本發(fā)明屬于軌道交通領(lǐng)域，尤其涉及一種超級虛擬軌道列車及其電動線控主動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、控制方法。

背景技術(shù)：

1、人口數(shù)量增長、人口老齡化的嚴重以及交通擁擠現(xiàn)象嚴重，越來越多的人出行選擇載客量大，不需要自己駕駛的大型公共交通。因此，大型公共交通越來越成為人們出行的選擇。多節(jié)編組而成的多軸重載超級虛擬軌道列車具有大運量、低成本、智能化以及100％低地板等特點，逐漸成為未來綠色、智能交通工具的主流發(fā)展產(chǎn)品。

2、多軸重載的超級虛擬軌道列車由多編組汽車鉸接形成汽車列車，其車輛內(nèi)部按照軌道交通的標準進行設計，具有車身長、車軸多以及軸重大等特點，司機在駕駛超級虛擬軌道列車轉(zhuǎn)彎過程中存在占路寬度大、靈活性差、轉(zhuǎn)向不及時及誤差大等難題，列車容易出現(xiàn)甩尾、偏離車道，從而引起交通事故的發(fā)生。

3、目前，列車通過使用液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來實現(xiàn)單軸的主動轉(zhuǎn)向，但是液壓執(zhí)行機構(gòu)的管路及設備等復雜，且存在液壓管路漏油風險，給使用和維護都帶來困難。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種超級虛擬軌道列車及其電動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、控制方法，以解決傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)管路和設備等復雜而不易于車底布置，存在液壓管路漏油風險，增加對環(huán)境的污染，以及轉(zhuǎn)向控制不及時及誤差大的問題。

2、本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種超級虛擬軌道列車的電動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向控制器以及每節(jié)車每根車軸配置的電動轉(zhuǎn)向控制裝置，每個電動轉(zhuǎn)向控制裝置均包括：

3、轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)，設于車體底架上且與對應車軸連接，用于在轉(zhuǎn)向執(zhí)行器的驅(qū)動下帶動車軸上車輪的轉(zhuǎn)動；

4、角度傳感器，其兩端分別設于車體底架和轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)上，用于采集對應車軸的轉(zhuǎn)向角；

5、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器，設于車體底架上且與所述轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)連接，用于根據(jù)轉(zhuǎn)向動作指令動作；

6、轉(zhuǎn)向控制單元，用于接收對應車軸的轉(zhuǎn)向角，并將所述轉(zhuǎn)向角發(fā)送給轉(zhuǎn)向控制器；接收對應車軸的轉(zhuǎn)向控制指令，并根據(jù)所述轉(zhuǎn)向控制指令向所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行器發(fā)出轉(zhuǎn)向動作指令；

7、所述轉(zhuǎn)向控制器獲取第一車軸的轉(zhuǎn)向角、列車運行速度和行駛方向；根據(jù)所述第一車軸的轉(zhuǎn)向角、列車運行速度和行駛方向計算出第一節(jié)車后車軸的目標轉(zhuǎn)向角以及第i節(jié)車前車軸和后車軸的目標轉(zhuǎn)向角；根據(jù)各節(jié)車前車軸和后車軸的目標轉(zhuǎn)向角產(chǎn)生各車軸的轉(zhuǎn)向控制指令；其中，所述第一車軸是指第一節(jié)車的前車軸且由方向盤直接控制其轉(zhuǎn)向，i＝2,3,…,n，n為列車的節(jié)數(shù)，所述目標轉(zhuǎn)向角的具體公式為：

8、

9、其中，γ2i-1為第i節(jié)車前車軸的目標轉(zhuǎn)向角，γ2i為第i節(jié)車后車軸的目標轉(zhuǎn)向角，當i＝1時，γ1為第一車軸轉(zhuǎn)向角，γ2為第一節(jié)車后車軸的目標轉(zhuǎn)向角；rgi為第i節(jié)車與第i-1節(jié)車之間的鉸接點gi到轉(zhuǎn)彎瞬時中心m的距離；a2i-1為第i節(jié)車的前輪質(zhì)心；r2i-1為第i節(jié)車的前輪質(zhì)心a2i-1到轉(zhuǎn)彎瞬時中心m的距離；為第i節(jié)車的前輪側(cè)偏剛度，為第i節(jié)車的后輪側(cè)偏剛度，β為車輛質(zhì)心的側(cè)偏角，vx為列車運行速度在x方向上的分量，r為車輛質(zhì)心橫擺角速度，為第i節(jié)車前車軸距離車輛質(zhì)心的長度，為第i節(jié)車后車軸距離車輛質(zhì)心的長度，m為整車質(zhì)量，ay為車輛側(cè)向加速度。

10、進一步地，所述轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)為梯形轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)，所述梯形轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)包括依次連接的第一轉(zhuǎn)向搖臂、第一連桿、i形臂、橫拉桿、l形臂、第二連桿和第二轉(zhuǎn)向搖臂；所述i形臂和l形臂設于所述車體底架上；所述第一轉(zhuǎn)向搖臂、第二轉(zhuǎn)向搖臂分別與對應車軸的兩端連接；所述l形臂與所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行器連接。

11、進一步地，所述轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)通過轉(zhuǎn)向縱拉桿與所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行器連接。

12、進一步地，所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行器包括減速齒輪箱和轉(zhuǎn)向電機。

