一種用于高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)及其應(yīng)用，其特征是包括：信息采集模塊、信息處理模塊、監(jiān)測模塊、執(zhí)行模塊、動(dòng)力模塊、基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊。本發(fā)明能克服列車與車軌間的機(jī)械阻力，保持乘客乘坐的平衡感和舒適感，并自動(dòng)防止碰撞，從而提高膠囊列車的安全性、舒適度和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
【專利說明】
一種用于高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于交通工具領(lǐng)域，特別涉及一種用于高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣動(dòng)力學(xué)對整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用，尤其是在航空航天技術(shù)領(lǐng)域，空氣動(dòng)力學(xué)的建立與發(fā)展為人類在此領(lǐng)域內(nèi)的重大突破奠定了關(guān)鍵的理論基礎(chǔ)。在列車不斷提速的今天，空氣動(dòng)力學(xué)對運(yùn)行中列車的影響成為相關(guān)設(shè)計(jì)人員不得不考慮的重點(diǎn)。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，列車運(yùn)行的阻力主要包括車輪與軌道摩擦的機(jī)械阻力和車輛受到的空氣阻力；當(dāng)列車保持高速運(yùn)行時(shí)，制約速度的主要阻力來自于空氣。例如，當(dāng)一輛列車保持每小時(shí)200公里的速度行駛的時(shí)候，其受到的空氣阻力占總阻力的70%左右。目前已有多名國內(nèi)外專家著手進(jìn)行對采用真空管道的高速列車方面的研究;美國某公司正在研制一個(gè)革命性交通項(xiàng)目一一真空管道運(yùn)輸系統(tǒng)，計(jì)劃項(xiàng)目建成后，從北京到紐約只需2小時(shí)，環(huán)游世界也不過只需6個(gè)小時(shí)；中國也在進(jìn)行類似的真空管磁懸浮軌道車研究。這些研究致力于消除空氣阻力對高速列車的影響，皆采用真空運(yùn)行環(huán)境，理論上列車時(shí)速將提升至好幾千公里每小時(shí)。但是，要實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境，對外部管道的強(qiáng)度和密封性要求很高；另外，乘客在車廂內(nèi)需要呼吸新鮮空氣，需在列車上加設(shè)供氧模塊或采用專用設(shè)備實(shí)現(xiàn)車廂內(nèi)部與大氣環(huán)境的氣體交換，由此可見，此類真空管道列車制造成本高、制造難度大。
[0003]目前，世界上有十多個(gè)國家或地區(qū)建設(shè)有高速列車。以技術(shù)較全面、運(yùn)行規(guī)模較大的中國高鐵系統(tǒng)為例，和諧號動(dòng)車組運(yùn)行速度一般在每小時(shí)250公里到300公里之間。目前其主要驅(qū)動(dòng)形式為電力驅(qū)動(dòng)，其主要驅(qū)動(dòng)原理為外部電能通過接觸網(wǎng)引到機(jī)車內(nèi)，驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)帶動(dòng)動(dòng)車組行駛。我們知道，在電能運(yùn)輸過程、電機(jī)運(yùn)行過程和列車制動(dòng)過程中存在一定的能量損耗，故動(dòng)車組的能量利用率不高。
[0004]近年來，動(dòng)車組事故多發(fā)，乘客的生命安全得不到最大的保障。顯然，僅靠列車控制中心的調(diào)配是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)楣ぷ魅藛T難免會(huì)有工作疏忽。目前國內(nèi)已有相關(guān)專家進(jìn)行了碰撞安全防護(hù)裝置的試驗(yàn)，不過仍在研究當(dāng)中，尚未投入生產(chǎn)。
[0005]此外，動(dòng)車組速度較快，故在列車軌道轉(zhuǎn)彎處將軌道做成傾斜狀態(tài)，使列車自重力在水平面上的分力來平衡列車轉(zhuǎn)彎時(shí)的向心力，防止列車脫軌。但在列車不斷提速的今天，若仍采用傾斜式的軌道，那么軌道的傾斜角度將日益增大，無形中提高搭建難度和成本。而且，此傾斜角度不可變，所以列車在經(jīng)過時(shí)，速度只能保持在一個(gè)特定值的上下波動(dòng)區(qū)間內(nèi)。若速度太小或太大，乘客會(huì)感覺到往內(nèi)側(cè)滑或往外側(cè)甩的不適感。申請?zhí)枮?01410300568.5的中國發(fā)明專利提出了一種通過自動(dòng)調(diào)整車艙傾斜角度來適應(yīng)拐彎情況以提升乘客舒適度的超級管道列車，采用內(nèi)殼、外殼雙層結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)軸承以及車艙底部的配重塊，使內(nèi)艙可以在列車拐彎時(shí)做自由轉(zhuǎn)動(dòng)，自由調(diào)整傾斜角度。