本发明涉及轨道交通车辆技术领域。
背景技术：
虚拟轨道列车铰接式车体连接结构目前多采用前端和后架分别与转盘滚珠轴承固定连接且至少一端通过橡胶球铰固定在车体上的铰接结构。其主要问题有贯通道长、铰接装置外形尺寸大等问题。又因轮胎布置靠车体中间部位，导致轮胎突起位置和贯通道过道可用的乘坐空间减少，车辆空间利用率低。虚拟轨道列车铰接装置既要求满足连接和承载功能，又要求有水平角度检测反馈功能，以便调整过曲线道路参数，而目前该种铰接多采用滚珠轴承关节和金属橡胶关节配合作用，大载荷导致滚珠轴承尺寸过大，承载能力不足，而橡胶关节由于要满足俯仰角度，刚度不宜过大，导致车体相对水平运动时，存在一定延迟，导致检测角度不精确等问题。现有铰接安装座结构尺寸大，重量大，不符合后续虚拟轨道列车轻量化要求。
现有技术中，申请号为cn201520307471.7的实用新型公开了一种铰接车辆铰接角实时测量装置，铰接车辆包括后车体、铰接点、前车体，前车体或后车体上固定有安装底座，另一个车体上固定有跟转支架，安装底座上固定有铰接角测量单元，铰接角测量单元包括转角传感器，转角传感器的转动轴与跟转支架连接，转角传感器的转动轴的回转中心与铰接点的回转中心重合。安装底座和跟转支架采用柔性钢板制作。转角传感器通过法兰连接件与电源和信息处理单元连接。申请号为cn201610384861.3与cn201610384861.3的二个发明，主要公开了一种由球金属关节通过螺栓连接上、下安装座方式的低地板有轨电车的车体铰接方案，其主要适用于有轨低地板车车，但是允许的最小水平曲线和竖曲线道路半径相对较大，占城市公共资源较多，同时结构功能单一，不能满足自导向、角度测量等功能。
技术实现要素：
本发明的目的是，提供一种自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置及旋转角度控制方法，在车间距减小、贯通道长度缩短后，提高车辆空间利用率的同时，能保证车辆具有较小的转弯半径。
本发明的技术方案是：一种自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置，包括铰接安装座、球金属关节、角度传感器组件；铰接安装座包括铰接安装座一和铰接安装座二，铰接安装座一和铰接安装座二通过球金属关节相铰接；角度传感器组件安装在铰接安装座一和铰接安装座二上。
角度传感器组件包括角度传感器、传感器限位支架、传感器定位支架；角度传感器包括圆柱形主体部分、中心转动轴、旋转板和检测杆，中心转动轴连接在圆柱形主体部分下面，旋转板的一端连接中心转动轴、另一端连接检测杆；传感器限位支架安装在铰接安装座一左端部分上面，传感器限位支架为开口向右的横“u”形结构；传感器定位支架的左端部分安装在铰接安装座二上、右端部分位于传感器限位支架上方，角度传感器的圆柱形主体部分安装在传感器定位支架右端部分上面；中心转动轴的下端从上至下穿过传感器定位支架右端部分后连接旋转板；检测杆下部插入在传感器限位支架的u形口内。
传感器定位支架的形状为“几”字形，从左至右依次包括一体相连的左下横板、左竖板、上横板、右竖板、右下横板；传感器定位支架的左端部分底面低于右端部分底面，左竖板比右竖板长；左下横板通过螺栓或螺钉安装在铰接安装座二上，右下横板位于铰接安装座一上方；传感器限位支架位于传感器定位支架右端部分的下方，传感器限位支架通过螺栓或螺钉安装在铰接安装座一上；角度传感器的圆柱形主体部分安装在右下横板上面；右下横板上设有通孔，中心转动轴的下端从上至下穿过该通孔后连接旋转板；检测杆下部插入在传感器限位支架的u形口内。
所述的自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置还包括吊销、减振器；铰接安装座二两边均设有用于连接减振器的耳板，减振器一端通过吊销与铰接安装座二上的耳板连接、另一端连接在车体上；所述减振器为主动减振器。
