專利名稱：高加速度電動(dòng)軌道車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道車技術(shù)，具體地說，涉及的是一種將電驅(qū)動(dòng)技術(shù)與軌道車體系結(jié)合起來設(shè)計(jì)的一種具備高加速能力的電動(dòng)軌道車。
背景技術(shù)：
隨著高鐵技術(shù)和城市地鐵的發(fā)展，軌道交通已經(jīng)越來越多地影響著人們的生產(chǎn)、 生活。按照設(shè)計(jì)目的和主要用途的不同，軌道車可分為工業(yè)生產(chǎn)中專用軌道車體和一般列車。前者包括電動(dòng)平車、鐵路檢修車等，它們多是基于機(jī)械、液壓、電傳動(dòng)形式驅(qū)動(dòng)鐵輪在工字型軌道上行駛。后者包括城際列車，地下鐵路，高鐵等。由于軌道車輪與鐵軌之間為純剛體接觸，車體行駛過程中的側(cè)向偏移會(huì)被極大程度地抑制，因此在高速行駛時(shí)車體穩(wěn)定，側(cè)向運(yùn)動(dòng)性能良好。電動(dòng)汽車的特點(diǎn)是以車載能源提供動(dòng)力，電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛。由于其動(dòng)力源與驅(qū)動(dòng)輪之間取消了傳統(tǒng)機(jī)械連接而直接由電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪，這使控制系統(tǒng)只需調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩即可直接控制車輪驅(qū)動(dòng)力，而電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)性能較機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)要快得多，因此電動(dòng)汽車具備良好的加減速能力。這一特性也為開發(fā)高性能、低成本的動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng)和電動(dòng)汽車奠定了基礎(chǔ)。例如，美國福特公司曾經(jīng)制造出時(shí)速335km/h的電動(dòng)汽車，其百公里加速僅需2. 5秒?，F(xiàn)有的軌道車技術(shù)，如高鐵技術(shù)，可以使車體加速運(yùn)行到400km/h的高速度，但是其加速過程相對(duì)緩慢，加速距離需數(shù)千米。對(duì)于軌道道路環(huán)境下某些對(duì)時(shí)間響應(yīng)要求較高的生產(chǎn)作業(yè)或者特種設(shè)備極限加速度下工況測試，需要提供能在較短距離加速到較大速度的移動(dòng)平臺(tái)，該移動(dòng)平臺(tái)必須具備高加速能力，比如實(shí)現(xiàn)在200米的距離內(nèi)從靜止加速行駛到100Km/h。如果采用傳統(tǒng)軌道車移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)，勢必會(huì)因?yàn)榧铀倌芰Σ蛔?，?dǎo)致測試軌道過長，系統(tǒng)成本過高且難以實(shí)現(xiàn)。因此，考慮將電驅(qū)動(dòng)技術(shù)與軌道車體系結(jié)合起來，設(shè)計(jì)一種具備高加速能力的電動(dòng)軌道車。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，劉進(jìn)寶等在發(fā)明專利《電動(dòng)軌道車》(專利申請?zhí)?00420091905. 6)中涉及一種改進(jìn)電動(dòng)軌道車系統(tǒng)，由車廂、行走輪、限位導(dǎo)向輪、直流電動(dòng)機(jī)、電刷、剎車裝置、防撞裝置和行走軌道、導(dǎo)電軌道組成。該軌道車實(shí)現(xiàn)了電驅(qū)動(dòng)技術(shù)和軌道交通技術(shù)的結(jié)合，但是車體加速能力不強(qiáng)，軌道需要專門鋪設(shè)，限位導(dǎo)向輪安裝不便，不適合作為上文中提到的特種工況下的高加速度移動(dòng)平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有方案中軌道車普遍不具備較高加速能力的問題，結(jié)合電動(dòng)汽車具備的高加速度能力和軌道車的導(dǎo)引作用及抑制偏移能力，設(shè)計(jì)了一種新型的高加速度電動(dòng)軌道車，來作為特殊工況需求的具備高加速度能力的穩(wěn)定移動(dòng)平臺(tái)。同時(shí)該軌道車具有往復(fù)行駛、效率高、結(jié)構(gòu)簡便、兼容現(xiàn)有高鐵軌道等復(fù)合型特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明所述的高加速度電動(dòng)軌道車，包括車身、導(dǎo)向架，驅(qū)動(dòng)橋與驅(qū)動(dòng)輪對(duì)，導(dǎo)向輪對(duì)，直流電機(jī)，能量系統(tǒng)，車載控制系統(tǒng)。所述軌道車為四輪走行、四輪導(dǎo)向的布局模式， 車身結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，前后對(duì)稱，其中前后導(dǎo)向輪對(duì)通過導(dǎo)向橋進(jìn)行橋接，并與導(dǎo)向架相連， 作用于兩側(cè)工字型鐵軌上，前后驅(qū)動(dòng)輪對(duì)設(shè)置在驅(qū)動(dòng)橋上，作用在導(dǎo)軌之間的硬地面上，承受車體的垂向載荷并傳遞牽引力和制動(dòng)力給路面。