13、進一步地，在所述車體底架的兩側(cè)均設有機械止檔和限位開關(guān)，且所述限位開關(guān)位于所述機械止檔遠離車體底架的一側(cè)。

14、進一步地，每個所述電動轉(zhuǎn)向控制裝置還包括位移傳感器，所述位移傳感器用于檢測轉(zhuǎn)向連桿機構(gòu)的橫向位移，并將所述橫向位移傳輸給所述轉(zhuǎn)向控制單元；

15、所述轉(zhuǎn)向控制單元根據(jù)所述橫向位移控制所述轉(zhuǎn)向執(zhí)行器動作，實現(xiàn)橫向位移的精確控制。

16、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種超級虛擬軌道列車電動轉(zhuǎn)向控制方法，包括以下步驟：

17、獲取第一車軸的轉(zhuǎn)向角、列車運行速度和行駛方向，其中所述第一車軸是指第一節(jié)車的前車軸且由方向盤直接控制其轉(zhuǎn)向；

18、根據(jù)所述第一車軸的轉(zhuǎn)向角、列車運行速度和行駛方向計算出第一節(jié)車后車軸的目標轉(zhuǎn)向角以及第i節(jié)車前車軸和后車軸的目標轉(zhuǎn)向角，其中i＝2,3,…,n，n為列車的節(jié)數(shù)，具體公式為：

19、

20、其中，γ2i-1為第i節(jié)車前車軸的目標轉(zhuǎn)向角，γ2i為第i節(jié)車后車軸的目標轉(zhuǎn)向角，當i＝1時，γ1為第一車軸轉(zhuǎn)向角，γ2為第一節(jié)車后車軸的目標轉(zhuǎn)向角；rgi為第i節(jié)車與第i-1節(jié)車之間的鉸接點gi到轉(zhuǎn)彎瞬時中心m的距離；a2i-1為第i節(jié)車的前輪質(zhì)心；r2i-1為第i節(jié)車的前輪質(zhì)心a2i-1到轉(zhuǎn)彎瞬時中心m的距離；為第i節(jié)車的前輪側(cè)偏剛度，為第i節(jié)車的后輪側(cè)偏剛度，β為車輛質(zhì)心的側(cè)偏角，vx為列車運行速度在x方向上的分量，r為車輛質(zhì)心橫擺角速度，為第i節(jié)車前車軸距離車輛質(zhì)心的長度，為第i節(jié)車后車軸距離車輛質(zhì)心的長度，m為整車質(zhì)量，ay為車輛側(cè)向加速度；

21、根據(jù)各節(jié)車前車軸和后車軸的目標轉(zhuǎn)向角產(chǎn)生各車軸的轉(zhuǎn)向控制指令，根據(jù)所述轉(zhuǎn)向控制指令驅(qū)動對應的轉(zhuǎn)向執(zhí)行器動作，實現(xiàn)各節(jié)車電動主動轉(zhuǎn)向控制。

22、進一步地，在根據(jù)所述轉(zhuǎn)向控制指令驅(qū)動對應的轉(zhuǎn)向執(zhí)行器動作之前，所述控制方法還包括根據(jù)車軸的目標轉(zhuǎn)向角判斷是否達到轉(zhuǎn)向限位的步驟，具體實現(xiàn)過程為：

23、如果車軸的目標轉(zhuǎn)向角≥γ10或車軸的目標轉(zhuǎn)向角≤－γ10，則向司機發(fā)出轉(zhuǎn)向警示，并判斷是否接收到限位開關(guān)信號；如果接收到限位開關(guān)電信號，則發(fā)出報警，執(zhí)行緊急制動操作；如果未接收到限位開關(guān)電信號，則驅(qū)動對應的轉(zhuǎn)向執(zhí)行器動作；

24、如果－γ10＜車軸的目標轉(zhuǎn)向角＜γ10，則驅(qū)動對應的轉(zhuǎn)向執(zhí)行器動作；其中，γ10為軟限位閾值。

25、進一步地，所述根據(jù)各節(jié)車前車軸和后車軸的目標轉(zhuǎn)向角產(chǎn)生各車軸的轉(zhuǎn)向控制指令的具體實現(xiàn)過程為：

26、獲取車軸的實時轉(zhuǎn)向角；

27、計算出車軸的實時轉(zhuǎn)向角和目標轉(zhuǎn)向角的轉(zhuǎn)向偏差；

28、基于pid控制方式，根據(jù)所述轉(zhuǎn)向偏差產(chǎn)生轉(zhuǎn)向控制指令。

29、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種超級虛擬軌道列車，包括如上所述的電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

30、有益效果

31、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

32、本發(fā)明所提供的一種超級虛擬軌道列車及其電動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、控制方法，每根車軸均配置有電動轉(zhuǎn)向控制裝置，根據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)向角計算每節(jié)車各車軸的目標轉(zhuǎn)向角，再根據(jù)目標轉(zhuǎn)向角實現(xiàn)對應車軸的自主轉(zhuǎn)向控制，使每節(jié)車都能夠沿著固定的路徑行駛，減輕了司機的駕駛負擔，同時使車輛能夠?qū)崿F(xiàn)精準虛擬軌道跟隨控制，且獲得比液壓轉(zhuǎn)向更快的響應速度。

33、相對于傳統(tǒng)液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，減少了復雜管路及設備等，使整個轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)簡潔明了，易于車底布置；采用電動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，將方向盤動作與各車軸轉(zhuǎn)向完全解耦，使各車軸的控制更為精準；縮短了系統(tǒng)的響應時間，提高了轉(zhuǎn)向控制的精度；不存在液壓管路漏油風險，減少對環(huán)境污染，符合交通出行綠色、智能的發(fā)展思想。