专利名称：高加速度电动轨道车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道车技术，具体地说，涉及的是一种将电驱动技术与轨道车体系结合起来设计的一种具备高加速能力的电动轨道车。
背景技术：
随着高铁技术和城市地铁的发展，轨道交通已经越来越多地影响着人们的生产、 生活。按照设计目的和主要用途的不同，轨道车可分为工业生产中专用轨道车体和一般列车。前者包括电动平车、铁路检修车等，它们多是基于机械、液压、电传动形式驱动铁轮在工字型轨道上行驶。后者包括城际列车，地下铁路，高铁等。由于轨道车轮与铁轨之间为纯刚体接触，车体行驶过程中的侧向偏移会被极大程度地抑制，因此在高速行驶时车体稳定，侧向运动性能良好。电动汽车的特点是以车载能源提供动力，电机驱动车轮行驶。由于其动力源与驱动轮之间取消了传统机械连接而直接由电机驱动车轮，这使控制系统只需调节驱动电机的转矩即可直接控制车轮驱动力，而电动机的响应性能较机械传动系统要快得多，因此电动汽车具备良好的加减速能力。这一特性也为开发高性能、低成本的动力学控制系统和电动汽车奠定了基础。例如，美国福特公司曾经制造出时速335km/h的电动汽车，其百公里加速仅需2. 5秒。现有的轨道车技术，如高铁技术，可以使车体加速运行到400km/h的高速度，但是其加速过程相对缓慢，加速距离需数千米。对于轨道道路环境下某些对时间响应要求较高的生产作业或者特种设备极限加速度下工况测试，需要提供能在较短距离加速到较大速度的移动平台，该移动平台必须具备高加速能力，比如实现在200米的距离内从静止加速行驶到100Km/h。如果采用传统轨道车移动平台技术，势必会因为加速能力不足，导致测试轨道过长，系统成本过高且难以实现。因此，考虑将电驱动技术与轨道车体系结合起来，设计一种具备高加速能力的电动轨道车。经过对现有技术的文献检索发现，刘进宝等在发明专利《电动轨道车》(专利申请号200420091905. 6)中涉及一种改进电动轨道车系统，由车厢、行走轮、限位导向轮、直流电动机、电刷、刹车装置、防撞装置和行走轨道、导电轨道组成。该轨道车实现了电驱动技术和轨道交通技术的结合，但是车体加速能力不强，轨道需要专门铺设，限位导向轮安装不便，不适合作为上文中提到的特种工况下的高加速度移动平台。
发明内容
本发明的目的在于克服现有方案中轨道车普遍不具备较高加速能力的问题，结合电动汽车具备的高加速度能力和轨道车的导引作用及抑制偏移能力，设计了一种新型的高加速度电动轨道车，来作为特殊工况需求的具备高加速度能力的稳定移动平台。同时该轨道车具有往复行驶、效率高、结构简便、兼容现有高铁轨道等复合型特点。为实现上述的目的，本发明采用的技术方案如下
本发明所述的高加速度电动轨道车，包括车身、导向架，驱动桥与驱动轮对，导向轮对，直流电机，能量系统，车载控制系统。所述轨道车为四轮走行、四轮导向的布局模式， 车身结构左右对称，前后对称，其中前后导向轮对通过导向桥进行桥接，并与导向架相连， 作用于两侧工字型铁轨上，前后驱动轮对设置在驱动桥上，作用在导轨之间的硬地面上，承受车体的垂向载荷并传递牵引力和制动力给路面。前后导向轮对和车身通过导向架连接， 直流电机、能量系统以及车载控制系统均设置在车身上，所述能量系统为车载超级电容，车载控制系统用于控制直流电机、能量系统进行工作。所述轨道车车身主要用来支撑整个车辆上装结构，车上所有的负载包括车载能量、电机等及车体自重都会通过与车架相连来传递载荷。轨道车不设置转向和悬挂系统，导向架主要用来连接前后导向轮和车身。所述导向架与车身之间采用移动副连接，连接体间装有变刚度弹簧，四组弹簧选择为相同的刚度特性。所述轨道车的动力形式采用电动车的驱动模式，即利用车载电源作为动力源，并由此启动电机带动传动系，驱动前后驱动轮对带着车体运动。所述的超级电容安放在车身居中部分。所述车载控制系统实时处理车载传感器对轮胎速度、加速度的感知信息，并将相关命令发送给电机驱动器，控制底层驱动电机，以实现高加速度轨道车的速度控制、车体控制。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果(1)结合电动汽车的动力源、驱动方式和传统轨道车轮轨刚性接触的特点，设计的装有导向机构的轨道车，结构简单，方案清晰，既具备电动车的高加速能力又能在高速运行时保持侧向平稳。(2)高加速度轨道车所需的道路环境可直接利用现有高铁轨道或者普通铁路环境，而不需重新铺设，且由于加速能力突出，在短距离内就可达到高速，对轨道长度和特殊性要求低。可以极大地用作具备高加速能力的移动测试平台。(3)配备了超级电容作为能量系统，保证了车体频繁加减速过程中系统的稳定性与可靠性，并可节约能源，实现了车辆的零污染。
