独立式同步轨道交通的制作方法

专利名称：独立式同步轨道交通的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新的公共交通模式和交通理念，能解决目前城市交通拥堵问题。
背景技术：
目前，城市交通主要有公路和地铁两种模式。作为公共交通均存在多站点停靠问题，这导致大量的能源和时间的浪费；更为普遍的公路交通还存在大量的交叉路口等待问题，这又是一个巨大的能源和时间的浪费。在公共交通上如何大副降低能耗、提高效率、解决拥堵，仍无较好的办法。

发明内容
为了有效解决城市交通拥堵，降低交通能耗，提高交通效率，本发明提供了一种新的交通模式和交通理念。以该模式建成的轨道交通网，其网内车厢可实现无交叉路口等待， 无中间站点停靠，全程全速高效运行，对于乘员也几乎没有上车前的等待问题，且占地面积远小于公路的占地面积。本发明所采用的技术方案是采用独立小车厢和单向小轨道，轨道网内的车厢遵从统一的时钟节率进行同步运行，车厢由电力驱动，系统程序监控，自动完成全程运行。独立小车厢(以下简称“车厢”)长1. 6米，宽1. 2米，高1. 2米，流线外形；内设并排两座位，可搭载1人或2人(为同一目的地站点)；车厢前后两轮轴位于底盘中线的主梁上，分别由各自轮轴上的电机(为电动、发电两用电机)驱动；车厢的制动主要由发电机将车轮转动的动能转换成电能来完成，产生的电能储存于车内蓄电池中；轮轴两端是两个承载车厢体的负载杆，负载杆通过减振器和一个外径50厘米的推力圆锥滚子轴承与车厢体连接；轮轴中间为电机壳体，壳体内为电机，电机转轴与钢轮的中心轴为同一根轴；壳体上方有一圆柱形壳体稳定柱，以壳体稳定柱为中心点，轮轴可在轨道面随轨道方向的改变进行自由转向；壳体上有一延伸至轨道槽内的锥体。锥体上窄下宽，卡于轨道槽内起到防止车厢脱离轨道的作用，正常运行时锥体侧面的安全滚轮与轨道内侧面间隙2-3毫米；锥体两侧有延伸出的电刷，可从轨道两个内侧面的电源极面导入动力电源驱动轮轴上的电动机； 锥体底面上设有两个位置信号发生器(为嵌入式的独立永磁铁，N极向外)、两个位置感应端口、一组信号发送端口、一个信号接收端口和一个故障信号发送端口，可与轨道进行位置和控制信号的发送和接收。各端口均为感应线圈构成，每一感应线圈由一对引线与系统电路相联。一个锥体的两个位置感应端口的引线经逻辑或运算电路合成一路后输入系统。车厢纵向轴线上的前后两端点外侧，各安装有一个“缓冲极面”，此极面由直流线圈产生磁极， N极向外，可避免前后两车厢发生钢性碰撞。若通过轮轴延伸杆在车厢底盘前后轮轴上加装 4个普通橡胶轮胎，并在车厢内设置相应的操纵杆及制动器，则此车厢可作为私人车厢进入普通公路运行。单向小轨道的轨道横截面为“U”型，U型槽口内宽M厘米、外宽30厘米，单侧轨道面宽3厘米，轨道高14厘米，底部宽32厘米。轨道两内侧面上安装有动力电源的两个极面，电源极面随轨道延伸，为车厢提供动力。轨道每隔1. 2米距离有一宽5厘米，厚3. 5厘米的轨道连接段将“U”型轨道两侧立面在底部连接起来，铺设轨道时可对两侧面做进一步固定。在主轨道上每间隔2个轨道连接段处的轨道连接段上表面两端，安装有一对轨道位置信号发生器，即主轨道上每两对轨道位置信号发生器间隔3. 6米；其他轨道段的位置信号发生器间隔由该处车厢预设速度确定。轨道位置信号发生器是一个永磁铁，一般为N极向上，当车厢经过时此磁极在车厢锥体上的位置感应端口感应产生一个位置脉冲。部分轨道段(汇入点和分叉点附近)在轨道位置信号发生器边上还装有位置感应端口、信号发送端口、信号接收端口和故障信号接收端口，以实现与车厢进行位置信号和控制信号的传送与接收。所有端口均为线圈构成，并且每一线圈由一对引线连接到相应的汇入点或分叉点， 以实现对相关信号的传送。轨道网内需“十字”交叉的轨道均采用立体交叉形式，两轨道交叉处在垂直面上保持1. 8米-2. 