过山车控制系统

本发明所属技术领域

本发明涉及过山车及其类似的娱乐型乘坐。

与本发明相关的背景技术

过山车作为游乐园内最受欢迎的乘坐装置已经很久了。一般来 说，过山车可以无休止地在轨道上循环下去。乘客从一月台或站台 上下过山车，通常这些月台都不高。每次乘坐开始兜圈子时，一辆 或者一列过山车，一般是被拖上或者提升上轨道起始段一个相对陡 峭的斜坡，直到整个路段的最高点。在最高点，运载装置被释放， 由此获得动能，籍此，运载装置便可以驶过轨道线路全程甚至翻筋 斗，然后回到上下运载装置的运载装置站月台。过山车轨道的设计 一般包括各种各样的筋斗回环、转弯、倒翻、螺旋穿越以及其他构 造，目的无非是想让乘客体验惊悚的感觉。

一般竞赛或者对抗用的过山车都有并排两条回环轨道，循环无 尽，二轨道彼此平行。这样，第一轨道上的一列过山车就可以同第 二轨道上的另一列过山车进行“竞赛”。这种人们熟知的“竞赛” 特色给乘客平添了更多的刺激和颤抖。总的说来，两列或多列过山 车以及竞赛或对抗用的轨道尽可能被造得相同，为“竞赛”提供更 多的竞争性。如果一列过山车或轨道的设计速度比另一列过山车 快，由两列竞赛的车辆会逐渐拉开距离，如同它们各自行驶，从而 变得毫无竞赛的趣味。

在操作竞赛的过山车时，每一辆车在其各自的轨道上被拖到各 自的制高点并排着。同时启动或者松开各车。由于车辆纯粹以重力 作为动力，那么只要各车与速度相关的变量(即车辆的有效载荷、 轮轴轴承性能、车轮同心度、风阻、轨道阻力造成的车体疲劳度等 等)可比，各车辆将匀速地开赛。所有这些变量的结合都是可比的， 那么参赛各车就可以匀速地竞赛了，并且在各自的轨道上以相同的 速度行进。尽管如此，这些变量的结合还是常常导致一列车的速度 大大快过另一列，从而令人不快地减弱了过山车竞赛的优异特色。 结果，由于这类变量的存在，就没有了过山车竞赛设计中所意图给 乘客造成的颤抖和刺激。

因此，本发明旨在于提供一种克服了这些缺点的改进的竞赛型 过山车。其他的目的及优点将出现于下文中。

发明简述

所述之目的通过结合独立权利要求中的特色得以解决。从属权 利要求描述说明了进一步有利的实施方案。

在本发明的一个首要的方面，过山车或者其他娱乐型乘坐都有 两辆车，分别可沿着第一轨道或通道、以及第二轨道或通道移动。 该运载装置可以是单独的一辆运载装置，也可以是一列运载装置。 运载装置提升或者拖动系统将运载装置拖到轨道或通道的高处。一 控制系统控制拖动机以使预计较快的运载装置滞后施放，以便这些 运载装置运行在轨道上时以更平均的速度竞赛。优选地，基于这些 运载装置的载重量，和/或基于第一和第二轨道上先前几轮的各运载 装置的速度性能，由控制器来决定哪一辆运载装置先施放，并且决 定第一和第二辆运载装置的施放之间的延时。这些运载装置通过轨 道或利用其他技术控制方向。

在本发明的第二个单独方面，通过测量带动提升系统的电动机 上的电流拖力来测定运载装置承载的重量。

在本发明的第三个单独方面，各运载装置到达轨道上被选定位 置的时间间隔被测出后即用于更新运载装置性能参数。

在本发明的第四个单独方面，多列运载装置运行在各自的轨道 上，可以测定一个性能曲线用于各列运载装置。

在本发明的第五个单独方面，过山车或者在其他娱乐型乘坐 中，都有一个第一运载装置可沿着第一轨道运行，还有一个第二运 载装置可沿着第二轨道运行。第一运载装置的推力系统将第一运载 装置加速至第一速度，第二运载装置的推力系统将第二运载装置加 速至第二速度。一个控制器基于运载装置的重量和/或一个运载装置 性能参数控制推力系统以调整第一和第二速度。

在本发明的第六个单独方面，第一和第二推力系统将第一和第 二运载装置加至等速，并且通过预先设定两个运载装置，或者在不 同的时刻启动两辆运载装置运行，向两辆运载装置提供各自不同的 施放时间。

