用于快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)及控制方法，鉸接圓盤上固設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件之間設(shè)角度傳感器，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件固接客車的前車體上，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件通過左、右液壓缸固接客車的后車體上，左、右液壓缸的液壓臂上設(shè)有對(duì)應(yīng)的左、右預(yù)緊彈簧，右液壓缸上腔與左液壓缸下腔、右液壓缸下腔與左液壓缸上腔、右液壓缸上腔與左液壓缸上腔均通過各自的液壓軟管相連，右液壓缸上腔與左液壓缸上腔的軟管上設(shè)有阻尼調(diào)節(jié)裝置；客車驅(qū)動(dòng)后橋上設(shè)有速度傳感器，客車各軸懸架處設(shè)質(zhì)量檢測(cè)裝置，根據(jù)實(shí)時(shí)載荷質(zhì)量及速度控制阻尼調(diào)節(jié)裝置輸出最佳的阻尼值，在任何負(fù)載條件下都能防止客車出現(xiàn)車體折疊碰撞、中軸側(cè)滑等現(xiàn)象。
【專利說明】用于快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于快速公交系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱BRT)鉸接客車車輛【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)后置式快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]快速公交系統(tǒng)是一種介于快速軌道交通與常規(guī)公交之間的新型公共客運(yùn)系統(tǒng)，是一種大運(yùn)量的交通運(yùn)輸方式，通常被稱作為“地面上的地鐵系統(tǒng)”。BRT客車車輛一般由前后兩個(gè)車體組成，中間通過鉸接系統(tǒng)連接，整車有前、中、后三根車軸，前車體有兩根車軸，前輪起轉(zhuǎn)向作用，中軸起支撐作用；后車體只有一根車軸，通過鉸接系統(tǒng)以半掛的形式與前車體相連。發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置布置在后車體上，后軸為驅(qū)動(dòng)軸，整車依靠后車體推動(dòng)向前行駛，屬于頂推式鉸接車輛。
[0003]現(xiàn)有的鉸接系統(tǒng)主要通過改變液壓系統(tǒng)兩液壓缸的阻尼來控制車輛轉(zhuǎn)彎，使客車在行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)繞鉸接圓盤中心豎軸的橫擺阻尼轉(zhuǎn)矩，這個(gè)轉(zhuǎn)矩直接影響車輛的駕駛特性:一是，如果鉸接系統(tǒng)的阻尼過小，當(dāng)?shù)孛嫣峁┙o中軸車輪的側(cè)向力較小時(shí)(如雨雪路面等)，客車后車體極容易將中軸側(cè)向推出，嚴(yán)重時(shí)前后車體發(fā)生“V”型剪切；二是，如果在高速行駛的過程中鉸接系統(tǒng)太過無阻尼，車輛行駛就不會(huì)穩(wěn)定，當(dāng)在高速行駛突然采取制動(dòng)時(shí)，由于慣性力的作用，車輛的中軸受到突然增大的推力，后車體容易將中軸推出，使車輛失穩(wěn)；第三，在轉(zhuǎn)彎過程中，如果鉸接系統(tǒng)阻尼過小，當(dāng)車速較高時(shí)，前后車體容易發(fā)生“V”型剪切；如果阻尼較大，在轉(zhuǎn)彎過程中必要的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)被阻止滯后，前后車體傾向于向前直行，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向半徑過大而影響道路上(特別是交叉口處)車輛的行駛。