0米的高度差，两条轨道在同一平面的相交均为同向的“人” 字交叉，其交叉点在这里称为“汇入点，，(两个轨道上的车厢经该点汇入到一条轨道上同向运行)或“分叉点”(一个轨道上的车厢经该点分开到两条轨道上运行)。在转弯处的轨道， 轨道面设置为向转弯中心方向倾斜一定角度，其角度值根据转弯半径和该处轨道预设速度确定，以最大限度抵消车厢在转弯时产生的离心力减小轨道对车厢钢轮内沿以及锥体安全滚轮的压力。若从一公路附近轨道的适当位置，通过一专用分叉点(称为“脱网分叉点”)延伸出一条专用轨道(称为“过渡段轨道”)至普通公路路面，轨道的末端段轨道方向与在该处公路上的行车同向。则私人车厢可经此分叉点脱离轨道网并减速成后进入普通公路运行。这样，在单向运行的基础上，还要避开两车厢在同一时刻通过同一汇入点。这由在网车厢遵从统一时钟节率同步运行和对车厢运行的适时监控来实现的。把时间分为时长较短的、连续的、一段段等长度的时间单元，其中每一段时间单元均称之为轨道网的“时钟单元”。车厢在任一轨道段以该轨道段的预定速率在一个时钟单元内运行的距离称之为该轨道段的“长度单元”，当预定速率等于额定速率(在网正常均速运行的速率)时，对应的长度单元也称为“标准长度单元”。预定速率等于额定速率的轨道称为“主轨道”。车厢遵从统一的时钟节率同步运行是指以一个时钟单元为节率，每一时钟单元内所有在网正常运行的车厢均运行一个长度单元；并且车厢在任一时钟单元的任一时刻，均运行至相应轨道长度单元的同一位置上。以轨道位置信号发生器将每一轨道的长度单元在轨道上标示出来，每两对轨道位置信号发生器之间的轨道距离即对应为该轨道的一个长度单元，一个长度单元的轨道内最多容纳一个车厢(长度单元的值与车厢长度值的差为误差允许距离)。若时钟单元为0. 18秒，车厢额定速率为每小时72千米，则轨道的标准长度单元为3. 6米。以此计(以下均以此计)，一条轨道每小时最多可运行2万个车(厢) 次，平均载客3万人次。轨道网中的站点，是车厢运行的始发站和终点站，可设置于轨道的一侧、交叉路口的上方、两条相向轨道的中间上方或其他适当的地方。站点有进出站轨道、站点信息系统、 车厢测试和转运系统、电源系统、储车仓、在轨异常车厢导出系统以及相关附属设施，由1-2 人值守。进站轨道由减速段轨道、环形轨道、停靠槽、活动轨道段以及起连接作用的分叉点构成，连接主轨道和减速段轨道的分叉点称为“站点分叉点”；出站轨道由发车槽、环形轨道、加速段轨道以及起连接作用的汇入点构成，连接主轨道和加速段轨道的汇入点称为“站点汇入点”。进出站环形轨道面为上下层分布，进站环形轨道面高出出站环形轨道面4. 5米。 站点信息系统主要功能有1、为车厢提供标准的轨道网时钟以及系统恢复数据；2、通过读取站点汇入点的另一来车方向上的车厢位置信息和各发车槽内车厢的请求发车信息，为各发车槽的车厢提供各自的发车时刻；3、掌握站点内车厢数量和各停靠槽、发车槽适时的占用信息，在必要时关闭(或开启)站点分叉点，使主轨道的车厢不能(或可以)再进入该站点；4、在掌握站点内车厢数量和进出站点车厢情况并与其他站点进行适时信息交流的基础上，必要时及时向其他相应站点发送空车厢，这样可腾出储车仓车位以容纳更多的进站车厢或向车厢不足的站点输送可用的车厢。车厢测试转运系统包括转运滑道、活动轨道段、 活动轨道段储备区及相关控制设施，其主要功能有1、在活动轨道段上对每一个进站车厢进行性能指标检测；2、根据检测结果将活动轨道段上的车厢转运到储车仓的待用区或故障区；3、及时在停靠槽的末端补充上新的活动轨道段，以使其他进站车厢继续进入；4、及时将车厢从储车仓输送至发车槽。当车厢进入活动轨道段并被固定后，活动轨道伸出综合信号插头与车厢底盘的综合信号接口相连，开始对车厢进行检测。检测内容包含电机(电动机、发电机)性能检测、锥体端口(位置感应端口、信号发送端口、信号接收端口、位置信号发生器和故障信号发送端口)检测和车厢系统检测。检测时间从检测插头与车厢底盘的综合信号接口相连开始至车厢被转运进储车仓前结束。