但以上內(nèi)艙沒有設(shè)置對應(yīng)鎖緊轉(zhuǎn)置，由于慣性的存在，內(nèi)艙在列車運(yùn)行時(shí)可能會(huì)不斷的搖晃，降低舒適度;而且加設(shè)的配重塊會(huì)增大列車重量，從而不得不提升相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力，增大了能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種綠色低能耗的用于高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)及其應(yīng)用，以期能克服列車與車軌間的機(jī)械阻力，保持乘客乘坐的平衡感和舒適感，并自動(dòng)防止碰撞，從而提高膠囊列車的安全性、舒適度和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0007]本發(fā)明為達(dá)到上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明一種用于高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)的特點(diǎn)包括:信息采集模塊、信息處理模塊、監(jiān)測模塊、執(zhí)行模塊、動(dòng)力模塊、基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊；
[0009]所述動(dòng)力模塊分別與所述信息采集模塊、所述信息處理模塊、所述執(zhí)行模塊、所述監(jiān)測模塊相連接，所述信息采集模塊與所述信息處理模塊、所述監(jiān)測模塊相連接，所述信息處理模塊與所述執(zhí)行模塊相連接，所述動(dòng)力模塊、所述信息采集模塊、所述信息處理模塊、所述執(zhí)行模塊分別與所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊相連接；
[0010]所述信息采集模塊用于收集四類信息，包括:列車的位置信息、列車的速度信息、列車的加速度信息、列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息，并將所述列車的位置信息發(fā)給所述監(jiān)測模塊、將剩下的三類信息發(fā)給所述信息處理模塊；
[0011 ]所述監(jiān)測模塊與列車控制中心相連接，對所接收到的列車位置信息進(jìn)行處理，確定列車與其它列車間的位置關(guān)系，用于防止列車碰撞；
[0012]所述信息處理模塊根據(jù)所接收到的三類信息，判斷列車當(dāng)前速度是否達(dá)到預(yù)期速度，若未達(dá)到預(yù)期速度，則判斷當(dāng)前加速度是否大于設(shè)定加速度;若大于，則利用執(zhí)行模塊減小當(dāng)前加速度;否則，保持當(dāng)前加速度;若達(dá)到預(yù)期速度，則判斷當(dāng)前加速度是否等于零加速度;若不等于，則減小當(dāng)前加速度;若等于，則保持零加速度；
[0013]所述信息處理模塊判斷所接收到的列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息是否等于零向心力，若等于，則保持所述執(zhí)行模塊對所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊的控制狀態(tài);若不等于，則利用所述執(zhí)行模塊控制所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行調(diào)整；
[0014]所述動(dòng)力模塊用于為所述信息采集模塊、信息處理模塊、執(zhí)行模塊供電，用于保持各模塊正常運(yùn)作;還設(shè)置有電流回收裝置，用于回收所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊的多余電能。
[0015]本發(fā)明所述的膠囊列車系統(tǒng)的特點(diǎn)也在于，
[0016]所述信息采集模塊包括:GPS定位器、GPS測速器、加速度傳感器和壓力傳感器，分別用于獲取所述列車的位置信息、列車的速度信息、列車的加速度信息、列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息。
[0017]所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊包括:車廂、矩形線圈組件、列車道、座椅及其支架;所述車廂為單廂單人結(jié)構(gòu)；
[0018]所述執(zhí)行模塊包括:發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)和電機(jī)；
[0019]所述發(fā)電機(jī)用于為所述矩形線圈組件供電，從而利用所述矩形線圈組件驅(qū)動(dòng)所述車廂沿著所述列車道行駛；
[0020]所述空氣壓縮機(jī)用于在車廂底部和列車道之間形成氣流，從而抬升所述車廂處于懸浮狀態(tài)，并消除所述車廂與所述列車道之間的機(jī)械摩擦；
[0021 ]所述電機(jī)設(shè)置在所述座椅下方并用于調(diào)整所述座椅的傾角。
[0022]本發(fā)明所述的高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)的運(yùn)行方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行:
[0023]步驟一、所述動(dòng)力模塊向所述信息采集模塊、信息處理模塊、執(zhí)行模塊供電，使得列車脫離軌道，進(jìn)入懸浮狀態(tài)；
[0024]步驟二、初始化所述膠囊列車系統(tǒng)；
[0025]步驟三、調(diào)試所述信息采集模塊的精度；
[0026]步驟四、所述動(dòng)力模塊向矩形線圈組件輸入所設(shè)定的初始電流；
[0027]步驟五、所述信息處理模塊利用所述信息采集模塊獲取列車速度信息，判斷是否達(dá)到預(yù)期速度:若未達(dá)到，則進(jìn)入步驟六;否則，進(jìn)入步驟七；
