一种增程式井下电机车

本发明属于矿用电机车，尤其涉及一种增程式井下电机车。

背景技术：

1、煤炭是我国一次能源中最经济、可靠的资源，是可以实现清洁高效利用的能源，是我国能源安全的压舱石。煤炭作为我国主要能源的格局在今后长期时间内不会发生改变。近年来，煤矿生产运输因安全、环境、效率等问题备受关注，为了提高生产效率、降低生产成本，急需智能化无人化技术提升煤矿生产运输能力。

2、煤矿运输分为两大类，主运输和辅助运输。主运输承担煤炭运输任务，辅助运输承担着人员、设备和材料等运输的重要任务。电机车是辅助运输的主要方式，目前完全依赖司机控制车辆，井下电机车行驶区域具有光照条件差、粉尘多、轨道线路分布复杂等特点，使得电机车操作困难。因此，研发井下无人驾驶运输车符合国家重大需求。

3、目前，市面上主流的电机车最为典型的为申请号为202210449435.9、202111583579.5、202020852080.4、202022055129.6和202022145007.6所提方案，上述已公开专利公布了电机车驱动的能源方式和驾驶方式，固然可以实现井下的运输任务，并在一定程度上提高运输效率和减轻煤矿作业人员的劳动强度。然而，其存在的缺陷仍然不可小觑，具体如下：

4、其一，传统电机车主要为柴油电机车和蓄电池电机车，而柴油电机车尾气污染严重，蓄电池电机车续航里程不高，都存在一定的缺陷。

5、根据申请号为202210449435.9和202111583579.5的专利所提方案，目前主流电机车大都为蓄电池电机车，虽然蓄电池电机车不需要柴油驱动，在一定程度上减少了尾气污染，但是当今蓄电池技术仍然不是很完善，蓄电池的容量有限，所以每次充电后维持工作时间有限，必须按规定到充电室对蓄电池进行充电。同时蓄电池有一定的寿命，失效后必须更换，维修复杂，维修费用高，在井下使用时比较繁琐。

6、其二，传统蓄电池电机车大都采用长方形防爆电源箱，以免蓄电池爆炸产生严重事故。而该种电源箱存在体积大、重量大的问题。

7、根据申请号为202020852080.4和202022055129.6的专利所提方案，由于电机车是在井下工作，因此对电机车的安全性提出了更高的要求。目前电机车大都采用长方形防爆电源箱，该种电源箱一方面可以有效阻止内部爆炸蔓延至外部，另外一方面坚固的外壳具有抗冲击、防水、防腐蚀、防潮等能力，能够适用于矿井下潮湿等恶劣环境。但是其体积和重量较大，影响蓄电池电机车的续航里程。

8、其三，传统电机车完全依赖司机控制车辆，如果在复杂工况下行驶很容易发生意外，同时提高了驾驶人员的劳动强度。

9、根据申请号为202022145007.6的专利所提方案，传统电机车大都依赖司机控制车辆，而电机车事故位居平巷运输事故首位，其中很大一部分事故正是由于电机车操作失误导致，并且司机在复杂工况下行驶时操作困难。

10、因此急需研制一种无人驾驶电机车以解决上述问题，以确保井下运输的安全。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种增程式井下电机车，解决了上述问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种增程式井下电机车，包括照明系统、行驶系统以及电机车车体，还包括：

3、蓄电池防爆系统，设置在电机车车体上；

4、识别系统，设置在电机机车车体上；以及

5、增程式驱动系统，设置在电机机车车体上。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：

7、进一步的技术方案：所述电机车车体包括电机车控制室、电机车车顶板、电机车车身防护盖、电机车牵引座、电机车侧板，所述电机车车顶板通过焊接安装在所述电机车控制室上，两组所述电机车侧板分别固定安装在所述电机车控制室上，三组所述电机车车身防护盖固定安装在所述电机车侧板上，所述电机车牵引座通过焊接安装在所述电机车侧板上，所述照明系统安装在所述电机车车体的电机车控制室上，所述蓄电池防爆系统安装在所述电机车车体的电机车车身防护盖上，所述识别系统安装所述电机车车体外侧，所述增程式驱动系统安装在所述电机车车体的两个电机车侧板正中间，所述行驶系统安装在所述电机车车体上。