[0004]為解決傳統(tǒng)鉸接系統(tǒng)存在的缺陷，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010262349.4、名稱為“用于城市快速公交系統(tǒng)的客車底盤鉸接系統(tǒng)及工作方法”提供了一種適用于BRT鉸接式客車的新型鉸接系統(tǒng)，具體方法是在鉸接系統(tǒng)兩側(cè)的液壓臂上分別加裝一個(gè)圓柱螺旋預(yù)緊彈簧，客車在轉(zhuǎn)彎過程中，兩側(cè)的液壓臂伸縮量發(fā)生變化，一側(cè)彈簧被壓縮，另一側(cè)彈簧舒張，在阻尼和剛度的共同作用下增強(qiáng)了客車的操縱穩(wěn)定性。但其缺陷是:只是加裝了螺旋預(yù)緊彈簧，沒有考慮BRT客車空載和滿載工況下的行駛穩(wěn)定性以及行駛路線對(duì)目標(biāo)路線跟隨的準(zhǔn)確性，因BRT客車的空載質(zhì)量與滿載質(zhì)量差距較大，客車在這兩種負(fù)載條件下以相同的速度行駛轉(zhuǎn)向時(shí)，如果鉸接系統(tǒng)提供的阻尼力矩和彈性力矩不能夠隨車體質(zhì)量和速度的改變而做出相應(yīng)變化，必然會(huì)使BRT客車操縱穩(wěn)定性的改善受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)中BRT客車鉸接系統(tǒng)提供的回轉(zhuǎn)力矩存在不合理的問題，給BRT客車提供一種能夠在空載時(shí)主要依靠預(yù)緊彈簧提供回轉(zhuǎn)力矩，隨著車體質(zhì)量及行駛車速的改變實(shí)時(shí)控制液壓系統(tǒng)阻尼的新型半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)及控制方法，以保證在BRT客車負(fù)載和速度發(fā)生變化時(shí)鉸接系統(tǒng)可以為客車提供實(shí)時(shí)且合理的回轉(zhuǎn)阻尼及剛度力矩，確?？蛙嚥话l(fā)生車體折疊、碰撞、車軸側(cè)滑等現(xiàn)象，并能以較高精度跟隨目標(biāo)行駛路線，增強(qiáng)BRT客車轉(zhuǎn)彎時(shí)的操縱穩(wěn)定性及行駛安全性。
[0006]本發(fā)明所述用于快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是:包括鉸接圓盤、預(yù)緊彈簧和液壓缸，鉸接圓盤上固設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件之間設(shè)角度傳感器，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件固接客車的前車體上，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件通過左、右液壓缸固接客車的后車體上，左、右液壓缸的液壓臂上設(shè)有對(duì)應(yīng)的左、右預(yù)緊彈簧，右液壓缸上腔與左液壓缸下腔、右液壓缸下腔與左液壓缸上腔、右液壓缸上腔與左液壓缸上腔均通過各自的液壓軟管相連，右液壓缸上腔與左液壓缸上腔的軟管上設(shè)有阻尼調(diào)節(jié)裝置；客車驅(qū)動(dòng)后橋上設(shè)有速度傳感器，客車各軸懸架處設(shè)質(zhì)量檢測(cè)裝置，所述角度傳感器、速度傳感器、阻尼調(diào)節(jié)裝置及各質(zhì)量檢測(cè)裝置分別通過控制信號(hào)線連接ECU。
[0007]本發(fā)明所述用于快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)的控制方法采用的技術(shù)方案是:
1)當(dāng)客車直線行駛時(shí)，ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置輸出最小的阻尼預(yù)設(shè)值，左、右預(yù)緊彈簧壓縮量相等。
[0008]2)當(dāng)客車空載右轉(zhuǎn)時(shí)，右預(yù)緊彈簧被壓縮，左預(yù)緊彈簧舒張，右液壓缸下腔和左液壓缸上腔內(nèi)的油液經(jīng)阻尼可調(diào)裝置進(jìn)入到右液壓缸上腔和左液壓缸下腔；ECU根據(jù)角度傳感器的信號(hào)計(jì)算獲得客車前后車體間的實(shí)時(shí)角度和角速度，速度傳感器和質(zhì)量檢測(cè)裝置將信號(hào)輸送到ECU，當(dāng)該實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積小于等于0時(shí)，ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置輸出最小阻尼預(yù)設(shè)值；客車空載左轉(zhuǎn)時(shí)與右轉(zhuǎn)相反。
[0009]3)當(dāng)客車在有載下右轉(zhuǎn)時(shí)，右預(yù)緊彈簧被壓縮，左預(yù)緊彈簧舒張，右液壓缸下腔和左液壓缸上腔內(nèi)的油液經(jīng)阻尼可調(diào)裝置進(jìn)入到右液壓缸上腔和左液壓缸下腔，EOT根據(jù)角度傳感器的信號(hào)計(jì)算獲得客車前后車體間的實(shí)時(shí)角度和角速度，速度傳感器和質(zhì)量檢測(cè)裝置將相關(guān)信號(hào)輸送到ECU，當(dāng)該實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積小于0時(shí)，ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置輸出最小的阻尼預(yù)設(shè)值，當(dāng)實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積大于0時(shí)，ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置輸出值在最小的阻尼預(yù)設(shè)值與最大值之間；客車左轉(zhuǎn)時(shí)與右轉(zhuǎn)相反。
