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CN105329259B - 一种轨道交通车辆导向装置及导向方法 - Google Patents

一种轨道交通车辆导向装置及导向方法 Download PDF

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CN105329259B CN201510915513.XA CN201510915513A CN105329259B CN 105329259 B CN105329259 B CN 105329259B CN 201510915513 A CN201510915513 A CN 201510915513A CN 105329259 B CN105329259 B CN 105329259B
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杨颖�
杜求茂
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刘亚妮
黄学君
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Abstract

本发明公开了一种轨道交通车辆导向装置及导向方法，导向装置包括埋设在轨道交通车辆运行线路分叉路口路面下的导向路段导向线和埋设在运行线路其余位置的正线路段导向线、安装在轨道交通车辆上的用于感应所述导向路段导向线或正线路段导向线中心线位置的两个感应装置；所述正线路段导向线和导向路段导向线两端通交流电。本发明能实现轨道交通车辆无接触式导向和智能变道的目的，解决了传统机械式导向存在的轮轨机械磨损、振动噪声大，以及道岔变道时的效率低、能耗大的问题。

Description

一种轨道交通车辆导向装置及导向方法
技术领域
本发明涉及轨道交通车辆的导向和变道技术领域,特别是一种轨道交通车辆导向装置及导向方法。
背景技术
传统的轨道交通车辆导向均为机械式导向，存在轮轨机械磨损，且在变道转向时需要扳动道岔，效率低，能耗大，且增大了车辆运行时的振动和噪声。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种轨道交通车辆导向装置及导向方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种轨道交通车辆导向装置，包括埋设在轨道交通车辆运行线路分叉路口路面下的导向路段导向线和埋设在运行线路其余位置的正线路段导向线、安装在轨道交通车辆上的用于感应所述导向路段导向线或正线路段导向线中心线位置的两个感应装置；所述正线路段导向线和导向路段导向线两端通交流电。
本发明的导向装置还包括安装在轨道交通车辆上的定位装置、无线通信模块；所述无线通信模块与用于控制导向路段导向线和正线路段导向线两端电源通断以及电源频率的导向控制箱通信。方便对车辆定位，同时方便将车辆行进位置等数据传输给导向控制箱。
所述导向路段导向线或正线路段导向线均为表面设有绝缘层的导体。绝缘层可以保证行车安全。
本发明还提供了一种轨道交通车辆导向方法，包括以下步骤：
1)计算轨道交通车辆运行过程中，其中心线相对于导向路段导向线或正线路段导向线偏移的位置偏移量d：d＝c1*Δu2 5+c2*Δu2 4+c3*Δu2 3+c4*Δu2 2+c5*Δu2+c6；其中，c1、c2、c3、c4、c5、c6为五次多项式系数；Δu2为修正后的两个感应装置的压差值；其中d的取值范围为-50mm～50mm；Δu2的取值范围为-6.5mV～6.5mV；Δu2＝a*Δu1，Δu1为轨道交通车辆运行中心线偏移时两个感应装置的压差值，且经过了整形、放大和A/D转换后的数值；a＝b1*v3+b2*v2+b3*v+b4；v为轨道交通车辆运行速度；b1、b2、b3、b4为三次多项式系数；Δu1的取值范围为-5mV～5mV，v的取值范围为0～80km/h，a的取值范围为0.7～1，用来减弱压差值Δu1，因为车辆运行速度较快，使车辆振动和增幅增加，从而使磁感应线圈上下等幅振动时，由于磁场强度密度分布不均导致靠近导向线时的感应电压大于远离导向线时的感应电压，使Δu1偏大；
2)将所述位置偏移量d经D/A转换和信号放大后，发送给伺服电机，进行轨道交通车辆舵轮转向控制；或发送给轨道交通车辆左右车轮的电机，进行差速控制；
