CN1827409A - 智能汽车与铁路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可在汽车专用铁路上自动驾驶的智能汽车，其特征在于：汽车重量由钢轮和橡胶轮共同承载，钢轮导向橡胶轮驱动，钢轮可升降，并可通过液压装置调整所承载的车辆重量，由于钢轮的滚动阻力远小于橡胶轮，使油耗大幅下降40％－50％，车辆由橡胶轮驱动，起动加速和制动性能优良，线路可无障碍的铺设在高速公路和公交专线上，并兼容其它车辆，汽车铁路和公路间无缝连接，快速高效安全，客流物流成本大幅下降，节能环保。

Description

智能汽车与铁路

                        技术领域

本发明涉及一种配有钢轮可在专用铁路线上自动巡航驾驶橡胶轮驱动的智能汽车，以及路面上铺设有钢轨的专用线路。

                        背景技术

目前，世界各国都希望开发出一种既可在公路上灵活行驶，又可在铁路上快速安全行驶，节能型的公路铁路二用车，但都因公路和铁路之间的模式转换困难，汽车结构复杂，而难以实际应用。申请日为2006年3月19日的《汽车铁路》，虽解决了上述难题，可大批投入应用，车辆在铁路上完全由钢轮驱动运行，由于轮轨之间滚动阻力，远小于橡胶轮与路面之间的滚动阻力，车辆的驱动功率和油耗大幅下降近70％，但同时因为轮轨之间摩擦力太小，使车辆的制动距离增加，铁路上行车的安全距离加大，降低了铁路运营的效率，同时车速也受到制约。

                        发明内容

本发明提供的是一种路面上铺设有钢轨的线路，以及由钢轮导向，橡胶轮驱动，二者同时承载车辆重量在线路上行驶的汽车。其中，在线路前段的引导路段二侧设导向墙，路面上设供车载传感器或摄像机辨识的导向标识，由传感器或摄像机通过路面标识或二侧导向墙引导车辆自动进入铁路运行；同时通过车辆前端设置的距离传感器或巡航雷达，判断前车的车速和车距，自动调整自身的车速和控制与前车之间的安全制动距离，保证行车制动安全。并通过车辆后端设置的距离传感器或巡航雷达，判断后车的车速和车距，通过车上的声光警示，提醒后车保持适当车速和安全制动距离。

由于配置了自动巡航驾驶系统，降低了人为操作引起的失误，同时车辆采用橡胶轮驱动和制动，使制动距离大幅下降，从而使前后车之间的安全制动距离缩短，使线路的行车密度增加，效率提高，同时车速和安全性也大为提高。

应用中，钢轮上同时可配置液压装置，由液压装置根据车辆的运行状态，自动增加或减少钢轮对钢轨的压力，即自动增加或减少钢轮所承载的车辆重量。当车辆处起动加速或制动状态时，降低钢轮上方的液压装置中液压缸的压力，使车辆的重量大部分或全部由橡胶轮承担，钢轮主要起安全导向作用，由于橡胶轮与路面之间的极强摩擦力，使车辆可迅速起动、加速和制动。当车辆处巡航状态平稳高速运行时，增加液压缸的压力，使车辆的大部分重量(约70％)由钢轮承担，橡胶轮仅承载约30％的车辆重量，从而使车辆运行阻力大幅下降超过50％，橡胶驱动轮仅提供较小的加速度就可克服行驶阻力，保证车辆高速稳定运行。并且，前后橡胶轮承载的车辆重量，主要由驱动橡胶轮承担。同时，钢轮上可安装电动或液压升降装置，通过升降装置使钢轮可在车辆的下方升降。

应用中，钢轮可直接安装在橡胶车轮钢圈的一侧或双轮之间，也可通过轴盘将钢轮安装在钢圈一侧或双轮之间(以克服由于钢轮与橡胶轮的外径不同，所产生的转动差速)，与橡胶车轮同时承载车辆的重量，从而减少车辆的前进阻力，使驱动功率和油耗降低约30％；同时由于车辆仍由橡胶轮驱动，其起动加速和制动性能均优于单纯钢轮驱动在铁路上运行的车辆。钢轮选装应考虑轮胎受压后，下半部车轮半径发生的变化，使钢轮和橡胶轮均可有效承载车辆的重量，钢轮直径越大，橡胶轮承载的车辆重量越小，钢轮直径越小，橡胶轮承载的车辆重量越大。

