基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统及方法与流程

本发明涉及磁悬浮列车导向技术，具体而言涉及一种基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统及方法。

背景技术：

普通轮轴结构的轨道车辆主要依靠轮轨关系实现列车的导向功能。而磁悬浮列车的导向装置主要有机械式导向系统和常导磁吸式的导向系统。

机械式导向系统目前常用的有两种方式：1是在车辆两侧安装导向轮，通过车体上的导向轮与导轨侧面滚动摩擦从而产生复原力，这个力与列车沿曲线行驶时的侧向力相平衡，使列车沿着导轨中心线行驶；2是在车体底部安装液压导向装置，当列车行驶在弯道时，一位滑台的动作带动第一液压缸的运动，同时相连的液压缸也随之动作，完成转弯的动作。

常导磁吸式的导向系统与悬浮系统类似，是在列车两侧面安装一组专门用于导向的电磁铁，使车体与导轨保持一定的间隙。当列车左右偏移时，车上的导向电磁铁与导轨的相互作用，从而使列车恢复到中间位置。

上述现有的磁悬浮列车在通过弯道或者导向时需要有外力辅助作用于列车的导向系统，可称该种列车导向系统为被动导向系统。被动导向系统是无法自主控制的，整个系统的稳定性无法保证，且主动调控能力差，智能化运行控制难度大。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统及方法，能够提高系统的稳定性和系统的智能化程度。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统，其包括：

转向架，其设置在磁悬浮列车的车架梁的端部，位于轨道与磁悬列车之间，且所述转向架与所述磁悬浮列车同步沿轨道移动；

轨道检测装置，其固定设置在磁悬浮列车运行的轨道上；

转向架传感装置，其设置在所述转向架上，用于与所述轨道检测装置交互，获得磁悬浮列车即将驶入的路段数据；

数据存储装置，其内存储由轨道上不同路段所对应的转向角度和行驶速度信息；

控制器，其连接所述转向架传感装置和数据存储装置，用于根据转向架传感装置所获得的磁悬浮列车即将驶入的路段数据查找数据存储装置中对应该路段的转向角度和行驶速度信息，根据所述转向角度和行驶速度信息输出相应的驱动控制信号；

执行装置，其连接所述控制器，用于接收控制器所输出的驱动控制信号，并按照所述驱动控制信号相应调整所述转向架相对于车架梁的角度，调节磁悬浮列车的行驶速度。

可选的，如上任一所述的基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统，其中，所述轨道检测装置至少设置在轨道的上坡路段、下坡路段、转弯路段和接缝路段；所述轨道检测装置包括：磁敏式检测装置、光电式检测装置和电磁式检测装置；

相应的，所述转向架传感装置包括：磁敏传感器、光电传感器、电磁传感器。

可选的，如上任一所述的基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统，其中，所述转向架包括：

前转向架，其沿磁悬浮列车的运行方向设置在车架梁的前侧端部，包括上层前转向架和下层前转向架，上层前转向架的中部下侧和下层前转向架的中部上侧之间连接有前转向架连杆，所述前转向架连杆垂直于所述轨道，所述上层前转向架位于所述轨道的上方，所述下层前转向架位于所述轨道的下方，所述上层前转向架和下层前转向架之间设置有与所述轨道相配合的磁悬浮模组，用于驱动所述上层前转向架和下层前转向架沿轨道运行并保持不与轨道直接接触；

后转向架，其沿磁悬浮列车的运行方向设置在车架梁的后侧端部，包括上层后转向架和下层后转向架，上层后转向架的中部下侧和下层后转向架的中部上侧之间连接有后转向架连杆，所述后转向架连杆垂直于所述轨道，所述上层后转向架位于所述轨道的上方，所述下层后转向架位于所述轨道的下方，所述上层后转向架和下层后转向架之间设置有与所述轨道相配合的磁悬浮模组，用于驱动所述上层后转向架和下层后转向架沿轨道运行并保持不与轨道直接接触。

可选的，如上任一所述的基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统，其中，所述轨道包括相互平行的两条；

所述前转向架连杆和后转向架连杆设置在两条轨道之间，所述上层前转向架、下层前转向架、上层后转向架和下层后转向架均设置为工字形结构，所述工字形结构的前后两端分别设置有垂直于轨道方向的横杆，所述横杆的左右两端分别位于两条所述轨道的正上方或正下方，所述工字形结构的中部设置为平行于轨道的连接部，所述连接部位于两条所述轨道的正中间；

