可在兩邊有側導軌的專用軌路上行駛的車及其專用軌路的製作方法

2023-06-09 00:14:21

專利名稱：可在兩邊有側導軌的專用軌路上行駛的車及其專用軌路的製作方法
技術領域：
本發明屬於在軌路上行駛的車及其專用的軌路，尤其涉及一種可在兩邊有側導軌的專用軌路上行駛的車及其專用軌路。
背景技術：
在本申請人之前提交的200410015857.7中國發明專利申請中描述了一種軌路交通系統，該系統中的專用機動車具備在主路上停止後進行側向橫移的功能。該功能成為該發明提出的軌路交通系統的技術優點的核心特徵。由於有了側移功能，使車輛在路網中更容易進行簡便易行的存放、停靠、交匯和併線作業。但是，該發明中公開的車輛側移功能存在如下缺陷1.該發明提出的側移系統不論採用車輪方式還是履帶方式，都是在車輛的主運行輪(也就是驅動和承載車體在軌路上正常行駛的車輪)之外設置的一套獨立的側移機構，這種側移功能必須在車輛的主運行輪停穩後才能啟動。這個限制導致車輛的側移作業時間較長，動作遲緩，不利於多車輛集中路段的高效率作業。
2.在車輛的主行駛輪之外增加的獨立的側移機構會額外增加車輛總體機構的複雜性、造價和車體重量。
3.該發明的側移系統不能使車輛像利用主運行輪那樣在主軌路上正常行駛，而只能在主軌路上的某些地段專門開闢出入口的位置側向慢速出入、移動或停靠。

發明內容
針對上面所述的問題，本發明的目的就是提出一種可在兩邊有側導軌的專用軌路上行駛的車，該車的側移系統與主運行輪系統相互結合為一套系統，使車體能夠更自如更方便地進行極小半徑的直角轉彎移動。
本發明的另一個目的是提出一種適合本發明提出的上述車行駛的兩邊有側導軌的專用軌路。
本發明提出一種可在兩邊有側導軌的專用軌路上行駛的車，該車的構成至少包括自動行駛系統、動力驅動和制動系統、至少一個車體底盤、安裝在該車體底盤下方的四個車輪和接受上述側導軌引導的導向輪；其獨特之處在於1.所述的每個車輪的輪軸兩端共同支撐著一個輪組懸架，該輪組懸架懸跨在車輪上；2.每個輪組懸架的相對於車輪的左右兩側對稱且平行地安裝了四個立軸導向輪；3.每個車輪和與其相接的輪組懸架以及四個立軸導向輪共同構成一個輪組；在每個輪組的輪組懸架上方中部均裝有一個輪組立軸；四個輪組通過各自的輪組立軸對稱安裝在車體底盤的四角下部，四個輪組的輪組立軸分別處於一個正方形的頂角；各輪組可沿輪組立軸轉動；4.當車輛在專用軌路上行駛時，輪組外側的立軸導向輪接受專用軌路兩邊的側導軌的引導。
本文所稱的「軌路」，是指供符合特定技術要求的車輛行駛的具有軌道和導軌的專用道路。本文所稱的「車」或者「臺車」，是指可在自身動力或外來動力驅動下利用車輪在軌路上行駛的車，既可以是具有四個車輪且能夠獨立行使的車輛，也可以是用於支撐更長的車架的前後兩個轉向架之一。本文所稱的「導軌」是指用於引導和維持車體沿著軌路行駛的軌狀物。本文所稱的「自動行駛系統」是指利用了計算機系統並且不需要車內乘員操作就可以控制車輛正常運行的自動控制系統，該系統應具有接受車外遙控操作的功能。本文所稱的「車輪」是指承載車體重量且直接接觸專用軌路路面的輪狀物，包括具有驅動力的驅動車輪和沒有驅動力的從動車輪。本文所稱的「車體底盤」是指同組車輪共同支撐的車體底部的臺架。本文所稱的「立軸」是指垂直於軌路路面的軸。本發明所稱的「橫軸」是指平行於軌路路面的軸。
從上面描述的四個發明特徵可以看出，該車的四個輪組可以同步或者不同步地沿著各自的輪組立軸進行雙向的水平迴轉。當車輛在軌路上行駛時，每個輪組至少有兩個同側的立軸導向輪受到軌路上的導軌的引導限制，阻止輪組產生不正常的轉彎動作。當車輛行駛到軌路的岔道處時，自動行駛系統可以根據彎道的曲率半徑對四個輪組進行同步同向的轉彎控制，使車輛正確地駛向岔路。轉彎時，輪組的立軸導向輪在軌路側導軌的引導下可以起到自動輔助車輪進行正確轉彎動作的作用。
由於四個輪組成正方形分布，並且每個輪組都可以沿自身的立軸迴轉，因此，如果四個輪組均同步向一側轉動90度後，可以在不轉動車體底盤的情況下將車的前後行駛方向平轉90度，並且沿著與原來路段成直角交匯的岔路上正常行駛。也就是說，四個輪組中的任意兩個相鄰的車輪都可能成為車輛的左右前輪。
