CN117818751B - 一种胶轮导轨式电车迫导向系统及迫导向方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种胶轮导轨式电车迫导向系统及迫导向方法，该系统的导向机构的导向轴竖直设置，导向轴的下端固定连接于导向臂的后端，导向臂的前端下部转动安装有导轮，导向臂的前端上部的两侧均设置有检测臂，检测臂的一端转动连接于导向臂，检测臂的另一端转动安装有偏转轮，检测臂和导向臂的铰接处设置有角度传感器；转向机构的转向节上安装有转向胶轮；转向机构的转向器内设置有齿条，转向节安装于前轴的两端，齿条与转向齿轮和助力齿轮均啮合，转向齿轮的转轴通过第一传动机构连接于导向轴的上端；助力齿轮的转轴连接于助力驱动机构的输出端。本申请解决了现有技术中导轮和导轨配合进行导向时，导轮和导轨之间存在磨损量较大的问题。

Description

一种胶轮导轨式电车迫导向系统及迫导向方法

技术领域

本申请属于电车技术领域，具体涉及一种胶轮导轨式电车迫导向系统及迫导向方法。

背景技术

胶轮导轨式电车的底部设置有胶轮，胶轮用于在地面行驶，与现有车辆共享路权。胶轮导轨式电车通常采用导轮和导轨配合进行导向，导轮沿导轨行走时，导轮两侧的轮缘与导轨内侧壁配合实现电车沿导轨行驶和转向的行驶方式。胶轮导轨式电车的行驶方式为被动式转向，不能自主选择行车路线，胶轮导轨式电车需要配合道岔才能切换不同的路线。而道岔还需要设置调节控制部分，因此设置道岔使路面结构复杂化。导轮和导轨配合进行导向时，导轮的轮缘和导轨内侧壁接触并抵接，因此导轮和导轨之间磨损量较大，且存在一定的噪音，特别是转弯半径比较小时，胶轮导轨式电车还存在脱轨的风险。

发明内容

本申请实施例通过提供一种胶轮导轨式电车迫导向系统及迫导向方法，解决了现有技术中导轮和导轨配合进行导向时，导轮和导轨之间存在磨损量较大的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种胶轮导轨式电车迫导向系统，包括均设置于车体前端底部的转向机构、导向机构、助力驱动机构、以及第一传动机构；

导向机构的导向轴竖直设置，导向轴的下端固定连接于导向臂的后端，导向臂的前端下部转动安装有导轮，导向臂的前端上部的两侧均设置有检测臂，检测臂的一端转动连接于导向臂，检测臂的另一端转动安装有偏转轮，检测臂和导向臂的铰接处设置有角度传感器；

转向机构的转向节上安装有转向胶轮；转向机构的转向器内设置有齿条，齿条的两端分别连接于左转向拉杆的一端和右转向拉杆的一端，左转向拉杆的另一端和右转向拉杆的另一端分别连接于两侧的转向节，转向节安装于前轴的两端，齿条与转向齿轮和助力齿轮均啮合，转向齿轮的转轴通过第一传动机构连接于导向轴的上端；助力齿轮的转轴连接于助力驱动机构的输出端。

在一种可能的实现方式中，转向齿轮的转轴通过第二传动机构连接于方向盘的转轴。

在一种可能的实现方式中，检测臂和导向臂的铰接处设置有扭簧，扭簧的一个力臂和检测臂抵接，扭簧的另一个力臂和导向臂抵接，导向臂的前端上部设置有限位块，限位块和检测臂的前侧壁抵接。

本发明实施例还提供了一种胶轮导轨式电车迫导向方法，采用上述的胶轮导轨式电车迫导向系统，包括以下步骤：

初始状态时，电车通过胶轮支撑于路面上，导轮和偏转轮位于路面的导轨内，偏转轮的轮缘和导轨内侧壁抵接，检测臂和导轮位于导轨的中心；

电车行驶时，电车驱动机构驱动动力胶轮转动，偏转轮沿导轨内侧壁转动；

电车进入导轨的转向段时，电车仍然为直线运动方式，靠近转向段外侧的检测臂的夹角逐渐变小，根据检测臂的夹角变化数值计算导轨的内侧壁的半径，根据导轨的内侧壁的半径计算转向胶轮的转弯半径，进而得出转向胶轮的偏转角；其中，转向段靠近其圆心的一侧为内侧，转向段远离其圆心的一侧为外侧；

