1.本发明涉及转向架技术领域，具体涉及一种应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法。
背景技术：2.随着铁路车辆运行速度越来越快、运输的重量不断增大，车辆的运行稳定性、径向转向能力和乘坐舒适性都会变差，进而导致钢轨磨损与车轮损伤。多年来，一些学者提出与设计径向转向架来解决曲线通过性能以及运行稳定性的冲突，降低轮轨磨耗。为此提出了主动径向转向架的概念，能够实现在曲线轨道上运行时自主径向转向，改善了曲线通过性能，减少了车轮和钢轨的刚性冲击，有利于降低轮轨磨耗与减少车轮损伤，延长轮对寿命。然而当前的主动径向转向架在铁路车辆上应用仍及其稀少，原因在于控制难度大，实施难度高，改造成本过高。一种适用于转向架的多连杆机构能够大幅降低成本，但由于多连杆机构装配间隙或变形导致的左右两套转向机构很容易产生不同步的问题，为此若能提出一种应用于多连杆式主动径向转向架的控制方法，在大幅降低转向架改造成本的同时，确保转向精度，将具有非常重要的意义。
技术实现要素：3.本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，在大幅降低转向架改造成本的同时有效减少轮轨的磨耗，降低轮对的磨损，提高主动转向的精度与实时性，同时保证列车运行的稳定性，保障主动径向转向架转向功能的精准性和可靠性。
4.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
5.一种应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，多连杆式主动径向转向架包括设置于转向架上的多连杆传动机构、含转向误差校准功能的中央控制器、伺服电推杆和轴箱位移传感器，多连杆传动机构和伺服电推杆各两套分别布置在转向架两侧，伺服电推杆与同一侧的多连杆传动机构连接，多连杆传动机构与相应侧的转向架轮对轴箱连接，中央控制器分别与伺服电推杆和轴箱位移传感器连接；
6.所述的转向误差校准控制方法包括以下具体过程：当列车开始驶入转弯轨道时，中央控制器给伺服电推杆发出转向指令，使伺服电推杆驱动多连杆传动机构动作，带动轮对以两轮对中线和轨道圆心为径向转向中心发生偏转，中央控制器通过轴箱位移传感器实时采集轮对的实际偏转角度，并根据实际偏转角度和预期偏转角度的偏差进行实时补偿调整。
7.按照上述技术方案，伺服电推杆上设有脉冲编码器，中央控制器与脉冲编码器连接，读取脉冲编码器的数据，并根据读取数据实时计算两套伺服电推杆的实际伸长量；
8.中央控制器可以读取轴箱位移传感器的数据，实时计算轮对的实际偏角。
9.按照上述技术方案，中央控制器包括数据处理模块、转向误差校准控制模块和控
制处理模块，控制处理模块的输出端与伺服电推杆连接，数据处理模块的输入端与伺服电推杆和轴箱位移传感器连接，数据处理模块的输出端经转向误差校准控制模块与控制处理模块的输入端连接。
10.按照上述技术方案，转向误差校准控制模块采用模糊pid算法对偏差进行计算。
11.按照上述技术方案，多连杆传动机构包括驱动连杆、转向转臂、前轮转向连杆、后轮转向连杆和回转接头，前后轮的轮轴均通过轴箱与转向架连接，转向转臂上设有回转接头，转向转臂通过回转接头设置于转向架上，绕回转接头转动，转向转臂的一端与驱动连杆的一端铰接，驱动连杆的另一端与伺服电推杆连接，转向转臂的另一端与后轮转向连杆的一端铰接，后轮转向连杆的另一端与后轮的轴箱连接，前轮转向连杆的一端与前轮的轴箱连接，前轮转向连杆的另一端与转向转臂的中端铰接连接。
12.按照上述技术方案，伺服电推杆布置于轴箱上方，转向转臂上端与驱动连杆相连，中端与前轮转向连杆相连，下端与后轮转向连杆相连；
13.一个多连杆传动机构中的伺服电推杆布置于前轮的轴箱上方，另一个多连杆传动机构中的伺服电推杆布置于后轮的轴箱上方。
14.按照上述技术方案，前轮转向连杆与后轮转向连杆的长度相等；
15.回转接头位于前后轮轴心连接线与转向转臂交点处，且位于与前轮转向连杆连接的端点和与后轮转向连杆连接的端点的中心。