還可以用兩臺這樣的車作為轉向架來支撐一個足夠長的車架和車廂，形成一個有8個車輪的長車。這樣的長車的前後兩個轉向架均可以按著前述方式在直角岔路處依次以大於或等於0的極小的轉彎半徑作直角轉彎。當然，這種轉彎過程必須在該車輛的自動行駛系統的控制下才能安全、準確和可靠地進行。
為了正常可靠地運行，四個輪組的相關尺寸應當基本統一，尤其是車輪的直徑以及每組輪組的四個立軸導向輪的相對位置尺寸最好相同，這樣不僅更容易保證車輛的可靠性，而且能更便於車輛的製造和組裝，更有利於輪組的標準化和互換性。
為了進一步提高車輛的安全性，本發明還在前述特徵的基礎上進一步提出了如下所述技術特徵所述的每個輪組的輪組懸架的相對於車輪的左右兩側中部對稱位置裝有橫軸懸輪，當車輛在專用軌路上行駛時，該橫軸懸輪的上輪面可接受專用軌路兩邊的懸軌的下軌面的引導和限位。
當車輛遇到災難性事故時，專用軌路上的懸軌對橫軸懸輪的限制作用可以阻止車輛歪斜、顛覆和脫軌。
為了進一步提高車輛的爬坡能力和加減速能力，本發明還在上述特徵的基礎上進一步提出了如下所述技術特徵所述的橫軸懸輪在傳動機構作用下可相對於車輪作小幅度的升降，從而既可以脫離與所述的懸軌下軌面的接觸，也可以對所述的懸軌的下軌面施加壓力；橫軸懸輪的這種升降動作可由所述的自動行駛系統控制。
這樣一來，車輛在制動、加速、減速和爬坡過程中，自動行駛系統可以通過提高橫軸懸輪的高度位置來增加車輪與軌路之間的摩擦力，以獲得更好的行駛效果。
雖然依靠自動行駛系統也可以在岔道轉彎處完成車的轉轍動作，但這種完全依賴電腦程式來執行的轉轍過程存在的風險是顯而易見的。只要電腦系統出現問題，會導致這種無人駕駛的車輛發生事故。所以，為了在岔道轉彎處給轉轍的車提供更加可靠、安全的導向作用，本發明進一步提出了如下技術特徵1.所述的立軸導向輪位於橫軸懸輪的上方；2.所述的立軸導向輪可升降變位，其變位動作由所述的自動行駛系統控制；3.當朝向車外側的立軸導向輪處於高位狀態時，該立軸導向輪的朝向車內側的輪面可接受專用軌路在岔道處設置的轉轍導軌的引導限制；而當該立軸導向輪處於低位時，該導向輪的朝向車內側的輪面不受專用軌路在岔道處設置的轉轍導軌的引導限制。
與車的上述三個新的技術特徵相對應的是，本發明提出了具有如下所述特徵的專用軌路這種專用軌路的構造包括兩條用於承載車輪的承軌以及位於兩條承軌外側並高於承軌的側導軌，側導軌的引導面朝向軌路內側；其獨特之處在於1.在軌路的至少部分路段，側導軌下方有懸軌，懸軌的引導面朝下；
2.懸軌高於承軌；3.在軌路的岔道轉轍路段，在側導軌的內側上方設有轉轍導軌；該轉轍導軌的引導面朝向專用軌路的外側。
有了上述的專用軌路的轉轍導軌技術特徵以及車的可升降變位的立軸導向輪技術特徵，車輛在軌路的大半徑轉彎岔道處轉轍時便可以通過自動行駛系統對朝向轉轍方向的同側的四個立軸導向輪的提升動作，使軌路的對應一側的轉轍導軌的朝向外側的軌面對這四個立軸導向輪起到引導和限位作用，從而防止車輪出軌。當然，這個功能應當與自動行駛系統相互配合，相互校正。
與在大半徑轉彎岔道處的情況不同，當車輛在軌路的直角岔道處轉轍時，在預先將車速降低到安全水平的前提下，可以通過自動行駛系統對朝向轉轍方向的一個後輪組的外側立軸導向輪的提升動作，使軌路的對應一側的小半徑轉轍導軌的朝向外側的軌面對這個輪組的處於高位的立軸導向輪起到強制性的引導和轉彎作用，從而為自動行駛系統反饋真實的轉彎半徑數據，並協助阻止車輛出軌。實際上，即使沒有轉轍導軌的輔助作用，車輛的自動行駛系統也可以根據這種標準化的直角岔道的相關標準數據結合車輛的相應的傳感器來自動執行整個直角轉轍過程。轉轍導軌的作用只是增強了這個過程的可靠性，作為最後一道故障保護措施。
將轉轍導軌懸空設置在側導軌內側上方的優點是更容易避免軌路積雪和結冰導致轉轍導軌失效的可能性。當然，如果不考慮這種可能性，也可以採用如下所述的技術特徵1.所述的立軸導向輪位於橫軸懸輪的下方；2.所述的立軸導向輪可升降變位，其變位動作由所述的自動行駛系統控制；3.當朝向車外側的立軸導向輪處於低位狀態時，該立軸導向輪的朝向車體內側的輪面可接受專用軌路在岔道處設置的轉轍導軌的引導限制；而當該立軸導向輪處於高位時，該導向輪的朝向車體內側的輪面不受專用軌路在岔道處設置的轉轍導軌的引導限制。