应用中，车辆如是后轮驱动，车辆前部的重量则大部分由前钢轮承载，以减少前进的阻力，车辆后部重量的大部分应由后驱动橡胶轮承载，以保证起动加速和制动时所需的橡胶轮与路面之间产生的摩擦力。车辆如为前轮驱动，车辆前部的大部分重量就应由前驱动橡胶轮承载，而后钢轮与后橡胶轮承载的后部车辆重量则大致相同。

应用中，未安装车载传感器、摄像机等电子设备辨识路面导向标识的装有钢轮的车辆，可通过在钢轨前端设置的，由导向轨或导向台与路面横移托板组成的进路装置，辅助车辆进入线路，使钢轮在钢轨上运行，由橡胶轮驱动。

应用中，钢轮未安装升降装置的车辆，通过线路中的旋转台或移动台以及平移道岔，进出线路和完成线路之间的转换。

应用中，钢轨直接铺设在路面上的线路，主要供钢轮安装在橡胶车轮上的车辆运行。钢轨通过轨道板安装在路面上的线路，主要供钢轮安装在车厢或车架下方的车辆运行。钢轨的轨面与路面平齐的线路，主要供钢轮通过升降装置安装在车辆下方的车辆运行，并且车辆在线路上由车载传感器或摄像机辨识线路中的导向标识或钢轨，控制转向轮为车辆的运行自动导向；线路中同时可铺设与路面平齐的平面形钢轨，车辆同时使用无轮缘钢轮。

                 附图说明

图1为线路前端引导路段的应用示意图。

图1-1为线路前端设有进路装置的应用示意图。

图2为钢轮位于橡胶车轮之间的示意图。

图2-1为钢轮安装在橡胶车轮钢圈一侧的示意图。

图3为钢轮安装在车厢底部的示意图。

图3-1为图3的俯视图。

图4为装有钢轮的小型车在共用线路中的应用示意图。

图4-1为装有钢轮的大型车在共用线路中的应用示意图。

图5为共用线路前端引导路段的示意图。

图5-1为图5的俯视图。

图6为钢轮上安装的液压装置的示意图。

图7为旋转台进出道装置的示意图。

图8为移动台进出道装置的示意图。

图8-1为图8的俯视图。

图9为安装在钢轮上的升降装置的示意图。

图9-1为图9的动作示意图。

图10为车辆位于轨面与路面平齐的钢轨线路上方的示意图。

图10-1为车辆钢轮降落在钢轨上的示意图。

图10-2为平面型钢轨与无轮缘钢轮的应用示意图。

图11为钢轨轨面与路面平齐线路在相交时的示意图。

                  具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的描述。

实施例1：

图1中所示，线路中钢轨1铺设在橡胶轮运行的路面2上，引导路段位于线路的前端，二侧设导向墙3，路面设导向标线4和导向磁钉5，车辆由导向墙引导进入引导路段，由车载的左右距离传感器7，测量导向墙确定车辆在路段中的横向位置；或由车载的电磁传感器测量路面上的导向磁钉5，或由车载摄像机辨识路面的导向标线，确定车辆在引导路段中横向的相对位置，通过安装在车辆转向系统上的转向控制装置，控制转向轮，使车辆行进在引导路段的中心线上，保证车辆对正线路，钢轮顺利驶上钢轨；车辆由钢轮导向，橡胶轮驱动，二者共同承载车辆的重量。

车辆通过前端设置的距离传感器或巡航雷达6，测量前车的速度与距离，由自动巡航驾驶系统控制车速及与前车之间的安全制动距离；并由车辆后端设置的距离传感器或巡航雷达，测量后车的速度和距离，由车辆尾部的声光警示装置，提醒后车控制车速并保持安全距离。

应用中，在线路引导路段中的钢轨前端，还可设进路装置8(参见图1-1)，辅助钢轮驶上钢轨，并可为未安装自动导向装置，配装有钢轮的汽车进入线路提供导向。当车辆进入进路装置，如位置不正确，其一侧钢轮对进路装置中的导向轨或导向台产生挤压，从而对车辆产生横向反作用力，使位于横移托板上的橡胶车轮发生反向横移，从而使车辆对正线路，钢轮可顺利驶上钢轨。

应用中，小型车线路钢轨可铺设在大型车线路钢轨中间。

实施例2：

图2中所示，钢轮9通过轴盘10安装在轮芯11上，轮芯11位于二个橡胶轮之间或安装在橡胶车轮钢圈的一侧(见图2-1)，橡胶轮运行在线路中的路面上，钢轮运行在路面上铺设的钢轨的上方；钢轨位于固定安装在路面中的金属板13上的安装槽12中，并可通过安装槽上的螺丝14调整固定。车辆重量由钢轮和橡胶轮同时承载，并由钢轮导向橡胶轮驱动运行。

