申请/专利权人：中车工业研究院有限公司

申请日：2017-12-04

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN108045398B

主分类号：B61F9/00

分类号：B61F9/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2018.06.12#实质审查的生效;2018.05.18#公开

摘要：本发明涉及车速控制及车辆安全控制领域，特别是涉及快速轻型轨道车辆及其磁吸车辆平稳性控制装置。磁吸车速控制装置包括电磁系统、控制器和多个测距传感器，所述电磁系统和所述测距传感器均设置车辆安装位；所述电磁系统和所述测距传感器均与所述控制器电连接；一个以上的所述测距传感器用于测量车轮和轨道间距离；所述控制器用于根据车轮和轨道间距离确定所述电磁系统的电流通断及大小的控制。本发明通过测距传感器测量车辆距离轨道的距离，一旦发现偏离轨道或距离轨道的太大则启动电磁系统，产生磁性吸附力，来增加车轮和轨道的附着力，以提升车辆的运行的稳定性，改进快速轻型轨道车辆安全性控制。

主权项：1.一种快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，其特征在于，包括电磁系统、控制器和多个测距传感器；所述电磁系统和所述测距传感器均设置车辆安装位；所述电磁系统和所述测距传感器均与所述控制器电连接；多个所述测距传感器包括轮轨间距测量传感器和车体测距传感器；所述轮轨间距测量传感器用于测量车轮和轨道间距离；所述车体测距传感器设置于车体，用于测定所述车体的车底与所述轨道的距离；所述电磁系统包括：多个电磁线圈，所述电磁线圈通电后产生对轨道的吸附力；所述控制器用于根据所述车轮和所述轨道间距离确定所述电磁系统的电流通断及大小的控制，并且，所述控制器能按照以下方式结合所述轮轨间距测量传感器和所述车体测距传感器进行判断，其中，设定所述车体与所述轨道间的安全距离范围；当所述车体的车底与所述轨道间的距离处于所述安全距离范围时，说明所述车体稳定；当所述车体的车底与所述轨道间的距离超出所述安全距离范围时，则测定所述车轮与所述轨道间的距离，当所有所述车轮与所述轨道间的距离都处于预设范围内，则忽略所述车体的车底与所述轨道间的距离超出所述安全距离范围的信号，当某个所述车轮或某些所述车轮与所述轨道间的距离超出所述预设范围，则确定相应电磁线圈通电及通电电流的大小；其中，相应电磁线圈通电产生的吸附力与电流对应公式为： ;其中：Fd是吸附力；μ0是磁导率；I是无限导线载流电流；d是所述车轮和所述轨道间距离；Sδ是磁极端面处截面积。