3)将定位装置检测到的轨道交通车辆位置与预存路线进行比对，当轨道交通车辆在行驶到靠近分叉路口时，无线通讯模块与导向控制箱通讯，将经转向控制后的轨道交通车辆行进方向或者差速控制信号发送给导向控制箱；导向控制箱根据轨道交通车辆车辆的行进方向或差速控制信号选择接通导向路段导向线或正线路段导向线。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明导向装置结构简单，结合该导向装置，本发明能实现轨道交通车辆无接触式导向和智能变道，解决了传统机械式导向存在的轮轨机械磨损、振动噪声大，以及道岔变道时的效率低、能耗大的问题。
附图说明
图1为本发明装置排布示意图；
图2为本发明导向示意图。
具体实施方式
本实施例以一种分叉道路为例，说明基于磁感应导向的智能交通方式，具体步骤为：
第一步，如图1所示，运行线路路面下埋有分段导向线，包括正线路段导向线和导向路段导向线。
导向线为带绝缘层的导体，其两端通一定频率的交流电，以产生磁场。
导向路段导向线为分叉路口设置的导向线，其长度较短(100以内)，并设置了导向控制箱。
导向控制箱包括无线通讯模块和导向线电源控制模块，导向线电源控制模块用来控制导线路段导向线两端电源的通断以及电源的频率。
第二步，胶轮车辆行驶在第一步所述的导向线路面上，车辆上装有检测线圈模块、无线通讯模块和GPS定位模块。
检测线圈模块包括两个水平方向布置的磁感应线圈，用来感应导向线的中心线位置，实现无接触式导向，如图2所示。
本发明所指的胶轮车辆可以包括有轨电车、轻轨车、个人交通、游乐火车等运输交通系统中的胶轮车辆。
第三步，当车辆中心线相对于地槽导向线(正线路段导向线或导向路段导向线)偏移时，检测线圈模块相对于地槽导向线也产生偏移，此时两检测线圈感应的感应电压不同，其压差值经过整形、放大和A/D转换送入车载计算机进行修正后，再计算出位置偏移量，经D/A转换和信号放大后，发送给伺服电机，进行舵轮转向控制，或发送给左右车轮的电机，进行差速控制。
压差值送入车载计算机进行修正，是指两检测线圈的感应电压受车辆行进速度的影响，其修正关系式如(1)式所示。
Δu2＝a*Δu1 (1)
式中，Δu1为修正前的压差值，Δu2为修正后的压差值，a为修正系数。
所述线圈压差修正系数对应表可用二次多项式进行拟合，如式(2)所示。
a＝b1*v3+b2*v2+b3*v+b4 (2)
式中，v为车辆运行速度；b1、b2、b3、b4为三次多项式系数。
所述由修正后的压差值计算出位置偏移值，是指由计算机自动查表预存的压差值与位置偏移值之间的直接对应表。
所述修正后的压差值与位置偏移值之间的对应关系表用二次曲线进行拟合，
如式(3)所示。
d＝c1*Δu2 5+c2*Δu2 4+c3*Δu2 3+c4*Δu2 2+c5*Δu2+c6 (3)
式中，d为位置偏移值；c1、c2、c3、c4、c5、c6为五次多项式系数。
第四步，车辆出发前已输入起始位置和目的地位置，并进行路线规划；将GPS定位模块获得的车辆位置与预存路线进行比对，当车辆在行驶到距离分叉路口较近(100米以内)的距离时，启动车辆无线通讯模块与分叉路口导向控制箱的无线通讯模块进行通讯；将经转向控制后的轨道交通车辆行进方向或者差速控制信号发送给导向控制箱；导向控制箱的导向线电源控制模块根据车辆的行进方向选择性地接通导向路段的导向线，实现智能变道的目的。
本发明系数可以参照下述过程确定：
d＝c1*Δu2 5+c2*Δu2 4+c3*Δu2 3+c4*Δu2 2+c5*Δu2+c6；其中，c1、c2、c3、c4、c5、c6为五次多项式系数，五次多项式是由位置偏移量与修正后压差值的对应数据表用最小二乘法拟合数值计算获得的(如表2所示)；Δu2为修正后的两个感应装置的压差值；其中d的取值范围为-50mm到50mm；Δu2的取值范围为-6.5V到6.5V。Δu2＝a*Δu1，Δu1为轨道交通车辆运行中心线偏移时两个感应装置的压差值；a＝b1*v3+b2*v2+b3*v+b4；v为轨道交通车辆运行速度；b1、b2、b3、b4为三次多项式系数，该三次多项式是由修正系数与行车速度的对应数据表用最小二乘法拟合数值计算获得的(如表1所示)；其中Δu1的取值范围为-5V到5V，v的取值范围为0到80km/h，a的取值范围为1到1.3。
表1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
v(km/h) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80
a 1 0.99 0.97 0.95 0.91 0.86 0.81 0.77 0.74 0.72
通过表1的数据，拟合得到b1＝0.0000，b2＝-0.0001，b3＝-0.0009，b4＝0.9965。
表2
通过表1的数据，拟合得到c1＝-0.0035，c2＝-0.0014，c3＝0.0511c4＝0.0507，c5＝10.3188，c6＝0.5196。