[0010]4)當(dāng)客車右轉(zhuǎn)向回正時(shí)，左預(yù)緊彈簧回位，右預(yù)緊彈簧舒張，右液壓缸上腔和左液壓缸下腔內(nèi)的油液經(jīng)阻尼可調(diào)裝置進(jìn)入到右液壓缸下腔和左液壓缸上腔，客車在轉(zhuǎn)向過程中實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積小于0，ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置輸出最小的阻尼預(yù)設(shè)值；左轉(zhuǎn)向回正時(shí)與右轉(zhuǎn)向回正相反。
[0011]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，具有的有益效果是:
1、可根據(jù)BRT的實(shí)時(shí)載荷質(zhì)量及速度控制阻尼調(diào)節(jié)裝置輸出最佳的阻尼值，能夠使BRT客車在任何負(fù)載條件下都能夠防止客車出現(xiàn)車體折疊碰撞、中軸側(cè)滑等現(xiàn)象，并能使行駛軌跡更貼近目標(biāo)路徑。
[0012]2、BRT客車在轉(zhuǎn)向回正時(shí)鉸接系統(tǒng)的阻尼為最小預(yù)設(shè)值，減小了對(duì)兩車體回到直線行駛的阻礙，在預(yù)緊彈簧的回正作用下可使客車前后兩車體較快的回到直線行駛，減小了車體的橫擺振動(dòng)，同時(shí)使BRT客車的行駛軌跡與目標(biāo)軌跡非常接近，進(jìn)而達(dá)到提高BRT客車操縱穩(wěn)定性及行駛安全性的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明鉸接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)控制原理圖；
圖中:1.鉸接圓盤；2.角度傳感器；3.右預(yù)緊彈簧；4.右液壓臂；5.右液壓缸；6.液壓軟管；7.左預(yù)緊彈簧；8.阻尼調(diào)節(jié)裝置；9.左液壓臂；10.左液壓缸；11.速度傳感器；12.鉸接系統(tǒng)；13.質(zhì)量檢測(cè)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖1所示，本發(fā)明所述用于快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)包括鉸接圓盤1、預(yù)緊彈簧、液壓缸等。鉸接圓盤1與右預(yù)緊彈簧3、右液壓缸5、左預(yù)緊彈簧7、阻尼調(diào)節(jié)裝置8以及左液壓缸10構(gòu)成半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)的主體機(jī)械-液壓結(jié)構(gòu)；其中，鉸接圓盤1上固定連接了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件，鉸接圓盤1上的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件之間設(shè)有角度傳感器2。鉸接圓盤1的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件固接于BRT客車的前車體上，而鉸接圓盤1的另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件通過右液壓缸5和左液壓缸10固接于后車體上。右液壓缸5的右液壓臂4上設(shè)有右預(yù)緊彈簧3，左液壓缸10的左液壓臂9上設(shè)有左預(yù)緊彈簧7。右液壓缸5的上腔與左液壓缸10的下腔通過第一根液壓軟管6相連，右液壓缸5的下腔與左液壓缸10的上腔通過第二根液壓軟管6相連，右液壓缸5的上腔與左液壓缸10的上腔由第三根液壓軟管6相連，且在第三根液壓軟管6的管路上設(shè)有阻尼調(diào)節(jié)裝置8。
[0015]如圖2所示:在BRT客車驅(qū)動(dòng)后橋上設(shè)有速度傳感器11，在各軸懸架處設(shè)有質(zhì)量檢測(cè)裝置13。角度傳感器2、速度傳感器11及各質(zhì)量檢測(cè)裝置13與車載ECU間分別通過控制信號(hào)線相連，ECU與阻尼調(diào)節(jié)裝置8間也通過控制信號(hào)線相連。
