专利名称：无轨电车智能受电弓装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无轨电车受电弓的智能控制领域。具体涉及一种能控制无轨电车受电弓自动寻找接触线，实现无轨电车超车的机电一体装置。
背景技术：
无轨电车具有零排放，效率较高，马力较大，噪音较小等诸多优点。但是它只能在接触线下方较窄的范围内行驶，灵活度较差，不能超车，并且无轨电车的受电弓降下后，需要人工接入接触线，费时费力，限制了它的广泛应用。目前，社会上解决无轨电车自动升弓的装置都需要由人直接或者间接对准，不但降低了受电弓升弓的效率，而且在升弓时又分散了驾驶员精力，容易造成事故。其中，实现无轨电车升弓精确对准通常采用斜面机构，在行驶时，斜面的顶端容易产生相互干涉，降低了系统的可靠性，斜面的引导也给架空接触线带来很大的应力，较大地降低了接触线的使用寿命。在超车方面，提出了很多方法，归纳起来有如下两类一、将原来是两根裸线的接触线改造成槽形，侧面是正极，顶面是负极，而且原来双杆改造成为单杆。这样改造涉及到改造线路，成本很高。双杆改单杆失去稳定性，使电车可靠性和使用寿命下降，而且，超车过程中需要人工干预。二、使用滑道滑轨的方法，让后车的受电弓在前车的滑道中从后方滑至前方，这种方法只能实现单侧超车，而且，超车时，后车受电弓的纵向加速度非常大，容易造成后车受电弓弹起后脱离接触线。考虑到以上方法的缺点，我们设计了一种智能控制的无轨电车受电弓，实现受电弓能快速而准确的接入接触线和无轨电车超车，本方法可实现双侧超车，超车过程不用人工干涉，在对接接触线时可大大减少人工干预，有效提高无轨电车灵活性，降低驾驶员劳动强度。因此具有一定的实用价值。
实用新型内容本实用新型为解决现有无轨电车只能实现单侧超车且在超车过程中受电弓与接触线之间无法实现自动接入的问题，提供一种无轨电车智能受电弓装置。无轨电车智能受电弓装置，包括弓座总成、弓架总成和线夹总成，所述弓座总成一端安装在车顶上，弓座总成另一端与弓架总成的一端铰接，弓架总成另一端与线夹总成铰接；所述弓座总成包括圆形弓座体、弓座旋转电动机、受电弓位置传感器、第一受电弓升降电动机、第二受电弓升降电动机、摄像头、主断路器和中央控制器；所述第一受电弓升降电动机和第二受电弓升降电动机安装在圆形弓座体对称设置的用于铰接弓架总成的凸台上， 弓座旋转电动机固定在第一受电弓升降电动机的下部，中央控制器固定在第二受电弓升降电动机的下部，所述主断路器固定在第一受电弓升降电动机和第二受电弓升降电动机的一侧，所述受电弓位置传感器固定在车体上并与圆形弓座体的中心对准；摄像头固定在圆形弓座体外圆边缘上对称设置凸台的中间；所述弓架总成包括弓架体、弓架底座、弓架顶座、距离调节雷达、通信单元、红外线摄像头和拉紧弹簧；所述弓架顶座固定在弓架体的一端与线夹总成连接；弓架底座固定在弓架体的另一端与圆形弓座体连接；所述红外线摄像头安装在靠近弓架顶座的中间位置， 所述距离调节雷达安装位置靠近弓架顶座与红外线摄像头的位置平行，并在所述红外线摄像头的下方；所述通信单元设置在弓架体上，拉紧弹簧设置在弓架体的下部靠近弓架底座处；所述线夹总成包括活动线夹、线夹基板、基座和驱动齿轮，所述活动线夹和驱动齿轮以齿轮齿条方式啮合；所述活动线夹底部的凸脊与线夹基板上的凹槽配合；线夹基板与基座铰接连接。本实用新型的工作原理本实用新型为了克服无轨电车超车和受电弓与接触线的自动接入问题，在现有无轨电车受电弓的基础上进行改进，提供了一种对无轨电车受电弓进行智能控制的解决方案。它实现了 一、受电弓在接触线位于车顶摄像头拍摄范围内的情况下，自动定位和接入接触线；二、自动控制两辆在同条接触线上运行的无轨电车实现超车动作。本实用新型是通过基于红外线摄像头图像处理的接触线跟踪程序寻找和粗定位接触线线，控制弓座旋转电动机调整受电弓角度，使受电弓头位于接触线正下方附近。活动线夹的开合可以弥补接触线跟踪程序粗定位的误差，从而使受电弓准确接入接触线。