以上简述并未完全描述本发明全部的必要特征。以上各特点的 组合也可以构成该发明。

附图简要描述

在附图中，其中同样的参照号码都表示全部视图中相应的同样 部分：

图1是根据本发明的竞赛用过山车的轨道斜坡路段的远视图；

图2是该竞赛用过山车的轨道排布设计的平面图；

图3是图1和图2中竞赛过山车控制系统的示意说明图；

图4是运载装置性能参数数据库进展状况图；

图5是相关施放点的确定过程的示意说明图；

图6是表明施放点确定过程的流程图；和

图7是一个供选择的带有推进系统的实施方案的远观图。

发明详述

以下将详细阐明本发明附图。如图1，一种竞赛用车斗型娱乐 型乘坐10有一第一轨道12和一第二轨道14。第一列运载装置20 安置于第一轨道12的钢轨34上，同样地，包括运载装置22的第 二列车18安置于第二轨道14的钢轨34上。运载装置20和22以 及轨道12和14在结构上和功能上完全相同(虽然轨道路线不同， 如图2)。结构支撑体32从地面35向上延伸以便在所要求的位置和 高度支撑轨道12和14。

再参照图1，轨道12和14都有启动发送路段或者斜坡路段24 和26，这些轨道向上通到制高点28和30。一个拖车系统或者提升 驱动系统36和38分别被用以每个斜坡24和26。该提升系统36和 38包括电气驱动电动机40和42，它拉动一条环链，该环链又挂上 一拖钩或者运载装置20、22的底部的栓，以此将运载装置拖动或 者提升上斜坡，如同众所周知的过山车娱乐业那样。还可以有另一 种方案，即，提升系统还可以线性感应电动机(LIM)、线性同步电 动机(LSM)或者其他类型的电动机45作为替代，这些电动机使 这些运载装置加速到所要求的速度，如图7所示。如果这些类型的 电动机得以应用，那么运载装置就被提供以初始动能，而非如该实 施方案中那样将运载装置拖到坡顶以储备势能。所以，最初的提升 或者斜坡就不必要了。

现在参照图2，第一和第二轨道12和14有相互平行的轨迹路 段90，此路段轨道12和14相互平行、彼此相邻。轨道12和14也 以各自不同的角度、以三维方式彼此延伸渐离，在整个娱乐乘坐10 中还有着各种分歧路段92。据此，虽然娱乐乘坐10提供了赛车用 列车车斗，但是轨道12和14并非一律彼此并列且平行。相反，轨 道12和14在某些平行路段90彼此靠近且平行，而在另外几个“交 错”位置(70)则彼此穿过、上下、靠拢。由于轨道之间并没有物 理穿过彼此，所以在两个不同轨道上的列车或者车斗间，没有碰撞 的危险。尽管如此，在接近位置(70)时，如果两列车同时到达， 那么乘客就可以感受到一种飞速擦肩而过的场景或者潜在的碰撞， 似乎轨道要彼此穿越了，或者要彼此走近了(虽然在交错位置70， 无论从水平方向还是垂直方向上它们都是分离的)。当轨道的路径 被造得主要呈分歧轨道路段92状态时，如果两列车之间所有列车 速度变量相等而且均衡协调的话，那么轨道长度、高度变化、几何 形状就被设定得以便列车能在至少一个交错点同时到达。最好的情 形是，在全部的交错位置诸列车都能同时到达。

在斜坡路段24和26前面的平行轨道路段90，提供了一个用于 乘客上下的站台或者月台80。

现在我们看图3，在轨道12和14的交错点70或其附近，安置 有若干轨道传感器60。轨道传感器60被连接到乘坐控制系统55中 的控制器50(通过电缆、设频装置或者其他通讯方式的连接)。电 流传感器54和56也被连接到控制器50并探测电动机40和42的 拖动电流。电动机40和42驱动提升系统36和38。该控制器50被 连接到直流驱动控制器58，它直接控制着电动机40和42。控制器 50包括一处理器51、一内存52和一时钟53。控制器50、提升系 统36和38和这里描述的各种传感器一起构成了乘坐控制系统55。

