一种轨道工程车新能源驱动系统的制作方法

本实用新型属于城市交通技术领域，涉及一种轨道工程车新能源驱动系统。

背景技术：

长期以来，在城市轨道交通建设中，材料和人员运输采用以柴油机为动力的内燃机车，在运行时噪音高，废气排放大，对长期在洞内施工人员身体危害性很大。工程施工迫切需要环保、清洁、经济、高效、安全的牵引车辆。轨道工程车新能源驱动系统应运而生，填补了目前国内这一大空白。

技术实现要素：

为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供一种轨道工程车新能源驱动系统。传动方式由电机直接输出到车轴齿轮箱，传动行程短，损耗小，电机的能源利用率高达89％。

轨道工程车制动或减速时，除传统机械制动外，还有再生制动功能。相同功率下，比柴油机传统动力节省49％左右的费用，综合运用成本低。新能源驱动系统采用磷酸铁锂电池作为驱动电源，运转传动部件少，维修保养简便，且无级调速，驾驶操作更加简单。安全性能好，使用寿命长，真正实现了零排放、静噪音，极大地改善了隧道施工的工作环境。

其技术方案如下：

一种轨道工程车新能源驱动系统，包括同步电机、电机驱动器、电池管理系统、整车控制器和上位机，所述同步电机为4台，分别安装在轴上，每个电机带动一根轴，4个具有can口的电机驱动器分别与4台同步电机连接，接收整车控制器指令，电机驱动器将蓄电池的直流电能逆变成交流电能传递给同步电机，所述整车控制器通过can总线监控4个电机驱动器的运行，上位机通过整车控制器can口获取整个驱动系统实时运行数据。

进一步，所述电机驱动器主要由dsp数字信号处理器、放大电路、igbt(insulatedgatebipolartransistor)绝缘栅双极型晶体管、保护电路和接口电路构成。

进一步，所述轨道工程车新能源驱动系统的的驱动部件包括有动力电池、逆变器(驱动器)、带有同步电机的变速单元。

本实用新型的有益效果：

本实用新型驱动系统将轨道工程车整车的负荷分散到4台电机和4对轮对上，四个车轮轴对都自带动力，实现了动力源集中而动力分散的布局，减轻了轨道工程车4个车轴的重量，满足在轨道上平稳运行的要求。牵引力分散在4个动力车轮轴上，可解决轨道工程车大牵引力与轴重限制之间的矛盾。动力分散型驱动系统可大大降低传动齿轮及其它机械部件机的械强度要求，延长使用寿命，在速度提升、节能环保等方面与现有轨道工程车相比有明显的优势。

附图说明

图1为本实用新型轨道工程车新能源驱动系统的结构示意图；

图2为本实用新型轨道工程车新能源驱动系统的驱动部件原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细地说明。

参照图1，一种轨道工程车新能源驱动系统，包括同步电机、电机驱动器、电池管理系统、整车控制器和上位机，所述同步电机为4台，分别安装在轴上，每个电机带动一根轴，4个具有can口的电机驱动器分别与4台同步电机连接，接收整车控制器指令，电机驱动器将蓄电池的直流电能逆变成交流电能传递给同步电机，所述整车控制器通过can总线监控4个电机驱动器的运行，上位机通过整车控制器can口获取整个驱动系统实时运行数据。

4台同步电机，分别安装轴上，每个电机带动一根轴，本驱动系统可驱动一辆4轴的轨道工程车。

4个具有can口的电机驱动器，接收整车控制器指令，电机驱动器将蓄电池的直流电能逆变成交流电能传递给同步电机,并在刹车、下坡等状态下将机械能转化为电能回馈至电池，实现能源高效利用。

本驱动系统用的是带运动控制功能的特殊整车控制器，通过can总线监控4个电机驱动器的运行，从而解决4台电机在轨道工程车运行过程中的协调一致和整体同步问题。

上位机通过整车控制器can口获取整个驱动系统实时运行数据。具有实时显示整车行驶状态数据和在线监测功能，通过智能仪表和云平台实现远程电脑端和手机端的随时数据读取，进行远程分析和诊断，及时发出故障预警，保障轨道车的安全运行。