超车时，使前车的受电弓垂直降下，并且根据接触线与后车之间位置关系判断是否要求前车受电弓回位。前车在降弓不回位的情况下启动接触线跟踪程序保持降下的受电弓位于接触线正下方附近，让后车受电弓从前车受电弓上方通过，然后前车垂直升弓，实现超车；前车在降弓回位的情况下使降下的受电弓回到车体边缘位置，为后车受电弓提供超车空间，等待后车超过后，再自动摆出并升弓。此外，设计了可活动的线夹机构，该机构在受电弓降下时分开，升起后合拢，分开时两线夹壁之间形成50cm距离，用来弥补接触线跟踪程序的定位误差。本实用新型的有益效果本实用新型可以自动、快速、准确地定位接触线并升弓与之接触，在驾驶员指令下断开。电车运行时，可以自动实现两辆无轨电车的互相超车动作。 控制精度较高，可行性较强，可以使无轨电车行走更加自由、快捷。对于无轨电车的推广与普及具有重大作用。此外，它还可以用于今后纯电动公共汽车的充电，节省充电站建设和电动公共汽车运行的成本。
图1为本实用新型所述的无轨电车智能受电弓装置的总体装配图；图2为本实用新型所述的无轨电车智能受电弓装置中受电弓座总成装配图；图3为本实用新型所述的无轨电车智能受电弓装置中受电弓架总成装配图；图4为本实用新型所述的无轨电车智能受电弓装置中线夹总成装配图；图中1、弓座体，2、弓架体，3、线夹总成，4、受电弓位置传感器，5、弓座旋转电动机，6、第一受电弓升降电动机，7、第二受电弓升降电动机，8、主断路器，9、中央控制器，10、 摄像头，11、弓架底座，12、弓架顶座，13、距离调节雷达，14、通信单元，15、接触线，16、活动线夹，17、驱动齿轮，18、基板，19、基座，20红外线摄像头，21、拉紧弹簧。
具体实施方式
具体实施方式
一、结合图1至图4说明实施方式，无轨电车智能受电弓装置，包括弓座总成、弓架总成和线夹总成，所述弓座总成一端安装在车顶上，弓座总成另一端与弓架总成的一端铰接，弓架总成另一端与线夹总成3铰接；所述弓座总成包括圆形弓座体1、弓座旋转电动机5、受电弓位置传感器4、第一受电弓升降电动机6、第二受电弓升降电动机7、 摄像头10、主断路器8和中央控制器9;所述第一受电弓升降电动机6和第二受电弓升降电动机7安装在圆形弓座体1对称设置的用于铰接弓架总成的凸台上，弓座旋转电动机5固定在第一受电弓升降电动机6的下部，中央控制器9固定在第二受电弓升降电动机7的下部，所述主断路器8固定在第一受电弓升降电动机6和第二受电弓升降电动机7的一侧，所述受电弓位置传感器4固定在车体上并与圆形弓座体1的中心对准；摄像头10固定在圆形弓座体1外圆边缘上对称设置凸台的中间；所述弓架总成包括弓架体2、弓架底座11、弓架顶座12、距离调节雷达13、通信单元14、红外线摄像头20和拉紧弹簧21 ；所述弓架顶座12固定在弓架体2的一端与线夹总成3连接；弓架底座11固定在弓架体2的另一端与圆形弓座体1连接；所述红外线摄像头 20安装在靠近弓架顶座12的中间位置，所述距离调节雷达13安装位置靠近弓架顶座12与红外线摄像头20的位置平行，并在所述红外线摄像头20的下方；所述通信单元14设置在弓架体2上，拉紧弹簧21设置在弓架体2的下部靠近弓架底座11处；所述线夹总成3包括活动线夹16、线夹基板18、基座19和驱动齿轮17，所述活动线夹16和驱动齿轮17以齿轮齿条方式啮合；所述活动线夹16底部的凸脊与线夹基板18 上的凹槽配合；线夹基板18与基座19铰接连接。受电弓升起时，接触线嵌入到两个活动线夹16之间。本实施方式中还包括监视屏幕和升弓按钮、降弓按钮、左右调节按钮，所述监视屏幕和升弓按钮、降弓按钮、左右调节按钮安装在无轨电车的仪表盘上。