一种空轨列车主动控制车厢车端的铰接减振方法及装置与流程

本发明涉及车端连接减振装置，具体设计一种空轨列车主动控制车厢车端的铰接减振方法及装置，属于轨道交通技术领域。

背景技术：

城市空中轨道列车（或称悬挂式轨道列车），以其占地少，投资小，建设快，线路选择灵活，不争地面道路资源等优势而越来越受到一些城市的关注，势将成为未来城市交通体系中一个颇为重要的组成部分。

空中轨道列车运行的纵向、横向控制完全依赖于其上部悬挂的空中轨道，因其车厢下部悬空没有支撑而无法获得来自下部的纵向、横向控制。空中轨道列车的车厢与车厢之间主要通过设在结合部上部的车钩来实施牵引连接，而结合部下部的车厢与车厢之间则只能通过铰接方式连接，除了用于辅助传递车厢与车厢之间的纵向作用力，更重要的是用于车厢与车厢之间互相进行横向力的控制，这是空中轨道列车的一个重要特征。

除了上述特征，城市空中轨道列车另一个重要特征是受城市地面建筑、地形及人流量大小的不同分布的影响与限制，其轨道曲线多且曲线半径小，即我们常说的弯多弯急。这对于如上所述的列车下部悬空没有支撑而无法获得来自下部的纵向、横向控制空中轨道列车来说，显然面临着非同一般的技术与运行控制方面的挑战。

我们能够理解的是，在运行控制方面，不得不采取限制速度和载客量来应对，如最高时速不超65公里，旅行时速30公里左右（介于地铁与地面公交的旅行时速之间）。

而技术方面，主要是努力做好车厢下部与车厢下部之间相互控制，尤其是车辆由直线进入曲线、由大半径曲线进入小半径曲线运动、竖曲线运动和由轨道不平顺及受横向侧风等环境影响引起的的平稳性控制。

空中轨道列车在由直线进入曲线、由大半径曲线进入小半径曲线及竖曲线运行时车体横向和纵向加速度幅值较大，车辆高速振动和激振明显，目前使用单一阻尼特性减振器的铰接结构难以适应轨道曲线变化频繁，曲率变化大的线路状况。为了在最大程度保证车辆安全运行的同时，通过改善铰接结构的减振适应性，使车厢与车厢之间能在横向和纵向加速幅值上变得更加协调，并通过改善铰接结构的减振适应性尽可能的抑制或消弭产生的高速振动和激振。为实现这一目标，业内也进行了不懈的努力。

申请号为201610384861.3、200920015085.5的专利，主要描述一种由两个安装座连接中间刚性杆体的铰接装置。其主要适用于地面轻轨列车，两安装座结构适用于较窄的车体间距；刚性的中间杆体限制车体横向位移，允许俯仰运动，与固定铰接一起作用限制车体侧滚，起抗侧滚作用；但是对车辆过曲线运行能力有一定限制，且不能提供横向和纵向阻尼，对车辆过曲线道路稳定性差，尤其小半径道路曲线和悬挂车横向激振工况等，所以该3项技术具有一定局限性。

jp2007253679a专利，在上3项技术基础上做出了车间减振器技术更改，放开车体间横向位移，同时提供一定的横向阻尼力，所以与固定铰接装置共同作用情况下靠车间减振器来实现激振衰减和抗侧滚作用。但是jp2007253679a专利仅把两安装座的中间刚性杆体替换为减振器，过载保护功能不全，存在侧倾、减振器油缸失效等风险；该种装置仅适用于一般低地板有轨电车，而且只能承受较小的横向力，不能承受纵向力，极限运动位置和载荷有一定限制性；单一阻尼对车辆出现的纵向低频振动和横向激振不能兼顾，且达不到最优效果。

