CN116080413B - 一种基于轨道交通的车辆走行系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于轨道交通的车辆走行系统及方法，涉及轨道交通技术领域，包括轨道、构架、悬浮装置和走行装置，所述轨道内设置有凹槽；所述构架设置在所述轨道的凹槽内；所述悬浮装置设置有两组，两组所述悬浮装置均设置在所述轨道和所述构架之间，每组所述悬浮装置的上顶面均通过悬挂结构与所述构架的下底面固定相连，所述走行装置包括两组导体板和两组走行结构，所述导体板固定设置在所述凹槽内侧壁上，每组所述走行结构与每组所述导体板对应设置，本发明将磁轮的磁阻力转换为驱动力带动磁悬浮车辆运动，所需电机功率较低，提供的驱动力较大，将悬浮力巧妙转换为导向力，通过导向力的负刚度特性可以实现车体导向自稳定。

Description

一种基于轨道交通的车辆走行系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，具体而言，涉及一种基于轨道交通的车辆走行系统及方法。

背景技术

目前磁悬浮车线中主要采用长定子直线同步电机和短定子直线感应电机。长定子直线同步电机的初级绕组铺设在导轨上，次级设置在车底部，电机控制系统复杂，系统造价高，短定子直线感应电机效率低，驱动力小，且定子在车上，车辆上装有电源，增加了车重，同时还需要通过导电轨向车辆输送电流，现需要一种效率高、造价低、牵引和制动力大，电机控制策略也更加简单的走行系统及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于轨道交通的车辆走行系统及方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种基于轨道交通的车辆走行系统，包括：轨道、构架、悬浮装置和走行装置，所述轨道内设置有凹槽；所述构架设置在所述轨道的凹槽内；所述悬浮装置设置有两组，两组所述悬浮装置均设置在所述轨道和所述构架之间，每组所述悬浮装置的上顶面均通过悬挂结构与所述构架的下底面固定相连，所述走行装置包括两组导体板和两组走行结构，所述导体板固定设置在所述凹槽内侧壁上，每组所述走行结构与每组所述导体板对应设置，所述走行结构包括磁轮、第一支撑架、齿轮换向箱和电机，所述电机固定设置在所述构架上，所述电机的输出端与所述齿轮换向箱相连接，所述齿轮换向箱的底部套设有磁轮，所述齿轮换向箱的底端通过所述第一支撑架与所述构架固定相连。

另一方面，本发明还提供了一种基于轨道交通的车辆走行方法，包括：

获取控制台发送的实时地图信息和历史列车运行信息，所述历史列车运行信息包括列车运行的历史实时地图信息和历史行驶信息；

将所述历史实时地图信息和所述实时地图信息进行发送至目标检测模型内进行目标检测，确定所述历史列车运行信息和所述实时地图信息的区别特征；

基于所述区别特征和所述历史列车运行信息发送至行驶速度预测模型进行速度预测，并通过误差补偿模块进行误差补偿，得到车辆的行驶速度预测信息；

基于所述车辆的行驶速度预测信息生成控制命令，所述控制命令包括控制车辆走行系统按照所述车辆的行驶速度预测信息进行行驶的命令。

本发明的有益效果为：

本发明通过控制旋转电机带动磁轮旋转达到一定的工作速度，就可实现匀速运动，且磁轮安装在车体上，导体板在车体两侧，相对于长距离铺设在导轨上的初级绕组，其建设成本大大降低。将磁轮的磁阻力转换为驱动力带动磁悬浮车辆运动，并且工作转速低，所需电机功率较低，所提供的驱动力较大，能量损耗相对于普通的异步电机来说仅增加了铝板中的涡流损耗，并且可以根据动力需求设置多组磁轮，灵活性强，而且本发明不仅将磁阻力转换为牵引制动力，而且将悬浮力巧妙转换为导向力，并且由于导向力的负刚度特性可以实现车体导向自稳定，本发明不仅可以实现磁浮交通中直线电机的牵引功能以外，还具有导向、制动减速以及回馈发电、储电和用电一体化的功能。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例中所述的基于轨道交通的车辆走行系统结构正视示意图；