[0028]步驟六、判斷當(dāng)前加速度是否大于設(shè)定加速度;若大于，則利用執(zhí)行模塊中的發(fā)電機(jī)減弱矩形線圈組件的電流，從而減小當(dāng)前加速度，轉(zhuǎn)回步驟五;否則，保持當(dāng)前加速度，并轉(zhuǎn)回步驟五；
[0029]步驟七、判斷當(dāng)前加速度是否等于零加速度;若不等于，則利用執(zhí)行模塊中的發(fā)電機(jī)減弱矩形線圈組件的電流，從而減小當(dāng)前加速度;并返回步驟七;若等于，則保持零加速度;并執(zhí)行步驟八；
[0030]步驟八、控制中心利用監(jiān)測模塊監(jiān)測各列車間的相對距離，當(dāng)所述相對距離小于設(shè)定值時(shí)，則利用監(jiān)測模塊報(bào)警，并執(zhí)行步驟十一;否則，執(zhí)行步驟九；
[0031]步驟九、利用所述監(jiān)測模塊監(jiān)測列車與終點(diǎn)的相對距離，當(dāng)所述相對距離大于閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟八;否則，執(zhí)行步驟十；
[0032]步驟十、利用執(zhí)行模塊中的發(fā)電機(jī)提供反向電流給所述矩形線圈組件，從而使得車廂以恒定的加速度進(jìn)行減速行駛，并讀取列車當(dāng)前速度信息，判斷列車當(dāng)前速度是否為零，若當(dāng)前速度不為零，轉(zhuǎn)入步驟十;若當(dāng)前速度為零，進(jìn)入步驟十一；
[0033]步驟^—、動(dòng)力模塊斷電。
[0034]本發(fā)明所述的高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)的座椅調(diào)整方法的特點(diǎn)也在于:
[0035]所述信息處理模塊利用所述信息采集模塊獲取列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息，并判斷所述列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息是否等于零向心力，若等于，則保持座椅不動(dòng);若不等于，則根據(jù)所述列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息判斷列車的行駛狀態(tài)，若列車處于左轉(zhuǎn)彎，則利用所述執(zhí)行模塊中的電機(jī)調(diào)整座椅的傾角向右傾斜;若列車處于右轉(zhuǎn)彎，則利用所述執(zhí)行模塊中的電機(jī)調(diào)整座椅的傾角向左傾斜。
[0036]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在:
[0037]1、本發(fā)明采用電磁原理對列車進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電流主要用于產(chǎn)生洛倫茲力，不用于電能與機(jī)械能間的能量轉(zhuǎn)換，能源利用率高，克服了傳統(tǒng)列車采用電機(jī)牽引故能量利用率低的缺點(diǎn);且矩形線圈回路的末端還設(shè)置有電流回收裝置，回收的電流可直接再次投入工作，進(jìn)一步減少了能量損耗。
[0038]2、本發(fā)明有防碰撞自動(dòng)規(guī)避功能，通過在控制中心連接監(jiān)測模塊，可實(shí)時(shí)監(jiān)測各列車的相對位置，當(dāng)列車間相對距離過小時(shí)報(bào)警并自動(dòng)采取措施，避免了事故發(fā)生;且控制中心的工作人員無需再花大量的時(shí)間、精力對列車進(jìn)行人工調(diào)配，從而避免了因工作人員失誤產(chǎn)生事故等問題的出現(xiàn)。
[0039]3、本發(fā)明中列車能自動(dòng)識(shí)別列車是否轉(zhuǎn)彎以及列車的轉(zhuǎn)彎方向，并能在列車不同的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下自動(dòng)調(diào)整躺椅的傾斜角度以平衡向心力，減弱了向心力對乘客的壓力感;而傳統(tǒng)方法是將列車軌道轉(zhuǎn)彎處的軌道做成傾斜狀態(tài)，列車轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度必須為一固定值，故本發(fā)明大大減小了軌道的鋪設(shè)難度，增強(qiáng)了列車速度變化的靈活性。
[0040]4、本發(fā)明采用單廂單人的客運(yùn)形式，大大縮短了乘客的等候時(shí)間，列車運(yùn)行更為靈活;車廂小巧，能大大減小受風(fēng)面積，從而減小空氣阻力，并采用氣墊設(shè)備，完全消除了機(jī)械阻力，列車速度遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)列車。
【附圖說明】
[0041 ]圖1是本發(fā)明膠囊列車系統(tǒng)的框圖；
[0042]圖2是本發(fā)明各模塊主要單元的連接關(guān)系示意圖；
[0043]圖3是本發(fā)明膠囊列車運(yùn)行環(huán)境的主視圖；
[0044]圖4是本發(fā)明膠囊列車運(yùn)行環(huán)境的側(cè)視圖；
[0045]圖5是本發(fā)明膠囊列車運(yùn)行環(huán)境的俯視圖；
[0046]圖6是本發(fā)明膠囊列車運(yùn)行環(huán)境的等軸測視圖；
[0047]圖7是本發(fā)明中自適應(yīng)座椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖8是本發(fā)明中壓力傳感器的安裝位置示意圖；