相應的專用軌路構造包括兩條用於承載車輪的承軌以及位於兩條承軌外側並高於承軌的側導軌，側導軌的引導面朝向軌路內側；其特徵是1.在軌路的至少部分路段，側導軌的上方有懸軌，懸軌的引導面朝下；2.在軌路的岔道轉轍路段，在側導軌與承軌之間設有轉轍導軌；該轉轍導軌的引導面朝向軌路的外側，且低於側導軌軌面。
為了簡化車的構造，降低行駛系統的複雜程度，本發明還提出，在所述的四個車輪內安裝輪轂電機；為了使車輛在軌路上能夠及時獲得可靠準確的車輛定位數據，本發明還提出在車體上安裝可識別並處理專用軌路上的按著規定位置沿路布置的標誌條上顯示的編碼圖案的光信息檢測裝置。相應地，本發明還提出在專用軌路上設置沿路布置的標有編碼圖案的標誌條，標誌條上的編碼圖案的編碼數據內容至少包括該段標誌條處的位置信息。
標誌條可以是位於軌路側面的連續的條形碼。
事實證明，膠輪與鐵路車輪各有優點。為了在車輪中同時利用膠輪與鐵路車輪的優勢，取長補短，本發明還提出如下複合車輪技術特徵所述的車輪包括位於中央的彈性輪和對稱夾在彈性輪兩側的反向安裝的鐵路車輪，鐵路車輪的凸緣朝向中央的彈性輪，鐵路車輪的凸緣直徑小於中央彈性輪的直徑。與此相應，本發明提出的對應的專用軌路具有如下特徵在軌路的非岔道路段，所述的兩條承軌的外側有一對平行的鋼軌；在有鋼軌與無鋼軌路段，鋼軌的軌面高度逐漸降低到承軌軌面高度以下後中斷。
在無鋼軌的路段，車輛由膠輪行駛在承軌上，而在進入有鋼軌路段時，車輛的鐵路車輪被逐漸升高的鋼軌抬起，使中央彈性輪懸空失效。這樣，在幹線軌路的設有鋼軌的大部分路段中，可以充分利用鐵路車輪的高速、平穩、自動調整差速的優點。而在支線軌路和岔道轉轍處，則利用彈性輪的低噪音、無剛性輪軌之間的碰撞、對路況要求低等優點。當然，當轉換到鋼軌上後，為了利用鐵路車輪的自動調整差速的功能，應當通過自動行駛系統將相對應的每對車輪的轉速進行同步、等速控制，保持對應輪組同軸姿態，使導向輪暫時不需要工作，減少摩擦阻力。當然，這種模擬鐵路車輪的運行姿態方法還可能需要對車體底盤進行鉸接改造，使行駛中的前後兩對輪組能夠在彎道處獨立迴轉。也可以完全利用傳感器的幫助，通過自動行駛系統對每個輪組的迴轉姿態進行實時控制和調整，使其儘可能長時間地保持最佳運行狀態。在長距離運行中，剛性的鐵路車輪比膠輪的壽命長，在非重載和高速運行狀態下的噪音也比較低。
綜上所述，與已有技術方案相比，本發明提出的正方形布局的可迴轉輪組等特徵不僅為車輛提供了簡單可靠的側移和轉彎功能，而且使車輛可以在極小半徑的直角彎道或岔道上平穩可靠地轉彎或者轉轍。本發明取消了額外的側移機構，將側移機構與車輛的行駛系統完全結合在一起，簡化了構造、提高了控制系統的可靠性，相對降低了車體的重量。本發明配套提出的專用軌路構造具有更加簡單的剖面特徵和彎道、岔道構造，更容易在狹窄苛刻的環境中規劃布線，更容易建造。車輛利用本發明提出的沿路設置的帶定位編碼信息的標誌條，可以實時獲得可靠的車輛定位數據，為上述小半徑轉彎功能的實現提供了必要的控制條件。


圖1是根據本發明原理設計的一種車的一個輪組的立體圖；圖2是將圖1所示的一個輪組放置在根據本發明原理設計的一種軌路的岔道轉彎路段的半邊道床上的總體剖視示意圖；圖3是將圖1所示的一個輪組放置在根據本發明原理設計的一種軌路的非岔道轉彎路段並且安裝了鋼軌的半邊道床上的總體剖視示意圖；圖4至圖6是圖1所示的輪組的前視圖、側視圖和頂視圖；圖7是圖1所示的輪組的複合式車輪前視圖；圖8是根據本發明原理設計的一段標誌條上的編碼圖案；圖9是4個圖1所示的輪組與一個車體底盤組裝後構成的沒有安裝車廂的臺車的立體圖；圖10是根據本發明原理設計的一段軌路的大半徑轉彎岔道路段和運行於該路段上的圖9所示的臺車的俯視圖；圖11是圖9所示臺車的俯視圖；圖12是圖10所示的一段軌路的大半徑轉彎岔道路段和臺車的立體圖；圖13是根據本發明原理設計的一段軌路的小半