DD255132A1 - METHOD FOR DETERMINING ENERGY-OPTIMAL DRIVING REGIME FOR RAIL VEHICLES - Google Patents

METHOD FOR DETERMINING ENERGY-OPTIMAL DRIVING REGIME FOR RAIL VEHICLES Download PDF

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DD255132A1 DD86297917A DD29791786A DD255132A1 DD 255132 A1 DD255132 A1 DD 255132A1 DD 86297917 A DD86297917 A DD 86297917A DD 29791786 A DD29791786 A DD 29791786A DD 255132 A1 DD255132 A1 DD 255132A1
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Andreas Schwarzig
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung energieoptimaler Fahrregime fuer Schienenfahrzeuge unter besonderer Beachtung der Trassenbedingungen. Das Verfahren kann zur Energieeinsparung im Vorort-, Personenzugverkehr und im Schnellzugdienst sowohl fuer E-Traktionen als auch fuer die Dieseltraktion eingesetzt werden. Die Schalthandlungen werden in Abhaengigkeit von den Uebergaengen von Neigungen zu Steigungen und umgekehrt vorgenommen, so dass die Bewegungsphasen Anfahrt, eventuell Beharrungsfahrt, Auslauf und Bremsen mehrmals vorhanden sein koennen. Die realen Streckenverhaeltnisse sind dabei als Stuetzstellenspektrum vorhanden. Die notwendigen Vergleiche werden mit einem Bordmikrorechner vorgenommen. Fig. 2The invention relates to a method for determining energy-optimal driving regime for rail vehicles with special attention to the train conditions. The method can be used for energy saving in suburban, passenger train and express train service for both e-traction and diesel traction. The switching operations are carried out depending on the transitions from inclinations to inclines and vice versa, so that the movement phases approach, possibly steady ride, run and brakes can be several times. The real route ratios are available as Stuetzstellenspectrum. The necessary comparisons are made with an on-board microcomputer. Fig. 2

Description

Bei einem weiteren Fahrregime (DD B60L15/20 Nr.236705), ebenfalls bestehend aus den Bewegungsphasen Anfahrt, gegebenfalls Beharrungsfahrt, Auslauf und Bremsen, dessen Prozessverlauf durch die physikalischen Zustandsgrößen Weg, Geschwindigkeit und Zeit charakterisiert wird, werden die Abschalthandlungen für die Abschaltgeschwindigkeit (vAb) bzw. den Abschaltweg (sAb) sowie den Bremseinschaltpunkt (sB) in dem befahrenen Teilabschnitt jeweils in Abhängigkeit von der zulässigen Höchstgeschwindigkeit in demselben und in Abhängigkeit von den zulässigen Höchstgeschwindigkeiten in dem nachfolgenden Teilabschnitt oder in den nachfolgenden Teilabschnitten und in Abhängigkeit vom Fahrplan vorgenommen. Es erfolgt in bekannter Weise mittels Mikrorechner ein Vergleich zwischen Soll- und Instzustand und eine Nutzung der sich ergebenden Impulse zur Steuerung der Zugbewegung. Ein Teilabschnitt ist definiert als ein Abschnitt innerhalb einer Zugfahrt zwischen zwei Halten, der mit einer Anfahrt oder mit einer Beharrungsfahrt bedingt durch das Vorhandensein einer Geschwindigkeitsbeschränkung beginnt und mit einer Bremsung bis auf eine Geschwindigkeit entsprechend der vorliegenden Beschränkung oder bis zum Stillstand endet.In another driving regime (DD B60L15 / 20 Nr.236705), also consisting of the movement phases approach, possibly steady-state drive, coasting and braking, whose process is characterized by the physical state variables path, speed and time, the shutdown actions for the shutdown speed (v A b) or the Abschaltweg (s A b) and the braking switch point (s B ) in the traveled section each depending on the maximum speed in the same and depending on the maximum speeds in the subsequent section or in the subsequent sections and in Depending on the timetable made. It is done in a known manner by means of microcomputer, a comparison between the target and Instzustand and use of the resulting pulses to control the train movement. A sub-section is defined as a section within a train ride between two stops that begins with an approach or a steady drive due to the presence of a speed limit and ends with a brake to a speed corresponding to the present restriction or to a stop.

