首页 > 专利 > 江苏大学 > 用于快速公交系统客车的半主动铰接系统及控制方法专利详情

用于快速公交系统客车的半主动铰接系统及控制方法 0 0

有效专利查看PDF

申请进展

基本信息

申请人信息

代理人信息

摘要

法律状态

权利要求

说明书

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2013-12-10

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2014-04-16

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2016-01-20

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2033-12-10

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201310659708.3	申请日	2013-12-10
公开/公告号	CN103640628B	公开/公告日	2016-01-20
授权日	2016-01-20	预估到期日	2033-12-10
申请年	2013年	公开/公告年	2016年
缴费截止日
分类号	B62D12/02	主分类号	B62D12/02
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	2
权利要求数量	3	非专利引证数量	0
引用专利数量	5	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利	CN101934819A、US5253727A、US7412315B2、CN101376403A、CN101934819A	被引证专利
专利权维持	6	专利申请国编码	CN
专利事件	转让	事务标签	公开、实质审查、授权、权利转移

申请人信息

申请人	江苏大学	第一申请人	江苏大学
专利权人	江苏大学	当前专利权人	江阴智产汇知识产权运营有限公司
发明人	陈士安、姜右良、游专、马银、姚明、张晓娜、武晓晖	第一发明人	陈士安
地址	江苏省镇江市京口区学府路301号	邮编	212013
申请人数量	1	发明人数量	7
申请人所在省	江苏省	申请人所在市	江苏省镇江市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

南京经纬专利商标代理有限公司

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

楼高潮

摘要

本发明公开一种用于快速公交系统客车的半主动铰接系统及控制方法，铰接圆盘上固设两个转动组件，两个转动组件之间设角度传感器，一个转动组件固接客车的前车体上，另一个转动组件通过左、右液压缸固接客车的后车体上，左、右液压缸的液压臂上设有对应的左、右预紧弹簧，右液压缸上腔与左液压缸下腔、右液压缸下腔与左液压缸上腔、右液压缸上腔与左液压缸上腔均通过各自的液压软管相连，右液压缸上腔与左液压缸上腔的软管上设有阻尼调节装置；客车驱动后桥上设有速度传感器，客车各轴悬架处设质量检测装置，根据实时载荷质量及速度控制阻尼调节装置输出最佳的阻尼值，在任何负载条件下都能防止客车出现车体折叠碰撞、中轴侧滑等现象。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2020-07-10	专利权的转移	登记生效日: 2020.06.23 专利权人由江苏汇智知识产权服务有限公司变更为江阴智产汇知识产权运营有限公司地址由212100 江苏省镇江市丹徒区上党生态汽车配套产业园8号变更为214400 江苏省无锡市江阴市澄江中路159号D501-3
2	2016-01-20	授权
3	2014-04-16	实质审查的生效	IPC(主分类): B62D 12/02 专利申请号: 201310659708.3 申请日: 2013.12.10
4	2014-03-19	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种用于快速公交系统客车的半主动铰接系统的控制方法，所述半主动铰接系统包括铰接圆盘（1）、预紧弹簧和液压缸，铰接圆盘（1）上固设两个转动组件，两个转动组件之间设角度传感器（2），一个转动组件固接客车的前车体上，另一个转动组件通过左、右液压缸（10、5）固接客车的后车体上，左、右液压缸（10、5）的液压臂上设有对应的左、右预紧弹簧（7、3），其特征是：右液压缸（5）上腔与左液压缸（10）下腔、右液压缸（5）下腔与左液压缸（10）上腔、右液压缸（5）上腔与左液压缸（10）上腔均通过各自的液压软管相连，右液压缸（5）上腔与左液压缸（10）上腔之间的软管上设有阻尼调节装置（8）；客车驱动后桥上设有速度传感器（11），客车各轴悬架处设质量检测装置（13），所述角度传感器（2）、速度传感器（11）、阻尼调节装置（8）及各质量检测装置（13）分别通过控制信号线连接ECU，其特征是：
1）当客车直线行驶时，ECU控制阻尼调节装置（8）输出最小的阻尼预设值，左、右预紧弹簧（7、3）压缩量相等；
2）当客车空载右转时，右预紧弹簧（3）被压缩，左预紧弹簧（7）舒张，右液压缸（5）下腔和左液压缸（10）上腔内的油液经阻尼调节装置（8）进入到右液压缸（5）上腔和左液压缸（10）下腔；ECU根据角度传感器（2）的信号计算获得客车前后车体间的实时角度和角速度，速度传感器（11）和质量检测装置（13）将信号输送到ECU，当该实时角度和角速度的乘积小于等于0时，ECU控制阻尼调节装置（8）输出最小阻尼预设值；客车空载左转时与右转相反；
3）当客车在有载下右转时，右预紧弹簧（3）被压缩，左预紧弹簧（7）舒张，右液压缸（5）下腔和左液压缸（10）上腔内的油液经阻尼调节装置（8）进入到右液压缸（5）上腔和左液压缸（10）下腔，ECU根据角度传感器（2）的信号计算获得客车前后车体间的实时角度和角速度，速度传感器（11）和质量检测装置（13）将相关信号输送到ECU，当该实时角度和角速度的乘积小于0时，ECU控制阻尼调节装置（8）输出最小的阻尼预设值，当实时角度和角速度的乘积大于0时，ECU控制阻尼调节装置（8）输出值在最小的阻尼预设值与最大值之间；客车左转时与右转相反；
4）当客车右转向回正时，左预紧弹簧（7）回位，右预紧弹簧（3）舒张，右液压缸（5）上腔和左液压缸（10）下腔内的油液经阻尼调节装置（8）进入到右液压缸（5）下腔和左液压缸（10）上腔，客车在转向过程中实时角度和角速度的乘积小于0，ECU控制阻尼调节装置（8）输出最小的阻尼预设值；左转向回正时与右转向回正相反。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是：阻尼调节装置（8）最小的阻尼预设值根据客车空载工况下以高速车速通过所要经过半径最小交叉口时，以两车体质心相对于目标轨迹的偏差之和最小为目标函数，采用数值仿真确定。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征是：将ECU控制阻尼调节装置（8）的输出值建立最佳数据库。