检测结果通过车内显示器显示出来， 并使车门指示灯亮绿灯(正常)或红灯(故障)；另一方面，根据检测结果(正常与否)活动轨道段相应地将车厢送入储车仓的待用区或故障区。电源系统为站点(各系统和设施) 提供所需的各种电源，也为该站点附近的主轨道提供动力电源以及主轨道上汇入点、分叉点和各种端口等所需的电源。储车仓位于进出站环形轨道内侧的圆柱形区域，可存储400 个车厢，包括待用区(存储性能合格的车厢)和故障区(存储需维修的车厢)两个区，主要功能是存储进站车厢并及时向各个发车槽提供性能合格的车厢。在轨异常车厢导出系统主要由故障信号接收端口、故障导出分叉点及故障导出轨道组成，主要功能是及时将主轨道中的故障(异常)车厢及时分离出来，确保主轨道畅通。故障信号接收端口在主轨道上每隔100个轨道长度单元安装一组(3个)，分别于连续三个轨道单元对应的轨道连接段中间位置各安装一个，在主轨道上每一分叉点前一个长度单元以及故障导出分叉点前一个长度单元均安装一个；故障导出分叉点在站点分叉点前12个长度单元处和两个站点中部的主轨道处各设置一个。 位置信号发生器、位置感应端口、信号传送端口和信号接收端口，在轨道上的主要安装情况是这样的1、每隔一个长度单元安装一对位置信号发生器，在相应的轨道连接段上表面的两端各安装一个，一般为磁极N极向上。2、在汇入点(所处的长度单元)两个来车轨道方向前各60个长度单元内每一个位置信号发生器旁均装一位置感应端口、信号发送端口和信号接收端口 ；在分叉点前2个长度单元起始点处各安装一对位置感应端口和一个信号接收端口。汇入点前60个长度单元内的范围称为该汇入点的“汇入点监控范围”，第 60个长度单元起始处的轨道位置信号发生器为前后设置的双磁极，依次为S极和N极向上， 该位置称为该汇入点的“监控起始点”。3、在分叉点(所处的长度单元)前第3个长度单元起始处的轨道位置信号发生器为前后设置的双磁极，依次为N极和S极向上；分叉点(所处的长度单元)起始点处的轨道位置信号发生器为一个S极向上的磁极；若一分叉点前3个长度单元在一汇入点监控范围内，则应设于该分叉点前第3个长度单元起始处的双磁极位置信号发生器改设于汇入点的监控起始点处，在接下来的一个长度单元再设双磁极位置信号发生器(S、N)作为该汇入点的监控起始点。汇入点或分叉点均处于所在长度单元的中间位置，相应地该长度单元称为“汇入点长度单元”或“分叉点长度单元”；该长度单元的起始位置信号发生器称为“汇入点位置信号发生器”或“分叉点位置信号发生器”。4、在发车槽与环形轨道相连的汇入点长度单元的起始处的位置信号发生器为双磁极(S、N)设置。5、在环形轨道至加速段轨道过渡点处的位置信号发生器为双磁极(N、N)设置。6、在站点汇入点加速段轨道一侧的长度单元起始点处的位置信号发生器为双磁极(Sj)设置。7、在站点分叉点减速段轨道一侧的长度单元结束点处的位置信号发生器为的磁极为S极向上。8、在减速段轨道至环形轨道过渡点处的位置信号发生器的磁极为S极向上。9、连接环形轨道与停靠槽的分叉点在停靠槽入口处的位置信号发生器的磁极为S极向上。10、在轨道坡度较大的起始点的轨道位置信号发生器为三磁极设置(上坡为“N、S、S”、“N、S、N”或“N、N、S” ； 下坡为“3、5、『、“5、15”或“5州州”)；在脱网分叉点前第3个长度单元起始处和过渡段轨道末端0. 3米处的轨道位置信号发生器均为三磁极设置，向上磁极分别是“S、S、S”和 “N、N、N”。站点通过减速段轨道经站点分叉点把车厢从主轨道导出，车厢在减速段轨道运行速度降到额定速度的50%时进入环形轨道，并根据停靠槽的占用情况(按次序)选择一个不被占用的停靠槽进入并再次减速，最后在该停靠槽末端的“活动轨道段”(为车厢测试转运系统终端)上停下，活动轨道段弹出固定档板将车厢固定。随即该活动轨道段载着车厢下降到停靠槽下方2米处的下车位，以便乘员下车。