徑轉彎岔道路段和運行於該路段上的圖9所示的臺車的俯視圖；圖14是圖13所示路段和臺車的立體圖；圖15是圖9所示的臺車的四個輪組同步平轉45度後的立體圖；圖16是圖9所示的臺車在圖13、圖14所示路段進行小半徑轉彎動作時的立體圖；圖17是圖16的俯視圖；圖18是根據本發明原理設計的T字型岔道的俯視圖；圖19是根據本發明原理設計的十字型岔道的俯視圖；圖20是圖1所示的輪組與一種實用型車體底盤結合後的臺車的俯視圖；圖21是圖20所示的臺車的立體圖；圖22是圖20、圖21所示臺車與一個車廂組裝後的立體圖；圖23是根據本發明原理設計的具有上下兩組立軸導向輪的臺車的立體圖；圖24是圖23所示臺車和根據本發明原理設計的軌路的沿車輪軸方向的剖視示意圖；圖25是圖23所示臺車的輪組的俯視圖；圖26是圖23所示臺車的輪組的側視圖；圖27是根據本發明原理設計的一種具有下置立軸導向輪的臺車的立體圖；
圖28、圖29是圖27所示臺車的輪組和根據本發明原理設計的一種軌路的半邊道床的沿輪軸方向剖視示意圖；圖30至圖33是根據本發明原理設計的一種以兩個臺車作為轉向架的長型車在小半徑岔道處進行轉轍動作的過程示意圖。
具體實時方式一種根據本發明的基本原理設計的車的一個輪組[2]如圖1至圖7所示。它的構成包括一個複合車輪[2-1]，該複合車輪[2-1]由位於中部的中央膠輪[2-1-1]和反向對稱夾在中央膠輪[2-1-1]兩側的兩個鐵路車輪[2-1-2]構成(參見圖7)。複合車輪[2-1]的雙向轉動動力和由安裝在複合車輪[2-1]內部中央的輪轂電機[圖略]提供。
複合車輪[2-1]的中軸兩端安裝在一個複合型的輪組懸架[2-4]的內壁上。輪組懸架[2-4]懸罩在複合車輪[2-1]的周圍和上方。在輪組懸架[2-4]的上部的弧形橋體的正上方中部有輪組立軸[2-5]，整個輪組[2]通過該輪組立軸[2-5]組裝在車體底盤[3]四角的下部。輪組懸架[2-4]的結構和造型除了具有足夠的承載強度之外，還為輪組中的各種內部傳動機構提供空間和支撐。輪轂電機的電力線從電機的軸引出，穿過輪組懸架[2-4]殼體內部延伸到輪組立軸[2-5]最頂端，然後通過可旋轉的接電裝置通向車體底盤[3]的供電電源。這個布線線路的出口也是輪組[2]內的所有控制電路的公用的接口。
有兩對沿著複合車輪[2-1]的軸向對稱安裝在輪組懸架[2-4]兩側的立軸導向輪[2-2]。立軸導向輪[2-2]在位於下方輪組懸架殼體內的傳動機構的作用和控制下，可以在小幅度內上下升降，使立軸導向輪[2-2]可以在兩個不同的規定高度位置升降轉換(參見圖2)。這個高度差稍大於立軸導向輪[2-2]的輪厚。
有兩個同軸向對稱安裝在複合車輪[2-1]兩側的橫軸懸輪[2-6]。橫軸懸輪[2-6]在傳動機構的作用下，可以小幅度升降。橫軸懸輪[2-6]是橡膠輪面。
輪組立軸[2-5]下部的輪組懸架[2-4]內有能夠按著指令使輪組沿立軸[2-5]迴轉和定向的機電傳動機構。
本文所述的「傳動機構」可以從現有技術提供的眾多非常成熟的技術手段中選擇利用。比如液壓傳動機構、連杆機構、螺杆傳動機構、齒輪齒條、凸輪、曲軸曲柄傳動機構等等。
這個輪組[2-1]的相關尺寸與相應的專用軌路的道床剖面的相關尺寸配合。參見圖2。在專用的軌路上，輪組[2]的中央膠輪[2-1-1]行駛在承軌[4-1]上。當輪組[2]的複合車輪[2-1]的滾動方向與承軌[4-1]的延伸方向吻合時，輪組[2]的外側的兩個立軸導向輪[2-2]受到軌路側牆[4-7]上部側導軌[4-2]的引導限制。
當車在軌路上正常運行時，處於輪組[2]外側的橫軸懸輪[2-6]剛好位於軌路側牆[4-7]上部懸軌[4-3]的下方。當橫軸懸輪[2-6]處於高位時，橫軸懸輪[2-6]與懸軌[4-3]接觸，並產生一定的磨擦力和相互之間的壓力。這種壓力會增加輪組車輪[2-1]對承軌[4-1]的壓力和磨擦力，有利於車的加速和制動，並能有效地阻止車體側翻脫軌。
