專利名稱：無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無軌電車受電弓的智能控制領(lǐng)域。具體涉及一種能控制無軌電車受電 弓自動(dòng)尋找接觸線，實(shí)現(xiàn)無軌電車超車的機(jī)電一體裝置。
背景技術(shù)：
無軌電車具有零排放，效率較高，馬力較大，噪音較小等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是它只能在 接觸線下方較窄的范圍內(nèi)行駛，靈活度較差，不能超車，并且無軌電車的受電弓降下后，需 要人工接入接觸線，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，限制了它的廣泛應(yīng)用。目前，社會(huì)上解決無軌電車自動(dòng)升弓的裝置都需要由人直接或者間接對(duì)準(zhǔn)，不但 降低了受電弓升弓的效率，而且在升弓時(shí)又分散了駕駛員精力，容易造成事故。其中，實(shí)現(xiàn) 無軌電車升弓精確對(duì)準(zhǔn)通常采用斜面機(jī)構(gòu)，在行駛時(shí)，斜面的頂端容易產(chǎn)生相互干涉，降低 了系統(tǒng)的可靠性，斜面的引導(dǎo)也給架空接觸線帶來很大的應(yīng)力，較大地降低了接觸線的使 用壽命。在超車方面，提出了很多方法，歸納起來有如下兩類一、將原來是兩根裸線的接觸線改造成槽形，側(cè)面是正極，頂面是負(fù)極，而且原來 雙桿改造成為單桿。這樣改造涉及到改造線路，成本很高。雙桿改單桿失去穩(wěn)定性，使電車 可靠性和使用壽命下降，而且，超車過程中需要人工干預(yù)。二、使用滑道滑軌的方法，讓后車的受電弓在前車的滑道中從后方滑至前方，這種 方法只能實(shí)現(xiàn)單側(cè)超車，而且，超車時(shí)，后車受電弓的縱向加速度非常大，容易造成后車受 電弓彈起后脫離接觸線?？紤]到以上方法的缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種智能控制的無軌電車受電弓，實(shí)現(xiàn)受電 弓能快速而準(zhǔn)確的接入接觸線和無軌電車超車，本方法可實(shí)現(xiàn)雙側(cè)超車，超車過程不用人 工干涉，在對(duì)接接觸線時(shí)可大大減少人工干預(yù)，有效提高無軌電車靈活性，降低駕駛員勞動(dòng) 強(qiáng)度。因此具有一定的實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有無軌電車只能實(shí)現(xiàn)單側(cè)超車且在超車過程中受電弓與接觸線 之間無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接入的問題，提供一種無軌電車智能受電弓。無軌電車智能受電弓裝置，包括弓座總成、弓架總成和線夾總成，所述弓座總成一 端安裝在車頂上，弓座總成另一端與弓架總成的一端鉸接，弓架總成另一端與線夾總成鉸 接；所述弓座總成包括圓形弓座體、弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、受電弓位置傳感器、第一受電弓升降 電動(dòng)機(jī)、第二受電弓升降電動(dòng)機(jī)、攝像頭、主斷路器和中央控制器；所述第一受電弓升降電 動(dòng)機(jī)和第二受電弓升降電動(dòng)機(jī)安裝在圓形弓座體對(duì)稱設(shè)置的用于鉸接弓架總成的凸臺(tái)上， 弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)固定在第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)的下部，中央控制器固定在第二受電弓升降 電動(dòng)機(jī)的下部，所述主斷路器固定在第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)和第二受電弓升降電動(dòng)機(jī)的一 側(cè)，所述受電弓位置傳感器固定在車體上并與圓形弓座體的中心對(duì)準(zhǔn)；攝像頭固定在圓形弓座體外圓邊緣上對(duì)稱設(shè)置凸臺(tái)的中間；所述弓架總成包括弓架體、弓架底座、弓架頂座、距離調(diào)節(jié)雷達(dá)、通信單元、紅外線 攝像頭和拉緊彈簧；所述弓架頂座固定在弓架體的一端與線夾總成連接；弓架底座固定在 弓架體的另一端與圓形弓座體連接；所述紅外線攝像頭安裝在靠近弓架頂座的中間位置， 所述距離調(diào)節(jié)雷達(dá)安裝位置靠近弓架頂座與紅外線攝像頭的位置平行，并在所述紅外線攝 像頭的下方；所述通信單元設(shè)置在弓架體上，拉緊彈簧設(shè)置在弓架體的下部靠近弓架底座 處；所述線夾總成包括活動(dòng)線夾、線夾基板、基座和驅(qū)動(dòng)齒輪，所述活動(dòng)線夾和驅(qū)動(dòng)齒 輪以齒輪齒條方式嚙合；所述活動(dòng)線夾底部的凸脊與線夾基板上的凹槽配合；線夾基板與 基座鉸接連接。