说明书

技术领域

[0001] 本发明属于快速公交系统（简称BRT）铰接客车车辆技术领域，尤其涉及一种用于发动机后置式快速公交系统客车的半主动铰接系统及控制方法。

背景技术

[0002] 快速公交系统是一种介于快速轨道交通与常规公交之间的新型公共客运系统，是一种大运量的交通运输方式，通常被称作为“地面上的地铁系统”。BRT客车车辆一般由前
后两个车体组成，中间通过铰接系统连接，整车有前、中、后三根车轴，前车体有两根车轴，
前轮起转向作用，中轴起支撑作用；后车体只有一根车轴，通过铰接系统以半挂的形式与前
车体相连。发动机和传动装置布置在后车体上，后轴为驱动轴，整车依靠后车体推动向前行
驶，属于顶推式铰接车辆。

[0003] 现有的铰接系统主要通过改变液压系统两液压缸的阻尼来控制车辆转弯，使客车在行驶时会产生一个绕铰接圆盘中心竖轴的横摆阻尼转矩，这个转矩直接影响车辆的驾驶
特性：一是，如果铰接系统的阻尼过小，当地面提供给中轴车轮的侧向力较小时（如雨雪路
面等），客车后车体极容易将中轴侧向推出，严重时前后车体发生“V”型剪切；二是，如果在
高速行驶的过程中铰接系统太过无阻尼，车辆行驶就不会稳定，当在高速行驶突然采取制
动时，由于惯性力的作用，车辆的中轴受到突然增大的推力，后车体容易将中轴推出，使车
辆失稳；第三，在转弯过程中，如果铰接系统阻尼过小，当车速较高时，前后车体容易发生
“V”型剪切；如果阻尼较大，在转弯过程中必要的转动会被阻止滞后，前后车体倾向于向前
直行，导致转向半径过大而影响道路上（特别是交叉口处）车辆的行驶。

