權利要求

1.永磁直驅混鐵車，其特征在于，包括：由永磁電機直驅的前端走行裝置；與所述前端走行裝置結構相同且由永磁電機直驅的后端走行裝置；以及，位于所述前端走行裝置和所述后端走行裝置之間的傾翻機構和魚雷罐體； 所述前端走行裝置中設置有第一牽引傳動系統(tǒng)；所述第一牽引傳動系統(tǒng)包括所述前端走行裝置中的第一充電裝置、第一整流器、第一儲能裝置、第一牽引逆變器、第一輔助逆變器、第一車輛控制裝置、第一永磁直驅牽引電機和第一輔助負載； 所述后端走行裝置中設置有第二牽引傳動系統(tǒng)；所述第一牽引傳動系統(tǒng)包括所述后端走行裝置中的第二充電裝置、第二整流器、第二儲能裝置、第二牽引逆變器、第二輔助逆變器、第二車輛控制裝置、第二永磁直驅牽引電機和第二輔助負載； 所述第一牽引傳動系統(tǒng)和所述第二牽引傳動系統(tǒng)互為冗余； 所述第一牽引傳動系統(tǒng)中的第一車輛控制裝置為所述混鐵車的主控裝置，所述第二牽引傳動系統(tǒng)中的第二車輛控制裝置為所述混鐵車的輔控裝置；所述主控裝置與所述輔控裝置之間通過無線重聯(lián)模塊進行互聯(lián)互控，以實現(xiàn)所述混鐵車的走行控制。2.根據(jù)權利要求1所述的永磁直驅混鐵車，其特征在于，所述前端走行裝置包括：第一車體底架；所述第一車體底架下方設置有第一轉向架裝配，所述第一轉向架裝配包括：無動力轉向架、動力轉向架、小車架和大車架；所述動力轉向架前端部車軸上設有第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)，在動力轉向架側架上設有基礎制動單元；所述第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)包括：車軸、軸箱裝配、永磁直驅牽引電機、電機吊座、枕梁吊座和吊桿；所述電機吊座與所述枕梁吊座通過吊桿連接； 所述后端走行裝置包括與所述第一車體底架結構相同的第二車體底架。 3.根據(jù)權利要求2所述的永磁直驅混鐵車，其特征在于，所述前端走行裝置還包括：第一機械間；所述第一機械間設置有第一儲能裝置、第一空氣制動裝置、第一變流裝置、第一遙控接收裝置和第一無人駕駛裝置； 所述第一空氣制動裝置包括兩套獨立的風源裝置、停放制動模塊和緊急制動模塊，分別安裝于所述第一機械間內空氣制動柜中，其中風源裝置包括空壓機和干燥器； 所述第一變流裝置與所述第一儲能裝置通過中間直流回路相連，所述第一變流裝置包括第一牽引逆變器和第一輔助逆變器，其中第一牽引逆變器為所述第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)供電，同時將第一永磁直驅牽引電機再生制動產(chǎn)生的電能回饋到中間直流回路，給所述第一儲能裝置充電，第一輔助逆變器為輔助負載供電； 所述后端走行裝置包括與所述第一機械間結構相同的第二機械間。 4.根據(jù)權利要求3所述的永磁直驅混鐵車，其特征在于，所述第一車輛控制裝置設置在所述第一機械間；所述第一車輛控制裝置包括：第一車輛控制單元、第一牽引控制單元、第一遠程I/O模塊、第一交換機、第一無線重聯(lián)模塊、第一數(shù)據(jù)記錄單元及與遙控接收裝置和第一無人駕駛裝置的通信接口； 所述第二車輛控制裝置設置在所述第二機械間；所述第二車輛控制裝置包括：第二車輛控制單元、第二牽引控制單元、第二遠程I/O模塊、第二交換機和第二無線重聯(lián)模塊。 5.根據(jù)權利要求3所述的永磁直驅混鐵車，其特征在于，所述前端走行裝置還包括：第一車載受電裝置，所述第一車載受電裝置為所述第一儲能裝置充電； 所述后端走行裝置還包括：第二車載受電裝置，所述第二車載受電裝置為所述第二儲能裝置充電。 6.根據(jù)權利要求3所述的永磁直驅混鐵車，其特征在于，所述第一機械間通過螺栓與焊接在車體上平面的角鋼連接； 所述第二機械間通過螺栓與焊接在車體上平面的角鋼連接。 7.根據(jù)權利要求5所述的永磁直驅混鐵車，其特征在于，所述第一車載受電裝置由第一地面供電裝置進行電能傳輸； 所述第二車載受電裝置由第二地面供電裝置進行電能傳輸。 8.根據(jù)權利要求7所述的永磁直驅混鐵車，其特征在于，所述第一車載受電裝置為所述第一儲能裝置充電的充電方式包括接觸式或非接觸式； 若采用接觸式，所述第一地面供電裝置內部設置有充電電源，經(jīng)導線連接后通過供電設備進行供電，所述第一車載受電裝置通過受電弓、受電靴、受電臂的伸縮與電網(wǎng)或電刷接觸對所述第一儲能裝置進行充電； 若采用非接觸式，所述第一地面供電裝置內部設置有充電電源，通過分體式變壓器將電能傳遞到第一車載受電裝置上，所述分體式變壓器的上鐵芯和下鐵芯分別置于所述第一車載受電裝置和第一地面供電裝置內，在所述分體式變壓器上鐵芯布置有次級線圈繞線，在所述分體式變壓器下鐵芯布置有初級線圈繞線，所述第一車載受電裝置或第一地面供電裝置通過升降機構進行上升、下降，當所述分體式變壓器上、下鐵芯形成閉合磁路時，所述充電電源經(jīng)分體式變壓器隔離變換后，經(jīng)第一車載受電裝置的整流電路對所述第一儲能裝置進行充電。 