CN109017825A - 观光旅游智能小火车解决方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种观光旅游智能小火车解决方案，包括智能小火车及承载其运行的轨道结构，智能小火车包括车身结构、驱动系统和导向系统，智能小火车还包括控制系统、新能源储能系统、电动空调系统、电动空压机系统、内置电源系统和车厢轨迹更随系统，其中，驱动系统设置有新能源驱动控制子系统，导向系统设置有单轮独立转向子系统。本发明能够简化轨道线路施工，降低线路设计复杂度，具有节能环保、车身轻量化、寿命长、线路维护成本低、驱动效率高、轨迹跟随准确和转向安全可靠等系列优势，适用于城市观光旅游，改善出行质量。

Description

观光旅游智能小火车解决方案

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，更为具体地，涉及一种观光旅游智能小火车解决方案，包括智能小火车及承载其运行的轨道结构等。

背景技术

打造立体化的城市交通体系是中交通建设的重要内容，例如地铁、轻轨、磁浮列车等大、中运量的轨道交通系统，具有以下特点：运能大，速度快、节能环保，线路固定，可以拉动周边经济，能够解决区域性交通问题，但是存在缺点：投资大，建设周期长，工程难度高，运营、维护成本高。又例如跨坐式单轨、悬挂式单轨列车等中、低运量的轨道交通系统，具有以下特点：运能适中，线路固定，速度较快，节能环保，但是存在缺点：直接成本(线路建设及车辆)在1.5亿元/公里以上，建设周期长，工程难度高，运营、维护成本高，无法紧急疏散，很难拉动周边经济提升等不足。再例如通道式BRT、专用高架式BRT、专享车道式 BRT等现代有轨电车系统，其中，通道式BRT在特定区域内的组织形式适应性差，非全线路方案，而专用高架式BRT存在专用高架建设费用昂贵，建设周期长的问题，整体效率低于轨道车辆，专享车道式BRT存在道路条件要求高、适应性差等问题，运量低，运输效率相比轨道车辆低。而滑轮式有轨电车、导向斜握式有轨电车，运能适中，速度较快、节能环保，但是承载式有轨电车直接成本(线路建设及车辆)近1亿元/公里以上，建设周期较长，运营、维护成本依旧偏高，很难拉动周边经济提升。

Phileas系统是一种磁性导向、轻量化车体的列车应用系统，2002年开始在荷兰埃因霍温投入运营，2005年韩国通过技术引进，在首尔设立一条专用线路。其采用磁性线圈导向方式，需要独占路权并对道路进行磁性线圈布设，并定期维护，且受天气影响、电磁影响较多，稳定性较差。现有技术中，还有路缘石卡槽轮等方案，其均未能解决独占路权的问题，不具备灵活的适应性，且每公里投资0.4-7亿元，投资成本过大，存在后期线路维护成本高等一系列问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种观光旅游智能小火车解决方案，能降低线路设计复杂度，够简化轨道线路施工，节能环保，车身轻量化，寿命长，维护成本低，驱动效率高，轨迹跟随准确，转向安全可靠。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种智能小火车，包括驱动系统、导向系统和车身结构，驱动系统和导向系统均设置于车身结构，车身结构与轨道结构连接；所述智能小火车还包括控制系统、新能源储能系统、电动空调系统、电动空压机系统和内置电源系统，以及，所述驱动系统包括新能源驱动控制子系统，所述导向系统包括单轮独立转向子系统；所述车身结构包括玄武岩纤维复合材料车厢、玄武岩纤维复合材料车头和玄武岩纤维复合材料车内配件；以及，所述轨道结构为轨樑一体化、预制桩基高架线路结构，在所述轨道结构路面设置有轨迹标识线；所述新能源储能系统、电动空调系统、电动空压机系统和内置电源系统分别与控制系统电连，所述控制系统与新能源驱动控制子系统连接，所述新能源驱动控制子系统与新能源储能系统连接；所述控制系统对所述新能源驱动控制子系统输出新能源驱动控制信号，所述新能源驱动控制子系统接收所述新能源驱动控制信号，并控制所述新能源储能系统的启动或关闭；所述控制系统与单轮独立转向子系统连接，所述单轮独立转向子系统与轨道结构连接，所述控制系统对所述单轮独立转向子系统输出导向控制信号，所述单轮独立转向子系统接收所述导向控制信号，并向车身结构动能传递，控制转向。

