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CN106347456A - 一种胶轮列车高速稳定性控制方法 - Google Patents

一种胶轮列车高速稳定性控制方法 Download PDF

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CN106347456A
CN106347456A CN201610910618.0A CN201610910618A CN106347456A CN 106347456 A CN106347456 A CN 106347456A CN 201610910618 A CN201610910618 A CN 201610910618A CN 106347456 A CN106347456 A CN 106347456A
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CN
China
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compartment
steering angle
rubber tire
control method
lateral acceleration
Prior art date
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Pending
Application number
CN201610910618.0A
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English (en)
Inventor
冯江华
许峻峰
张陈林
肖磊
汪文心
李江红
李晓光
李叶
李一叶
胡昌发
朱明杰
胡亚丹
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CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
Original Assignee
CRRC Zhuzhou Institute Co Ltd
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Publication of CN106347456A publication Critical patent/CN106347456A/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D12/00—Steering specially adapted for vehicles operating in tandem or having pivotally connected frames
    • B62D12/02—Steering specially adapted for vehicles operating in tandem or having pivotally connected frames for vehicles operating in tandem
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)
  • Tires In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种胶轮列车高速稳定性控制方法，包括如下步骤：S1.获取胶轮列车各车厢的侧向加速度；S2.从第一节车厢开始至最后一节车厢，依次判断该车厢的侧向加速度是否大于预设的加速度限值，是则通过PID控制逐步调节减小该节车厢后轴的转向角，直到该车厢的侧向加速度值小于等于预设的加速度限值，否则不进行调整。本发明具有算法简单、调整速度快、可有效提升列车高速运行时的稳定性，还可以降低因过度角度调节导致的轮胎与地面之间的接触恶化等优点。

Description

一种胶轮列车高速稳定性控制方法
技术领域
本发明涉及一种胶轮列车控制领域，尤其涉及一种胶轮列车高速稳定性控制方法。
背景技术
近年来结合快速公交系统BRT和现代有轨电车的优点的跨界的胶轮轨道交通车辆逐渐成为城市中等运量的交通系统解决方案之一。其中单轨交通系统、胶轮地铁(APM线)、胶轮有轨电车(Translohf、四方有限的胶轮导轨电车、庞巴迪的GLT)采用机械导向方式。而使用路径识别系统加轨迹跟随控制系统的电子导向方式更符合未来无人驾驶的趋势，典型代表有荷兰VDL公司生产的Phileas和德国Fraunhofe IVI研究所研制的AutoTram。Phileas系统已经商业化运行，并被韩国铁道科技研究所引进、再创新，通过在路面上埋设磁铁棒，同时检测车辆相对于磁铁棒的侧向偏移量，再通过闭环控制全轴转向系统来消除侧向偏移的方式来实现轨迹跟随控制，具有自动、半自动、手动三种驾驶模式。AutoTram系统尚未商业化运行，发明者根据结构形式不同提出了两种轨迹跟随控制方法，其中基于导航获取车辆精确位置同时结合简化的双自由度模型计算各轴转角可以实现轨迹跟随控制，基于车辆运动学理论阿克曼定律的控制策略只需根据司机指令即方向盘转角即可实现轨迹跟随控制。目前上述研究只针对较低速度下的运动学模型，未考虑车辆较高车速时的动力学特性，而车辆高速转弯时有可能出现失稳的危险工况。