9.根據(jù)權利要求8所述的永磁直驅混鐵車，其特征在于，所述第二車載受電裝置為所述第二儲能裝置充電的充電方式與所述第一車載受電裝置為所述第一儲能裝置充電的充電方式相同。 10.如權利要求1～9任一項所述的永磁直驅混鐵車的控制方法，其特征在于，包括： 當混鐵車無人駕駛控制器接收到地面控制中心發(fā)送的無人駕駛請求信號，混鐵車的主控裝置進行自檢確認具備無人駕駛條件后，向地面控制中心反饋無人駕駛允許信號，混鐵車進入無人駕駛模式； 在無人駕駛過程中，如果所述遙控接收裝置接收到手持遙控終端發(fā)送的輸入指令，則混鐵車自動退出無人駕駛模式，轉為遙控模式； 在所述無人駕駛模式下，所述無人駕駛控制器通過無線專網(wǎng)接收地面控制中心發(fā)出的指令，并與所述主控裝置通信，以便所述主控裝置按照所述輸入指令控制混鐵車運行；所述無人駕駛控制器還向地面控制中心實時反饋混鐵車狀態(tài)；所述無線專網(wǎng)采用雙鏈路聚合網(wǎng)； 在所述遙控模式下，所述遙控接收裝置通過無線網(wǎng)絡接收手持遙控終端發(fā)送的輸入指令，并與所述主控裝置通信，以便所述車輛控制裝置按照所述輸入指令控制混鐵車運行。 11.根據(jù)權利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述主控裝置接收到轉矩指令，或接收到車輛速度指令通過速度閉環(huán)控制生成轉矩指令，然后通過以太網(wǎng)交換機及無線重聯(lián)模塊將轉矩指令分別發(fā)送給第一牽引控制單元和第二牽引控制單元，實現(xiàn)第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)和第二永磁直驅動輪軸驅動系統(tǒng)的轉矩、轉速同步控制； 所述主控裝置接收到輪徑校核指令，向各牽引控制單元發(fā)送輪徑校核指令，同時將所檢測到的實時位置反饋發(fā)送給各牽引控制單元，牽引控制單元根據(jù)永磁直驅牽引電機旋轉變壓器反饋的角位置信息和當前輪徑值，計算混鐵車走行距離，對比檢測走行距離和計算走行距離，校核動力軸輪徑； 所述主控裝置接收到充電指令，向各充電裝置對應的地面供電裝置和車載受裝置轉發(fā)充電指令，在確認混鐵車停車位置滿足充電位置要求后，控制各地面供電裝置與各車載受裝置通過接觸或非接觸方式充電； 所述主控裝置接收到定點停車指令，根據(jù)停車目標點距離和混鐵車位置反饋，通過速度PI閉環(huán)控制生成轉矩控制曲線，實現(xiàn)混鐵車位置控制，抵達目標停車點后向地面控制中心反饋定點停車完成信號；所述PI閉環(huán)控制的給定值為依據(jù)混鐵車位置到目標位置的距離所生成永磁直驅牽引電機轉速給定值；PI閉環(huán)控制的反饋值為實際永磁直驅牽引電機轉速值； 所述主控裝置接收到駐車指令，向各空氣制動裝置發(fā)送駐車指令，通過停放制動模塊實施車輛駐車，駐車完成后向地面控制中心反饋駐車施加信號； 所述主控裝置接收到緊急停車指令，向第一牽引控制單元、第二牽引控制單元、第一空氣制動裝置及第二空氣制動裝置轉發(fā)緊急停機指令，使得再生制動和空氣制動同時作用，實現(xiàn)緊急停車。 12.根據(jù)權利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述無人駕駛裝置的位置感知傳感設備采用激光測距雷達、感知相機或格雷母線編碼電纜，通過連續(xù)編碼定位方式，實現(xiàn)混鐵車位置的實時檢測，并在電子地圖上實時顯示混鐵車輪廓及前、后端。 13.根據(jù)權利要求12所述的控制方法，其特征在于，當位置感知傳感設備信號反饋產(chǎn)生延時或干擾時，實時位置信息采用計算走行距離進行實時校正。 14.根據(jù)權利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述無線專網(wǎng)用于為車載設備之間的無線通信提供通道，以及為與其它混鐵車無線重聯(lián)提供備用無線通信通道。 15.根據(jù)權利要求10所述的控制方法，其特征在于，還包括：兩個及以上混鐵車根據(jù)地面控制中心發(fā)出的無線重聯(lián)指令進行自動編組和解編。

