一种轨道交通车辆导向装置及导向方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轨道交通车辆的导向和变道技术领域，特别是一种轨道交通车辆导 向装置及导向方法。
【背景技术】
[0002] 传统的轨道交通车辆导向均为机械式导向，存在轮轨机械磨损，且在变道转向时 需要扳动道岔，效率低，能耗大，且增大了车辆运行时的振动和噪声。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种轨道交通车辆导向 装置及导向方法。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种轨道交通车辆导向装置， 包括埋设在轨道交通车辆运行线路分叉路口路面下的导向路段导向线和埋设在运行线路 其余位置的正线路段导向线、安装在轨道交通车辆上的用于感应所述导向路段导向线或正 线路段导向线中心线位置的两个感应装置；所述正线路段导向线和导向路段导向线两端通 交流电。
[0005] 本发明的导向装置还包括安装在轨道交通车辆上的定位装置、无线通信模块；所 述无线通信模块与用于控制导向路段导向线和正线路段导向线两端电源通断以及电源频 率的导向控制箱通信。方便对车辆定位，同时方便将车辆行进位置等数据传输给导向控制 箱。
[0006] 所述导向路段导向线或正线路段导向线均为表面设有绝缘层的导体。绝缘层可以 保证行车安全。
[0007] 本发明还提供了一种轨道交通车辆导向方法，包括以下步骤：
[0008] 1)计算轨道交通车辆运行过程中，其中心线相对于导向路段导向线或正线路段导 向线偏移的位置偏移量d
其中，CpC；；、 c3、c4、c5、c6为五次多项式系数；Δ u 2为修正后的两个感应装置的压差值；其中d的取值范 围为-50mm~50mm ; Δ 112的取值范围为-6. 5mV~6. 5mV ; Δ u 2= a* Δ u ^ Δ w为轨道交通 车辆运行中心线偏移时两个感应装置的压差值，且经过了整形、放大和A/D转换后的数值；
;￥为轨道交通车辆运行速度山1、13 2、133、134为三次多项式系数；八111 的取值范围为_5mV~5mV，v的取值范围为0~80km/h，a的取值范围为0. 7~1，用来减 弱压差值A Ul，因为车辆运行速度较快，使车辆振动和增幅增加，从而使磁感应线圈上下等 幅振动时，由于磁场强度密度分布不均导致靠近导向线时的感应电压大于远离导向线时的 感应电压，使A Ul偏大；
[0009] 2)将所述位置偏移量d经D/A转换和信号放大后，发送给伺服电机，进行轨道交通 车辆舵轮转向控制；或发送给轨道交通车辆左右车轮的电机，进行差速控制；
[0010] 3)将定位装置检测到的轨道交通车辆位置与预存路线进行比对，当轨道交通车辆 在行驶到靠近分叉路口时，无线通讯模块与导向控制箱通讯，将经转向控制后的轨道交通 车辆行进方向或者差速控制信号发送给导向控制箱；导向控制箱根据轨道交通车辆车辆的 行进方向或差速控制信号选择接通导向路段导向线或正线路段导向线。
[0011]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明导向装置结构简单，结合该 导向装置，本发明能实现轨道交通车辆无接触式导向和智能变道，解决了传统机械式导向 存在的轮轨机械磨损、振动噪声大，以及道岔变道时的效率低、能耗大的问题。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明装置排布示意图；
[0013] 图2为本发明导向示意图。
【具体实施方式】
[0014] 本实施例以一种分叉道路为例，说明基于磁感应导向的智能交通方式，具体步骤 为：
[0015] 第一步，如图1所示，运行线路路面下埋有分段导向线，包括正线路段导向线和导 向路段导向线。
[0016] 导向线为带绝缘层的导体，其两端通一定频率的交流电，以产生磁场。
[0017] 导向路段导向线为分叉路口设置的导向线，其长度较短（100以内），并设置了导 向控制箱。
[0018] 导向控制箱包括无线通讯模块和导向线电源控制模块，导向线电源控制模块用来 控制导线路段导向线两端电源的通断以及电源的频率。
[0019] 第二步，胶轮车辆行驶在第一步所述的导向线路面上，车辆上装有检测线圈模块、 无线通讯模块和GPS定位模块。
[0020] 检测线圈模块包括两个水平方向布置的磁感应线圈，用来感应导向线的中心线位 置，实现无接触式导向，如图2所示。
[0021] 本发明所指的胶轮车辆可以包括有轨电车、轻轨车、个人交通、游乐火车等运输交 通系统中的胶轮车辆。
[0022] 第三步，当车辆中心线相对于地槽导向线（正线路段导向线或导向路段导向线） 偏移时，检测线圈模块相对于地槽导向线也产生偏移，此时两检测线圈感应的感应电压不 同，其压差值经过整形、放大和A/D转换送入车载计算机进行修正后，再计算出位置偏移 量，经D/A转换和信号放大后，发送给伺服电机，进行舵轮转向控制，或发送给左右车轮的 电机，进彳丁差速控制。
[0023] 压差值送入车载计算机进行修正，是指两检测线圈的感应电压受车辆行进速度的 影响，其修正关系式如（1)式所示。
[0025] 式中，Δ Ul为修正前的压差值，Δ u 2为修正后的压差值，a为修正系数。
[0026] 所述线圈压差修正系数对应表可用二次多项式进行拟合，如式（2)所示。
[0028] 式中，v为车辆运行速度；bp b2、b3、b4为三次多项式系数。