图3和图4所示，钢轮9安装在车厢底板或大型车的车架下方(见图4-1)，运行在轨道板15上方铺设的钢轨上，和运行在路面上的橡胶轮共同承载车辆的重量。应用中，小型车线路可单独铺设(见图3)，也可与大型车统一钢轮轮距和轨距，铺设共用线路；共用线路中，小型车橡胶轮运行在轨道板15二侧的路面2上，大型车橡胶轮运行在小型车路面2二侧下方的路面16上，大型车与小型车的钢轮共同运行在轨道板15上的钢轨上。

共用线路前端的引导路段二侧设导向墙3，路面设导向标线4和导向磁钉5，同时小型车路面的前端设坡道17，钢轨的前端同时可设进路装置8(参见图5和图5-1)。

实施例3：

参见图6，应用中，可在钢轮上加装液压装置，对钢轮与钢轨之间的压力进行调整，从而调整钢轮所承载的车辆重量，使钢轮和橡胶轮之间承载的车辆重量可根据车辆的运行状态进行分配。图中所示，钢轮9位于滑架20中，滑架20通过其二端的轴套安装在轮架18中的导杆19上，通过滑套安装在导杆19上的推板23位于滑架20上方，二者间设液压缸22，推板23与上方的轮架18间设空气弹簧21，同时滑架20和导杆19的下方设复位弹簧21。当车辆处起动，加速状态时，位于驱动橡胶轮附近的钢轮上的液压缸，通过液压装置降低其中的压力，使钢轮对钢轨之间的压力减轻，从而减轻或消除钢轮所承载的车辆重量，使车辆的大部分重量转由驱动橡胶轮承载，从而增加驱动橡胶轮的驱动摩擦力，使车辆快速起动、加速。当车辆处制动状态时，通过液压装置迅速降低或消除前后钢轮上的液压缸的压力，减少钢轮负载，使车辆的大部分或全部重量均由前后橡胶轮承载，从而增加橡胶轮的制动摩擦力，使车辆迅速制动。当车辆处匀速巡航状态或仅进行较小的加减速时，通过液压装置增加钢轮上液压缸的压力，增加钢轮负载，减轻橡胶轮的负载，从而降低车辆的行驶阻力，由于钢轮的滚动阻力远小于橡胶轮的滚动阻力，使车辆的驱动功率和油耗大幅降低50％以上。

实施例4：

图7所示为旋转台24，当需驶出线路的车辆位于旋转台上时，由动力装置带动旋转台旋转，使旋转台上的钢轨脱离线路，车辆(或故障车辆)就可由旋转台上驶出线路，通过与旋转台相连的道路驶上公路。

图8中所示，车辆也可通过移动台27进出道路或进行线路转换。移动台位于底座26的滑槽中，其上分别设有直道过渡轨28和岔道过渡轨30，移动台由电机驱动钢轮在滑槽中的导轨上运行。当线路处直道状态时，移动台上的直道过渡轨位于底座滑槽二端上方的直道线路钢轨之间。当线路需处岔道通行或进出路状态时，电机驱动钢轮推移移动台，将移动台上的岔道钢轨推移到需转换的线路之间即可。图8-1中所示，底座26上的二端，同时设置有直道线路和岔道线路25(出道线路)以及进道线路29。

实施例5：

图9所示，钢轮升降装置位于车辆下方的车架或底板上，钢轮位于升降摆臂31的下方，升降摆臂上连接有推拉杆32，推拉杆的另一端安装在滑槽33内的滑块34上，滑块34固定安装在液压缸35中的活塞前端；升降摆臂由上下摆臂组成，下摆臂上端插入在上摆臂下部的导孔中，导孔中还装有可调整钢轮压力的液压缸；钢轨铺设在线路中，其轨面可与路面平齐(见图10)。

