CN114407960B - 一种轨道车辆车间铰接实时调整系统及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨道车辆车间铰接实时调整系统及调整方法，该系统包括设置在相邻两个车厢之间的铰接结构及第一减震器，所述铰接结构内设置扭力传感器和车体转角传感器，所述扭力传感器和车体转角传感器与单片机的信号输入端通信连接；所述铰接结构包括单铰接结构和双铰接结构，所述单铰接结构上设有第二减震器，所述第二减震器和第一减震器与所述单片机的信号输出端连接。本发明当车辆向前行驶遇到纵向凹凸不平路面时，车辆的车间铰接实时调整系统控制铰接结构及减震器相互配合，在满足抗侧滚要求同时避免俯仰现象，并提高了车辆的行驶稳定性。

Description

一种轨道车辆车间铰接实时调整系统及调整方法

技术领域

本发明属于轨道车辆技术领域，尤其涉及一种轨道车辆车间铰接实时调整系统及调整方法。

背景技术

目前虚拟轨道车辆项目在国内外刚刚起步，其结构是由多辆单体车厢相互铰接形成车辆，行驶时每个单体车厢下部均设有主动转向装置，通过环境识别和主动转向控制，实现车辆中各单体车厢的行驶轨迹按照预定的路线行驶，因此可以取消轨道的导向限制作用，虚拟轨道车辆相对于轻轨和低地板车辆，无需建造轨道，成本上具有较大优势；且虚拟轨道车辆编组通常为3辆或4辆编组，长度通常可达30-40m，相比于铰接式公交车其长度更长，载客量更大；为了能在城市或市郊道路行驶，虚拟轨道车辆的转向装置与铰接式公交车的转向装置有所区别，其所有车桥均为转向桥，转向时各转向桥中转向轮的转角提前计算，根据计算结果由自动转向机构控制各车辆的转向角度，由于使用了主动转向装置，其转向较为灵活，可以用于城市道路行驶。

但是虚拟轨道车辆在城市内或市郊行驶时，长度较长，当道路出现纵向高低不平或有连续凹凸坡道时，车辆各车厢会出现俯仰现象；但传统的轨道车辆的铰接装置只允许相邻车厢之间可以绕铰接装置中心点处的竖直Z轴和横向Y轴相互略微旋转，适用于转弯半径大和凹凸坡道小的路面；现有的铰接式公交车通常在铰接装置与车厢的连接之间使用硬橡胶套连接，通过橡胶的变形作用适应车身的俯仰角的变化；但是虚拟轨道车辆的长度较铰接式公交车的长度更长，因此虚拟轨道车辆各个单体车厢的俯仰角度变化较大，铰接式公交车的铰接装置无法使用，传统的轨道车辆的铰接装置是车钩式结构，也无法满足这样的使用要求，中国实用新型专利CN213768572U公开了一种面向充气弹性元件失效的虚拟轨道列车失稳保护装置，其中车厢之间分别通过一个端部铰接结构连接，端部铰接结构中设置锁止装置，锁止装置动作时，限制第一车厢与第二车厢之间、或第二车厢与第三车厢的相互横摆运动。

同时，由于虚拟轨道车辆是在城市或市郊行驶，道路中可能会有井盖、石子等局部凹凸物，车辆驶过时车身会产生侧滚，现有的公交车铰接装置同样无法满足抗侧滚要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种轨道车辆车间铰接实时调整系统及调整方法，以解决轨道车辆行驶过程中出现的侧滚、俯仰现象。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种轨道车辆车间铰接实时调整系统，该系统包括设置在相邻两个车厢之间的铰接结构及第一减震器，所述铰接结构内设置扭力传感器和车体转角传感器，所述扭力传感器和车体转角传感器与单片机的信号输入端通信连接，所述第一减震器与单片机的信号输出端连接；

所述铰接结构包括单铰接结构和双铰接结构，位于车辆两端的车厢采用单铰接结构连接，位于车辆中间的任意两个车厢之间采用双铰接结构连接，所述单铰接结构上设有第二减震器，所述第二减震器与单片机的信号输出端连接；

