CN106379334B - 高架宽体电车转弯控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高架宽体电车转弯控制系统，包括速度采集模块、位置确定模块、车辆控制模块、内侧车轮驱动模块及外侧车轮驱动模块，速度采集模块用于采集车辆的行驶速度并发送至车辆控制模块，位置确定模块用于采集内侧车轮与外侧车轮在车辆行进轨道上的位置信息并发送至车辆控制模块，车辆控制模块根据内侧车轮与外侧车轮的位置信息确定出内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值并根据弧形半径值以及车辆的行驶速度计算出内侧车轮与外侧车轮所需要达到的线速度，同时控制内侧车轮驱动模块及外侧车轮驱动模块驱动内侧车轮与外侧车轮到达所需的线速度。本发明还涉及一种高架宽体电车转弯控制系统的控制方法。

Description

高架宽体电车转弯控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及高架宽体电车技术领域，特别涉及一种高架宽体电车转弯控制系统及其控制方法。

背景技术

高架宽体电车由于体积巨大，转向问题一直是其走向大规模应用之前的一个亟待解决的难题之一。目前，针对使用两侧车轮转速差来实现高架宽体电车的转弯控制策略，国内外尚无明确其他案例。轨道交通中由于轨道的转弯半径很大，可以通过转向架来解决过弯道问题；而汽车上所应用的差速控制，是通过ABS系统检测车轮空转而降低该轮转速，以重新恢复抓地力，属于对不同摩擦力地面的被动适应，并非用于车辆的转向。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高架宽体电车转弯控制系统，以解决上述技术问题。

本发明实施例提供一种高架宽体电车转弯控制系统，包括速度采集模块、位置确定模块、车辆控制模块、内侧车轮驱动模块及外侧车轮驱动模块，所述速度采集模块、所述位置确定模块、所述内侧车轮驱动模块及所述外侧车轮驱动模块均与所述车辆控制模块连接，所述速度采集模块用于采集车辆的行驶速度并将车辆的行驶速度发送至所述车辆控制模块，所述位置确定模块用于采集车辆中相对的内侧车轮与外侧车轮在车辆行进轨道上的位置信息并将内侧车轮与外侧车轮的位置信息发送至所述车辆控制模块，所述车辆控制模块根据内侧车轮与外侧车轮的位置信息确定出内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值，所述车辆控制模块根据内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值以及车辆的行驶速度计算出内侧车轮与外侧车轮所需要达到的线速度，同时控制所述内侧车轮驱动模块及所述外侧车轮驱动模块输出预定的驱动力驱动内侧车轮与外侧车轮到达所需的线速度。

进一步地，在车辆转弯时，设内侧车轮的预定线速度值为vi、外侧车轮的预定线速度值为vo、车辆的行进速度值为v、相对的内侧车轮与外侧车轮之间的一半距离值为d、内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值为r，此时，车辆围绕弯道所在圆心处的角速度ω＝v/r，vi和vo分别与v、d以及r之间满足以下关系：

vi＝ω*(r-d)＝(1-d/r)*v；

vo＝ω*(r+d)＝(1+d/r)*v。

进一步地，所述车辆控制模块内存储有在车辆行进轨道的路径信息以及存储有在车辆行进轨道的处任意一个位置处，相对的内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值。

进一步地，所述高架宽体电车具有多个内侧车轮与多个外侧车轮，多个内侧车轮与多个外侧车轮成对设置，相对的内侧车轮与外侧车轮通过一个位置确定模块确定位置。

进一步地，每个内侧车轮与每个外侧车轮上分别通过一个内侧车轮驱动模块及一个外侧车轮驱动模块驱动。

进一步地，所述速度采集模块为速度传感器。

进一步地，所述位置确定模块为GPS定位器。

本发明还提供一种高架宽体电车转弯控制系统的控制方法，包括以下步骤；

采集车辆的当前行驶速度值以及车辆的内侧车轮与外侧车轮的位置信息；

确定车辆中相对的内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值；

计算内侧车轮与外侧车轮所需达到的线速度；以及

输出预定的驱动力驱动内侧车轮与外侧车轮达到所需要的线速度。

本发明的有益效果是：

本发明的高架宽体电车转弯控制系统及控制方法可以在高架宽体电车转弯时，使高架宽体电车的内侧车轮与外侧车轮到达所需的线速度，保证车辆不会有横向的滑行，结构简单，成本低且控制精度高。