8、进一步的技术方案：所述蓄电池防爆系统包括防爆门、蓄电池箱、矿用防爆型插销连接器、磷酸铁锂蓄电池组以及蓄电池放置槽，所述防爆门固装在所述蓄电池箱一侧，所述矿用防爆型插销连接器固装在所述蓄电池箱另一侧，所述磷酸铁锂蓄电池组存放在所述蓄电池放置槽上，所述蓄电池放置槽通过焊接在所述蓄电池箱内，所述蓄电池箱焊接在防护盖上。

9、进一步的技术方案：所述识别系统包括：

10、激光雷达识别装置，安装在所述电机车车体的电机车车顶板上；

11、视觉识别机构，两个所述视觉识别机构分别对应安装在所述电机车车体的电机车车顶板上和电机车牵引座上；以及

12、毫米波雷达识别机构，包括安装在所述电机车车体的电机车侧板两侧的八个毫米波雷达识别装置。

13、进一步的技术方案：所述增程式驱动系统包括变速器、电动机、功率转换器、磷酸铁锂蓄电池组连接线、柴油油箱、柴油发电机、发动机，所述电动机内侧通过轴连接、外侧通过螺栓连接安装在所述变速器上，所述功率转换器通过电源连接导线a安装在所述电动机上，所述柴油油箱固装在所述发动机上，所述柴油发电机固装在所述发动机上，所述发动机通过电源连接导线b安装在所述功率转换器上，两组所述磷酸铁锂蓄电池组连接线一组一端安装在所述柴油发电机连接口，另一端安装在所述磷酸铁锂蓄电池组连接口，另一组一端安装在所述磷酸铁锂蓄电池组连接口，另一端安装在所述功率转换器连接口，所述变速器、电动机、功率转换器以及发动机均设置在电机车车体内且通过螺栓组件与电机车车体拆卸连接。

14、进一步的技术方案：所述视觉识别机构包括深度相机、旋转平台以及六自由度并联平台，所述深度相机固定连接在所述旋转平台上，所述旋转平台拆卸连接在所述六自由度并联平台上。

15、进一步的技术方案：所述六自由度并联平台包括承载平台、电动液压缸、上下连接铰链以及固定底座，六组所述电动液压缸通过上下连接铰链铰接在所述承载平台以及固定底座上，两个所述固定底座分别对应安装在所述电机车车体的电机车车顶板上和电机车牵引座上。

16、进一步的技术方案：所述蓄电池箱采用防爆圆筒薄壁蓄电池箱设计。

17、上述增程式井下电机车的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

18、s1、当电机车启动时，通过电池管理系统检测磷酸铁锂蓄电池组的荷电状态，若磷酸铁锂蓄电池组荷电状态检测为充足时，则柴油发电机停止运行，由磷酸铁锂蓄电池组通过磷酸铁锂蓄电池组连接线连接功率转换器，功率转换器驱动电动机工作，再由电动机带动变速器运行，从而实现电机车的正常运行；

19、s2、通过电池管理系统检测磷酸铁锂蓄电池组的荷电状态，若磷酸铁锂蓄电池组荷电状态检测为不充足时，则柴油发电机立即开始运行，柴油发电机通过磷酸铁锂蓄电池组连接线为磷酸铁锂蓄电池组进行供电，再由磷酸铁锂蓄电池组通过磷酸铁锂蓄电池组连接线连接功率转换器，功率转换器驱动电动机工作，再由电动机带动变速器运行，从而实现电机车的正常运行。