结合图1所示的受电弓总体装配，本实施方式所述的弓座体1用于支持整个受电弓系统，由弓座旋转电动机5驱动，可以绕弓座体的中心轴旋转，用于改变受电弓位置实现受电弓弓头对接触线电线的自动追踪和对准；所述弓座体1上同时安装有摄像头10，可将图像反馈到驾驶员处，方便驾驶员判断受电弓的位置；受电弓架总成是一个铰接在受电弓座总成上的支架，在弓架体2上安装的红外线摄像头20，可通过接触线电线的热量，对电线成像，经过图像处理可实现在受电弓降下超车时跟踪电线，在升弓之前粗略定位接触线，为随时升弓做好准备。它由安装在受电弓座内的第一受电弓升降电动机6、第二受电弓升降电动机7和弹簧驱动，用于实现升弓、降弓动作。活动线夹16由驱动齿轮17驱动可实现自动合拢、放开。降弓后，线夹放开，其间距达到50cm，在升弓时用来弥补接触线跟踪程序的误差，升弓后，活动线夹16合拢，使线夹壁间距与现有的无轨电车相当。结合图2，本实施方式所所示的弓座总成安装在车顶上，用于支持受电弓，检测和调整受电弓位置，使受电弓自动跟踪接触线，并具有接通和断开受电弓与汽车的电源连接的作用。受电弓位置传感器4用于通过检测弓座体1相对汽车的转角，判断当前受电弓位置，可以采用现行通用红外线计数器来实现。弓座旋转电动机5用于在中央控制器9的控制下，准确调节受电弓的位置，使受电弓在降下时可以处于接触线电线正下方，为随时升弓做好准备，可以采用通用步进电机实现。第一受电弓升降电动机6和第二受电弓升降电动机7用于在中央控制器9的控制下，自动举升和降下受电弓，可以使用通用步进电机或者直流电机实现。主断路器8用于在受电弓即将落下时，断开受电弓和汽车的电气连接；在刚刚升起后，接通受电弓和汽车的电气连接，这样可避免在升降瞬间产生巨大电弧，可采用无轨电车或者铁路电力机车主断路器实现。中央控制器9用于在司机的控制下，处理各种传感器信号，执行控制程序，准确、流畅地控制受电弓的各种动作。摄像头10用于在无轨电车驶入电气化区段后，司机监视接触线和受电弓的运行情况，并在自动系统失效时，为司机手动控制全系统运行提供依据，所述电气化区段为工作路段上方架有接触线的工作路段。结合图3，本实施方式所述的弓架总成用于支持线夹总成3，弓架底座11用于与弓座体1连接，并在第一受电弓升降电动机6和第二受电弓升降电动机7的驱动下实现升弓降弓。弓架顶座12用于与线夹总成3连接。距离调节雷达13用来检测在同一接触线上的前方是否有其他的无轨电车受电弓，并判断距离和相对速度，为升弓降弓控制提供依据。可以使用自适应巡航系统所使用的距离调节雷达，它可以自动检测障碍物并且判断障碍物方位、距离、相对速度。通信单元14用于在距离调节雷达13检测到前方有电车时，与前方电车通信，以判断是哪一辆电车需要降弓，并发送降弓命令。可采用蓝牙通信装置，它可以实现30米范围内的通信，并具有快速搜索、验证、通信的特点。红外线摄像头20用于根据接触线电线发出的热量对接触线成像，通过中央控制器进行图像处理后得出接触线电线的位置，并以此为依据控制基座步进电机在受电弓降下时跟踪接触线电线。可采用慧通公司的通用红外线摄像头实现此硬件功能。拉紧弹簧21 安装在受电弓架与弓座之间，使受电弓架升起时紧拉受电弓架，受电弓架产生一个向上的弹力，保证线夹顶紧接触线。本实施方式结合图4所述的线夹总成3可以在受电弓降下后打开活动线夹16，升起后合上活动线夹16，并使线夹中心线始终与汽车中心线平行，可以补偿接触线跟踪程序的误差。活动线夹16由限位壁、齿条机构和滑块机构组成。限位壁是绝缘体，用于与接触线接触，在升弓后引导受电弓沿着接触线运动。齿条用来与由步进电机驱动齿轮17配合， 驱动线夹合拢或者放开。齿条上表面是本受电弓的滑板，它直接与接触线接触。齿条上表面一半用导体，一半用绝缘体制造，一般而言，活动线夹16合拢时在两个限位壁之间的部分应用导体以实现取流，之外的部分应用绝缘体防止活动线夹16分开时造成短路。驱动齿轮17 它由镶嵌在基板18内的电动机带动，实现活动线夹16的自动分开和合拢，需用绝缘体制造。基板18 铰接在基座19上支持线夹总成3上面部分的板子，它由步进电机驱动， 在中央控制器9的控制下，让基板18转动严格保持与受电弓弓座体1速度相同、方向相反， 这样可以保证线夹中心线与汽车中心线始终重合，减少定位的难度。基板18内嵌有步进电机用来驱动活动线夹16，基板18和基座19用以支持整个线夹总成3，基座19下部分与受电弓弓架体2间隙配合，以补偿两条接触线之间距离上的误差。本实施方式所述的受电弓位置传感器4采用红外线计数器；通信单元14使用距离无线通信装置或者蓝牙通信装置；距离调节雷达13使用ACC自适应巡航系统使用的距离调节雷达，红外线射像头20可采用通用红外线摄像头，中央控制器9可采用飞思卡尔单片机， 各种辅助设备、步进电机和回位弹簧等按照需要选择。
