专利名称：带有可操纵轮组的车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有可操纵轮组的车辆。本发明主要描述的实施例特别适用于自动导轨传输(AGT)系统，该系统用于小型单独车辆，能够高速运行。同时，本发明还适用于其它各种轨道或导轨系统。
美国专利4,982,671(Chollet等)就披露了这样一种涉及轨道车辆的系统。这样的车辆由转向架支撑，每一个转向架包含两个轮组。电磁(或其它)传感器用来探测转向架相对于轨道的横向位置。至少有一个传感器探测两个轮组之间的角度。两个轮组经联杆和驱动器相连，从而可改变两个轮组之间的角度以操纵转向架。伺服控制回路接收来自传感器的信号并控制驱动器响应所探测到的转向架的位置来操纵轮组。
欧洲专利374,290(Girod等)披露了另一涉及轨道车辆的系统。这种车辆包括四个可单独操纵的轮子。位于车辆前端和后端的激光传感器用来探测轨道中心线和车辆纵轴之间的差距。一个伺服控制机构响应传感器的信号控制转向驱动器以操纵轮子。
上述两种装置的缺点是在轮—轨接触区的侧向力必须具有双重作用，也即操纵转向架和抵消任何侧向力，如车辆comering时所受到的离心力。因此，可用作操纵转向架的力取决于可得到的全部力和用作抵消任何外部侧向力的力的差。在轨道应用中，钢轮在钢轨上滚动，总的力可能非常小。这种总的力可能大部分需要用来抵消离心力，只剩很小的力用于操纵轮组，从而导致轮缘和轨道之间频繁接触。
美国专利5,730,064(Bishop)披露了另一种系统，涉及用于轨道车的自操纵转向架。当从侧面看时，轮组是这样装配的轨道曲度在转向架的两个轮组之间产生一个扭转角。设置连接两个轮组的机构响应轨道曲度以操纵轮组。当应用于小型的车辆导轨系统中时，与标准的轨道系统相比，这种系统通常使用更大的曲度，这种装置的缺点是由快速改变超高所产生的扭转角所导致的转向错误。这可增加或减小所要求的理想的转向角度，导致轮组从理想的路径上偏离。
通过提供一种带有可操纵轮组的车辆，使车辆上的侧向力或扰动力最小化，本发明更适宜克服上述缺点。
在第一个实施例中，每一轮子相对于基本行进面施加一个啮合力。每个轮子上的啮合力包括与各自的基本行进面相垂直的分量和大体上横过导轨中心线的与基本行进面平行的分量，其特征在于作用在轮组上的与导轨中心线大体垂直的水平力基本上被垂直分量的水平向量之和所抵消。
在第二个实施例中，每一个轮子在接触区相对于基本行进面施加一个啮合力，每个轮子上的啮合力包括与各自的基本行进面相垂直的第一分量和大体上横过导轨中心线的与基本行进面平行的第二分量，其特征在于垂直于其中一个轮子的旋转轴的第一平面经过其相应的接触面，垂直于另一轮子旋转轴的第二平面通过其相应的接触区，第一和第二平面相交线产生于两个轮子之间的上方。其特征在于作用于轮组上的在相交线上或相交线附近与导轨中线相交的水平力基本上被作用于基本行进面上的啮合力的垂直分量所抵消，从而大致上作用在基本行进面上的啮合力的所有水平分量都可用于操纵轮组。
优选相交线通过车辆的重心。
优选探测装置包括至少一个传感器，位于轮组前部或后部，或位于轮组横向偏移处。另一种方案，探测装置包括至少两个传感器，其中一个位于轮组的前部，而另一个位于轮组的后部。优选纵向放置的参考路径大体与导轨中线接近。
另外一种方案，优选纵向放置的参考路径大体平行于导轨中线但与导轨中线有一横向偏移量。
优选第二行进面紧邻并大体平行于至少一个基本行进面。
优选纵向放置的参考路径与第二行进面相邻近。
另外一种方案，优选第二行进面紧邻并大致平行于每一基本行进面，纵向布置的参考路径邻近两个第二行进面之间的侧部中心线。
优选两个轮子中的至少一个轮子包括一个轮缘，适合于第二行进面啮合。
优选控制系统计算一个虚拟纵向参考路径，参考路径不必平行或邻近导轨中线。
本发明的实施方案