前后導(dǎo)向輪對(duì)和車身通過導(dǎo)向架連接， 直流電機(jī)、能量系統(tǒng)以及車載控制系統(tǒng)均設(shè)置在車身上，所述能量系統(tǒng)為車載超級(jí)電容，車載控制系統(tǒng)用于控制直流電機(jī)、能量系統(tǒng)進(jìn)行工作。所述軌道車車身主要用來支撐整個(gè)車輛上裝結(jié)構(gòu)，車上所有的負(fù)載包括車載能量、電機(jī)等及車體自重都會(huì)通過與車架相連來傳遞載荷。軌道車不設(shè)置轉(zhuǎn)向和懸掛系統(tǒng)，導(dǎo)向架主要用來連接前后導(dǎo)向輪和車身。所述導(dǎo)向架與車身之間采用移動(dòng)副連接，連接體間裝有變剛度彈簧，四組彈簧選擇為相同的剛度特性。所述軌道車的動(dòng)力形式采用電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)模式，即利用車載電源作為動(dòng)力源，并由此啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)系，驅(qū)動(dòng)前后驅(qū)動(dòng)輪對(duì)帶著車體運(yùn)動(dòng)。所述的超級(jí)電容安放在車身居中部分。所述車載控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理車載傳感器對(duì)輪胎速度、加速度的感知信息，并將相關(guān)命令發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制底層驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)高加速度軌道車的速度控制、車體控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果(1)結(jié)合電動(dòng)汽車的動(dòng)力源、驅(qū)動(dòng)方式和傳統(tǒng)軌道車輪軌剛性接觸的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的裝有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的軌道車，結(jié)構(gòu)簡單，方案清晰，既具備電動(dòng)車的高加速能力又能在高速運(yùn)行時(shí)保持側(cè)向平穩(wěn)。(2)高加速度軌道車所需的道路環(huán)境可直接利用現(xiàn)有高鐵軌道或者普通鐵路環(huán)境，而不需重新鋪設(shè)，且由于加速能力突出，在短距離內(nèi)就可達(dá)到高速，對(duì)軌道長度和特殊性要求低?？梢詷O大地用作具備高加速能力的移動(dòng)測試平臺(tái)。(3)配備了超級(jí)電容作為能量系統(tǒng)，保證了車體頻繁加減速過程中系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，并可節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)了車輛的零污染。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例軌道車的俯視圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例軌道車的車體三維結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1、圖2所示，本實(shí)施例中高加速度軌道車結(jié)構(gòu)包括車身6、導(dǎo)向架4，前后導(dǎo)向橋2、11，前后驅(qū)動(dòng)橋1、10，前后驅(qū)動(dòng)輪對(duì)5、7，前后導(dǎo)向輪對(duì)3、9，直流電機(jī)，能量系統(tǒng)，車載控制系統(tǒng)。高加速度軌道車采用四輪走行、四輪導(dǎo)向的布局模式。車體結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，前后對(duì)稱。其中2、11為前后導(dǎo)向橋，導(dǎo)向橋分布在軌道車的首位兩側(cè)，主要用來連接導(dǎo)向輪，并通過橋殼體和車輪實(shí)現(xiàn)承載及傳力作用。圖示3、9為前后導(dǎo)向輪對(duì)，選擇為火車輪對(duì)，通過導(dǎo)向橋進(jìn)行橋接，并與導(dǎo)向架4相連，火車輪對(duì)作用于兩側(cè)工字型鐵軌8上。導(dǎo)向架4主要用來連接前后導(dǎo)向輪對(duì)和車身。圖示5、7表示前后驅(qū)動(dòng)輪對(duì)，選擇為普通橡膠輪，通過前后驅(qū)動(dòng)橋1、10進(jìn)行橋接，作用在導(dǎo)軌之間的硬地面上，承受車體的垂向載荷并傳遞牽引力和制動(dòng)力給路面。軌道車車身6主要用來支撐整個(gè)車輛上裝結(jié)構(gòu)，車上所有的負(fù)載包括車載能量、 電機(jī)等及車體自重都會(huì)通過與車身相連來傳遞載荷。為了減輕軌道車突然加減速時(shí)的車架變形，導(dǎo)向架與車身之間采用移動(dòng)副連接，連接體間裝有變剛度彈簧，四組彈簧選擇為相同的剛度特性。軌道車行駛時(shí)，導(dǎo)向輪對(duì)3、9主要作用是通過與鐵軌8剛性接觸，抑制高速行駛時(shí)的側(cè)向偏移，同時(shí)對(duì)車體起導(dǎo)引作用。車體的自重等主要由前后兩對(duì)橡膠輪5、7來承擔(dān)。路面條件可以利用普通鐵路軌道，不需要專門鋪設(shè)。為了實(shí)現(xiàn)軌道車的高加速度能力，軌道車的動(dòng)力形式采用電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)模式，即利用車載電源作為動(dòng)力源，并由此啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)系，驅(qū)動(dòng)橡膠輪5、7帶著車體運(yùn)動(dòng)。