20、s3、通过电池管理系统检测磷酸铁锂蓄电池组的荷电状态，若磷酸铁锂蓄电池组荷电状态检测为再次充足时，则柴油发电机立即停止运行，由磷酸铁锂蓄电池组通过磷酸铁锂蓄电池组连接线单独连接功率转换器，功率转换器驱动电动机工作，再由电动机带动变速器运行，从而实现电机车的正常运行；

21、s4、针对增程式驱动系统，采用一种基于规则的能量分配控制器来调控增程式驱动系统，从而协调磷酸铁锂蓄电池组和发动机的功率输出，并完成电机车瞬态工况的速度轨迹跟踪，以确保发动机一直工作在高效区以达到能量的高效利用，其具体规则如下：当电机车在纯电工作模式下，若磷酸铁锂蓄电池组荷电状态大于0.5、电机车功率需求小于24000w、电机车车速小于46.5rad/s时，此时电机车处于纯电模式，磷酸铁锂蓄电池组功率输出为车辆功率需求，发动机功率输出为0；当电机车在发动机工作模式下，若磷酸铁锂蓄电池组荷电状态小于0.5，此时电机车处于发动机工作模式，发动机功率输出为车辆功率需求加上磷酸铁锂蓄电池组充电需求；若电机车在混合动力工作模式，除了上述两种情况以外，当车辆功率需求大于磷酸铁锂蓄电池组优化功率上限小于发动机优化功率下限时，并且磷酸铁锂蓄电池组荷电状态大于0.5，此时电机车处于增程器混合动力模式，前者发动机功率输出为车辆功率需求加上磷酸铁锂蓄电池组充电需求，后者发动机功率输出为发动机最大功率输出；

22、s5、当电机车运行时，识别系统开始工作，首先收集激光雷达识别装置、视觉识别机构、毫米波雷达识别机构检测到的信息，其次通过“目标级+决策级”两级融合策略，有效实现激光雷达识别装置、视觉识别机构、毫米波雷达识别机构三种传感器的信息融合，准确完成电机车在巷道运行过程中对视野中行人或车辆的目标检测，获得目标的状态信息，最后决策电机车的启动、停止、调速、换向、制动等。

23、s6、在识别系统完成信息的收集与信息的融合后，电机车控制室对目标的状态信息采用模糊控制策略进行分析，将目标与电机车的距离分为3个模糊子集，即距离长、距离中和距离短，将目标的数量分为2个模糊子集，即数量多和数量少，最后将目标与电机车的距离和目标的数量作为输入，电机车的决策结果作为输出，以完成电机车的最终控制；其具体控制规则如下：若目标与电机车的距离小且目标的数量少时，电机车立即进行制动；若目标与电机车的距离小且目标的数量多时，电机车立即进行制动；若目标与电机车的距离中且目标的数量少时，电机车鸣笛以提醒前方的行人或者车辆；若目标与电机车的距离中且目标的数量多时，电机车鸣笛并同时开始减速；若目标与电机车的距离远且目标的数量少时，电机车鸣笛以提醒前方的行人或者车辆；若目标与电机车的距离远且目标的数量多时，电机车鸣笛并同时开始减速。

24、有益效果

25、本发明提供了一种增程式井下电机车，与现有技术相比具备以下有益效果：

26、1、本发明采用增程式驱动系统，解决井下矿用柴油电机车尾气污染与蓄电池电机车续航能力不强的问题，最大程度减少污染以及提高电机车的续航里程；

27、2、本发明采用防爆圆筒薄壁蓄电池箱设计，在能够满足隔爆腔体承受更高静压实验的防爆要求前提下，实现大幅度减重；

28、3、本发明采用深度相机、激光雷达、毫米波雷达多种传感器于一体，利用两级融合感知方法可使多种传感器性能互补，在提升感知准确率的同时也降低漏检率，为无人驾驶创造有利条件。