高架寬體電車轉彎控制系統及其控制方法與流程
2023-06-02 16:47:11
本發明涉及高架寬體電車技術領域，特別涉及一種高架寬體電車轉彎控制系統及其控制方法。
背景技術：
高架寬體電車由於體積巨大，轉向問題一直是其走向大規模應用之前的一個亟待解決的難題之一。目前，針對使用兩側車輪轉速差來實現高架寬體電車的轉彎控制策略，國內外尚無明確其他案例。軌道交通中由於軌道的轉彎半徑很大，可以通過轉向架來解決過彎道問題；而汽車上所應用的差速控制，是通過ABS系統檢測車輪空轉而降低該輪轉速，以重新恢復抓地力，屬於對不同摩擦力地面的被動適應，並非用於車輛的轉向。
技術實現要素：
本發明的目的在於，提供一種高架寬體電車轉彎控制系統，以解決上述技術問題。
本發明實施例提供一種高架寬體電車轉彎控制系統，包括速度採集模塊、位置確定模塊、車輛總控制模塊、內側車輪驅動模塊、外側車輪驅動模塊及子控制模塊，所述速度採集模塊、所述位置確定模塊、所述內側車輪驅動模塊、所述子控制模塊均與所述車輛總控制模塊連接，所述子控制模塊與所述內側車輪驅動模塊及外側車輪驅動模塊連接；所述速度採集模塊用於採集車輛的行駛速度並將車輛的行駛速度發送至所述車輛總控制模塊，所述位置確定模塊用於採集車輛中相對的內側車輪與外側車輪在車輛行進軌道上的位置信息並將內側車輪與外側車輪的位置信息發送至所述車輛總控制模塊，所述車輛總控制模塊根據內側車輪與外側車輪的位置信息確定出內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值，所述車輛總控制模塊根據內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值以及車輛的行駛速度計算出內側車輪與外側車輪所需要達到的線速度，並將內側車輪與外側車輪所需要達到的線速度發送至所述子控制模塊，所述子控制模塊根據內側車輪與外側車輪所需要達到的線速度對應控制所述內側車輪驅動模塊及所述外側車輪驅動模塊，輸出預定的驅動力驅動內側車輪與外側車輪到達所需的線速度。
進一步地，在車輛轉彎時，設內側車輪的預定線速度值為vi、外側車輪的預定線速度值為vo、車輛的行進速度值為v、相對的內側車輪與外側車輪之間的一半距離值為d、內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值為r，此時，車輛圍繞彎道所在圓心處的角速度ω＝v/r，vi和vo分別與v、d以及r之間滿足以下關係：
vi＝ω*(r-d)＝(1-d/r)*v；
vo＝ω*(r+d)＝(1+d/r)*v。
進一步地，所述車輛總控制模塊內存儲有在車輛行進軌道的路徑信息以及存儲有在車輛行進軌道的處任意一個位置處，相對的內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值。
進一步地，所述高架寬體電車具有多個內側車輪與多個外側車輪，多個內側車輪與多個外側車輪成對設置，相對的內側車輪與外側車輪通過一個位置確定模塊確定位置。
進一步地，每個內側車輪與每個外側車輪上分別通過一個內側車輪驅動模塊及一個外側車輪驅動模塊驅動，相對的內側車輪與外側車輪所對應的內側車輪驅動模塊及外側車輪驅動模塊所輸出的驅動力由一個所述子控制模塊控制。
進一步地，所述速度採集模塊為速度傳感器。
進一步地，所述位置確定模塊為GPS定位器。
本發明還提供一種高架寬體電車轉彎控制系統的控制方法，包括以下步驟；
採集車輛的當前行駛速度值以及車輛的內側車輪與外側車輪的位置信息；
確定車輛中相對的內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值；
計算內側車輪與外側車輪所需達到的線速度；以及
輸出預定的驅動力驅動內側車輪與外側車輪達到所需要的線速度。
本發明的有益效果是：
本發明的高架寬體電車轉彎控制系統及控制方法可以在高架寬體電車轉彎時，使高架寬體電車的內側車輪與外側車輪到達所需的線速度，保證車輛不會有橫向的滑行，結構簡單，成本低且控制精度高。