与此同时，一方面，在车厢顶部下降至低于原活动轨道段位置时活动轨道段储备区的另一活动轨道段自动把该停靠槽活动轨道段的空位补上，以接收下一车厢的进入停靠；另一方面，在车厢被固定开始，活动轨道段通过综合信号插头与车厢联接，自动开始对该车厢的性能进行检测。待乘员下车后，车厢继续下降2. 5米，并根据性能检测结果进入储车仓的待用区或故障区。当发车槽有空车位时 (有车厢发出)，通过转运系统从储车仓的待用区及时向该发车槽补充一个车厢。从车厢进站被固定在活动轨道段上后，车厢的移动始终由活动轨道段承载，只有该车厢再次被使用一车厢从发车槽滑出发车时才与活动轨道段分离，此时该活动轨道段自动转移至活动轨道段储备区，等待再次向停靠槽补充使用。从站点驶出的车厢，经加速段轨道加速至额定速率，在适当的时钟单元通过站点汇入点进入主轨道运行。车厢发车前位于发车槽上，通过综合信号接口与站点信息系统相联，在乘员输入目的地站点后，车厢系统根据已存储的轨道网信息(各站点间的多条适宜线路)选择确定一条里程最短的线路或不繁忙的线路。站点信息系统根据站点汇入点处的时钟单元占用情况(汇入点通过各位置感应端口获得)，统筹安排各发车槽已确定目的地的车厢的发车时刻，车厢在与站点信息系统进行系统时钟同步和轨道信息校对后根据站点信息系统确定的发车时刻适时启动发车(活动轨道段在发车时刻到来前收回固定档板和综合信号插头)。车厢先经发车槽加速后进入环形轨道对车速进行校正，再经加速段轨道再次加速，在轨道网某一时钟单元的开始时刻以额定速率通过站点汇入点进入主轨道运行。当车厢在主轨道运行每经过一对轨道位置信号发生器时，车厢前后锥体上的位置感应端口均感应生成一个位置脉冲，车厢系统对前锥体感应的位置脉冲进行计数(若前锥体位置脉冲出现异常则使用后锥体的位置脉冲，并在使用生成时间上作0. 045秒的提前)。其计数值应与车厢系统对经过的时钟单元的个数计数值相一致，否则说明车厢在轨道上的位置落后了或超前了，此时车厢系统根据当前的车速并按程序确定是否要通过调整车速或如何调整车速，以达到调整车厢相对位置的目的。在计得的位置脉冲数和时钟单元数一致的情况下将适时的位置脉冲信号产生的时间点与对应的时钟单元的结束点在时间点上进行比对，若二者重合则认为车厢在该长度单元中所处位置准确，否则系统也将按程序对车厢位置进行微调，以达到位置与时钟同步的目的。车厢运行速度的监测方法有三种一是通过测量车厢经同一轨道位置信号发生器时前后锥体位置感应端口产生的位置脉冲信号的时间差来确定车速的；二是通过测量同一锥体位置感应端口经过相邻两对轨道位置信号发生器时产生的位置脉冲信号的时间差(应为一个时钟单元长度)并对应于相应轨道段车厢的预定速度来确定车速的；三是通过测量电动机的转速(即钢轮的转速)来确定车速的。 车速的调整主要是通过调整电动机的输入电压或启动发电机进行制动来实现的。位置调整优先于速度调整。车厢在运行过程中不断地进行位置和速度的修正，这样整体上达到速度和位置与时钟同步。当车厢运行到一汇入点监控起始点时，一方面，锥体上的位置感应端口从轨道位置信号发生器上感应生成一双脉冲位置信号“01”，车厢系统收到此信号后开始接收持续 60个时钟单元时长内信号接收端口产生的控制信号。另一方面，该汇入点通过轨道上的位置感应端口接收该车厢的位置信号“1”，并在必要时向该车厢发送调整位置的控制信号。 汇入点通过位置感应端口接收监控范围内(两个来车轨道方向)车厢的位置信息，从而判断在即将到来的60个时钟单元内是否会有两个车厢将在同一时钟单元经过该汇入点。若有，控制系统将根据各车厢的位置信息向相关车厢发出位置调整指令，以调整各车厢相对位置，避免两车厢同时经过汇入点的情况发生。位置调整指令为三位二进制脉冲代码，相应的代码在适当的时钟单元经引线传到适当的长度单元轨道连接段上的信号发送端口，该组代码分别以相应的电流导通方向在信号发送端口的三个线圈上体现，即不同的电流导通方向在线圈上产生不同的向外磁极。