综上，现有铰接结构存在的缺陷可归结为：

1、不能在不同工况（由乘员多少、速度高低、曲线半径大小、车体位姿等综合决定）下提供针对性的阻尼特性参数。

2、在车间减振器失效时，没有相应有效的补救措施。

技术实现要素：

本发明要解决的主要技术问题是：铰接结构不能在不同工况下提供针对性的有效的阻尼参数，不能解决纵向振动和横向激振过大，车辆乘坐舒适性较差。

针对上述问题，本发明提出的技术方案是：

一种空轨列车主动控制车厢车端的铰接减振方法，是在铰接结构中设置可自动调节阻尼参数的减振机构，运行时，根据列车运况即时调节适合不同轨道曲线的阻尼参数。

进一步地，所述在铰接结构中设置可自动调节阻尼参数的减振机构，是包括设置控制系统、设置传感器和将铰接结构中连接前后车端的连接件设置为车间减振器；在车间减振器上设置电磁比例溢流阀一，通过控制系统将传感器采集的信息转化为控制电磁比例溢流阀一的控制信息，通过控制电磁比例溢流阀一来控制车间减振器阻尼液的流量大小，以此实现对车间减振器阻尼力参数的即时调节。

进一步地，所述设置传感器是包括设置空轨列车轨道曲线变化传感器，将轨道曲线半径的变化信息通过控制系统即时驱动电磁比例溢流阀一，使车间减振器阻尼参数即时获得适应该曲线半径变化的主动改变，且使车间减振器阻尼参数的这种主动改变先于该轨道曲线半径变化将会引发的车间减振器受力的被动改变。

进一步地，所述使车间减振器阻尼参数的主动改变先于该轨道曲线半径变化将会引发的车间减振器的被动受力，是利用控制系统控制反应的即时性和轨道曲线变化使空轨列车顶部转向架转动到空轨列车下部铰接结构的车间减振器受力的滞后性，用所述的曲线变化传感器来采集转向架的转角变化信息，使之迅即转化为对车间减振器阻尼参数大小的主动改变。

进一步地，所述设置传感器是还包括在车间减振器上设置压力传感器一，用于电磁比例溢流阀一执行控制系统指令的结果数据的回馈和空轨列车受到侧风风力变化导致车间减振器产生受力变化时将反应这一变化的车间减振器内油压压力变化通过压力传感器一传递给控制系统，并通过控制系统控制电磁比例溢流阀一即时对车间减振器阻尼参数大小作适应性改变。

进一步地，所述在铰接结构中设置可自动调节阻尼参数大小的减振机构，是还包括设置备用减振器，当车间减振器正常工作时，由车间减振器独立完成减振任务；当车间减振器失效处于僵硬状态时，用备用减振器执行减振任务。

进一步地，是在相邻两节车厢中的一节车厢的车端设置铰接支座，在铰接支座上安装两端能够绕铰接支座转动的转臂，将转臂的一端与车间减振器的一端连接，将转臂的另一端与备用减振器的一端连接，将备用减振器的另一端连接在安装铰接支座的车端；在备用减振器上设置电磁比例溢流阀二，当车间减振器正常工作时，电磁比例溢流阀二将备用减振器的阻尼流道关闭，使备用减振器处于僵硬状态，进而使与备用减振器连接的转臂处于固定状态；当车间减振器失效处于僵硬状态时，电磁比例溢流阀二与控制系统联控，使备用减振器替代车间减振器执行减振任务。

进一步地，所述当车间减振器失效处于僵硬状态时，电磁比例溢流阀二与控制系统联控，是在控制系统中预设失效判断与联控启动程序，利用压力传感器一将电磁比例溢流阀一按控制系统指令改变车间减振器阻尼参数大小而车间减振器内阻尼液压力没有变化的执行结果回馈控制系统后，由控制系统判断车间减振器失效并启动与电磁比例溢流阀二的联控。

一种根据上述方法设计的空轨列车主动控制车厢车端的铰接减振装置，包括设置在铰接结构中的车间减振器，所述车间减振器水平斜向设置在相邻两节车厢之间，为铰接结构中连接相邻两节车厢的唯一连接件；在车间减振器上设置有电磁比例溢流阀一和压力传感器一，电磁比例溢流阀一受控制系统控制。

进一步地，还包括设置在铰接结构中的备用减振器；在相邻两节车厢中的一节车厢的车端设置铰接支座，在铰接支座上安装有两端能够绕铰接支座转动的转臂，转臂的一端与车间减振器的一端连接，转臂的另一端与备用减振器的一端连接，备用减振器的另一端连接在安装铰接支座的车端；在备用减振器上设置有电磁比例溢流阀二和压力传感器二，电磁比例溢流阀二和压力传感器二与所述控制系统联控；当车间减振器正常工作时，备用减振器处于僵硬状态；当车间减振器失效处于僵硬状态时，备用减振器替代车间减振器执行减振任务。

