CZ2002319A3 - Způsob energetické optimalizace vozidla/vlaku s více hnacími zařízeními - Google Patents

Description

Způsob energetické optimalizace vozidla/vlaku s více hnacími zařízeními

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu energetické optimalizace vozidla/vlaku podle úvodu nároku 1.

Dosavadní stav techniky

Při plánování jízd a sestavování jízdních řádů kolejové dopravy se plánují časové rezervy pro nepředvídané události a nepříznivé provozní podmínky. Protože během skutečných jízd jsou provozní podmínky typicky lepší než byly uvažovány při plánování, jsou přitom vznikající časové rezervy použitelné pro jiné účely.Zvláště smysluplné použití časových rezerv spočívá v úspoře energie vhodným režimem jízdy.

Dosud známé a používané způsoby minimalizace energie jsou většinou založeny na předpokladu, že je energeticky optimální režim jízdy, která se skládá z částí: maximální urychlení - jízda při konstantní rychlosti - výběh - maximální zpoždění. Přitom se minimalizuje mechanická trakční energie, která je potřebná k urychlení vozidla. K ověření se používá lineárního dynamického modelu vlaku, zvláště se nepřihlíží k žádnému členu, který popisuje kvadratickou závislost mezi rychlostí a jízdním odporem.

DD 255 132 Al rozšiřuje tento základní předpoklad o podrozdělení celé trati na více úseků tak, že v každém úseku je odpor sklonu trati stejný.

EP 0 467 377 Bl zavádí podrozdělení celé trati na více úseků takovým způsobem, že v každém úseku je dovolená maximální rychlost konstantní. V každém úseku se opakuje • · • ·

9 9 9 režim jízdy obsahující části: maximální urychlení - jízda při konstantní rychlosti maximální zpomalení. Je tedy vypuštěn výběh.

EP 0 755 840 Al nepopisuje žádný konkrétní způsob energetické optimalizace, ale více popisuje obecnou strukturu systému, kterou může být také realizována energetická optimalizace. Jako příklad je uveden cyklus, který tvoří: urychlení - jízda při konstantní rychlosti - zpomalení a brzdění.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je uvést zlepšený způsob energetické optimalizace s ohledem na časové rezervy plánované v jízdním řádu vozidla/vlaku.

Tento úkol se řeší ve spojení s úvodem s význaky uvedenými v nároku 1.

Dosažitelná výhoda podle vynálezu spočívá zvláště v tom, že uvažováním rozdělení pohonné výzbroje a vícenásobné trakce při optimalizačním algoritmu místo mechanické trakční energie se minimalizuje primární použitá energie jako např. elektrická energie u elektrických kolejových vozidel.

Výhodná provedení vynálezu jsou uvedena v podnárocích.

Přehled obrázků na výkresech

Další výhody navrženého způsobu plynou z následujícího popisu.

Vynález bude níže vysvětlen blíže pomocí příkladů provedení znázorněných na výkresech. V nich uvádí:

« · « · ··· · obr. 1 charakteristické pole výkonových ztrát typické elektrické lokomotivy, obr. 2 charakteristické pole výkonových ztrát typické elektrické lokomotivy se dvěma odděleně regulovanými pohonnými zařízeními.

Příklady provedení vynálezu

Podstatu vynálezu je třeba vidět v tom, že v optimalizačním problému se uvažuje rozdělení hnací výzbroje a vícenásobná trakce s ohledem na časové rezervy plánované v jízdním řádu vozidla/vlaku. Problém energetické minimalizace je přitom formulován jako matematický optimalizační problém a řeší se vhodným, obecně známým optimalizačním algoritmem.

Vhodné optimalizační algoritmy jsou známy např. z Papageorgiou: Optimierung (Optimalizace), kapitoly 10,19 a zvláště 20, Oldenbourg Verlag, 1996.

Vychází se tedy z toho, zeje k dispozici více než jedno autonomní pohonné zařízení k vytvoření celkového hnacího výkonu vozidla/vlaku. Typická elektrická lokomotiva má obyčejně např. dva otočné podvozky, z nichž každý je vybaven oddělenými pohony. Dále jsou známy konstrukce se třemi otočnými podvozky s oddělenými pohony a vozidla bez otočných podvozků se dvěma nebo více poháněnými osami.

U jednoduché trakce, u které přejímá dopravu jen jedno hnací vozidlo, závisí počet možných oddělených a autonomních hnacích zařízení na topografii zapojení hnacího vozidla. U elektrických lokomotiv obsahuje topografie zapojení např. kromě vlastních pohonů (motorů) hlavně ještě součásti vysokonapěťové výzbroje a pomocných pohonů, tzv. součásti pohonu. U vícenásobné trakce se na dopravě vlaku podílejí nejméně dvě hnací vozidla ve vlakovém spojení. Stejně může být integrováno více soustředěných nebo rozdělených pohonných jednotek v jednom motorovém vlaku. Také zde rozhoduje « a e * *00· topografie zapojení a počet ve vlakovém spojení zapojených hnacích vozů o počtu možných oddělených a autonomních pohonných zařízení.