[0029] 所述由修正后的压差值计算出位置偏移值，是指由计算机自动查表预存的压差值 与位置偏移值之间的直接对应表。
[0030] 所述修正后的压差值与位置偏移值之间的对应关系表用二次曲线进行拟合，
[0031] 如式（3)所示。
[0033] 式中，d为位置偏移值；&、c2、c3、c 4、c5、c6为五次多项式系数。
[0034] 第四步，车辆出发前已输入起始位置和目的地位置，并进行路线规划；将GPS定位 模块获得的车辆位置与预存路线进行比对，当车辆在行驶到距离分叉路口较近（1〇〇米以 内）的距离时，启动车辆无线通讯模块与分叉路口导向控制箱的无线通讯模块进行通讯； 将经转向控制后的轨道交通车辆行进方向或者差速控制信号发送给导向控制箱；导向控制 箱的导向线电源控制模块根据车辆的行进方向选择性地接通导向路段的导向线，实现智能 变道的目的。
[0035] 本发明系数可以参照下述过程确定：
次多项式系数，五次多项式是由位置偏移量与修正后压差值的对应数据表用最小二乘法拟 合数值计算获得的（如表2所示）；△ 1!2为修正后的两个感应装置的压差值；其中d的取值 范围为-50mm到50mm ; Δ u2的取值范围为-6. 5V到6. 5V。
Δ Ul为轨道交通 车辆运行中心线偏移时两个感应装置的压差值
为轨道交通车 辆运行速度；bp b2、b3、b4为三次多项式系数，该三次多项式是由修正系数与行车速度的对 应数据表用最小二乘法拟合数值计算获得的（如表1所示）；其中AUl的取值范围为-5V 到5V，v的取值范围为0到80km/h，a的取值范围为1到1. 3。
[0039]通过表 1 的数据，拟合得到 bl = 0· 0000, b2 = -0· 0001，b3 = -0· 0009, b4 = 0. 9965ο
[0042]通过表 1 的数据，拟合得到 cl = -0.0035, c2 = -0.0014, c3 = 0.0511c4 = 0. 0507, c5 = 10. 3188, c6 = 0. 5196。
【主权项】
1. 一种轨道交通车辆导向装置，其特征在于，包括埋设在轨道交通车辆运行线路分叉 路口路面下的导向路段导向线和埋设在运行线路其余位置的正线路段导向线、安装在轨道 交通车辆上的用于感应所述导向路段导向线或正线路段导向线中心线位置的两个感应装 置；所述正线路段导向线和导向路段导向线两端通交流电。2. 根据权利要求1所述的轨道交通车辆导向装置，其特征在于，还包括安装在轨道交 通车辆上的定位装置、无线通信模块；所述无线通信模块与用于控制导向路段导向线和正 线路段导向线两端电源通断以及电源频率的导向控制箱通信。3. 根据权利要求1所述的轨道交通车辆导向装置，其特征在于，所述导向路段导向线 或正线路段导向线均为表面设有绝缘层的导体。4. 一种轨道交通车辆导向方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 计算轨道交通车辆运行过程中，其中心线相对于导向路段导向线或正线路段导向线 偏移的位置偏移量d，d=C4Δu25+c2*Δu24+c3*Δu23+c4*Δu22+c5*Δu2+c6;其中，c丨、c2、c3、 c4、c5、c6为五次多项式系数；八1!2为修正后的两个感应装置的压差值；其中d的取值范围 为-50mm~50mm;Δu2的取值范围为-6. 5mV~6. 5mV;Δu2=a*Δu丨，Δ~为轨道交通车 辆运行中心线偏移时两个感应装置的压差值；a=bfv^lvh^+lv^v+byv为轨道交通车辆 运行速度为三次多项式系数；Δui的取值范围为-5mV~5mV，v的取值范围为 0~80km/h，a的取值范围为0· 7~1 ; 2) 将所述位置偏移量d经D/A转换和信号放大后，发送给伺服电机，进行轨道交通车辆 舵轮转向控制；或发送给轨道交通车辆左右车轮的电机，进行差速控制； 3) 将定位装置检测到的轨道交通车辆位置与预存路线进行比对，当轨道交通车辆在行 驶到靠近分叉路口时，无线通讯模块将经转向控制后的轨道交通车辆行进方向或者差速控 制信号发送给导向控制箱；导向控制箱根据轨道交通车辆车辆的行进方向或差速控制信号 选择接通导向路段导向线或正线路段导向线。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，bl= 0. 0000,b2 = -0. 0001，b3 =-0· 0009，b4 = 0· 9965;cl= -0· 0035，c2 = -0· 0014，c3 = 0· 0511，c4 = 0· 0507，c5 = 10. 3188,c6 = 0· 5196。
【专利摘要】本发明公开了一种轨道交通车辆导向装置及导向方法，导向装置包括埋设在轨道交通车辆运行线路分叉路口路面下的导向路段导向线和埋设在运行线路其余位置的正线路段导向线、安装在轨道交通车辆上的用于感应所述导向路段导向线或正线路段导向线中心线位置的两个感应装置；所述正线路段导向线和导向路段导向线两端通交流电。本发明能实现轨道交通车辆无接触式导向和智能变道的目的，解决了传统机械式导向存在的轮轨机械磨损、振动噪声大，以及道岔变道时的效率低、能耗大的问题。
【IPC分类】B61L3/12
【公开号】CN105329259
【申请号】CN201510915513
【发明人】王先锋, 毛业军, 罗显光, 杨颖 , 杜求茂, 张二伟, 张俊, 彭钧敏, 刘亚妮, 黄学君, 袁文辉, 蒋忠城
【申请人】南车株洲电力机车有限公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年12月10日