[0049]圖9是本發(fā)明運(yùn)行方法流程圖；
[0050]圖中標(biāo)號:I車廂；2矩形線圈組件;3列車道;4座椅;5座椅支架;6座椅安裝座;7電機(jī)座;8電機(jī);9雙臂叉桿;10雙耳滑塊;11壓力傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0051 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明:
[0052]本實(shí)施例中，如圖1所示，用于高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)包括六大模塊:信息采集模塊、信息處理模塊、監(jiān)測模塊、執(zhí)行模塊、動(dòng)力模塊、基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊；
[0053]動(dòng)力模塊分別與信息采集模塊、信息處理模塊、執(zhí)行模塊、監(jiān)測模塊相連接，信息采集模塊與信息處理模塊、監(jiān)測模塊相連接，信息處理模塊與執(zhí)行模塊相連接，動(dòng)力模塊、信息采集模塊、信息處理模塊、執(zhí)行模塊分別與基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊相連接。
[0054]圖2是本發(fā)明信息采集模塊、信息處理模塊、監(jiān)測模塊、執(zhí)行模塊、動(dòng)力模塊各模塊主要單元的連接關(guān)系示意圖。其中，信息采集模塊包含八個(gè)單元:第一供電電路、第二供電電路、第三供電電路、第四供電電路、GPS定位器、加速度傳感器、GPS測速器、壓力傳感器11。其中第一、第二、第三、第四供電電路并聯(lián)，輸入端皆與動(dòng)力模塊的輸出端相連接，對動(dòng)力模塊傳來的電壓進(jìn)行降壓處理，降壓后的數(shù)值取決于各GPS定位器、加速度傳感器、GPS測速器、壓力傳感器11的工作電壓;第一供電電路輸出端與GPS定位器輸入端相連，第二供電電路輸出端與加速度傳感器輸入端相連，第三供電電路輸出端與GPS測速器輸入端相連，第四供電電路輸出端與壓力傳感器11輸入端相連。
[0055]信息采集模塊包括:GPS定位器、GPS測速器、加速度傳感器和壓力傳感器11，用于收集四類信息，包括:列車的位置信息、列車的速度信息、列車的加速度信息、列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息，并將列車的位置信息發(fā)給監(jiān)測模塊、將剩下的三類信息發(fā)給信息處理模塊;具體地說，GPS定位器、加速度傳感器、GPS測速器安裝在車廂I內(nèi)部任意位置即可，壓力傳感器11安裝在車廂I底部，具體安裝位置如圖8所示。
[0056]其中，GPS定位器實(shí)時(shí)采集列車位置信息后，將信息發(fā)送到監(jiān)測模塊;監(jiān)測模塊連接于列車控制中心，對所接收到的列車位置信息進(jìn)行處理，確定列車與其它列車間的位置關(guān)系，用于防止列車碰撞。參見圖2，監(jiān)測模塊包含四個(gè)單元:服務(wù)器、配套軟件、報(bào)警器、通信模塊;服務(wù)器輸出端與配套軟件輸入端相連，配套軟件輸出端與報(bào)警器輸入端，報(bào)警器輸出端與通信模塊輸入端相連，通信模塊輸出端與動(dòng)力模塊相連。其中，服務(wù)器輸入端與信息采集模塊中GPS定位器的輸出端相連，兩者間信息交換采用無線傳輸形式，服務(wù)器將從GPS定位器接收到的列車位置信息發(fā)送給配套軟件;配套軟件對各列車的位置信息進(jìn)行比較，計(jì)算出各列車間的相對距離，將其與配套軟件中已設(shè)定好的相對距離安全值進(jìn)行比較，以此確定列車間發(fā)生碰撞危險(xiǎn)的可能性；當(dāng)相對距離不小于安全值時(shí)，說明此時(shí)無發(fā)生列車碰撞的危險(xiǎn)，各列車照常運(yùn)行；當(dāng)相對距離小于安全值時(shí)，說明此時(shí)有很大可能性兩輛列車間發(fā)生碰撞，則配套軟件向報(bào)警器發(fā)送信號，報(bào)警器報(bào)警并同時(shí)向通信模塊發(fā)送信號，通信模塊接收到信號后，向動(dòng)力模塊發(fā)送斷電指令，從而列車提前緊急制動(dòng)，規(guī)避事故發(fā)生。通信模塊與動(dòng)力模塊間的信息交換同樣采用無線傳輸形式。
[0057]加速度傳感器實(shí)時(shí)采集的列車瞬時(shí)加速度信息、GPS測速器實(shí)時(shí)采集的列車瞬時(shí)速度信息、壓力傳感器11采集的列車轉(zhuǎn)彎時(shí)躺椅對列車底部側(cè)壁的實(shí)時(shí)壓力，分別傳輸?shù)叫畔⑻幚砟K的相應(yīng)單元。信息處理模塊根據(jù)所接收到的三類信息，判斷列車當(dāng)前速度是否達(dá)到預(yù)期速度，若未達(dá)到預(yù)期速度，則判斷當(dāng)前加速度是否大于設(shè)定加速度;若大于，則利用執(zhí)行模塊減小當(dāng)前加速度;否則，保持當(dāng)前加速度;若達(dá)到預(yù)期速度，則判斷當(dāng)前加速度是否等于零加速度;若不等于，則減小當(dāng)前加速度;若等于，則保持零加速度；
[0058]與此同時(shí)，信息處理模塊判斷所接收到的列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息是否等于零向心力，若等于，則保持執(zhí)行模塊對基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊的控制狀態(tài);若不等于，則利用執(zhí)行模塊控制基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行調(diào)整；下面結(jié)合圖2說明信息處理模塊處理上述三類信息的原理:
[0059]信息處理模塊包含第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第四模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一比較電路、第二比較電路、第三比較電路、第四比較電路共八個(gè)單元。其中，第一、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端分別與信息采集模塊中加速度傳感器的輸出端相連，第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端與信息采集模塊中GPS測速器的輸出端相連，第四模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端與信息采集模塊中壓力傳感器11的輸出端相連;第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端與第一比較電路輸入端相連，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端與第二比較電路輸入端相連，第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端與第三比較電路輸入端相連，第四模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端與第四比較電路輸入端相連。同時(shí)，動(dòng)力模塊輸出端與信息處理模塊各單元相連，對各單元供電，保持正常運(yùn)作。
[0060]第一比較電路用于確定列車加速度與設(shè)定加速度的大小關(guān)系:加速度傳感器采集到列車加速度信息后，加速度信息經(jīng)第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后進(jìn)入第一比較電路與設(shè)定加速度進(jìn)行大小比較，考慮到普通人類可承受加速度有限，為保證乘車舒適度，設(shè)定加速度數(shù)值為兩倍重力加速度;若當(dāng)前加速度大于設(shè)定加速度，說明此時(shí)列車瞬時(shí)加速度過大，繼續(xù)保持此加速度乘客可能會(huì)出現(xiàn)不適感，則向執(zhí)行模塊發(fā)送指令，執(zhí)行模塊減弱矩形線圈組件2電流，然后再重新進(jìn)行大小比較;若當(dāng)前加速度不大于設(shè)定加速度，則保持當(dāng)前加速狀態(tài)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)行大小比較。
[0061]第二比較電路用于確定列車加速度與零加速度的大小關(guān)系:在列車到達(dá)預(yù)期速度后，無需列車再繼續(xù)加速，加速度傳感器采集到列車加速度信息后，加速度信息經(jīng)第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后進(jìn)入第二比較電路與零加速度進(jìn)行大小比較，若當(dāng)前加速度不為零，則向執(zhí)行模塊發(fā)送指令，執(zhí)行模塊減弱矩形線圈組件2電流，然后再重新進(jìn)行大小比較;若當(dāng)前加速度已經(jīng)為零，則保持當(dāng)前狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行，并實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)行大小比較。
[0062]第三比較電路用于確定列車速度與零速度的大小關(guān)系:監(jiān)測模塊在運(yùn)行時(shí)也會(huì)監(jiān)測列車與終點(diǎn)的位置關(guān)系，為了確保列車能準(zhǔn)確在終點(diǎn)?？?，應(yīng)設(shè)置列車減速區(qū)，通過設(shè)定一個(gè)相對距離固定值，然后與列車離終點(diǎn)的相對距離進(jìn)行比較;若相對距離大于固定值，則列車保持當(dāng)前狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行;若相對距離不大于固定值，則說明列車已經(jīng)進(jìn)入減速區(qū)，則列車以一固定加速度(為確保乘客乘車舒適度，加速度的數(shù)值不大于兩倍重力加速度)開始減速，GPS測速器采集到列車速度信息后，速度信息經(jīng)第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后進(jìn)入第三比較電路與零速度進(jìn)行大小比較，若當(dāng)前速度不為零，保持當(dāng)前狀態(tài)繼續(xù)減速，然后再重新進(jìn)行大小比較;若當(dāng)前速度已經(jīng)為零，說明列車已經(jīng)?？康浇K點(diǎn)，監(jiān)測模塊中的通信模塊向動(dòng)力模塊發(fā)送斷電指令，列車停止運(yùn)行。