全文数据：快速轻型轨道车辆及其磁吸车速控制装置技术领域[0001]本发明涉及车辆平稳性控制领域，特别是涉及快速轻型轨道车辆及快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置。背景技术[0002]车辆运行时，在线路状况、运用条件、车辆结构参数和装载等因素最不利的组合条件下可能导致车轮脱轨。轻型轨道车辆由于重量轻，脱轨系数较高。脱轨系数与车体所受到的横向力和纵向力有关，纵向力主要是车辆的自身重力，横向力是车轮在转弯时或在受到道岔，轨道接头等情况下，横向力较大，极容易发生脱轨安全事故，因此，在当前的轻型轨道车辆应用受到了一定的限制，如工务车辆限速45kmh以内。现有技术为了改善这种状况，通常采用降低重心以增加自重来防止倾覆。但是降低重心在一定程度上会减少车辆的应用条件，而增加自重会增加车辆的能量消耗，降低负载。发明内容[0003]一要解决的技术问题[0004]本发明的目的是提供快速轻型轨道车辆及快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，解决车速提高容易造成车辆倾覆的问题。[0005]二技术方案[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供一种快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，其包括电磁系统、控制器和多个测距传感器，所述电磁系统和所述测距传感器均设置车辆安装位;所述电磁系统和所述测距传感器均与所述控制器电连接;一个以上的所述测距传感器用于测量车轮和轨道间距离;所述控制器用于根据车轮和轨道间距离确定所述电磁系统的电流通断及大小控制。[0007]在一些实施例中，优选为，所述测距传感器包括:轮轨间距测量传感器。[0008]在一些实施例中，优选为，所述电磁系统包括：多个电磁线圈，所述电磁线圈通电后产生对轨道的吸附力。[0009]在一些实施例中，优选为，所述电磁线圈安装于车轮的前侧或后侧。[0010]在一些实施例中，优选为，判断模块和控制模块;所述判断模块，用于将所述车轮和轨道间距离与设定值比较，得出车辆的平稳状态，并提供控制模块的输入信息，所述平稳状态包括:离地或未离地;所述输入信息包括:对应每个电磁线圈的通电电流量;所述控制模块，用于根据所述判断模块的输入信息，确定所述电磁系统的工作方式。[0011]在一些实施例中，优选为，所述判断模块使用的公式为：[0013]其中：Fd是吸附力;μ〇是磁导率；I是无限导线载流电流;d是车轮和轨道间距尚；Ss是磁极端面处截面积。[0014]在一些实施例中，优选为，所述测距传感器还包括:车体测距传感器，用于安装到车体上，以测量车体与轨道间距离。[0015]本发明还提供了一种快速轻型轨道车辆，其包括车体和所述的磁吸车速控制装置；[0016]所述车体的左侧轮和右侧轮均设置测距传感器；[0017]所述车体的底部还设置电磁系统；[0018]所述车体还设置控制器；[0019]所述电磁系统和所述测距传感器均与所述控制器电连接。[0020]在一些实施例中，优选为，所述车体的底部还设置测距传感器，用于测量车体和轨道间的距离。[0021]三有益效果[0022]本发明提供的技术方案中通过测距传感器测量车轮与轨道间的距离，通过控制系统综合判断车辆运行的平稳性，比如偏离轨道或未偏离轨道。一旦判断车辆有偏离轨道的趋势，瞬间启动电磁系统，产生对轨道的磁性吸附力，来增加车轮和轨道的附着力；同时，车辆运行过程中，通过测量车轮与轨道间的距离，为电磁控制系统提供信息，通过控制电磁铁电流的大小，改善车辆颠簸的性能以提升车辆的运行稳定性，改进快速轻型轨道车辆安全性控制。[0023]另一方面，还可以通过车体和轨道间的距离判断车辆运行的稳定性，与轮-轨距离判断方式相结合，以提高判断的准确性。附图说明[0024]图1为本发明一个实施例中快速轻型轨道车辆和轨道的结构示意图；[0025]图2为本发明实施例1中测距传感器和电磁铁在车体底部的分布方式的结构示意图；[0026]图3为图2的仰视图；[0027]图4为本发明实施例2中测距传感器和电磁铁在车体底部的分布方式的结构示意图；[0028]图5为图4的仰视图；[0029]图6为本发明实施例3中测距传感器和电磁铁在车体底部的分布方式的结构示意图；[0030]图7为图6的仰视图；[0031]图8为本发明实施例4中测距传感器和电磁铁在车体底部的分布方式的结构示意图；[0032]图9为图8的仰视图。