根据所述偏转角控制助力驱动机构动作，使助力齿轮转动设定角度，助力齿轮带动齿条移动，齿条通过左转向拉杆和右转向拉杆使转向胶轮以所述偏转角转向。

在一种可能的实现方式中，电车行驶时，忽略电车震动使检测臂的夹角发生变化的情况。

在一种可能的实现方式中，根据电车上的位置传感器，判断直行路段和转向路段，直行路段行驶时，关闭助力驱动机构，即将要进入转向路段时，助力驱动机构启动并待机。

在一种可能的实现方式中，初始状态时，检测臂和限位块间隔设置，检测臂和导向臂的夹角为锐角；

电车进入导轨的三岔路口时，电车仍然为直线运动方式，两侧的检测臂的夹角逐渐变大，直至检测臂和限位块抵接，系统根据检测臂的夹角判断出电车已经进入三岔路口内；

电车行驶时，根据电车上的位置传感器，获取当前的位置，并获取转向角度，并根据行驶路线选择需要转向的一侧；

判断出电车进入三岔路口内时，控制助力驱动机构动作，使助力齿轮转动设定角度，直至转向胶轮以转向角度转向；

电车进入设定的导轨后，根据两侧的检测臂的夹角使检测臂和导轮再次位于导轨的中心。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种胶轮导轨式电车迫导向系统及迫导向方法，本发明无需通过导轮的轮缘和导轨内侧壁接触来判断是否需要转向，因此能够降低导轮和导轨之间磨损量，进而降低导轮和导轨之间的噪音，通过助力驱动机构辅助转向，能够避免转弯半径比较小时，胶轮导轨式电车存在脱轨的安全隐患。本发明的胶轮导轨式电车迫导向系统经改进后能够通过检测臂的夹角判断是否需要转向。同时还能够依照现有技术采用导轮和导轨配合进行导向，因此该迫导向系统具有两种导向方式，两种导向互不干涉，因此电车行驶时可根据实际使用需求来选取合适的导向方式，该迫导向系统相对现有的电车结构改动较小，因此便于改进和维护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，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的附图。

图1为本发明实施例提供的导向机构的安装示意图。

图2为本发明实施例提供的导向机构的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的转向机构的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的转向机构转向后的状态示意图。

图5为本发明实施例提供的前轴和导向机构的位置示意图。

图6为本发明实施例提供的第一时刻导向机构的状态示意图。

图7为本发明实施例提供的第二时刻导向机构和第一时刻检测臂的状态示意图。

图8为图7的导轨半径计算辅助标记示意图。

图9为本发明实施例提供的检测臂的角度和时间的关系示意图。

图10为本发明实施例提供的电车进入三岔路口内导向机构的两个状态示意图。

附图标记：1-导向轴；2-导向臂；3-导轮；4-检测臂；5-偏转轮；6-转向胶轮；7-转向节；8-齿条；9-左转向拉杆；10-右转向拉杆；11-前轴；12-转向齿轮；13-助力齿轮；14-限位块；15-导轨；16-转向段。

具体实施方式

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图1至图10所示，本发明实施例提供的胶轮导轨式电车迫导向系统，包括均设置于车体前端底部的转向机构、导向机构、助力驱动机构、以及第一传动机构。

导向机构的导向轴1竖直设置，导向轴1的下端固定连接于导向臂2的后端，导向臂2的前端下部转动安装有导轮3，导向臂2的前端上部的两侧均设置有检测臂4，检测臂4的一端转动连接于导向臂2，检测臂4的另一端转动安装有偏转轮5，检测臂4和导向臂2的铰接处设置有角度传感器。

转向机构的转向节7上安装有转向胶轮6。转向机构的转向器内设置有齿条8，齿条8的两端分别连接于左转向拉杆9的一端和右转向拉杆10的一端，左转向拉杆9的另一端和右转向拉杆10的另一端分别连接于两侧的转向节7，转向节7安装于前轴11的两端，齿条8与转向齿轮12和助力齿轮13均啮合，转向齿轮12的转轴通过第一传动机构连接于导向轴1的上端。助力齿轮13的转轴连接于助力驱动机构的输出端。

需要说明的是，导轮3和偏转轮5位于路面的导轨15内，偏转轮5的轮缘和导轨15内侧壁抵接，电车行驶时，电车驱动机构驱动动力胶轮转动，偏转轮5沿导轨15内侧壁转动。电车进入导轨15的转向段16时，靠近转向段16外侧的检测臂4的夹角逐渐变小，根据检测臂4的夹角变化数值计算导轨15的内侧壁的半径，进而获得转向胶轮6的偏转角。