對(duì)于設(shè)計(jì)的軌道車為無人駕駛移動(dòng)平臺(tái)，其車載控制系統(tǒng)是保證軌道車正常運(yùn)行的核心部分?？刂葡到y(tǒng)發(fā)送相關(guān)命令給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道車的速度控制和制動(dòng)控制等。高加速度軌道車的能量主要由車載超級(jí)電容提供，其具備電容量大、充放電壽命長、快速充放電、很寬的工作溫度范圍等優(yōu)勢。選擇超級(jí)電容作為軌道車的動(dòng)力源在重量、空間以及容量上均能滿足運(yùn)行要求。由于超級(jí)電容器組重量較大，而且所占空間較大，為了保證車體重心穩(wěn)定，超級(jí)電容器組安放在車身居中部分。上述實(shí)施例用到無人車上，運(yùn)行效果良好，同時(shí)該技術(shù)通過虛擬樣機(jī)的形式進(jìn)行了整車仿真和動(dòng)力學(xué)分析，仿真結(jié)果顯示，車體運(yùn)行穩(wěn)定，加速能力突出，從靜止加速行駛到100km/h只需要16秒，加速距離為200m。文中對(duì)軌道車的動(dòng)力性能分析驗(yàn)證了發(fā)明設(shè)計(jì)的正確性。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種高加速度電動(dòng)軌道車，包括車身、導(dǎo)向架，驅(qū)動(dòng)橋與驅(qū)動(dòng)輪對(duì)，導(dǎo)向輪對(duì)，直流電機(jī)，能量系統(tǒng)，車載控制系統(tǒng)，其特征在于所述軌道車為四輪走行、四輪導(dǎo)向的布局模式，車身結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，前后對(duì)稱，其中前后導(dǎo)向輪對(duì)通過導(dǎo)向橋進(jìn)行橋接，并與導(dǎo)向架相連，作用于兩側(cè)工字型鐵軌上，前后驅(qū)動(dòng)輪對(duì)設(shè)置在驅(qū)動(dòng)橋上，作用在導(dǎo)軌之間的硬地面上，承受車體的垂向載荷并傳遞牽引力和制動(dòng)力給路面；前后導(dǎo)向輪對(duì)和車身通過導(dǎo)向架連接，直流電機(jī)、能量系統(tǒng)以及車載控制系統(tǒng)均設(shè)置在車身上，所述能量系統(tǒng)為車載超級(jí)電容，車載控制系統(tǒng)用于控制直流電機(jī)、能量系統(tǒng)進(jìn)行工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高加速度電動(dòng)軌道車，其特征在于所述導(dǎo)向架與車身之間采用移動(dòng)副連接，連接體間裝有變剛度彈簧，四組彈簧選擇為相同的剛度特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高加速度電動(dòng)軌道車，其特征在于所述軌道車的動(dòng)力形式采用電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)模式，即利用車載電源作為動(dòng)力源，并由此啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)系，驅(qū)動(dòng)前后驅(qū)動(dòng)輪對(duì)帶著車體運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高加速度電動(dòng)軌道車，其特征在于所述的超級(jí)電容安放在車身居中部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高加速度電動(dòng)軌道車，其特征在于所述車載控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理車載傳感器對(duì)輪胎速度、加速度的感知信息，并將相關(guān)命令發(fā)送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制底層驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)高加速度軌道車的速度控制、車體控制。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高加速度電動(dòng)軌道車，所述軌道車為四輪走行、四輪導(dǎo)向的布局模式，車身結(jié)構(gòu)左右對(duì)稱，前后對(duì)稱，其中導(dǎo)向輪對(duì)通過導(dǎo)向橋連接，安裝在導(dǎo)向架上，位于軌道車車身的首尾兩側(cè)，作用于兩側(cè)工字型鐵軌上，前后驅(qū)動(dòng)輪對(duì)安裝在驅(qū)動(dòng)橋上，作用在鐵軌之間的硬地面上，承受車體的垂向載荷并傳遞牽引力和制動(dòng)力給路面；前后導(dǎo)向輪對(duì)和車身通過導(dǎo)向架連接，直流電機(jī)、能量系統(tǒng)以及車載控制系統(tǒng)均設(shè)置在車身上，所述能量系統(tǒng)為車載超級(jí)電容，車載控制系統(tǒng)用于控制直流電機(jī)、能量系統(tǒng)進(jìn)行工作。本發(fā)明克服現(xiàn)有方案中軌道車普遍不具備較高加速能力的問題，具有電動(dòng)汽車具備的高加速度能力和軌道車的導(dǎo)引作用及抑制偏移能力。
文檔編號(hào)B61L11/00GK102490728SQ20111038837
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者杜水平, 楊明, 王冰, 王春香 申請人:上海交通大學(xué)