具体实施方式[0033]下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。[0034]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。“当前”在执行某动作之时的时刻，文中出现多个当前，均为随时间流逝中实时记录。[0035]由于轻型轨道车辆在车辆加速时容易造成车辆倾覆的问题，本发明给出快速轻型轨道车辆及其磁吸车速控制装置。[0036]下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品、方法等进行详细描述。[0037]—种快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，如图1所示，其包括电磁系统、控制器和多个测距传感器，电磁系统和测距传感器均设置车辆安装位；电磁系统和测距传感器均与控制器电连接;一个以上的测距传感器用于测量车轮和轨道间距离;控制器用于根据车轮和轨道间距离确定电磁系统的电流通断及大小。[0038]电磁系统采用电磁原理，通过使内部线圈通电产生磁力，磁力对轨道进行吸附，可借助电磁吸盘的设计方式。电磁系统包括多个电磁线圈，多个电磁线圈随测距传感器设置，安装在车轮的左边或右边，电磁线圈通电后产生吸附力，增大车辆的纵向力，提高车辆运行的平稳性。[0039]测距传感器可采用激光测距传感器。激光测距（laserdistancemeasuring是以激光器作为光源进行测距。根据激光工作的方式分为连续激光器和脉冲激光器。氦氖、氩离子、氪镉等气体激光器工作于连续输出状态，用于相位式激光测距;双异质砷化镓半导体激光器，用于红外测距;红宝石、钕玻璃等固体激光器，用于脉冲式激光测距。激光测距仪由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距仪相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗。[0040]车辆安装位是用于将电磁系统和测距传感器安装到车辆上的具体结构，这种安装可以为固定安装，优选可拆卸式安装，以方便维修和更换。[0041]控制器需要对数据进行处理并判断，进而得到电磁系统工作方式的判断信号，并指导电磁系统工作。比如：当发现左侧某车轮距离轨道的距离超过临界值，同时，结合其它轮轨间的距离和车体与轨道间的距离，综合判断车辆是向右倾覆，该车轮对应的电磁线圈通大电流，产生较大电磁吸附力，增加左侧对轨道的吸附，控制器依据各距离测量传感器的综合信息，为不同的电磁线圈通不同大小的电流，将车辆稳定在轨道上。又比如：当发现右侧某车轮距离轨道的距离超过临界值，同时，结合其它轮轨间的距离和车体与轨道间的距离，综合判断车辆是向左倾覆，该车轮对应的电磁线圈通大电流，产生较大电磁吸附力，增加右侧对轨道的吸附，控制器依据各距离测量传感器的综合信息，为不同的电磁线圈通不同大小的电流，将车辆稳定在轨道上。而且本技术还可以应用于突出紧急情况下防止车辆倾覆。[0042]由于测距传感器包括:车轮测距传感器。在每节车厢的左右车轮上都安装该车轮测距传感器。车轮测距传感器的安装位置可以不固定，只要能够准确测量车轮与轨道间的距离即可。[0043]图2-图9给出了四种车轮测距传感器和电磁线圈的装配关系。每个车轮测距传感器配有一个电磁线圈。图2,图3中线圈以车底中心为中心形成中心对称结构，图4-图9电磁线圈以车底中心轴为对称轴左右对称，促使整体结构稳定。当然，在其他的实施例中，电磁线圈的物理设置可以不相互对称，只需要根据电磁线圈的位置，及车轮脱离轨道的位置和高度来确定各电磁线圈的电流，以达到所需要的轨道吸附力即可。[0044]需要说明的是，在一些实施例中在每个车轮的左右都安装电子线圈，但是这种对车体的稳定性并不利，在生成吸附力时，需要考虑车轮两侧的线圈通电流的大小，而且还需要考虑车轮左右两个电磁线圈的距离，不容易判断两个电磁线圈的通电流的大小。[0045]考虑到部分车辆的车轮和车体之间不是刚性连接，二者之间设置一系弹簧、二系弹簧等，车轮和轨道之间的距离变化状态无法等同于车体与轨道之间的距离变化状态，所以，该测距传感器还包括多个车体测距传感器，用于安装到车体上，以测量车体与轨道间距离。[0046]将车体测距传感器和车轮测距传感器相结合能更准确地判断车辆的倾覆状况。