說明書

永磁直驅混鐵車及其控制方法

技術領域

本發(fā)明涉及冶金行業(yè)鐵水運輸技術領域，尤其涉及永磁直驅混鐵車及其控制方法。

背景技術

采用混鐵車裝運鐵水是鋼鐵企業(yè)鐵水運輸?shù)闹饕绞?，目前混鐵車均采用機車牽引的運行模式，具有時間剛性強、作業(yè)計劃變更頻繁等特點。

為了組織好鐵水運輸，保證高爐正常生產(chǎn)和鐵鋼生產(chǎn)節(jié)奏要求，經(jīng)常采用一臺機車牽引一臺或多臺混鐵車運行，因此存在機車調度、作業(yè)等待、摘掛鉤等環(huán)節(jié)上的影響混鐵車運行效率的情況。

混鐵車的運行效率直接影響到生產(chǎn)效率和鐵水的溫降，如何改變混鐵車運行方式，提升混鐵車的運行效率，是鐵水運輸技術領域共同面對和迫切需要解決的問題。

隨著技術的不斷發(fā)展和進步，混鐵車自帶動力行走的方案為解決上述問題提供了可能。目前，已經(jīng)提出的混鐵車自行走方案，大多是對混鐵車一側走行裝置進行重新設計，相較混鐵車另一側原走行裝置，結構上有很大變化：大、小車架橫向尺寸及高度增加，車輪變大，大車架右側心盤位置向右側和上方進行了較大調整。這種方案下，動力轉向架心盤與非動力轉向架心盤相對架體心盤具有較大不對稱性，質心偏移、動力轉向架與非動力轉向架軸重不均衡，使得混鐵車更換的走行裝置受力情況和動力學性能較改造前發(fā)生較大變化，且很多部件與改造前不通用，改造及維護成本高。此外，這種方案不具備動力系統(tǒng)冗余性，一旦動力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，混鐵車將無法行走，影響整體生產(chǎn)效率。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提供了永磁直驅混鐵車及其控制方法，用于實現(xiàn)混鐵車自帶動力行駛，提高混鐵車的運用效率。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種永磁直驅混鐵車，包括：

由永磁電機直驅的前端走行裝置；與所述前端走行裝置結構相同且由永磁電機直驅的后端走行裝置；以及，位于所述前端走行裝置和所述后端走行裝置之間的傾翻機構和魚雷罐體；

所述前端走行裝置中設置有第一牽引傳動系統(tǒng)；所述第一牽引傳動系統(tǒng)包括所述前端走行裝置中的第一充電裝置、第一整流器、第一儲能裝置、第一牽引逆變器、第一輔助逆變器、第一車輛控制裝置、第一永磁直驅牽引電機和第一輔助負載；

所述后端走行裝置中設置有第二牽引傳動系統(tǒng)；所述第一牽引傳動系統(tǒng)包括所述后端走行裝置中的第二充電裝置、第二整流器、第二儲能裝置、第二牽引逆變器、第二輔助逆變器、第二車輛控制裝置、第二永磁直驅牽引電機和第二輔助負載；

所述第一牽引傳動系統(tǒng)和所述第二牽引傳動系統(tǒng)互為冗余；

所述第一牽引傳動系統(tǒng)中的第一車輛控制裝置為所述混鐵車的主控裝置，所述第二牽引傳動系統(tǒng)中的第二車輛控制裝置為所述混鐵車的輔控裝置；所述主控裝置與所述輔控裝置之間通過無線重聯(lián)模塊進行互聯(lián)互控，以實現(xiàn)所述混鐵車的走行控制。

進一步地，所述前端走行裝置包括：第一車體底架；所述第一車體底架下方設置有第一轉向架裝配，所述第一轉向架裝配包括：無動力轉向架、動力轉向架、小車架和大車架；所述動力轉向架前端部車軸上設有第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)，在動力轉向架側架上設有基礎制動單元；所述第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)包括：車軸、軸箱裝配、永磁直驅牽引電機、電機吊座、枕梁吊座和吊桿；所述電機吊座與所述枕梁吊座通過吊桿連接；

所述后端走行裝置包括與所述第一車體底架結構相同的第二車體底架。

進一步地，所述前端走行裝置還包括：第一機械間；所述第一機械間設置有第一儲能裝置、第一空氣制動裝置、第一變流裝置、第一遙控接收裝置和第一無人駕駛裝置；

所述第一空氣制動裝置包括兩套獨立的風源裝置、停放制動模塊和緊急制動模塊，分別安裝于所述第一機械間內空氣制動柜中，其中風源裝置包括空壓機和干燥器；

所述第一變流裝置與所述第一儲能裝置通過中間直流回路相連，所述第一變流裝置包括第一牽引逆變器和第一輔助逆變器，其中第一牽引逆變器為所述第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)供電，同時將第一永磁直驅牽引電機再生制動產(chǎn)生的電能回饋到中間直流回路，給所述第一儲能裝置充電，第一輔助逆變器為輔助負載供電；