相邻两个所述车厢之间设有两个所述第一减震器，所述第一减震器的一端固定在车厢端部，所述第一减震器的另一端固定在另一个车厢端部，两个所述第一减震器在车辆纵向竖直平面内呈交叉布置。

由此，当轨道车辆向前行驶遇到纵向凹凸不平路面时，各个车厢之间通过设置在铰接结构上的扭力传感器和车体转角传感器向单片机输入信号，在单片机的控制下使车辆在纵向竖直平面内的角度均可以根据路况实时变化，实现了轨道车辆在遇到纵向凹凸不平路面行驶时，仍能正常行驶，避免了俯仰现象；相邻两个车厢之间设置的第一减震器在单片机控制下通过实时改变其阻尼力对车厢俯仰产生的震动进行减震，如当车厢因路面不平而产生左右倾摆时，单片机控制第一减震器加大阻尼力对车厢的倾摆进行减震，满足抗侧滚要求，从而提高了车辆的行驶稳定性。

进一步，所述第一减震器、第二减震器为电子主动控制式双筒液压减震器，所述单片机的信号输出端与第一减震器、第二减震器的控制线通信连接。

再进一步，所述单铰接结构包括固定盘、铰接盘和转盘，所述固定盘固定在车厢端部，所述铰接盘固定在另一个车厢端部，所述固定盘与铰接盘通过所述转盘连接；

所述双铰接结构包括两个铰接盘和一个转盘，两个所述铰接盘分别固定在相邻的两个车厢的端部，两个所述铰接盘通过所述转盘连接。

更进一步，所述转盘包括上转盘体和下转盘体，所述下转盘体中央位置通过轴承设置可旋转的中心轴，所述中心轴插入中心孔内且可绕中心孔旋转，所述中心孔的内侧壁与中心轴之间设置所述扭力传感器，所述转盘的上转盘体与下转盘体之间设置所述转角传感器。

更进一步，所述轨道车辆为四编组虚拟轨道车辆，所述四编组虚拟轨道车辆包括设置于两端的第一车厢和第四车厢，位于两端车厢之间的第二车厢和第三车厢；

所述第一车厢与第二车厢之间、第三车厢与第四车厢之间分别通过一个单铰接结构连接；所述第二车厢与第三车厢之间通过一个双铰接结构连接；

所述第三车厢与第四车厢之间设置的单铰接结构相对于第一车厢与第二车厢之间设置的单铰接结构对称。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用上述的轨道车辆车间铰接实时调整系统进行调整的方法，包括如下步骤：

步骤一：当车辆直线行驶起步时，设置在车辆上的车速传感器将车辆车速发送给单片机，单片机接收车辆车速不为0，则所述单片机输出信号增大所有第一减震器和第二减震器的阻尼力，保证车辆直线行驶的稳定性，抑制车辆通过不平整路面时出现的俯仰、侧滚、摇头幅度；

步骤二：当车辆开始转向时，自动驾驶系统控制车辆转向，所述转角传感器将相邻车厢之间的转向角发送给单片机，车速传感器将车辆当前速度发送给单片机，则所述单片机输出信号减小所有第一减震器和第二减震器的阻尼力，并且使所有第二减震器的阻尼力接近于0，确保所有第一减震器的阻尼力大于所有第二减震器的阻尼力，即车辆向一侧转向时第二减震器作用较小，转向时第一减震器的阻尼力还起到部分减震作用，车辆转向时需要克服的阻尼力较小，且转弯时遇到不平路面也可以进行一定幅度的震动抑制作用，转弯时车辆的速度较小，可以保证其行驶稳定性。

本发明具有以下优点：当车辆向前行驶遇到纵向凹凸不平路面时，车辆的车间铰接实时调整系统控制铰接结构及减震器相互配合，在满足抗侧滚要求同时避免俯仰现象，并提高了车辆的行驶稳定性。