Auch mit dieser Lösung sind die Möglichkeiten einer energieoptimalen Fahrweise noch nicht ausgeschöpft, da das über die zusätzliche Bremskraft Gesagte auch hierzutrifft.Even with this solution, the possibilities of an energy-optimal driving style are not yet exhausted, as the above about the additional braking force also applies here.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine weitere Energieeinsparung zu erreichen.The aim of the invention is to achieve a further energy saving.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Ursachen der angegebenen Mangel liegen darin, daß bei beiden zum Stand der Technik gehörenden Erfindungen ein Weg-Neigungs- und Weg-Geschwindigkeitsprofil zwar vorausgesetzt wird, aber die Abschalthandlungen bei Wechsel von einer Steigung zu einer Neigung auf das Abbremsen der durch die Neigung erzielten zu großen Gechwindigkeit gerichtet sind. Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wechsel des Weg-Neigungs- und Weg-Geschwindigkeits-Profils bei Vornahme der Schalthandlungen für eine Energieeinsparung auszunutzen.The causes of the defect indicated are that in both prior art inventions a path-inclination and travel-speed profile is presumed, but the switch-off actions when changing from a slope to an inclination to deceleration achieved by the inclination are directed at a high speed. The technical object of the invention is to make use of the change in the path-inclination and path-speed profile when carrying out the switching operations for energy saving.

Erfindungsgemäß besteht das Verfahren darin, daß bei einem Fahrregime, bestehend aus den Bewegungsphasen Anfahrt, gegebenfalls Beharrungsfahrt, Auslauf und Bremsen darin, daß bei Übergängen von Gefällen zu Steigungen und umgekehrt die genannten Bewegungsphasen mehrmals auftreten. Die Abschalthandlungen für die Abschaltgeschwindigkeit vAb bzw. den Abschaltweg Sab sowie den Bremseinchaltpunkt sB werden in Abhängigkeit von der zugelassenen Höchstgeschwindigkeit und unter Einhaltung der vorgegebenen Fahrzeit derart vorgenommen, daß bei einem Wechsel des Trassenprofils von einer Steigung zu einem Gefälle innerhalb der Bewegungsphase Anfahrt der Abschaltweg sAb verkürzt wird bzw. wenn erforderlich erneut ein Zuschalten der Zugkraft nach Auslauf vorgenommen wird. Der vorzunehmende Vergleich erfolgt nach vorgegebenen Stützstellenspektrum mit einem auf dem Fahrzeug installierten Bordmikrorechner.According to the invention, the method consists in that in a driving regime, consisting of the movement phases approach, if necessary steady ride, spout and braking in that at transitions from gradients to gradients and vice versa, said movement phases occur several times. The shutdown of the turn-off speed v A and the Abschaltweg Sab and the Bremseinchaltpunkt s B are made in response to the maximum speed and in compliance with the specified travel time such that when changing the route profile of a slope to a gradient within the movement phase approach the shutdown s A b is shortened or, if necessary, again a connection of the tensile force is made after running out. The comparison to be made takes place according to a given support point spectrum with an on-board electronic microcomputer installed on the vehicle.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll, nachstehend an einem Beispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt inThe invention will be explained in more detail below by way of example. The accompanying drawing shows in

Fig. 1: ein StreckenbandFig. 1: a conveyor belt

Fig. 2: Zugfahrt zwischen zwei HaltepunktenFig. 2: train journey between two stops

Die Fig. 1 zeigt das Streckenband einer fiktiven Strecke zwischen zwei planmäßigen Halten A und B, für die die Anwendbarkeit des dargestellten Verfahren gegeben ist.Fig. 1 shows the route band of a fictive route between two scheduled stops A and B, for which the applicability of the illustrated method is given.

In der Fig. 2 ist der Verlauf zweier Zugfahrten zwischen den Haltepunkten A, B dargestellt. Die Punkte Si bzw. S2 kennzeichnen hierbei den aus der Fig. 1 ersichtlichen Übergang von einer Steigung zu einem Gefälle bzw. den entgegengesetzten Fall. Während die mit a gekennzeichnete Fahrweise der bekannten Abfolge2, the course of two train runs between the stops A, B is shown. The points Si or S 2 in this case indicate the apparent from the Fig. 1 transition from a slope to a slope or the opposite case. While the driving style marked with a of the known sequence

— Anfahrt,- Directions,

— Beharrungsfahrt entlang der zulässigen Höchstgeschwindigkeit,- steady drive along the maximum permissible speed,

— Auslaufund- spill and

— Bremsen- Brakes

in einem Abschnitt mit konstanter zulässiger Maximalgeschwindigkeit Vmax entspricht und dementsprechend zwischen S1 und Sj eine der Streckenneigungskraft entgegenwirkende Bremskraft zugrunde liegt, ermöglicht das neue Verfahren eine energetische Ausnutzung der Gefällestrecke Si —> S2 wie sie der Fahrweise b entspricht.in a section with a constant permissible maximum speed V max and accordingly between S 1 and Sj is based on a braking force counteracting the path inclination force, the new method allows energy utilization of the gradient path Si -> S 2 as it corresponds to the driving mode b.