附图说明

图1是本发明实施例的高架宽体电车转弯控制系统的原理框图。

图2是本发明实施例的高架宽体电车转弯控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明实施例提供一种高架宽体电车转弯控制系统，包括速度采集模块1、位置确定模块2、车辆控制模块3、内侧车轮驱动模块4及外侧车轮驱动模块5。速度采集模块1、位置确定模块2、内侧车轮驱动模块4及外侧车轮驱动模块5均与车辆控制模块3连接，速度采集模块1用于采集车辆的行驶速度并将车辆的行驶速度发送至车辆控制模块3，位置确定模块2用于采集相对的内侧车轮与外侧车轮在车辆行进轨道上的位置信息并将内侧车轮与外侧车轮的位置信息发送至车辆控制模块3，车辆控制模块3根据内侧车轮与外侧车轮的位置信息确定出内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值，在车辆转弯时，车辆控制模块3根据内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值以及车辆的行驶速度计算出内侧车轮与外侧车轮所需要达到的线速度，同时控制内侧车轮驱动模块4及外侧车轮驱动模块5输出预定的驱动力驱动内侧车轮与外侧车轮到达所需的线速度。

需要说明的是，内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值指的是，在车辆行进轨道的弧形部上(也可以说是拐弯处)，内侧车轮与外侧车轮之间的中点到该弧形部的圆心的距离。需要进一步说明的是，车辆在车辆行进轨道的直线部分行驶时，内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值为0，车辆无需转弯，而车辆在车辆行驶轨道的弧向部分行驶时，内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值r才会有具体的数据，车辆需要转弯。

在本实施例中，当车辆转弯时，设内侧车轮的预定线速度值为vi、外侧车轮的预定线速度值为vo、车辆的行进速度值为v、相对的内侧车轮与外侧车轮之间的一半距离值为d、内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值为r，此时，车辆围绕弯道所在圆心处的角速度ω＝v/r，vi和vo分别与v、d以及r之间满足以下关系：

vi＝ω*(r-d)＝(1-d/r)*v；

vo＝ω*(r+d)＝(1+d/r)*v。

需要说明的是，车辆的两相对车轮之间的一半距离值d为已知值，两相对车轮之间的中点在车辆行进轨道上的任意一点的弯道半径值r也为已知值，任意时刻的车辆速度值v可以实时测得，因此，在弯道处的内外侧车轮所需达到的线速度值vi及外侧车轮所需达到的线速度值vo均可以求得，此刻车辆控制模块3控制内侧车轮驱动模块4以及外侧车轮驱动模块5，使内侧车轮驱动模块4与外侧车轮驱动模块5提供预定的驱动力，驱动车辆的内侧车轮的线速度与外侧车轮的线速度达到设定值，同时保证车辆不会有横向的滑行。

车辆控制模块3内存储有在车辆行进轨道的路径信息以及存储有在车辆行进轨道的处任意一个位置处，相对的内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值，以方便车辆控制模块3根据相对的内侧车轮与外侧车轮在车辆行进轨道上的位置确定相对的内侧车轮与外侧车轮之间的中点所对应的弧形半径值。

需要说明的是，高架宽体电车具有多个内侧车轮与多个外侧车轮，多个内侧车轮与多个外侧车轮成对设置，相对的内侧车轮与外侧车轮通过一个位置确定模块2确定位置。

进一步地，为了能够精确控制每个车轮的转速，每个内侧车轮与每个外侧车轮上分别通过一个内侧车轮驱动模块4及一个外侧车轮驱动模块5驱动。

在本实施例中，速度采集模块1为速度传感器，速度传感器设置高架宽体电车的车身上，以实时采集高架宽体电车的行进速度。

在本实施例中，位置确定模块2为GPS定位器，GPS定位器可以精确确定出相对的内侧车轮与外侧车轮的在车辆行进轨道上的位置。

当然，在其他实施例中，位置确定模块2例如可以采用天线与在车辆的行进轨道上间隔地设置信标的方式，当车辆运行至信标处时，车载天线可以与信标通信，获取信标的位置。与此同时，车辆控制模块3已经事先存储了整条线路上各个点对应的线路半径。假设车辆路过的上一个信标距离线路起点处的距离为s1，当前所处的位置距离线路起点处的距离为s(t)，距离车辆路过上一个信标时的时间间隔为t，同时这段时间内速度的值v(t)一直都是可知的，那么有

车辆控制模块3根据此时车辆距离线路起点的距离s(t)，查出此处线路的弯曲半径r(t)。

请同时参阅图2，本发明还提供一种高架宽体电车转弯控制系统的控制方法，包括以下步骤；

步骤S1：采集车辆的当前行驶速度值以及车辆的内侧车轮与外侧车轮的位置信息。具体地，通过速度采集模块1以及位置确定模块2分别采集车辆的当前行驶速度以及采集车辆中相对的内侧车轮与外侧车轮的位置信息，可以理解的上述信息分别被发送至车辆控制模块3。

步骤S2：确定车辆中相对的内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值。具体地，车辆控制模块3根据位置确定模块2采集到的车辆中相对的内侧车轮与外侧车轮的位置信息来确定车辆的内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值。