正如在过山车娱乐界中广为知晓的那样，由于列车或者车斗没 有电动机，它们的运动纯粹通过重力。因此，它们从轨道高处被放 开或者被线性感应电动机加速后，列车的速度不能被主动控制。对 单独一列过山车来说，速度的小幅度变化是无所谓的。但是，于竞 赛型或者对抗型的两列过山车而言，两轨间的小幅速度变化则是不 允许的，理由是，车斗或者列车在不同的时间先后到达交错点，这 样便会使交错时的效果被冲淡，甚至没有了交错机会。如果竞赛型 过山车的成对轨道设计得当，那么如果每条轨道上的列车都有同样 的滚动阻力、重力、气动效果，那么交错事件就一定会稳定而反复 地得以发生。但是，如果一辆运载装置装载得更重，或者如果滚动 阻力或气动效果不一，那么一运载装置将在它的轨道上超前或者滞 后另一列，从而比另一轨道上的运载装置先到或者后到交错点。

本发明图1到3提供了一种对重量、滚动阻力和气动效果等变 量进行补偿的方法，以便交错事件得以更恒定地发生，而无论斜坡 类型还是电动机推动方式(例如基于线性感应电动机的方式的乘坐 类型)。

在使用中，乘客在月台80分别登上列车16和18。控制器50 控制电动机40和42来推上或者拉上列车到斜坡24和26。此时， 电流传感器54和56感应每台电动机的拖动电流并向控制器50提 供该拖动电流信息。由于每一列车16和18所载的重量同将列车拖 上斜坡所需要的功率成正比，那么连往控制器上的电流传感器54 和56所提供的拖动电流信息就向控制器50提供关于每一列车16 和18所载重量的信息。控制器50则以一个计算好的量通过控制电 动机40和42来补偿提升较重的列车。结果便是，在升程的顶端， 两列列车将被分开，较轻的那列或者有较高滚动阻力的那列就得以 先开动或者先施放，于是就有了一个率先的启动。

由控制器50中的处理器51来决定率先启动较轻的列车。率先 启动的时间量，或者开动第一和第二列列车之间的间隔期间最好是 被选择得来使快的那列能在选定的交错点“追上”慢的那列。尽管 轻的那列将在选定的交错点之前“超前”重的那列，而在选定的交 错点之后“滞后”于重的那列，但是抵达交错点70的时间差却得 以最小化。“率先启动”通过控制提升的速度和/或施放时间差得以 实施。提升速度和列车在提升中的位置被传感器67所探测，如图3。 如果用的是线性感应电动机，那么也可以通过向较慢的运载装置提 供较高的开动速度这一方法来实现“率先启动”。

除了重量外，还有其他因素影响着列车16和18的速度。这些 因素包括了滚动阻力，其中的子因素还包括有轴承状况、滚轮偏心 度、轨道的几何形状及其状况、滚轮/轨道的校准、运载装置轮对轨 道的摩擦、运载装置轮状况、轨道表面状况等等。为了补偿这些变 量，控制器50生成出一条列车性能曲线，它和列车重量信息一起 用于决定哪一列车被希望跑慢点，以及被提供给较慢的那一列车率 先启动的时间量，这样才能使两列车都能更加一致地同时到达一个 或者更多的交错点70。该性能参数是一个基于列车相对于轨道运行 多圈后的速度的趋势值，它独立于列车的装载重量。

图4显示了该性能参数数据库的进展状况。基于所测出的拖动 电流值i(X轴表示提升电流)和所测出的完成该圈所花时间Δt(Y 轴)，为每列车标注位点。根据这些点，就可以绘出性能图或者性 能曲线。每一列车都有它自己的性能曲线。这些曲线则构成了性能 数据库。

为了产生初始性能曲线，最好是在每天运营的开始，分别在轨 道12和14上启动空车16和18运行。每列车启动的时间由启动探 测器65所探测，由它向控制器50提供启动信号。每列车16和18 返回到达或者接近月台的时间被轨道传感器60所探测。轨道传感 器60向控制器50提供列车到达信号，由此信号来认定每列车16 和18的消耗时间Δt。根据此信息，控制器50就可以判定哪列车速 度较快。列车16和18最好在轨道12和14上循环几圈，以便为每 列车收集计时数据以提供适当数量的点来配合一条曲线。这些性能 曲线被存储在内存53中。