Ausgangspunkt des Verfahrens ist die Aufgliederung eines Streckenabschnittes zwischen zwei planmäßigen Halten in η Teilabschnitte, die durch das Ende einer Gefällestrecke, in der ohne Zuschalten der Zugkraft die zulässige Höchstgeschwindigkeit bebehaltbar ist, bzw. den Endpunkt B begrenzt werden.The starting point of the method is the breakdown of a section between two scheduled stops in η sections, which are limited by the end of a downgrade, in which the maximum permissible speed can be retained without connecting the traction, or the end point B.

Sofern nicht variierende Geschwindigkeitsbeschränkungen dem widersprechen, wird für jeden dieser Teilabschnitte die Möglichkeit einer Anfahrt bzw. Beharrungsfahrt vorausgesetzt. Ein Ausgleich eingetretener Fahrzeitverluste durch Abschalten der Zugkraft in starken Gefällestrecken ist somit möglich und die Einhaltung der vorgeschriebenen Fahrzeit tf somit gewährleistet. Die entsprechenden funktionalen Zusammenhänge zwischen Abschaltgeschwindigkeit vAB(tf) bzw. Abschaltweg sAB(tf), i = 1 (Dn, und der Fahrzeit tf sind bereitzustellen. Unter Berücksichtigung der Sollfahrzeit und eventueller Verspätung-s und Verfrühungslagen werden aus den Funktionen vAB(tf) und sAB(tf) die hinsichtlich Energieverbrauch optimalen Abschaltpunkte der Zugkraft in den Teilabschnitten bestimmt und einer automatischen Zugsteuerung bzw. dem Triebfahrzeugführer zur Vornahme der Schalthandlungen übermittelt.Unless varying speed restrictions contradict this, the possibility of a journey or steady drive is assumed for each of these sections. A compensation of occurred travel time losses by switching off the traction in steep descents is thus possible and compliance with the prescribed travel time tf thus guaranteed. The corresponding functional relationships between the switch-off speed v AB (t f ) and the switch-off travel s AB (tf), i = 1 (Dn) and the travel time t f have to be provided v AB (tf) and s AB (tf) determines the optimal power consumption cut-off points in the subsections in terms of energy consumption and transmits them to an automatic train controller or the driver for carrying out the switching operations.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer von der jeweiligen Traktionsart unabhängigen Einsparung an Energie. Darüberhinaus ermöglicht der Ansatz mehrmaliger Anfahrten in Abhängigkeit vom Streckenprofil den Zugang zur energiesparenden Fahrweise im Fernverkehr.The inventive method leads to an independent of the respective type of traction energy savings. In addition, the approach of multiple approaches depending on the route profile allows access to energy-saving driving in long-distance traffic.

Claims (1)