这三个磁极在相关的车厢通过时在车厢锥体的信号接收端口中感应产生一组三位二进制的脉冲，该脉冲即为汇入点发出的位置调整指令。车厢根据信号接收端口收到的指令通过调整车厢速度达到调整车厢相对位置的目的。所有端口产生的二进制代码均以正负脉冲形式出现，正脉冲即是高电平“1”，负脉冲即是低电平“0”。当车厢进入一汇入点长度单元时，该处轨道位置感应端口从车厢锥体上的位置信号发生器感应生成的位置脉冲信号“ 1”被直接传送到该汇入点的变轨控制器上，作为变轨控制器的变轨操作触发信号，使变轨控制器在该车厢进入变轨处时完成汇入点的变轨操作或保持原有状态，以确保该车厢经过汇入点时汇入点处的该车厢轨道方向畅通。当车厢运行到一分叉点前第3个长度单元(该分叉点不处于某汇入点监控范围) 起始处时，锥体上的位置感应端口从轨道位置信号发生器上感应生成一双脉冲位置信号 “10”。当一分叉点处于一汇入点监控范围内，车厢运行至此汇入点监控起始点时感应生成一双脉冲位置信号“ 10”。此信号也作为车厢发送分叉点变轨信号的触发信号，使车厢在进入下一个长度单元时通过锥体信号发送端口持续发出分叉点变轨信号(运行线路确定后其每一分叉点的变轨情况就已确定了)，该变轨信号(与位置脉冲同步)在车厢通过轨道上的信号接收端口时经电磁感应传递给分叉点的变轨控制器，使变轨控制器在车厢通过分叉点前准时进行正确的变轨操作。分叉点变轨信号为一组三位二进制冲，正负脉冲分别表示向左和向右变轨。具体含义见下表:
权利要求
1.一种交通模式和交通理念，其特征是使用独立小车厢、单向小轨道、由电力驱动、 程序自动控制，遵从统一的时钟节率进行同步运行。
2.根据权利要求1所述的交通模式和交通理念，其特征是独立小车厢为长、宽、高尺寸小，流线形气动外形，单次运载量小，运行频率高，不与其他车厢相连接，可进行单独运行的独立车厢。
3.根据权利要求1所述的交通模式和交通理念，其特征是单向小轨道是指轨道宽度小、每条轨道均为单向运行设计，每一段轨道均由轨道位置信号发生器标示出一段段长度较短的、连续的轨道长度单元，以便于实现对在轨道上运行的车厢的监控。
4.根据权利要求3所述的交通模式和交通理念，其特征是轨道长度单元的长度值是车厢以所处轨道段的预定速度在一个时钟单元内运行的距离。
5.根据权利要求1所述的交通模式和交通理念，其特征是遵从统一的时钟节率运行是指把时间分为一段段长度较短的、连续的、等长度的时钟单元，以一个时钟单元为节率， 每一时钟单元内所有在轨道网内正常运行的车厢均运行一个长度单元。
6.根据权利要求1所述的交通模式和交通理念，其特征是同步运行是指车厢以遵从统一的时钟节率运行为基础，在任一时钟单元的任一时刻，均运行至相应轨道长度单元的同一位置上。
7.根据权利要求6所述的交通模式和交通理念，其特征是同步运行是车厢和轨道通过位置信号发生器、位置感应端口、信号发送端口和信号接收端口，对照时钟对车厢所处的位置和运行速度进行不间断的监测与控制实现的。
8.根据权利要求7所述的交通模式和交通理念，其特征是位置信号发生器、位置感应端口、信号发送端口和信号接收端口，是由磁铁或线圈构成，它们之间的信息交换传送是通过磁感应实现的。
9.根据权利要求1所述的交通模式和交通理念，其特征是独立小车厢通过加装普通像胶轮胎和操纵杆可离开轨道网在普通公路网中运行。
全文摘要
独立式同步轨道交通，是一种新的公共交通模式和交通理念。采用独立小车厢和单向小轨道，车厢遵从统一的时钟节率，进行同步、电动、自动控制运行。全程以全速无中停(无路口等待和中途站点停靠)的方式运行。主要用于城市交通，也可用于长途运输。轨道可铺设于地下、地面或架空。一条轨道的运载力可达每小时3万人次，可解决城市交通拥堵问题。
文档编号B61B13/00GK102328660SQ201110187468
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者张宁, 林华琴 申请人:张宁, 林华琴