[0016]本發(fā)明所述用于快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)在工作時(shí)，由ECU自動(dòng)控制，具體是:
(1)當(dāng)BRT客車在直線行駛時(shí)，無論空載或滿載，前、后兩車體間無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，角度傳感器2將其檢測(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度輸入ECU，鉸接圓盤1的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0，兩車體間的實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積等于0，ECU強(qiáng)制使阻尼調(diào)節(jié)裝置8輸出最小的阻尼預(yù)設(shè)值；此時(shí)右液壓缸5與左液壓缸10內(nèi)的油液處于靜止?fàn)顟B(tài)，右液壓臂4與左液壓臂9的伸出長(zhǎng)度相等，所以右預(yù)緊彈簧3和左預(yù)緊彈簧7的壓縮量相等，預(yù)緊力增加了前、后車體直線行駛的穩(wěn)定性。
[0017](2)當(dāng)BRT客車在空載工況下轉(zhuǎn)向時(shí)，以右轉(zhuǎn)向?yàn)槔?，駕駛員向右轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，前車體向右轉(zhuǎn)彎，鉸接圓盤1開始轉(zhuǎn)動(dòng)，右液壓臂4與右預(yù)緊彈簧3被壓縮，左液壓臂9與左預(yù)緊彈簧7舒張，右液壓缸5下腔和左液壓缸10上腔內(nèi)的油液經(jīng)阻尼可調(diào)裝置8進(jìn)入到右液壓缸5上腔和左液壓缸10的下腔；左轉(zhuǎn)向時(shí)與之相反。EOT根據(jù)角度傳感器2的信號(hào)計(jì)算獲得BRT客車前后車體間的實(shí)時(shí)角度和角速度，
與此同時(shí)速度傳感器11和質(zhì)量檢測(cè)裝置13將相關(guān)信號(hào)輸送到ECU，ECU優(yōu)先選擇空載信號(hào)。當(dāng)該實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積小于等于0時(shí)，強(qiáng)制使阻尼調(diào)節(jié)裝置8輸出最小的阻尼預(yù)設(shè)值，此時(shí)鉸接系統(tǒng)只在最小預(yù)設(shè)阻尼和預(yù)緊彈簧的剛度下為客車提供回轉(zhuǎn)力矩，右預(yù)緊彈簧3和左預(yù)緊彈簧7的剛度值及阻尼調(diào)節(jié)裝置8的最小阻尼預(yù)設(shè)值根據(jù)BRT客車空載工況下以高速車速(例如12 m/s)通過所要經(jīng)過半徑最小交叉口(例如半徑等于30 m)時(shí)，以兩車體質(zhì)心相對(duì)于目標(biāo)軌跡的偏差之和最小為目標(biāo)函數(shù)確定，確定方法可采用數(shù)值仿真的辦法進(jìn)行。
[0018]在速度為2 m/s與BRT的最高車速(例如12 m/s)之間按等差數(shù)列選取有限個(gè)速度點(diǎn)(例如2 m/s,4 m/s,6 m/s,8 m/s、10 m/s、12 m/s)及BRT客車空載質(zhì)量與滿載質(zhì)量mf間按等差數(shù)列選取有限個(gè)質(zhì)量點(diǎn)(例如A、
【權(quán)利要求】
1.一種用于快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)，包括鉸接圓盤(1)、預(yù)緊彈簧和液壓缸，鉸接圓盤(1)上固設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件之間設(shè)角度傳感器(2)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件固接客車的前車體上，另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組件通過左、右液壓缸(10、5)固接客車的后車體上，左、右液壓缸(10、5)的液壓臂上設(shè)有對(duì)應(yīng)的左、右預(yù)緊彈簧(7、3)，其特征是:右液壓缸(5)上腔與左液壓缸(10)下腔、右液壓缸(5)下腔與左液壓缸(10)上腔、右液壓缸(5)上腔與左液壓缸(10)上腔均通過各自的液壓軟管相連，右液壓缸(5)上腔與左液壓缸(10)上腔之間的軟管上設(shè)有阻尼調(diào)節(jié)裝置(8 );客車驅(qū)動(dòng)后橋上設(shè)有速度傳感器(11 )，客車各軸懸架處設(shè)質(zhì)量檢測(cè)裝置(13)，所述角度傳感器(2)、速度傳感器(11)、阻尼調(diào)節(jié)裝置(8)及各質(zhì)量檢測(cè)裝置(13)分別通過控制信號(hào)線連接EOT。