助力驱动机构包括减速电机，减速电机带动助力齿轮13转动，助力齿轮13带动齿条8移动，齿条8移动带动左转向拉杆9和右转向拉杆10摆动，进而使转向节7绕前轴11的端部转动，转向节7转动带动转向胶轮6转动，进而实现转向动作。

本发明无需通过导轮3的轮缘和导轨15内侧壁接触来判断是否需要转向，因此能够降低导轮3和导轨15之间磨损量，进而降低导轮3和导轨15之间的噪音，通过助力驱动机构辅助转向，能够避免转弯半径比较小时，胶轮导轨式电车存在脱轨的安全隐患。

本发明的胶轮导轨式电车迫导向系统经改进后能够通过检测臂4的夹角判断是否需要转向。同时还能够依照现有技术采用导轮3和导轨15配合进行导向，因此该迫导向系统具有两种导向方式，两种导向方式互不干涉，因此电车行驶时可根据实际使用需求来选取合适的导向方式，该迫导向系统相对现有的电车结构改动较小，因此便于改进和维护。

本实施例中，转向齿轮12的转轴通过第二传动机构连接于方向盘的转轴。

需要说明的是，转动方向盘，方向盘通过第二传动机构带动转向齿轮12转动，转向齿轮12带动齿条8移动，进而实现驾驶员操作方向盘进行转向的目的。通过设置方向盘，能够实现电车自主选择行车路线的功能，从而无需配合道岔才能切换不同的路线，进而降低路面结构复杂程度。方向盘的转动角度根据转向段16的转弯半径制定。

本实施例中，检测臂4和导向臂2的铰接处设置有扭簧，扭簧的一个力臂和检测臂4抵接，扭簧的另一个力臂和导向臂2抵接，导向臂2的前端上部设置有限位块14，限位块14和检测臂4的前侧壁抵接。

需要说明的是，通过设置扭簧能够使检测臂4始终处于受力状态，进而使偏转轮5的轮缘和导轨15内侧壁始终抵接，限位块14防止检测臂4转动角度过大，而导致偏转轮5的轮缘和导轨15内侧壁无法再次抵接的问题。

如图1至图10所示，本发明实施例提供的胶轮导轨式电车迫导向方法，采用上述的胶轮导轨式电车迫导向系统，包括以下步骤：

初始状态时，电车通过胶轮支撑于路面上，导轮3和偏转轮5位于路面的导轨15内，偏转轮5的轮缘和导轨15内侧壁抵接，检测臂4和导轮3位于导轨15的中心。

电车行驶时，电车驱动机构驱动动力胶轮转动，偏转轮5沿导轨15内侧壁转动。

电车进入导轨15的转向段16时，电车仍然为直线运动方式，靠近转向段16外侧的检测臂4的夹角逐渐变小，根据检测臂4的夹角变化数值计算导轨15的内侧壁的半径，根据导轨15的内侧壁的半径计算转向胶轮6的转弯半径，进而得出转向胶轮6的偏转角。其中，转向段16靠近其圆心的一侧为内侧，转向段16远离其圆心的一侧为外侧。

根据所述偏转角控制助力驱动机构动作，使助力齿轮13转动设定角度，助力齿轮13带动齿条8移动，齿条8通过左转向拉杆9和右转向拉杆10使转向胶轮6以所述偏转角转向。

本实施例中，根据检测臂4的夹角变化数值计算导轨15的内侧壁的半径，包括以下步骤：

电车导轮3进入导轨15的转向段16和笔直段的临界点为第一时刻，此时，检测臂4和导轨15垂直，检测臂4中心线经过导轨15圆心。第一时刻中检测臂4的铰接点为A点，导向臂2的中心线和检测臂4中心线的交点为K点。

电车继续前进一段距离，电车导轮3在转向段16内的第二时刻，此时，检测臂4角度偏转a。检测臂4的铰接点为C点，偏转轮5的圆心为D点，偏转轮5和外侧轨道相切于G点。该处的转向段16的圆心为O点。

