转向架和具有其的轨道车辆、轨道交通系统的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其是涉及一种转向架和具有其的轨道车辆、轨道交通系统。

背景技术：

相关技术中，轨道车辆通常只能在特定的轨道上运行，从而无法实现轨道车辆与地面交通的互联互通，且轨道车辆回库等都需要敷设相应的轨道梁，土建成本较高，且占地面积较大。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种转向架，采用一个转向电机就可以实现两侧走行轮的转向，转向性能好，且可以节约成本。当转向架应用于轨道车辆时，可以同时满足轨道车辆在公路上行驶和在轨道梁上行驶，且在轨道梁上运行时可以通过轨道凸起和导向轮的配合实现被动转向，在公路上运行时通过主动转向结构实现主动转向。

本发明的另一个目的在于提出一种具有上述转向架的轨道车辆。

本发明的再一个目的在于提出一种具有上述轨道车辆的轨道交通系统。

根据本发明第一方面实施例的转向架，包括：至少两个走行轮，至少两个所述走行轮左右间隔设置；至少两个导向轮，至少两个所述导向轮设在至少两个所述走行轮之间所述导向轮的至少一部分高于所述走行轮的中心轴线；至少一个主动转向机构，所述主动转向机构包括转向电机、转向传动机构和两个转向四连杆机构，所述转向传动机构包括相互配合的主动件和从动件，所述主动件与所述转向电机相连，所述从动件可左右移动，两个所述转向四连杆机构的一端分别与所述从动件的两端相连，两个所述转向四连杆机构的另一端分别与两个所述走行轮固定连接。

根据本发明实施例的转向架，通过设置包括上述转向电机、转向传动机构和两个转向四连杆机构的主动转向机构，采用一个转向电机就可以实现两侧走行轮的转向，转向性能好，且可以节约成本。当转向架应用于轨道车辆时，使得轨道车辆既可以沿轨道行驶，也可以通过主动转向机构实现在公路上行驶，实现轨道交通和地面交通的互联互通，充分结合了地面交通的灵活、可达性高以及轨道交通的安全、运营速度高和准点等优点，实现了地面交通和轨道交通的优势互补，且扩展了轨道车辆的适用范围。。

根据本发明的一些实施例，所述转向电机和所述转向传动机构均高于所述至少两个所述导向轮。

根据本发明的一些实施例，所述转向架还包括固定轴，每个所述转向四连杆机构包括：第一连杆，所述第一连杆的一端与所述从动件的一端传动连接；第二连杆，所述第二连杆的一端与所述第一连杆的另一端转动连接；第三连杆，所述第三连杆的一端与所述第二连杆的另一端转动连接；第四连杆，所述第四连杆的一端与所述第三连杆的另一端固定连接，所述第三连杆和所述第四连杆的连接处绕所述固定轴的中心轴线可枢转，所述第四连杆的另一端与两个所述走行轮的其中一个固定连接。

根据本发明的一些实施例，所述转向传动机构为蜗轮蜗杆机构，所述主动件为蜗轮，所述蜗轮与所述转向电机的输出轴固定连接，所述从动件为蜗杆，所述蜗杆与所述蜗轮配合，且所述蜗杆的两端分别与两个所述转向四连杆机构的所述一端相连。

根据本发明的一些实施例，所述从动件的两端分别设有包括轴承的联轴器。

根据本发明的一些实施例，所述转向架进一步包括：安全轮，所述安全轮适于设在轨道梁的安全面的上方。

根据本发明第二方面实施例的轨道车辆，包括根据本发明上述第一方面实施例的转向架。

根据本发明的一些实施例，所述轨道车辆还包括轮边动力总成，所述轮边动力总成与所述走行轮连接，且所述轮边动力总成位于所述走行轮的一侧，所述轮边动力总成包括轮边电机或轮毂电机。

根据本发明第三方面实施例的轨道交通系统，包括：轨道梁，所述轨道梁包括高架段和斜坡过渡段，所述高架段的上表面上设有向上凸出的轨道凸起，所述高架段的位于所述轨道凸起两侧的上表面为走行面，所述轨道凸起的两个侧面均为导向面，所述斜坡过渡段上设有导向端，所述导向端的邻近所述高架段长度方向上的中心的一端的宽度大于所述导向端的另一端的宽度；轨道车辆，所述轨道车辆为根据本发明上述第二方面实施例的轨道车辆，至少两个所述走行轮适于在所述轨道凸起两侧的所述走行面上行走，至少两个所述导向轮适于在所述轨道凸起的两个所述导向面上行走，所述导向轮的至少一部分高于所述走行轮的中心轴线，当所述轨道车辆沿所述斜坡过渡段朝向远离所述高架段的方向运动时所述轨道车辆通过所述主动转向机构实现转向。