本发明的优点是：1、列车运行过程中，不论处于何种工况，铰接结构中的减振器都能提供最适合该工况的减振阻尼，符合列车运行动力学特点，提升列车运行稳定性，同时装置提供的变阻尼特点能使得车厢与车厢之间在遭遇横向和纵向加速度幅值激增时总是处于最佳的相互协调状态，同时能够有效抑制高速振动和激振。2、在车间减振器失效时，纵向减振器能及时承担铰接结构的减振使命，避免减振功能缺失，确保列车运行的舒适性和稳定性。

附图说明

图1为所述主动控制车端连接减振装置的俯视示意图；

图2为所述车间减振器的立体示意图；

图3为所述备用减振器的立体示意图；

图4为控制系统控制电磁比例溢流阀一使车间减振器阻尼参数的主动改变的信号控制流程与轨道曲线半径变化将会引发的车间减振器的被动受力的受力传导流程的流程示意图；

图5为控制系统根据压力传感器一采集信息控制电磁比例溢流阀一的流程示意图；

图6为车间减振器僵硬失效时，控制系统与电磁比例溢流阀二和压力传感器二实现联控的流程示意图。

图中：1、车厢；2、车间减振器；21、电磁比例溢流阀一；22、压力传感器一；3、备用减振器；31、电磁比例溢流阀二；32、压力传感器二；40、控制系统；5、曲线变化传感器；6、铰接支座；7、减振座；8、转臂；9、销轴；10、轨道曲线；11、导向轮；12、转向架；13、转向架与车厢连接构件；14、铰接安装部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1所示，是本发明所述的铰接结构，主要部件包括备用减振器3、转臂8、铰接支座6、车间减振器2和减振座7；铰接支座6安装在相邻两节车厢1中在前车厢车端底部的靠左一侧，减振座7安装在在后车厢车端底部的靠右一侧；转臂8中部通过垂向设置在铰接支座6的销轴9安装在铰接支座6上，使转臂8的两端能够绕垂向销轴9作水平转动；备用减振器3后端与转臂8左端连接，后端安装在在前车厢1上；车间减振器2的前端与转臂8右端连接，车间减振器2的后端安装在减振座7上。

上述减振座7和铰接支座6及相关部件可以在两相邻车厢1间换位换向设置。

由于铰接支座6和减振座7分别安装在在前车厢车端底部的靠左一侧和在后车厢车端底部的靠右一侧，使得安装在减振座7与铰接支座6之间的车间减振器2的轴心线为非垂直于该相邻两车厢车端端面的水平斜线。根据力的分解，当车间减振器2伸缩时，都会对在前车厢1和在后车厢1同时产生横向力和纵向力，这正是铰接式列车所需要利用的力学特征。本发明就是要利用这一力学特征更好的解决空中轨列车运行中的协调性、稳定性和舒适性问题。

如图1、4所示，一种空轨列车主动控制车厢车端的铰接减振方法，是在铰接结构中设置可自动调节阻尼参数大小的减振机构，运行时，根据列车运况即时调节适合不同轨道曲线10的阻尼参数。当列车进入小曲线半径时，适度减小阻尼参数，反之，则适度增大阻尼参数。通过这样的方法，使得列车在运行过程中，不论处于何种工况，铰接结构中的减振器都能提供最适合该工况的减振阻尼，提升列车运行稳定性，使得车厢1与车厢1之间在遭遇横向和纵向加速度幅值激增时总是处于最佳的相互协调状态，同时能够有效抑制高速振动和激振。

如图2、4所示，所述在铰接结构中设置可自动调节阻尼参数的减振机构，是包括设置控制系统4、设置传感器，以及将铰接结构中连接前后车端的连接件设置为车间减振器2；在车间减振器2上设置电磁比例溢流阀一21，通过控制系统4将传感器采集的信息转化为控制电磁比例溢流阀一21的控制信息，通过控制电磁比例溢流阀一21来控制车间减振器2阻尼液的流量大小，以此实现对车间减振器2阻尼力参数的即时调节。

所述设置传感器是包括设置空轨列车轨道曲线变化传感器5，将轨道曲线10半径的变化信息通过控制系统4即时驱动电磁比例溢流阀一21，使车间减振器2阻尼参数即时获得适应该曲线半径变化的主动改变，且使车间减振器2阻尼参数的这种主动改变先于该轨道曲线10半径变化将会引发的车间减振器2的被动受力。这样就使得车间减振器2阻尼参数的主动改变相对于车间减振器2的被动受力有了一个提前量。

