DE102011078449A1

DE102011078449A1 - Method for performing track curve optimization for rail vehicles, involves dividing travel time margin into two portions to perform driving power reducing optimization of track curve

Info

Publication number: DE102011078449A1
Application number: DE102011078449A
Authority: DE
Inventors: Rolf Detering; Karl-Heinz Erhard; Jens-Harro Oechsner; York Schmidtke; Bernd Tieftrunk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-08-23

Abstract

The method involves dividing a track (1) into multiple sections between successive stations, where a travel time margin is provided to maintain or restore a clock and/or scheduled compliant driving operation for each of the sections of the track. The travel time margin is divided into two portions, where one of the portions extends a minimum hold time, and the other portion extends a travel time to perform driving power reducing optimization of track curves (3, 4). The travel time is prolonged for reducing speed of the section.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrkurvenoptimierung für Schienenfahrzeuge auf einer Fahrstrecke, welche in Streckenabschnitte zwischen aufeinanderfolgenden Bahnhöfen eingeteilt ist, wobei für die Streckenabschnitte jeweils Fahrzeitreserven zur Einhaltung oder Wiederherstellung eines takt- und/oder fahrplankonformen Fahrbetriebes vorgegeben sind. The invention relates to a method for optimizing the travel curve for rail vehicles on a driving route, which is divided into sections between successive stations, with each of the sections driving time reserves for maintaining or restoring a tact and / or Fahrplankonformen driving operation are given for the sections.

Fahrkurvenoptimierung zielt darauf ab, eine möglichst energiesparende Fahrweise zu erreichen. Dazu wird die Fahrkurve, das heißt, eine ortsabhängige Geschwindigkeitsvorgabe, derart berechnet, dass möglichst wenig Antriebsenergie benötigt wird und trotzdem keine Verspätungen auftreten, wie beispielsweise in „ Milroy, IP, Minimum-Energy Control of Rail Vehicles, Proceedings of the Railway Engineering Conference, Sydnex, Institution of Engineers Australia, 1981, pp 103–104 “ beschrieben. Eine eingeplante Fahrzeitreserve wird bei dieser Berechnung berücksichtigt, wobei eine reduzierte Maximalgeschwindigkeit, die unterhalb der maximal zulässigen Streckenabschnittsgeschwindigkeit liegt, zum Zwecke der Energieeinsparung angestrebt wird. Trajectory optimization aims to achieve the most energy-saving driving style possible. For this purpose, the travel curve, that is to say, a location-dependent speed specification, is calculated in such a way that as little drive energy as possible is required and, nevertheless, no delays occur, such as in " Milroy, IP, Minimum Energy Control of Rail Vehicles, Proceedings of the Railway Engineering Conference, Sydnex, Institution of Engineers Australia, 1981, pp 103-104 "Described. A scheduled travel time reserve is taken into account in this calculation, with a reduced maximum speed, which is below the maximum permissible section speed, is sought for the purpose of saving energy.

Eine Alternative zur Berechnung optimierter Fahrkurven stellt die empirische Ermittlung dar. Dabei werden für unterschiedliche, auf den einzelnen Streckenabschnitten zulässige Höchstgeschwindigkeiten die zugehörigen Fahrzeiten gemessen und gespeichert. Aus dieser Tabelle kann dann in Abhängigkeit vom aktuellen Ort und der aktuellen Verspätung eine entsprechende Fahrempfehlung, das heißt, eine bestimmte Geschwindigkeit, auf die das Fahrzeug maximal beschleunigt werden soll, bestimmt werden. An alternative to calculating optimized driving curves is the empirical determination. In this case, the associated driving times are measured and stored for different maximum speeds permissible on the individual road sections. Depending on the current location and the current delay, a corresponding driving recommendation, that is to say a specific speed to which the vehicle should be maximally accelerated, can then be determined from this table.

Um eine Verspätung wieder aufzuholen, ist gemäß EP 1 466 803 B1 vorgesehen, mindestens einen Teil der Fahrzeitreserve von der Haltezeit abzuziehen, wodurch die Geschwindigkeit bei geringer Verspätung nicht bis zur maximal zulässigen Streckenabschnittsgeschwindigkeit erhöht werden muss. Bei Fahrplankonformität wird die gesamte Fahrzeitreserve zur Verlängerung der Haltezeit verwendet. To catch up on a delay is according to EP 1 466 803 B1 provided that at least part of the travel time reserve deducted from the holding time, whereby the speed must not be increased up to the maximum permissible section speed at a low delay. In the case of timetable conformity, the entire travel time reserve is used to extend the holding time.