图1和2示出了在已有技术所描述的导轨(轨道)类型上行驶的车辆。这种车辆包括两个连接至车体2上的可操纵的轮组1，每一个轮组1包括轴10和两个轮子12。转向驱动器3用来控制轮子相对于车身的角度。传感器4用来探测车辆和导轨5之间轨道误差。控制器6处理来自传感器的信号并向转向驱动器3输出控制信号。当探测到轨道误差时，操纵轮组1使误差最小化。
在这样的车辆中，如图2所示，轴10基本上是水平的。当对车体2施加侧向力F时，受到轮到导轨的啮合力的反作用。这些反作用力可被分解为垂直分量AN和BN，和水平分量AT和BT。当相对于前进方向以某个角度操纵轮子时，就会产生滑动角，在接触区小量的滑动产生一侧向力(AT和BT)。这个侧向力与滑动角相关，图3中的曲线示出了这种情况的典型关系。这种关系依赖于轮子和导轨材料，以及它们的表面结构和润滑。可提供的侧向力在滑动角δ1时达到最大值，超过δ1时不产生额外的侧向力。在图2所示的例子中，调整轮组1以便侧向力F由AT和BT的合力所抵销，如图3所示的曲线，AT等于C1。为了产生力C1，必须调整轮组1，使轮子12产生一个相对于前进方向的滑动角δ0。仅剩下力C2可用于操纵轮组1。若所需要的侧向力超过C2，操纵控制就会失效，轮子在力F方向滑动而不能沿所希望的路径运动。在这种情况下，轮组必须借助其它手段(如轮缘)来保证它安全行驶在导轨上。
图4至6示出了根据本发明的车辆的第一实施例，它包括可操纵的轮组21，每一轮组包括轴26、在导轨19基本行进面54上行驶的两个轮子15，轮子15安装在车体16上。转向驱动器17用来控制车体16与轮组21之间角度。传感器18用来探测车辆和导轨19之间横向位移。控制器20处理来自传感器18的信号，并向转向驱动器输出信号作为轮组21相对于导轨中心线39的横向位移的一个函数。当探测到横向位移误差时，调整轮组21以便使误差最小化。
如图6所示，如同轮到导轨滚动界面上的基本行进面54，轮子15(安装在轴端25)的旋转轴28向导轨中心线39方向向下倾斜。同样，当侧向力F施加到车体16上时，受到轮到导轨的啮合力反作用。这些力可被分解为第一垂直分量PN和QN和第二平行分量PT和QT。每一个力有一分量平行于所施加的侧向力F，其合力反作用力F。
当转弯时，传感器18探测到车辆偏离导轨中心线39的距离，控制器20作出响应去操纵轮组21，使偏离的距离向0减少。产生的滑动角δ在轮到导轨的界面上产生侧向力，引起车辆加速朝向曲线的瞬时中心。作用在车辆重心50上的离心力F基本上被外轮上增加的法向力PN所抵消，而不是增加切向力PT和QT。若PT和QT很小，那么如图7所示轮子就不必以很大滑动角δ0行驶。因此，所提供的最大切向力C2的大部分可被用于操纵轮组21和保持它与导轨中心线39对直。
优选车辆的重心50和轮子15排列为重心50接近轮子平面51的相交线52。在这种配置下，作用在重心50上的离心力或外部扰动力基本上被外轮上增加的法向力PN所抵消，内轮上的法向力QN则相应减少。如图8所示，PN的水平分量PH和QN的水平分量QH之间的差异，基本上抵消了离心力或外部扰动力F的合力。
图9描述了本发明的第二实施例，其中车辆有一个包括轮子15的轮组21，适合在如轨道19的导轨上行驶。传感器18探测轨道19上的各个轮子15到其相应第二行进面38的接近度d1、d2。所探测到的接近度d1、d2平衡后产生相对于导轨中心线39的轮组21的中心线49的横向位置。在这个实施例中，每一个轮子15各有一个轮缘37。轮缘37分别与轨道19上的第二行进面38啮合，以防操纵失败、或由横向加速度或侧风力载荷所产生的车辆过大偏载。在其它没有示出的实施例中，传感器18可探测轮子至轨道19上一些其它部件之间的接近度。
如图10所示的本发明的第三个实施例中，传感器18可探测到导轨行进面40的不同路径。在这个实施例中，相应于导轨中心线39，使用纵向放置参考路径41。可是，它可被理解为这样的路径可真实的位于导轨行进面40之间，如参考路径41a和传感器18a所描绘的假想线，或位于导轨行进面40的外部，如参考路径41b和传感器18b所描绘假想线。另一种方案参考路径可以是虚拟路径，与导轨行进面40之间具有一些预定的变量关系。