無軌電車智能受電弓的應(yīng)用方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、無軌電車駛?cè)腚姎饣瘏^(qū)段后，駕駛員根據(jù)攝像頭獲得的圖像，采用左右調(diào) 節(jié)按鈕調(diào)整受電弓的位置，使接觸線位于紅外線攝像頭的鏡頭范圍內(nèi)，啟動(dòng)升弓程序；所述升弓程序具體過程為斷開主斷路器，分開活動(dòng)線夾，調(diào)用接觸線跟蹤程序定 位接觸線位置，控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)使受電弓的弓頭移到接觸線正下方附近，此位置能保 證垂直升弓后接觸線嵌入分開的活動(dòng)線夾中間；最后垂直升弓；步驟二、步驟一啟動(dòng)升弓程序后，受電弓準(zhǔn)確接入接觸線，啟動(dòng)無軌電車探測(cè)程 序，探測(cè)在同一接觸線上取電流運(yùn)行的其他無軌電車；步驟三、所述無軌電車探測(cè)程序根據(jù)步驟二所述的同一接觸線內(nèi)運(yùn)行的其他無軌 電車的位置判斷是否需要超車，如果否，則無軌電車探測(cè)程序繼續(xù)探測(cè)，如果是，自動(dòng)啟動(dòng) 超車控制程序，實(shí)現(xiàn)超車；所述的超車控制程序由前車與后車配合實(shí)現(xiàn)，步驟為步驟a、后車啟動(dòng)超車控制程序并判斷接觸線是否在后車上方，如果是，則超車控 制程序向前車發(fā)送降弓并回位的信號(hào)，如果否，則向前車發(fā)送降弓的信號(hào)；步驟b 后車根據(jù)距離調(diào)節(jié)雷達(dá)測(cè)量的與前車的距離和相對(duì)速度信息預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí) 刻距離后車超過前車的時(shí)間t，通過通信單元發(fā)送至前車的通信單元；步驟c 前車的通信單元接收后車發(fā)送的降弓信號(hào)與超車時(shí)間t，前車垂直降弓、 分開活動(dòng)線夾；步驟d 前車判斷后車是否要求前車的受電弓回位，如果是，執(zhí)行步驟f和步驟g， 如果否，執(zhí)行步驟e、和步驟h ；步驟e 啟動(dòng)接觸線跟蹤程序，保證前車的受電弓降下后始終位于接觸線的正下 方附近，所述的接觸線的正下方附近指能保證垂直升弓后接觸線嵌入分開的活動(dòng)線夾中 間，隨時(shí)準(zhǔn)備升弓；步驟f 前車受電弓回到車體上方邊緣位置，所述受電弓位置傳感器4記錄受電弓 在回位過程中轉(zhuǎn)過的角度；步驟g:判斷是否T. >t+At，所述At為后車超前車時(shí)的裕度，如果是，則執(zhí)行步 驟j ；步驟h 判斷是否T. >t+At，所述At為后車超前車時(shí)的裕度，如果是，則執(zhí)行步 驟i
步驟i 前車垂直升弓，合攏活動(dòng)線夾和主斷路器；步驟j 控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反方向旋轉(zhuǎn)角度，啟動(dòng)升弓程序。本發(fā)明的工作原理本發(fā)明為了克服無軌電車超車和受電弓與接觸線的自動(dòng)接入 問題，本發(fā)明在現(xiàn)有無軌電車受電弓的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提供了一種對(duì)無軌電車受電弓進(jìn) 行智能控制的解決方案。它實(shí)現(xiàn)了 一、受電弓在接觸線位于車頂攝像頭拍攝范圍內(nèi)的情況 下，自動(dòng)定位和接入接觸線；二、自動(dòng)控制兩輛在同條接觸線上運(yùn)行的無軌電車實(shí)現(xiàn)超車動(dòng) 作。本發(fā)明是通過基于紅外線攝像頭圖像處理的接觸線跟蹤程序?qū)ふ液痛侄ㄎ唤佑|線線， 控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)調(diào)整受電弓角度，使受電弓頭位于接觸線正下方附近?；顒?dòng)線夾的開 合可以彌補(bǔ)接觸線跟蹤程序粗定位的誤差，從而使受電弓準(zhǔn)確接入接觸線。超車時(shí)，使前車 的受電弓垂直降下，并且根據(jù)接觸線與后車之間位置關(guān)系判斷是否要求前車受電弓回位。 前車在降弓不回位的情況下啟動(dòng)接觸線跟蹤程序保持降下的受電弓位于接觸線正下方附 近，讓后車受電弓從前車受電弓上方通過，然后前車垂直升弓，實(shí)現(xiàn)超車；前車在降弓回位 的情況下使降下的受電弓回到車體邊緣位置，為后車受電弓提供超車空間，等待后車超過 后，再自動(dòng)擺出并升弓。此外，設(shè)計(jì)了可活動(dòng)的線夾機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)在受電弓降下時(shí)分開，升起 后合攏，分開時(shí)兩線夾壁之間形成50cm距離，用來彌補(bǔ)接觸線跟蹤程序的定位誤差。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明可以自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地定位接觸線并升弓與之接觸， 在駕駛員指令下斷開。電車運(yùn)行時(shí)，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩輛無軌電車的互相超車動(dòng)作。控制精 度較高，可行性較強(qiáng)，可以使無軌電車行走更加自由、快捷。對(duì)于無軌電車的推廣與普及具 有重大作用。此外，它還可以用于今后純電動(dòng)公共汽車的充電，節(jié)省充電站建設(shè)和電動(dòng)公共 汽車運(yùn)行的成本。