图2为本发明实施例中所述的基于轨道交通的车辆走行系统结构俯视示意图；

图3为图1中A处结构示意图；

图4为本发明实施例中所述的基于轨道交通的车辆走行方法流程示意图。

图中标记：1、轨道；2、构架；3、磁轮；4、第一支撑架；5、齿轮换向箱；6、电机；7、电源；8、上位机；9、支撑轮；10、第二支撑架；11、第一垫圈；12、第二垫圈；13、螺栓；14、螺母；15、导向轮；16、支撑板；17、梯形连接架；18、导体板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

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定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种基于轨道交通的车辆走行系统，包括：

轨道1，所述轨道1内设置有凹槽；

构架2，所述构架2设置在所述轨道1的凹槽内；

悬浮装置，所述悬浮装置设置有两组，两组所述悬浮装置均设置在所述轨道1和所述构架2之间，每组所述悬浮装置的上顶面均通过悬挂结构与所述构架2的下底面固定相连；以及

走行装置，所述走行装置包括两组导体板18和两组走行结构，所述导体板18固定设置在所述凹槽内侧壁上，每组所述走行结构与每组所述导体板18对应设置，所述走行结构包括磁轮3、第一支撑架4、齿轮换向箱5和电机6，所述电机6固定设置在所述构架2上，所述电机6的输出端与所述齿轮换向箱5相连接，所述齿轮换向箱5的底部套设有磁轮3，所述齿轮换向箱5的底端通过所述第一支撑架4与所述构架2固定相连。

本发明通过控制旋转电机带动磁轮旋转达到一定的工作速度，就可实现匀速运动，且磁轮安装在车体上，导体板在车体两侧，相对于长距离铺设在导轨上的初级绕组，其建设成本大大降低。将磁轮的磁阻力转换为驱动力带动磁悬浮车辆运动，并且工作转速低，所需电机功率较低，所提供的驱动力较大，能量损耗相对于普通的异步电机来说仅增加了铝板中的涡流损耗，而且本发明不仅将磁阻力转换为牵引制动力，而且将悬浮力巧妙转换为导向力，并且由于导向力的负刚度特性可以实现车体导向自稳定，本发明不仅可以实现磁浮交通中直线电机的牵引功能以外，还具有导向、制动减速以及回馈发电的功能。

其中，所述磁轮3设置有两组，两组所述磁轮3均设置为环形，两组所述磁轮3均为永磁体阵列组成，且两组所述磁轮3设置均为Halbach结构，两组组成所述磁轮3的各个永磁单体磁化方向相同，运行时两侧磁轮旋转方向相反。

本发明通过在车体两侧的环形Halbach永磁轮，Halbach结构为海尔贝克阵列结构，Halbach结构是一种磁体结构，本文中的Halbach结构是至少四个永磁体构成的环形永磁轮结构，其中每个相邻永磁体的磁感线夹角为90°，每个相邻永磁体的磁感线方向沿顺时针旋转，其中，将所述永磁体轮分别安装在构架2上，电机6安装在构架2上，然后通过换向机构与永磁轮相连；通过控制两侧电机6旋转可以带动左右两侧永磁轮转动，左右两侧永磁轮的一定间隙处有固定在轨道两侧的导体板18，当电机6带动永磁轮旋转时，永磁轮与两侧导体板18相互作用分别产生导向力和驱动力从而逐渐实现牵引导向制动功能。

