于包括至少前、后组胶轮的连接及转向，其特征在于，包括：

转向架连接机构，用于连接所述胶轮；

转向梯形机构，至少包括第一、第二转向梯形机构，用于分别连接所述前组胶轮和所述后组胶轮；

协同转向机构，设置在所述前后组胶轮之间，包括第一、第二协同转向连杆，所述第一、第二协同转向连杆分别包括铰接的两段连杆，所述第一协同转向连杆的第一段连杆的端部与所述第一转向梯形机构相铰接，其第二段连杆的端部与设置在所述转向架连接机构上的一铰接盘相铰接，所述第二协同转向连杆的第一段连杆的端部与所述第二转向梯形机构相铰接，其第二段连杆的端部与所述铰接盘相铰接，所述第一协同转向连杆和所述第二协同转向连杆相对所述铰接盘对角布置；

其中，所述铰接盘的位置满足：

其中，L_r为所述后组胶轮到所述铰接盘的距离，W为后组胶轮之间的距离，S_f为所述第一协同转向连杆的两段连杆铰接点与所述铰接盘的间距，Sr为所述第二协同转向连杆的两段连杆铰接点与所述铰接盘的间距。

2.根据权利要求1所述的用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，其特征在于，

所述后组胶轮到所述铰接盘的距离L_r满足：

其中，δ_guide、δ_r分别为前组、后组胶轮转向角，L_f为前轴转向距离。

3.根据权利要求2所述的用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，其特征在于，

所述装置进一步包括转向驱动机构，所述转向驱动机构与所述后组胶轮其中之一的转向节臂活动连接，推动所述后组胶轮实现转向，并带动所述第一、第二转向梯形机构运动。

4.根据权利要求3所述的用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，其特征在于，

所述第一、第二转向梯形机构包括一横拉杆，以及分别铰接于该横拉杆两端的一斜拉杆，一横拉杆和两斜拉杆呈梯形状。

5.根据权利要求4所述的用于铰接式汽车列车的胶轮导向转向架装置，其特征在于，

所述第一协同转向连杆的第一端与所述第一转向梯形机构的所述斜拉杆和所述横拉杆相交处铰接，所述第二协同转向连杆的第一端与所述第二转向梯形机构的所述斜拉杆和所述横拉杆相交处铰接。

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