Bekannt sind außerdem streckenseitige Zugfolgeregler, auch als ATR – Automatic-Train-Regulation – bezeichnet. Diese Zugfolgeregler ermöglichen die Aufrechterhaltung oder Wiederherstellung eines takt- und/oder fahrplankonformen Fahrbetriebes, insbesondere auch bei Störungen, zum Beispiel Tür- oder Signalstörungen. Dazu beeinflussen die Zugfolgeregler die Haltezeiten der Schienenfahrzeuge mit dem Ziel, die Passagierlast möglichst gleichmäßig auf die Fahrzeuge aufzuteilen. Geregelt wird nur die Haltezeit, so dass bei Verspätung mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit in so genannter Spitzfahrt gefahren wird. Also known trackside train control, also known as ATR - Automatic Train Regulation - known. These train followers make it possible to maintain or restore a driving operation that complies with the requirements of the train and / or the timetable, in particular also in the case of faults, for example door or signal faults. For this purpose, the train controller influence the holding times of the rail vehicles with the aim of dividing the passenger load as evenly as possible on the vehicles. Only the holding time is regulated, so that in case of delay at the maximum permissible speed, driving is done in so-called short-drive.

Bekannt ist weiterhin ein ATO-System – Automatic-Train-Operation –, bei dem ein Fahrtrechner zumindest teilweise die Zugsteuerung übernimmt. Dabei werden insbesondere energiesparende Bremsverläufe der Fahrkurve angestrebt. Die ATO ist eine auf das einzelne Fahrzeug beschränkte Funktionalität. Abhängigkeiten zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen werden nicht berücksichtigt. Also known is an ATO system - Automatic Train Operation - in which a ride computer at least partially takes over the train control. In particular, energy-saving braking characteristics of the driving curve are sought. The ATO is a functionality limited to the individual vehicle. Dependencies between successive vehicles are not taken into account.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das eine umfassendere Fahrkurvenoptimierung und Energieeinsparung ermöglicht. The invention has for its object to provide a generic method that allows a more comprehensive driving curve optimization and energy conservation.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fahrzeitreserve in einen eine Mindesthaltezeit verlängernden Anteil und einen eine Fahrzeit verlängernden Anteil zur Antriebsenergie reduzierenden Optimierung der Fahrkurve aufgeteilt wird. Durch die Beeinflussung nicht nur der Haltezeit zum Zwecke der Aufholung von Verspätungen, wie aus der oben genannte EP 1 466 803 B1 bekannt, sondern auch der Fahrzeit nicht nur bei Verspätungen ergibt sich die Möglichkeit, die Fahrkurve so weit wie möglich quasi abzuflachen, um zusätzlich Antriebsenergie einzusparen. Dabei kann der die Haltezeit verlängernde Anteil, insbesondere bei Fahrplan- und/oder Taktkonformität, bis auf Null Sekunden reduziert werden. According to the invention the object is achieved in that the travel time reserve is divided into a minimum holding time-increasing proportion and a driving time-increasing proportion to drive energy-reducing optimization of the travel curve. By influencing not only the holding time for the purpose of catching up delays, as from the above EP 1 466 803 B1 known, but also the travel time not only in case of delays, there is the possibility to quasi flatten the travel curve as much as possible in order to save additional drive energy. In this case, the holding time-prolonging portion, in particular in timetable and / or clock conformity, can be reduced to zero seconds.

Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass der die Fahrzeit verlängernde Anteil zur Reduzierung der Streckenabschnittsgeschwindigkeit verwendet wird. Die oben genannte Spitzfahrt mit hoher Geschwindigkeit wird in Richtung reduzierte Streckenabschnittsgeschwindigkeit abgeändert, wodurch sich eine Fahrzeitverlängerung, aber auch eine Energieeinsparung ergibt. Die Fahrzeitreserve wird dadurch nicht mehr vollständig zur Verlängerung der Haltezeit verwendet. Durch dieses Geschwindigkeitsminimierungsprinzip ergibt sich eine hinsichtlich der Energiebilanz verbesserte Zugfolgeregelung. Als Randbedingungen wird dabei berücksichtigt, dass der die Fahrzeit verlängernde Anteil nicht so groß gewählt wird, dass eine betrieblich vorgegebene Mindestgeschwindigkeit, zum Beispiel 40km/h, nicht unterschritten wird und andererseits der die Haltezeit verlängernde Anteil nicht zu klein gewählt wird, so dass eine betrieblich vorgegebene Mindesthaltezeit, zum Beispiel 15 Sekunden, auf jeden Fall eingehalten wird. Die Regelungsgüte in Bezug auf Fahrplan- und Taktkonformität wird durch diese Zugfolgeregelung nicht verändert. Ein vorhandener Zugfolgeregler oder ATR-Regler kann sehr einfach um diese Funktionalität erweitert werden. According to claim 2 it is provided that the travel time-increasing portion is used to reduce the link speed. The above high-speed indexing is modified in the direction of reduced link speed, resulting in travel time extension but also energy saving. The travel time reserve is thus no longer completely used to extend the holding time. This speed minimization principle results in an improved supply control with regard to the energy balance. As a boundary conditions is taken into account that the travel time-increasing proportion is not chosen so large that a minimum operating speed, for example, 40km / h, is not exceeded and on the other hand, the holding time-prolonging portion is not too small, so that operationally specified minimum holding time, for example 15 seconds, is maintained in any case. The control performance with respect to timetable and clock conformity is not changed by this sequence control. An existing sequence controller or ATR controller can be easily extended by this functionality.

Gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass die Anteile von gewichtbaren Parametern, insbesondere Streckenabschnittsgeschwindigkeit, Haltezeit, Ankunftszeit und Abfahrtszeit, abhängig sind. Die Anteile können je nach Anforderungen individuell gewichtet werden, wobei auch Abfahrtszeiten einbezogen werden können. Neben einer weiteren Energieeinsparung ergibt sich daraus der Vorteil, dass die Regelungsgüte in Bezug auf Fahrplan- und/oder Taktkonformität verbessert werden kann. Aus der Menge der zulässigen Lösungen wird eine optimierte Lösung bestimmt, indem eine globale Zielfunktion minimiert wird. Die Gewichtungen der Zielfunktionsanteile können dabei von dem Bahnbetreiber konfiguriert werden. According to claim 3 it is provided that the proportions of weightable parameters, in particular section speed, dwell time, time of arrival and departure time dependent. The Shares may be weighted individually depending on requirements, including departure times. In addition to a further energy savings, this results in the advantage that the quality of control can be improved in terms of timetable and / or clock conformity. From the set of allowable solutions, an optimized solution is determined by minimizing a global objective function. The weights of the target function shares can be configured by the railway operator.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß Anspruch 4 ist vorgesehen, dass der die Mindesthaltezeit verlängernde Anteil von Passagierzahlen in dem Schienenfahrzeug und/oder am Bahnhof abhängig ist. Dadurch ist bei großem Ein- und Aussteigebedarf eine entsprechend verlängerte Haltezeit möglich, während bei geringen Passagierzahlen die Fahrzeitverlängerung zur Energiereduzierung stärker ausgenutzt werden kann. Zur Bestimmung der Ist-Passagierzahl können beispielsweise Wägesysteme, Drehkreuze, Lichtschranken oder Kamerasysteme eingesetzt werden. Dabei können auch prognostizierte Passagierströme, zum Beispiel zu Beginn und am Ende von Großveranstaltungen, berücksichtigt werden. Diese Randbedingungen können auch zur Fahrplanprognose oder zur Fahrplanerstellung, zum Beispiel durch Erhöhung oder Verringerung der Taktraten, genutzt werden. Durch die Berücksichtigung der tatsächlichen und der zu erwartenden Passagierzahlen können nachfrageorientierte Fahrpläne erstellt werden, wodurch sich eine noch effizientere Erbringung der Transportleistung ergibt. In an advantageous embodiment according to claim 4 it is provided that the minimum holding time-increasing proportion of passenger numbers in the rail vehicle and / or at the station is dependent. As a result, a correspondingly extended dwell time is possible with large entry and exit requirements, while at low passenger numbers, the travel time extension for energy reduction can be exploited more. For example, weighing systems, turnstiles, light barriers or camera systems can be used to determine the actual number of passengers. Predicted passenger flows, for example at the beginning and at the end of major events, can also be taken into account. These boundary conditions can also be used for timetable forecasting or timetable creation, for example by increasing or decreasing the clock rates. Demand-oriented timetables can be created by taking into account the actual and expected passenger numbers, which results in an even more efficient provision of the transport service.

Gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, dass der die Mindesthaltezeit verlängernde Anteil von intermodalen Verkehrsströmen, insbesondere Umsteigezeitfenstern zwischen verschiedenen Verkehrsmitteln, abhängig ist. Bei der Fahrplanprognose wird somit beispielsweise auch berücksichtigt, dass bei Verspätung von Anschlusszügen die Wartezeit, das heißt das Zeitfenster, nicht unnötig lang ist, indem die Haltezeiten verschiedener Transportmittel, insbesondere taktgebundener Nahverkehrszüge, aneinander angepasst werden. Dazu kann es notwendig sein, die Abfahrtszeit als Parameter gemäß Anspruch 3 zu modifizieren. According to claim 5, it is provided that the proportion of intermodal traffic flows which lengthens the minimum holding time, in particular transfer time windows between different means of transport, is dependent. In the timetable forecast, it is thus also taken into account, for example, that in the event of a delay of connecting trains, the waiting time, ie the time window, is not unnecessarily long, as the holding times of different means of transport, in particular clock-bound local trains, are adapted to each other. For this purpose, it may be necessary to modify the departure time as a parameter according to claim 3.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlich dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to figured embodiments shown.

Die 1 bis 8 zeigen Fahrkurven für herkömmliche Zugfolgeregelung im Vergleich zu verschiedenen Varianten der beanspruchten Zugfolgeregelung. The 1 to 8th show driving curves for conventional train control in comparison to different variants of the claimed train control.

1 veranschaulicht die Geschwindigkeit v / Zeit t – Verläufe für mehrere Streckenabschnitte 1, die jeweils an einem Bahnhofshalt 2 aneinandergrenzen. Die durchgezogene Linie zeigt eine herkömmlich geregelte erste Fahrkurve 3 und die gestrichelte Linie zeigt eine erfindungsgemäß geregelte zweite Fahrkurve 4. Die Abfahrtszeiten nach dem Bahnhofshalt 2 stimmen dabei überein, während die Ankunftszeiten bei der zweiten Fahrkurve 4 später liegen, wodurch auf den Streckenabschnitten 1 eine geringere Geschwindigkeit und damit eine Energieeinsparung möglich ist. 1 illustrates the speed v / time t - gradients for several sections 1 , each at a station 2 contiguous. The solid line shows a conventionally controlled first travel curve 3 and the dashed line shows an inventively controlled second travel curve 4 , The departure times after the station stop 2 agree during the arrival times at the second turn 4 lie later, causing on the sections of track 1 a lower speed and thus an energy saving is possible.

2 zeigt das Regelungsprinzip im Detail. Vorausgesetzt wird, dass eine Mindesthaltezeit Δt am Bahnhofshalt 2 nicht unterschritten wird und dass die Abfahrtszeit nach jedem Bahnhofshalt 2 fest vorgegeben ist. Bei der herkömmlichen Regelung wird eine die Mindesthaltezeit Δt überschreitende Fahrzeitreserve Δt0 bei Fahrplan- und/oder Taktkonformität vollständig dem Bahnhofshalt 2 zugeschrieben, so dass sich die Haltezeit Δt + Δt0 ergibt. Demgegenüber wird die Fahrzeitreserve Δt0 bei der verbesserten Regelung in einen haltezeitverlängernden Anteil Δt1 und einen fahrzeitverlängernden Anteil Δt2 aufgeteilt. Die Fahrkurve 4 ist damit gegenüber der herkömmlich geregelten Fahrkurve 3 abgeflacht, ohne Einbuße bezüglich der Regelungsgüte, das heißt, der Einhaltung von Fahrplan- und/oder Taktvorgaben. Als Parameter, der die Haltezeitverlängerung Δt1 beeinflusst kann dabei zusätzlich ein Passagieraufkommen im Fahrzeug bzw. am Bahnhof und/oder eine Beziehung zu anderen Verkehrsmitteln zwecks Optimierung der Umsteigezeiten berücksichtigt werden. 2 shows the control principle in detail. It is assumed that a minimum holding time Δt at the station stop 2 is not fallen below and that the departure time after each station stop 2 is fixed. In the conventional control, a travel time reserve .DELTA.t0 exceeding the minimum holding time .DELTA.t is completely equal to the station content in the case of timetable and / or clock conformity 2 attributed, so that the holding time .DELTA.t + .DELTA.t0 results. In contrast, the travel time reserve .DELTA.t0 is divided in the improved control in a holding time-prolonging portion .DELTA.t1 and a driving time-prolonging portion .DELTA.t2. The driving curve 4 is thus compared to the conventionally controlled driving curve 3 flattened, without loss of control quality, that is, compliance with timetable and / or clock specifications. As a parameter that influences the holding time extension .DELTA.t1, a passenger volume in the vehicle or at the train station and / or a relationship to other means of transport can also be taken into account for the purpose of optimizing the transfer times.