所述后端走行裝置包括與所述第一機械間結構相同的第二機械間。

進一步地，所述第一車輛控制裝置設置在所述第一機械間；所述第一車輛控制裝置包括：第一車輛控制單元、第一牽引控制單元、第一遠程I/O模塊、第一交換機、第一無線重聯(lián)模塊、第一數(shù)據(jù)記錄單元及與遙控接收裝置和第一無人駕駛裝置的通信接口；

所述第二車輛控制裝置設置在所述第二機械間；所述第二車輛控制裝置包括：第二車輛控制單元、第二牽引控制單元、第二遠程I/O模塊、第二交換機和第二無線重聯(lián)模塊。

進一步地，所述前端走行裝置還包括：第一車載受電裝置，所述第一車載受電裝置為所述第一儲能裝置充電；

所述后端走行裝置還包括：第二車載受電裝置，所述第二車載受電裝置為所述第二儲能裝置充電。

進一步地，所述第一機械間通過螺栓與焊接在車體上平面的角鋼連接；

所述第二機械間通過螺栓與焊接在車體上平面的角鋼連接。

進一步地，所述第一車載受電裝置由第一地面供電裝置進行電能傳輸；

所述第二車載受電裝置由第二地面供電裝置進行電能傳輸。

進一步地，所述第一車載受電裝置為所述第一儲能裝置充電的充電方式包括接觸式或非接觸式；

若采用接觸式，所述第一地面供電裝置內部設置有充電電源，經(jīng)導線連接后通過供電設備進行供電，所述第一車載受電裝置通過受電弓、受電靴、受電臂的伸縮與電網(wǎng)或電刷接觸對所述第一儲能裝置進行充電；

若采用非接觸式，所述第一地面供電裝置內部設置有充電電源，通過分體式變壓器將電能傳遞到第一車載受電裝置上，所述分體式變壓器的上鐵芯和下鐵芯分別置于所述第一車載受電裝置和第一地面供電裝置內，在所述分體式變壓器上鐵芯布置有次級線圈繞線，在所述分體式變壓器下鐵芯布置有初級線圈繞線，所述第一車載受電裝置或第一地面供電裝置通過升降機構進行上升、下降，當所述分體式變壓器上、下鐵芯形成閉合磁路時，所述充電電源經(jīng)分體式變壓器隔離變換后，經(jīng)第一車載受電裝置的整流電路對所述第一儲能裝置進行充電。

進一步地，所述第二車載受電裝置為所述第二儲能裝置充電的充電方式與所述第一車載受電裝置為所述第一儲能裝置充電的充電方式相同。

又一方面，本發(fā)明還提供了一種上述永磁直驅混鐵車的控制方法，包括：

當混鐵車無人駕駛控制器接收到地面控制中心發(fā)送的無人駕駛請求信號，混鐵車的主控裝置進行自檢確認具備無人駕駛條件后，向地面控制中心反饋無人駕駛允許信號，混鐵車進入無人駕駛模式；

在無人駕駛過程中，如果所述遙控接收裝置接收到手持遙控終端發(fā)送的輸入指令，則混鐵車自動退出無人駕駛模式，轉為遙控模式；

在所述無人駕駛模式下，所述無人駕駛控制器通過無線專網(wǎng)接收地面控制中心發(fā)出的指令，并與所述主控裝置通信，以便所述主控裝置按照所述輸入指令控制混鐵車運行；所述無人駕駛控制器還向地面控制中心實時反饋混鐵車狀態(tài)；所述無線專網(wǎng)采用雙鏈路聚合網(wǎng)；

在所述遙控模式下，所述遙控接收裝置通過無線網(wǎng)絡接收手持遙控終端發(fā)送的輸入指令，并與所述主控裝置通信，以便所述車輛控制裝置按照所述輸入指令控制混鐵車運行。

進一步地，所述主控裝置接收到轉矩指令，或接收到車輛速度指令通過速度閉環(huán)控制生成轉矩指令，然后通過以太網(wǎng)交換機及無線重聯(lián)模塊將轉矩指令分別發(fā)送給第一牽引控制單元和第二牽引控制單元，實現(xiàn)第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)和第二永磁直驅動輪軸驅動系統(tǒng)的轉矩、轉速同步控制；

所述主控裝置接收到輪徑校核指令，向各牽引控制單元發(fā)送輪徑校核指令，同時將所檢測到的實時位置反饋發(fā)送給各牽引控制單元，牽引控制單元根據(jù)永磁直驅牽引電機旋轉變壓器反饋的角位置信息和當前輪徑值，計算混鐵車走行距離，對比檢測走行距離和計算走行距離，校核動力軸輪徑；