根据本发明的一些实施例，所述导向端位于所述斜坡过渡段的远离所述高架段的一端，沿朝向远离所述高架段的方向，所述导向端的宽度逐渐减小。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的轨道交通系统的示意图；

图2a是根据本发明实施例的轨道交通系统的主动转向机构与走行轮的主视图；

图2b是图2a中所示的主动转向机构与走行轮的俯视图；

图2c是图2a中所示的轨道车辆转向时主动转向机构与走行轮的俯视图；

图3是根据本发明实施例的主动转向机构的转向电机与转向传动机构的示意图；

图4是根据本发明实施例的轨道车辆的示意图；

图5是根据本发明实施例的轨道梁的示意图；

图6是根据本发明实施例的轨道梁的高架段的立体图；

图7是图6中所示的高架段的剖面图；

图8是根据本发明实施例的轨道梁的斜坡过渡段的示意图。

附图标记：

轨道交通系统1000；

轨道梁100；高架段110；走行面111；

斜坡过渡段120；导向端121；

轨道凸起130；导向面131；安全面132；防侧翻件133；

防护栏140；

轨道车辆200；走行轮210；导向轮220；

转向电机231；输出轴2311；主动件232；从动件233；

转向四连杆机构234；第一连杆2341；第二连杆2342；

第三连杆2343；第四连杆2344；

联轴器235；轮边动力总成240；

无线接收装置251；信号接收单元252；信号系统车载控制器253；

整车控制器254；转向控制器255；逃生门260；

安全轮270；速度传感器280；

路面机动车道300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图8描述根据本发明实施例的转向架。

如图1-图8所示，根据本发明第一方面实施例的转向架，包括至少两个走行轮210、至少两个导向轮220以及至少一个主动转向机构。

具体而言，至少两个走行轮210左右间隔设置，至少两个导向轮220设在至少两个走行轮210之间，导向轮220的至少一部分高于走行轮210的中心轴线。例如，在图1的示例中，导向轮220的上部位于走行轮210的中心轴线以上，导向轮220的下部位于走行轮210的中心轴线以下。由此，可以避免轨道车辆200在路面上行驶时与地面或地面上的物件例如石头等发生干涉。

主动转向机构包括转向电机231、转向传动机构和两个转向四连杆机构234，转向传动机构包括相互配合的主动件232和从动件233，主动件232与转向电机231相连，从动件233可左右移动，两个转向四连杆机构234的一端分别与从动件233的两端相连，两个转向四连杆机构234的另一端分别与两个走行轮210固定连接。此时最靠近走行轮210的铰接点为固定铰接点。

当转向架应用于轨道车辆时，在转向电机231工作时，转向电机231通过主动件232可以带动从动件233在轨道车辆200的宽度方向(例如，图1中的左右方向)上向左或向右移动，从而带动从动件233两端的两个转向四连杆机构234运动，实现转向功能。由此，通过采用一个转向电机231就可以实现两侧走行轮210的转向，轨道车辆200的转向性能好，零部件少，从而可以节约成本。另外，通过设置主动转向机构，轨道车辆200可以驶下轨道梁进入公路，并通过主动转向机构实现主动转向，此时轨道车辆为路轨两用车辆，从而实现轨道交通和地面交通的互联互通，充分结合了地面交通的灵活、可达性高以及轨道交通的安全、运营速度高和准点等优点，实现了地面交通和轨道交通的优势互补。

根据本发明实施例的转向架，通过设置包括上述转向电机231、转向传动机构和两个转向四连杆机构234的主动转向机构，采用一个转向电机231就可以实现两侧走行轮210的转向，转向性能好，且可以节约成本。当转向架应用于轨道车辆时，使得轨道车辆既可以沿轨道行驶，也可以通过主动转向机构实现在公路上行驶，实现轨道交通和地面交通的互联互通，充分结合了地面交通的灵活、可达性高以及轨道交通的安全、运营速度高和准点等优点，实现了地面交通和轨道交通的优势互补，且扩展了轨道车辆的适用范围。

