本發(fā)明涉及一種膠輪列車控制領域，尤其涉及一種膠輪列車高速穩(wěn)定性控制方法。

背景技術(shù)：

近年來結(jié)合快速公交系統(tǒng)BRT和現(xiàn)代有軌電車的優(yōu)點的跨界的膠輪軌道交通車輛逐漸成為城市中等運量的交通系統(tǒng)解決方案之一。其中單軌交通系統(tǒng)、膠輪地鐵(APM線)、膠輪有軌電車(Translohf、四方有限的膠輪導軌電車、龐巴迪的GLT)采用機械導向方式。而使用路徑識別系統(tǒng)加軌跡跟隨控制系統(tǒng)的電子導向方式更符合未來無人駕駛的趨勢，典型代表有荷蘭VDL公司生產(chǎn)的Phileas和德國Fraunhofe IVI研究所研制的AutoTram。Phileas系統(tǒng)已經(jīng)商業(yè)化運行，并被韓國鐵道科技研究所引進、再創(chuàng)新，通過在路面上埋設磁鐵棒，同時檢測車輛相對于磁鐵棒的側(cè)向偏移量，再通過閉環(huán)控制全軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)來消除側(cè)向偏移的方式來實現(xiàn)軌跡跟隨控制，具有自動、半自動、手動三種駕駛模式。AutoTram系統(tǒng)尚未商業(yè)化運行，發(fā)明者根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同提出了兩種軌跡跟隨控制方法，其中基于導航獲取車輛精確位置同時結(jié)合簡化的雙自由度模型計算各軸轉(zhuǎn)角可以實現(xiàn)軌跡跟隨控制，基于車輛運動學理論阿克曼定律的控制策略只需根據(jù)司機指令即方向盤轉(zhuǎn)角即可實現(xiàn)軌跡跟隨控制。目前上述研究只針對較低速度下的運動學模型，未考慮車輛較高車速時的動力學特性，而車輛高速轉(zhuǎn)彎時有可能出現(xiàn)失穩(wěn)的危險工況。

側(cè)向加速度是橫向車輛高速穩(wěn)定性的一個重要指標，并在很多相關標準中進行了說明，同時對其限值存在規(guī)定。針對具有全軸轉(zhuǎn)向、軌跡跟隨功能的膠輪低地板智能軌道列車，有必要設計一種高速穩(wěn)定性控制方法，通過對全軸轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行控制，將側(cè)向加速度控制在限值以內(nèi)，已達到穩(wěn)定性要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種算法簡單、調(diào)整速度快、可有效提升列車高速運行時的穩(wěn)定性，還可以降低因過度角度調(diào)節(jié)導致的輪胎與地面之間的接觸惡化的膠輪列車高速穩(wěn)定性控制方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：一種膠輪列車高速穩(wěn)定性控制方法，包括如下步驟：

S1.獲取膠輪列車各車廂的側(cè)向加速度；

S2.從第一節(jié)車廂開始至最后一節(jié)車廂，依次判斷該車廂的側(cè)向加速度是否大于預設的加速度限值，是則通過PID控制逐步調(diào)節(jié)該節(jié)車廂后軸的轉(zhuǎn)向角，直到該車廂的側(cè)向加速度值小于等于預設的加速度限值，否則不進行調(diào)整。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述側(cè)向加速度通過側(cè)向加速度傳感器獲取。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S2中所述通過PID控制逐步調(diào)節(jié)減小該節(jié)車廂后軸的轉(zhuǎn)向角，直到該車廂的側(cè)向加速度值小于等于預設的加速度限值的具體步驟包括：

S2.1.以預設的轉(zhuǎn)向角調(diào)整量減小該節(jié)車廂后軸的轉(zhuǎn)向角度；

S2.2.判斷當前該節(jié)車廂的側(cè)向加速度是否大于預設的加速度限值，是則跳轉(zhuǎn)至步驟S2.1，否則跳轉(zhuǎn)至步驟S2.3；

S2.3.結(jié)束調(diào)整。

作為本發(fā)明的進一步改進，當所述該節(jié)車廂不是膠輪列車的第一節(jié)車廂時，所述步驟S2.1之后還包括步驟S2.1a，根據(jù)該車廂與前一節(jié)車輛鉸接角度與該節(jié)車廂后軸的轉(zhuǎn)向角度，自適應調(diào)整該節(jié)車廂前軸的轉(zhuǎn)向角度。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述預設的轉(zhuǎn)向角調(diào)整量為0.1度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明的膠輪列車高速穩(wěn)定性控制方法，通過判斷各車廂的側(cè)向加速度是否大于預設的加速度限值，分別對各車廂的轉(zhuǎn)向角進行高速，使得各車廂的側(cè)向加速度快速恢復至預設的加速度限值范圍內(nèi)，算法簡單、調(diào)整速度快，可有效的提升列車高速運行時的穩(wěn)定性，還可以降低因過度角度調(diào)節(jié)導致的輪胎與地面之間的接觸惡化的膠輪列車高速穩(wěn)定性控制方法。