圖1為本發(fā)明所述的無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法的總體裝配圖；圖2為本發(fā)明所述的無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法中受電弓座總成裝 配圖；圖3為本發(fā)明所述的無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法中受電弓架總成裝 配圖；圖4為本發(fā)明所述的無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法中線夾總成裝配圖；圖5為本發(fā)明所述的無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法的流程圖；圖6為本發(fā)明所述的無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法中汽車探測(cè)測(cè)程序 流程圖；圖7為本發(fā)明所述的無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法中超車控制程序中 后車部分運(yùn)行的流程圖；圖8為本發(fā)明所述的無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法中超車控制程序中 前車部分運(yùn)行的流程圖；圖9為本發(fā)明所述的無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法中接觸線跟蹤程序 算法流程圖。圖中1、弓座體，2、弓架體，3、線夾總成，4、受電弓位置傳感器，5、弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng) 機(jī)，6、第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)，7、第二受電弓升降電動(dòng)機(jī)，8、主斷路器，9、中央控制器，10、攝像頭，11、弓架底座，12、弓架頂座，13、距離調(diào)節(jié)雷達(dá)，14、通信單元，15、接觸線，16、活動(dòng) 線夾，17、驅(qū)動(dòng)齒輪，18、基板，19、基座，20紅外線攝像頭，21、拉緊彈簧。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖1至圖4說明實(shí)施方式，無軌電車智能受電弓裝置，包括 弓座總成、弓架總成和線夾總成3，所述弓座總成一端安裝在車頂上，弓座總成另一端與弓 架總成的一端鉸接，弓架總成另一端與線夾總成3鉸接；所述弓座總成包括圓形弓座體1、 弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5、受電弓位置傳感器4、第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)6、第二受電弓升降電動(dòng)機(jī) 7、攝像頭10、主斷路器8和中央控制器9 ；所述第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)6和第二受電弓升降 電動(dòng)機(jī)7安裝在圓形弓座體1對(duì)稱設(shè)置的用于鉸接弓架總成的凸臺(tái)上，弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5 固定在第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)6的下部，中央控制器9固定在第二受電弓升降電動(dòng)機(jī)7的 下部，所述主斷路器8固定在第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)6和第二受電弓升降電動(dòng)機(jī)7的一側(cè)， 所述受電弓位置傳感器4固定在車體上并與圓形弓座體1的中心對(duì)準(zhǔn)；攝像頭10固定在圓 形弓座體1外圓邊緣上對(duì)稱設(shè)置凸臺(tái)的中間；所述弓架總成包括弓架體2、弓架底座11、弓架頂座12、距離調(diào)節(jié)雷達(dá)13、通信單 元14、紅外線攝像頭20和拉緊彈簧21 ；所述弓架頂座12固定在弓架體2的一端與線夾總 成3連接；弓架底座11固定在弓架體2的另一端與圓形弓座體1連接；所述紅外線攝像頭 20安裝在靠近弓架頂座12的中間位置，所述距離調(diào)節(jié)雷達(dá)13安裝位置靠近弓架頂座12與 紅外線攝像頭20的位置平行，并在所述紅外線攝像頭20的下方；所述通信單元14設(shè)置在 弓架體2上，拉緊彈簧21設(shè)置在弓架體2的下部靠近弓架底座11處；所述線夾總成3包括活動(dòng)線夾16、線夾基板18、基座19和驅(qū)動(dòng)齒輪17，所述活動(dòng) 線夾16和驅(qū)動(dòng)齒輪17以齒輪齒條方式嚙合；所述活動(dòng)線夾16底部的凸脊與線夾基板18 上的凹槽配合；線夾基板18與基座19鉸接連接。受電弓升起時(shí)，接觸線嵌入到兩個(gè)活動(dòng)線 夾16之間。本實(shí)施方式中還包括監(jiān)視屏幕和升弓按鈕、降弓按鈕、左右調(diào)節(jié)按鈕，所述監(jiān)視屏 幕和升弓按鈕、降弓按鈕、左右調(diào)節(jié)按鈕安裝在無軌電車的儀表盤上。