根据本发明的一些实施例，转向电机231和转向传动机构均高于至少两个导向轮220。结合图2a-图2c，从动件233的中心轴线与走行轮210的中心轴线不在同一水平线上。如此设置，可以有效避免主动转向机构与轨道梁100干涉。

根据本发明的一些具体实施例，参照图2a-图2c，转向架还包括固定轴(该固定轴可以沿图2b-图2c中垂直于纸面的方向延伸)，固定轴可以安装在车桥上。每个转向四连杆机构包括：第一连杆2341、第二连杆2342、第三连杆2343以及第四连杆2344，第一连杆2341的一端与从动件的一端传动连接，第二连杆2342的一端与第一连杆2341的另一端转动连接，第三连杆2343的一端与第二连杆2342的另一端转动连接，第四连杆2344的一端与第三连杆2343的另一端固定连接，第三连杆2343和第四连杆2344的连接处绕固定轴的中心轴线可枢转，此时第三连杆2343和第四连杆2344的连接处可以套设在固定轴上。第四连杆2344的另一端与两个走行轮210的其中一个固定连接。如此设置，可以有效实现从动件233左右移动带动两侧的转向四连杆机构234运动，从而分别带动两侧的走行轮210转向。

可选地，如图3所示，转向传动机构为蜗轮蜗杆机构，主动件232为蜗轮，蜗轮与转向电机231的输出轴231固定连接，从动件233为蜗杆，蜗杆与蜗轮配合，且蜗杆的两端分别与两个转向四连杆机构234的上述一端相连。当转向电机231工作时，转向电机231的输出轴231的旋转运动带动蜗轮旋转，蜗杆可以随着转向电机231带动蜗轮的旋转而水平移动，从而带动两侧的转向四连杆机构234运动而使得轨道车辆200转向。由此，通过采用蜗轮蜗杆机构，传递效率高，稳定性好，且成本低。其中，转向电机231的扭矩、转速等可以由转向控制器255进行控制。

进一步地，结合图2和图3，从动件233的两端分别设有包括轴承的联轴器235。如此设置，可以消除从动件233例如蜗杆的旋转运动的传动，保留了从动件233例如蜗杆的平移运动的传动。即包括轴承的联轴器235不会传递旋转运动，但又保证可以传递平移运动。可选地，联轴器235的轴承为双列圆锥滚子轴承。

当然，本发明不限于此，转向传动机构还可以为齿轮齿条机构或循环球式转向器。但不限于此。可以理解的是，齿轮齿条机构或循环球式转向器的具体结构以及工作原理等已为本领域的技术人员所熟知，在此不再赘述。

根据本发明的一些实施例，转向架进一步包括：安全轮270，安全轮270适于设在轨道梁100的安全面132的上方。例如，如图1所示，轨道凸起130的顶面为安全面132，轨道车辆200的安全轮270可以位于安全面132的上方。此时轨道凸起130的安全面132与轨道车辆200的安全轮270之间具有一定间隙，当轨道车辆200发生例如爆胎、拖轮等安全故障时，轨道车辆200的安全轮270与安全面132接触，可以支撑轨道车辆200缓慢前行到邻近车站。

当然，本发明不限于此，安全轮270还可以设在走行轮210的轮辋上，且安全轮270与轮辋同轴设置(图未示出)。此时走行轮210的轮胎可以为中空结构，当轨道车辆200发生爆胎等安全故障时，安全轮270可以与轨道梁100的走行面111接触，支撑轨道车辆200缓慢前行到邻近车站。

根据本发明第二方面实施例的轨道车辆，包括根据本发明上述第一方面实施例的转向架。

根据本发明的一些实施例，参照图1，轨道车辆200包括轮边动力总成240，轮边动力总成240与走行轮210连接，且轮边动力总成240位于走行轮210的一侧，轮边动力总成240包括轮边电机或轮毂电机。轮边电机采用电机加减速器的方式，轮毂电机是将电机嵌入到走行轮210的轮辋。如此设置，取消了传统驱动桥的机械差速器，具有结构简单、占用空间小等特点。而且，将轮边电机或轮毂电机邻近走行轮210布置，空出中间的空间可以用于容纳轨道凸起130。