所述主控裝置接收到充電指令，向各充電裝置對應的地面供電裝置和車載受裝置轉發(fā)充電指令，在確認混鐵車停車位置滿足充電位置要求后，控制各地面供電裝置與各車載受裝置通過接觸或非接觸方式充電；

所述主控裝置接收到定點停車指令，根據(jù)停車目標點距離和混鐵車位置反饋，通過速度PI閉環(huán)控制生成轉矩控制曲線，實現(xiàn)混鐵車位置控制，抵達目標停車點后向地面控制中心反饋定點停車完成信號；所述PI閉環(huán)控制的給定值為依據(jù)混鐵車位置到目標位置的距離所生成永磁直驅牽引電機轉速給定值；PI閉環(huán)控制的反饋值為實際永磁直驅牽引電機轉速值；

所述主控裝置接收到駐車指令，向各空氣制動裝置發(fā)送駐車指令，通過停放制動模塊實施車輛駐車，駐車完成后向地面控制中心反饋駐車施加信號；

所述主控裝置接收到緊急停車指令，向第一牽引控制單元、第二牽引控制單元、第一空氣制動裝置及第二空氣制動裝置轉發(fā)緊急停機指令，使得再生制動和空氣制動同時作用，實現(xiàn)緊急停車。

進一步地，所述無人駕駛裝置的位置感知傳感設備采用激光測距雷達、感知相機或格雷母線編碼電纜，通過連續(xù)編碼定位方式，實現(xiàn)混鐵車位置的實時檢測，并在電子地圖上實時顯示混鐵車輪廓及前、后端。

進一步地，當位置感知傳感設備信號反饋產(chǎn)生延時或干擾時，實時位置信息采用計算走行距離進行實時校正。

進一步地，所述無線專網(wǎng)用于為車載設備之間的無線通信提供通道，以及為與其它混鐵車無線重聯(lián)提供備用無線通信通道。

進一步地，還包括：兩個及以上混鐵車根據(jù)地面控制中心發(fā)出的無線重聯(lián)指令進行自動編組和解編。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具備如下有益效果：

在不改變既有混鐵車主體結構基礎上，實現(xiàn)混鐵車永磁電機直接驅動和一罐到底的運輸方式，可大幅提高混鐵車的周轉率和運用效率?；扈F車可實現(xiàn)全速度范圍內的再生制動功能，可實現(xiàn)全速度范圍內的制動電能回收，節(jié)能效果良好。通過永磁直驅牽引電機控制可實現(xiàn)混鐵車精準停車，為自動充電和鐵水灌裝提供精確的定位保障。采用全數(shù)字化控制，配備無人駕駛系統(tǒng)，可為混鐵車無人駕駛、智慧運維提供保障。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例中一種永磁直驅混鐵車結構圖；

圖2為本發(fā)明實施例中一種永磁直驅混鐵車機械間結構圖；

圖3為本發(fā)明實施例中一種永磁直驅混鐵車轉向架裝配圖；

圖4為本發(fā)明實施例中一種永磁直驅混鐵車軸驅動系統(tǒng)結構圖；

圖5為本發(fā)明實施例中一種永磁直驅混鐵車電氣原理圖；

圖6為本發(fā)明實施例中一種永磁直驅混鐵車控制系統(tǒng)原理圖；

圖7為本發(fā)明實施例中一種永磁直驅混鐵車控制方法流程圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，本發(fā)明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產(chǎn)品或設備固有的其它步驟或單元。

如圖1所示，本發(fā)明一種永磁直驅混鐵車包括：由永磁電機直驅的前端走行裝置；與前端走行裝置結構相同且由永磁電機直驅的后端走行裝置；以及，位于前端走行裝置和后端走行裝置之間的傾翻機構9和魚雷罐體10。

其中，前端走行裝置包括：第一車體底架1；第一機械間2；第一轉向架裝配3；第一車載受電裝置4；

如圖2所示，第一機械間2通過螺栓與焊接在車體上平面的角鋼連接，可方便拆卸。第一機械間2內部設置有第一儲能裝置11、第一空氣制動裝置12、第一變流裝置13、第一車輛控制裝置14、第一遙控接收裝置15和第一無人駕駛裝置16；還設置有頭燈17、輻照燈18；其中：

第一空氣制動裝置12包括兩套獨立的風源裝置、停放制動模塊和緊急制動模塊，分別安裝于機械間內空氣制動柜中，其中風源裝置包括空壓機和干燥器；

第一變流裝置13與第一儲能裝置11通過中間直流回路相連，在第一車輛控制裝置14控制下，將第一儲能裝置11輸出的直流電源變換為電壓、頻率可調的交流電源，第一變流裝置13包括第一牽引逆變器和第一輔助逆變器，其中第一牽引逆變器為第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)供電，同時將牽引電機再生制動產(chǎn)生的電能回饋到中間直流回路，給第一儲能裝置11充電，第一輔助逆變器為第一輔助負載供電；