所述的自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置还包括橡胶止挡；铰接安装座一的左端位于二个耳板之间，耳板上面向铰接安装座一的侧面粘接安装有橡胶止挡。
所述的自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置还包括控制系统，所述角度传感器、主动减振器均与控制系统电连接。
铰接安装座一的右端和铰接安装座二的左端分别通过车体安装螺栓、弹性销套与车体连接；球金属关节上面通过螺栓与铰接安装座一连接，球金属关节下面通过螺栓与铰接安装座二连接。
角度传感器组件包括角度传感器，角度传感器包括中心转动轴，中心转动轴和球金属关节的中心轴线位于同一直线上。
一种自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置旋转角度控制方法，在铰接安装座上安装角度传感器，在铰接安装座两边安装主动减振器，当车辆过曲线虚拟轨道时，二个铰接安装座相对旋转，通过角度传感器测出铰接装置的旋转角度，并将角度信息反馈到控制系统，控制系统根据角度信息，通过主动减振器调整铰接装置的旋转角度，在监控旋转角度的同时，实现对铰接装置旋转角度的控制。
采用上述的自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置对旋转角度进行控制；通过球金属关节实现车体间的旋转和俯仰运动，通过设置角度传感器组件、减振器、橡胶止挡来实现多重限位保护；当铰接安装座一相对于铰接安装座二水平旋转时，传感器限位支架与铰接安装座一相对静止，传感器定位支架与铰接安装座二相对静止，通过传感器限位支架限制角度传感器下端位移，测出旋转角度，并输出电信号，反馈给控制系统。
采用本发明，能限制车体的纵向、横向及垂向的位移，允许两车体之间的三向转动，同时起到传递载荷的作用。在车间距减小、贯通道长度缩短后，提高车辆空间利用率的同时，能保证车辆具有较小的转弯半径。在车辆过曲线运动时，在监控旋转角度的同时，实现铰接装置自主控制，从而能调整转弯角度。本发明的有益效果具体如下：
1.结构外形尺寸优化，解决了虚拟轨道列车贯通道长，铰接装置外形尺寸大问题，一般贯通道均超过1.5m，本发明能适应小的车体间距可达到原长度一半，同时轮胎布置靠近贯通道下方，释放乘坐空间，提升空间利用率；
2.解决原有虚拟轨道列车铰接重量过大，在满足强度的情况下，进行轻量化优化设计，压缩至原有铰接的1/3左右。
3.结构创新，创新性设计铰接安装座，不仅仅作为连接车体和铰接关节的部件，同时两侧增加缓冲器安装机构（减振器）和角度限位装置（角度传感器组件和橡胶止挡），满足运动条件下，为增加车辆过曲线时的安全性和平稳性提供保证。
4.设计安装了采用球金属关节连接时的角度检测与反馈机构（角度传感器组件等）。现有技术中的滚珠轴承关节结构的前、后端架仅存在相对水平转动，车体铰接俯仰运动通过端部的橡胶关节实现，所以其前后端架水平旋转角度测量难度不大，简单的限位即可。与滚珠轴承关节结构不同，本发明结构中，在关节处实现车体间的俯仰运动，检测安装座相对水平转动角度难度增加，通过设计特殊连接机构（包括角度传感器组件）保证角度检测准确性，实现角度反馈。
5.去掉橡胶关节节点，增加免维护周期，降低装置运行维护成本。
6、在车辆过曲线运动时，通过铰接安装座一与铰接安装座二的相对旋转，测出车体间的旋转角度，输出到控制系统，控制系统可根据反馈的角度信息，调整铰接装置的旋转角度，在监控旋转角度的同时，通过主动减振器实现铰接装置自主控制，推动铰接安装座调整转弯角度。
附图说明
图1是自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置的剖视结构示意图；