侧向加速度是横向车辆高速稳定性的一个重要指标，并在很多相关标准中进行了说明，同时对其限值存在规定。针对具有全轴转向、轨迹跟随功能的胶轮低地板智能轨道列车，有必要设计一种高速稳定性控制方法，通过对全轴转向系统进行控制，将侧向加速度控制在限值以内，已达到稳定性要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种算法简单、调整速度快、可有效提升列车高速运行时的稳定性，还可以降低因过度角度调节导致的轮胎与地面之间的接触恶化的胶轮列车高速稳定性控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种胶轮列车高速稳定性控制方法，包括如下步骤：
S1.获取胶轮列车各车厢的侧向加速度；
S2.从第一节车厢开始至最后一节车厢，依次判断该车厢的侧向加速度是否大于预设的加速度限值，是则通过PID控制逐步调节该节车厢后轴的转向角，直到该车厢的侧向加速度值小于等于预设的加速度限值，否则不进行调整。
作为本发明的进一步改进，所述侧向加速度通过侧向加速度传感器获取。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中所述通过PID控制逐步调节减小该节车厢后轴的转向角，直到该车厢的侧向加速度值小于等于预设的加速度限值的具体步骤包括：
S2.1.以预设的转向角调整量减小该节车厢后轴的转向角度；
S2.2.判断当前该节车厢的侧向加速度是否大于预设的加速度限值，是则跳转至步骤S2.1，否则跳转至步骤S2.3；
S2.3.结束调整。
作为本发明的进一步改进，当所述该节车厢不是胶轮列车的第一节车厢时，所述步骤S2.1之后还包括步骤S2.1a，根据该车厢与前一节车辆铰接角度与该节车厢后轴的转向角度，自适应调整该节车厢前轴的转向角度。
作为本发明的进一步改进，所述预设的转向角调整量为0.1度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的胶轮列车高速稳定性控制方法，通过判断各车厢的侧向加速度是否大于预设的加速度限值，分别对各车厢的转向角进行高速，使得各车厢的侧向加速度快速恢复至预设的加速度限值范围内，算法简单、调整速度快，可有效的提升列车高速运行时的稳定性，还可以降低因过度角度调节导致的轮胎与地面之间的接触恶化的胶轮列车高速稳定性控制方法。
2、本发明的胶轮列车高速稳定性控制方法，在使用之后，可有效的提高胶轮列车的运行稳定性，有效的提高乘坐舒适性及安全性。
附图说明
图1为胶轮列车车身结构示意图。
图2为简单为“单车模型”后的胶轮列车模型各车轴转向角示意图。
图3为本发明具体实施例流程示意图。
图4为本发明具体实施例控制原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
本发明的胶轮列车高速稳定性控制方法，主要适用于铰接式的胶轮列车，如图1所示，包括一头一尾两节模块化动车，和铰接在两节模块化动车之间的模块化拖车，模块化拖车的数量可任意编组，具有双向行驶能力。本实施例中高速是指时速大于45km/h。
在本实施例中，为了更方便的说明本发明的胶轮列车高速稳定性控制方法，将胶轮列车简化为“单车模型”进行描述，如图2所示，delta1，delta2，delta3，delta4…为胶轮列车各车轴的转向角，其中，delta1为第一节车厢前轴(即第一轴)的转向角，delta2为第一节车厢后轴(即第二轴)的转向角，delta3为第二节车厢前轴(即第三轴)的转向角，delta4为第二节车厢后轴(即第二轴)的转向角；G1，G2，…，GN为各节车厢的铰接点；beta1为第一个铰接点G1的铰接角。
如图3所示，本实施例的胶轮列车高速稳定性控制方法，包括如下步骤：S1.获取胶轮列车各车厢的侧向加速度；S2.从第一节车厢开始至最后一节车厢，依次判断该车厢的侧向加速度是否大于预设的加速度限值，是则通过PID控制逐步调节该节车厢后轴的转向角，直到该车厢的侧向加速度值小于等于预设的加速度限值，否则不进行调整。侧向加速度通过侧向加速度传感器获取。当然，侧向加速度也可以通过其它传感器，比如陀螺仪等获取车厢的运动参数，并通过计算获取侧向加速度。