Verfahren zur Ermittlung energeioptimaler Fahrregime für Schienenfahrzeuge unter besonderer Beachtung derTrassenbedingungen mit einem Fahrregime, bestehend aus den Bewegungsphasen Anfahrt, gegebenfalls Beharrungsfahrt, Auslauf und Bremsen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Übergängen von Gefallen zu Steigungen und umgekehrt die genannten Bewegungsphasen mehrmals auftreten und die Abschalthandlungen für die Abschaltgeschwindigkeit vAb bzw. den Abschaltweg sAb sowie den Bremseinschaltpunkt sAb in Abhängigkeit von der zugelassenen Höchstgeschwindigkeit derart vorgenommen werden, daß bei einem Wechsel des Trassenprofils von einer Steigung zu einer Neigung innerhalb der Bewegungsphase Anfahrt der Abschaltweg sAb verkürzt wird bzw. wenn erforderlich erneut ein Zuschalten der Zugkraft nach Auslauf vorgenommen wird und der vorzunehmende Vergleich nach vorgegebenen Stützstellenspektrum mit einem auf dem Fahrzeug installierten Bordmikrorechner erfolgt.A method for determining energeioptimaler driving regime for rail vehicles with special attention to the conditions with a driving regime consisting of the movement phases approach, possibly steady drive, coasting and braking, characterized in that at transitions from favor to slopes and vice versa said movement phases occur several times and the Abschalthandlungen for the Shutdown speed v A b and the Abschaltweg s A b and the Bremseinschaltpunkt s A b are made in response to the maximum speed so that when changing the route profile of a slope to an inclination within the motion phase approach the Abschaltweg s A b is shortened or if necessary again a connection of the tensile force is made after discharge and the comparison to be made according to predetermined support point spectrum with a vehicle installed on-board microcomputer. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung energieoptimaler Fahrregime für Schienenfahrzeuge unter besonderer Beachtung derTrassenbedingungen.The invention relates to a method for determining energy-optimal driving regimes for rail vehicles, with particular attention to the conditions of the track. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Bekannt ist ein Verfahren (DD B 60 L15/20, Nr. 208324) bei dem die funktionalen Beziehungen für die Schaltpunkte vAB,sAB sowie Sb und für Fahrzeit tF auf der Basis diskreter Fahrzeiten und damit für diskrete Fahrstrategien durch eine digitale Simulation von Zugfahrten entsprechend den realen Streckenverhältnissen wie Haltepunktabstand, Weg-Neigungs- und Weg-Geschwindigkeitsprofil und den realen Zug- bzw. Fahrzeugverhältnissen wie Fahrwiderstand, Geschwindigkeits-Zugkraftcharakteristik, Zugmasse und Bremsverzögerung auf einer stationären EDV im voraus ermittelt werden. Diese funktionellen Beziehungen vAb = f(tF), Sab = ffe) undsB = f(tF) können somit zunächst durch diskrete Stützstellen beschrieben werden.Known is a method (DD B 60 L15 / 20, no. 208324) in which the functional relationships for the switching points v AB , s AB and Sb and driving time t F on the basis of discrete travel times and thus for discrete driving strategies through a digital simulation Train train according to the real track conditions such as breakpoint distance, path-inclination and distance-speed profile and the real train or vehicle conditions such as driving resistance, speed-draft characteristic, train mass and braking deceleration on a stationary EDP are determined in advance. These functional relationships v A b = f (t F ), Sab = ffe) and B = f (t F ) can thus be described first by discrete interpolation points. Für vereinfachte Bedingungen ist es damit unter Umständen zweckmäßig, die Funktionen vAb = f(tp), sAB = f (tF), sB = f (tF) durch eine stückweise Linearisierung darzustellen und die für beliebige Fahrzeitvorgaben gesuchten Werte vAs(tF), sAB(tF) oder Se(tF) durch Geradengleichungen, lineare Interpolationsbeziehungen o.a. zu ermitteln. Durch eine geeignete Anzahl von Stützstellen können die durch die Linearisierung verursachten Fehler in vertretbaren Grenzen gehalten werden. Die auf dem Fahrzeug zu installierende Bordelektronik hat damit vor allem die Aufgaben der Speicherung der Stützstellen vAB, sAB, sB und tF und der Abarbeitung der erforderlichen Rechengesetze. Die Ermittlung der jeweiligen Speicherplatzadresse für die zu dem aktuellen Streckenabschnitt zugehörigen Stützstellen erfolgt durch Summieren der zurückgelegten Streckenabschnitte in einem Abschnittszähler und gleichfalls abgespeicherten Rechenvorschriften unter Nutzung des aktuellen Zählerstandes im Abschnittszähler. Die Abspeicherung der Werte vAB, sAB und Sb wird durch je ein oder mehrere aus 3 Bit bestehenden Speicherworten realisiert. Die Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeitvorgabe ermittelten optimalen Umschaltpunkte vAB, sAB und Sb können sowohl über eine digitale Anzeigevorrichtung an den Triebfahrzeugführer ausgegeben werden und dieser realisiert die eigentliche Zugsteuerung (open-loop-Steuerung) als auch unmittelbar an eine selbsttätige Steuereinrichtung übergeben werden (close-loop-Steuerung), so daß der Triebfahrzeugführer mit Hilfe der Anzeigevorrichtung im Wesentlichen nur eine Kontrollfunktion ausübt. Die bemerkenswerte Charakteristik des