第一車輛控制裝置14為混鐵車主控裝置，包括第一車輛控制單元、第一牽引控制單元、第一遠程I/O模塊、第一交換機、第一無線重聯(lián)模塊、數(shù)據(jù)記錄單元及與遙控接收裝置和無人駕駛裝置的通信接口；

第一無人駕駛裝置16包括無人駕駛控制器、車載防護設備、感知設備、定位設備、視頻監(jiān)控設備。

第一車體底架1下方設置有第一轉向架裝配3，如圖3所示，第一轉向架裝配3包括結構相同的3個無動力轉向架25、1個動力轉向架26、2個小車架27和1個大車架28；動力轉向架26前端部車軸上設有第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)，在動力轉向架側架上設有基礎制動單元；如圖4所示，第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)包括車軸30、軸箱裝配31、永磁直驅牽引電機32、電機吊座33、枕梁吊座34、吊桿35，電機吊座33與對應轉向架枕梁吊座34通過吊桿連接。

進一步的，第一轉向架裝配3也可采用多個動力轉向架，動力轉向架的兩個軸都可用作永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)的動力軸。

第一車載受電裝置4為第一儲能裝置11充電。

前端走行裝置中的第一充電裝置、第一整流器、第一儲能裝置、第一牽引逆變器、第一輔助逆變器、第一車輛控制裝置、第一永磁直驅牽引電機和第一輔助負載組成第一牽引傳動系統(tǒng)。

后端走行裝置包括：第二車體底架5；第二機械間6；第二轉向架裝配7；第二車載受電裝置8；

第二車體底架5下方設置有第二轉向架裝配7，第二轉向架裝配7包括結構相同的3個無動力轉向架、1個動力轉向架、2個小車架和1個大車架；動力轉向架前端部車軸上設有第二永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)，在動力轉向架側架上設有基礎制動單元；第二永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)包括：車軸、軸箱裝配、永磁電機、電機吊座、枕梁吊座和吊桿；電機吊座與枕梁吊座通過吊桿連接。

進一步的，第二轉向架裝配7也可采用多個動力轉向架，動力轉向架的兩個軸都可作為永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)的動力軸。

第二機械間6通過螺栓與焊接在車體上平面的角鋼連接，可方便拆卸。第二機械間6內部設置有第二儲能裝置、第二空氣制動裝置、第二變流裝置、第二車輛控制裝置、第二遙控接收裝置和第二無人駕駛裝置；其中：

第二空氣制動裝置包括兩套獨立的風源裝置、停放制動模塊和緊急制動模塊，分別安裝于機械間內空氣制動柜中，其中風源裝置包括空壓機和干燥器；

第二變流裝置與第二儲能裝置通過中間直流回路相連，在第二車輛控制裝置控制下，將第二儲能裝置輸出的直流電源變換為電壓、頻率可調的交流電源，第二變流裝置包括第二牽引逆變器和第二輔助逆變器，其中第二牽引逆變器為第二永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)供電，同時將牽引電機再生制動產(chǎn)生的電能回饋到中間直流回路，給第二儲能裝置充電，第二輔助逆變器為第二輔助負載供電；

第二車輛控制裝置為混鐵車輔控裝置，包括：第二車輛控制單元、第二牽引控制單元、第二遠程I/O模塊、第二交換機及第二無線重聯(lián)模塊；

第二無人駕駛裝置包括無人駕駛控制器、車載防護設備、感知設備、定位設備、視頻監(jiān)控設備；

第二車載受電裝置8為第二儲能裝置充電。

后端走行裝置中的第二充電裝置、第二整流器、第二儲能裝置、第二牽引逆變器、第二輔助逆變器、第二車輛控制裝置、第二永磁直驅牽引電機和第二輔助負載組成第二牽引傳動系統(tǒng)。

第一牽引傳動系統(tǒng)第二和牽引傳動系統(tǒng)互為冗余，在一套牽引傳動系統(tǒng)故障情況下，另一套牽引傳動系統(tǒng)可維持混鐵車運行。

主控裝置與輔控裝置之間通過無線重聯(lián)模塊進行互聯(lián)互控；

在混鐵車前進方向、每個機械間的左側前方設有司乘室19，后方設有車梯22，在司乘室臺階上設有司機座椅20，在面向混鐵車前進方向、司機座椅前方設有車窗21，在車梯上方設有走廊23和車門24。

在每個機械間(第一機械間或第二機械間)內，供電來源為儲能裝置或外接電源。儲能裝置可通過充電裝置經(jīng)整流器充電，也可通過外接電源進行充電。充電裝置由地面供裝置和車載受電裝置兩部分組成，整車設有兩個獨立的第一車載受電裝置和第二車載受電裝置，相對應的在地面設有兩個獨立的第一地面供電裝置和第二地面供電裝置，地面供裝置和車載受電裝置通過接觸或非接觸方式進行電能傳輸，為儲能裝置進行充電。