結(jié)合圖1所示的受電弓總體裝配，本實(shí)施方式所述的弓座體1用于支持整個(gè)受電 弓系統(tǒng)，由弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5驅(qū)動(dòng)，可以繞弓座體的中心軸旋轉(zhuǎn)，用于改變受電弓位置實(shí)現(xiàn) 受電弓弓頭對(duì)接觸線電線的自動(dòng)追蹤和對(duì)準(zhǔn)；所述弓座體1上同時(shí)安裝有攝像頭10，可將 圖像反饋到駕駛員處，方便駕駛員判斷受電弓的位置；受電弓架總成是一個(gè)鉸接在受電弓 座總成上的支架，在弓架體2上安裝的紅外線攝像頭20，可通過接觸線電線的熱量，對(duì)電線 成像，經(jīng)過圖像處理可實(shí)現(xiàn)在受電弓降下超車時(shí)跟蹤電線，在升弓之前粗略定位接觸線，為 隨時(shí)升弓做好準(zhǔn)備。它由安裝在受電弓座內(nèi)的第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)6、第二受電弓升降電 動(dòng)機(jī)7和彈簧驅(qū)動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)升弓、降弓動(dòng)作?；顒?dòng)線夾16由驅(qū)動(dòng)齒輪17驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 合攏、放開。降弓后，線夾放開，其間距達(dá)到50cm，在升弓時(shí)用來彌補(bǔ)接觸線跟蹤程序的誤 差，升弓后，活動(dòng)線夾16合攏，使線夾壁間距與現(xiàn)有的無軌電車相當(dāng)。結(jié)合圖2，本實(shí)施方式所所示的弓座總成安裝在車頂上，用于支持受電弓，檢測(cè)和 調(diào)整受電弓位置，使受電弓自動(dòng)跟蹤接觸線，并具有接通和斷開受電弓與汽車的電源連接 的作用。受電弓位置傳感器4用于通過檢測(cè)弓座體1相對(duì)汽車的轉(zhuǎn)角，判斷當(dāng)前受電弓位置，可以采用現(xiàn)行通用紅外線計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)。弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5用于在中央控制器9的控 制下，準(zhǔn)確調(diào)節(jié)受電弓的位置，使受電弓在降下時(shí)可以處于接觸線電線正下方，為隨時(shí)升弓 做好準(zhǔn)備，可以采用通用步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)6和第二受電弓升降電動(dòng) 機(jī)7用于在中央控制器9的控制下，自動(dòng)舉升和降下受電弓，可以使用通用步進(jìn)電機(jī)或者直 流電機(jī)實(shí)現(xiàn)。主斷路器8用于在受電弓即將落下時(shí)，斷開受電弓和汽車的電氣連接；在剛剛 升起后，接通受電弓和汽車的電氣連接，這樣可避免在升降瞬間產(chǎn)生巨大電弧，可采用無軌 電車或者鐵路電力機(jī)車主斷路器實(shí)現(xiàn)。中央控制器9用于在司機(jī)的控制下，處理各種傳感 器信號(hào)，執(zhí)行控制程序，準(zhǔn)確、流暢地控制受電弓的各種動(dòng)作。攝像頭10用于在無軌電車駛 入電氣化區(qū)段后，司機(jī)監(jiān)視接觸線和受電弓的運(yùn)行情況，并在自動(dòng)系統(tǒng)失效時(shí)，為司機(jī)手動(dòng) 控制全系統(tǒng)運(yùn)行提供依據(jù)，所述電氣化區(qū)段為工作路段上方架有接觸線的工作路段。結(jié)合圖3，本實(shí)施方式所述的弓架總成用于支持線夾總成3，弓架底座11用于與弓 座體1連接，并在第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)6和第二受電弓升降電動(dòng)機(jī)7的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)升弓 降弓。弓架頂座12用于與線夾總成3連接。距離調(diào)節(jié)雷達(dá)13用來檢測(cè)在同一接觸線上的 前方是否有其他的無軌電車受電弓，并判斷距離和相對(duì)速度，為升降弓控制提供依據(jù)?？?以使用自適應(yīng)巡航系統(tǒng)所使用的距離調(diào)節(jié)雷達(dá)，它可以自動(dòng)檢測(cè)障礙物并且判斷障礙物方 位、距離、相對(duì)速度。通信單元14用于在距離調(diào)節(jié)雷達(dá)13檢測(cè)到前方有電車時(shí)，與前方電 車通信，以判斷是哪一輛電車需要降弓，并發(fā)送降弓命令?？刹捎盟{(lán)牙通信裝置，它可以實(shí) 現(xiàn)30米范圍內(nèi)的通信，并具有快速搜索、驗(yàn)證、通信的特點(diǎn)。紅外線攝像頭20用于根據(jù)接 觸線電線發(fā)出的熱量對(duì)接觸線成像，通過中央控制器進(jìn)行圖像處理后得出接觸線電線的位 置，并以此為依據(jù)控制基座步進(jìn)電機(jī)在受電弓降下時(shí)跟蹤接觸線電線?？刹捎没弁ü镜?通用紅外線攝像頭實(shí)現(xiàn)此硬件功能。拉緊彈簧21 安裝在受電弓架與弓座之間，使受電弓 架升起時(shí)緊拉受電弓架，受電弓架產(chǎn)生一個(gè)向上的彈力，保證線夾頂緊接觸線。