CN202574210U - 铰接式客车防过度转向控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铰接式客车防过度转向控制系统，包括处理器，用于接收转向操作信息的接收器，用于获得铰接盘偏转角度信息的角度传感器，以及牵引力控制器；接收器和角度传感器分别发送相应的信息至处理器；处理器接收信息并处理，然后输出牵引力控制信号至牵引力控制器。该铰接式客车防过度转向控制系统，通过处理器计算出转向时需要的牵引力，并输出牵引力信号至牵引力控制器，从而在转向时避免了过度转向的发生。并且，当发生过度转向时，该铰接式客车防过度转向控制系统，可通过操作制动系统来使车辆脱离滑移，避免进一步发生事故，从而保证铰接式客车的行车安全。

Description

铰接式客车防过度转向控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种客车转向控制系统，尤其涉及一种用于铰接式客车的防过度转向控制系统。 

背景技术

铰接式客车是指由铰接装置相连接且互相连通、乘客可在其间走动的两个刚性车厢体所组成的客车。与双层客车相比，铰接式客车具有诸多优点：首先，铰接式客车通常具有3～4个车门，乘客升降速度较双层客车而言快很多，节约车辆的停站时间；其次，铰接式客车有更大的车内空间，无论车厢高度和站位个数都远胜于双层客车，且更容易在车内设置无障碍设施；再次，铰接式客车在成本方面也略低于同样乘员数的双层客车。因此，铰接式客车具有乘客升降速度快、空间大、成本低等优势，是城市公共交通车辆的重要组成部分。 

铰接式客车按底盘布置形式可分为前置发动机、中置发动机、后置发动机三种。其中，后置发动机后驱动的布置方式因其舒适性和可靠性较高，被广泛采用。后置后驱动式铰接式客车的主要车型包括BRT快速公交和铰接式长途客车等。 

但是，后置后驱动式铰接式客车也有其致命弱点。例如，后置后驱动式铰接式客车装配有液压电控铰接盘，即在铰接盘两侧增加液压油缸，车辆转向时液压油缸形成刚性连接以将动力从后轮传到前车。由于城市公交客车上往往没有足够的空间布置液压系统，故铰接盘无法主动提供支持力。在高速运行时，铰接盘的支持效果会随推力的增大而变差，使得车辆难以操控，从而容易发生过度转向甚至失控。而为了应对失控，大部分铰接盘还装配了保护系统，以便在铰接盘锁死的时候自动锁止铰接盘。但锁止后的车辆无法自行恢复，必须等待救援车拖拽，这样的故障会对城市交通造成很大影响。此外，在转向尤其是高速转向时，后置后驱动式铰接式客车可能发生过度转向，造成铰接盘或整车底盘损坏变形，造成严重的安全隐患。 

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种铰接式客车防过度转向控制系统（简称转向控制系统）。 

为实现上述的目的，本实用新型采用下述的技术方案： 

一种铰接式客车防过度转向控制系统，其特征在于： 

所述转向控制系统包括处理器，用于接收转向操作信息的接收器，用于获得铰接盘偏转角度信息的角度传感器，以及牵引力控制器； 

所述处理器的输入端分别与所述接收器和所述角度传感器的输出端连接，所述处理器的输出端与所述牵引力控制器的输入端连接；所述接收器和所述角度传感器分别发送相应的信息至所述处理器；所述处理器接收信息并处理，最终输出牵引力控制信号至所述牵引力控制器。 

其中，所述接收器接收的所述转向操作信息包括转向轮转向角度。 

所述接收器接收的所述转向操作信息还包括用于计算牵引力输入值的油门开度。 

所述牵引力控制信号是低于牵引力安全值的牵引力控制信号，所述牵引力安全值是指所述转向轮转向角度对应的最大允许牵引力。 

较优地，所述牵引力控制器直接连接并控制发动机。 

本实用新型提供了一种铰接式客车防过度转向控制系统。它利用处理器综合分析铰接式客车的铰接盘偏转角度信息、油门开度信息和转向轮转向角度信息，计算出转向时合适的牵引力值，并输出实际牵引力信号至牵引力控制器，从而控制发动机。该转向控制系统可以在转弯时调节适当的牵引力，避免发生过度转向。另外，当铰接式客车发生过度转向，轮胎出现滑移时，也可以通过操作制动系统使车辆脱离滑移，避免进一步发生事故。该铰接式客车防过度转向控制系统能够有效避免铰接式客车过度转向，确保安全行驶。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。 