Podle vynálezu se uvažuje více plně nebo částečně autonomních pohonných zařízení k energetické minimalizaci s ohledem na plánované časové rezervy v jízdním řádu vozidla/vlaku, přičemž každé pohonné zařízení může být charakterizováno zvláštními funkcemi účinnosti nebo výkonových ztrát. Při zahrnutí rozdělení pohonné výzbroje a vícenásobné trakce se navrhují tři postupy, které se dají použít jednotlivě nebo kombinovaně.

Podle prvního postupu jsou funkce účinnosti nebo výkonových ztrát jednotlivých autonomních pohonných zařízení při předběžném zpracování shrnuty do celkové funkce účinnosti nebo výkonových ztrát vozidla/vlaku. Další optimalizace je nyní identická s optimalizací soustředěného zařízení, tj. zařízení s jedním jediným autonomním pohonným zařízením.

Podle druhého postupu se při optimalizaci uvažuje reprezentativní funkce (průměrná funkce) účinnosti nebo výkonových ztrát jednoho autonomního pohonného zařízení společně s počtem vždy použitých autonomních pohonných zařízení. Tento postup je zvlášť smysluplný, když účinnost nebo výkonové ztráty autonomních pohonných zařízení se vzájemně příliš neliší.

Podle třetího postupu se při optimalizaci pro každé autonomní pohonné zařízení uvažuje funkce účinnosti nebo výkonových ztrát a binární informace stavu ZAP případně VYP (tj zapnutí/vypnutí jednotlivých autonomních pohonných zařízení). Tento postup je zvlášť smysluplný, když účinnost nebo výkonové ztráty autonomních pohonných zařízení se ve velké míře liší.

• · ·

Zatímco u třetího způsobu postupuje výsledkem optimalizace již plán použití pro každé jednotlivé autonomní pohonné zařízení, musí být u prvních dvou postupů tento plán stanoven ještě při dalším zpracování. Uvažováním rozdělení autonomních pohonných zařízení se může určit a předvídavě nastavit pro každou jízdní situaci optimální kombinace jednotlivých pohonů. Přitom se uvažují okrajové podmínky jako jsou očekávané tažné a brzdicí síly, koeficient adheze, teploty v součástech pohonu a časové vlivy dynamiky pohonu. Dále ještě mohou být minimalizovány zapínací a vypínací ztráty při současném uvažování dalších ztrát vozidla.

Obr. 1 uvádí charakteristické pole výkonových ztrát v závislosti na trakční síle a rychlosti jednoho pohonného zařízení typické elektrické lokomotivy.

Obr. 2 uvádí podle prvního postupu shrnuté charakteristické pole výkonových ztrát (celkovou funkci) v závislosti na trakční síle a rychlosti typické elektrické lokomotivy včetně odpojení jednoho autonomního pohonného zařízení otočného podvozku v dolní oblasti výkonu.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob energetické optimalizace vozidla/vlaku při použití časových rezerv, které jsou plánovány v jízdním řádu, vyznačující se tím, že k dosažení energeticky úsporného režimu jízdy za pomoci optimalizačního algoritmu se uvažuje pohotovost více plně nebo částečně autonomních pohonných zařízení - jako je otočný podvozek s odděleným pohonem nebo poháněnou osou - přičemž se uvažuje zvláštní funkce účinnosti nebo výkonových ztrát každého pohonného zařízení - jako charakteristické pole výkonových ztrát v závislosti na trakční síle a rychlosti - a že pro každou trakční situaci se určí a předvídavě nastaví optimální kombinace jednotlivých pohonných zařízení.
2. 2. Způsob podle nároku ^vyznačující se tím, že se shrnou zvláštní funkce účinnosti nebo výkonových ztrát jednotlivých pohonných zařízení při předběžném zpracování do celkové funkce účinnosti nebo výkonových ztrát vozidla/vlaku.
3. 3. Způsob podle nároku ^vyznačující se tím, že zvláštní funkce účinnosti nebo výkonových ztrát jednotlivých pohonných zařízení se shrnou do jedné reprezentativní funkce účinnosti nebo výkonových ztrát jednoho pohonného zařízení a uvažují se spolu s počtem skutečně použitých autonomních pohonných zařízení.
4. 4. Způsob podle nároku ^vyznačující se tím, že pro každé pohonné zařízení se uvažuje oddělená funkce účinnosti nebo výkonových ztrát a binární informace stavu ZAP případně VYP každého pohonného zařízení.
5. 5. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 4^vyznačující se tím, že při výběru autonomních pohonných zařízení se uvažují okrajové podmínky jako jsou očekávané tažné a brzdicí síly a/nebo koeficienty adheze a/nebo teplota a/nebo vlivy dynamiky pohonu.