本實(shí)施方式結(jié)合圖4所述的線夾總成3可以在受電弓降下后打開活動(dòng)線夾16，升 起后合上活動(dòng)線夾16，并使線夾中心線始終與汽車中心線平行，可以補(bǔ)償接觸線跟蹤程序 的誤差?；顒?dòng)線夾16由限位壁、齒條機(jī)構(gòu)和滑塊機(jī)構(gòu)組成。限位壁是絕緣體，用于與接觸 線接觸，在升弓后引導(dǎo)受電弓沿著接觸線運(yùn)動(dòng)。齒條用來與由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪17配合， 驅(qū)動(dòng)線夾合攏或者放開。齒條上表面是本受電弓的滑板，它直接與接觸線接觸。齒條上表 面一半用導(dǎo)體，一半用絕緣體制造，一般而言，活動(dòng)線夾16合攏時(shí)在兩個(gè)限位壁之間的部 分應(yīng)用導(dǎo)體以實(shí)現(xiàn)取流，之外的部分應(yīng)用絕緣體防止活動(dòng)線夾16分開時(shí)造成短路。驅(qū)動(dòng)齒 輪17 它由鑲嵌在基板18內(nèi)的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)線夾16的自動(dòng)分開和合攏，需用絕緣 體制造?；?8 鉸接在基座19上支持線夾總成3上面部分的板子，它由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 在中央控制器9的控制下，讓基板18轉(zhuǎn)動(dòng)嚴(yán)格保持與受電弓弓座體1速度相同、方向相反， 這樣可以保證線夾中心線與汽車中心線始終重合，減少定位的難度。基板18內(nèi)嵌有步進(jìn)電 機(jī)用來驅(qū)動(dòng)活動(dòng)線夾16，基板18和基座19用以支持整個(gè)線夾總成3，基座19下部分與受 電弓弓架體2間隙配合，以補(bǔ)償兩條接觸線之間距離上的誤差。
具體實(shí)施方式
二、結(jié)合圖5至圖8說明本實(shí)施方式，無軌電車智能受電弓的應(yīng)用方 法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、無軌電車駛?cè)腚姎饣瘏^(qū)段后，駕駛員根據(jù)攝像頭10獲得的圖像，采用左 右調(diào)節(jié)按鈕調(diào)整受電弓的位置，使接觸線位于紅外線攝像頭20的鏡頭范圍內(nèi)，啟動(dòng)升弓程序；所述升弓程序具體過程為斷開主斷路器8，分開活動(dòng)線夾16，調(diào)用接觸線跟蹤程 序定位接觸線位置，控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5使受電弓的弓頭移到接觸線正下方附近，此位 置能保證垂直升弓后接觸線嵌入分開的活動(dòng)線夾中間；最后垂直升弓；步驟二、步驟一啟動(dòng)升弓程序后，受電弓準(zhǔn)確接入接觸線，啟動(dòng)無軌電車探測(cè)程 序，探測(cè)在同一接觸線上取電流運(yùn)行的其他無軌電車；步驟三、所述無軌電車探測(cè)程序根據(jù)步驟二所述的同一接觸線內(nèi)運(yùn)行的其他無軌 電車的位置判斷是否需要超車，如果否，則無軌電車探測(cè)程序繼續(xù)探測(cè)，如果是，自動(dòng)啟動(dòng) 超車控制程序，實(shí)現(xiàn)超車；所述的超車控制程序由前車與后車配合實(shí)現(xiàn)，步驟為步驟a、后車啟動(dòng)超車控制程序并判斷接觸線是否在后車上方，如果是，則超車控 制程序向前車發(fā)送降弓并回位的信號(hào)，如果否，則向前車發(fā)送降弓的信號(hào)；步驟b 后車根據(jù)距離調(diào)節(jié)雷達(dá)13測(cè)量的與前車的距離和相對(duì)速度信息預(yù)測(cè)當(dāng)前 時(shí)刻距離后車超過前車的時(shí)間t，通過通信單元14發(fā)送至前車的通信單元(14)；步驟c 前車的通信單元14接收后車發(fā)送的降弓信號(hào)與超車時(shí)間t，前車垂直降 弓、分開活動(dòng)線夾16;步驟d 前車判斷后車是否要求前車的受電弓回位，如果是，執(zhí)行步驟f和步驟g， 如果否，執(zhí)行步驟e、和步驟h ；步驟e 啟動(dòng)接觸線跟蹤程序，保證前車的受電弓降下后始終位于接觸線的正下 方附近，所述的接觸線的正下方附近指能保證垂直升弓后接觸線嵌入分開的活動(dòng)線夾16 中間，隨時(shí)準(zhǔn)備升弓；步驟f 前車受電弓回到車體上方邊緣位置，所述受電弓位置傳感器4記錄受電弓 在回位過程中轉(zhuǎn)過的角度；步驟g:判斷是否T. >t+At，所述At為后車超前車時(shí)的裕度，如果是，則執(zhí)行步 驟j ；步驟h:判斷是否T. >t+At，所述At為后車超前車時(shí)的裕度，如果是，則執(zhí)行步 驟i步驟i 前車垂直升弓，合攏活動(dòng)線夾16和主斷路器8 ；步驟j 控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5反方向旋轉(zhuǎn)角度，啟動(dòng)升弓程序。本實(shí)施方式中步驟二所述的無軌電車探測(cè)程序用于檢測(cè)在同一根接觸線上運(yùn)行 的其它無軌電車。測(cè)出本車與前車的距離和相對(duì)速度，算出超車的時(shí)間，并且據(jù)此判斷是否 啟動(dòng)超車控制程序。