图1为本发明实施例轨道车的俯视图；图2为本发明实施例轨道车的车体三维结构图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1、图2所示，本实施例中高加速度轨道车结构包括车身6、导向架4，前后导向桥2、11，前后驱动桥1、10，前后驱动轮对5、7，前后导向轮对3、9，直流电机，能量系统，车载控制系统。高加速度轨道车采用四轮走行、四轮导向的布局模式。车体结构左右对称，前后对称。其中2、11为前后导向桥，导向桥分布在轨道车的首位两侧，主要用来连接导向轮，并通过桥壳体和车轮实现承载及传力作用。图示3、9为前后导向轮对，选择为火车轮对，通过导向桥进行桥接，并与导向架4相连，火车轮对作用于两侧工字型铁轨8上。导向架4主要用来连接前后导向轮对和车身。图示5、7表示前后驱动轮对，选择为普通橡胶轮，通过前后驱动桥1、10进行桥接，作用在导轨之间的硬地面上，承受车体的垂向载荷并传递牵引力和制动力给路面。轨道车车身6主要用来支撑整个车辆上装结构，车上所有的负载包括车载能量、 电机等及车体自重都会通过与车身相连来传递载荷。为了减轻轨道车突然加减速时的车架变形，导向架与车身之间采用移动副连接，连接体间装有变刚度弹簧，四组弹簧选择为相同的刚度特性。轨道车行驶时，导向轮对3、9主要作用是通过与铁轨8刚性接触，抑制高速行驶时的侧向偏移，同时对车体起导引作用。车体的自重等主要由前后两对橡胶轮5、7来承担。路面条件可以利用普通铁路轨道，不需要专门铺设。为了实现轨道车的高加速度能力，轨道车的动力形式采用电动车的驱动模式，即利用车载电源作为动力源，并由此启动电机带动传动系，驱动橡胶轮5、7带着车体运动。对于设计的轨道车为无人驾驶移动平台，其车载控制系统是保证轨道车正常运行的核心部分。控制系统发送相关命令给电机驱动器，控制驱动电机，实现对轨道车的速度控制和制动控制等。高加速度轨道车的能量主要由车载超级电容提供，其具备电容量大、充放电寿命长、快速充放电、很宽的工作温度范围等优势。选择超级电容作为轨道车的动力源在重量、空间以及容量上均能满足运行要求。由于超级电容器组重量较大，而且所占空间较大，为了保证车体重心稳定，超级电容器组安放在车身居中部分。上述实施例用到无人车上，运行效果良好，同时该技术通过虚拟样机的形式进行了整车仿真和动力学分析，仿真结果显示，车体运行稳定，加速能力突出，从静止加速行驶到100km/h只需要16秒，加速距离为200m。文中对轨道车的动力性能分析验证了发明设计的正确性。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种高加速度电动轨道车，包括车身、导向架，驱动桥与驱动轮对，导向轮对，直流电机，能量系统，车载控制系统，其特征在于所述轨道车为四轮走行、四轮导向的布局模式，车身结构左右对称，前后对称，其中前后导向轮对通过导向桥进行桥接，并与导向架相连，作用于两侧工字型铁轨上，前后驱动轮对设置在驱动桥上，作用在导轨之间的硬地面上，承受车体的垂向载荷并传递牵引力和制动力给路面；前后导向轮对和车身通过导向架连接，直流电机、能量系统以及车载控制系统均设置在车身上，所述能量系统为车载超级电容，车载控制系统用于控制直流电机、能量系统进行工作。
2.根据权利要求1所述的高加速度电动轨道车，其特征在于所述导向架与车身之间采用移动副连接，连接体间装有变刚度弹簧，四组弹簧选择为相同的刚度特性。
3.根据权利要求1或2所述的高加速度电动轨道车，其特征在于所述轨道车的动力形式采用电动车的驱动模式，即利用车载电源作为动力源，并由此启动电机带动传动系，驱动前后驱动轮对带着车体运动。
4.根据权利要求1所述的高加速度电动轨道车，其特征在于所述的超级电容安放在车身居中部分。
5.根据权利要求1所述的高加速度电动轨道车，其特征在于所述车载控制系统实时处理车载传感器对轮胎速度、加速度的感知信息，并将相关命令发送给电机驱动器，控制底层驱动电机，以实现高加速度轨道车的速度控制、车体控制。
全文摘要
本发明公开一种高加速度电动轨道车，所述轨道车为四轮走行、四轮导向的布局模式，车身结构左右对称，前后对称，其中导向轮对通过导向桥连接，安装在导向架上，位于轨道车车身的首尾两侧，作用于两侧工字型铁轨上，前后驱动轮对安装在驱动桥上，作用在铁轨之间的硬地面上，承受车体的垂向载荷并传递牵引力和制动力给路面；前后导向轮对和车身通过导向架连接，直流电机、能量系统以及车载控制系统均设置在车身上，所述能量系统为车载超级电容，车载控制系统用于控制直流电机、能量系统进行工作。本发明克服现有方案中轨道车普遍不具备较高加速能力的问题，具有电动汽车具备的高加速度能力和轨道车的导引作用及抑制偏移能力。
文档编号B61L11/00GK102490728SQ20111038837
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者杜水平, 杨明, 王冰, 王春香 申请人:上海交通大学