举例来说，设定车体与轨道的安全距离范围，测定车体的车底与轨道的距离，当该距离处于安全距离范围时，说明车体稳定；当该距离超出安全距离范围时，测定车轮与轨道的距离，当某个车轮或某些距离超出预设范围，则确定相应电磁线圈通电及通电电流的大小，当所有车轮对应的距离都处于预设范围内，则忽略车体距离超出安全距离范围的信号。控制器则按照该方式结合轮轨距离传感器和车体测距传感器进行判断。[0047]将控制器进行功能模块化分析，其包括判断模块和控制模块;判断模块，用于将车轮和轨道间距离与设定值比较，得出车辆的平稳状态，并提供控制模块的输入信息，平稳状态包括:离地或未离地;输入信息包括:对应每个电磁线圈的通电电流量;控制模块，用于根据判断模块的输入信息，确定电磁系统的工作方式。设定值为提前设计值，比如:3-7mm之内的任一值都可取。[0048]考虑到控制器还需要根据车体测距传感器的测量值进行判断，所以，在一些实施例中控制器的判断模块还需要将车体测距传感器测量车体和轨道的距离与第二设定值（即安全距离范围进行比较，并根据比较值判断电磁系统的工作方式。[0049]吸附力大小与电流的对应关系公式为：[0050]其中：Fd是吸附力;μ〇是磁导率；I是无限导线载流电流;d是车轮和轨道间距尚；Ss是磁极端面处截面积。[0051]本发明还提供了一种快速轻型轨道车辆，其包括车体和磁吸车速控制装置;车体的左侧轮、右侧轮均设置测距传感器;车体的底部的中心区设置电磁系统;车体还设置控制器;电磁系统和测距传感器均与控制器电连接。[0052]车体的底部还设置测距传感器，用于测量车体和轨道间的距离，在一些情况下，电磁系统处于车体底部的中轴线上。[0053]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，其特征在于，包括电磁系统、控制器和多个测距传感器，所述电磁系统和所述测距传感器均设置车辆安装位;所述电磁系统和所述测距传感器均与所述控制器电连接；一个以上的所述测距传感器用于测量车轮和轨道间距离;所述控制器用于根据车轮和轨道间距离确定所述电磁系统的电流通断及大小的控制。2.如权利要求1所述的快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，其特征在于，所述测距传感器包括:轮轨间距测量传感器。3.如权利要求2所述的快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，其特征在于，所述电磁系统包括:多个电磁线圈，所述电磁线圈通电后产生对轨道的吸附力。4.如权利要求3所述的快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，其特征在于，所述电磁线圈安装于车轮的前侧或后侧。5.如权利要求1所述的快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，其特征在于，所述控制器包括:判断t吴块和控制t吴块；所述判断模块，用于将所述车轮和轨道间距离与设定值比较，得出车辆的平稳状态，并提供控制模块的输入信息，所述平稳状态包括:离地或未离地;所述输入信息包括:对应每个电磁线圈的通电电流量；所述控制模块，用于根据所述判断模块的输入信息，确定所述电磁系统的工作方式。6.如权利要求5所述的快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，其特征在于，所述判断模块使用的吸附力与电流对应公式为：其中：Fd是吸附力;μ〇是磁导率；I是无限导线载流电流;d是车轮和轨道间距离；Ss是磁极端面处截面积。7.如权利要求1-6任一项所述的快速轻型轨道车辆的磁吸车辆平稳性控制装置，其特征在于，所述测距传感器还包括:车体测距传感器，用于安装到车体上，以测量车体与轨道间距离。8.—种快速轻型轨道车辆，其特征在于，包括车体和权利要求1-7任一项所述的磁吸车辆平稳性控制装置；所述车体的左侧轮和右侧轮均设置测距传感器；所述车体的底部还设置电磁系统；所述车体还设置控制器；所述电磁系统和所述测距传感器均与所述控制器电连接。9.如权利要求8所述的快速轻型轨道车辆，其特征在于，所述车体的底部还设置测距传感器，用于测量车体和轨道间的距离。

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