Verfahrens auf der Grundlage der Verarbeitung von konkreten Stützstellen besteht darin, daß sowohl Abschaltgeschwindigkeit als auch Abschaltwege durch eine mathematische Vorschrift und mittels eines Stützstellensatzes pro Streckenabschnitt berechnet werden können. Die Ergebnisinterpretation und damit die Art und Weise der Fahrregimeempfehlung resultiert dabei unmittelbar aus dem Monotieverhalten der für jeden Streckenabschnitt abgespeicherten Folge von Stützstellen.For simplified conditions, it may therefore be expedient to represent the functions v A b = f (tp), s AB = f (t F ), s B = f (t F ) by a piecewise linearization and the values searched for any travel time specifications v A s (t F ), S A B (t F ) or Se (t F ) by linear equations to determine linear interpolation relations or the like. By an appropriate number of nodes, the errors caused by the linearization can be kept within reasonable limits. The on-vehicle electronics to be installed thus has, above all, the tasks of storing the interpolation points v AB , s AB , s B and t F and the processing of the required computing laws. The determination of the respective storage location address for the associated to the current section support points is done by summing the distance traveled sections in a section counter and also stored calculation rules using the current count in the section counter. The storage of the values v AB , s AB and Sb is realized by one or more memory words consisting of 3 bits each. The dependence on the current travel time specification determined optimum switching points v AB , s AB and Sb can both be issued via a digital display device to the driver and this realizes the actual train control (open-loop control) and also passed directly to an automatic control device ( close-loop control), so that the driver with the help of the display device essentially only exercises a control function. The notable characteristic of the method based on the processing of concrete interpolation points is that both cut-off speed and cut-off paths can be calculated by a mathematical rule and by means of a interpolation set per line segment. The result interpretation and thus the manner of the driving regime recommendation results directly from the monotony behavior of the sequence of supporting points stored for each route section. Ergeben die η Funktionswerte der Stützstellen mit dem Zählindex von j = 1 bis j = η eine monotone fallende Folge im strengen Sinne, so ist jede der Stützstellen und damit das Berechnungsergebnis als eine Abschaltgeschwindigkeit zu interpretieren. Weicht der Funktionswert der Stützstelle j = η von dieser Monotie ab, wird durch diesen eine Abschaltgeschwindigkeit repräsentiert; alle übrigen n-1 Funktionswerte werden als Abschaltwege identifiziert. Liegtdie verfügbare Fahrzeit im Bereich der Stützstellen η = n-1 und j = η, erfolgt ein Austausch der j = (n-1 )-ten (Weg) Stützstelle mit der zulässigen strecken-und fahrzeugabhängigen Höchstgeschwindigkeit, die aus dem Wert der j = η-ten Stützstelle über vereinbarte mathematische Beziehungen oder einfache Festlegungen ermittelt werden kann. Der Funktionswert der j = η-ten Stützstelle muß dabei stets einen größeren Betrag als der der j = (n-1)-ten Stützstelle aufweisen, um als Geschwindigkeit erkannt zu werden. Diese ist bei geeigneter Zahlendarstellung mit den praktischen Gegebenheiten vereinbar. Der Fall vAB(j = n) < = Sab(J = n-1) ist für die Praxis gegenstandslos.If the η function values of the interpolation points with the counting index of j = 1 to j = η give a monotonous falling sequence in the strict sense, then each of the interpolation points and thus the calculation result must be interpreted as a shutdown speed. If the function value of the support point j = η deviates from this monotony, this represents a turn-off speed; all remaining n-1 function values are identified as shutdown paths. If the available travel time in the area of the interpolation points is η = n-1 and j = η, the j = (n-1) -th (intersection) interpolation point is exchanged with the permissible maximum road-speed and vehicle-specific speed determined by the value of j = η-th interpolation point can be determined via agreed mathematical relationships or simple definitions. The function value of the j = η-th interpolation point must always have a larger amount than that of the j = (n-1) -th interpolation point in order to be recognized as velocity. This is compatible with the practical conditions if the figures are displayed appropriately. The case v AB (j = n) <= Sab (J = n-1) is irrelevant in practice. Die dargestellte Lösung zur energieoptimalen Fahrweise hat den Nachteil, daß bei Übergängen von Steigungen zu Neigungen in den Bewegungsphasen Beharrungsfahrt, Auslauf und Bremsen eine zusätzliche Bremskraft aufgewandt werden muß und somit die Möglichkeiten der Energieeinsparung noch nicht ausgenutzt sind.The illustrated solution for energy-efficient driving has the disadvantage that at transitions from gradients to inclinations in the phases of movement steady-state drive, coasting and braking an additional braking force must be expended and thus the possibilities of energy saving are not exploited.
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