内燃机车的制作方法

1.本技术涉及铁路运输装备技术领域，具体而言，涉及一种内燃机车。


背景技术：

2.随着对智能制造转型升级的大力提倡与支持，以及提出要实现“碳达峰”“碳中和”的战略决策，传统钢铁行业亟需通过转型升级来满足对行业的高标准和高要求。
3.机车实现无人驾驶的先决条件是需要对原人工驾驶机车进行无人化改造，目前国内铁水运输作业机车多为gk1c型内燃调车机车。目前尚未有基于原机车进行的改造产品。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种内燃机车，其能够改善目前的铁水运输作业机车只能人工操控的问题。
5.本技术的实施例是这样实现的：
6.本技术的实施例提供了一种内燃机车，包括车体、原制动系统和原控制系统，人工通过所述原控制系统操控所述车体，且手动操控所述原制动系统，所述内燃机车还包括：遥控单元、电控制动系统、数字化采集单元、控车单元和无人化控制系统；
7.所述控车单元与所述原控制系统连接，所述遥控单元用于向所述控车单元发送无线遥控指令；
8.所述电控制动系统与所述控车单元连接，所述无人化控制系统与所述控车单元连接，且能够通过所述控车单元控制所述电控制动系统，所述数字化采集单元用于采集所述车体的数据并向所述控车单元反馈。
9.通过在车体上集成遥控单元、电控制动系统、数字化采集单元、控车单元以及无人化控制系统，并将控车单元与原控制系统进行连接。使得整个内燃机车具备了人工、遥控、无人化的三种模式，满足不同的使用需求。
10.另外，根据本技术的实施例提供的内燃机车，还可以具有如下附加的技术特征：
11.在本技术的可选实施例中，所述无人化控制系统包括：车载决策系统、环境感知系统、自动化控制系统、视频监控系统和无线通信模块；
12.所述环境感知系统为所述车载决策系统提供外界环境信息，所述车载决策系统通过所述无线通信模块与地面列车控制系统通讯；
13.所述自动化控制系统与所述控车单元通信，并能够控制摘挂钩以及控制安全保护。
14.车载决策系统控制机车完成作业任务，环境感知系统可以为车载决策系统的决策提供依据，自动化控制系统则可以通过控车单元来获取车体的状态数据，以实现摘挂钩和安全保护，无线通信模块则方便车载决策系统与地面列车控制系统通讯。
15.在本技术的可选实施例中，所述环境感知系统包括激光雷达、视觉相机以及感知处理器，所述车体的两端端面上均布设有一套所述激光雷达与所述视觉相机并向所述感知
处理器反馈数据。
16.激光雷达方便感知处理器判断前方是否有障碍物，视觉相机也是，通过双重判断，可以更精确判断环境信息，方便决策。
17.在本技术的可选实施例中，所述无线通信模块包括无线cpe终端，所述无线cpe终端设置于所述车体顶部且用于与地面列车控制系统交互数据。
18.在本技术的可选实施例中，所述无人化控制系统还包括视频监控系统，所述视频监控系统通过所述无线通信模块与地面监控系统通信。
19.在本技术的可选实施例中，所述遥控单元包括无线遥控器、信号接收天线和信号接收机；
20.所述信号接收天线设置于所述车体顶部并用于接收所述无线遥控器的无线电信号，所述信号接收机用于接收并解调所述信号接收天线所接收的遥控指令，并传输至所述控车单元。
21.无线遥控器可以方便单人操作，不需要像现有技术一般至少要两个人配合，减少人工劳动强度和成本。
22.在本技术的可选实施例中，所述电控制动系统包括制动机控制器和电控制动机，所述制动机控制器与所述控车单元连接，所述制动机控制器用于控制所述电控制动机对所述车体制动或者解除制动。
23.制动机控制器可以接收无人化控制系统的控制，在电控制动机的动作下，可以实现车的减速和停车，有助于实现精准对位控制。
24.在本技术的可选实施例中，所述数字化采集单元包括仪表组和传感器组，所述仪表组包括多种类型的数字化采集仪表，所述传感器组包括多种类型传感器，每种传感器用于检测一种数据并传输信号至所述控车单元，每种数字化采集仪表用于检测一种数据并传输信号至所述控车单元。
25.通过传感器组和仪表组的采集，可以方便控车单元获取车体的各项状态指标。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
27.图1为本技术的实施例提供的内燃机车的系统架构的示意图；
28.图2为遥控单元与车体之间的示意图；
29.图3为电控制动系统在系统中的示意图；
30.图4为无人化控制系统的主要部件组成的示意图。