所述使车间减振器2阻尼参数的主动改变先于该轨道曲线10半径变化将会引发的车间减振器2的被动受力，是利用控制系统4控制反应的即时性和轨道曲线变化使空轨列车顶部转向架12转动到空轨列车下部铰接结构的车间减振器2受力的滞后性，用所述的曲线变化传感器5来采集转向架12的转角变化信息，使之迅即转化为对车间减振器2阻尼参数大小的主动改变。所述转向架支撑轴承的转角变化，是列车通过曲线时，转向架的导向轮11首先受到轨道曲线变化施加的作用力，迫使转向架相对于车厢1厢体转动，从而使转向架的转角发生变化。

如图4是车间减振器2阻尼参数的主动改变先于轨道曲线10半径变化引发的车间减振器2被动受力的示意流程：

视图顶部为共有示意流程：轨道曲线10变化——转向架导向轮11受力——转向架12受力、转向。

视图左侧为通过控制系统4主动改变车间减振器2阻尼参数的示意流程：转向架12受力转向使转向架支撑轴承发生的转角变化——曲线变化传感器5采集、传送转角变化信号——控制系统4获取、处理信号，形成、传送指令——电磁比例溢流阀一21获取、执行指令——车间减振器2主动改变阻尼参数。

视图右侧为通过多重机械部件受力传导后使车间减振器2被动受力的示意流程：转向架12受力转向——转向架与车厢连接构件13受力——车厢1受力——铰接安装部件14受力——车间减振器2被动受力。

其中的铰接安装部件14包括铰接支座6、转臂8、减振座7和销轴9等。

转向架支撑轴承（图中未示出）发生的转角变化，是指转向架支撑轴承固定在转向架12上，转向架支撑轴承中套有连接轴，连接轴的下端安装在空中轨道列车的车厢顶部。当转向架12受力转向时，将连同转向架支撑轴承一起转动，而轴承中的连接轴是不转动的，这时转向架支撑轴承就相对于连接轴有转角变化。

车间减振器2主动改变阻尼参数先于车间减振器2被动受力，其原因是：信号的传输、接受、处理到指令的形成、传送等的速度极快，可视为即时完成；而多重机械部件受力传导相对较慢，主要由某些部件之间的配合间隙引起，比如转向架与车厢连接构件13和转向架12之间的配合间隙、转向架与车厢连接构件13和车厢1之间的配合间隙等，其次就是传导过程各部件不同的受力方向也是力的传导滞后因素。

当然，车间减振器2主动改变阻尼参数先于车间减振器2被动受力的时间差是极短的，但这已经足够解决我们的问题。

如图1、2、5所示，所述设置传感器是还包括在车间减振器2上设置压力传感器一22，用于电磁比例溢流阀一21执行控制系统4指令的结果数据的回馈和空轨列车受到侧风风力变化导致车间减振器2产生受力变化时将反应这一变化的车间减振器2内油压压力变化通过压力传感器一22传递给控制系统4，并通过控制系统4控制电磁比例溢流阀一21即时对车间减振器2阻尼参数大小作适应性改变。

如图1、3所示，所述在铰接结构中设置可自动调节阻尼参数大小的减振机构，是还包括设置备用减振器3，当车间减振器2正常工作时，由车间减振器独立完成减振任务；当车间减振器2失效处于僵硬状态时，用备用减振器3执行减振任务。