进一步地，包括车厢轨迹更随系统，所述车厢轨迹更随系统包括多轴无轨导向执行系统和双冗余液压转向子系统，所述双冗余液压转向子系统与多轴无轨导向执行系统连接，所述多轴无轨导向执行系统与控制系统连接。

进一步地，所述单轮独立转向子系统包括印制板轮毂电机，所述印制板轮毂电机与所述轨道结构连接。

进一步地，所述新能源储能系统包括氢燃料电池供电系统和超级电容。

进一步地，所述玄武岩纤维复合材料车厢包括玄武岩纤维复合材料车顶、玄武岩纤维复合材料车底板、玄武岩纤维复合材料车体次骨架、玄武岩纤维复合材料外蒙皮、玄武岩纤维复合材料内饰和玄武岩纤维复合材料车内壁。

进一步地，所述控制系统包括整车控制单元，所述多轴无轨导向执行系统包括多个角度传感器、多条控制线路和转向控制器，所述双冗余液压转向子系统包括液压管路和液压组件；

所述整车控制单元通过第一控制线路与转向控制器电连，所述转向控制器通过第二控制线路与角度传感器电连，所述液压组件通过第三控制线路与转向控制器电连，所述液压组件通过液压管路与车身结构的轴传动连接，第一角度传感器设置在车厢之间，第二角度传感器设置在车身结构的轴位置。

进一步地，所述角度传感器包括陀螺仪。

进一步地，所述第一控制线路包括CAN总线。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中适用于智能小火车运行的轨道结构，降低线路设计复杂度，能够简化轨道线路施工；具体的，采用轨樑一体化、预制桩基高架线路，可以将轨樑一体、预制桩基进行工厂式标准化生产，保障质量，施工周期短，成本低；板樑与桩基连接简单，具备中国高铁I、II、III型轨道的优点，还可减少地基开挖，线路维护容易。

(2)本发明中智能小火车的动力系统，采用新能源驱动，节能环保；具体的，可利用富集资源，甲醇(甲烷)常温制氢、储氢，采用氢燃料电池供电，氢燃料电池具有无污染、无锂电池等衰减，而且成本低等优点。

(3)本发明中智能小火车的车身结构采用新材料设计，车身轻量化，寿命长、比金属结构维护成本低；具体的，车身采用玄武岩纤维复合材料，能够与新材料产业高度契合，充分带动玄武岩纤维、玄武岩板材、玄武岩保温材料产业发展，具有显著的经济效益。

(4)本发明中智能小火车采用轮毂电机驱动，质量轻、效率高；具体地，采用印制板电机，相比传统技术采用绕线式电机具有质量轻，用材少，节能资源的特点，而且无铁耗，低铜耗，效率高，直接驱动，可靠性高，具有无磁致饱和，线性度高的特点。

(5)本发明中智能小火车采用单轮独立转向系统，线路转弯半径小，易于实现智能化、无人化控制，采用单轮独立驱动，能够取代传统的转向架，转弯半径理论上可接近零，可以从根本上消除了传统转向架转弯时滑动摩擦及对轨道的磨耗，而且控制方便，易于智能化，可采用轮毂电机实现转向。

(6)本发明中智能小火车采用多轴转向技术实现轨迹跟随，确保每节车厢按预设轨迹行驶，可以进行虚拟轨道导向，只需路面增加轨迹标识线，无需物理轨道铺设，降低成本，配有的双冗余的液压转向系统能够确保转向的安全与可靠执行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中的玄武岩纤维复合材料车身结构示意图。

图2为本发明中的轨道结构第一示意图。

图3为本发明中的轨道结构第二示意图。

图4为本发明中智能小火车的轮毂电机结构效果图。

图5为本发明中的车厢轨迹更随系统的结构示意图。

图6为本发明中的智能小火车的第一车头结构效果示意图。

图7为本发明中的智能小火车的第二车头结构效果示意图。

图8为本发明中的智能小火车的第三车头结构效果示意图。

图中，101-整车控制单元，102-转向控制器，103-第二角度传感器，104-液压组件，105- 第一角度传感器，106-车身结构轴，107-液压管路，108-第一控制线路。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路等。