其中，所述构架2上还设置电源7和上位机8，所述电源7和上位机8分别与所述悬浮装置电连接。

本发明通过在构架2上设置电源7和上位机8实现自动控制车辆走行功能，提高控制自主性。

其中，所述构架2上还设置有支撑装置，所述支撑装置设置有两组，两组所述支撑装置均与所述构架2下底面固定连接，两组所述支撑装置均设置在两组所述悬浮装置之间。

可以理解的是本发明通过设置两组支撑装置用于在车辆未启动时支撑车辆，减少车辆启动需要的能耗。

其中，所述支撑装置包括支撑轮9、第二支撑架10、第一垫圈11、第二垫圈12、螺栓13和螺母14，所述第二支撑架10的顶部通过螺栓13和螺母14固定设置在所述构架2上，所述螺栓13和所述构架2的上顶面之间设置有第一垫圈11，所述螺母14和所述第二支撑架10之间设置有第二垫圈12，所述第一垫圈11和所述第二垫圈12均套设在所述螺栓13上，所述支撑架底部设置有支撑轮9。

本发明通过在构架上设置支撑轮9和第二支撑架10防止支撑轮偏离，减少运行风险。

其中，所述轨道1上还设置有支撑板16和梯形连接架17，所述支撑板16设置在所述轨道1凹槽底部，所述支撑板16设置在所述支撑轮9正下方，所述支撑板16通过所述梯形连接架17固定设置在所述轨道1凹槽内。

本发明通过在轨道1上设置支撑板16和梯形连接架17，减少轨道下方混凝土磨损，减少轨道1与支撑轮9间的摩擦力，增加保障列车运行安全。

其中，所述构架2上还设置有导向轮15，所述导向轮15的水平高度与所述磁轮3的水平高度相同，所述导向轮15与所述导体板18相接触。

本发明还在构架2两侧设置导向轮15，防止列车在轨道内左右晃动，为列车进行导向和保障列车正常运行，防止列车碰撞到轨道两侧。

实施例2：

参见图4，图中示出了提供了一种基于轨道交通的车辆走行方法，本方法包括步骤S1、步骤S2、步骤S3和步骤S4。

步骤S1、获取控制台发送的实时地图信息和历史列车运行信息，所述历史列车运行信息包括列车运行的历史实时地图信息和历史行驶信息；

可以理解的是本步骤通过上位机获取控制台发送的列车实时运行过程中经过的路线的地图信息和历史列车运行信息，为预测列车行驶速度进行预测做准备。

步骤S2、将所述历史实时地图信息和所述实时地图信息进行发送至目标检测模型内进行目标检测，确定所述历史列车运行信息和所述实时地图信息的区别特征；

可以理解的是本步骤通过对历史实时地图信息和实时地图信息进行目标检测，判断历史地图和实时地图之间的区别，防止出现地图不一致，导致列车速度过快，而造成列车翻车等危险，本步骤中，步骤S2包括步骤S21、步骤S22和步骤S23。

步骤S21、将所述历史实时地图信息和所述实时地图信息中的每帧图像分成至少两个大小相等的图像块，将每块所述图像块的中心点和四个角的边缘点作为特征点，得到每帧图像内所有的特征点；

步骤S22、将所述历史实时地图信息和所述实时地图信息中的所有特征点进行实时对比，其中，将所有的特征点进行坐标转化，并将通过欧式距离和Hessian矩阵迹的判断来确定所述历史实时地图信息内每帧图像对应的实时地图信息中的图像；

步骤S23、基于边缘检测算法确定历史实时地图信息内每帧图像与其对应的图像的不同区域，其中通过所有图像中的边缘目标图像，并通过对比两两对应的图像中的边缘目标图像是否相同，将不同的边缘目标图像作为区别特征。

可以理解的是本步骤通过将所述历史实时地图信息和所述实时地图信息分成多个图像块，进而确定每帧图像中所有的特征点，然后基于特征点进行对比，确定每帧图像内不一样的图像，进而判断将每帧图像中不同图像中的边缘目标图像是否相同，其中边缘目标图像为轨道倾斜角度和轨道高度，若不同，则将不同的边缘目标图像作为区别特征。