[0004] 为解决传统铰接系统存在的缺陷，中国专利申请号为201010262349.4、名称为“用于城市快速公交系统的客车底盘铰接系统及工作方法”提供了一种适用于BRT铰接式客
车的新型铰接系统，具体方法是在铰接系统两侧的液压臂上分别加装一个圆柱螺旋预紧弹
簧，客车在转弯过程中，两侧的液压臂伸缩量发生变化，一侧弹簧被压缩，另一侧弹簧舒张，
在阻尼和刚度的共同作用下增强了客车的操纵稳定性。但其缺陷是：只是加装了螺旋预紧
弹簧，没有考虑BRT客车空载和满载工况下的行驶稳定性以及行驶路线对目标路线跟随的
准确性，因BRT客车的空载质量与满载质量差距较大，客车在这两种负载条件下以相同的
速度行驶转向时，如果铰接系统提供的阻尼力矩和弹性力矩不能够随车体质量和速度的改
变而做出相应变化，必然会使BRT客车操纵稳定性的改善受到限制。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为解决现有技术中BRT客车铰接系统提供的回转力矩存在不合理的问题，给BRT客车提供一种能够在空载时主要依靠预紧弹簧提供回转力矩，随着车体
质量及行驶车速的改变实时控制液压系统阻尼的新型半主动铰接系统及控制方法，以保证
在BRT客车负载和速度发生变化时铰接系统可以为客车提供实时且合理的回转阻尼及刚
度力矩，确保客车不发生车体折叠、碰撞、车轴侧滑等现象，并能以较高精度跟随目标行驶
路线，增强BRT客车转弯时的操纵稳定性及行驶安全性。

[0006] 本发明所述用于快速公交系统客车的半主动铰接系统采用的技术方案是：包括铰接圆盘、预紧弹簧和液压缸，铰接圆盘上固设两个转动组件，两个转动组件之间设角度传感
器，一个转动组件固接客车的前车体上，另一个转动组件通过左、右液压缸固接客车的后车
体上，左、右液压缸的液压臂上设有对应的左、右预紧弹簧，右液压缸上腔与左液压缸下腔、
右液压缸下腔与左液压缸上腔、右液压缸上腔与左液压缸上腔均通过各自的液压软管相
连，右液压缸上腔与左液压缸上腔的软管上设有阻尼调节装置；客车驱动后桥上设有速度
传感器，客车各轴悬架处设质量检测装置，所述角度传感器、速度传感器、阻尼调节装置及
各质量检测装置分别通过控制信号线连接ECU。

[0007] 本发明所述用于快速公交系统客车的半主动铰接系统的控制方法采用的技术方案是：

[0008] 1）当客车直线行驶时，ECU控制阻尼调节装置输出最小的阻尼预设值，左、右预紧弹簧压缩量相等。

[0009] 2）当客车空载右转时，右预紧弹簧被压缩，左预紧弹簧舒张，右液压缸下腔和左液压缸上腔内的油液经阻尼可调装置进入到右液压缸上腔和左液压缸下腔；ECU根据角度传
感器的信号计算获得客车前后车体间的实时角度和角速度，速度传感器和质量检测装置将
信号输送到ECU，当该实时角度和角速度的乘积小于等于0时，ECU控制阻尼调节装置输出
最小阻尼预设值；客车空载左转时与右转相反。

[0010] 3）当客车在有载下右转时，右预紧弹簧被压缩，左预紧弹簧舒张，右液压缸下腔和左液压缸上腔内的油液经阻尼可调装置进入到右液压缸上腔和左液压缸下腔，ECU根据角
度传感器的信号计算获得客车前后车体间的实时角度和角速度，速度传感器和质量检测装
置将相关信号输送到ECU，当该实时角度和角速度的乘积小于0时，ECU控制阻尼调节装置
输出最小的阻尼预设值，当实时角度和角速度的乘积大于0时，ECU控制阻尼调节装置输出
值在最小的阻尼预设值与最大值之间；客车左转时与右转相反。

[0011] 4）当客车右转向回正时，左预紧弹簧回位，右预紧弹簧舒张，右液压缸上腔和左液压缸下腔内的油液经阻尼可调装置进入到右液压缸下腔和左液压缸上腔，客车在转向过程
中实时角度和角速度的乘积小于0，ECU控制阻尼调节装置输出最小的阻尼预设值；左转向
回正时与右转向回正相反。

