摘 要

随着我国铁路交通行业和城市轨道交通行业的快速发展，对轨道的建造维护提出了更高的要求，轨道以及相关的辅助设施的维修和维护等任务也越来越繁重及复杂。在此背景下，公铁两用车等技术装备应运而生。

本文参考传统纯电动汽车的技术方案，以及针对公铁两用车的工作方式及工作特点，设计了一套四轮驱动式纯电动公铁两用牵引车的控制系统。本文对公铁两用车控制系统的主电路、控制电路、遥控单元等三个部分进行了设计，包括供电方案、控制方案以及通信方案的设计等。文章根据工况，通过对公铁两用车在牵引列车的过程中存在的阻力进行分析计算，得出了系统所需的牵引力，并对驱动电机进行了选型。同时，对转向电机、液压泵、制动器等辅助执行元件的电路控制进行了设计选型。此外，本文还针对控制系统、遥控单元进行了软件的设计，并对部分程序进行了仿真，验证了其可行性。

关键词：公铁两用牵引车；纯电动；控制系统设计

Abstract

With the rapid development of railway transportation and urban rail transit in China, higher requirement is put forward for the construction and maintenance of the track, and the tasks of maintaining the track and related auxiliary facilities become more and more complex. Under this background, road-rail vehicle and other technical equipment appear.

In this paper, according to the working mode and working characteristics of road-rail vehicle, the control system of four-wheel drive electric road-rail tractor is designed by referring the technical scheme of traditional pure electric vehicle. The main circuit, control circuit and remote control unit of the control system of road-rail vehicle are designed in this paper, including the design of power supply scheme, control scheme and communication scheme. According to the working condition, the traction force of the system is obtained and the driving motors are selected through the analysis and calculation of the resistance while dragging the train. At the same time, the circuit controls of the hydraulic steering motor, pump, brake and other auxiliary components are designed. In addition, this paper also describes the design of software for the control system and the remote control unit, and part of the program is simulated and verified its feasibility.

Key Words：road-rail tractor；electric；control system design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 设计的背景及意义 1

1.1.1 背景 1

1.1.2目的及意义 2

1.2 国内外研究现状 2

1.3 设计内容及目标 3

1.3.1 设计内容 3

1.3.2 设计目标 3

第2章 公铁两用车总体设计 4

2.1 公铁两用车动力方式 4

2.2 公铁两用车驱动方式 4

2.2.1 公路上的工作模式 4

2.2.2 轨道上的工作模式 5

第3章 公铁两用车控制系统总体方案设计 7

3.1 公铁两用车总体控制方案 7

3.2 公铁两用车主电路设计 7

3.2.1 执行元件方案确定 7

3.2.2 供电系统设计 9

3.3 公铁两用车控制电路设计 9

3.3.1 控制器选型 11

3.3.2 RS485通信模块 11

3.3.3 模拟量输出扩展模块 12

3.4 遥控单元设计 12

3.4.1 遥控器面板设计 12

3.4.2 无线发射模块电路设计 13

3.4.3 无线接收模块电路设计 14

3.4.4 编码解码设计 15

第4章 执行元件及驱动系统设计 17

4.1 驱动电机 17

4.1.1 牵引力计算 17

4.1.2 电机选型 20

4.1.3 伺服单元外围电路设计 22

4.1.4 传感器选型 23

4.2 转向电机 24

4.3 液压泵 25

4.4 辅助元件 25

第5章 控制系统的软件设计 27

5.1 无线发射模块软件设计 27

5.2 无线接收模块软件设计 29

5.3 控制器软件设计 32

5.4 程序仿真 34

第6章 结论 38

参考文献 39

附录1 程序 40

附录2 主电路原理图 48

附录3 控制电路原理图 49

附录4 无线发射与接收模块电路图 50

附录5 元器件布置图 51

致谢 52

第1章 绪论

1.1 设计的背景及意义

1.1.1背景

公铁两用车，是指既可以在一般公路上行驶，又可以在铁路轨道上行驶的工程车辆^[1]。近年，我国城市轨道交通和铁路交通得到迅速发展，运营能力和速度不断地提升，但铁路、轨道交通的建设和运营也随即面临一定的压力，铁路以及与铁路相关的辅助设施的维修和维护等任务也会越来越繁多及复杂^[2]。公铁两用车在此背景下应运而生，因其能在公路与铁路之间完成快速转换并运作，因此在铁路、轨道交通的建设、运营、维修、维护中起到了关键的作用，得到广泛应用。

公铁两用车类型较多，按照功能可分为以下三种：