一种列车轨迹跟随控制方法、系统及列车与流程

技术特征：

1.一种列车轨迹跟随控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.获取列车第一节车厢前轴转向角的测量值和第一节车厢后轴转向角的测量值；

S2.根据所述第一节车厢前轴转向角的测量值和第一节车厢后轴转向角的测量值计算第一节车厢与第二节车厢铰接点的运动方向与第一节车厢轴线之间的第一角度，并根据所述第一角度和所述第一节车厢前轴转向角的测量值计算第一节车厢后轴转向角的输入值；

S3.通过所述第一节车厢后轴转向角的输入值控制第一节车厢后轴转向；

S4.从第二节车厢开始，采集获取当前车厢与前一节车厢铰接点的铰接角度；

S5.根据所述铰接角度和所述第一角度计算当前车厢与前一节车厢铰接点的运动方向与当前车厢轴线之间的第二角度，以及当前车厢与后一节车厢铰接点的运行方向与当前车厢轴线之间的第三角度，根据所述第二角度和第三角度计算当前车厢后轴的转向角输入值和当前车厢前轴的转向角输入值；

S6.通过所述当前车厢后轴的转向角输入值控制当前车厢后轴转向，通过所述当前车厢前轴的转向角输入值控制当前车厢前轴转向；

S7.重复步骤S3至S5，直到完成对列车各车厢的后轴和前轴的转向控制。

2.根据权利要求1所述的列车轨迹跟随控制方法，其特征在于：在所述步骤S1中，所述第一节车厢前轴转向角的测量值为向第一节车厢前轴下达转向指令的转向值；所述第一节车厢后轴转向角的测量值通过角度传感器采集获取。

3.根据权利要求2所述的列车轨迹跟随控制方法，其特征在于：所述步骤S2的具体步骤包括：

S2.1.在第一节车厢前轴的前方构建虚拟点，所述虚拟点位于列车中轴线上，且所述虚拟点与第一节车厢前轴之间的距离等于第一节车厢后轴与第一节车厢与第二节车厢的铰接点之间的距离；

S2.2.根据如式(1)所示公式计算所述虚拟点的转向角：

${\mathrm{delta}}_{V1g0}=arctan(\frac{L_1-L_{1g}}{L_1}\×tan({\mathrm{delta}}_{1m})-tan({\mathrm{delta}}_{2m}\left)\right)---\left(1\right)$

式(1)中，delta_V1g0为所述虚拟点的转向角，L₁为预先获取的第一节车厢前后轴之间的轴距，L_1g为预先获取的所述虚拟点与第一节车厢前轴之间的距离，delta_1m为第一节车厢前轴转向角的测量值，delta_2m为第一节车厢后轴转向角的测量值；

S2.3.根据所述虚拟点的转向角确定所述第一角度，如式(2)所示，

delta_V1g1＝delta_V1g0 (2)

式(2)中，delta_V1g0为所述虚拟点的转向角，delta_V1g1为所述第一角度；

S2.4.根据所述第一角度和第一节车厢前轴转向角的测量值计算所述第一节车厢后轴转向角的输入值，如式(3)所示，

${\mathrm{delta}}_{2r}=arctan\left(\frac{L_1\×tan\left({\mathrm{delta}}_{V1g1}\right)-L_{g1}\×tan\left({\mathrm{delta}}_1\right)}{L_1-L_{g1}}\right)---\left(3\right)$

式(3)中，delta_2r为所述第一节车厢后轴转向角的输入值，L₁为预先获取的第一节车厢前后轴之间的轴距，L_g1为预先获取的第一节车厢与第二节车厢的铰接点与第一节车厢后轴之间的距离，delta_V1g1为所述第一角度，delta₁为所述第一节车厢前轴转向角的测量值。