附圖說明
圖1是本發明實施例的高架寬體電車轉彎控制系統的原理框圖。
圖2是本發明實施例的高架寬體電車轉彎控制方法的流程圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地描述。
請參考圖1，本發明實施例提供一種高架寬體電車轉彎控制系統，包括速度採集模塊1、位置確定模塊2、車輛總控制模塊3、內側車輪驅動模塊4、外側車輪驅動模塊5及子控制模塊6。速度採集模塊1、位置確定模塊2、子控制模塊6均與車輛總控制模塊3連接，子控制模塊6與內側車輪驅動模塊4及外側車輪驅動模塊5連接。速度採集模塊1用於採集車輛的行駛速度並將車輛的行駛速度發送至車輛總控制模塊3，位置確定模塊2用於採集相對的內側車輪與外側車輪在車輛行進軌道上的位置信息並將內側車輪與外側車輪的位置信息發送至車輛總控制模塊3，車輛總控制模塊3根據內側車輪與外側車輪的位置信息確定出內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值，車輛總控制模塊3根據內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值以及車輛的行駛速度計算出內側車輪與外側車輪所需要達到的線速度並將內側車輪與外側車輪所需要達到的線速度發送至子控制模塊6，子控制模塊6根據接收到的內側車輪與外側車輪所需要達到的線速度，對應控制內側車輪驅動模塊4及外側車輪驅動模塊5輸出預定的驅動力驅動內側車輪與外側車輪到達所需的線速度。
需要說明的是，內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值指的是，在車輛行進軌道的弧形部上(也可以說是拐彎處)，內側車輪與外側車輪之間的中點到該弧形部的圓心的距離。需要進一步說明的是，車輛在車輛行進軌道的直線部分行駛時，內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值為0，車輛無需轉彎，而車輛在車輛行駛軌道的弧向部分行駛時，內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值r才會有具體的數據，車輛需要轉彎。
在本實施例中，當車輛轉彎時，設內側車輪的預定線速度值為vi、外側車輪的預定線速度值為vo、車輛的行進速度值為v、相對的內側車輪與外側車輪之間的一半距離值為d、內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值為r，此時，車輛圍繞彎道所在圓心處的角速度ω＝v/r，vi和vo分別與v、d以及r之間滿足以下關係：
vi＝ω*(r-d)＝(1-d/r)*v；
vo＝ω*(r+d)＝(1+d/r)*v。
需要說明的是，車輛的兩相對車輪之間的一半距離值d為已知值，兩相對車輪之間的中點在車輛行進軌道上的任意一點的彎道半徑值r也為已知值，任意時刻的車輛速度值v可以實時測得，因此，在彎道處的內外側車輪所需達到的線速度值vi及外側車輪所需達到的線速度值vo均可以求得，此刻車輛總控制模塊3將內側車輪與外側車輪所需達到的線速度值vi與vo發送至子控制模塊6，子控制模塊6根據內側車輪與外側車輪所需達到的線速度值vi與vo對應控制內側車輪驅動模塊4以及外側車輪驅動模塊5，使內側車輪驅動模塊4與外側車輪驅動模塊5提供預定的驅動力，驅動車輛的內側車輪的線速度與外側車輪的線速度達到設定值，同時保證車輛不會有橫向的滑行。
車輛總控制模塊3內存儲有在車輛行進軌道的路徑信息以及存儲有在車輛行進軌道的處任意一個位置處，相對的內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值，以方便車輛總控制模塊3根據相對的內側車輪與外側車輪在車輛行進軌道上的位置確定相對的內側車輪與外側車輪之間的中點所對應的弧形半徑值。