在軌路的岔道路段有轉轍導軌[4-4]。當車行駛到軌路的岔道處時，如果車的朝向岔線的一側輪組[2]的外側立軸導向輪[2-2]均處於高位時，岔線一側的轉轍導軌[4-4]的軌面將與這些立軸導向輪[2-2]的輪面接觸，並引導這一側的輪組轉向岔路。此時，車的另一側輪組也在自動行駛系統的控制下以預設的姿態軌跡同步轉向。而如果朝向岔線一側的立軸導向輪[2-2]處於低位時，岔線一側的轉轍導軌[4-4]的軌面不會接觸和限制車的立軸導向輪[4-4]，車體會越過岔道口繼續直行(參見後面的圖10)。此時，如果車的朝向直行線一側的立軸導向輪[2-2]處於高位，那麼，該側的轉轍導軌[4-4]會輔助性地引導車體直行，阻止車體轉彎。
在該實施方案中，軌路上設置了為車輛提供動力的供電軌[5]。供電軌[5]位於軌路側牆[4-7]的內側上部，其上方被懸軌[4-3]遮護。相應地，在車體底盤上的適當位置設置了可從供電軌[5]接入電力的集電器。利用已有的電力線傳輸數據的技術，也可以將供電軌與集電器充當車輛與交通控制中心之間交換行車數據的一種媒介。
在非岔道的幹線路段，軌路上設置了鋼軌[4-6]。在接近岔道處，鋼軌[4-6]的軌面高度逐漸降低，而承軌[4-1]的軌面逐漸提高。輪組[2]的鐵路車輪[2-1-2]的凸緣[2-1-2-1]的直徑小於中央膠輪[2-1-1]的直徑。這樣，當輪組[2]駛過鋼軌[4-6]與承軌[4-1]的轉換路段時，輪組[2]的鐵路車輪[2-1-2]會平緩地脫離或者接觸鋼軌[4-6]，與此同步，中央膠輪[2-1-1]會平緩地接觸或者脫離承軌[4-1]。
由於輪組[2]的四個立軸導向輪[2-2]、兩個橫軸懸輪[2-6]是對稱安裝在車輪[2-1]和輪組立軸[2-5]兩側的，所以，當輪組[2]沿立軸迴轉180度後，左右兩側的立軸導向輪[2-2]和橫軸懸輪[2-6]會剛好對調位置，並輪換地發揮相同的功能。
在軌路的側牆[4-7]內側沿軌路方向設置了條形的標誌條[4-5]。該標誌條[4-5]的寬度約8釐米，其表面有類似條形碼的上中下三條由黑白色塊交錯構成的編碼圖案帶(如圖8所示)。其中，下方的編碼圖案帶是由10釐米長的黑白色塊連續交錯構成的分米尺帶[4-5-1]，中間的編碼圖案帶是由間隔1米的10釐米長的黑色圖塊構成的米尺帶[4-5-2]，上面的編碼圖案帶是由不連續分布的以約定規則編碼後的條形碼帶[4-5-3]。在車身側面的對應位置安裝了可以在行駛中連續觀測標誌條表面的光信息檢測裝置。光信息檢測裝置的構成包括光源、光學觀測頭、內部的光電元器件和數據處理器。它能夠在車輛運行過程中實時地將觀測到的標誌條[4-5]表面的三條圖案帶[4-5-1][4-5-2][4-5-3]上的黑白色塊轉換為行車數據。行車數據包括車輛定位信息。光信息檢測裝置可以根據米尺帶[4-5-2]和分米尺帶[4-5-1]上的黑白色塊的變化速率和累積數值實時檢測車輛離開某基準點的路距，從而得出任意時刻的精確到至少0.1米的車輛定位信息和實時的車速變化信息。行車數據還包括根據條形碼帶[4-5-3]上的不同的條形碼段經解碼後獲得的多種路段特徵信息。路段特徵信息至少包括以下內容當前軌路路段的名稱代碼、等級代碼、定位基準點起始位置數據、前方岔道口位置和代碼、前方坡道位置和代碼、前方彎道位置代碼、前方停靠站位置和代碼以及其他有必要向車輛提供的特徵信息。運行中的車輛上的自動行駛系統可以實時獲得的上述行車數據。車輛上的自動行駛系統根據規則通過無線或有線通信系統不斷地向交通控制中心傳遞車輛當前的定位信息、車速信息和其他必要的路況信息，並且不斷地接收由交通控制中心反饋回來的關鍵性的行車控制指令，及時調整車輛行駛狀態。車輛上的自動行駛系統根據實時獲得的行車數據和控制指令對照系統已掌握的最新版本的包括當前路段的路網電子地圖以及本行程的預定目標和預定路徑信息，連續地監測、控制和調整車輛的運行狀態。
參見圖9和圖11，將四個完全相同的輪組[2]組裝在正方形的車體底盤[3]的四角下方，就構成了一個最簡單的臺車。四個輪組[2]的所有姿態動作均由自動行駛系統統一控制和檢測。由於每個輪組[2]均可以沿立軸雙向無限迴轉，所以，該臺車的四個正方向均可以成為車的正前方。
參見圖10和圖12，適合上述正方形臺車[1]行駛的專用軌路[4]的左右兩個側導軌的間距與臺車[1]的相鄰輪組的立軸導向輪外輪面間距相同。