如图1、2、3、6所示，上述方法是在相邻两节车厢1中的一节车厢1的车端设置铰接支座6，在铰接支座6上安装两端能够绕铰接支座6转动的转臂8，将转臂8的一端与车间减振器2的一端连接，将转臂8的另一端与备用减振器3的一端连接，将备用减振器3的另一端连接在安装铰接支座6的车端；在备用减振器3上设置电磁比例溢流阀二31，当车间减振器2正常工作时，电磁比例溢流阀二31将备用减振器3的阻尼流道关闭，使备用减振器3处于僵硬状态，进而使与备用减振器3连接的转臂8处于固定状态；当车间减振器2失效处于僵硬状态时，电磁比例溢流阀二31与控制系统4联控，使备用减振器3替代车间减振器2执行减振任务。所述当车间减振器2失效处于僵硬状态时，电磁比例溢流阀二31与控制系统4联控，是在控制系统4中预设失效判断与联控启动程序，利用压力传感器一22将电磁比例溢流阀一21按控制系统4指令改变车间减振器2阻尼参数大小而车间减振器2内阻尼液压力没有变化的执行结果回馈控制系统4后，由控制系统4判断车间减振器2失效并启动与电磁比例溢流阀二31的联控。其控制流程是，当车间减振器2失效处于僵硬状态时，如图6所示：控制系统4发出指令——压力传感器一22采集并传送车间减振器2内阻尼液压力无相应变化的信号——控制系统4根据发送指令与回馈信号判断车间减振器2失效——启动与电磁比例溢流阀二31和压力传感器二32的联控程序。

所述电磁比例溢流阀二31和压力传感器二32与控制系统4实现联控，只是正常情况下，控制系统4保持能够启动控制系统4与压力传感器二32的联控。实际上，控制系统4与电磁比例溢流阀二31和压力传感器二32的真正联控是在车间减振器2失效后开启的，其开启过程在前面的方法中已经描述。

如图1、2、4所示，一种根据上述方法设计的空轨列车主动控制车厢车端的铰接减振装置，包括设置在铰接结构中的车间减振器2，车间减振器2水平斜向设置在相邻两节车厢1之间，为铰接结构中连接相邻两节车厢1的唯一连接件；在车间减振器2上设置有电磁比例溢流阀一21和压力传感器一22，列车上设置有控制系统4，在车厢1上方转向架12上设置有采集转向架转角变化信息的曲线变化传感器5。压力传感器一22和曲线变化传感器5均与控制系统4之间建立传输路径，电磁比例溢流阀一21受控制系统4控制。其应用原理是：列车通过曲线时，轨道曲线10的任何变化（曲线半径大小的变化）都会立即引起转向架12的转角的变化，该变化信息被曲线变化传感器5即时采集并输送到控制系统4，在经控制系统4处理后形成指令发送给电磁比例溢流阀一21，电磁比例溢流阀一21按指令控制车间减振器2中阻尼液的流量，以此实现适应轨道曲线变化的车间减振器2阻尼参数的主动改变。这种改变是以电信号快速传导控制为主的即时性主动改变，要快于力的多重机械部件间的传导引起的车间减振器2的被动受力。

如图2、5所示，在前述方法中已经说明，压力传感器一22用于空轨列车受到侧风风力变化导致车间减振器2产生受力变化时将反应这一变化的车间减振器2内油压压力变化通过压力传感器一22传递给控制系统4，并通过控制系统4控制电磁比例溢流阀一21即时对车间减振器2阻尼参数大小作适应性改变。

如图1、3、6所示，所述空轨列车主动控制车厢车端的铰接减振装置，还包括设置在铰接结构中的备用减振器3；在相邻两节车厢1中的一节车厢1的车端设置铰接支座6，在铰接支座6上安装有两端能够绕铰接支座6转动的转臂8，转臂8的一端与车间减振器2的一端连接，转臂8的另一端与备用减振器3的一端连接，备用减振器3的另一端连接在安装铰接支座6的车端；在备用减振器3上设置有电磁比例溢流阀二31和压力传感器二32，电磁比例溢流阀二31和压力传感器二32与所述控制系统4联控；当车间减振器2正常工作时，备用减振器3处于僵硬状态；当车间减振器2失效处于僵硬状态时，备用减振器3替代车间减振器2执行减振任务。

如图1、6所示，压力传感器一22还用于电磁比例溢流阀一21执行控制系统4指令的结果数据的回馈，当车间减振器2失效处于僵硬状态时，控制系统4启动与电磁比例溢流阀二31和压力传感器二32的联控程序。

在流程示意图的图4、5、6中，均以方框图形代替实物示意图形，图中车间减振器2、电磁比例溢流阀一21、电磁比例溢流阀二31、压力传感器一22、压力传感器二32和车厢1均以方框图形代替图1、2、3中对应部件的实物示意图形。

上述实施例只用于更清楚的描述本发明，而不能视为限制本发明涵盖的保护范围，任何等价形式的修改都应视为落入本发明涵盖的保护范围之中。

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