[0012] 本发明采用上述技术方案后，具有的有益效果是：

[0013] 1、可根据BRT的实时载荷质量及速度控制阻尼调节装置输出最佳的阻尼值，能够使BRT客车在任何负载条件下都能够防止客车出现车体折叠碰撞、中轴侧滑等现象，并能
使行驶轨迹更贴近目标路径。

[0014] 2、BRT客车在转向回正时铰接系统的阻尼为最小预设值，减小了对两车体回到直线行驶的阻碍，在预紧弹簧的回正作用下可使客车前后两车体较快的回到直线行驶，减小
了车体的横摆振动，同时使BRT客车的行驶轨迹与目标轨迹非常接近，进而达到提高BRT客
车操纵稳定性及行驶安全性的效果。

实施方案

[0018] 图1所示，本发明所述用于快速公交系统客车的半主动铰接系统包括铰接圆盘1、预紧弹簧、液压缸等。铰接圆盘1与右预紧弹簧3、右液压缸5、左预紧弹簧7、阻尼调节装
置8以及左液压缸10构成半主动铰接系统的主体机械-液压结构；其中，铰接圆盘1上固
定连接了两个转动组件，铰接圆盘1上的两个转动组件之间设有角度传感器2。铰接圆盘1
的一个转动组件固接于BRT客车的前车体上，而铰接圆盘1的另一个转动组件通过右液压
缸5和左液压缸10固接于后车体上。右液压缸5的右液压臂4上设有右预紧弹簧3，左液
压缸10的左液压臂9上设有左预紧弹簧7。右液压缸5的上腔与左液压缸10的下腔通过
第一根液压软管6相连，右液压缸5的下腔与左液压缸10的上腔通过第二根液压软管6相
连，右液压缸5的上腔与左液压缸10的上腔由第三根液压软管6相连，且在第三根液压软
管6的管路上设有阻尼调节装置8。

[0019] 如图2所示：在BRT客车驱动后桥上设有速度传感器11，在各轴悬架处设有质量检测装置13。角度传感器2、速度传感器11及各质量检测装置13与车载ECU间分别通过
控制信号线相连，ECU与阻尼调节装置8间也通过控制信号线相连。

[0020] 本发明所述用于快速公交系统客车的半主动铰接系统在工作时，由ECU自动控制，具体是：

[0021] （1）当BRT 客车在直线行驶时，无论空载或满载，前、后两车体间无相对运动，角度传感器2将其检测的转动角度输入ECU，铰接圆盘1的转动角度为0，两车体间的实时角度
和角速度的乘积等于0，ECU强制使阻尼调节装置8输出最小的阻尼预设值；此时右液压缸
5与左液压缸10内的油液处于静止状态，右液压臂4与左液压臂9的伸出长度相等，所以右
预紧弹簧3和左预紧弹簧7的压缩量相等，预紧力增加了前、后车体直线行驶的稳定性。

[0022] （2）当BRT客车在空载工况下转向时，以右转向为例，驾驶员向右转动方向盘，前车体向右转弯，铰接圆盘1开始转动，右液压臂4与右预紧弹簧3被压缩，左液压臂9与左
预紧弹簧7舒张，右液压缸5下腔和左液压缸10上腔内的油液经阻尼可调装置8进入到右
液压缸5上腔和左液压缸10的下腔；左转向时与之相反。ECU根据角度传感器2的信号计
算获得BRT客车前后车体间的实时角度和角速度，

[0023] 与此同时速度传感器11和质量检测装置13将相关信号输送到ECU，ECU优先选择空载信号。当该实时角度和角速度的乘积小于等于0时，强制使阻尼调节装置8输出最
小的阻尼预设值，此时铰接系统只在最小预设阻尼和预紧弹簧的刚度下为客车提供回转力
矩，右预紧弹簧3和左预紧弹簧7的刚度值及阻尼调节装置8的最小阻尼预设值根据BRT
客车空载工况下以高速车速（例如12 m/s）通过所要经过半径最小交叉口（例如半径等于30
m）时，以两车体质心相对于目标轨迹的偏差之和最小为目标函数确定，确定方法可采用数
值仿真的办法进行。