延长第一时刻的检测臂4中心线和第二时刻检测臂4中心线，两个中心线交点为E。过点D做线段AE的垂线DF，垂足为F点。

如图8所示，设轨道内侧的半径=R，即线段OI=线段OJ=R。

以下为已知的长度：

线段DG为偏转轮5的半径，线段DG=r。

线段KA为检测臂4的铰接点和导向臂2的中心线的距离，线段KA=d。

线段IG为轨道宽度，线段IG=n。

角度CEA=a。

线段CD为检测臂4的铰接点和偏转轮5的圆心距离，线段CD=l。

线段CA为电车前进距离，线段CA=s，电车前进距离可根据速度、时间公式求得，也可根据位置传感器获得。

在三角形AEC和三角形FED中，可以根据偏转角度a及上述常量，计算出线段AF的长度。

进而在三角形ODF中，能够计算出轨道内侧的半径R。

本实施例中，计算出线段AF的长度包括以下步骤：

线段CE=线段CA/sina=s/sina。

线段AE=线段CA/tana=s/tana。

线段DE=线段CE-线段CD=s/sina-l。

线段FE=线段DE×cosa=s/sina-l×cosa。

线段AF=线段AE-线段FE=s/tana-s/sina-l×cosa。

本实施例中，通过线段AF的长度计算出轨道内侧的半径R包括以下步骤：

线段OF=线段OJ+线段JK+线段KA+线段AF=R+0.5×n+d+s/tana-s/sina-l×cosa。

线段OD=线段OG-线段DG=线段OI+线段IG-线段DG=R+n-r。

而线段DF2+线段OF2=线段OD2，式中仅有一个未知数，因此可计算出R值。

需要说明的是，本实施例计算出了导轮3刚进入导轨15时的导轨15半径，通过导轨15半径给转向胶轮6的转向提供依据。当电车再次前进后，两个检测臂4的角度再次改变，通过多次的变化的角度和常量能够计算出当前导轨15的半径，从而更新转向胶轮6的转向角度。后续导轨15的半径的计算方式略有差异，但是原理相似，本实施例不对此进一步赘述。

本实施例中，第二时刻时，转向胶轮6的前轴11中心线和线段KA重合。

需要说明的是，第二时刻时，电车前进长度为s，s的长度为系统能够计算出导轨15半径的最短距离。通过最短距离计算出导轨15半径能够提高转向的准确度和及时性。

本实施例中转向胶轮6的前轴11中心线和导轮3圆心的距离为s，这样一来系统刚好计算出转向角度时，转向胶轮6刚好需要转向，进而避免提前转向或者延时转向导致转向效果差的问题。

本实施例中，电车行驶时，忽略电车震动使检测臂4的夹角发生变化的情况。

需要说明的是，电车行驶时电车会震动，震动会使检测臂4的夹角发生变化。电车初始状态时检测臂4的夹角为定值，电车在导轨15笔直段行驶时检测臂4的角度变化如图9所示，总体趋势为水平线，电车在导轨15转向段16行驶时总体趋势为斜线，实际测得角度在一定范围内波动，因此通过设定合理的阈值范围能够过滤掉电车震动使检测臂4的夹角发生变化的情况，从而提高转向时电车导向的准确性。

本实施例中，根据电车上的位置传感器，判断直行路段和转向路段，直行路段行驶时，关闭助力驱动机构，即将要进入转向路段时，助力驱动机构启动并待机。

需要说明的是，位置传感器能够起到辅助判断的作用，避免直行路段较长时系统需要实时监测和计算的问题。同时位置传感器能够判断电车的具体位置，从而辅助驾驶员手动转向，以及给变道切换做出判断依据。

本实施例中，初始状态时，检测臂4和限位块14间隔设置，检测臂4和导向臂2的夹角为锐角。

电车进入导轨15的三岔路口时，电车仍然为直线运动方式，两侧的检测臂4的夹角逐渐变大，直至检测臂4和限位块14抵接，系统根据检测臂4的夹角判断出电车已经进入三岔路口内。

电车行驶时，根据电车上的位置传感器，获取当前的位置，并获取转向角度，并根据行驶路线选择需要转向的一侧。

判断出电车进入三岔路口内时，控制助力驱动机构动作，使助力齿轮13转动设定角度，直至转向胶轮6以转向角度转向。

电车进入设定的导轨15后，根据两侧的检测臂4的夹角使检测臂4和导轮3再次位于导轨15的中心。

需要说明的是，电车进入设定的导轨15后，通过检测臂4的夹角及常量计算实时转向角度。通过检测臂4还能判断电车驶入三岔路口时的情况，从而起到自主更换路段的作用，进而提高该系统的实用性。