图2是角度传感器组件结构示意图；
图3是自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置的立体结构示意图；
图4是铰接安装座二示意图；
图5是铰接安装座一示意图；
图6是球金属关节示意图；
图中：1、车体安装螺栓；2、弹性销套；3、铰接安装座一；4、球金属关节；5、连接螺栓；6、角度传感器；7、传感器限位支架；8、传感器定位支架；9、铰接安装座二；10、左下横板；11、左竖板；12、上横板；13、右竖板；14、右下横板；15、旋转板；16、检测杆；17、耳板；18吊销；19、减振器；20、橡胶止挡。
具体实施方式
如图1至图6所示，一种自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置，包括车体安装螺栓1、弹性销套2、铰接安装座一3、球金属关节4、连接螺栓5、角度传感器6、传感器限位支架7、传感器定位支架8、铰接安装座二9、吊销18、减振器19、橡胶止挡20。采用球金属关节实现车体间的旋转和俯仰运动，铰接安装座（包括铰接安装座一和铰接安装座二）端部采用m24的车体安装螺栓与车体连接，铰接安装座采用轻量化设计，满足强度条件，进行创新性设计，增加有传感器安装部位，铰接安装座二9两边均设有用于连接减振器的耳板17，便于实现铰接装置的角度监测反馈和自导向。
如图2所示，角度传感器组件包括角度传感器6、传感器限位支架7、传感器定位支架8。角度传感器分为上、下部分，上部分包括圆柱形主体部分和中心转动轴，下部分包括旋转板15和检测杆16，中心转动轴连接在圆柱形主体部分下面，旋转板的一端（右端）连接中心转动轴、另一端（左端）连接检测杆的上端。拨动检测杆，检测杆可绕中心转动轴旋转，从而反映转动角度，并输出。角度传感器通过传感器限位支架7、传感器定位支架8、螺栓固定在铰接安装座一3和铰接安装座二9上。当铰接安装座一3相对于铰接安装座二9水平旋转时，由于传感器限位支架7与铰接安装座一相对静止，传感器定位支架8与铰接安装座二相对静止，角度传感器与控制系统电连接，所以通过传感器限位支架7限制角度传感器下端位移时，可测出旋转角度，并输出电信号，反馈给控制系统。角度传感器的中心转动轴和球金属关节的中心轴线位于同一直线上。
传感器定位支架8的形状大致为“几”字形，从左至右依次包括一体相连的左下横板10、左竖板11、上横板12、右竖板13、右下横板14，传感器定位支架为整体式结构。传感器定位支架左端部分的底面低于右端部分的底面，左竖板比右竖板长。左下横板通过螺栓或螺钉安装在铰接安装座二9上，右下横板位于铰接安装座一3上方。传感器限位支架7为横“u”形，其u形开口向右。传感器限位支架位于传感器定位支架右端部分的下方附近（优选：位于右竖板左侧下方），传感器限位支架通过螺栓或螺钉安装在铰接安装座一3上。角度传感器的圆柱形主体部分安装在右下横板上面；右下横板上设有通孔，中心转动轴的下端从上至下穿过该通孔后连接旋转板；检测杆下部插入在传感器限位支架的u形口内，u形口能夹住检测杆。当车体间出现旋转运动时，传感器限位支架能带动检测杆一起转动；当车体间出现俯仰运动时，检测杆能在u形口内上下运动。
请参考图1、图3、图4、图5，铰接安装座一与铰接安装座二采用轻量化设计，与球金属关节通过螺栓（如：连接螺栓5）连接，缩减铰接装置纵向长度，增加单个铰接安装座厚度，减振器19一端通过吊销18与铰接安装座二连接、另一端连接在车体上。同时铰接安装座二两侧粘接安装有用于限位铰接安装座转动角度的橡胶止挡13，起限位保护作用。