汽車探測(cè)程序的硬件上主要由一個(gè)距離調(diào)節(jié)雷達(dá)13構(gòu)成，它可以是測(cè) 量?jī)奢v無軌電車之間的相對(duì)距離、相對(duì)速度。雷達(dá)發(fā)送一束毫米波，該波在金屬表面或高介 質(zhì)物質(zhì)表面反射后，被雷達(dá)接收裝置接收，接收裝置通過計(jì)算發(fā)射-接收時(shí)間差算出距離， 頻率差算出速度。中央控制器9通過從距離調(diào)節(jié)雷達(dá)13上接收到的距離、速度信息算出汽 車距離超車時(shí)刻的時(shí)間，當(dāng)此時(shí)間低于某一數(shù)值時(shí)，啟動(dòng)超車控制程序。結(jié)合圖8，本實(shí)施方式所述接觸線跟蹤程序由紅外線攝像頭20獲取相對(duì)高溫的接 觸線圖像，使用圖像處理方法檢測(cè)紅外線圖像，并獲得接觸線與受電弓弓頭中心的偏矩等 信息。以此為依據(jù)控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)受電弓的角度，使接觸線位于受電弓線夾總成3的正上方附近。具體的工作過程為步驟A、將紅外線攝像頭20獲得的接觸線的紅外線圖像去噪、單色化；步驟B、采用直接邊界提取算法獲得接觸線的紅外線圖像的邊界信息；步驟C、當(dāng)本程序被升弓程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行步驟D、步驟E、步驟F、步驟G、步驟H和步 驟I，當(dāng)本程序被超車控制程序調(diào)用時(shí)，執(zhí)行步驟E、步驟F、步驟G、步驟H和步驟J ；步驟D、當(dāng)接觸線的紅外線圖像的邊界點(diǎn)序列中上端邊界點(diǎn)和下端邊界點(diǎn)分別在 圖像的上下邊緣且邊界點(diǎn)的坐標(biāo)連續(xù)時(shí)，上端接觸線的紅外線圖像和下端接觸線的紅外線 圖像在紅外線攝像頭20內(nèi)；轉(zhuǎn)入步驟E，否則，提示駕駛員繼續(xù)調(diào)整受電弓位置；步驟E、根據(jù)上端接觸線和下端接觸線坐標(biāo)計(jì)算接觸線紅外線圖像的中心線坐標(biāo)， 然后將上端接觸線和下端接觸線的紅外線圖像中心線的橫坐標(biāo)平均值作為接觸線的中心 線坐標(biāo)；步驟F、根據(jù)五步驟獲得的接觸線的中心線坐標(biāo)計(jì)算接觸線距離受電弓中心線的 偏移量f ；f = aXlp+bXld+cXln式中，a, b，c是系數(shù)，Ip為上端接觸線紅外線圖像中心線橫坐標(biāo)位置，Id表示中 間圖像中心點(diǎn)橫坐標(biāo)位置，In表示下端接觸線紅外線圖像中心點(diǎn)橫坐標(biāo)位置；步驟G、采用分段比例控制策略計(jì)算弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)速度，公式為es = dX (f-ld)式中，d是待確定參數(shù)，es是弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；步驟H、采用脈寬調(diào)制方法控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)；步驟I、返回到步驟F計(jì)算f值，不斷重復(fù)步驟E、步驟F、步驟G、步驟H和步驟I， 直到f小于某臨界值T，垂直升起受電弓；步驟J、返回到五步驟計(jì)算f值，不斷重復(fù)步驟E、步驟F、步驟G、步驟H和步驟J， 保持f的值較小，為隨時(shí)升弓做準(zhǔn)備。本實(shí)施方式所述的受電弓位置傳感器4采用紅外線計(jì)數(shù)器；通信單元14使用距離 無線通信裝置或者藍(lán)牙通信裝置；距離調(diào)節(jié)雷達(dá)13使用ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)使用的距離調(diào) 節(jié)雷達(dá)，紅外線射像頭20可采用通用紅外線攝像頭，中央控制器9可采用飛思卡爾單片機(jī)， 各種輔助設(shè)備、步進(jìn)電機(jī)和回位彈簧等按照需要選擇。
1權(quán)利要求
1.無軌電車智能受電弓裝置，包括弓座總成、弓架總成和線夾總成(3)，所述弓座總成 安裝在車身上，所述弓座總成的一端與弓架總成的弓架底座部分鉸接，弓架總成的弓架頂 座部分與線夾總成(3)鉸接；其特征是所述弓座總成包括圓形弓座體(1)、弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng) 機(jī)(5)、受電弓位置傳感器(4)、第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)(6)、第二受電弓升降電動(dòng)機(jī)(7)、攝 像頭(10)、主斷路器(8)和中央控制器(9)；所述第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)(6)和第二受電弓 升降電動(dòng)機(jī)(7)安裝在圓形弓座體(1)對(duì)稱設(shè)置的用于鉸接弓架總成的凸臺(tái)上，弓座旋轉(zhuǎn) 電動(dòng)機(jī)(5)固定在第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)(6)的下部，中央控制器(9)固定在第二受電弓 