也可以这么办，可以省略空载运行，则性能曲线就可以通过列 车在装载乘客后的实际运行来产生。但是，利用性能曲线的有利之 处在最初的一轮中则不会得以实行。

若干性能曲线被产生后，就可以准备好最受欢迎的乘坐10了。 乘客登车。唯一地连接到控制器50的列车感应销25确认列车正在 提升。每列车16和18的装载重量被判定，其过程如上所述。每列 车的重量信息和性能曲线作为变量被输入控制器，由该控制器来计 算对较慢的那列车需要多少率先启动的时间量。此时，控制器50 则按照需要减慢电动机40或42的提升较快那列车的速度，或者加 快电动机提升较慢那列车的速度以便该较慢的列车得以先开动。通 过使用一个恒速电动机以不同的施放时间，这样简单的方式也可以 做到这一点。结果，影响列车速度的变量就得以用于补偿利用实时 列车重量数据，以性能曲线形式的该数据来自于电流传感器54和 56，并混合以以往的性能数据。

图5展示了施放或者开动位置如何确定的详情，其中进一步的 细节则显示于该图中。列车感应销25向控制器50确认处在提升状 态36中的列车。这些列车各自的拖动电流，即它们被提升或者推 动的所需的电流被测量下来。控制器从数据库中为所确认的列车选 择性能曲线。利用拖动电流信息(与重量直接相关)，和被选定的 性能曲线，产生变量Δt1和Δt2。Δt1减去变量Δt2就等于所要求的 施放时间差ΔT。

图6显示控制系统55的运作。根据被计算出的施放时间差ΔT， 控制器50决定在轨道顶峰所要求的分隔距离，这对提供所要求的 时间差动来说也是必要的。继续进行提升过程。故列车在提升中不 断地上升。两列列车并不停止，则当它们即将到达顶峰时，必须通 过竞赛中列车的空间分隔距离计算出时间差。在提升过程中列车之 间的分隔状态被即时监控。增高或者降低提升速度以达到所计算好 的分隔距离。也可以这样，在不同时机向列车施以恒速提升以便得 到二车之间具体明确的分隔距离。

改变重量因子也可以用于以上步骤，即对列车重量信息和性能 参数信息两者之一或多或少地设定精确的重量。如果这么做，就可 以基于所述的测试运行选择精确的加重因子以便优化现存的运行 诸项因子。

随着载客乘坐10的继续运行，控制器50通过来自于启动探测 器65和轨道传感器60的输入信息继续监视运载装置相对轨道的速 度。该信息用于持续地更新性能曲线。结果，滚动阻力和气动效果 上的变化得以持续的补偿。例如，如果其中一列车的滚动阻力增加， 那么该列车的滚动速度则被降低。但是，速度上的降低能被控制器 所探测。结果便是，在下一轮运行中，控制器将提供给该列车一个 补偿性的率先启动，以便交错事件的发生能更恒定地持续下去。

娱乐型乘坐10能用于补偿有效载荷或者重量差，同时又分离 于列车性能参数。就是说，无论仅利用重量作为因子，或者仅利用 列车以往性能参数作为因子，都可以进行补偿。尽管如此，列车性 能参数和重量因子最好都得以使用。

娱乐型乘坐10的设计目的是有多列车16和18运行在每条轨 道12和14上。以此运行方式，每列车的性能曲线被绘出。

由于列车16和18上没有电动机和制动器，那么一旦启动，则 无法调整速度。如果交错点70被分离开在轨道12和14上，那么 为了仅仅一个单独的交错点(设置于中央部位且典型的)，两列车 被错开的开动时间的设定就能被优化。在多数实施方案中，这个补 偿已经足够。但是，在有着较长轨道的实施方案中，交错点70之 间分离得很远，则可以提供中轨程微调制动系统75或者速度助推 系统76(线性感应电动机)。这些系统75和76被连接到控制器50 或者被它所控制，这样在多个交错点才能优化所有列车同时到达的 效果。

设计两条不同路径或者轨道系统12和14，在全程有着分离的 车16和18“交会”于多个点，产生若干交错事件，需要不断对重 量和列车性能参数诸元的数据采样。为了产生交错事件，两条轨道 线路的设计必须不同(如果轨道线路设计相同，两列车就会一直处 于并排，则不会产生交错事件)。根据轨道线路设计的选定和构建， 来判定列车重量和性能诸元等方面的差别并进行补偿，这样才能确 保交错事件得以实际地发生。

补偿的概念也可以用在没有任何启动斜坡而利用其他驱动技 术的乘坐情形，这样就使启动斜坡不成为权利要求中的一个必须的 因素。同样，其他的推动装置也可以替代提升机位置，比如各类运 载装置载开关电机。