步骤S3、基于所述区别特征和所述历史列车运行信息发送至行驶速度预测模型进行速度预测，并通过误差补偿模块进行误差补偿，得到车辆的行驶速度预测信息；

可以理解的是本步骤通过历史列车运行来预测现在列车的实时行驶速度，进而保证列车平稳运行，既不耽搁时间，也保证安全，提高列车行驶效率，本步骤中，步骤S3包括步骤S31、步骤S32和步骤S33。

步骤S31、将所述历史列车运行信息分为训练集和验证集；

步骤S32、将所述训练集发送至训练后LSTM神经网络内作为输入参数进行速度预测，将预测得到的结果和所述验证集进行对比，得到对比结果；

步骤S33、将所述对比结果分别与所述区别特征进行关联分析，得到每个对比结果与所述区别特征的关联度值，并基于所述关联度值调整所述LSTM神经网络的超参数，并基于调整后的LSTM神经网络确定车辆的行驶速度预测信息。

可以理解的是本步骤首先通过将历史列车的运行信息分为训练集和验证集，然后对LSTM神经网络进行训练，然后将训练后的结果和验证结果进行对比分析，确定其中的关联度，进而通过所述关联度调整LSTM神经网络的超参数，进而最后再通过调整超参数后的LSTM神经网络对车辆的行驶速度进行预测，保障车辆运行稳定的同时防止车辆运行过快。

步骤S4、基于所述车辆的行驶速度预测信息生成控制命令，所述控制命令包括控制车辆走行系统按照所述车辆的行驶速度预测信息进行行驶的命令。

可以理解的是所述行驶方法包括将所述控制指令信息与所述车辆的运行速度信息进行对比，并基于得到的对比结果确定车辆需要进行的加速、匀速和减速的操作信息，其中，若所述控制指令信息中要求达到的速度大于所述车辆的运行速度信息，则判断所述车辆需要加速，若所述控制指令信息中要求达到的速度等于所述车辆的运行速度信息，则判断所述车辆需要匀速行驶，若所述控制指令信息中要求达到的速度小于所述车辆的运行速度信息则判断所述车辆需要减速行驶；基于所述车辆需要进行的运行操作信息控制车辆的悬浮装置和走行装置进行操作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本发明领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于轨道交通的车辆走行系统，其特征在于，包括：

轨道（1），所述轨道（1）内设置有凹槽；

构架（2），所述构架（2）设置在所述轨道（1）的凹槽内；

悬浮装置，所述悬浮装置设置有两组，两组所述悬浮装置均设置在所述轨道（1）和所述构架（2）之间，每组所述悬浮装置的上顶面均通过悬挂结构与所述构架（2）的下底面固定相连；以及

走行装置，所述走行装置包括两组导体板（18）和两组走行结构，所述导体板（18）固定设置在所述凹槽内侧壁上，每组所述走行结构与每组所述导体板（18）对应设置,所述走行结构包括磁轮（3）、第一支撑架（4）、齿轮换向箱（5）和电机（6），所述电机（6）固定设置在所述构架（2）上，所述电机（6）的输出端与所述齿轮换向箱（5）相连接，所述齿轮换向箱（5）的底部套设有磁轮（3），所述齿轮换向箱（5）的底端通过所述第一支撑架（4）与所述构架（2）固定相连;

其中，基于轨道交通的车辆走行系统的走行方法，包括：

获取控制台发送的实时地图信息和历史列车运行信息，所述历史列车运行信息包括列车运行的历史实时地图信息和历史行驶信息；

将所述历史实时地图信息和所述实时地图信息进行发送至目标检测模型内进行目标检测，确定所述历史列车运行信息和所述实时地图信息的区别特征；

基于所述区别特征和所述历史列车运行信息发送至行驶速度预测模型进行速度预测，并通过误差补偿模块进行误差补偿，得到车辆的行驶速度预测信息；

基于所述车辆的行驶速度预测信息生成控制命令，所述控制命令包括控制车辆走行系统按照所述车辆的行驶速度预测信息进行行驶的命令。

2.根据权利要求1所述的基于轨道交通的车辆走行系统，其特征在于，所述磁轮（3）设置有两组，两组所述磁轮（3）均设置为环形，两组所述磁轮（3）均为永磁体阵列组成，且两组所述磁轮（3）设置均为Halbach结构，两组所述磁轮（3）的磁感线方向相反。