若采用接觸式充電方式，兩個地面供電裝置內部分別設置有充電電源，經(jīng)導線連接后通過電網(wǎng)或電刷等供電設備進行供電，車載受電裝置通過受電弓、受電靴、受電臂等裝置的伸縮與電網(wǎng)或電刷接觸對儲能裝置進行充電。

若采用非接觸式充電方式，兩個地面供電裝置內部分別設置有充電電源，分別通過兩個分體式變壓器將電能傳遞到兩個車載受電裝置上，分體式變壓器的上鐵芯和下鐵芯分別置于車載受電裝置和地面供電裝置內，在分體式變壓器上鐵芯布置有次級線圈繞線，在分體式變壓器下鐵芯布置有初級線圈繞線，車載受電裝置或地面供電裝置可通過升降機構進行上升、下降，當所述分體式變壓器上、下鐵芯形成閉合磁路時，充電電源經(jīng)分體式變壓器隔離變換后，經(jīng)車載受電裝置的整流電路對儲能裝置進行充電。

如圖5所示，本發(fā)明一種永磁直驅混鐵車的牽引傳動系統(tǒng)原理：混鐵車設有兩套互為備用的牽引傳動系統(tǒng)，圖5中所示為一套牽引傳動系統(tǒng)原理，其中虛線左端為地面充電裝置，地面充電裝置設有三相交流充電電源和直流充電電源，其中三相交流電源為分體式變壓器TR供電，分體式變壓器的次邊線圈和上鐵芯裝配置于車載受電裝置內，原邊線圈和下鐵芯裝配置于地面供電裝置內，在充電時可由地面升降機構將地面供電裝置升起，當分體式變壓器上、下鐵芯形成閉合磁路時，充電電源經(jīng)分體式變壓器隔離變換后，經(jīng)整流器對儲能裝置進行充電。也可采用地面充電裝置直流充電電源通過CN連接器對儲能裝置充電。在車輛控制裝置控制下，牽引逆變器和輔助逆變器分別為永磁直驅電機和輔助設備供電。

如圖6所示，本發(fā)明一種永磁直驅混鐵車的控制系統(tǒng)原理：第一牽引傳動系統(tǒng)中的第一車輛控制裝置為混鐵車的主控裝置，第二牽引傳動系統(tǒng)的第二車輛控制裝置為混鐵車的輔控裝置；主控裝置和輔控裝置均包含車輛控制單元、牽引控制單元、遠程I/O模塊、交換機、無線重聯(lián)模塊，此外主控裝置還包含數(shù)據(jù)記錄單元及與遙控接收裝置和無人駕駛裝置的通信接口，主控裝置與輔控裝置之間通過無線重聯(lián)模塊進行互聯(lián)互控。

如圖7所示，其示出了本發(fā)明一種永磁直驅混鐵車控制方法，應用于上述永磁直驅混鐵車，首先判斷混鐵車處于無人駕駛模式還是遙控模式。若混鐵車處于無人駕駛模式時，則混鐵車主控裝置讀取無人駕駛通信控制指令，若混鐵車處于遙控模式時，則混鐵車主控裝置讀取遙控通信控制指令，若既不是無人駕駛模式也不是遙控模式，則直接進入緊急停車控制。若控制指令為轉速指令，則通過轉速閉環(huán)控制生成轉矩指令，然后進行轉矩控制；若控制指令為轉矩指令，則進行轉矩控制。若控制指令為輪徑校核指令，則進行輪徑校核。若控制指令為充電指令，則進入充電控制，同時生成定點停車指令，隨后進入定點停車控制若控制指令為定點停車指令，進入定點停車控制。若控制指令為駐車指令，則進入駐車控制；若控制指令為緊急停車指令，則進入緊急停車控制。具體地，該控制方法中，周期性執(zhí)行如下程序流程：

當混鐵車無人駕駛控制器接收到地面控制中心發(fā)送的無人駕駛請求信號，混鐵車的主控裝置進行自檢確認具備無人駕駛條件后，向地面控制中心反饋無人駕駛允許信號，混鐵車進入無人駕駛模式；

在無人駕駛過程中，如果遙控接收裝置接收到手持遙控終端發(fā)送的輸入指令，則混鐵車自動退出無人駕駛模式，轉為遙控模式；

在無人駕駛模式下，無人駕駛控制器通過無線專網(wǎng)接收地面控制中心發(fā)出的指令，并與主控裝置通信，以便主控裝置按照輸入指令控制混鐵車運行；無人駕駛控制器還向地面控制中心實時反饋混鐵車狀態(tài)；無線專網(wǎng)采用雙鏈路聚合網(wǎng)；無線專網(wǎng)各節(jié)點具有報文自動拼接和丟棄功能，可實現(xiàn)雙鏈路冗余熱備，數(shù)據(jù)先到先用，有效降低通信延時和傳輸可靠性。無線專網(wǎng)用于為車載設備之間的無線通信提供通道，還可以用于為與其它混鐵車無線重聯(lián)提供備用無線通信通道。