2、本發(fā)明的膠輪列車高速穩(wěn)定性控制方法，在使用之后，可有效的提高膠輪列車的運行穩(wěn)定性，有效的提高乘坐舒適性及安全性。

附圖說明

圖1為膠輪列車車身結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為簡單為“單車模型”后的膠輪列車模型各車軸轉(zhuǎn)向角示意圖。

圖3為本發(fā)明具體實施例流程示意圖。

圖4為本發(fā)明具體實施例控制原理示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明的膠輪列車高速穩(wěn)定性控制方法，主要適用于鉸接式的膠輪列車，如圖1所示，包括一頭一尾兩節(jié)模塊化動車，和鉸接在兩節(jié)模塊化動車之間的模塊化拖車，模塊化拖車的數(shù)量可任意編組，具有雙向行駛能力。本實施例中高速是指時速大于45km/h。

在本實施例中，為了更方便的說明本發(fā)明的膠輪列車高速穩(wěn)定性控制方法，將膠輪列車簡化為“單車模型”進行描述，如圖2所示，delta1，delta2，delta3，delta4…為膠輪列車各車軸的轉(zhuǎn)向角，其中，delta1為第一節(jié)車廂前軸(即第一軸)的轉(zhuǎn)向角，delta2為第一節(jié)車廂后軸(即第二軸)的轉(zhuǎn)向角，delta3為第二節(jié)車廂前軸(即第三軸)的轉(zhuǎn)向角，delta4為第二節(jié)車廂后軸(即第二軸)的轉(zhuǎn)向角；G1，G2，…，GN為各節(jié)車廂的鉸接點；beta1為第一個鉸接點G1的鉸接角。

如圖3所示，本實施例的膠輪列車高速穩(wěn)定性控制方法，包括如下步驟：S1.獲取膠輪列車各車廂的側(cè)向加速度；S2.從第一節(jié)車廂開始至最后一節(jié)車廂，依次判斷該車廂的側(cè)向加速度是否大于預設的加速度限值，是則通過PID控制逐步調(diào)節(jié)該節(jié)車廂后軸的轉(zhuǎn)向角，直到該車廂的側(cè)向加速度值小于等于預設的加速度限值，否則不進行調(diào)整。側(cè)向加速度通過側(cè)向加速度傳感器獲取。當然，側(cè)向加速度也可以通過其它傳感器，比如陀螺儀等獲取車廂的運動參數(shù)，并通過計算獲取側(cè)向加速度。

在本實施例中，如圖4所示，步驟S2中通過PID控制逐步調(diào)節(jié)該節(jié)車廂后軸的轉(zhuǎn)向角，直到該車廂的側(cè)向加速度值小于等于預設的加速度限值的具體步驟包括：S2.1.以預設的轉(zhuǎn)向角調(diào)整量減小該節(jié)車廂后軸的轉(zhuǎn)向角度；S2.2.判斷當前該節(jié)車廂的側(cè)向加速度是否大于預設的加速度限值，是則跳轉(zhuǎn)至步驟S2.1，否則跳轉(zhuǎn)至步驟S2.3；S2.3.結(jié)束調(diào)整。在本實施例中，預設的轉(zhuǎn)向角調(diào)整量為0.1度，需要說明的是，轉(zhuǎn)向角調(diào)整量的具體數(shù)值可根據(jù)需要靈活設置，并不局限于本實施例中所設定的0.1度。