图1为铰接式客车防过度转向控制系统结构图； 

图2为铰接式客车转向时受力分析图； 

图3为铰接式客车转向时车体状态及参数分析图； 

图4为铰接式客车防过度转向控制系统关于过度转向的分析流程图； 

图5为铰接式客车防过度转向控制系统关于实际牵引力的分析流程图。 

具体实施方式

本实用新型所提供的铰接式客车防过度转向控制系统（简称转向控制系统）首先通过分析，确定出转向时需要的合适的牵引力值，进而输出适当的牵引力，用于避免铰接式客车的过度转向。该转向控制系统在检测到驾驶员输入转向操作信息后启动，如驾驶员转动方向盘，使转向轮发生转向时，该转向控制系统开始运行。 

如图1所示，该转向控制系统的核心是处理器1，还包括接收器2、角度传感器3和牵引力控制器4，其中，处理器1的输入端分别与接收器2和角度传感器3的输出端连接，处理器1的输出端与牵引力控制器4的输入端连接。 

在该转向控制系统中，接收器2用于接收驾驶员输入的转向操作信息，并将之传送至处理器1；转向操作信息由驾驶员操作输入6，可以通过无线信号发送至接收器2；转向操作信息包括转向轮转向角度信息和油门开度信息，当接收器2接收到转向轮转向角度信息时，启动该转向控制系统，而油门开度信息用于计算驾驶员输入的牵引力输入值。角度传感器3用于获得铰接盘偏转角度信息，并将之传送至处理器1。该处理器1用于综合分析驾驶员输入的转向操作信息和铰接盘偏转角度信息，计算出合适的牵引力值，并将牵引力控制信号传送至牵引力控制器4，处理器1可以通过arduino pro mini单片机来实现。牵引力控制器4用于接收处理器1发出的牵引力控制信号，并对与之直接连接的发动机5进行控制。 

在此，结合附图和具体实施例对该转向控制系统的运行过程做详细说明。以铰接式客车的前车为主车10，后车为副车20，在后置后驱动铰接式客车中，后桥为驱动桥，前桥为转向桥、中桥为从动桥。如图2所示，转向时，铰接式客车主要受两个力的作用，副车20驱动桥的驱动力T和主车10从动桥所受垂直方向上的轮胎静摩擦力N。只有当两者的合力F平行于前车时，车辆才能正常转向。因为轮胎垂直方 向上的静摩擦力是有限的，所以在不同的驱动桥转向角度θ（即转向轮转向角度）下存在相应的最大允许牵引力，将此最大允许牵引力定义为牵引力安全值。只有当实际牵引力小于最大允许牵引力（即牵引力安全值）时，车辆才能正常转向；如果牵引力大于这个值，铰接式客车就会发生过度转向。 

而另一方面，在一定的驱动桥转向角度θ下也存在相应的最大的铰接盘偏转角度βmax，如果实际的铰接盘偏转角度β大于这个值，则说明从动桥已经打滑，铰接式客车已经发生过度转向。如图3所示，铰接盘偏转角度β是指铰接式客车转向时，副车20的中心线HP绕铰接点P相对主车10的中心线GP转过的角度。将副车中心线HP延长，与中桥中心线相交于点N，因为∠β=∠NPG，而直角ΔNGP与直角ΔNHO相似，所以，∠α=∠NPG=∠β,即铰接盘偏转角度β的值等于中桥、后桥中心线与转向中心点O所形成的夹角α。因为铰接式客车转向时，转向轮转向角度θ与中桥、后桥中心线与转向中心点O所形成的夹角α之间存在下面的关系： 

${\mathrm{\θ}}_{\max }=\mathrm{arctg}\left\{\frac{L}{\frac{D(E+D{\cos \mathrm{\α}}_{\max })}{D\sin \mathrm{\α}}+\frac{M}{2}}\right\},$

所以，转向轮转向角度θ与铰接盘偏转角度β之间满足下面的公式： 

${\mathrm{\θ}}_{\max }=\mathrm{arctg}\left\{\frac{L}{\frac{D(E+D{\cos \mathrm{\β}}_{\max })}{D\sin \mathrm{\β}}+\frac{M}{2}}\right\},$

其中，D是中桥中心线到铰接点P的距离，E是后桥中心线到铰接点P的距离，L是前桥中心线到中桥中心线的距离，M是主销中心距。公式的具体推算过程参见《客车技术与研究》2007年第2期第27-29页《铰接式客车最小转弯半径和通道宽度的计算》。 

为此，本实用新型提供的转向控制系统，通过处理器1结合转向轮转向角度信息、油门开度信息和铰接盘偏转角度信息，来判断铰接式客车的转向状态，当铰接式客车处于正常转向状态时，进一步判断牵引力输入值是否低于牵引力安全值，如果是，则实际牵引力应用原 牵引力输入值，如果否，则将实际牵引力减小到牵引力安全值进行输出。具体分析算法如图4和图5所示。 