如圖10、圖12所示，當臺車[1]行駛到大半徑岔道彎道時，臺車[1]的自動行駛系統可根據該車的預定行駛線路確定是否轉向岔道。
如果臺車[1]不需要轉向岔道，則該臺車[1]的四個輪組可不必作出任何變化動作，從圖中所示的A徑直駛向B。不過，臺車[1]經過岔道口的一段軌路時，臺車[1]會暫時失去岔道一側的側牆的限位作用，如果此時車輛恰好出現故障導致輪組反常轉向，或者突然出現外力致使車輛的輪組失常動作，則有可能產生脫軌事故。因此，為了確保絕對安全，自動行駛系統應該在進入這段岔道之前預先將臺車[1]的左邊兩個輪組的外側立軸導向輪升到高位，使該路段的左側轉轍導軌對這些高位的立軸導向輪起到引導和限位作用，從而避免車輛反常轉彎脫軌。當臺車[1]由A向B駛過岔道口後，由於臺車[1]兩側重新有了側牆的限位保護作用，因而處於高位的立軸導向輪應重新降低到低位(參見圖2)。
如果臺車[1]需要轉向岔道(也就是由圖10、圖12中的A駛向C)，則該臺車[1]的自動行駛系統應預先將右邊兩個輪組的外側立軸導向輪升至高位，使其受到右側轉轍導軌的引導限位作用，使這兩個輪組被迫轉向C岔道。同時，自動行駛系統將根據事先從標誌條上獲得的該岔道的特徵數據(如轉彎起始點準確位置和彎道半徑)並參考右側輪組反饋過來的被強制引導轉彎的姿態數據實時地調整臺車的左側兩個輪組的協同迴轉姿態，引導臺車[1]正常轉向C岔道。
同樣原理，臺車[1]也可以從圖10、圖12中的C駛向A。
以上是臺車[1]在大半徑岔道彎道處轉彎的情況。本發明提出的臺車[1]由於具有正方形布局的可雙向無限迴轉的同型輪組，因此，這種臺車[1]還可以在極小的轉彎半徑的直角岔道處以「直角平轉」方式完成轉轍動作。參見圖13至圖17。所謂「直角平轉」就是在車體底盤不迴轉的情況下僅僅依靠四個輪組同步迴轉90度來完成的直角轉彎。
如果臺車[1]不需要轉向岔道(也就是從圖13、圖14、圖16、圖17中的A駛向B)，臺車[1]的操作方式與前面所述的在大半徑岔道彎道處的處理方式相同，可不作任何動作，或者僅提高左側的立軸導向輪。
如果臺車[1]需要轉向岔道(也就是從圖13、圖14、圖16、圖17中的A駛向C)，則該臺車[1]的自動行駛系統應首先降低車速至規定值，然後預先將右後方輪組的外側立軸導向輪升至高位，使其受到右側轉轍導軌的引導限位作用，使這兩個輪組被迫轉向C岔道。同時，自動行駛系統將根據事先從標誌條上獲得的該岔道的標準特徵數據(如轉彎起始點的準確位置和彎道半徑)並參考右後方輪組反饋過來的被強制引導轉彎的姿態數據實時地調整臺車的其餘三個輪組的協同迴轉姿態，引導臺車[1]以直角平轉方式慢速轉向C岔道。圖15、圖16、圖17所示的就是臺車[1]在作直角迴轉動作時的姿態，注意其四個同步迴轉的輪組。
同樣原理，臺車[1]也可以從圖13、圖14、圖16、圖17中的C駛向A或者B。
當然，在平整地面上，當臺車處於靜止狀態時，也可以直接通過直角平轉方式使車輛轉向任意方向。
除了圖18中所示的T型直角岔道類型之外，也可以採用圖19種所示的十字型直角岔道類型。不過，當臺車駛過十字型直角岔道時，會有一小段路段失去左右兩側側牆的限位保護作用，只能依賴車輛自身的直行性能或依靠其他額外增加的導向方式來保持其徑直行駛的可靠性。當然，由於直角岔道只應存在於限速指標很低的支線軌路上，在這種路段行駛的車輛的速度很低，出現嚴重事故的可能性因此也很低。
從理論上講，即使沒有轉轍導軌的引導，臺車[1]也可以完全依賴自動行駛系統的控制而安全準確地在標準岔道處完成轉轍動作。但在實際應用過程中，卻不能完全排除由於路面可能出現的某些反常狀態(比如路面出現積雪結冰現象或者出現其他障礙物)或者機構累計誤差過大、標誌條錯誤、意外機電故障或電腦故障而導致的偏離脫軌事故。所以，為了儘可能提高可靠性，應當在岔道處設置轉轍導軌。
車體底盤[3]的結構會因各種不同功能不同檔次不同用途的車型種類而具有千變萬化的具體樣式。圖20、圖21中所示的就是一種具有四個分別朝向前後左右四個方向的緩衝頂[1-3]的車體底盤[3]的臺車。但不論車體底盤[3]的具體樣式如何，其四角下方安裝四個輪組[2]的位置必須符合一定的標準要求。