需要說明的是，高架寬體電車具有多個內側車輪與多個外側車輪，多個內側車輪與多個外側車輪成對設置，相對的內側車輪與外側車輪通過一個位置確定模塊2確定位置。
進一步地，為了能夠精確控制每個車輪的轉速，每個內側車輪與每個外側車輪上分別通過一個內側車輪驅動模塊4及一個外側車輪驅動模塊5驅動，每個內側車輪與每個外側車輪上分別通過一個內側車輪驅動模塊4及一個外側車輪驅動模塊5驅動，相對的內側車輪與外側車輪所對應的內側車輪驅動模塊4及外側車輪驅動模塊5所輸出的驅動力由一個所述子控制模塊6控制，換句話說也就是子控制模塊6的數量也為多個，每個自控制模塊6對應一組內側車輪驅動模塊4及外側車輪驅動模塊5。
在本實施例中，速度採集模塊1為速度傳感器，速度傳感器設置高架寬體電車的車身上，以實時採集高架寬體電車的行進速度。
在本實施例中，位置確定模塊2為GPS定位器，GPS定位器可以精確確定出相對的內側車輪與外側車輪的在車輛行進軌道上的位置。
當然，在其他實施例中，位置確定模塊2例如可以採用天線與在車輛的行進軌道上間隔地設置信標的方式，當車輛運行至信標處時，車載天線可以與信標通信，獲取信標的位置。與此同時，車輛總控制模塊3已經事先存儲了整條線路上各個點對應的線路半徑。假設車輛路過的上一個信標距離線路起點處的距離為s1，當前所處的位置距離線路起點處的距離為s(t)，距離車輛路過上一個信標時的時間間隔為t，同時這段時間內速度的值v(t)一直都是可知的，那麼有
車輛總控制模塊3根據此時車輛距離線路起點的距離s(t)，查出此處線路的彎曲半徑r(t)。
請參閱圖2，本發明還提供一種高架寬體電車轉彎控制系統的控制方法，包括以下步驟；
步驟S1：採集車輛的當前行駛速度值以及車輛的內側車輪與外側車輪的位置信息。具體地，通過速度採集模塊1以及位置確定模塊2分別採集車輛的當前行駛速度以及採集車輛中相對的內側車輪與外側車輪的位置信息，可以理解的上述信息分別被發送至車輛總控制模塊3。
步驟S2：確定車輛中相對的內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值。具體地，車輛總控制模塊3根據位置確定模塊2採集到的車輛中相對的內側車輪與外側車輪的位置信息來確定車輛的內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值。
步驟S3：計算內側車輪與外側車輪所需達到的線速度。具體地，車輛總控制模塊3根據車輛的內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值以及車輛的行駛速度計算出內側車輪與外側車輪所需達到的線速度，更具體地，當車輛轉彎時，設內側車輪的預定線速度值為vi、外側車輪的預定線速度值為vo、車輛的行進速度值為v、相對的內側車輪與外側車輪之間的一半距離值為d、內側車輪與外側車輪之間的中點在車輛行進軌道上的弧形半徑值為r，此時，車輛圍繞彎道所在圓心處的角速度ω＝v/r，vi和vo分別與v、d以及r之間滿足以下關係：
vi＝ω*(r-d)＝(1-d/r)*v；
vo＝ω*(r+d)＝(1+d/r)*v。
步驟S4：控制內側車輪驅動模塊4及外側車輪驅動模塊5輸出預定的驅動力驅動內側車輪與外側車輪達到所需要的線速度，保證車輛不會有橫向的滑行，結構簡單，成本低且控制精度高。具體地，車輛總控制模塊3將計算出的內側車輪驅動模塊4及外側車輪驅動模塊5所需達到的線速度發送至子控制模塊6，子控制模塊6根據內側車輪驅動模塊4及外側車輪驅動模塊5所需達到的線速度對應控制內側車輪驅動模塊4及外側車輪驅動模塊5輸出預定的驅動力，驅動力驅動內側車輪與外側車輪達到所需要的線速度。
本發明的有益效果是：
本發明的高架寬體電車轉彎控制系統及控制方法可以在高架寬體電車轉彎時，使高架寬體電車的內側車輪與外側車輪到達所需的線速度，保證車輛不會有橫向的滑行，結構簡單，成本低且控制精度高。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。