所述车架梁沿平行于轨道的方向设置在上层前转向架、上层后转向架的连接部的上方，以及下层前转向架、下层后转向架的连接部的下方。

可选的，如上任一所述的基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统，其中，所述执行装置包括：

液压系统，其设置在所述车架梁的上方，包括顺序连接的溢流阀、油箱、滤油器、液压缸、液压泵和伺服换向阀，所述伺服换向阀的输入端连接控制器，接收驱动控制信号；

转向臂，其设置在所述上层前转向架或上层后转向架的上方，连接在上层前转向架的横杆和所述液压系统的输出端之间，或连接在上层后转向架的横杆和所述液压系统的输出端之间，用于接收液压缸所输出的力矩推动所述横杆相对所述车架梁转动相应角度。

可选的，如上任一所述的基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统，其中，所述液压缸包括：柱塞缸、活塞缸和摆动缸；所述液压泵包括叶片泵、齿轮泵和柱塞泵。

可选的，如上任一所述的基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统，其中，所述转向臂的形状包括“7”型、马蹄形、梯形。

同时，本发明还提供一种基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向方法，其包括以下步骤：

第一步，在磁悬浮列车沿轨道运行的过程中，实时利用设置在转向架上的转向架传感装置感应固定设置在磁悬浮列车运行的轨道上的轨道检测装置的信号，获得磁悬浮列车即将驶入的路段数据；

第二步，根据所述路段数据，实时在数据存储装置中查找轨道上该路段所对应的转向角度和行驶速度信息；

第三步，根据所述转向角度和行驶速度信息实时的输出相应的驱动控制信号至执行装置；

第四步，所述执行装置接收驱动控制信号，并实时的按照所述驱动控制信号相应调整所述转向架相对于车架梁的角度，调节磁悬浮列车的行驶速度。

有益效果

本发明将转向架设置为可以相对车架梁转动的结构，利用轨道上的轨道检测装置标识出磁悬浮列车的运行路段，通过转向架传感装置进行路段的识别从而从数据存储装置中调取相应的转向角度和行驶速度信息，由控制器根据该转向角度和行驶速度信息输出相应的驱动控制信号实现车速的匹配和控制转向架转动相应角度。本发明能够实时控制液压缸的运动以控制转向架转动，完成整个导向动作以提高系统的稳定性和系统的智能化程度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统中各装置安装方式的示意图；

图2是本发明中所使用的液压系统的示意图；

图3是本发明的系统中信号传输方式的示意图；

图4是运用本发明的磁悬列车在直线轨道上行驶方式的示意图；

图5是运用本发明的磁悬列车在直线轨道上行驶过程的示意图。

图中，1表示车架梁；2表示数据存储装置；3表示控制器；4表示液压系统；5表示转向臂；6表示前转向架；7表示转向架传感装置；8表示轨道检测装置；9表示轨道；10表示溢流阀；11表示油箱；12表示滤油器；13表示液压泵；14表示伺服换向阀；15表示液压缸；16表示后转向架。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1为根据本发明的一种基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统，其包括：

转向架，其设置在磁悬浮列车的车架梁1的端部，位于轨道9与磁悬列车之间，且所述转向架与所述磁悬浮列车同步沿轨道移动；

轨道检测装置8，其固定设置在磁悬浮列车运行的轨道上；

转向架传感装置7，其设置在所述转向架上，用于与所述轨道检测装置8交互，获得磁悬浮列车即将驶入的路段数据；

数据存储装置2，其内存储由轨道上不同路段所对应的转向角度和行驶速度信息；

控制器3，其连接所述转向架传感装置7和数据存储装置，用于根据转向架传感装置7所获得的磁悬浮列车即将驶入的路段数据查找数据存储装置中对应该路段的转向角度和行驶速度信息，根据所述转向角度和行驶速度信息输出相应的驱动控制信号；

执行装置，其连接所述控制器3，用于接收控制器所输出的驱动控制信号，并按照所述驱动控制信号相应调整所述转向架相对于车架梁1的角度，调节磁悬浮列车的行驶速度。

参考图3，上述系统中，通过由轨道检测装置8和转向架传感装置7所共同构成的检测装置获取对应磁悬浮列车行驶路段的数据，由控制器对该路段数据进行处理，输出相应的驱动控制信号至执行装置实现对列车运行速度和转向架设置角度的调节，使得转向架能够主动适应列车轨道状况，通过主动调节实现列车的平稳运行。具体而言，上述的实时交互控制过程可通过如下的步骤实现：