进一步地，轮边电机或轮毂电机在转弯时可以实现电子差速功能。具体地，可以通过车载电子地图获取轨道车辆200的当前位置，并得到当前的转弯半径，再根据该转弯半径进行计算，获得内外侧走行轮210的转速，并通过电机控制器实现电子差速的功能。导向轮220可以预压在轨道凸起130上，实现轨道车辆200在过弯道时的差速功能，从而可以减少轮胎磨耗。

如图1所示，根据本发明第三方面实施例的轨道交通系统1000，包括轨道梁100和轨道车辆200。轨道车辆200为根据本发明上述第二方面实施例的轨道车辆。

具体而言，轨道梁100包括高架段110和斜坡过渡段120，高架段110的上表面上设有向上凸出的轨道凸起130，高架段110的位于轨道凸起130两侧的上表面为走行面111，轨道凸起130的两个侧面均为导向面131。轨道车辆200包括左右间隔设置的至少两个走行轮210和左右间隔设置的至少两个导向轮220，至少两个走行轮210适于在轨道凸起130两侧的走行面111上行走，至少两个导向轮220适于在轨道凸起130的两个导向面131上行走。例如，在图1、图5-图8的示例中，轨道凸起130设在高架段110的上表面上，走行面111位于轨道凸起130两侧的高架段110的上表面，轨道凸起130的左侧面和右侧面均为导向面131。在轨道车辆200的行进过程中，轨道车辆200的左右间隔设置的至少两个走行轮210分别与轨道凸起130左右两侧的走行面111接触，具有一定的摩擦系数，以支撑轨道车辆200走行。轨道凸起130左侧和右侧的两个导向面131与轨道车辆200的左右间隔设置的至少两个导向轮220均接触，为轨道车辆200在轨道梁100上的行驶提供导向和稳定作用，从而可以实现被动转向，且能够防止轨道车辆200在轨道梁100上行驶时发生侧翻。

斜坡过渡段120上设有导向端121，导向端121的邻近高架段110长度方向上的中心的一端的宽度大于导向端121的另一端的宽度。如此设置，结合图5和图8，轨道车辆200可以从地面机动车道沿斜坡过渡段120的导向端121驶入轨道梁100的高架段110(例如，图5中的上梁方向)，也可以从轨道梁100的高架段110沿斜坡过渡段120的导向端121驶入地面机动车道(例如，图5中的下梁方向)，从而实现了路轨两种行驶模式的互换。而且，通过设置上述的导向端121，轨道凸起130两侧的导向面131在路轨接触部分变窄，当轨道车辆200从地面机动车道驶入轨道梁100(即上梁)时，导向端121允许导向轮220在进入轨道凸起130时产生一定的横向偏差，方便了导向轮220的进入，使轨道车辆200可在一定误差范围内顺利完成由地面行驶模式到轨道行驶模式的切换；当轨道车辆200从轨道梁100驶入地面机动车道时，导向端121能够起到导向作用，使轨道车辆200能够平稳地从轨道行驶模式切换到地面行驶模式。如此，便于顺利完成路轨行驶模式的切换。

当轨道车辆200沿斜坡过渡段120朝向远离高架段110的方向运动时轨道车辆200通过主动转向机构实现转向。当轨道车辆200在地面例如公路上运行时，可以通过主动转向机构实现主动转向。

根据本发明实施例的轨道交通系统1000，通过采用上述包括斜坡过渡段120的轨道梁100、以及包括主动转向机构的轨道车辆200，且使导向轮220的至少一部分高于走行轮210的中心轴线，从而可以同时满足轨道车辆200在公路上行驶和在轨道梁100上行驶，且在轨道梁100上运行时可以通过轨道凸起130和导向轮220的配合实现被动转向，在公路上运行时通过主动转向结构实现主动转向，从而实现轨道交通和地面交通的互联互通，充分结合了地面交通的灵活、可达性高以及轨道交通的安全、运营速度高和准点等优点，实现了地面交通和轨道交通的优势互补。