Die 3 und 4 zeigen in gleicher Darstellungsweise eine hinsichtlich des Antriebsenergiebedarfs noch weitergehend optimierte Fahrkurve 4.1. Dabei wird ein Coasting-Effekt ausgenutzt, das heißt, ein Ausrollen des Fahrzeuges, wobei die Antriebsenergie bereits vor dem Beginn der Bremsphase reduziert oder abgeschaltet wird. The 3 and 4 show in the same representation, a still further optimized with regard to the drive energy demand travel curve 4.1 , In this case, a Coasting effect is exploited, that is, a rolling of the vehicle, the drive energy is reduced or switched off even before the start of the braking phase.

Die 5 bis 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäß geregelte Fahrkurven 5.1 und 5.2 ohne Coasting sowie 5.3 und 5.4 mit Coasting. Dabei ist diesen Fahrkurven 5.1 bis 5.4 gemeinsam, dass nicht nur die Ankunftszeiten am Bahnhofshalt 2, sondern auch die Abfahrtszeiten variabel sind. Auf diese Weise kann bei Fahrplanabweichungen die Wiederherstellung vorgegebener – auch ungleichmäßiger – Taktraten schneller erfolgen. Die Regelung der Anteile für die Haltezeit und für die Fahrtzeit kann dabei zu Gunsten energieeinsparender Geschwindigkeitsreduzierung gewichtet werden. Weitere gewichtbare Parameter können beispielsweise die Haltezeit, die Ankunftszeit und die Abfahrtszeit sein. Darüber hinaus können weitere Einflussgrößen wie bei den Beispielen der 1 bis 4 tatsächliche oder zu erwartende Passagierströme sowie Umsteigezeitfenster sein. The 5 to 8th show further embodiments of the present invention controlled driving curves 5.1 and 5.2 without Coasting as well 5.3 and 5.4 with Coasting. It is these driving curves 5.1 to 5.4 common that not only the arrival times at the station 2 but also the departure times are variable. In this way, in case of schedule deviations, the restoration of predetermined - even non-uniform - clock rates can be done faster. The regulation of the shares for the holding time and the travel time can be weighted in favor of energy-saving speed reduction. Other weightable parameters may be, for example, the hold time, the arrival time and the departure time. In addition, other factors such as the examples of the 1 to 4 actual or expected passenger flows as well as transfer time windows.

Durch die erfindungsgemäße Regelung ist nicht nur eine größere Energieeinsparung, sondern auch eine bedarfsgerechtere Fahrplannachführung im Sinne gleichmäßigerer Aufteilung tatsächlicher oder prognostizierter Passagierströme auf nacheinander folgende sowie auch auf umsteigeorientierte Fahrzeuge möglich. The inventive control is not only a greater energy savings, but also an on-demand timetable tracking in terms of more even division of actual or forecast passenger flows on successive following and also on transfer-oriented vehicles possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1466803 B1 [0004, 0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Milroy, IP, Minimum Energy Control of Rail Vehicles, Proceedings of the Railway Engineering Conference, Sydnex, Institution of Engineers Australia, 1981, pp. 103-104 [0002]

Claims

Method for optimizing the travel curve for rail vehicles on a route which is located in sections ( 1 ) is divided between successive stations, whereby for the sections ( 1 ) in each case travel time reserves (.DELTA.t0) for maintaining or restoring a clock and / or Fahrplankonformes driving operation are specified, characterized in that the travel time reserve (.DELTA.t0) in a minimum holding time (.DELTA.t) extending share (.DELTA.t1) and a travel time extending portion (.DELTA.t2 ) for driving energy reducing optimization of the travel curve ( 3 ; 4 . 4.1 ; 5.1 . 5.2 . 5.3 . 5.4 ) is divided.

A method according to claim 1, characterized in that the travel time extending portion (.DELTA.t2) is used to reduce a section speed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the proportions (Δt1 and Δt2) of weightable parameters, in particular line section speed, holding time, time of arrival and departure time dependent.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum holding time (Δt) extending portion (.DELTA.t1) of passenger numbers in the rail vehicle and / or at the station is dependent.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the minimum holding time (Δt) extending portion (.DELTA.t1) of intermodal traffic flows, in particular transfer time windows, between different means of transport, is dependent.