第一步，在磁悬浮列车沿轨道运行的过程中，实时利用设置在转向架上的转向架传感装置7感应固定设置在磁悬浮列车运行的轨道上的轨道检测装置8的信号，获得磁悬浮列车即将驶入的路段数据；

第二步，根据所述路段数据，实时在数据存储装置2中查找轨道上该路段所对应的转向角度和行驶速度信息；

第三步，根据所述转向角度和行驶速度信息实时的输出相应的驱动控制信号至执行装置；

第四步，所述执行装置接收驱动控制信号，并实时的按照所述驱动控制信号相应调整所述转向架相对于车架梁1的角度，调节磁悬浮列车的行驶速度。

由此，本发明所提供的基于位置信息大数据的磁悬浮列车主动导向系统能够利用列车上的存储器所存储的列车运行在复杂路段的行驶数据，包括道路数据和执行机构所需的执行数据，在列车在即将通过某个弯道上坡、下坡等路段时，由轨道上检测装置检测到列车即将行驶的该路段，由控制器接收检测装置所检测的信号而后判断出列车行驶到该路段的编号并在数据存储装置中提取出列车行驶在该段轨道中执行机构的动作信息，并对所得的信息进行解析运算，得出不同时刻转向架需要转向角度并发出伺服阀能接收的信号给液压伺服阀，实时控制液压缸的运动以控制转向架转动，完成整个导向动作。

具体而言，为实现灵活精准的转向架角度控制，本发明中可采用图1以及图4或图5所示的方式，将所述的转向架设置为包括如下结构：

前转向架6，其沿磁悬浮列车的运行方向设置在车架梁1的前侧端部，包括上层前转向架和下层前转向架，上层前转向架的中部下侧和下层前转向架的中部上侧之间连接有前转向架连杆，所述前转向架连杆垂直于所述轨道9，所述上层前转向架位于所述轨道的上方，所述下层前转向架位于所述轨道的下方，所述上层前转向架和下层前转向架之间设置有与所述轨道相配合的磁悬浮模组，用于驱动所述上层前转向架和下层前转向架沿轨道运行并保持不与轨道直接接触；

后转向架16，其沿磁悬浮列车的运行方向设置在车架梁1的后侧端部，包括上层后转向架和下层后转向架，上层后转向架的中部下侧和下层后转向架的中部上侧之间连接有后转向架连杆，所述后转向架连杆垂直于所述轨道9，所述上层后转向架位于所述轨道的上方，所述下层后转向架位于所述轨道的下方，所述上层后转向架和下层后转向架之间设置有与所述轨道相配合的磁悬浮模组，用于驱动所述上层后转向架和下层后转向架沿轨道运行并保持不与轨道直接接触；

转向架所运行的轨道可设置为图1所示的行驶，包括相互平行的两条。此时，所述前转向架连杆和后转向架连杆可设置在两条轨道之间提供导向，所述上层前转向架、下层前转向架、上层后转向架和下层后转向架均可具体设置为采用工字形结构，所述工字形结构的前后两端分别设置有垂直于轨道方向的横杆，所述横杆的左右两端分别位于两条所述轨道的正上方或正下方，所述工字形结构的中部设置为平行于轨道的连接部，所述连接部位于两条所述轨道的正中间；

所述车架梁1沿平行于轨道的方向设置在上层前转向架、上层后转向架的连接部的上方，以及下层前转向架、下层后转向架的连接部的下方。

由此，本发明可通过将由磁敏式检测装置、光电式检测装置和电磁式检测装置构成的轨道检测装置8设置在轨道的上表面，利用设置在上层前转向架前端面的磁敏传感器、光电传感器、电磁传感器实现对上述轨道检测装置8信号的识别，从而获得轨道即将进入上坡路段、下坡路段、转弯路段或接缝路段的信息，从而据此相应调节转向架实现不同路段的平稳过渡。

该转向架的竖直面呈“工”字形，其俯视面也呈“工”字形，可通过驱动“工”字形结构的中间部分相对车架梁1转动而实现对轨道不同路段的配合，从而实现列车的转向。所述转向架可设置于车架梁两端，并在其上装有实时检测轨道和转向架的相对位置的传感器，实现对转向程度的精准反馈。