在遙控模式下，遙控接收裝置通過無線網(wǎng)絡接收手持遙控終端發(fā)送的輸入指令，并與主控裝置通信，以便主控裝置按照輸入指令控制混鐵車運行。

具體地，主控裝置接收到轉矩指令，或接收到車輛速度指令通過速度閉環(huán)控制生成轉矩指令，然后通過以太網(wǎng)交換機及無線重聯(lián)模塊將轉矩指令分別發(fā)送給前、后牽引控制單元(分別對應第一牽引控制單元、第二牽引控制單元)，實現(xiàn)前后永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)(分別對應第一永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)、第二永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng))的轉矩、轉速同步控制；

主控裝置接收到輪徑校核指令，向各牽引控制單元發(fā)送輪徑校核指令，同時將所檢測到的實時位置反饋發(fā)送給各牽引控制單元，牽引控制單元根據(jù)永磁電機旋轉變壓器反饋的角位置信息和當前輪徑值，計算混鐵車走行距離，對比檢測走行距離和計算走行距離，校核動力軸輪徑；

主控裝置接收到充電指令，向充電裝置的地面供裝置和車載受裝置轉發(fā)充電指令，在確認混鐵車停車位置滿足充電位置要求后，控制供電模塊與車載受裝置的受電模塊通過接觸或非接觸方式充電；

主控裝置接收到定點停車指令，根據(jù)停車目標點距離和混鐵車位置反饋，通過速度PI閉環(huán)控制生成轉矩控制曲線，實現(xiàn)混鐵車位置控制，抵達目標停車點后向地面控制中心反饋定點停車完成信號；PI閉環(huán)控制的給定值為依據(jù)混鐵車位置到目標位置的距離所生成牽引電機轉速給定值；PI閉環(huán)控制的反饋值為實際牽引電機轉速值；

主控裝置接收到駐車指令，向空氣制動裝置發(fā)送駐車指令，通過停放制動模塊實施車輛駐車，駐車完成后向地面控制中心反饋駐車施加信號；

主控裝置接收到緊急停車指令，向前、后牽引控制單元(分別對應第一牽引控制單元、第二牽引控制單元)及前后空氣制動裝置(分別對應第一空氣制動裝置、第二空氣制動裝置)轉發(fā)緊急停機指令，使得再生制動和空氣制動同時作用，實現(xiàn)緊急停車。

無人駕駛裝置的位置感知傳感設備采用激光測距雷達、感知相機或格雷母線編碼電纜，通過連續(xù)編碼定位方式，實現(xiàn)混鐵車位置的實時檢測。當位置感知傳感設備信號反饋產(chǎn)生延時或干擾時，實時位置信息采用計算走行距離進行實時校正。

地面控制中心對混鐵車的控制還包括：兩個及以上混鐵車根據(jù)地面控制中心發(fā)出的無線重聯(lián)指令進行自動編組和解編。具體地，地面控制中心向其中一輛被控混鐵車發(fā)送主控指令，向其他被控混鐵車發(fā)送從控指令。接收到主控指令的混鐵車為主控混鐵車，該混鐵車主控裝置的車輛控制單元為編組主控單元；接收到從控指令的混鐵車為從控混鐵車；主控混鐵車輔控裝置及其他從控混鐵車主控裝置及輔控裝置的控制單元為編組的從控單元。所述編組主控單元接收地面控制中心指令，通過無線重聯(lián)模塊或無線專網(wǎng)，同步傳送給各個編組從控單元，在混鐵車之間沒有物理連接的情況下，實現(xiàn)混鐵車的虛擬編組及同步運行控制。編組任務結束后，地面控制中心發(fā)出解編或重新編組指令，被解編的混鐵車停車后自動駐車。

本發(fā)明中，在不改變既有混鐵車主體結構基礎上，前后行走裝置結構相同，前后行走裝置處于對稱且均衡狀態(tài)，實現(xiàn)混鐵車永磁電機直接驅動和一罐到底的運輸方式，可大幅提高混鐵車的周轉率和運用效率；無需對轉向架相關部件重新設計，僅將混鐵車兩個端部從動軸改為永磁直驅動力軸，具有成本低、部件通用性好的特點；采用兩套互為冗余的牽引傳動系統(tǒng)，及空氣制動和再生制動兩種制動方式，具有良好的安全性和可靠性；混鐵車可實現(xiàn)全速度范圍內的再生制動和電能回收功能，節(jié)能效果良好；可實現(xiàn)“0”速度全制動力功能，通過速度及位置控制，可實現(xiàn)混鐵車精準定點停車，為自動充電和鐵水灌裝提供精確的定位保障；永磁直驅輪軸驅動系統(tǒng)結構簡單，維護方便；采用全數(shù)字化控制，配備無人駕駛系統(tǒng)，可為混鐵車無人駕駛、智慧運維提供保障。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。

永磁直驅混鐵車及其控制方法.pdf