2.一種如權(quán)利要求1所述用于快速公交系統(tǒng)客車的半主動(dòng)鉸接系統(tǒng)的控制方法，其特征是:1)當(dāng)客車直線行駛時(shí)，ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置(8)輸出最小的阻尼預(yù)設(shè)值，左、右預(yù)緊彈簧(7、3)壓縮量相等；2)當(dāng)客車空載右轉(zhuǎn)時(shí)，右預(yù)緊彈簧(3)被壓縮，左預(yù)緊彈簧(7)舒張，右液壓缸(5)下腔和左液壓缸(10)上腔內(nèi)的油液經(jīng)阻尼可調(diào)裝置(8)進(jìn)入到右液壓缸(5)上腔和左液壓缸(10)下腔；ECU根據(jù)角度傳感器(2)的信號(hào)計(jì)算獲得客車前后車體間的實(shí)時(shí)角度和角速度，速度傳感器(11)和質(zhì)量檢測(cè)裝置(13)將信號(hào)輸送到ECU，當(dāng)該實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積小于等于0時(shí)，ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置(8)輸出最小阻尼預(yù)設(shè)值；客車空載左轉(zhuǎn)時(shí)與右轉(zhuǎn)相反；3)當(dāng)客車在有載下右轉(zhuǎn)時(shí)，右預(yù)緊彈簧(3)被壓縮，左預(yù)緊彈簧(7)舒張，右液壓缸(5)下腔和左液壓缸(10)上腔內(nèi)的油液經(jīng)阻尼可調(diào)裝置(8)進(jìn)入到右液壓缸(5)上腔和左液壓缸(10)下腔，ECU根據(jù)角度傳感器(2)的信號(hào)計(jì)算獲得客車前后車體間的實(shí)時(shí)角度和角速度，速度傳感器(11)和質(zhì)量檢測(cè)裝置(13)將相關(guān)信號(hào)輸送到ECU，當(dāng)該實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積小于0時(shí)，ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置(8)輸出最小的阻尼預(yù)設(shè)值，當(dāng)實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積大于0時(shí)，ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置(8)輸出值在最小的阻尼預(yù)設(shè)值與最大值之間；客車左轉(zhuǎn)時(shí)與右轉(zhuǎn)相反；4)當(dāng)客車右轉(zhuǎn)向回正時(shí)，左預(yù)緊彈簧(7)回位，右預(yù)緊彈簧(3)舒張，右液壓缸(5)上腔和左液壓缸(10)下腔內(nèi)的油液經(jīng)阻尼可調(diào)裝置(8)進(jìn)入到右液壓缸(5)下腔和左液壓缸(10)上腔，客車在轉(zhuǎn)向過程中實(shí)時(shí)角度和角速度的乘積小于0，E⑶控制阻尼調(diào)節(jié)裝置(8)輸出最小的阻尼預(yù)設(shè)值；左轉(zhuǎn)向回正時(shí)與右轉(zhuǎn)向回正相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征是:阻尼調(diào)節(jié)裝置(8)最小的阻尼預(yù)設(shè)值根據(jù)客車空載工況下以高速車速通過所要經(jīng)過半徑最小交叉口時(shí)，以兩車體質(zhì)心相對(duì)于目標(biāo)軌跡的偏差之和最小為目標(biāo)函數(shù)，采用數(shù)值仿真確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征是:將ECU控制阻尼調(diào)節(jié)裝置(8)的輸出值建立最佳數(shù)據(jù)庫(kù)。
【文檔編號(hào)】B62D12/02GK103640628SQ201310659708
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】陳士安, 姜右良, 游專, 馬銀, 姚明, 張曉娜, 武曉暉 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)