Claims (5)

1.一种轨道交通车辆导向装置，其特征在于，包括埋设在轨道交通车辆运行线路分叉路口路面下的导向路段导向线和埋设在运行线路其余位置的正线路段导向线、安装在轨道交通车辆上的用于感应所述导向路段导向线或正线路段导向线中心线位置的两个感应装置；所述正线路段导向线和导向路段导向线两端通交流电；轨道交通车辆运行过程中，其中心线相对于导向路段导向线或正线路段导向线偏移的位置偏移量d＝c1*Δu2 5+c2*Δu2 4+c3*Δu2 3+c4*Δu2 2+c5*Δu2+c6；其中，c1、c2、c3、c4、c5、c6为五次多项式系数；Δu2为修正后的两个感应装置的压差值；其中d的取值范围为-50mm～50mm；Δu2的取值范围为-6.5mV～6.5mV；Δu2＝a*Δu1，Δu1为轨道交通车辆运行中心线偏移时两个感应装置的压差值；a＝b1*v3+b2*v2+b3*v+b4；v为轨道交通车辆运行速度；b1、b2、b3、b4为三次多项式系数；Δu1的取值范围为-5mV～5mV，v的取值范围为0～80km/h，a的取值范围为0.7～1。
2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆导向装置，其特征在于，还包括安装在轨道交通车辆上的定位装置、无线通信模块；所述无线通信模块与用于控制导向路段导向线和正线路段导向线两端电源通断以及电源频率的导向控制箱通信。
3.根据权利要求1所述的轨道交通车辆导向装置，其特征在于，所述导向路段导向线或正线路段导向线均为表面设有绝缘层的导体。
4.一种轨道交通车辆导向方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)计算轨道交通车辆运行过程中，其中心线相对于导向路段导向线或正线路段导向线偏移的位置偏移量d,d＝c1*Δu2 5+c2*Δu2 4+c3*Δu2 3+c4*Δu2 2+c5*Δu2+c6；其中，c1、c2、c3、c4、c5、c6为五次多项式系数；Δu2为修正后的两个感应装置的压差值；其中d的取值范围为-50mm～50mm；Δu2的取值范围为-6.5mV～6.5mV；Δu2＝a*Δu1，Δu1为轨道交通车辆运行中心线偏移时两个感应装置的压差值；a＝b1*v3+b2*v2+b3*v+b4；v为轨道交通车辆运行速度；b1、b2、b3、b4为三次多项式系数；Δu1的取值范围为-5mV～5mV，v的取值范围为0～80km/h，a的取值范围为0.7～1；
2)将所述位置偏移量d经D/A转换和信号放大后，发送给伺服电机，进行轨道交通车辆舵轮转向控制；或发送给轨道交通车辆左右车轮的电机，进行差速控制；
3)将定位装置检测到的轨道交通车辆位置与预存路线进行比对，当轨道交通车辆在行驶到靠近分叉路口时，无线通讯模块将经转向控制后的轨道交通车辆行进方向或者差速控制信号发送给导向控制箱；导向控制箱根据轨道交通车辆的行进方向或差速控制信号选择接通导向路段导向线或正线路段导向线。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，b1＝0.0000，b2＝-0.0001，b3＝-0.0009，b4＝0.9965；c1＝-0.0035，c2＝-0.0014，c3＝0.0511，c4＝0.0507，c5＝10.3188，c6＝0.5196。
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