升降電動(dòng)機(jī)(7)的下部，所述主斷路器(8)固定在第一受電弓升降電動(dòng)機(jī)(6)和第二受電 弓升降電動(dòng)機(jī)(7)的一側(cè)，所述受電弓位置傳感器固定在車體上并與圓形弓座體(1) 的中心對(duì)準(zhǔn)；攝像頭(10)固定在圓形弓座體(1)外圓邊緣上對(duì)稱設(shè)置凸臺(tái)的中間；所述弓架總成包括弓架體O)、弓架底座(11)、弓架頂座(12)、距離調(diào)節(jié)雷達(dá)(13)、通 信單元(14)、紅外線攝像頭00)和拉緊彈簧；所述弓架頂座(1 固定在弓架體(2) 的一端與線夾總成⑶連接；弓架底座(11)固定在弓架體⑵的另一端與圓形弓座體⑴ 連接；所述紅外線攝像頭OO)安裝在靠近弓架頂座(1 的中間位置，所述距離調(diào)節(jié)雷達(dá) (13)安裝位置靠近弓架頂座(12)與紅外線攝像頭OO)的位置平行，并在所述紅外線攝像 頭OO)的下方；所述通信單元(14)設(shè)置在弓架體( 上，拉緊彈簧設(shè)置在弓架體(2) 的下部靠近弓架底座(11)處；所述線夾總成(3)包括活動(dòng)線夾(16)、線夾基板(18)、基座(19)和驅(qū)動(dòng)齒輪(17)，所 述活動(dòng)線夾(16)和驅(qū)動(dòng)齒輪(17)以齒輪齒條方式嚙合；所述活動(dòng)線夾(16)底部的凸脊與 線夾基板(1 上的凹槽配合；線夾基板(1 與基座(19)鉸接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述無軌電車智能受電弓裝置，其特征在于，它還包括監(jiān)視屏幕和 升弓按鈕、降弓按鈕、左右調(diào)節(jié)按鈕，所述監(jiān)視屏幕和升弓按鈕、降弓按鈕、左右調(diào)節(jié)按鈕安 裝在無軌電車的儀表盤上。
3.無軌電車智能受電弓的應(yīng)用方法，其特征是，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、無軌電車駛?cè)腚姎饣瘏^(qū)段后，駕駛員根據(jù)攝像頭(10)獲得的圖像，采用左右 調(diào)節(jié)按鈕調(diào)整受電弓的位置，使接觸線位于紅外線攝像頭OO)的鏡頭范圍內(nèi)，啟動(dòng)升弓程 序；所述升弓程序具體過程為斷開主斷路器(8)，分開活動(dòng)線夾(16)，調(diào)用接觸線跟蹤程 序定位接觸線位置，控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)( 使受電弓的弓頭移到接觸線正下方附近，此 位置能保證垂直升弓后接觸線嵌入分開的活動(dòng)線夾中間；最后垂直升弓；步驟二、步驟一啟動(dòng)升弓程序后，受電弓準(zhǔn)確接入接觸線，啟動(dòng)無軌電車探測(cè)程序，探 測(cè)在同一接觸線上取電流運(yùn)行的其他無軌電車；步驟三、所述無軌電車探測(cè)程序根據(jù)步驟二所述的同一接觸線內(nèi)運(yùn)行的其他無軌電車 的位置判斷是否需要超車，如果否，則無軌電車探測(cè)程序繼續(xù)探測(cè)，如果是，自動(dòng)啟動(dòng)超車 控制程序，實(shí)現(xiàn)超車；所述的超車控制程序由前車與后車配合實(shí)現(xiàn)，步驟為步驟a、后車啟動(dòng)超車控制程序并判斷接觸線是否在后車上方，如果是，則超車控制程 序向前車發(fā)送降弓并回位的信號(hào)，如果否，則向前車發(fā)送降弓的信號(hào)；步驟b 后車根據(jù)距離調(diào)節(jié)雷達(dá)(1 測(cè)量的與前車的距離和相對(duì)速度信息預(yù)測(cè)當(dāng)前時(shí)刻距離后車超過前車的時(shí)間t，通過通信單元(14)發(fā)送至前車的通信單元(14)；步驟c 前車的通信單元(14)接收后車發(fā)送的降弓信號(hào)與超車時(shí)間t，前車垂直降弓、 分開活動(dòng)線夾(16)；步驟d 前車判斷后車是否要求前車的受電弓回位，如果是，執(zhí)行步驟f和步驟g，如果 否，執(zhí)行步驟e、和步驟h;步驟e 啟動(dòng)接觸線跟蹤程序，保證前車的受電弓降下后始終位于接觸線的正下方附 近，所述的接觸線的正下方附近指能保證垂直升弓后接觸線嵌入分開的活動(dòng)線夾(16)中 間，隨時(shí)準(zhǔn)備升弓；步驟f:前車受電弓回到車體上方邊緣位置，所述受電弓位置傳感器4記錄受電弓在回 位過程中轉(zhuǎn)過的角度；步驟g:判斷是否T. >t+At，所述At為后車超前車時(shí)的裕度，如果是，則執(zhí)行步驟j ；步驟h:判斷是否T. >t+At，所述At為后車超前車時(shí)的裕度，如果是，則執(zhí)行步驟i 步驟i 前車垂直升弓，合攏活動(dòng)線夾(16)和主斷路器(8)； 步驟j 控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)( 反方向旋轉(zhuǎn)角度，啟動(dòng)升弓程序。