如图1-5所示，一种观光旅游智能小火车解决方案，包括：

一种智能小火车，包括驱动系统、导向系统和车身结构，驱动系统和导向系统均设置于车身结构，车身结构与轨道结构连接；智能小火车还包括控制系统、新能源储能系统、电动空调系统、电动空压机系统和内置电源系统，以及，驱动系统包括新能源驱动控制子系统，导向系统包括单轮独立转向子系统；车身结构包括玄武岩纤维复合材料车厢、玄武岩纤维复合材料车头和玄武岩纤维复合材料车内配件；以及，轨道结构为轨樑一体化、预制桩基高架线路结构，在轨道结构路面设置有轨迹标识线；新能源储能系统、电动空调系统、电动空压机系统和内置电源系统分别与控制系统电连，控制系统与新能源驱动控制子系统连接，新能源驱动控制子系统与新能源储能系统连接；控制系统对新能源驱动控制子系统输出新能源驱动控制信号，新能源驱动控制子系统接收新能源驱动控制信号，并控制新能源储能系统的启动或关闭；控制系统与单轮独立转向子系统连接，单轮独立转向子系统与轨道结构连接，控制系统对单轮独立转向子系统输出导向控制信号，单轮独立转向子系统接收导向控制信号，并向车身结构动能传递，控制转向。

可选实施方式，设置车厢轨迹更随系统，车厢轨迹更随系统包括多轴无轨导向执行系统和双冗余液压转向子系统，双冗余液压转向子系统与多轴无轨导向执行系统连接，多轴无轨导向执行系统与控制系统连接。

可选实施方式，单轮独立转向子系统采用印制板轮毂电机，印制板轮毂电机与轨道结构连接。

可选实施方式，所述新能源储能系统包括氢燃料电池供电系统和超级电容。

进一步地，所述玄武岩纤维复合材料车厢包括玄武岩纤维复合材料车顶、玄武岩纤维复合材料车底板、玄武岩纤维复合材料车体次骨架、玄武岩纤维复合材料外蒙皮、玄武岩纤维复合材料内饰和玄武岩纤维复合材料车内壁。

可选实施方式，控制系统设置有整车控制单元101，多轴无轨导向执行系统包括多个角度传感器、多条控制线路和转向控制器102，双冗余液压转向子系统包括液压管路107和液压组件104；

整车控制单元101通过第一控制线路108与转向控制器102电连，转向控制器102通过第二控制线路与角度传感器电连，液压组件104通过第三控制线路与转向控制器102电连，液压组件104通过液压管路107与车身结构轴106传动连接，第一角度传感器105设置在车厢之间，第二角度传感器103设置在车身结构轴106位置。

可选实施方式，角度传感器采用陀螺仪。

可选实施方式，第一控制线路108采用CAN总线。

实施例1

由于大巴转运虽然使用灵活但不能享受沿途风光，而悬挂式单轨列车，能欣赏美景，但造价高，应急及安全逃生性能差。因此，本领域技术人员将本发明作为一种中小城市观光旅游轨道交通解决方案，可以替代大巴转运方案和悬挂式单轨列车方案。在本实施例中，利用中国四川省达州市的富集资源——甲醇(甲烷)常温制氢、储氢，采用氢燃料电池供电，新能源驱动，节能环保，采用玄武岩纤维复合材料制备车身结构，与当地大力发展的新材料产业高度契合，充分带动玄武岩纤维、玄武岩板材、玄武岩保温材料产业发展，具有显著的经济效益。

在本实施例中，本领域技术人员可以制造本发明中的智能小车以及修筑相应的轨道结构，设置驱动系统、导向系统和车身结构，驱动系统和导向系统均设置于车身结构，车身结构与轨道结构连接。智能小火车还设置控制系统、新能源储能系统、电动空调系统、电动空压机系统和内置电源系统，以及，驱动系统设置新能源驱动控制子系统，导向系统设置单轮独立转向子系统。车身结构设置玄武岩纤维复合材料车厢、玄武岩纤维复合材料车头和玄武岩纤维复合材料车内配件；以及，轨道结构为轨樑一体化、预制桩基高架线路结构，在轨道结构路面设置有轨迹标识线。新能源储能系统、电动空调系统、电动空压机系统和内置电源系统分别与控制系统电连，控制系统与新能源驱动控制子系统连接，新能源驱动控制子系统与新能源储能系统连接；控制系统对新能源驱动控制子系统输出新能源驱动控制信号，新能源驱动控制子系统接收新能源驱动控制信号，并控制新能源储能系统的启动或关闭；控制系统与单轮独立转向子系统连接，单轮独立转向子系统与轨道结构连接，控制系统对单轮独立转向子系统输出导向控制信号，单轮独立转向子系统接收导向控制信号，并向车身结构动能传递，控制转向。