[0063]第四比較電路用于確定列車當(dāng)前所受向心力與零向心力的大小關(guān)系:在安裝壓力傳感器11時(shí)，將左側(cè)的壓力傳感器11數(shù)值設(shè)置為正值輸出，右側(cè)的壓力傳感器11數(shù)值設(shè)置為負(fù)值輸出。壓力傳感器11采集到列車所受向心力信息后，向心力信息經(jīng)第四模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后進(jìn)入第四比較電路與零向心力進(jìn)行大小比較，若當(dāng)前列車所受向心力為零，說明列車直行，保持當(dāng)前狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行，并繼續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測進(jìn)行大小比較;若當(dāng)前列車所受向心力小于零，說明列車在左轉(zhuǎn)彎，則向執(zhí)行模塊發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8頂起躺椅右側(cè)，并繼續(xù)進(jìn)行大小比較;若當(dāng)前列車所受向心力大于零，說明列車在右轉(zhuǎn)彎，則向執(zhí)行模塊發(fā)送指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8放低躺椅右側(cè)，并繼續(xù)進(jìn)行大小比較，以此減弱列車轉(zhuǎn)彎對乘客產(chǎn)生的壓力感。
[0064]執(zhí)行模塊包含六個(gè)單元:第一控制器、第二控制器、第三控制器、發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)、電機(jī)8。第一控制器的輸入端分別與信息處理模塊的第一、第二比較電路的輸出端相連，第二控制器的輸入端與第三比較電路的輸出端相連，第三控制器的輸入端與第四比較電路的輸出端相連，第一控制器的輸出端與發(fā)電機(jī)的輸入端相連，第二控制器的輸出端與空氣壓縮機(jī)的輸入端相連，第三控制器的輸出端與電機(jī)8的輸入端相連。其中，發(fā)電機(jī)用于為矩形線圈組件2供電，從而利用矩形線圈組件2驅(qū)動(dòng)車廂I沿著列車道3行駛；空氣壓縮機(jī)用于在車廂I底部和列車道3之間形成氣流，從而抬升車廂I處于懸浮狀態(tài)，并消除車廂I與列車道3之間的機(jī)械摩擦;電機(jī)8設(shè)置在座椅4下方并用于調(diào)整座椅4的傾角。
[0065]動(dòng)力模塊用于為信息采集模塊、信息處理模塊、執(zhí)行模塊供電，用于保持各模塊正常運(yùn)作;還設(shè)置有電流回收裝置，用于回收基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊的多余電能。
[0066]參見圖3-圖8，基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊包含:車廂1、矩形線圈組件2、列車道3、座椅4、座椅支架5、座椅安裝座6、電機(jī)座7、電機(jī)8、雙臂叉桿9、雙耳滑塊10、壓力傳感器11。列車道3上每隔一定距離安裝有一對矩形線圈組件2;進(jìn)一步說，矩形線圈組件2由矩形線圈及其支架組成，支架為一矩形框，且底部帶有支腳，矩形框用于固定矩形線圈，矩形線圈組件2通過支腳豎直安裝在列車道3上。車廂I為單廂單人結(jié)構(gòu)，可分為車廂I頭部和廂體，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可在車廂I頭部安裝GPS定位器、加速度傳感器、GPS測速器、信息處理模塊、動(dòng)力模塊，在廂體內(nèi)部安裝執(zhí)行模塊、座椅4及其周邊零件;另外，氣墊設(shè)備安裝在廂體底部。矩形線圈組件2通電時(shí)，利用電磁原理中的洛倫茲力驅(qū)動(dòng)列車沿著列車道3行駛，由于車廂I左右兩側(cè)受力平衡，所以車廂I在移動(dòng)時(shí)不會(huì)和矩形線圈組件2發(fā)生碰撞。氣墊設(shè)備采用氣體薄膜技術(shù)，在空氣壓縮機(jī)工作時(shí)保持列車和車道脫離，即保持列車的懸浮狀態(tài)。此外，作為改進(jìn)，車廂I頭部和廂體的外部可鋪設(shè)太陽能光伏設(shè)備，進(jìn)一步節(jié)約能源。
[0067]參見圖7、8，座椅支架5與座椅4連接，座椅4可相對于座椅支架5旋轉(zhuǎn)；電機(jī)8通過電機(jī)座7安裝在座椅支架5上，電機(jī)座7與座椅支架5鉸接，從而電機(jī)8可相對于座椅支架5自由轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)8末端固定有雙臂叉桿9，雙臂叉桿9與安裝在座椅4底部的雙耳滑塊10鉸接，雙耳滑塊10可在座椅4底部滑動(dòng)。
[0068]座椅4調(diào)整過程如下:信息處理模塊利用信息采集模塊獲取列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息，并判斷列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息是否等于零向心力，若等于，則保持座椅4不動(dòng);若不等于，則根據(jù)列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息判斷列車的行駛狀態(tài)，若列車處于左轉(zhuǎn)彎，則利用所述執(zhí)行模塊中的電機(jī)8調(diào)整座椅4的傾角向右傾斜;若列車處于右轉(zhuǎn)彎，則利用所述執(zhí)行模塊中的電機(jī)8調(diào)整座椅4的傾角向左傾斜。進(jìn)一步說，所述電機(jī)8采用直線電機(jī)8，列車左轉(zhuǎn)彎時(shí)，電機(jī)桿伸長，其上的雙臂叉桿9帶動(dòng)雙耳滑塊10向座椅4右側(cè)滑動(dòng)，從而頂起座椅4右側(cè)，即座椅4的傾角向左傾斜;列車右轉(zhuǎn)彎時(shí)，電機(jī)桿縮短，其上的雙臂叉桿9帶動(dòng)雙耳滑塊10向座椅4左側(cè)滑動(dòng)，從而放低座椅4右側(cè)，即座椅4的傾角向右傾斜，以此減弱列車轉(zhuǎn)彎對乘客產(chǎn)生的壓力感。