16.按照上述技术方案，伺服电推杆包括电机、齿轮箱和丝杠，电机的输出端通过齿轮箱与丝杠连接，丝杠与多连杆传动机构的驱动连杆连接。
17.按照上述技术方案，所述的转向误差校准控制方法的具体过程包括以下步骤：
18.s1、中央控制器接收到外部上位机发出的转向指令；
19.s2、控制处理模块发出控制指令控制转向架两侧伺服电推杆作动；
20.s3、伺服电推杆作动，带动驱动连杆迫使转向转臂偏转进而带动转向连杆进而推动或拉动轮对；
21.s4、中央控制器读取伺服电推杆上的脉冲编码器的数据，并运算得到伺服电推杆的伸缩位移量；
22.s5、中央控制器读取轴箱位移传感器的数据，并计算得到实际轮对偏角；
23.s6、中央处理器对实际轮对偏角与预期轮对偏角进行校对，存在偏差时，通过模糊pid算法计算得到控制参数，中央处理器依据控制参数发出控制指令使伺服电推杆作动，驱动转向架多连杆传动机构做出调整动作，使轮对进行偏转，确保轮对处于径向位置；
24.s7、重复上述步骤4～6，直至偏差消失，实际轮对偏角等于预期轮对偏角。
25.按照上述技术方案，在所述的步骤s7之后还包括以下步骤：s8、当中央控制器再次接收到上位机发出的转向指令，重复上述1～7的过程，如此就构成了完整控制过程，实现了主动径向转向架的主动径向转向，消除转向架左右两套径向转向机构在执行转向指令过程中由于多连杆机构装配间隙或变形导致的左右两套转向机构不同步问题。
26.本发明具有以下有益效果：
27.本发明能够实现实时检测伺服电推杆运转情况与轮对偏转情况，并进行补偿控制，确保轮对处于径向位置，消除转向架左右两套径向转向机构在执行转向指令过程中由于多连杆传动机构装配间隙或变形导致的左右两套多连杆传动机构不同步问题，实现主动
径向转向，在大幅降低转向架改造成本的同时有效减少轮轨的磨耗，降低轮对的磨损，提高主动转向的精度与实时性，同时保证列车运行的稳定性，中央控制器实时检测伺服电推杆的实际伸长量，并通过轴箱位移传感器实时采集轮对的实际偏转角度，并根据实际偏转角度和预期偏转角度的偏差进行实时调整，经转向误差校准控制模块计算后驱动电推杆做出调整动作，消除转向架左右两套径向转向机构在执行转向指令过程中由于多连杆机构装配间隙或变形导致的左右两套转向机构不同步问题，保障主动径向转向架转向功能的精准性和可靠性。
附图说明
28.图1是本发明实施例中多连杆式主动径向转向架的立体图；
29.图2是本发明实施例中多连杆式主动径向转向架的主视图；
30.图3是本发明实施例中伺服电推杆的结构示意图；
31.图4是本发明实施例中多连杆式主动径向转向架的控制流程图；
32.图中，1-多连杆传动机构，2-中央控制器，3-伺服电推杆，4-轴箱位移传感器，5-驱动连杆，6-转向转臂，7-前轮转向连杆，8-后轮转向连杆，9-滚柱丝杠，10-脉冲编码器，11-齿轮箱，12-电机。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
34.参照图1～图4所示，本发明提供的一个实施例中的一种应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，多连杆式主动径向转向架包括设置于转向架上的主动径向转向多连杆传动机构1、含转向误差校准功能的中央控制器2、伺服电推杆3和轴箱位移传感器4，多连杆传动机构1和伺服电推杆3各两套分别布置在转向架两侧，伺服电推杆3与同一侧的多连杆传动机构1连接(即转向架的两侧均设有多连杆传动机构1和伺服电推杆3)，多连杆传动机构1与相应侧的转向架轮对轴箱连接，中央控制器2分别与伺服电推杆3和轴箱位移传感器4连接；
35.所述的转向误差校准控制方法包括以下具体过程：当列车开始驶入转弯轨道时，中央控制器2给伺服电推杆3发出转向指令，使伺服电推杆3驱动多连杆传动机构1动作，带动轮对以两轮对中线和轨道圆心为径向转向中心发生偏转，从而实现径向转向功能，中央控制器2实时检测伺服电推杆的实际伸长量，并通过轴箱位移传感器4实时采集轮对的实际偏转角度，并根据实际偏转角度和预期偏转角度的偏差进行实时调整，经转向误差校准控制模块计算后驱动电推杆做出调整动作，消除转向架左右两套径向转向机构在执行转向指令过程中由于多连杆机构装配间隙或变形导致的左右两套转向机构不同步问题，保障主动径向转向架转向功能的精准性和可靠性。