该转向控制系统的分析与控制过程分为两个步骤：步骤S100：依据转向轮转向角度θ和铰接盘偏转角度β，判断铰接式客车是否过度转向，如果过度转向时，则提供驱动桥制动，如果铰接式客车处于正常转向状态时，则进入步骤S200；步骤S200：依据转向轮转向角度θ计算牵引力安全值，并与油门开度信息对应的牵引力输入值进行对比，最终计算出适当的实际牵引力进行输出。 

如图4所示，步骤S100包括下列子步骤。当接收器2接收到转向轮转向角度θ时，进入步骤S101，转向控制系统开始运行；步骤S102，接收器2检测转向轮转向角度θ值，并将之传送至处理器1；步骤S103，角度传感器3检测铰接盘偏转角度β值，并将之传送至处理器1；步骤S104，处理器1根据转向轮转向角度θ计算出铰接盘可以偏转的最大角度（转向应有最大角度），并将该角度与铰接盘实际偏转角度进行对比，判断铰接盘实际偏转角度是否大于此转向应有最大角度，如果是，则说明从动桥已经发生滑移，铰接式客车已发生过度转向，从而进入步骤S105，给驱动桥紧急制动信号，如直接切断驱动桥牵引力，使后车施加一个向后的拉力，让车辆脱离过度转向状态，防止车辆失控；步骤S110，该转向控制系统结束运行。 

如果步骤S104的判断结果为否，则铰接式客车处于正常转向状态，执行步骤S200。 

如图5所示，步骤S200包括下列子步骤。当处理器1计算出铰接盘实际偏转角度小于转向应有最大角度时，进入步骤S201，转向控制系统开始运行；步骤S202，接收器2检测油门开度信息，并将之传送至处理器1；步骤S203，角度传感器3检测铰接盘偏转角度β值，并将之传送至处理器1；步骤S204，处理器1根据铰接盘偏转角度β和轮胎最大摩擦力，通过解三角形计算出最大允许牵引力（即牵引力安全值），并根据油门开度信息计算出对应的牵引力输入值，将牵引力输入值与牵引力安全值进行对比，判断牵引力输入值是否低于牵引力安全值，如果是，进入步骤S206，应用原牵引力，将牵引力输入值作为实际牵引力进行输出，步骤S210，该转向控制系统结束运行。 

如果步骤S204判断结果为否，执行步骤S208；步骤S208，将牵引力输入值减小到牵引力安全值进行输出，步骤S210，该转向控制系统结束运行。 

本实用新型提供的转向控制系统，可以通过铰接式客车的转向轮转向角度信息、铰接盘偏转角度信息和油门开度信息，综合分析判断铰接式客车是否过度转向，并进一步将输出的实际牵引力值限制在牵引力安全值内，从根本上避免了铰接式客车的过度转向。在实际应用中，可以将转向控制系统中的所有铰接盘角度传感器3、接收器2、处理器1和牵引力控制器4等接入CAN总线，处理器1可以共享所有数据信息，并通过CAN总线直接控制发动机5，从而提供了一种安全的控制方式。 

上述实施例对本实用新型的最佳实施方式作了详细说明，但并非对本实用新型的限制。例如，该转向控制系统可以单独利用步骤S100对铰接式客车是否过度转向进行判断与处理。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本实用新型专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。 

Claims (5)

1.一种铰接式客车防过度转向控制系统，其特征在于：

所述转向控制系统包括处理器，用于接收转向操作信息的接收器，用于获得铰接盘偏转角度信息的角度传感器，以及牵引力控制器；

所述处理器的输入端分别与所述接收器和所述角度传感器的输出端连接，所述处理器的输出端与所述牵引力控制器的输入端连接；所述接收器和所述角度传感器分别发送相应的信息至所述处理器；所述处理器接收信息并处理，最终输出牵引力控制信号至所述牵引力控制器。

2.如权利要求1所述的铰接式客车防过度转向控制系统，其特征在于：

所述接收器接收的所述转向操作信息包括转向轮转向角度。

3.如权利要求2所述的铰接式客车防过度转向控制系统，其特征在于：

所述接收器接收的所述转向操作信息还包括油门开度。

4.如权利要求1所述的铰接式客车防过度转向控制系统，其特征在于：

所述牵引力控制信号是低于牵引力安全值的牵引力控制信号，所述牵引力安全值是指所述转向轮转向角度对应的最大允许牵引力。

5.如权利要求1所述的铰接式客车防过度转向控制系统，其特征在于：

所述牵引力控制器直接连接并控制发动机。 

Images