所述座椅支架5安裝在座椅安裝座6上，座椅安裝座6安裝在箱體內(nèi)部的地面上;座椅安裝座6為一矩形塊，頂部設(shè)有矩形凹槽，用于安裝座椅支架5，凹槽側(cè)面設(shè)有壓力傳感器11;壓力傳感器11數(shù)量為一對，分別位于凹槽的兩個(gè)相對的側(cè)面上，并與座椅安裝座6的側(cè)面緊密貼合，列車直行時(shí)，壓力傳感器11讀數(shù)為零;列車左轉(zhuǎn)彎時(shí)，位于座椅安裝座6左側(cè)的壓力傳感器11讀數(shù)為零，而位于座椅安裝座6右側(cè)的壓力傳感器11產(chǎn)生一不為零的讀數(shù)，數(shù)值等于列車此時(shí)所受向心力的數(shù)值;列車右轉(zhuǎn)彎時(shí)，位于座椅安裝座6右側(cè)的壓力傳感器11讀數(shù)為零，而位于座椅安裝座6左側(cè)的壓力傳感器11產(chǎn)生一不為零的讀數(shù)，數(shù)值等于列車此時(shí)所受向心力的數(shù)值。
[0069]如圖9所示，具體實(shí)施中，膠囊列車系統(tǒng)的運(yùn)行方法是按如下步驟進(jìn)行:
[0070]步驟一、動(dòng)力模塊向信息采集模塊、信息處理模塊、執(zhí)行模塊供電，使得列車脫離軌道，進(jìn)入懸浮狀態(tài);其中，動(dòng)力模塊直接連接220V市電，信息采集模塊、信息處理模塊、執(zhí)行模塊內(nèi)部設(shè)置有相應(yīng)的電壓調(diào)理電路，比如降壓、模數(shù)轉(zhuǎn)換等電路;列車懸浮主要是保證其在運(yùn)行時(shí)不受機(jī)械阻力。
[0071]步驟二、初始化膠囊列車系統(tǒng)。
[0072]步驟三、調(diào)試信息采集模塊的精度。
[0073]步驟四、動(dòng)力模塊向矩形線圈組件2輸入所設(shè)定的初始電流。
[0074]步驟五、信息處理模塊利用信息采集模塊獲取列車速度信息，判斷是否達(dá)到預(yù)期速度:若未達(dá)到，則進(jìn)入步驟六;否則，進(jìn)入步驟七。
[0075]步驟六、判斷當(dāng)前加速度是否大于設(shè)定加速度;若大于，則利用執(zhí)行模塊中的發(fā)電機(jī)減弱矩形線圈組件2的電流，從而減小當(dāng)前加速度，轉(zhuǎn)回步驟五；否則，保持當(dāng)前加速度，并轉(zhuǎn)回步驟五;考慮到普通人類可承受加速度有限，為保證乘車舒適度，設(shè)定加速度數(shù)值為兩倍重力加速度。
[0076]步驟七、判斷當(dāng)前加速度是否等于零加速度;若不等于，則利用執(zhí)行模塊中的發(fā)電機(jī)減弱矩形線圈組件2的電流，從而減小當(dāng)前加速度;并返回步驟七;若等于，則保持零加速度;并執(zhí)行步驟八；
[0077]步驟八、控制中心利用監(jiān)測模塊監(jiān)測各列車間的相對距離，當(dāng)相對距離小于設(shè)定值時(shí)，則利用監(jiān)測模塊報(bào)警，并執(zhí)行步驟十一;否則，執(zhí)行步驟九；
[0078]步驟九、利用監(jiān)測模塊監(jiān)測列車與終點(diǎn)的相對距離，當(dāng)相對距離大于閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟八;否則，執(zhí)行步驟十；
[0079]步驟十、利用執(zhí)行模塊中的發(fā)電機(jī)提供反向電流給矩形線圈組件2，從而使得車廂I以恒定的加速度進(jìn)行減速行駛，并讀取列車當(dāng)前速度信息，判斷列車當(dāng)前速度是否為零，若當(dāng)前速度不為零，轉(zhuǎn)入步驟十;若當(dāng)前速度為零，進(jìn)入步驟i^一;恒定加速度是指不高于兩倍重力加速度的某一固定加速度值，此處是出于對乘客乘車舒適度的考慮。
[0080]步驟十一、動(dòng)力模塊斷電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)，其特征包括:信息采集模塊、信息處理模塊、監(jiān)測模塊、執(zhí)行模塊、動(dòng)力模塊、基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊； 所述動(dòng)力模塊分別與所述信息采集模塊、所述信息處理模塊、所述執(zhí)行模塊、所述監(jiān)測模塊相連接，所述信息采集模塊與所述信息處理模塊、所述監(jiān)測模塊相連接，所述信息處理模塊與所述執(zhí)行模塊相連接，所述動(dòng)力模塊、所述信息采集模塊、所述信息處理模塊、所述執(zhí)行模塊分別與所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊相連接； 所述信息采集模塊用于收集四類信息，包括:列車的位置信息、列車的速度信息、列車的加速度信息、列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息，并將所述列車的位置信息發(fā)給所述監(jiān)測模塊、將剩下的三類信息發(fā)給所述信息處理模塊； 所述監(jiān)測模塊與列車控制中心相連接，對所接收到的列車位置信息進(jìn)行處理，確定列車與其它列車間的位置關(guān)系，用于防止列車碰撞； 所述信息處理模塊根據(jù)所接收到的三類信息，判斷列車當(dāng)前速度是否達(dá)到預(yù)期速度，若未達(dá)到預(yù)期速度，則判斷當(dāng)前加速度是否大于設(shè)定加速度;若大于，則利用執(zhí)行模塊減小當(dāng)前加速度；否則，保持當(dāng)前加速度;若達(dá)到預(yù)期速度，則判斷當(dāng)前加速度是否等于零加速度;若不等于，則減小當(dāng)前加速度;若等于，則保持零加速度； 