3.根据权利要求1所述的基于轨道交通的车辆走行系统，其特征在于，所述构架（2）上还设置电源（7）和上位机（8），所述电源（7）和上位机（8）分别与所述悬浮装置电连接。

4.根据权利要求1所述的基于轨道交通的车辆走行系统，其特征在于，所述构架（2）上还设置有支撑装置，所述支撑装置设置有两组，两组所述支撑装置均与所述构架（2）下底面固定连接，两组所述支撑装置均设置在两组所述悬浮装置之间。

5.根据权利要求4所述的基于轨道交通的车辆走行系统，其特征在于，所述支撑装置包括支撑轮（9）、第二支撑架（10）、第一垫圈（11）、第二垫圈（12）、螺栓（13）和螺母（14），所述第二支撑架（10）的顶部通过螺栓（13）和螺母（14）固定设置在所述构架（2）上，所述螺栓（13）和所述构架（2）的上顶面之间设置有第一垫圈（11），所述螺母（14）和所述第二支撑架（10）之间设置有第二垫圈（12），所述第一垫圈（11）和所述第二垫圈（12）均套设在所述螺栓（13）上，所述支撑架底部设置有支撑轮（9）。

6.根据权利要求5所述的基于轨道交通的车辆走行系统，其特征在于，所述轨道（1）上还设置有支撑板（16）和梯形连接架（17），所述支撑板（16）设置在所述轨道（1）凹槽底部，所述支撑板（16）设置在所述支撑轮（9）正下方，所述支撑板（16）通过所述梯形连接架（17）固定设置在所述轨道（1）凹槽内。

7.根据权利要求1所述的基于轨道交通的车辆走行系统，其特征在于，所述构架（2）上还设置有导向轮（15），所述导向轮（15）的水平高度与所述磁轮（3）的水平高度相同，所述导向轮（15）与所述导体板（18）相接触。

8.根据权利要求7所述的基于轨道交通的车辆走行方法，其特征在于，将所述历史实时地图信息和所述实时地图信息进行发送至目标检测模型内进行目标检测，确定所述历史列车运行信息和所述实时地图信息的区别特征，还包括：

将所述历史实时地图信息和所述实时地图信息中的每帧图像分成至少两个大小相等的图像块，将每块所述图像块的中心点和四个角的边缘点作为特征点，得到每帧图像内所有的特征点；

将所述历史实时地图信息和所述实时地图信息中的所有特征点进行实时对比，其中，将所有的特征点进行坐标转化，并将通过欧式距离和Hessian矩阵迹的判断来确定所述历史实时地图信息内每帧图像对应的实时地图信息中的图像；

基于边缘检测算法确定历史实时地图信息内每帧图像与其对应的图像的不同区域，其中通过所有图像中的边缘目标图像，并通过对比两两对应的图像中的边缘目标图像是否相同，将不同的边缘目标图像作为区别特征。

9.根据权利要求7所述的基于轨道交通的车辆走行方法，其特征在于，基于所述区别特征和所述历史列车运行信息发送至行驶速度预测模型进行速度预测，并通过误差补偿模块进行误差补偿，得到车辆的行驶速度预测信息，包括：

将所述历史列车运行信息分为训练集和验证集；

将所述训练集发送至训练后LSTM神经网络内作为输入参数进行速度预测，将预测得到的结果和所述验证集进行对比，得到对比结果；

将所述对比结果分别与所述区别特征进行关联分析，得到每个对比结果与所述区别特征的关联度值，并基于所述关联度值调整所述LSTM神经网络的超参数，并基于调整后的LSTM神经网络确定车辆的行驶速度预测信息。

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