本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (5)

1.一种胶轮导轨式电车迫导向方法，其特征在于，采用了一种胶轮导轨式电车迫导向系统，该系统包括均设置于车体前端底部的转向机构、导向机构、助力驱动机构、以及第一传动机构；

导向机构的导向轴（1）竖直设置，导向轴（1）的下端固定连接于导向臂（2）的后端，导向臂（2）的前端下部转动安装有导轮（3），导向臂（2）的前端上部的两侧均设置有检测臂（4），检测臂（4）的一端转动连接于导向臂（2），检测臂（4）的另一端转动安装有偏转轮（5），检测臂（4）和导向臂（2）的铰接处设置有角度传感器；

转向机构的转向节（7）上安装有转向胶轮（6）；转向机构的转向器内设置有齿条（8），齿条（8）的两端分别连接于左转向拉杆（9）的一端和右转向拉杆（10）的一端，左转向拉杆（9）的另一端和右转向拉杆（10）的另一端分别连接于两侧的转向节（7），转向节（7）安装于前轴（11）的两端，齿条（8）与转向齿轮（12）和助力齿轮（13）均啮合，转向齿轮（12）的转轴通过第一传动机构连接于导向轴（1）的上端；助力齿轮（13）的转轴连接于助力驱动机构的输出端；

检测臂（4）和导向臂（2）的铰接处设置有扭簧，扭簧的一个力臂和检测臂（4）抵接，扭簧的另一个力臂和导向臂（2）抵接，导向臂（2）的前端上部设置有限位块（14），限位块（14）和检测臂（4）的前侧壁抵接；

该胶轮导轨式电车迫导向方法包括以下步骤：

初始状态时，电车通过胶轮支撑于路面上，导轮（3）和偏转轮（5）位于路面的导轨（15）内，偏转轮（5）的轮缘和导轨（15）内侧壁抵接，检测臂（4）和导轮（3）位于导轨（15）的中心；

电车行驶时，电车驱动机构驱动动力胶轮转动，偏转轮（5）沿导轨（15）内侧壁转动；

电车进入导轨（15）的转向段（16）时，电车仍然为直线运动方式，靠近转向段（16）外侧的检测臂（4）的夹角逐渐变小，根据检测臂（4）的夹角变化数值计算导轨（15）的内侧壁的半径，根据导轨（15）的内侧壁的半径计算转向胶轮（6）的转弯半径，进而得出转向胶轮（6）的偏转角；其中，转向段（16）靠近其圆心的一侧为内侧，转向段（16）远离其圆心的一侧为外侧；

根据所述偏转角控制助力驱动机构动作，使助力齿轮（13）转动设定角度，助力齿轮（13）带动齿条（8）移动，齿条（8）通过左转向拉杆（9）和右转向拉杆（10）使转向胶轮（6）以所述偏转角转向。

2.根据权利要求1所述的胶轮导轨式电车迫导向方法，其特征在于：电车行驶时，忽略电车震动使检测臂（4）的夹角发生变化的情况。

3.根据权利要求1所述的胶轮导轨式电车迫导向方法，其特征在于：根据电车上的位置传感器，判断直行路段和转向路段，直行路段行驶时，关闭助力驱动机构，即将要进入转向路段时，助力驱动机构启动并待机。

4.根据权利要求1所述的胶轮导轨式电车迫导向方法，其特征在于：初始状态时，检测臂（4）和限位块（14）间隔设置，检测臂（4）和导向臂（2）的夹角为锐角；

电车进入导轨（15）的三岔路口时，电车仍然为直线运动方式，两侧的检测臂（4）的夹角逐渐变大，直至检测臂（4）和限位块（14）抵接，系统根据检测臂（4）的夹角判断出电车已经进入三岔路口内；

电车行驶时，根据电车上的位置传感器，获取当前的位置，并获取转向角度，并根据行驶路线选择需要转向的一侧；

判断出电车进入三岔路口内时，控制助力驱动机构动作，使助力齿轮（13）转动设定角度，直至转向胶轮（6）以转向角度转向；

电车进入设定的导轨（15）后，根据两侧的检测臂（4）的夹角使检测臂（4）和导轮（3）再次位于导轨（15）的中心。

5.根据权利要求1所述的胶轮导轨式电车迫导向方法，其特征在于：转向齿轮（12）的转轴通过第二传动机构连接于方向盘的转轴。