36.进一步地，伺服电推杆3上设有脉冲编码器，中央控制器2与脉冲编码器连接，读取脉冲编码器的数据，并通过内建的模型根据读取数据实时计算两套伺服电推杆3的实际伸长量；
37.中央控制器2可以读取4个轴箱位移传感器的数据，并通过内建的模型实时计算轮对的实际偏角。
38.进一步地，轴箱位移传感器的个数为4个，布置于前后对轮的轮轴轴箱上，一个对轮的轮轴两端设有两个轴箱。
39.进一步地，中央控制器2包括数据处理模块、转向误差校准控制模块和控制处理模块，控制处理模块的输出端与伺服电推杆3连接，数据处理模块的输入端与伺服电推杆3和轴箱位移传感器4连接，数据处理模块的输出端经转向误差校准控制模块与控制处理模块的输入端连接；控制处理模块的输入端还能接受外部转向信号，转向误差校准控制模块能依据数据处理模块传递的数据进行运算，并反馈结果至控制处理模块，控制处理模块发出控制指令，使伺服电推杆3作动。
40.进一步地，转向误差校准控制模块采用模糊pid算法对偏差进行计算。
41.进一步地，多连杆传动机构1包括驱动连杆、转向转臂、前轮转向连杆、后轮转向连杆和回转接头，前后轮的轮轴均通过轴箱与转向架连接，转向转臂上设有回转接头，转向转臂通过回转接头设置于转向架上，绕回转接头转动，转向转臂的一端与驱动连杆的一端铰接，驱动连杆的另一端与伺服电推杆3连接，转向转臂的另一端与后轮转向连杆的一端铰接，后轮转向连杆的另一端与后轮的轴箱连接，前轮转向连杆的一端与前轮的轴箱连接，前轮转向连杆的另一端与转向转臂的中端铰接连接；当列车即将驶入弯道时，中央控制器传出指令使伺服电推杆3工作，伺服电推杆3带动驱动连杆运动，驱动连杆进而带动转向转臂运动，最终转向转臂带动转向连杆运动使得轮对在轴箱中发生角度偏移，以得到更好的曲线贴合率，实现主动转向。
42.进一步地，伺服电推杆3布置于轴箱上方，转向转臂上端与驱动连杆相连，中端与前轮转向连杆相连，下端与后轮转向连杆相连；
43.一个多连杆传动机构1中的伺服电推杆3布置于前轮的轴箱上方，另一个多连杆传动机构1中的伺服电推杆3布置于后轮的轴箱上方。
44.进一步地，转向连杆与轴箱之间、转向转臂与转向连杆之间、转向转臂与驱动连杆之间、驱动连杆与伺服电推杆之间均通过万向节铰接。
45.进一步地，前轮转向连杆与后轮转向连杆的长度相等；
46.回转接头位于前后轮轴心连接线与转向转臂交点处，且位于与前轮转向连杆连接的端点和与后轮转向连杆连接的端点的中心。
47.进一步地，两个多连杆传动机构1安装于转向架的两侧，且以转向架矢状面成镜像对称，每个多连杆传动机构1与相应伺服电推杆3单独连接。
48.进一步地，伺服电推杆包括电机12、齿轮箱11和丝杠9，电机12的输出端通过齿轮箱11与丝杠9连接，丝杠与多连杆传动机构1的驱动连杆连接；齿轮箱11为减速齿轮箱，丝杠9为滚柱丝杠机构，电机上设有脉冲编码器10。
49.所述的转向误差校准控制方法的具体过程包括以下步骤：
50.s1、中央控制器2接收到外部上位机发出的转向指令；
51.s2、控制处理模块发出控制指令控制转向架两侧伺服电推杆3作动；
52.s3、伺服电推杆3作动，带动驱动连杆5迫使转向转臂6偏转进而带动转向连杆7进而推动或拉动轮对；
53.s4、中央控制器2的数据处理模块读取伺服电推杆上的脉冲编码器的数据，并通过内建的模型进行运算得到伺服电推杆3的伸缩位移量；
54.s5、中央控制器2的数据处理模块读取轴箱位移传感器4的数据，并通过内建的模型计算得到实际轮对偏角；
55.s6、中央处理器内置的转向误差校准模块对实际轮对偏角与预期轮对偏角进行校对，存在偏差时，通过模糊pid算法计算得到控制参数，中央处理器的控制处理单元依据控制参数发出控制指令使伺服电推杆3作动，驱动转向架多连杆传动机构1做出调整动作，使轮对进行偏转，确保轮对处于径向位置；
56.s7、重复上述步骤4～6，直至偏差消失，实际轮对偏角等于预期轮对偏角。