在本實施例中，膠輪列車各車軸的轉(zhuǎn)向角包括耐向左和向右的轉(zhuǎn)向角，在轉(zhuǎn)向角的作用下，列車會產(chǎn)生離心作用，從而產(chǎn)生向右或向左的側(cè)向加速度。為了便于說明，在本實施例中，膠輪列車在直行沒有轉(zhuǎn)向時各軸的轉(zhuǎn)向角為零度，當膠輪列車轉(zhuǎn)向時，無論轉(zhuǎn)向軸是向左轉(zhuǎn)向還是向右轉(zhuǎn)向，均以當前時刻的轉(zhuǎn)向角值為正值，比如，在當前時刻(即調(diào)整的初始時刻)，膠輪列車的側(cè)向加速度大于預設的加速度限值，此時后軸的轉(zhuǎn)向角為向右轉(zhuǎn)10度，即此時以向右轉(zhuǎn)向為正值。通過本發(fā)明的方法對后軸的轉(zhuǎn)向角進行PID控制，逐步減小后軸的轉(zhuǎn)向角，而在實際運行狀態(tài)中，特別是在膠輪列車高速運行狀態(tài)中，當后軸的轉(zhuǎn)向角調(diào)整至0度時，仍不能使得側(cè)向加速度小于等于預設的加速度限值，因此，需要將后軸的轉(zhuǎn)向角調(diào)整至向左轉(zhuǎn)，此時，以向左轉(zhuǎn)向為負值，即此時后軸的轉(zhuǎn)向角的值為負值，在此種狀態(tài)時，繼續(xù)減小后軸向右轉(zhuǎn)向角即為增加后軸向左的轉(zhuǎn)向角。同樣的道理，在當前時刻(即調(diào)整的初始時刻)，后軸的轉(zhuǎn)向角為向左時，以向左的轉(zhuǎn)向角為正值，當轉(zhuǎn)向角調(diào)整至負值時，即轉(zhuǎn)向角調(diào)整至向右轉(zhuǎn)。綜上所述，在本實施例中，以減小后軸的轉(zhuǎn)向角來概括描述對向左與向右兩種狀態(tài)下的調(diào)整情形。

在本實施例中，通過傳感器獲取的第一節(jié)車的側(cè)向加速度為a₁，預設的加速度限值為a_max，當?shù)谝还?jié)車的側(cè)向加速度為a₁大于預設的加速度限值為a_max時，則對第一節(jié)車廂后軸的當前轉(zhuǎn)向角通過PID方法逐步進行調(diào)節(jié)，每次調(diào)節(jié)的調(diào)整量為0.1度，通過逐步減小后軸的轉(zhuǎn)向角，使得第一節(jié)車廂的側(cè)向加速度恢復至小于等于預設的加速度限值的水平。

膠輪列車中除第一節(jié)車廂外的其它各節(jié)車廂，是按照一定的軌跡跟隨方法控制各節(jié)車廂后軸的轉(zhuǎn)向角，并通過自適應的控制前軸的轉(zhuǎn)向角，從而實現(xiàn)對車廂的轉(zhuǎn)向控制。當膠輪列車中除第一節(jié)車廂外的其它各節(jié)車廂的側(cè)向加速度大于預設的加速度限值時，則需要對該車廂后軸的轉(zhuǎn)向角進行調(diào)整。在本實施例中，同樣采用PID方法逐步調(diào)節(jié)該車廂后軸的轉(zhuǎn)向角，每次調(diào)節(jié)的調(diào)整量為0.1度，通過逐步減小后軸的轉(zhuǎn)向角，使得該節(jié)車廂的側(cè)向加速度恢復至小于等于預設的加速度限值的水平。

在本實施例中，對于鉸輪列車的非頭節(jié)車廂來說，該車廂的運行角度狀態(tài)由該車廂與前一節(jié)車廂的鉸接點的鉸接角度，以及該車廂的后軸的轉(zhuǎn)向角來決定，在鉸接角度和后軸的轉(zhuǎn)向角度已確定的情況下，該車廂的運行狀態(tài)也已確定。但是為了減小該鉸接點的受力，需要對該車廂的前軸的轉(zhuǎn)向角進行適應性調(diào)整。因此，在本實施例中，當該節(jié)車廂不是膠輪列車的第一節(jié)車廂時，步驟S2.1之后還包括步驟S2.1a，根據(jù)該車廂與前一節(jié)車輛鉸接角度與該節(jié)車廂后軸的轉(zhuǎn)向角度，自適應調(diào)整該節(jié)車廂前軸的轉(zhuǎn)向角度。在本實施例中，膠輪列車各車軸的轉(zhuǎn)向角通過轉(zhuǎn)向角傳感器獲取，或者由膠輪列車各車軸的轉(zhuǎn)向控制器直接輸出。

上述只是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。