附图说明

图1为虚拟轨道车辆主视图；

图2为隐藏车厢之间折棚后的虚拟轨道车辆主视图；

图3为图2的俯视图；

图4为端部铰接结构爆炸图；

图5为端部铰接结构俯视图；

图6为固定盘结构主视图；

图7为铰接盘结构主视图；

图8为单片机连接示意图；

图9为第一车厢、第二车厢遇到纵向不平顺路面时第一车厢俯仰示意图；

图10为第二车厢、第三车厢遇到纵向不平顺路面时第二车厢前俯、第三车厢后仰示意图。

图中标记说明：1、第一车厢；2、第二车厢；3、第三车厢；4、第四车厢；5、单铰接结构；6、双铰接结构；7、铰接结构；9、第一减震器；10、固定盘；11、梯形平板；12、第一圆孔部；13、三角部；14、第二减震器；15、中心孔；20、铰接盘；21、长方平板；22、销孔；23、销轴；24、第二圆孔部；30、转盘；31、中心轴；41、扭力传感器；42、车体转角传感器；43、单片机；51、车速传感器；90、车厢。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本发明提供的轨道车辆车间铰接实时调整系统包括设置在相邻两个车厢90之间的铰接结构7及第一减震器9。

所述铰接结构7包括单铰接结构5和双铰接结构6，位于车辆两端的车厢采用单铰接结构5连接，位于车辆中间的任意两个车厢之间采用双铰接结构6连接。所述单铰接结构5上设有第二减震器14。所述单铰接结构5包括固定盘10、铰接盘20和转盘30，所述固定盘10固定在车厢端部，所述铰接盘20固定在另一个车厢端部，所述固定盘10与铰接盘20通过所述转盘30连接。所述双铰接结构6包括两个铰接盘20和一个转盘30，两个所述铰接盘20分别固定在相邻的两个车厢的端部，两个所述铰接盘20通过所述转盘30连接。

如图4和图8所示，所述转盘30包括上转盘体和下转盘体，所述下转盘体中央位置通过轴承设置可旋转的中心轴31，所述中心轴31插入中心孔15内且可绕中心孔15旋转，所述中心孔15的内侧壁上与中心轴31之间设置所述扭力传感器41，所述转盘30的上转盘体与下转盘体之间设置所述转角传感器42。

如图2所示，相邻两个所述车厢90之间设有两个所述第一减震器9,所述第一减震器9的一端固定在车厢端部，所述第一减震器9的另一端固定在另一个车厢端部，所述第一减震器9的两端均通过球铰链固定在所述车厢90上，且两个所述第一减震器9在车辆纵向竖直平面内呈交叉布置。

如图8所示，所述扭力传感器41和车体转角传感器42与单片机43的信号输入端通信连接，所述第一减震器9、第二减震器14为电子主动控制式双筒液压减震器，所述单片机43的信号输出端与第一减震器9、第二减震器14的控制线通信连接。

具体地，如图1至3所示，所述轨道车辆为四编组虚拟轨道车辆，所述四编组虚拟轨道车辆包括设置于两端的第一车厢1和第四车厢4，位于两端车厢之间的第二车厢2和第三车厢3。所述四编组虚拟轨道车辆的车厢下部均设有行驶系统，所述行驶系统包括设置在各车厢下部的转向车桥，及设置在车头和车尾端的转向驱动车桥。所述转向车桥的转向装置为电动助力转向装置或液压助力转向装置。

如图2和图3所示，所述第一车厢1与第二车厢2之间、第三车厢3与第四车厢4之间分别通过一个单铰接结构5连接，使第一车厢1与第二车厢2、第三车厢3与第四车厢4之间允许相互俯仰一定角度；所述第二车厢2与第三车厢3之间通过一个双铰接结构6连接，使第二车厢2与第三车厢3之间允许相互俯仰一定角度；所述第三车厢3与第四车厢4之间设置的单铰接结构5相对于第一车厢1与第二车厢2之间设置的单铰接结构5对称。