57.在所述的步骤s7之后还包括以下步骤：s8、当中央控制器2再次接收到上位机发出的转向指令，重复上述1～7的过程，如此就构成了完整控制过程，实现了主动径向转向架的主动径向转向，消除转向架左右两套径向转向机构在执行转向指令过程中由于多连杆机构装配间隙或变形导致的左右两套转向机构不同步问题。
58.进一步地，在列车转弯过程中，两侧多连杆结构协同作业，同侧前后轮转向转臂朝相反的方向移动相同的距离，持续调整轮轴角度，使前后轮轴延长线交于曲线轨道圆心处，从而提高列车转向时的轨道曲线贴合率，达到最佳转向效果。
59.在所述的步骤s3中，位于转向架内侧的伺服电推杆3向外推动，使同侧的多连杆传动机构1中的前轮转向连杆前端与后轮转向连杆后端向内拉动，带动轮对在轴箱中发生角度偏移，内轮轮距减小，位于转向架外侧的多连杆传动机构1进行相反的运动，使外轮轮距增大。
60.综上所述，本发明提供一种主动径向转向架及其主动转向控制方法，同现有技术相比设计合理，简单实用；通过单片机检测电机转速，能够实现对电机转速的精确控制，通过位移传感器检测轮对位移量并反馈至中央处理单元能够实现对轮对偏角的实时检测，通过模糊pid控制器依据偏差再次控制电机旋转，进而推动或拉动轮对，能确保轮对处于径向位置，不易收到受到外界因素的影响，稳定性强；通过伺服电推杆作动带动驱动连杆迫使转向转臂偏转带动转向连杆进而推动或拉动轮对从而使轮对偏转，结构简单、提高了响应速度且便于控制，能有效减少轮轨磨耗。
61.以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。
技术特征：1.一种应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，其特征在于，多连杆式主动径向转向架包括设置于转向架上的多连杆传动机构(1)、中央控制器(2)、伺服电推杆(3)和轴箱位移传感器(4)，多连杆传动机构(1)和伺服电推杆(3)各两套分别布置在转向架两侧，伺服电推杆(3)与同一侧的多连杆传动机构(1)连接，多连杆传动机构(1)与相应侧的转向架轮对轴箱连接，中央控制器(2)分别与伺服电推杆(3)和轴箱位移传感器(4)连接；所述的转向误差校准控制方法包括以下具体过程：当列车开始驶入转弯轨道时，中央控制器(2)给伺服电推杆(3)发出转向指令，使伺服电推杆(3)驱动多连杆传动机构(1)动作，带动轮对以两轮对中线和轨道圆心为径向转向中心发生偏转，中央控制器(2)通过轴箱位移传感器(4)实时采集轮对的实际偏转角度，并根据实际偏转角度和预期偏转角度的偏差进行实时补偿调整。2.根据权利要求1所述的应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，其特征在于，伺服电推杆(3)上设有脉冲编码器，中央控制器(2)与脉冲编码器连接，读取脉冲编码器的数据，并根据读取数据实时计算两套伺服电推杆(3)的实际伸长量；中央控制器(2)可以读取轴箱位移传感器的数据，实时计算轮对的实际偏角。3.根据权利要求1所述的应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，其特征在于，中央控制器(2)包括数据处理模块、转向误差校准控制模块和控制处理模块，控制处理模块的输出端与伺服电推杆(3)连接，数据处理模块的输入端与伺服电推杆(3)和轴箱位移传感器(4)连接，数据处理模块的输出端经转向误差校准控制模块与控制处理模块的输入端连接。4.根据权利要求3所述的应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，其特征在于，转向误差校准控制模块采用模糊pid算法对偏差进行计算。5.