图4是根据本发明实施例的轨道车辆200的通信网络拓扑图。具体地，轨道车辆200的车顶上可以安装有无线接收装置251，无线接收装置251可以用于接受gps(globalpositioningsystem，全球定位系统)信号及地面控制中心通过沿线布置的基站发送的信号。信号接收单元252(如tau)可以根据信号接受装置接收到的控制信号进行编码并传输给信号系统车载控制器253(如vobc，vehicleon-boardcontroller)，信号系统车载控制器253根据接受到的控制信号计算轨道车辆200防护曲线，并发送控车指令给整车控制器254(ccu)，整车控制器254通过can(controllerareanetwork，控制器局域网络)网络发送给牵引控制器、制动控制器等控制终端，从而对轨道车辆200进行控制。btm是信号系统中的应答器收发单元，应答器可以用于矫正轨道车辆200的速度传感器280的累积定位误差。

与此同时，信号系统车载控制器253内部储存有覆盖整条运营线路的电子地图，信号系统车载控制器253通过速度传感器280的信号累积计算轨道车辆200的行驶距离并结合gps定位，以确定轨道车辆200是否需要转向，并向整车控制器254发送转向指令。当轨道车辆200的转向控制器255收到转弯角度等信号时，可控制主动转向机构的转向电机231进行自动转向动作，而不需要人工参与转向。

可选地，走行轮210的轮胎采用充气橡胶轮胎，导向轮220的轮胎采用实心橡胶轮胎或充气橡胶轮胎。但不限于此。

根据本发明的一些实施例，如图5和图8所示，导向端121位于斜坡过渡段120的远离高架段110的一端，沿朝向远离高架段110的方向，导向端121的宽度逐渐减小。由此，允许轨道车辆200在驶入时在左右方向上有一定的偏差，实现左右不平衡容错功能，且使轨道车辆200在轨道行驶模式和地面行驶模式之间的过渡更加平缓、自然，且加工方便。

可选地，导向端121的纵向截面形状可以为等腰梯形(如图5所示)或等腰三角形(如图8所示)。此时导向端121设计为尖端或梯形结构。由此，方便导向轮220进入以便顺利完成路轨行驶模式的切换，克服了轨道车辆200左右位置的偏差。轨道车辆200通过导向端121并道后可行驶于路面机动车道300。

在本发明的进一步实施例中，参照图1并结合图6-图7，轨道凸起130的上部设有防侧翻件133，防侧翻件133设在轨道凸起130的侧面。具体而言，在图1、图6-图7的示例中，导向轮220的位置高于走行轮210与走行面111的接触位置，防侧翻件133位于导向轮220的上方，当轨道车辆200以较高的速度转弯而导致轨道车辆200的车身倾斜较为严重时，防侧翻件133能够对轨道车辆200的导向轮220起到止挡作用，防止导向轮220从轨道凸起130脱出而引起轨道车辆200侧翻。由此，通过在轨道凸起130的侧面设置防侧翻件133，能够有效防止在轨道上行驶的轨道车辆200由于发生侧翻而导致脱轨，极大地提高了轨道梁100的安全性。

在本发明的一些实施例中，如图1、图6-图7所示，高架段110的宽度方向上的两侧分别设有防护栏140。例如，结合图1、图6-图7，两个防护栏140分别位于高架段110的走行面111的两侧，当轨道车辆200发生例如火灾等紧急事故时，轨道车辆200端部左右间隔设置的两个逃生门260可以快速打开，走行面111可以作为紧急逃生通道，两侧的防护栏140可以保证疏散过程中乘客的安全，在发生紧急事故时能够实现快速且安全地疏散乘客，同时还可以减小对附近居民的噪音影响。

其中，轨道车辆200的转向架可以采用双轴转向架或单轴转向架。轨道车辆200可以采用集中式动力总成，通过机械差速、减速等方式将动力传至轮端。悬挂可以采用空气弹簧或螺旋弹簧等。轨道车辆200的供电方式既可采用电池供电，也可以采用接触轨或接触网供电。但不限于此。

根据本发明实施例的轨道交通系统1000，轨道梁100可以同时实现轨道车辆200的走行、导向、安全轮270支撑等功能。此外，轨道交通系统1000还可以根据自身存储的电子地图，结合gps、速度传感器280等融合定位技术，实现轨道车辆200在轨道梁100上的自主识别路径并进行转向。当轨道车辆200驶入地面机动车道后，可结合无人驾驶技术，使轨道车辆200实现全自动驾驶。

根据本发明实施例的轨道交通系统1000的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。