31.图标：10-车体；11-原制动系统；12-原控制系统；13-司控仪；20-遥控单元；21-无线遥控器；22-信号接收天线；23-信号接收机；30-电控制动系统；31-制动机控制器；32-电控制动机；40-数字化采集单元；50-控车单元；60-无人化控制系统；61-车载决策系统；611-gnss；621-激光雷达；622-视觉相机；623-感知处理器；63-自动化控制系统；631-高精度测距仪；632-射频识别仪；633-自动摘钩装置；64-无线通信模块；65-视频监控系统。
具体实施方式
32.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
37.实施例
38.请参照图1以及图3，本技术的实施例提供了一种内燃机车，包括车体10、原制动系统11和原控制系统12，人工通过司控仪13手动操控原制动系统11以操控车体10，内燃机车还包括：遥控单元20、电控制动系统30、数字化采集单元40、控车单元50和无人化控制系统60；
39.控车单元50与原控制系统12连接，遥控单元20用于向控车单元50发送无线遥控指令；
40.电控制动系统30与控车单元50连接，无人化控制系统60与控车单元50连接，且能够通过控车单元50控制电控制动系统30，数字化采集单元40用于采集车体10的数据并向控车单元50反馈。
41.其中，车体10自身的结构可以参考一些现有的铁水运输所用的内燃机车的车体结构，原制动系统11和原控制系统12以及司控仪13也可以参考一般的铁水运输所用的内燃机车的相应系统和司控装置。
42.需要说明的是，本实施例中的遥控单元20、电控制动系统30、数字化采集单元40、控车单元50和无人化控制系统60，以及下文提及的其他一些系统等，所采用的设备、装置、零部件等，均可以参考现有的相应产品，具体的型号则可以根据需求来选用。
43.简单而言，通过在车体10上集成遥控单元20、电控制动系统30、数字化采集单元40、控车单元50以及无人化控制系统60，并将控车单元50与原控制系统12进行连接。使得整
个内燃机车具备了人工(司控器模式)、遥控(无线模式)、无人化(无人模式)的三种模式，满足不同的使用需求。与此同时，该方案是可以基于现有的内燃机车进行改造，保留了原有的设备与功能，不影响原先的系统的运行，控车单元50可以用于接收无人化的控车指令，实现无人驾驶，在驾驶模式切换后，比如切换到原本具有的“司控器”模式时，即还是可以按照原先的操控方式由人工进行操控。
44.请结合图2，遥控单元20包括无线遥控器21、信号接收天线22和信号接收机23；
45.信号接收天线22设置于车体10顶部并用于接收无线遥控器21的无线电信号，信号接收机23用于接收并解调信号接收天线22所接收的遥控指令，并传输至控车单元50。无线遥控器21可以方便单人操作，不需要像现有技术一般至少要两个人配合，减少人工劳动强度和成本。详细的，无线遥控器21可以方便司机随身携带，通过旋转手柄的不同档位控制机车运行，通过发射无线电信号输出控车指令，还可以设置多个不同的信道，以匹配多个车体10。信号接收机23在通过信号接收天线22接收无线电信号后，可以解调，然后将指令通过can总线向控车单元50发送。无线控制的模式可以在非无人作业区域或者无人化控制系统60异常时，作为备用驾驶模式使用。
46.请结合图3，电控制动系统30包括制动机控制器31和电控制动机32，制动机控制器31与控车单元50连接，制动机控制器31用于控制电控制动机32对车体10制动或者解除制动。制动机控制器31可以接受无人化控制系统60的控制，在电控制动机32的动作下，可以实现车的减速和停车，有助于实现精准对位控制。可以理解的是，原本的制动系统和控制系统，都不受影响，在控车单元50的切换下，切换回原系统，即可以通过司控仪13来操控原本的大闸、小闸制动机工作，当车体10需要减速或者停车时，司机手动操作制动杆就可以调节制动风缸的压力，从而控制闸瓦上闸。而切换到无人模式后，在无人化控制系统60的指令下，制动机控制器31则直接操控大闸、小闸电控制动机32进行工作，以实现减速、停车，完成精确对位控制。
47.车体10原本的各类状态数据是通过指针式机械表显示，为了实现无人化控制、安全联锁保护以及远程状态显示等功能，本技术加装了数字化采集单元40。
48.详细的，数字化采集单元40包括仪表组和传感器组，仪表组包括多种类型的数字化采集仪表，传感器组包括多种类型传感器，每种传感器用于检测一种数据并传输信号至控车单元50，每种数字化采集仪表用于检测一种数据并传输信号至控车单元50。通过传感器组和仪表组的采集，可以方便控车单元50获取车体10的各项状态指标。在本实施例中，仪表组和传感器组所行使的检测主要包括：柴油机水温检测、传动箱油温检测、润滑油压检测、总风缸压力检测、制动缸压力检测、机车速度检测等。
49.请结合图4，无人化控制系统60包括：车载决策系统61、环境感知系统、自动化控制系统63和无线通信模块64；