权利要求1.无轨电车智能受电弓装置，包括弓座总成、弓架总成和线夹总成(3)，所述弓座总成一端安装在车顶上，弓座总成另一端与弓架总成的一端铰接，弓架总成另一端与线夹总成 (3)铰接；其特征是所述弓座总成包括圆形弓座体(1)、弓座旋转电动机(5)、受电弓位置传感器G)、第一受电弓升降电动机(6)、第二受电弓升降电动机(7)、摄像头(10)、主断路器(8)和中央控制器(9)；所述第一受电弓升降电动机(6)和第二受电弓升降电动机(7)安装在圆形弓座体(1)对称设置的用于铰接弓架总成的凸台上，弓座旋转电动机(5)固定在第一受电弓升降电动机(6)的下部，中央控制器(9)固定在第二受电弓升降电动机(7)的下部，所述主断路器(8)固定在第一受电弓升降电动机(6)和第二受电弓升降电动机(7) 的一侧，所述受电弓位置传感器(4)固定在车体上并与圆形弓座体(1)的中心对准；摄像头 (10)固定在圆形弓座体(1)外圆边缘上对称设置凸台的中间；所述弓架总成包括弓架体O)、弓架底座(11)、弓架顶座(12)、距离调节雷达(13)、通信单元(14)、红外线摄像头00)和拉紧弹簧；所述弓架顶座(1 固定在弓架体(2) 的一端与线夹总成⑶连接；弓架底座(11)固定在弓架体⑵的另一端与圆形弓座体⑴ 连接；所述红外线摄像头OO)安装在靠近弓架顶座(1 的中间位置，所述距离调节雷达 (13)安装位置靠近弓架顶座(12)与红外线摄像头OO)的位置平行，并在所述红外线摄像头OO)的下方；所述通信单元(14)设置在弓架体( 上，拉紧弹簧设置在弓架体(2) 的下部靠近弓架底座(11)处；所述线夹总成(3)包括活动线夹(16)、线夹基板(18)、基座(19)和驱动齿轮(17)，所述活动线夹(16)和驱动齿轮(17)以齿轮齿条方式啮合；所述活动线夹(16)底部的凸脊与线夹基板(1 上的凹槽配合；线夹基板(1 与基座(19)铰接连接。
2.根据权利要求1所述无轨电车智能受电弓装置，其特征在于，它还包括监视屏幕和升弓按钮、降弓按钮、左右调节按钮，所述监视屏幕和升弓按钮、降弓按钮、左右调节按钮安装在无轨电车的仪表盘上。
3.根据权利要求1所述无轨电车智能受电弓装置，其特征在于，所述受电弓位置传感器(4)采用红外线计数器；通信单元(14)使用距离无线通信装置或者蓝牙通信装置；距离调节雷达(13)使用ACC自适应巡航系统使用的距离调节雷达。
专利摘要无轨电车智能受电弓装置，涉及无轨电车受电弓的智能控制领域，它解决了现有无轨电车只能实现单侧超车且在超车过程中受电弓与接触线之间无法实现自动接入的问题，无轨电车智能受电弓装置，包括弓座总成、弓架总成和线夹总成，弓座总成安装在车顶上，弓座总成的一端与弓架总成铰接，弓架总成与线夹总成铰接；弓座总成包括圆形弓座体、弓座旋转电动机、受电弓位置传感器、第一受电弓升降电动机、第二受电弓升降电动机、摄像头、主断路器和中央控制器；弓架总成包括弓架体弓架底座、弓架顶座、距离调节雷达、通信单元、红外线摄像头和拉紧弹簧；线夹总成包括活动线夹、线夹基板、基座和驱动齿轮，本实用新型大大提高无轨电车的运行效率和灵活性。
文档编号B60L5/22GK201961161SQ20112001162
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日
发明者叶翔, 张明新, 王登峰 申请人:吉林大学