所述信息處理模塊判斷所接收到的列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息是否等于零向心力，若等于，則保持所述執(zhí)行模塊對所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊的控制狀態(tài);若不等于，則利用所述執(zhí)行模塊控制所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行調(diào)整； 所述動(dòng)力模塊用于為所述信息采集模塊、信息處理模塊、執(zhí)行模塊供電，用于保持各模塊正常運(yùn)作;還設(shè)置有電流回收裝置，用于回收所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊的多余電能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠囊列車系統(tǒng)，其特征是:所述信息采集模塊包括:GPS定位器、GPS測速器、加速度傳感器和壓力傳感器，分別用于獲取所述列車的位置信息、列車的速度信息、列車的加速度信息、列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠囊列車系統(tǒng)，其特征是:所述基本機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊包括:車廂、矩形線圈組件、列車道、座椅及其支架;所述車廂為單廂單人結(jié)構(gòu)； 所述執(zhí)行模塊包括:發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)和電機(jī)； 所述發(fā)電機(jī)用于為所述矩形線圈組件供電，從而利用所述矩形線圈組件驅(qū)動(dòng)所述車廂沿著所述列車道行駛； 所述空氣壓縮機(jī)用于在車廂底部和列車道之間形成氣流，從而抬升所述車廂處于懸浮狀態(tài)，并消除所述車廂與所述列車道之間的機(jī)械摩擦； 所述電機(jī)設(shè)置在所述座椅下方并用于調(diào)整所述座椅的傾角。4.一種利用權(quán)利要求1所述的高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行: 步驟一、所述動(dòng)力模塊向所述信息采集模塊、信息處理模塊、執(zhí)行模塊供電，使得列車脫離軌道，進(jìn)入懸浮狀態(tài)； 步驟二、初始化所述膠囊列車系統(tǒng)； 步驟二、調(diào)試所述彳目息米集模塊的精度； 步驟四、所述動(dòng)力模塊向矩形線圈組件輸入所設(shè)定的初始電流； 步驟五、所述信息處理模塊利用所述信息采集模塊獲取列車速度信息，判斷是否達(dá)到預(yù)期速度:若未達(dá)到，則進(jìn)入步驟六;否則，進(jìn)入步驟七； 步驟六、判斷當(dāng)前加速度是否大于設(shè)定加速度;若大于，則利用執(zhí)行模塊中的發(fā)電機(jī)減弱矩形線圈組件的電流，從而減小當(dāng)前加速度，轉(zhuǎn)回步驟五;否則，保持當(dāng)前加速度，并轉(zhuǎn)回步驟五； 步驟七、判斷當(dāng)前加速度是否等于零加速度;若不等于，則利用執(zhí)行模塊中的發(fā)電機(jī)減弱矩形線圈組件的電流，從而減小當(dāng)前加速度;并返回步驟七;若等于，則保持零加速度;并執(zhí)行步驟八； 步驟八、控制中心利用監(jiān)測模塊監(jiān)測各列車間的相對距離，當(dāng)所述相對距離小于設(shè)定值時(shí)，則利用監(jiān)測模塊報(bào)警，并執(zhí)行步驟十一;否則，執(zhí)行步驟九； 步驟九、利用所述監(jiān)測模塊監(jiān)測列車與終點(diǎn)的相對距離，當(dāng)所述相對距離大于閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟八;否則，執(zhí)行步驟十； 步驟十、利用執(zhí)行模塊中的發(fā)電機(jī)提供反向電流給所述矩形線圈組件，從而使得車廂以恒定的加速度進(jìn)行減速行駛，并讀取列車當(dāng)前速度信息，判斷列車當(dāng)前速度是否為零，若當(dāng)前速度不為零，轉(zhuǎn)入步驟十;若當(dāng)前速度為零，進(jìn)入步驟i^一； 步驟i^一、動(dòng)力模塊斷電。5.—種利用權(quán)利要求1所述的高速軌道交通的膠囊列車系統(tǒng)的座椅調(diào)整方法，其特征是: 所述信息處理模塊利用所述信息采集模塊獲取列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息，并判斷所述列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息是否等于零向心力，若等于，則保持座椅不動(dòng)；若不等于，則根據(jù)所述列車轉(zhuǎn)彎時(shí)所受向心力的數(shù)值信息判斷列車的行駛狀態(tài)，若列車處于左轉(zhuǎn)彎，則利用所述執(zhí)行模塊中的電機(jī)調(diào)整座椅的傾角向右傾斜;若列車處于右轉(zhuǎn)彎，則利用所述執(zhí)行模塊中的電機(jī)調(diào)整座椅的傾角向左傾斜。
【文檔編號】B60L13/00GK105835718SQ201610415805
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月6日
【發(fā)明人】潘若愚, 褚偉, 張公讓, 朱克毓, 梁昌勇, 林朋, 曹龍濤, 謝彬
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)