如图2、图3和图6所示，所述的端部单铰接结构5的固定盘10包括水平放置的梯形平板11，梯形平板11的两个底边通过螺栓与第二车厢2前部端头的横梁固定连接，梯形平板11的顶边处设置第一圆孔部12，第一圆孔部12周边设置环形排列的螺栓孔，第一圆孔部12靠近梯形平板11中部的边缘处设置三角部13，三角部13的顶点处设置中心孔15，中心孔15与第一圆孔部12同心设置，梯形平板11的两个底边还通过铰链分别与一个水平放置的第二减震器14的筒体底部连接。

如图2、图3和图7所示，所述的端部单铰接结构5的铰接盘20包括水平放置的长方平板21，长方平板21的一个短边两端各设置一个销孔22，销孔沿虚拟轨道车辆横向方向布置，销孔内穿入销轴23，销轴23的两端各套设一个轴承，轴承安装在第一车厢1后部端头的横梁上设置的轴承座内，长方平板21的中部靠近另一个短边处设置第二圆孔部24，第二圆孔部24的周边设置环形排列的螺栓孔，长方平板21的中部两端通过铰链与第二减震器14的活塞杆杆端连接。

所述的固定盘10放置在铰接盘20的下方，使第一圆孔部12与第二圆孔部24同心，第一圆孔部12与第二圆孔部24之间放置转盘30，第一圆孔部12与第二圆孔部24各自周边的螺栓孔分别通过螺栓与转盘30的下转盘体、上转盘体连接，将转盘30安装在在第一圆孔部12与第二圆孔部24之间。

所述双铰接结构6包括两个铰接盘20和一个转盘30，两个所述铰接盘20分别固定在相邻的两个车厢的端部，两个所述铰接盘20通过所述转盘30连接。第二车厢2后部端头的横梁、第三车厢3前部端头的横梁分别与一个铰接盘20连接，两个铰接盘20的第二圆孔部24同心设置，与第二车厢2连接的一个铰接盘20位于上方，与第三车厢3连接的一个铰接盘20位于下方，两个铰接盘20之间设置转盘30，使两个铰接盘20可绕第二圆孔部24中心旋转。

如图4、图6和图8所示，更好的实施方式是：所述的中心孔15的内侧壁上设置扭力传感器41，扭力传感器41内套入中心轴31；转盘30的上转盘体与下转盘体之间设置转角传感器42；所述的减震器9、第二减震器14为电子主动控制式双筒液压减震器，扭力传感器41、转角传感器42的信号传输线分别与单片机43的信号输入端通信连接，单片机43的信号输出端还与减震器9、第二减震器14的控制线通信连接。所述的单片机43可以是AT89C52单片机或STM32单片机，所述的转角传感器42可以是法雷奥公司的zdohMH型转角传感器，或欧姆龙旋转增量编码器CWZ5B；所述的扭力传感器41可以是金诺JN-DN2动态扭矩传感器，或隆旅LONGLV-WTQ803F非接触式动态扭矩传感器；所述的减震器9、第二减震器14可以是HUIDSSI公司的主动控制式减震器，或prinzessin电控可变阻力减震器。

当虚拟轨道车辆正常直线行驶时，第二减震器14及减震器9动作较小，阻尼力大，车辆正常直线行驶。

如图3、图7和图9所示，当虚拟轨道车辆向前行驶遇到纵向凹凸不平路面时，第一车厢1会产生俯仰，这时第一车厢1的前部抬起或下降，此时第一车厢1绕其尾部连接的销轴23的轴线在竖直平面内旋转，第二车厢2仍可以保持平稳行使，同理，第二车厢2与第三车厢3、第三车厢3与第四车厢4之间在纵向竖直平面内的角度均可以根据路况实时变化，实现了虚拟轨道车辆在遇到纵向凹凸不平路面行驶时，仍能正常行驶，端部单铰接结构5和中部双铰接结构6受力正常不会损坏；相邻车厢之间设置的减震器9的行程产生变化，并产生阻尼力对车厢俯仰产生的震动进行减震，提高了车辆的行驶稳定性。