顯然，根據不同的車型，車體底盤[3]上面會有各種各樣的車廂。圖22所示的是圖21中的臺車與一個正方形私人車廂組裝後的外觀效果。該車廂可以在車體底盤[3]上水平迴轉。
根據本發明的基本原理，在不同的實施方案中，輪組的立軸導向輪[2-2]既可以位於上方，也可以位於下方，還可以在上下方同時設置。圖23至圖26所示的就是在輪組的側面上下方均有立軸導向輪[2-2-1][2-2-2]時的情況。參見圖24，其下方的立軸導向輪[2-2-1]接受軌路相應位置的側導軌[4-2]的引導。而上方的可在高低位置之間升降轉換的立軸導向輪[2-2-2]則僅在岔道路段可以通過升到高位來接受轉轍導軌[4-3]的引導限位作用。在這個實施方案中，可小幅度升降的橫軸懸輪[2-6]設置在車輪中軸上方。在輪組懸架[2-4]內設置立軸導向輪[2-2]和橫軸懸輪[2-6]的傳動裝置。
圖27所示的是只有安裝在下方的立軸導向輪[2-2-1]的另一種實施方案。該立軸導向輪[2-2-1]可以在小幅度內升降(參見圖28、圖29)。立軸導向輪[2-2-1]處於低位時(參見圖29)，可以接受設置在軌路岔道處的轉轍導軌[4-4]的引導限制。與處於高位的轉轍導軌方案(如圖2所示)相比，這種處於低位的轉轍導軌容易受到冰雪天氣和意外降落物的影響，不利於清障作業。
本發明提出的車既可以單個地直接與單體車廂結合成完成車輛，也可以用前後兩輛車充當轉向架與一個長形車的長車架和車廂結合成一個長車。這種長車也可以在上面描述的直角岔道處完成低速轉轍動作。其過程如圖30-圖33所示。為了避免出現死角故障，簡化控制難度，前後兩個轉向架可以鉸接安裝在可沿長車架底部的滑軌前後可控移動變位的活動軸架上。
權利要求
1.一種可在兩邊有側導軌[4-2]的專用軌路[4]上行駛的車[1]，其構成至少包括自動行駛系統、動力驅動和制動系統、至少一個車體底盤[3]、安裝在該車體底盤[3]下方的四個車輪和接受上述側導軌引導的導向輪；其特徵是a、所述的每個車輪[2-1]的輪軸[2-3]兩端共同支撐著一個輪組懸架[2-4]，該輪組懸架[2-4]懸跨在車輪[2-1]上；b、每個輪組懸架[2-4]的相對於車輪[2-1]的左右兩側對稱且平行地安裝了四個立軸導向輪[2-2]；c、每個車輪[2-1]和與其相接的輪組懸架[2-4]以及四個立軸導向輪[2-2]共同構成一個輪組[2]；在每個輪組[2]的輪組懸架[2-4]上方中部均裝有一個輪組立軸[2-5]；四個輪組[2]通過各自的輪組立軸[2-5]對稱安裝在車體底盤[1]的四角下部，四個輪組[2]的輪組立軸[2-5]分別處於一個正方形的頂角；各輪組[2]可沿輪組立軸[2-5]轉動；d、當車輛在專用軌路上行駛時，輪組[2]外側的立軸導向輪[2-2]接受專用軌路兩邊的側導軌[4-2]的引導。
2.如權利要求1所述的車[1]，其特徵是所述的每個輪組[2]的輪組懸架[2-4]的相對於車輪[2-1]的左右兩側中部對稱位置裝有橫軸懸輪[2-6]，當車[1]在專用軌路上行駛時，該橫軸懸輪[2-6]的上輪面可接受專用軌路[4]兩邊的懸軌[4-3]的下軌面的引導和限位。
3.如權利要求2所述的車[1]，其特徵是所述的橫軸懸輪[2-6]在傳動機構作用下可相對於車輪[2-1]作小幅度的升降，從而既可以脫離與所述的懸軌[2-6]下軌面的接觸，也可以對所述的懸軌[2-6]的下軌面施加壓力；橫軸懸輪[2-6]的這種升降動作可由所述的自動行駛系統控制。
4.如權利要求3所述的車[1]，其特徵是a、所述的立軸導向輪[2-2]位於橫軸懸輪[2-6]的上方；b、所述的立軸導向輪[2-2]可升降變位，其變位動作由所述的自動行駛系統控制；c、當朝向車[1]外側的立軸導向輪[2-2]處於高位狀態時，該立軸導向輪[2-2]的朝向車[1]內側的輪面可接受專用軌路[4]在岔道處設置的轉轍導軌[4-4]的引導限制；而當該立軸導向輪[2-2]處於低位時，該立軸導向輪[2-2]的朝向車[1]內側的輪面不受專用軌路[4]在岔道處設置的轉轍導軌[4-4]的引導限制。