根据权利要求1所述的应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，其特征在于，多连杆传动机构(1)包括驱动连杆、转向转臂、前轮转向连杆、后轮转向连杆和回转接头，前后轮的轮轴均通过轴箱与转向架连接，转向转臂上设有回转接头，转向转臂通过回转接头设置于转向架上，绕回转接头转动，转向转臂的一端与驱动连杆的一端铰接，驱动连杆的另一端与伺服电推杆(3)连接，转向转臂的另一端与后轮转向连杆的一端铰接，后轮转向连杆的另一端与后轮的轴箱连接，前轮转向连杆的一端与前轮的轴箱连接，前轮转向连杆的另一端与转向转臂的中端铰接连接。6.根据权利要求5所述的应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，其特征在于，伺服电推杆(3)布置于轴箱上方，转向转臂上端与驱动连杆相连，中端与前轮转向连杆相连，下端与后轮转向连杆相连；一个多连杆传动机构(1)中的伺服电推杆(3)布置于前轮的轴箱上方，另一个多连杆传动机构(1)中的伺服电推杆(3)布置于后轮的轴箱上方。7.根据权利要求5所述的应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，其特征在于，前轮转向连杆与后轮转向连杆的长度相等；回转接头位于前后轮轴心连接线与转向转臂交点处，且位于与前轮转向连杆连接的端点和与后轮转向连杆连接的端点的中心。8.根据权利要求1所述的应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，
其特征在于，伺服电推杆包括电机(12)、齿轮箱(11)和丝杠(9)，电机(12)的输出端通过齿轮箱(11)与丝杠(9)连接，丝杠与多连杆传动机构(1)的驱动连杆连接。9.根据权利要求5所述的应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，其特征在于，所述的转向误差校准控制方法的具体过程包括以下步骤：s1、中央控制器(2)接收到外部上位机发出的转向指令；s2、控制处理模块发出控制指令控制转向架两侧伺服电推杆(3)作动；s3、伺服电推杆(3)作动，带动驱动连杆(5)迫使转向转臂(6)偏转进而带动转向连杆(7)进而推动或拉动轮对；s4、中央控制器(2)读取伺服电推杆上的脉冲编码器的数据，并运算得到伺服电推杆(3)的伸缩位移量；s5、中央控制器(2)读取轴箱位移传感器(4)的数据，并计算得到实际轮对偏角；s6、中央处理器对实际轮对偏角与预期轮对偏角进行校对，存在偏差时，通过模糊pid算法计算得到控制参数，中央处理器依据控制参数发出控制指令使伺服电推杆(3)作动，驱动转向架多连杆传动机构(1)做出调整动作，使轮对进行偏转，确保轮对处于径向位置；s7、重复上述步骤4～6，直至偏差消失，实际轮对偏角等于预期轮对偏角。10.根据权利要求9所述的应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，其特征在于，在所述的步骤s7之后还包括以下步骤：s8、当中央控制器(2)再次接收到上位机发出的转向指令，重复上述1～7的过程，如此就构成了完整控制过程，实现了主动径向转向架的主动径向转向，消除转向架左右两套径向转向机构在执行转向指令过程中由于多连杆机构装配间隙或变形导致的左右两套转向机构不同步问题。
技术总结本发明公开了一种应用于多连杆式主动径向转向架的转向误差校准控制方法，包括以下过程：当列车开始驶入转弯轨道时，中央控制器给伺服电推杆发出转向指令，使伺服电推杆驱动多连杆传动机构动作，带动轮对以两轮对中线和轨道圆心为径向转向中心发生偏转，中央控制器通过轴箱位移传感器实时采集轮对的实际偏转角度，并根据实际偏转角度和预期偏转角度的偏差进行实时补偿调整。本发明在大幅降低转向架改造成本的同时有效减少轮轨的磨耗，降低轮对的磨损，提高主动转向的精度与实时性，同时保证列车运行的稳定性，保障主动径向转向架转向功能的精准性和可靠性。能的精准性和可靠性。能的精准性和可靠性。
技术研发人员：徐琳 韩金谷 夏宇浩 梁洪睿 王山峰 王冠懿 张茗瑞 王昱杰 李士博 崔智皓 郑伊人 王莹琪
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：2022.04.08
技术公布日：2022/7/5