如图3、图7和图10所示的，当虚拟轨道车辆经过一个曲率半径较大的凹凸路面时，可能存在前两节车厢在向下行驶，而后两节车厢在向上行驶的情况，在该情况下时，由于第二车厢2与第三车厢3之间是通过中部双铰接结构6的两个铰接盘20连接，两个铰接盘20均可绕各自连接的车厢旋转，使第二车厢与第三车厢之间具有更大的角度适应能力，提高了虚拟轨道车辆对复杂路况的适应性。

当虚拟轨道车辆直线行驶，其车厢因路面不平而产生左右倾摆时，例如第一车厢1向左侧倾摆，此时第一车厢1后部左侧的减震器9伸长，右侧的减震器9缩短，单片机控制减震器9，增大阻尼力，对第一车厢1的倾摆进行减震，可以有效减小第一车厢1左右倾摆的幅度，同时单片机控制第二减震器14，提供较大阻尼力，保证车辆直线运行，提高了车辆的行驶稳定性。

当虚拟轨道车辆正常行驶准备转弯时，车速会降低，此时车厢的左右倾摆对车辆不构成安全威胁，则单片机控制减震器9和第二减震器14，减小其阻尼力，使端部单铰接结构5的固定盘10和铰接盘20可在水平面内相互转动，中部双铰接结构6的两个铰接盘20可在水平面内相互转动，虚拟轨道车辆的四节车厢顺利转弯，当转弯幅度过大时，为防止相邻车厢的相对转向角度过大，在转盘的上转盘体和下转盘体之间可以设置止挡块，对相邻车厢的转向角进行限制。

当虚拟轨道车辆转弯完成后，转角传感器42发送的信号显示车辆各车厢之间已基本恢复直线行驶，则单片机43控制减震器9和第二减震器14，重新增大其阻尼力。

更好的实施方式是：所述的转盘30为JT/T 651-2006标准中所规定的牵引杆挂车转盘或JT 3136.1-1989标准中所规定的全挂车转盘，也可以根据虚拟轨道车辆的尺寸重新设计。

更好的实施方式是：当虚拟轨道车辆直线行驶时，单片机控制第二减震器14，增大其阻尼力，对车辆直线行驶时因路面不平产生的摇头现象进行抑制，扭力传感器41实时测量相邻车厢之间因摇头产生的扭力，扭力越大，则单片机控制减震器14的阻尼力越大，对摇头进行精准抑制；当车辆转弯时，单片机控制第二减震器14减小其阻尼力，以实现车辆顺利转弯。

因此，综上所述本发明利用上述的轨道车辆车间铰接实时调整系统进行调整的方法，包括如下步骤：

步骤一：当车辆直线行驶起步时，设置在车辆上的车速传感器51将车辆车速发送给单片机43，单片机43接收车辆车速不为0，则所述单片机43输出信号增大所有第一减震器9和第二减震器14的阻尼力，保证车辆直线行驶的稳定性，抑制车辆通过不平整路面时出现的俯仰、侧滚、摇头幅度；

步骤二：当车辆开始转向时，自动驾驶系统控制车辆转向，所述转角传感器42将相邻车厢之间的转向角发送给单片机43，车速传感器51将车辆当前速度发送给单片机43，则所述单片机43输出信号减小所有第一减震器9和第二减震器14的阻尼力，并且使所有第二减震器14的阻尼力接近于0，确保所有第一减震器9的阻尼力大于所有第二减震器14的阻尼力，即车辆向一侧转向时第二减震器14作用较小，转向时第一减震器9的阻尼力还起到部分减震作用，车辆转向时需要克服的阻尼力较小，且转弯时遇到不平路面也可以进行一定幅度的震动抑制作用，转弯时车辆的速度较小，可以保证其行驶稳定性。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种轨道车辆车间铰接实时调整系统，包括设置在相邻两个车厢(90)之间的铰接结构(7)，其特征在于：相邻两个所述车厢(90)之间还设有第一减震器(9)，所述铰接结构(7)内设置扭力传感器(41)和车体转角传感器(42)，所述扭力传感器(41)和车体转角传感器(42)与单片机(43)的信号输入端通信连接，所述第一减震器(9)与单片机(43)的信号输出端连接；