在其它一些没有示出的实施例中，也可使用其它方法来支持和操纵车轮。这些方法包括可用单个操纵轴来操纵单轮，而不是操纵完全的轮组21。安装在轮组21上的传感器18可探测到轮组21相对于导轨19的每一个行进面(也就是相对于导轨中心线39)的横向位移。传感器18优选位于轮组21的前部并连接到控制器20。在其它没有示出的实施例中，传感器18可位于轮子的前部、侧部、和/或甚至尾部。
传感器18、控制器20和驱动器17可包括液压或电动设备及其组合设备。
这方面的专业技术人员可认识到在不离开本发明的宗旨和范围内，本发明可有许多变化和改进。
权利要求
1.一种带有至少一个可操纵轮组的车辆，适于在带有分布于导轨中心线两侧的两个基本行进面的导轨上行驶。轮组包括一对轮子，每一个轮子位于轮组的相对一侧，分别与两个基本行进面相啮合，车辆还包括探测装置，用来探测轮组相对于纵向参考路径的横向位移，探测装置所产生的信号可使与驱动装置相连的控制系统响应所探测到的横向位移操纵轮子，其特征在于轮子的旋转轴和基本行进面是向下偏向导轨中心的。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于每个轮子与其基本行进面产生啮合力，每个轮子上的啮合力包括与基本行进面相垂直的分量和大体上横过导轨中心线的与其基本行进面相平行的分量，其特征在于作用在轮组上的基本上穿过导轨中心线的水平力可被垂直分量的水平向量所抵消。
3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于每一个轮子在接触区相对于基本行进面施加一个啮合力，每个轮子上的啮合力包括与各自的基本行进面相垂直的第一分量和大体上横过导轨中心线的与基本行进面平行的第二分量，其特征在于垂直于其中一个轮子的旋转轴的第一平面经过其相应的接触面，垂直于另一轮子旋转轴的第二平面通过其相应的接触区的形心，第一和第二平面相交线产生于两个轮子之间的上方。其特征在于作用于轮组上的在相交线上或相交线附近与导轨中线相交的水平力基本上被作用于基本行进面上的啮合力的垂直分量所抵消，从而大致上作用在基本行进面上的啮合力的所有水平分量都可用于操纵轮组。
4.根据权利要求3所述的车辆，其特征在于相交线通过车辆的重心。
5.根据权利要求1至3所述的车辆，其特征在于探测装置包括至少一个位于轮组的前部或后部、或位于轮组两侧的传感器，或者探测装置包括至少二个传感器，其中一个传感器位于轮组的前部，另一个传感器位于轮组的后部。
6.根据权利要求1至3所述的车辆，其特征在于纵向布置的参考路径基本上与导轨中心接近。
7.根据权利要求1至3所述的车辆，其特征在于纵向布置的参考路径基本上平行于导轨中心线但位于导轨中心线的两侧。
8.根据权利要求1至3所述的车辆，其特征在于第二行进面紧邻且平行于至少一个基本行进面。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于纵向布置的参考路径大体上与第二行进面邻近。
10.根据权利要求1至3所述的车辆，其特征在于第二行进面邻近并大体上平行于每一基本行进面，纵向布置的参考路径与两个第二行进面之间的横向中心线接近。
11.根据权利要求8至10所述的车辆，其特征在于至少一个轮子还包括适合与第二行进面啮合的轮缘。
12.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于控制系统计算出虚拟纵向布置的参考路径，不必平行或接近导轮中心线。
全文摘要
一种具有可操纵轮组的车辆,各个轮子(15)向内倾斜,在具有中心线(39)的导轨的向内倾斜的表面(54)上行驶。所述车辆具有探测装置用来探测轮组相对于纵向参考路径的横向位移。探测装置可向包括驱动装置的控制系统发送信号,从而响应所探测到的横向位移来操纵轮组。
文档编号B61B13/00GK1370121SQ00811633
公开日2002年9月18日 申请日期2000年7月28日 优先权日1999年8月10日
发明者斯卡特·菲利浦·尼尔·泰勒 申请人:毕索伯澳大利亚有限公司