电池管理系统在最优化动力电池组效能的同时，防止发生单体电池的过充电、过放电、超温、过流，并提供电池的状态数据。

每台同步电机安装一台电机驱动器，驱动器主要由dsp数字信号处理器、放大电路、igbt、保护电路和接口电路构成，采用相同的工作模式，4台驱动器通过can总线方式连接到整车控制器。每一台电机轴上安装有编码器，作为电机速度反馈信号，采用数字反馈同步控制系统控制4台电机等时同步启动、加减速和停止，实现每台电机的分布式控制和实时运算。该同步控制装置能够保证计算的实时性，从而保证同步控制的精度，实现轨道工程车新能源驱动系统多轴同步控制。

与目前通用由两台电机两轴驱动的轨道工程车相比，本驱动系统将轨道工程车整车的负荷分散到4台电机和4对轮对上，四个车轮轴对都自带动力，实现了动力源集中而动力分散的布局，减轻了轨道工程车4个车轴的重量，满足在轨道上平稳运行的要求。

牵引力分散在4个动力车轮轴上，可解决轨道工程车大牵引力与轴重限制之间的矛盾。动力分散型驱动系统可大大降低传动齿轮及其它机械部件机的械强度要求，延长使用寿命，在速度提升、节能环保等方面与现有轨道工程车相比有明显的优势。

本驱动系统替代了传统轨道工程车的内燃机发电机组和直流电机，依靠动力电池、逆变器(驱动器)和同步电机变速单元实现轨道工程车的驱动。当操作员踩下加速踏板时，整车控制器将控制动力电池输出电能，然后通过控制逆变器驱动电机运转，驱动电机输出的转矩经齿轮机构带动车轮轴转动，实现轨道工程车前进或后退。

本驱动系统主要的驱动部件包括有动力电池、逆变器(驱动器)、带有同步电机的变速单元。图2所示为新能源驱动系统的驱动部件原理示意图，在本驱动系统中将动力电池组和逆变器(驱动器)之间的电路单元称之为bdu(batterydisconnectingunit)。具体描述如下：

1、基本驱动过程

本驱动系统的动力来源是动力电池，但是来自动力电池内的电能并不总是一直处于输出状态，驱动过程中能量的流动主要有以下2条路径：

(1)驱动轨道工程车

驱动时来自动力电池的能量通过bdu、逆变器，进入电机变速单元实现车辆驱动。

(2)回收制动能量

制动或轨道工程车减速时，变速单元内的电机将变成发电机，将能量通过逆变器(驱动器)、bdu传回动力电池，为电池充电。

2、主要控制模块如下：

轨道工程车能够实现在不同路况环境下，快速反应并顺利驱动工程车满足操作员需求，并不仅仅是依靠上述几个动力部件来完成的，整个驱动系统还需要一套完善的控制模块。即整车控制器(vcu)、电机控制器(mcu)和电池管理系统(bms)，这3个控制器是新能源驱动系统的核心技术，对整车的动力性、经济性、可靠性和安全性等有着重要影响。

(1)vcu

全车动力系统的主控制模块，实现整车控制决策的核心电子控制单元。vcu通过采集加速踏板、挡位、制动踏板等信号来判断操作员的驾驶意图；通过监测车辆状态(车速、温度等)信息，由vcu判断处理后，向动力系统、动力电池系统发送控制命令，同时控制车辆其它系统的运行。

(2)mcu

mcu位于逆变器内部，是电机的主控制模块，接收vcu信号，控制电机的运转方向、输出功率等。

mcu通过接收vcu的行驶控制指令，控制电机输出指定的转矩和转速，驱动工程车运行。实现把动力电池的直流电能转换为所需的高压交流电、并驱动电机输出机械能。

同时，mcu还会利用传感器采集如下信息，并将运行状态的信息发送给整车控制器vcu。包括：

①电流传感器：用以检测电机工作的实际电流。

②电压传感器：用以检测供给逆变器工作的实际电压。

③温度传感器：用以检测电机控制系统自身的工作温度。

④旋转编码器：用以检测电机轴的旋转速度。

(3)bms

位于动力电池组总成内部，是动力电池内的电池管理模块。bms是动力电池最关键的控制模块，用于检测动力电池内单个电池单元的电压、电流，并实现多个电池单元之间的均衡控制。本驱动系统内的bms控制模块只有1个，由于动力电池内部多个电池组串联，因此bms在每个电池组上设计1个接口模块，bms通过管理每个接口模块来实现对整个电池的管理。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本实用新型的保护范围内。

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