一种胶轮列车轨迹跟随控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种胶轮列车轨迹跟随控制系统，包括：安装于车头组件上的车头轨迹跟随控制器，通过采集车头的状态信号来获取车头单元质心处的坐标，且推算下一轴的坐标数据，将下一轴的坐标数据传输给下一节车厢上的轨迹跟随控制器；安装于车厢组件上的车厢轨迹跟随控制器和安装于车尾组件上的车尾轨迹跟随控制器，所述车厢轨迹跟随控制器和车尾轨迹跟随控制器采集对应车厢的状态信号，再通过通讯网络传输接收上一节相邻车厢的坐标数据来控制本节车厢车轴的运行轨迹。本发明专利技术具有原理简单、操作简便、能够实现最佳控制效果等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到城市轨道交通系统领域，特指一种适用于虚拟轨道列车的轨迹跟随控制系统。
技术介绍
城市轨道交通系统是具有连续导向能力的专线公共交通系统，其特点表现为拥有整条专用轨道，并且不可与机动车混行。(比如，无十字路口，其道路路基建设不设人行横道，无自行车专道和无机动车线路)。通常情况，城市轨道交通系统大都建造于地下或者高架桥之上。通过使用闭塞模式实现其在轨道专线中的自由运行。城市轨道交通系统也可以使用全自动化运行模式。此外，城市轨道交通系统又分为重型和轻型两种，比如地铁和轻轨。然而这种形式显然基础设施建设投入较大。现代城市交通系统主要构成为地铁、有轨电车、公交车等，地铁虽然运输力强大，但其成本巨大，使得其在中小城市不能广泛应用；有轨电车需要专门的电力系统和轨道配合设计，无论是设计建设成本或者维护成本相对较大且易受制于运行环境；传统公交车成本更低，且相对于有轨车辆非常灵活，当前方有障碍物时，能够很方便的躲开障碍物继续行驶，当车辆发生故障时，可以靠边，不会影响其他车辆行驶。但传统公交车运力少，通常会通过铰接多节车厢来组成汽车列车增加运力。在中小城市中发展汽车列车替代传统的公交车，在保证汽车列车通过性和转向性能等安全因素条件下，其不仅能够提高运输能力而且能降低运输成本30%左右。铰接式汽车列车客车虽然载客能力大，但是它和单体客车相比，最大的差别是因车身长度加长带来的道路通过性的变化，表现为转弯半径增加，转弯所占车道面积增大，易与旁边的道路交通其它元素发生干涉，从而不能顺利通过，甚至恶化交通运行环境，无法快速、高效地实现公交运输。四轮转向技术尤其是后轮转向技术出现为实现汽车的全轮转向功能提供技术支持。目前，全轮转向技术在一些车型上已经得到成熟应用，如宝马的新7系，日产风雅350GT等车型，另外在沙滩车等特殊车型上也有广泛应用。线性控制系统的深入研究并应用到某些车型，如宝马“Z22概念车”，丰田公司的“LexusHPX”等，目前国内针对四轮转向和线性转向控制系统的研究也日益受到重视。通过采用线控全轴转向技术，可以使得汽车列车的车轮轨迹可控，可以显著的增加汽车列车的通过性。然而如何利用线控多轴转向技术实现胶轮列车的车轮轨迹可控，甚至于保证前进方向车轮的轨迹重合率，就需要专利技术一种轨迹跟随控制系统用于采用线控全轴转向的汽车列车上来控制车轮的转向，来增加前进方向上后车轮与前轮的轨迹重合率，减小转向“内轮差”，降低“视线死角”带来的影响。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种原理简单、操作简便、能够实现最佳控制效果的一种胶轮列车轨迹跟随控制系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种胶轮列车轨迹跟随控制系统，包括：安装于车头组件上的车头轨迹跟随控制器，通过采集车头的状态信号来获取车头单元质心处的坐标，且推算下一轴的坐标数据，将下一轴的坐标数据传输给下一节车厢上的轨迹跟随控制器；安装于车厢组件上的车厢轨迹跟随控制器和安装于车尾组件上的车尾轨迹跟随控制器，所述车厢轨迹跟随控制器和车尾轨迹跟随控制器采集对应车厢的状态信号，再通过通讯网络传输接收上一节相邻车厢的坐标数据来控制本节车厢车轴的运行轨迹。作为本专利技术的进一步改进：所述车头轨迹跟随控制器包括定位单元、第一转向桥转向角度传感器、第一轮速传感器及第一铰接角度传感器；所述定位单元为卫星定位系统或加速度计、陀螺仪、磁性方向传感器,也可能为通过车轮的轮速与转向桥转角推算出位置信息；所述第一转向桥转向角度传感器安装于车头组件的转向桥上，用来测量转向桥的转向角度；所述第一轮速传感器安装于车头组件的车轮上，用来测量车轮的轮速；所述第一铰接角度传感器安装于车头组件与车厢组件之间的铰接处，用来测量车头组件与车厢组件之间的夹角。作为本专利技术的进一步改进：所述车厢轨迹跟随控制器包括第二转向桥转向角度传感器、第二轮速传感器及第二铰接角度传感器，所述第二转向桥转向角度传感器安装于车厢组件的转向桥上，用来测量转向桥的转向角度；所述第二轮速传感器安装于车厢组件上的车轮上，用来测量车轮的轮速；所述第二铰接角度传感器安装于相邻车厢组件之间的铰接处，用来测量相邻车厢组件之间的夹角。