50.环境感知系统为车载决策系统61提供外界环境及障碍物信息，车载决策系统61通过无线通信模块64与地面列车控制系统通讯；
51.自动化控制系统63与控车单元50通信，并能够控制自动摘挂钩设备以及执行安全保护功能。车载决策系统61控制机车完成作业任务，环境感知系统可以为车载决策系统61的决策提供依据，自动化控制系统63则可以通过控车单元50来获取车体10的状态数据，以实现自动摘挂钩(通过自动摘钩装置633实现)和安全保护功能，无线通信模块64则方便车
载决策系统61与地面列车控制系统通讯。
52.详细的，车载决策系统61为车体10的自动驾驶的任务执行处理中心。通过无线网络与“地面列车控制系统”建立tcp/ip通讯，接收地面列控系统的各类任务指令，通过处理器执行逻辑运算后输出控制指令，控制机车完成作业任务，包括机车高精度定位，精确对位任务、自动连挂任务、自动摘挂钩任务等。高精度定位：车载决策系统61通过接收gnss(图4中的611)、rfid读取的标签数据、激光测距数据等多种设备参与融合定位运算，实现精确定位、实时跟踪机车位置。精确对位：通过建立“高精度机车驾驶控制模型”，实现机车对位任务自学习功能，机车速度控制功能，最终实现机车精准对位。
53.详细的，本实施例中的自动化控制系统63是基于西门子plc开发的一套控制系统，主要实现通过以太网与“控车单元50”的通信，采集机车状态数据。控制摘挂钩设备，采集高精度测距仪631、射频识别仪632的数据。通过内部逻辑运算(车载决策系统61进行)，实现机车限速、限位、急停等安全保护等功能。
54.详细的，环境感知系统包括激光雷达621、视觉相机622以及感知处理器623，车体10的两端端面上均布设有一套激光雷达621与视觉相机622并向感知处理器623反馈数据。进一步的，激光雷达621实时扫描机车前方空间后，向感知处理器623反馈激光点云数据，感知处理器623通过处理点云分布判断是否存在障碍物。视觉相机622向感知处理器623反馈机车前方的图像信息，感知处理器623通过图像识别判断是否存在障碍物。也即是说，环境感知系统为车载决策系统61提供外界环境信息。主要用于机车行驶路况识别，例如机车行进线路上的行人、车辆、异物等，给出障碍物相对位置信息，为车载决策系统61提供决策依据。
55.无人化控制系统60还包括视频监控系统65，视频监控系统65通过无线通信模块64与地面监控系统通信。
56.本实施例的无线通信模块64包括无线cpe终端，无线cpe终端设置于车体10顶部且用于与地面列车控制系统交互数据。其中，无线cpe终端分为了第一终端和第二终端，第一终端服务于感知处理器623、车载决策处理器以及自动化控制系统63之间的通信以及对外通信，第二终端服务于视频监控系统65对外的通信。简单而言，车载决策系统61与地面机车调度系统需要高可靠性低延时的无线通讯。车载决策系统61通过无线网络接收列控系统下发的任务指令，并反馈任务状态。视频监控数据通过监控网cpe回传至地面监控系统。
57.在现有的人工驾驶机车中，司机在机车上的司机室内通过平调机获取调车员反馈的控车指令。调车员处于机车运行前方，通过目视观察前方情况后，通过调车手持机，向司机反馈控车指令，司机根据平调主机接收的指令，手动操作机车的司控仪13控制机车完成作业任务。
58.原机车驾驶方式需要两名工作人员紧密配合，相互协助才能完成作业任务，因此作业效率不高、作业过程中的安全风险因素多、调车员工作环境差，且抬高了企业人力成本。
59.本实施例基于现有的内燃调车机车，设计了一种内燃机车，其可以基于现有的机车进行改造，整体的成本能够得到一定程度控制，并实现了无人化驾驶，以及备用的遥控操作驾驶。
60.在无人模式下，整个内燃机车可以根据数字化采集单元40采集的机车本体状态信
息、环境感知系统反馈的障碍物信息，以及地面列控系统下达的任务消息，依靠车载决策系统61的综合判断，通过自动化控制系统63输出控车指令，以完成任务。而遇到需要人工进行操控的情况时，也可以通过控车单元50切换到遥控模式或者人工模式，遥控模式只需要一名司机即可完成作业任务，而人工模式则可以参考现有的作业方式，不会被新增的各种系统、装置影响。
61.综上所述，本技术的内燃机车通过遥控单元20、电控制动系统30、数字化采集单元40、控车单元50和无人化控制系统60相互间的配合，实现了在现有的机车的人工操作模式下，新增了遥控和无人化驾驶的模式，能够有效提升铁水运输作业效率，并且保障了作业安全，对于人工的需求降低，防止出现风险，并降低了人工成本。为机车实现无人化提供了一种有效的解决方案。
62.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。