一种自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置旋转角度控制方法，在铰接安装座上安装角度传感器，在铰接安装座两边安装主动减振器，角度传感器和主动减振器均与控制系统电连接，当车辆过曲线虚拟轨道时，二个铰接安装座相对旋转，通过角度传感器测出铰接装置的旋转角度，并将角度信息反馈到控制系统，控制系统根据角度信息，通过主动减振器调整铰接装置的旋转角度，在监控旋转角度的同时，实现对铰接装置旋转角度的控制。
在车辆过曲线运动时，通过铰接安装座一与铰接安装座二的相对旋转，测出车体间的旋转角度，输出到控制系统，控制系统可根据反馈的角度信息，调整铰接装置的旋转角度，在监控旋转角度的同时，实现铰接装置自主控制，主动控制主要通过两边的减振器19（采用主动减振器）来实现，通过反馈的角度信息，推动铰接安装座调整转弯角度。
新型自导向虚拟轨道列车用车体铰接装置的特点：
1.是一种小尺寸铰接装置，可适用于600~700mm车间距，采用高强度铰接安装座，在满足强度的前提下，实现轻量化设计，同时铰接安装座增加角度传感装置（角度传感器组件）和减振器装置安装结构集成，模块化程度更高，同时尺寸相对一般虚拟轨道列车车体铰接装置减小，但功能性齐全，便于轮胎布置在贯通道下端，而不发生干涉，大大提升车辆空间利用率。
2.不同于轨道列车，虚拟轨道列车面对的路面工况比较复杂，路面坑洼、局部凸起及急停起动等，选用特殊球金属关节替代滚珠轴承，满足大角度旋转和俯仰运动的同时，增加车辆承载和抗冲击能力，较大的俯仰角度可适应更恶劣的路面工况，减少橡胶关节，还可提高免维护程度，大大节约维护成本。
3.拓展和集成了铰接装置功能。铰接安装座通过螺栓与车体刚性连接，本发明通过直接检测铰接安装座之间的旋转角度，更准确直接，再反馈到控制系统，同时安装一种带有主推功能减振器（主推型减振器，即上文中的主动减振器），一般运行时仅作为具有阻尼功能的减振器使用，当车辆过小半径曲线道路时，可通过控制反馈信号，控制系统发送指令到主推型减振器，可以通过控制系统调整铰接装置旋转角度，更适用于虚拟轨道列车运行安全平稳。
4.多重运动限位保护功能。除主推型减振器可实现旋转角度控制保护作用外，增加橡胶止挡，防止产品在减振器失效，而铰接安装座旋转角度过大或特殊情况下，造成金属撞击，影响产品使用寿命，减振器自动调节和橡胶止挡多重安全保护，使得车辆过曲线道路更安全平稳。
5.采用带弹性销套或定位销的车端固定连接方式。不同于轨道车辆，普通城市道路路况复杂多变，垂向和横向激振较多，单独的螺栓连接容易使得螺栓崩坏或使用寿命降低，本发明在铰接安装座与车体接触面采用弹性销套或定位销，可大大降低铰接装置受剪切力作用，增加产品可靠度。
6.特殊的带有大扭转角度的关节节点的减振器装置，更佳的适应铰接装置大转动角度要求和提升车辆过曲线道路时运动能力。
7.更佳的铰接安装座结构设计，两边突出的耳台及曲线圆弧设计，更好的有助于减小产品整体尺寸，避免干涉。
与现有技术相比，本发明与现有技术中的同类车体铰接装置，虽然都是用于车端连接的装置，并安装在车体下端，采用前后安装座结构，中间通过铰接方式把前后车体连接在一起，起到传递力和运动的作用；但本发明与现有技术中同类车体铰接装置的连接方式、结构差异以及功能性要求均有大的差别。同类现有技术，在垂向不具备大载荷承载能力；大多采用橡胶金属件与车体连接，承载和运动性能均不能满足要求。车辆载荷工况更复杂，本发明能承受纵向和垂向更大的载荷，本发明铰接装置与车体的连接更改为螺栓加弹性销套直接锁紧铰接安装座方式连接，增加了产品各向承载及使用寿命，中间采用整体式球金属关节连接，纵向和垂向承载性能及运动性能均得到提高，更适应于城市道路；本发明为根据特定车型专门设计，在转动角度和结构上有较大的特异性，对一般铰接装置做了较大的改进，不仅仅适用于特定车型，同样可应用于其他低地板车型。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。