步骤S3：计算内侧车轮与外侧车轮所需达到的线速度。具体地，车辆控制模块3根据车辆的内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值以及车辆的行驶速度计算出内侧车轮与外侧车轮所需达到的线速度，更具体地，当车辆转弯时，设内侧车轮的预定线速度值为vi、外侧车轮的预定线速度值为vo、车辆的行进速度值为v、相对的内侧车轮与外侧车轮之间的一半距离值为d、内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值为r，此时，车辆围绕弯道所在圆心处的角速度ω＝v/r，vi和vo分别与v、d以及r之间满足以下关系：

vi＝ω*(r-d)＝(1-d/r)*v；

vo＝ω*(r+d)＝(1+d/r)*v。

步骤S4：控制内侧车轮驱动模块4及外侧车轮驱动模块5输出预定的驱动力驱动内侧车轮与外侧车轮达到所需要的线速度。具体地，车辆控制模块3根据计算出的内侧车轮与外侧车轮所需达到的线速度控制内侧车轮驱动模块4及外侧车轮驱动模块5输出预定的的驱动力。

本发明的有益效果是：

本发明的高架宽体电车转弯控制系统及控制方法可以在高架宽体电车转弯时，使高架宽体电车的内侧车轮与外侧车轮到达所需的线速度，保证车辆不会有横向的滑行，结构简单，成本低且控制精度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高架宽体电车转弯控制系统，其特征在于，包括速度采集模块(1)、位置确定模块(2)、车辆控制模块(3)、内侧车轮驱动模块(4)及外侧车轮驱动模块(5)，所述速度采集模块(1)、所述位置确定模块(2)、所述内侧车轮驱动模块(4)及所述外侧车轮驱动模块(5)均与所述车辆控制模块(3)连接，所述速度采集模块(1)用于采集车辆的行驶速度并将车辆的行驶速度发送至所述车辆控制模块(3)，所述位置确定模块(2)用于采集车辆中相对的内侧车轮与外侧车轮在车辆行进轨道上的位置信息并将内侧车轮与外侧车轮的位置信息发送至所述车辆控制模块(3)，所述车辆控制模块(3)根据内侧车轮与外侧车轮的位置信息确定出内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值，所述车辆控制模块(3)根据内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值以及车辆的行驶速度计算出内侧车轮与外侧车轮所需要达到的线速度，同时控制所述内侧车轮驱动模块(4)及所述外侧车轮驱动模块(5)输出预定的驱动力驱动内侧车轮与外侧车轮到达所需的线速度；其中，在车辆转弯时，设内侧车轮的预定线速度值为vi、外侧车轮的预定线速度值为vo、车辆的行进速度值为v、相对的内侧车轮与外侧车轮之间的一半距离值为d、内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值为r，此时，车辆围绕弯道所在圆心处的角速度ω＝v/r，vi和vo分别与v、d以及r之间满足以下关系：

vi＝ω*(r-d)＝(1-d/r)*v；

vo＝ω*(r+d)＝(1+d/r)*v。

2.如权利要求1所述的高架宽体电车转弯控制系统，其特征在于，所述车辆控制模块(3)内存储有车辆行进轨道的路径信息以及存储有在车辆行进轨道的任意一个位置处，相对的内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值。

3.如权利要求1所述的高架宽体电车转弯控制系统，其特征在于，所述高架宽体电车具有多个内侧车轮与多个外侧车轮，多个内侧车轮与多个外侧车轮成对设置，相对的内侧车轮与外侧车轮通过一个位置确定模块(2)确定位置。

4.如权利要求3所述的高架宽体电车转弯控制系统，其特征在于，每个内侧车轮与每个外侧车轮上分别通过一个内侧车轮驱动模块(4)及一个外侧车轮驱动模块(5)驱动。

5.如权利要求1所述的高架宽体电车转弯控制系统，其特征在于，所述速度采集模块(1)为速度传感器。

6.如权利要求1所述的高架宽体电车转弯控制系统，其特征在于，所述位置确定模块(2)为GPS定位器。

7.一种高架宽体电车转弯控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤；

采集车辆的当前行驶速度值以及车辆的内侧车轮与外侧车轮的位置信息；

确定车辆中相对的内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值；

计算内侧车轮与外侧车轮所需达到的线速度；以及

输出预定的驱动力驱动内侧车轮与外侧车轮达到所需要的线速度；

其中，在车辆转弯时，设内侧车轮的预定线速度值为vi、外侧车轮的预定线速度值为vo、车辆的行进速度值为v、相对的内侧车轮与外侧车轮之间的一半距离值为d、内侧车轮与外侧车轮之间的中点在车辆行进轨道上的弧形半径值为r，此时，车辆围绕弯道所在圆心处的角速度ω＝v/r，vi和vo分别与v、d以及r之间满足以下关系：

vi＝ω*(r-d)＝(1-d/r)*v；

vo＝ω*(r+d)＝(1+d/r)*v。