5.如權利要求3所述的車[1]，其特徵是a、所述的立軸導向輪[2-2]位於橫軸懸輪[2-6]的下方；b、所述的立軸導向輪[2-2]可升降變位，其變位動作由所述的自動行駛系統控制；c、當朝向車外側的立軸導向輪[2-2]處於低位狀態時，該立軸導向輪[2-2]的朝向車[1]內側的輪面可接受專用軌路[4]在岔道處設置的轉轍導軌[4-4]的引導限制；而當該立軸導向輪[2-2]處於高位時，該立軸導向輪[2-2]的朝向車[1]內側的輪面不受專用軌路[4]在岔道處設置的轉轍導軌[4-4]的引導限制。
6.如權利要求4或5所述的車[1]，其特徵是a、所述的四個車輪[2-1]均由輪轂電機驅動；b、車體上安裝了可識別並處理專用軌路[4]上的按著規定位置沿路布置的標誌條[4-5]上顯示的編碼圖案的光信息檢測裝置[5]。
7.如權利要求1至5之一所述的車[1]，其特徵是所述的車輪[2-1]包括位於中央的彈性輪[2-1-1]和對稱夾在彈性輪[2-1-1]兩側的反向安裝的鐵路車輪[2-1-2]，鐵路車輪[2-1-2]的凸緣[2-1-2-1]朝向中央的彈性輪[2-1-1]，鐵路車輪的凸緣[2-1-2-1]直徑小於中央彈性輪[2-1-1]的直徑。
8.如權利要求6所述的車[1]，其特徵是所述的車輪[2-1]包括位於中央的彈性輪[2-1-1]和對稱夾在彈性輪[2-1-1]兩側的反向安裝的鐵路車輪[2-1-2]，鐵路車輪[2-1-2]的凸緣[2-1-2-1]朝向中央的彈性輪[2-1-1]，鐵路車輪的凸緣[2-1-2-1]直徑小於中央彈性輪[2-1-1]的直徑。
9.一種專用軌路[4]，其構造包括兩條用於承載車輪[2-1]的承軌[4-1]以及位於兩條承軌[4-1]外側並高於承軌[4-1]的側導軌[4-2]，側導軌[4-2]的引導面朝向軌路[1]內側；其特徵是a、在軌路的至少部分路段，側導軌[4-2]下方有懸軌[4-3]，懸軌[4-3]的引導面朝下；b、懸軌[4-3]高於承軌[4-1]；c、在軌路[1]的岔道轉轍路段，在側導軌[4-2]的內側上方設有轉轍導軌[4-4a]；該轉轍導軌[4-4a]的引導面朝向專用軌路[4]的外側。
10.一種專用軌路，其構造包括兩條用於承載車輪[2-1]的承軌[4-1]以及位於兩條承軌[4-1]外側並高於承軌[4-1]的側導軌[4-2]，側導軌[4-2]的引導面朝向軌路[1]內側；其特徵是a、在軌路[1]的至少部分路段，側導軌[4-2]的上方有懸軌[4-3]，懸軌[4-3]的引導面朝下；b、在軌路[1]的岔道轉轍路段，在側導軌[4-2]與承軌[4-1]之間設有轉轍導軌[4-4b]；該轉轍導軌[4-4b]的引導面朝向軌路[4]的外側，且低於側導軌[4-2]軌面。
11.如權利要求9或10所述的專用軌路[4]，其特徵是所述的專用軌路[4]上設有沿路布置的標有編碼圖案的標誌條[5]，該標誌條[5]上的編碼圖案的編碼數據內容至少包括該段標誌條[5]處的位置信息。
12.如權利要求11所述的專用軌路[4]，其特徵是在軌路[4]的部分非岔道路段，所述的兩條承軌[4-1]的外側有一對平行的鋼軌[4-6]；在有鋼軌[4-6]與無鋼軌[4-6]路段，鋼軌[4-6]的軌面高度逐漸降低到承軌[4-1]軌面高度以下後中斷。
全文摘要
針對已有軌路車輛側移方案構造複雜可靠性差且不易在小半徑彎道轉彎的問題，提出了由四個正方形布局的可迴轉輪組[2]與方形車體底盤[3]構成的車及其專用軌路。依賴輪組[2]上的可升降的立軸導向輪[2－2]、橫軸懸輪[2－6]與專用軌路的側導軌[4－2]、懸軌[4－3]和轉轍導軌[4－4]之間的作用，完成車輛的行駛和轉彎過程。四方形布局的輪組[2]不僅使車輛可以用直角平轉方式完成極小半徑的轉彎、轉轍和側移，而且構造簡單，可靠性高，便於控制。利用沿路設置的帶定位編碼信息的標誌條，車輛可以實時獲得可靠的定位數據。
文檔編號B61B1/00GK1640741SQ20041010136
公開日2005年7月20日 申請日期2004年12月21日 優先權日2004年1月15日
發明者於君 申請人:於君