该系统中，数据存储装置存储有列车在各个复杂路段的行驶数据；所述列车在各个路段的行驶数据包括列车行驶在弯道中转向架实时的转动角度和上坡、下坡、转弯和接缝等路段列车速度和加速度的数据。所述数据信息以在线存储、脱机存储、近线存储和异站保护等方式存储在数据存储器中。控制器接收由数据存储及检测装置所传输的信号，通过分析数据控制执行机构执行相应动作。所述数据存储及检测装置所发出的信号种类包括：数字信号和模拟信号；所述信号的传输方式包括：基带传输、频带传输、载波传输、异步传输模式atm。

具体而言，所述的执行机构可设置为包括转向架、液压传动系统、液压控制系统和转向臂：

所述液压系统4，其设置在所述车架梁1的上方，主要用于传递力和运动，本发明所采用的液压控制系统需要满足转向架转动的精度要求。包括顺序连接的溢流阀10、油箱11、滤油器12、液压缸15、液压泵13和伺服换向阀14，所述伺服换向阀14的输入端连接控制器，接收驱动控制信号，可快速响应输入信号从而输出与之成一定函数关系的力矩从而实现转向架的转向；其中，所述的液压缸可选择为柱塞缸、活塞缸和摆动缸等，用于给整个液压系统提供动力，该液压缸能够将液体的压力转化为机械能，驱动转向臂转动，以完成转向动作；所述液压泵包括叶片泵、齿轮泵和柱塞泵等；

所述转向臂5，其设置在所述上层前转向架或上层后转向架的上方，连接在上层前转向架的横杆和所述液压系统的输出端之间，或连接在上层后转向架的横杆和所述液压系统的输出端之间，由液压缸驱动从而带动转向架的转动。其形状可设置为“7”型、马蹄形、梯形等各种形式，所述的转向臂5能够接收液压缸15所输出的力矩推动所述横杆相对所述车架梁1转动相应角度。

具体参照图2所示的，所述的液压系统4中，液压传动可通过换向阀、溢流阀等控制阀；所述换向阀包括：电磁换向阀、液动换向阀和电液换向阀实现。其通过连接齿轮传动的执行机构，或液压气动传动的机构或其他驱动方式带动转向臂5实现对转向架的偏转，使其保持与轨道同步调整转向。

上述系统的运行过程参照图4和图5所示。其中的液压缸8具体可选用柱塞式液压缸，直径为40mm，长为100mm。该液压缸两端都有活塞杆，活塞杆的外端与转向臂2相连，液压缸在水平方向移动，带动转向臂的转动。所述油箱9尺寸为100×100mm。所述液压泵13可选用齿轮泵，给整个液压系统提供动力。所述液压阀包括溢流阀10、伺服换向阀14。液压泵将机械能转化为液体的压力能推动液压缸活塞的移动。其中的转向架结构可采用方形转向架构架。转向架整体结构长宽高大小可设置为约500mm。转向架6用过前后端架及中间横梁架部分实现与车架梁1、转向臂5之间的连接。当转向臂转动即可带动转向架的转动。

当列车运行在图4所示的直线轨道上时，由于检测装置安装在轨道上，因此可以在列车行驶某个检测装置上方时，发送信号给传感装置，从而通过控制器对传感装置所获取的路段信号进行识别，确定列车即将行驶的路段。控制器接收到检测所获得的路段数据后在数据存储装置中提取出列车行驶在该段轨道中执行机构的动作信息，并对所得的信息进行解析运算，得到执行机构动作所需要的命令以控制执行机构的动作。

当列车行驶到图5所示的半径为50m、长30m的右转弯道前5m时，轨道上的检测装置向控制装置发出列车即将通过该弯道的信号，控制装置向数据存储装置中提取出列车行驶在该段轨道中执行机构的动作信息，并对所得的信息进行解析运算，得出此时车辆在通道弯道前的速度降为5m/s，在进入弯道时转向架转动向右的角度5º并保持1s；在完成这个动作后，列车转向架即将再向右偏转5º并保持原有的速度行驶2s；在2s过后，得到列车转向架再向右偏转5º，保持原有的速度行驶3s后前转向架过完弯道；此时列车即将行驶在直道，检测装置将检测得到的信号传输给控制系统，控制系统分析信号得到列车前转向架即将左转7º，列车行驶速度为6m/s保持0.5s，之后再将前转向架回正，完成导向的动作。

当列车即将行驶在坡度为15º，高度为10m的上坡时，检测装置检测到列车即将上坡，控制装置从数据存储器中调取出列车行行驶在此路段的行驶数据，再对数据进行分析得出列车在此时的行驶速度为10m/s并保持此速度4s，完成上坡动作。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。