当车辆驶入线路，由车载传感器或摄像机根据路面的导向标识或钢轨，判断辨识车辆在线路中横向的相对位置，通过安装在车辆转向系统中的控制装置，调整控制转向轮，使车辆位于线路的中心线上，钢轮对正钢轨(参见图10)；然后通过升降装置中的液压缸35推动活塞和活塞上的滑块34，由滑块带动推拉杆32向下推动升降摆臂31(参见图9-1和图10-1)，将钢轮降落在钢轨上，并通过滑块34上的电磁卡锁装置将滑块锁定，再由上部升降摆臂中的液压缸下压下摆臂，从而增加钢轮对钢轨的压力，使钢轮和橡胶轮共同承载车辆的重量，减少车辆的运行阻力，降低油耗。升降摆臂中安装的液压缸的工作目的和工作状态与前述实施例2中钢轮上安装的液压缸22相同。当车辆需离开线路时，降低或消除升降摆臂中液压缸的压力，开启滑块34上的电磁卡锁，通过液压缸35回拉活塞和滑块，通过与滑块相连的推拉杆32向上拉起升臂摆臂31，使钢轮向上抬起远离路面和钢轨，车辆重新完全由橡胶轮承载驱动，自由返回公路运行。

应用中，线路中也可铺设轨面与路面平齐的平面型钢轨37(参见图10-2)，同时车辆下方的钢轮36不设导向轮缘。当车辆驶上线路时，由车载的传感器或摄像机辨识路面的磁钉、标线或钢轨，判断车辆在线路中的横向位置，通过转向系统中的控制装置控制转向轮，使车辆保持在线路中心线上运行。由于平面型钢轨的轨面较宽，同时钢轮上不设导向轮缘，钢轮就可很容易的降落到钢轨上，承载部分车辆的重量。

由于钢轨的轨面与路面平齐，不形成障碍，所以线路钢轨可铺设在现有的城市公交专线或高速公路上，供装有钢轮的车辆使用，并同时可兼容没有安装钢轮的车辆运行，不对道路上其它车辆造成影响；车辆由传感器或摄像机根据路面标识控制运行；钢轨的连接交叉均在路面上(见图11)。在未铺设钢轨的路面上，车辆收回钢轮由驾驶员控制，橡胶轮驱动运行。相对于现有的公交车辆其能耗低污染少，相对于城市轻轨，其噪音小，灵活无障碍，可在任何道路上运行，并且投资少工期短回收快。

Claims (10)

1、智能汽车与铁路，主要由配置有钢轮的汽车，和路面上铺设有钢轨的线路组成，其特征在于：汽车的橡胶轮运行在线路中的路面上，钢轮(9)运行在钢轨(1)上，二者共同承载车辆的重量，车辆由钢轮导向，橡胶轮驱动；钢轨直接铺设或通过轨道板(15)铺设在路面上。

2、根据权利要求1所述的智能汽车与铁路，其特征在于：所述的线路前端的引导路段二侧设导向墙，在路面上设有可供车载传感器或摄像机辨识的导向标识，同时引导路段中钢轨的前端可设进路装置(8)；车辆上同时设前后距离传感器或雷达。

3、根据权利要求1所述的智能汽车与铁路，其特征在于：所述的钢轮上可配置液压装置调整钢轮与钢轨之间的压力，同时钢轮可通过升降装置在路面钢轨上升降。

4、根据权利要求1所述的智能汽车与铁路，其特征在于：所述的大型车和小型车可使用共用线路，共用线路中小型车路面(2)位于轨道板(15)上铺设的钢轨二侧下方，大型车路面(16)位于小型车路面二侧下方，同时小型车和大型车的钢轮轮距相同。

5、根据权利要求1所述的智能汽车与铁路，其特征在于：铺设在路面上的小型车线路钢轨可位于铺设在路面上的大型车线路钢轨中间，同时小型车线路钢轨前端可设进路装置(8)。

6、根据权利要求1或4或5所述的智能汽车与铁路，其特征在于：所述的车辆可通过线路中设置的旋转台(24)驶离线路；或通过移动台(27)进出线路，及进行线路转换。

7、根据权利要求1或4所述的智能汽车与铁路，其特征在于：所述的线路中钢轨的前端可设进路装置(8)。

8、根据权利要求1所述的智能汽车与铁路，其特征在于：所述的线路中可铺设平面型钢轨(37)，平面型钢轨上运行的钢轮(36)不设导向轮缘，车辆由车载传感器或摄像机通过辨识路面导向标识或钢轨为车辆导向。

9、根据权利要求1所述的智能汽车与铁路，其特征在于：所述的铺设在路面上的钢轨轨面可与路面平齐。

10、根据权利要求1所述的智能汽车与铁路，其特征在于：所述的钢轮(9)可位于橡胶车轮双轮之间或橡胶车轮钢圈一侧，同时钢轮也可通过轴盘(10)安装在双轮之间或车轮钢圈一侧的轮芯(11)上。

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