作为本专利技术的进一步改进：所述车尾轨迹跟随控制器包括第三转向桥转向角度传感器、第三轮速传感器及第三铰接角度传感器，所述第三转向桥转向角度传感器安装于车尾组件的转向桥上，用来测量转向桥的转向角度；所述第三轮速传感器安装于车尾组件的车轮上，用来测量车轮的轮速；所述第三铰接角度传感器安装于车尾组件与车厢组件之间的铰接处，用来测量车尾组件与车厢组件之间的夹角。作为本专利技术的进一步改进：所述车头轨迹跟随控制器、车厢轨迹跟随控制器和车尾轨迹跟随控制器通过CAN通讯网络或者通过高速以太网、光纤通讯、FlexRay通讯网络进行连接。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的胶轮列车轨迹跟随控制系统，针对整列车辆而言采用分散控制的思路，单节车辆的采样数据与转向控制器以及跟随控制均可在该节车辆的单元跟随控制器来实现，单元跟随控制器直接对转向控制器发送转向指令。车辆的坐标轨迹数据通过CAN总线的方式或者其他高速通讯的方式实现前一节车辆与后一节车辆之间的传输。这种控制方式将各个传感器数据采集与传感器融合算法分散在各个车辆单元轨迹跟随控制器中来实现，可以大大简化轨迹跟随控制系统的结构，同时也便于车辆的模块化配置，如需增加车辆的节数，只需将车辆单元轨迹跟随控制器连接CAN总线上或者其他高速通讯总线上。2、本专利技术的胶轮列车轨迹跟随控制系统，采用分散控制的思路来控制整车上所有车轮的转向，来增加前进方向上后车轮与前轮的轨迹重合率，使车辆如同行驶在虚拟的轨道上一般，能够最大程度减小转向“内轮差”，降低“视线死角”带来的影响。附图说明图1是本专利技术在具体应用实例中的结构框架原理示意图。图2是本专利技术的控制逻辑示意图。图3是本专利技术在具体应用时车头轨迹跟随控制器的轨迹跟随控制流程图。图4是本专利技术在具体应用时车厢轨迹跟随控制器与车尾轨迹跟随控制器的轨迹跟随控制流程图。图例说明：1、车头轨迹跟随控制器；101、定位单元；102、第一转向桥转向角度传感器；103、第一轮速传感器；104、第二转向桥转向角度传感器；105、第二轮速传感器；106、方向盘转角传感器；107、第二转向桥电控转向装置；2、车厢轨迹跟随控制器；201、第三转向桥转向角度传感器；202、第三轮速传感器；203、第一铰接角度传感器；204、第三转向桥电控转向装置；3、车尾轨迹跟随控制器；301、第四转向桥转向角度传感器；302、第四轮速传感器；303、第二铰接角度传感器；304、第四转向桥电控转向装置；4、车头组件；5、车厢组件；6、车尾组件。具体实施方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。虚拟轨道汽车列车上的车辆一般采用多轴转向技术，大多数的车轴均具有线控转向装置，线控转向装置通过接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种胶轮列车轨迹跟随控制系统，其特征在于，包括：安装于车头组件（4）上的车头轨迹跟随控制器（1），通过采集车头的状态信号来获取车头单元质心处的坐标，且推算下一轴的坐标数据，将下一轴的坐标数据传输给下一节车厢上的轨迹跟随控制器；安装于车厢组件（5）上的车厢轨迹跟随控制器（2）和安装于车尾组件（6）上的车尾轨迹跟随控制器（3），所述车厢轨迹跟随控制器（2）和车尾轨迹跟随控制器（3）采集对应车厢的状态信号，再通过通讯网络传输接收上一节相邻车厢的坐标数据来控制本节车厢车轴的运行轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种胶轮列车轨迹跟随控制系统，其特征在于，包括：
安装于车头组件（4）上的车头轨迹跟随控制器（1），通过采集车头的状态信号来获取车头单元质心处的坐标，且推算下一轴的坐标数据，将下一轴的坐标数据传输给下一节车厢上的轨迹跟随控制器；
安装于车厢组件（5）上的车厢轨迹跟随控制器（2）和安装于车尾组件（6）上的车尾轨迹跟随控制器（3），所述车厢轨迹跟随控制器（2）和车尾轨迹跟随控制器（3）采集对应车厢的状态信号，再通过通讯网络传输接收上一节相邻车厢的坐标数据来控制本节车厢车轴的运行轨迹。
2.根据权利要求1所述的胶轮列车轨迹跟随控制系统，其特征在于，所述车头轨迹跟随控制器（1）包括定位单元（101）、第一转向桥转向角度传感器（102）、第一轮速传感器（103）、第二转向桥转向角度传感器（104）、第二轮速传感器（105）以及方向盘转角传感器（106）；所述定位单元（101）为卫星定位系统或加速度计、陀螺仪、磁性方向传感器；第一转向桥转向角度传感器（102）与第二转向桥转向角度传感器（104）安装于车头组件（4）的转向桥上，用来测量转向桥的转向角度；所述第一轮速传感器（103）与第二轮速传感器（105）安装于车头组件（4）的车轮上，用来测量车轮的轮速。
3.根据权利要求1所述的胶轮列车轨迹跟随控制系统，其特征在于，所述车厢轨迹跟随控制器（2）包括第三转向桥转向...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯江华，尚敬，许峻峰，肖磊，张陈林，
申请(专利权)人：南车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43