[0024] 在速度为2 m/s 与BRT的最高车速（例如12 m/s）之间按等差数列选取有限个速度点（例如 2 m/s、4 m/s、6 m/s、8 m/s、10 m/s、12 m/s）及 BRT
客车空载质量me与满载质量 mf间按等差数列选取有限个质量点（例如 me、、、……、mf）；然后针对各质量点和速度点，在右预紧弹簧3
和左预紧弹簧7的刚度值及要通过半径最小交叉口（例如半径等于30 m）为工作条件的情
况下，以两车体质心相对于目标轨迹的偏差之和最小为目标函数确定最优的实时阻尼值，
如果阻尼值小于阻尼调节装置8的最小预设值，则取该最小预设值；以各质量点和速度点
对应的最佳阻尼值构建以质量和速度为输入以阻尼调节装置8最佳阻尼值为输出的表格
数据库。ECU根据速度传感器11及各质量检测装置13的输入值计算获得BRT客车的实时
速度和载荷质量，然后根据构建的以质量和速度为输入以阻尼调节装置8最佳阻尼值为输
出的表格数据库查询此时所需的最佳阻尼值，并控制阻尼调节装置8输出对应的最佳阻尼
值。

[0025] （3）当BRT客车在有载工况下转向时，以右转向为例，驾驶员向右转动方向盘，前车体向右转弯，铰接圆盘1开始转动，右液压臂4与右预紧弹簧3被压缩，左液压臂9与左
预紧弹簧7舒张，右液压缸5下腔和左液压缸10上腔内的油液经阻尼可调装置8进入到右
液压缸5上腔和左液压缸10的下腔，左转向时与之相反；ECU根据角度传感器2的信号计
算获得BRT客车前后车体间的实时角度和角速度，与此同时速度传感器11和质量检测装置
13将相关信号输送到ECU，ECU对前后车体间的实时角度、角速度、整车负载、行驶速度等信
号进行运算与整合，当客车在转向过程中角度和角速度的乘积小于0时，ECU强制使阻尼调
节装置8输出最小的阻尼预设值，当该角度和角速度的乘积大于0时，ECU对阻尼调节装置
8输出值在最小的阻尼预设值与最大值之间进行实时最优选择控制，ECU对阻尼调节装置8
的输出值可建立最佳数据库。

[0026] （4）当BRT客车在转向回正工况下行驶时，以右转向回正为例，驾驶员向左回转方向盘，前车体向左转弯，铰接圆盘1开始反方向转动，左液压臂9与左预紧弹簧7回位，右液
压臂4与右预紧弹簧3舒张，右液压缸5上腔和左液压缸10下腔内的油液经阻尼可调装置
8进入到右液压缸5下腔和左液压缸10的上腔，左转向回正时与之相反；此时客车在转向
过程中角度和角速度的乘积小于0，ECU强制使阻尼调节装置8输出最小的阻尼预设值，以
最小的阻力满足前后车体快速回到直线行驶的需求。

附图说明

[0015] 图1 是本发明铰接系统的结构示意图；

[0016] 图2 是半主动铰接系统控制原理图；

[0017] 图中：1.铰接圆盘；2.角度传感器；3.右预紧弹簧；4.右液压臂；5.右液压缸；6.液压软管；7.左预紧弹簧；8.阻尼调节装置；9.左液压臂；10.左液压缸；11.速度传感
器；12.铰接系统；13.质量检测装置。

1多种控制模式的平衡车 2一种便于移动的空压机底盘装置 3一种防晃动跑偏的注浆机稳定调节装置 4一种适用于隧道开挖断面的划线机器人 5一种新型自卸车后门的翻启装置 6仿生足组件 7一种两轮平衡车的驻车车架 8一种可跨越外墙壁的气动仿生爬壁行走装置 9Z形折叠坐式三轮滑板车 10汽车后备箱备胎存储箱多功能箱盖