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無軌電車智能受電弓的應(yīng)用方法，其特征在于，步驟二所述 的無軌電車探測(cè)程序還包括根據(jù)距離調(diào)節(jié)雷達(dá)(1 檢測(cè)運(yùn)行前方一定距離內(nèi)的無軌電 車，根據(jù)檢測(cè)的距離和速度信息計(jì)算超車的時(shí)間t，當(dāng)超車時(shí)間t小于臨界值T時(shí)，啟動(dòng)超車 控制程序，否則繼續(xù)探測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無軌電車智能受電弓的應(yīng)用方法，其特征在于，所述接觸線 跟蹤程序的具體過程為步驟A、將紅外線攝像頭00)獲得的接觸線的紅外線圖像去噪、單色化； 步驟B、采用直接邊界提取算法獲得接觸線的紅外線圖像的邊界信息； 步驟C、當(dāng)本程序被升弓程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行步驟D、步驟E、步驟F、步驟G、步驟H和步驟 I，當(dāng)本程序被超車控制程序調(diào)用時(shí)，執(zhí)行步驟E、步驟F、步驟G、步驟H和步驟J ；步驟D、當(dāng)接觸線的紅外線圖像的邊界點(diǎn)序列中上端邊界點(diǎn)和下端邊界點(diǎn)分別在圖像 的上下邊緣且邊界點(diǎn)的坐標(biāo)連續(xù)時(shí)，上端接觸線的紅外線圖像和下端接觸線的紅外線圖像 在紅外線攝像頭00)內(nèi)；轉(zhuǎn)入步驟E，否則，提示駕駛員繼續(xù)調(diào)整受電弓位置；步驟E、根據(jù)上端接觸線和下端接觸線坐標(biāo)計(jì)算接觸線紅外線圖像的中心線坐標(biāo)，然后 將上端接觸線和下端接觸線的紅外線圖像中心線的橫坐標(biāo)平均值作為接觸線的中心線坐 標(biāo)；步驟F、根據(jù)五步驟獲得的接觸線的中心線坐標(biāo)計(jì)算接觸線距離受電弓中心線的偏移量f ；f = aXlp+bXld+cXln式中，a, b，c是系數(shù)，Ip為上端接觸線紅外線圖像中心線橫坐標(biāo)位置，Id表示中間圖 像中心點(diǎn)橫坐標(biāo)位置，In表示下端接觸線紅外線圖像中心點(diǎn)橫坐標(biāo)位置；步驟G、采用分段比例控制策略計(jì)算弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)( 轉(zhuǎn)動(dòng)速度，公式為 es = dX (f-ld)式中，d是待確定參數(shù)，es是弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(5)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；步驟H、采用脈寬調(diào)制方法控制弓座旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)( 轉(zhuǎn)動(dòng)；步驟I、返回到步驟F計(jì)算f值，不斷重復(fù)步驟E、步驟F、步驟G、步驟H和步驟I，直到 f小于某臨界值T，垂直升起受電弓；步驟J、返回到五步驟計(jì)算f值，不斷重復(fù)步驟E、步驟F、步驟G、步驟H和步驟J，保持 f的值較小，為隨時(shí)升弓做準(zhǔn)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述無軌電車智能受電弓的應(yīng)用方法，其特征在于，所述受電弓位 置傳感器(4)采用紅外線計(jì)數(shù)器；通信單元(14)使用距離無線通信裝置或者藍(lán)牙通信裝 置；距離調(diào)節(jié)雷達(dá)(13)使用ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)使用的距離調(diào)節(jié)雷達(dá)。
全文摘要
無軌電車智能受電弓裝置及其應(yīng)用方法，涉及無軌電車受電弓的智能控制領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有無軌電車只能實(shí)現(xiàn)單側(cè)超車且在超車過程中受電弓與接觸線之間無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接入的問題，本發(fā)明的受電升弓采用弓架總成上的紅外線攝像頭圖像處理的接觸線跟蹤程序?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)受電弓角度，使用可活動(dòng)線夾來補(bǔ)償誤差，使受電弓自動(dòng)接入接觸線。超車時(shí)后車通過通信單元讓前車降弓，判斷是否讓前車受電弓回位。前車降弓不回位時(shí)用接觸線跟蹤程序保持降下；回位時(shí)讓弓頭回到車身上方邊緣。降弓時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)受電弓自動(dòng)落下并回位。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)無軌電車接電、斷電的自動(dòng)化、超車的自動(dòng)化，大大提高無軌電車的運(yùn)行效率和靈活性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)B60L5/18GK102092296SQ20111000821
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者葉翔, 張明新, 王登峰 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)