4.根据权利要求3所述的列车轨迹跟随控制方法，其特征在于：在所述步骤S2.3之后，还包括步骤S2.3.1，对所述第一角度执行一阶或多阶惯性环节的延时。

5.根据权利要求4所述的列车轨迹跟随控制方法，其特征在于：所述步骤S5的具体步骤包括：

S5.1.通过式(4)所示公式计算所述第二角度，

delta_V2g1＝delta_V1g1-beta₁ (4)式(4)中，delta_V2g1为所述第二角度，beta₁为所述铰接角度，delta_V1g1为所述第一角度；

S5.2.根据所述第二角度确定第三角度，如式(5)所示，

delta_V2g2＝-delta_V2g1 (5)式(5)中，delta_V2g2为所述第三角度，delta_V2g1为所述第二角度；

S5.3.根据所述第二角度和第三角度计算当前车厢后轴的转向角输入值，如式(6)所示，

${\mathrm{delta}}_{4r}=arctan\left(\frac{L_{g2}\×tan\left({\mathrm{delta}}_{V2g1}\right)+(L_2+L_{2g})\×tan\left({\mathrm{delta}}_{V2g2}\right)}{L_{g2}+L_2+L_{2g}}\right)---\left(6\right)$

式(6)中，delta_4r为当前车厢后轴的转向角输入值，L_g2为预先获取的当前车厢与后一节车厢的铰接点与当前车厢后轴之间的距离，L_2g为预先获取的当前车厢与前一节车厢的铰接点与当前车厢前轴之间的距离，L₂为预先获取的当前车厢前后两轴之间的距离，delta_V2g2为所述第三角度，delta_V2g1为所述第二角度；

S5.4.通过式(7)所示公式计算当前车厢前轴的转向角输入值，

${\mathrm{delta}}_{3r}=arctan\left(\frac{L_{2g}\×tan\left({\mathrm{delta}}_{4r}\right)+L_2\×tan\left({\mathrm{delta}}_{V2g1}\right)}{L_2+L_{2g}}\right)---\left(7\right)$

式(7)中，delta_3r为当前车厢前轴的转向角输入值，delta_4r为当前车厢后轴的转向角输入值，L_2g为预先获取的当前车厢与前一节车厢的铰接点与当前车厢前轴之间的距离，L₂为预先获取的当前车厢前后两轴之间的距离，delta_V2g1为所述第二角度。

6.根据权利要求5所述的列车轨迹跟随控制方法，其特征在于：在所述步骤S5.2之后，还包括步骤S5.2.1，对所述第三角度执行一阶或多阶惯性环节的延时。

7.一种列车轨迹跟随控制系统，其特征在于：包括参数采集模块、计算模块和控制模块；

所述参数采集模块用于获取列车第一节车厢前轴转向角的测量值和第一节车厢后轴转向角的测量值，还用于采集获取当前车厢与前一节车厢铰接点的铰接角度；

所述计算模块用于根据所述第一节车厢前轴转向角的测量值和第一节车厢后轴转向角的测量值计算第一节车厢与第二节车厢铰接点的运动方向与第一节车厢轴线之间的第一角度，并根据所述第一角度和所述第一节车厢前轴转向角的测量值计算第一节车厢后轴转向角的输入值，根据所述铰接角度和所述第一角度计算当前车厢与前一节车厢铰接点的运动方向与当前车厢轴线之间的第二角度，以及当前车厢与后一节车厢铰接点的运行方向与当前车厢轴线之间的第三角度，根据所述第二角度和第三角度计算当前车厢后轴的转向角输入值和当前车厢前轴的转向角输入值；

所述控制模块用于通过所述第一节车厢后轴转向角的输入值控制第一节车厢后轴转向，还用于通过所述当前车厢后轴的转向角输入值控制当前车厢后轴转向，通过所述当前车厢前轴的转向角输入值控制当前车厢前轴转向。

8.一种列车，其特征在于：具有权利要求7所述的列车轨迹跟随控制系统。

9.根据权利要求8所述的列车，其特征在于：所述列车中各节车厢的轴距相等，各节车厢的铰接结构的连接点距与之最近的车轴之间的距离相等。