所述铰接结构(7)包括单铰接结构(5)和双铰接结构(6)，位于车辆两端的车厢采用单铰接结构(5)连接，位于车辆中间的任意两个车厢之间采用双铰接结构(6)连接，所述单铰接结构(5)上设有第二减震器(14)，所述第二减震器(14)与单片机(43)的信号输出端连接；

相邻两个所述车厢(90)之间设有两个所述第一减震器(9),所述第一减震器(9)的一端固定在车厢端部，所述第一减震器(9)的另一端固定在另一个车厢端部，两个所述第一减震器(9)在车辆纵向竖直平面内呈交叉布置。

2.根据权利要求1所述轨道车辆车间铰接实时调整系统，其特征在于，所述第一减震器(9)、第二减震器(14)为电子主动控制式双筒液压减震器，所述单片机(43)的信号输出端与第一减震器(9)、第二减震器(14)的控制线通信连接。

3.根据权利要求1所述轨道车辆车间铰接实时调整系统，其特征在于，所述单铰接结构(5)包括固定盘(10)、铰接盘(20)和转盘(30)，所述固定盘(10)固定在车厢端部，所述铰接盘(20)固定在另一个车厢端部，所述固定盘(10)与铰接盘(20)通过所述转盘(30)连接；

所述双铰接结构(6)包括两个铰接盘(20)和一个转盘(30)，两个所述铰接盘(20)分别固定在相邻的两个车厢的端部，两个所述铰接盘(20)通过所述转盘(30)连接。

4.根据权利要求3所述轨道车辆车间铰接实时调整系统，其特征在于，所述转盘(30)包括上转盘体和下转盘体，所述下转盘体中央位置通过轴承设置可旋转的中心轴(31)，所述中心轴(31)插入中心孔(15)内且可绕中心孔(15)旋转，所述中心孔(15)的内侧壁上与中心轴(31)之间设置所述扭力传感器(41)，所述转盘(30)的上转盘体与下转盘体之间设置所述转角传感器(42)。

5.根据权利要求1至4任意一项所述轨道车辆车间铰接实时调整系统，其特征在于，所述轨道车辆为四编组虚拟轨道车辆，所述四编组虚拟轨道车辆包括设置于两端的第一车厢(1)和第四车厢(4)，位于两端车厢之间的第二车厢(2)和第三车厢(3)；

所述第一车厢(1)与第二车厢(2)之间、第三车厢(3)与第四车厢(4)之间分别通过一个单铰接结构(5)连接；所述第二车厢(2)与第三车厢(3)之间通过一个双铰接结构(6)连接；

所述第三车厢(3)与第四车厢(4)之间设置的单铰接结构(5)相对于第一车厢(1)与第二车厢(2)之间设置的单铰接结构(5)对称。

6.一种利用权利要求1至5任意一项所述的轨道车辆车间铰接实时调整系统进行调整的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：当车辆直线行驶起步时，设置在车辆上的车速传感器(51)将车辆车速发送给单片机(43)，单片机(43)接收车辆车速不为0，则所述单片机(43)输出信号增大所有第一减震器(9)和第二减震器(14)的阻尼力，保证车辆直线行驶的稳定性，抑制车辆通过不平整路面时出现的俯仰、侧滚、摇头幅度；

步骤二：当车辆开始转向时，自动驾驶系统控制车辆转向，所述转角传感器(42)将相邻车厢之间的转向角发送给单片机(43)，车速传感器(51)将车辆当前速度发送给单片机(43)，则所述单片机(43)输出信号减小所有第一减震器(9)和第二减震器(14)的阻尼力，并且使所有第二减震器(14)的阻尼力接近于0，确保所有第一减震器(9)的阻尼力大于所有第二减震器(14)的阻尼力，即车辆向一侧转向时第二减震器(14)作用较小，转向时第一减震器(9)的阻尼力还起到部分减震作用，车辆转向时需要克服的阻尼力较小，且转弯时遇到不平路面也可以进行一定幅度的震动抑制作用，转弯时车辆的速度较小，可以保证其行驶稳定性。

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