一种轨道列车主动径向系统 |
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| 申请号 | CN201610304011.8 | 申请日 | 2016-05-10 | 公开(公告)号 | CN105946875A | 公开(公告)日 | 2016-09-21 |
| 申请人 | 同济大学; | 发明人 | 罗湘萍; 田师峤; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种轨道列车主动径向系统，该系统包括列车级 控制器 、线路信息测量单元、车控容积式 伺服控制器 和动作执行单元，轨道列车的每节车体均分别设有一个车控容积式伺服控制器以及与之连接的四个动作执行单元，四个动作执行单元分别对称设置在车体前 转向架 和后转向架两侧，线路信息测量单元设置在头车车体上，线路信息测量单元、车控容积式伺服控制器和故障导向安全单元均连接至列车级控制器，列车级控制器控制系统工作于精确型自主控 制模 式、精确型依赖控制模式和头车引导型自主控制模式。与 现有技术 相比，本发明能提高轨道列车在既有线路上通过曲线的速度，提高运营效率，同时具有故障导向安全功能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种轨道列车主动径向系统，该系统连接列车网络(1)，其特征在于，该系统包括列车级控制器(2)、线路信息测量单元(3)、车控容积式伺服控制器(4)和动作执行单元(5)，轨道列车的每节车体(13)均分别设有一个车控容积式伺服控制器(4)以及分别与车控容积式伺服控制器(4)连接的四个动作执行单元(5)，四个动作执行单元(5)分别对称设置在车体(13)前转向架和后转向架两侧，所述的线路信息测量单元(3)设置在头车车体上，所述的线路信息测量单元(3)和每节车体(13)中的车控容积式伺服控制器(4)均连接至列车级控制器(2)，列车级控制器(2)连接列车网络(1)，列车级控制器(2)设有模式选择单元； |
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| 说明书全文 | 一种轨道列车主动径向系统技术领域[0001] 本发明涉及一种轨道列车径向系统，尤其是涉及一种轨道列车主动径向系统。 背景技术[0002] 现城市轨道交通既有线路上小半径曲线较多，用于城市轨道交通的传统转向架通过小半径曲线时，车轮轮缘紧靠钢轨，轮轨横向作用力很大，存在严重的轮轨磨耗并且产生啸叫声，极端情况下会导致转向架脱轨。因此出于安全考虑，车辆通过弯道时还必须减速运行，这会降低车辆的运营效率。同时对于传统轨道车辆转向架，其蛇形稳定性与曲线通过性是一对矛盾，提高转向架曲线通过性的同时，势必降低转向架蛇形稳定性。因此通过改变转向架系统参数并不能从根本上解决此问题。 [0003] 为解决这类问题，专利CN201151401Y提出一种适用于客车转向架的自导向装置，通过一套连杆机构将转向架前后轮对耦合在一起，促使轮对在曲线上趋于径向，但径向效果有限，从而使得轮轨间横向作用力减缓大小有限，车辆通过弯道时还需要进行适当的减速处理，车辆运营效率还不是很高。 发明内容[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： [0006] 一种轨道列车主动径向系统，该系统连接列车网络，该系统包括列车级控制器、线路信息测量单元、车控容积式伺服控制器和动作执行单元，轨道列车的每节车体均分别设有一个车控容积式伺服控制器以及分别与车控容积式伺服控制器连接的四个动作执行单元，四个动作执行单元分别对称设置在车体前转向架和后转向架两侧，所述的线路信息测量单元设置在头车车体上，所述的线路信息测量单元和每节车体中的车控容积式伺服控制器均连接至列车级控制器，列车级控制器连接列车网络，列车级控制器设有模式选择单元； [0007] 列车级控制器根据模式选择单元选择控制模式，并接收线路信息测量单元的线路信息以及来自列车网络的列车牵引、制动状态信息，进而列车级控制器生成控制指令并发送至相应的车控容积式伺服控制器，车控容积式伺服控制器控制动作执行单元进行动作。 [0008] 分布于每节车体中同一转向架两侧的动作执行单元之间设有用于互相通讯的通信单元。 [0009] 各动作执行单元均包括两个作动器以及集成于各作动器内的位移传感器，同一动作执行单元中的两个作动器分别对应连接转向架的两个轮对，进而同一转向架的同一轮对两侧对应均连接有一个作动器，所述的位移传感器和作动器均连接至车控容积式伺服控制器。 [0011] 所述的控制模式包括精确型自主控制模式、精确型依赖控制模式和头车引导型自主控制模式； [0012] 当选择精确型自主控制模式时，列车级控制器根据线路信标检测模块和车载测速雷达的测量数据确定轨道列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络中列车牵引、制动状态信息，列车级控制器根据线路位置、线路参数信息以及列车牵引、制动状态信息发出控制指令并发送至各车控容积式伺服控制器，车控容积式伺服控制器控制相应动作执行单元动作； [0013] 当选择精确型依赖控制模式时，列车级控制器根据列车网获得的车辆所在线路位置、线路参数信息以及列车牵引、制动状态信息发出控制指令并发送至各车控容积式伺服控制器，车控容积式伺服控制器控制相应动作执行单元动作； [0014] 当选择头车引导型自主控制模式时，列车级控制器根据头车二系回转角度传感器和车载测速雷达的测量数据确定轨道列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络中列车牵引、制动状态信息，列车级控制器根据线路位置、线路参数信息以及列车牵引、制动状态信息发出控制指令并发送至各车控容积式伺服控制器，车控容积式伺服控制器控制相应动作执行单元动作。 [0015] 所述的主动径向系统为具有故障导向功能的主动径向系统。 [0016] 当主动径向系统发生列车级故障时，列车级控制器下达回中位指令给各车控容积式伺服控制器，各车控容积式伺服控制器控制对应的转向架中的两个轮对主动复原至中位平行位置，其中所述的中位平行位置具体为同一转向架中的两个轮对四点连线呈矩形。 [0017] 当主动径向系统中列车级控制器与任意一个车控容积式伺服控制器发生通信故障时，相应的列车级控制器下达回中位指令给各车控容积式伺服控制器，各车控容积式伺服控制器控制对应的转向架中的两个轮对主动复原至中位平行位置，其中所述的中位平行位置具体为同一转向架中的两个轮对四点连线呈矩形。 [0018] 当主动径向系统中同一轮对中两侧的任意一个作动器发生故障，该轮对中的另一个作动器强制执行故障侧位移，使得轮对处于安全的平行位置。 [0019] 与现有技术相比，本发明具有如下优点： [0020] (1)本发明通过设置列车级控制器以及分布于轨道类车中每节车体的车控容积式伺服控制器和动作执行单元，通过车控容积式伺服控制器对动作执行单元进行主动控制，使得转向架具有较好的曲线通过能力，从而降低轮轨磨耗及噪声，同时提高既有线路上通过曲线的速度，提高轨道车辆的运营效率； [0021] (2)本发明列车级控制器设置的模式选择单元能够实现三种模式的选择，能够根据需要进行模式选择切换，提高本主动径向技术的适用范围； [0022] (3)本发明的动作执行单元中的作动器与转向架轮对连接，通过车控容积式伺服控制器控制作动器动作，实时对轮对进行径向调整，提高了轨道列车的曲线通过性能； [0023] (4)本发明分布于每节车体中同一转向架两侧的动作执行单元之间设有用于互相通讯的通信单元，从而能够实时监测对方状态，使得系统具有更加完整的安全导向功能； [0024] (5)本发明的主动径向系统为具有故障导向功能的主动径向系统，在列车级控制器发生故障时、列车级控制器与车控容积式伺服控制器通信故障时以及同一轮对上任意一个作动器发生故障时，能够及时做出相应反应，进行故障导向，使得轮对保持于平行位置，确保轨道列车运行安全性。附图说明 [0025] 图1为本发明轨道列车主动径向系统的结构框图； [0026] 图2为本发明单节车体中的动作执行单元的结构布局图； [0027] 图3为精确型自主控制模式下轨道列车主动径向系统运行结构示意图； [0028] 图4为精确型依赖控制模式下轨道列车主动径向系统运行结构示意图； [0029] 图5为头车引导型自主控制模式下轨道列车主动径向系统运行结构示意图。 [0030] 图中，1为列车网络，2为列车级控制器，3为线路信息测量单元，4为车控容积式伺服控制器，5为动作执行单元，6为车载传感器模块，7为车载测速雷达，8为线路信标检测模块，9为头车二系回转角度传感器，10为位移传感器，11为作动器，12为轮对，13为车体，51为前转向架左侧动作执行单元，52为前转向架右侧动作执行单元，53为后转向架左侧动作执行单元，54为后转向架右侧动作执行单元。 具体实施方式[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。 [0032] 实施例 [0033] 如图1所示，一种轨道列车主动径向系统，该系统连接列车网络1，该系统包括列车级控制器2、线路信息测量单元3、车控容积式伺服控制器4和动作执行单元5，轨道列车的每节车体13均分别设有一个车控容积式伺服控制器4以及分别与车控容积式伺服控制器4连接的四个动作执行单元5，四个动作执行单元5分别对称设置在车体13前转向架和后转向架两侧，线路信息测量单元3设置在头车车体上，线路信息测量单元3和每节车体13中的车控容积式伺服控制器4均连接至列车级控制器2，列车级控制器2连接列车网络1，列车级控制器2设有模式选择单元；列车级控制器2根据模式选择单元选择控制模式，并接收线路信息测量单元3的线路信息以及来自列车网络1的列车牵引、制动状态信息，进而列车级控制器2生成控制指令并发送至相应的车控容积式伺服控制器4，车控容积式伺服控制器4控制动作执行单元5进行动作。 [0034] 其中动作执行单元5均包括两个作动器11以及集成于各作动器11内的位移传感器10，同一动作执行单元5中的两个作动器11分别对应连接转向架的两个轮对12，进而同一转向架的同一轮对12两侧对应均连接有一个作动器11，所述的位移传感器10和作动器11均连接至车控容积式伺服控制器4。分布于每节车体13中同一转向架两侧的动作执行单元5之间设有用于互相通讯的通信单元，实时监测对方状态，使得系统具有完整的故障导向安全功能。线路信息测量单元3包括车载传感器模块6、车载测速雷达7和线路信标检测模块8，车载传感器模块6包括头车二系回转角度传感器9。 [0035] 如图2所示为单节车体13中的动作执行单元5的结构布局图，图中箭头方向为列车运行方向，单节车体13中包括两个转向架，分别为前转向架和后转向架，前转向架上设有前转向架左侧动作执行单元51和前转向架右侧动作执行单元52，后转向架上设有后转向架左侧动作执行单元53和后转向架右侧动作执行单元54，前转向架和后转向架均设有两个轮对12，每个动作执行单元5内均设有两个作动器11，每个作动器11分别连接转向架的两个轮对 12。图中前转向架左侧动作执行单元51和前转向架右侧动作执行单元52中的其中一个作动器11分别对应同一轮对12两侧，即每一个轮对12均分别连接有两个作动器11，通过作动器 11的协同运作，实现轮对12的径向动作，同理后转向架也采用相同的设置方式，总的来说每节车体13中设置有八个作动器11，且每个作动器11还集成设计有位移传感器10，每节车体 13中的车控容积式伺服控制器4连接八个作动器11，同时还连接对应的位移传感器10，车控容积式伺服控制器4连接至列车级控制器2。 [0036] 控制模式包括精确型自主控制模式、精确型依赖控制模式和头车引导型自主控制模式。 [0037] 如图3所示为选择精确型自主控制模式下轨道列车主动径向系统结构示意图，图中箭头为轨道列车运行方向，该轨道列车设有6节车体13，每个车体13对应一个车控容积式伺服控制器4，整个系统设有1个列车级控制器2，6个车控容积式伺服控制器4均连接至列车级控制器2。列车级控制器2根据线路信标检测模块8和车载测速雷达7的测量数据确定轨道列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络1中列车牵引、制动状态信息，列车级控制器2根据线路位置、线路参数信息以及列车牵引、制动状态信息发出控制指令并发送至各车控容积式伺服控制器4，车控容积式伺服控制器4控制相应动作执行单元5动作。 [0038] 如图4所示为选择精确型依赖控制模式下轨道列车主动径向系统结构示意图，图中箭头为轨道列车运行方向，该轨道列车设有6节车体13，每个车体13对应一个车控容积式伺服控制器4，整个系统设有1个列车级控制器2，6个车控容积式伺服控制器4均连接至列车级控制器2。列车级控制器2根据列车网1获得的车辆所在线路位置、线路参数信息以及列车牵引、制动状态信息发出控制指令并发送至各车控容积式伺服控制器4，车控容积式伺服控制器4控制相应动作执行单元5动作。 [0039] 如图5所示为选择头车引导型自主控制模式下轨道列车主动径向系统结构示意图，图中箭头为轨道列车运行方向，该轨道列车设有6节车体13，每个车体13对应一个车控容积式伺服控制器4，整个系统设有1个列车级控制器2，6个车控容积式伺服控制器4均连接至列车级控制器2。列车级控制器2根据头车二系回转角度传感器9和车载测速雷达7的测量数据确定轨道列车所在线路位置和线路参数信息，同时获取列车网络1中列车牵引、制动状态信息，列车级控制器2根据线路位置、线路参数信息以及列车牵引、制动状态信息发出控制指令并发送至各车控容积式伺服控制器4，车控容积式伺服控制器4控制相应动作执行单元5动作。 [0040] 在上述各模式中动作执行单元5接受车控容积式伺服控制器4的控制指令并按照规定完成相应动作，动作执行单元5不需动作时，其油路处于锁止状态，相应的作动器11不动作。 [0041] 上述列车级控制器2与车控容积式伺服控制器4均具备故障诊断功能，其故障诊断功能为现有技术不再详述。因此本发明的主动径向系统为具有故障导向功能的主动径向系统，当发生故障时，该系统进入故障导向安全模式，进行故障导向。本发明中将主动径向系统故障导向安全模式定义为：轨道列车主动径向系统故障时，同一转向架的两个轮对12能回到平行位置，轮对中位也是平行位置的一种形态。这里被动平行位置应理解为转向架两轮对四点连线呈矩形。具体的当主动径向系统发生列车级故障时，此时列车级控制器2下达回中位指令给各车控容积式伺服控制器4，各车控容积式伺服控制器4控制对应的转向架中的两个轮对主动复原至中位平行位置，其中中位平行位置具体为同一转向架中的两个轮对四点连线呈矩形。当主动径向系统中列车级控制器2与任意一个车控容积式伺服控制器4发生通信故障时，相应的列车级控制器2下达回中位指令给各车控容积式伺服控制器4，各车控容积式伺服控制器4控制对应的转向架中的两个轮对主动复原至中位平行位置，其中中位平行位置具体为同一转向架中的两个轮对四点连线呈矩形。当主动径向系统中同一轮对中两侧的任意一个作动器11发生故障，该轮对中的另一个作动器11强制执行故障侧位移，使得轮对12处于安全的平行位置，这里的安全的平行位置是指同一轮对上的两个作动器11协同工作，使得转向架能够根据列车级控制器2发出的控制指令保持在安全平行位置。 [0042] 当主动径向系统中同一轮对中两侧的任意一个作动器11发生故障为作动器执行单元5故障的一种典型形式。动作执行单元故障时，由车控容积式伺服控制器4监控管理并处置，当某节车体13中任意一个作动器11出现动力驱动故障，同一轮对12上的另外一个正常工作的作动器11强制执行故障侧位移，维持轴平行；当任意一个作动器11控制失效时，同一轮对12上的另一侧作动器11工作，强制执行故障侧位移，维持轴平行；当任一作动器11上安装的位移传感器10出现故障时，所有作动器11强制执行最大位移，维持轴平行；当作动器11密封件磨损，油缸泄露过大时，将作动器11位移传感器反馈信号与电机旋转的圈数进行比对，若相对误差过大，则系统报警，车辆需进车辆段维修更换此作动器；当车控容积式伺服控制器4失电时，自动切换至应急电源供电。以上故障出现后，系统均需上传故障信息至列车级控制器2。 [0043] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。 |
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