其中，智能小火车设置为车长15米，车宽2.65米，满载车重6.5吨，3列大众车(40座，加上站位可乘坐50人)，可以设置VIP/情侣专车，家庭专车等，设置时速在60km/h，最大爬坡能力45％等。图6，图7和图8分别是智能小火车的相应车头结构效果示意图。

在本实施例中的其余技术特征，本领域技术人员均可以根据实际情况进行灵活选用以满足不同的具体实际需求。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的组成，结构或部件，均在本发明的权利要求书请求保护的技术方案限定技术保护范围之内。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”均是广义含义，本领域技术人员应作广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，或整体地连接，或局部地连接，可以是机械连接，也可以是电性连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，还可以是两个元件内部的连通等，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，即，文字语言的表达与实际技术的实施可以灵活对应，本发明的说明书的文字语言(包括附图)的表达不构成对权利要求的任何单一的限制性解释。

本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的技术，例如具体的施工细节，作业条件和其他的技术条件等。

Claims (8)

1.一种智能小火车解决方案，包括驱动系统、导向系统和车身结构，驱动系统和导向系统均设置于车身结构，车身结构与轨道结构连接；其特征在于：所述智能小火车还包括控制系统、新能源储能系统、电动空调系统、电动空压机系统和内置电源系统，以及，所述驱动系统包括新能源驱动控制子系统，所述导向系统包括单轮独立转向子系统；

所述车身结构包括玄武岩纤维复合材料车厢、玄武岩纤维复合材料车头和玄武岩纤维复合材料车内配件；以及，所述轨道结构为轨樑一体化、预制桩基高架线路结构，在所述轨道结构路面设置有轨迹标识线；

所述新能源储能系统、电动空调系统、电动空压机系统和内置电源系统分别与控制系统电连，所述控制系统与新能源驱动控制子系统连接，所述新能源驱动控制子系统与新能源储能系统连接；所述控制系统对所述新能源驱动控制子系统输出新能源驱动控制信号，所述新能源驱动控制子系统接收所述新能源驱动控制信号，并控制所述新能源储能系统的启动或关闭；所述控制系统与单轮独立转向子系统连接，所述单轮独立转向子系统与轨道结构连接，所述控制系统对所述单轮独立转向子系统输出导向控制信号，所述单轮独立转向子系统接收所述导向控制信号，并向车身结构动能传递，控制转向。

2.根据权利要求1所述的一种智能小火车解决方案，其特征在于，包括车厢轨迹更随系统，所述车厢轨迹更随系统包括多轴无轨导向执行系统和双冗余液压转向子系统，所述双冗余液压转向子系统与多轴无轨导向执行系统连接，所述多轴无轨导向执行系统与控制系统连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能小火车解决方案，其特征在于，所述单轮独立转向子系统包括印制板轮毂电机，所述印制板轮毂电机与所述轨道结构连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能小火车解决方案，其特征在于，所述新能源储能系统包括氢燃料电池供电系统和超级电容。

5.根据权利要求1所述的一种智能小火车解决方案，其特征在于，所述玄武岩纤维复合材料车厢包括玄武岩纤维复合材料车顶、玄武岩纤维复合材料车底板、玄武岩纤维复合材料车体次骨架、玄武岩纤维复合材料外蒙皮、玄武岩纤维复合材料内饰和玄武岩纤维复合材料车内壁。

6.根据权利要求2所述的一种智能小火车解决方案，其特征在于，所述控制系统包括整车控制单元，所述多轴无轨导向执行系统包括多个角度传感器、多条控制线路和转向控制器，所述双冗余液压转向子系统包括液压管路和液压组件；

所述整车控制单元通过第一控制线路与转向控制器电连，所述转向控制器通过第二控制线路与角度传感器电连，所述液压组件通过第三控制线路与转向控制器电连，所述液压组件通过液压管路与车身结构的轴传动连接，第一角度传感器设置在车厢之间，第二角度传感器设置在车身结构的轴位置。

7.根据权利要求6所述的一种智能小火车解决方案，其特征在于，所述角度传感器包括陀螺仪。

8.根据权利要求6所述的一种智能小火车解决方案，其特征在于，所述第一控制线路包括CAN总线。