在本实施例中，如图4所示，步骤S2中通过PID控制逐步调节该节车厢后轴的转向角，直到该车厢的侧向加速度值小于等于预设的加速度限值的具体步骤包括：S2.1.以预设的转向角调整量减小该节车厢后轴的转向角度；S2.2.判断当前该节车厢的侧向加速度是否大于预设的加速度限值，是则跳转至步骤S2.1，否则跳转至步骤S2.3；S2.3.结束调整。在本实施例中，预设的转向角调整量为0.1度，需要说明的是，转向角调整量的具体数值可根据需要灵活设置，并不局限于本实施例中所设定的0.1度。
在本实施例中，胶轮列车各车轴的转向角包括耐向左和向右的转向角，在转向角的作用下，列车会产生离心作用，从而产生向右或向左的侧向加速度。为了便于说明，在本实施例中，胶轮列车在直行没有转向时各轴的转向角为零度，当胶轮列车转向时，无论转向轴是向左转向还是向右转向，均以当前时刻的转向角值为正值，比如，在当前时刻(即调整的初始时刻)，胶轮列车的侧向加速度大于预设的加速度限值，此时后轴的转向角为向右转10度，即此时以向右转向为正值。通过本发明的方法对后轴的转向角进行PID控制，逐步减小后轴的转向角，而在实际运行状态中，特别是在胶轮列车高速运行状态中，当后轴的转向角调整至0度时，仍不能使得侧向加速度小于等于预设的加速度限值，因此，需要将后轴的转向角调整至向左转，此时，以向左转向为负值，即此时后轴的转向角的值为负值，在此种状态时，继续减小后轴向右转向角即为增加后轴向左的转向角。同样的道理，在当前时刻(即调整的初始时刻)，后轴的转向角为向左时，以向左的转向角为正值，当转向角调整至负值时，即转向角调整至向右转。综上所述，在本实施例中，以减小后轴的转向角来概括描述对向左与向右两种状态下的调整情形。
在本实施例中，通过传感器获取的第一节车的侧向加速度为a1，预设的加速度限值为amax，当第一节车的侧向加速度为a1大于预设的加速度限值为amax时，则对第一节车厢后轴的当前转向角通过PID方法逐步进行调节，每次调节的调整量为0.1度，通过逐步减小后轴的转向角，使得第一节车厢的侧向加速度恢复至小于等于预设的加速度限值的水平。
胶轮列车中除第一节车厢外的其它各节车厢，是按照一定的轨迹跟随方法控制各节车厢后轴的转向角，并通过自适应的控制前轴的转向角，从而实现对车厢的转向控制。当胶轮列车中除第一节车厢外的其它各节车厢的侧向加速度大于预设的加速度限值时，则需要对该车厢后轴的转向角进行调整。在本实施例中，同样采用PID方法逐步调节该车厢后轴的转向角，每次调节的调整量为0.1度，通过逐步减小后轴的转向角，使得该节车厢的侧向加速度恢复至小于等于预设的加速度限值的水平。
在本实施例中，对于铰轮列车的非头节车厢来说，该车厢的运行角度状态由该车厢与前一节车厢的铰接点的铰接角度，以及该车厢的后轴的转向角来决定，在铰接角度和后轴的转向角度已确定的情况下，该车厢的运行状态也已确定。但是为了减小该铰接点的受力，需要对该车厢的前轴的转向角进行适应性调整。因此，在本实施例中，当该节车厢不是胶轮列车的第一节车厢时，步骤S2.1之后还包括步骤S2.1a，根据该车厢与前一节车辆铰接角度与该节车厢后轴的转向角度，自适应调整该节车厢前轴的转向角度。在本实施例中，胶轮列车各车轴的转向角通过转向角传感器获取，或者由胶轮列车各车轴的转向控制器直接输出。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种胶轮列车高速稳定性控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.获取胶轮列车各车厢的侧向加速度；
S2.从第一节车厢开始至最后一节车厢，依次判断该车厢的侧向加速度是否大于预设的加速度限值，是则通过PID控制逐步调节减小该节车厢后轴的转向角，直到该车厢的侧向加速度值小于等于预设的加速度限值，否则不进行调整。
2.根据权利要求1所述的胶轮列车高速稳定性控制方法，其特征在于：所述侧向加速度通过侧向加速度传感器获取。
3.根据权利要求1或2所述的胶轮列车高速稳定性控制方法，其特征在于：所述步骤S2中所述通过PID控制逐步调节减小该节车厢后轴的转向角，直到该车厢的侧向加速度值小于等于预设的加速度限值的具体步骤包括：
S2.1.以预设的转向角调整量减小该节车厢后轴的转向角度；
S2.2.判断当前该节车厢的侧向加速度是否大于预设的加速度限值，是则跳转至步骤S2.1，否则跳转至步骤S2.3；
S2.3.结束调整。
4.根据权利要求3所述的胶轮列车高速稳定性控制方法，其特征在于：当所述该节车厢不是胶轮列车的第一节车厢时，所述步骤S2.1之后还包括步骤S2.1a，根据该车厢与前一节车辆铰接角度与该节车厢后轴的转向角度，自适应调整该节车厢前轴的转向角度。
5.根据权利要求4所述的胶轮列车高速稳定性控制方法，其特征在于：所述预设的转向角调整量为0.1度。
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