DE102011078451A1 - Method for drive curve optimization for rail vehicles on track system, involves presetting travel time reserves for compliance with time table and for recovery of schedule confirmed drive operation - Google Patents
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Abstract
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 „
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
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
Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass der die Fahrzeit verlängernde Anteil mindestens eines ersten Schienenfahrzeuges zumindest teilweise für eine Bremsenergieübertragung an mindestens ein anfahrendes zweites Schienenfahrzeug verwendet wird. Diese auch als Rekuperation oder Rückspeisung bezeichnete Bremsenergieübertragung wird innerhalb der Zugfolgeregelung maximiert. Das bedeutet, dass der Abbremsvorgang des ersten Fahrzeuges bereits vor dem spätest zulässigen Zeitpunkt eingeleitet werden kann, wenn die durch Rekuperation eingesparte Energie größer ist als die Energieeinsparung durch vollständige Ausnutzung der Fahrzeitreserve zur Geschwindigkeitsverringerung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Rückspeiseeffekt reziprok vom Abstand zwischen dem bremsenden und dem anfahrenden Fahrzeug abhängig ist. Der Rückspeiseeffekt ist umso größer je geringer der Fahrzeugabstand ist. 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. Durch die Kombination des Geschwindigkeitsminimierungsprinzips mit der Rekuperation ergibt sich eine hinsichtlich der Energiebilanz verbesserte Zugfolgeregelung. Außerdem können Energiebereitstellungskomponenten, sogenannte Unterwerke, durch die Rekuperation entlastet und/oder kleiner dimensioniert werden. Auch die Wartungsintervalle für die Unterwerke können verlängert werden. 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. It is provided according to claim 2 that the portion of at least one first rail vehicle which extends the travel time is used at least partially for a braking energy transmission to at least one approaching second rail vehicle. This braking energy transfer, also referred to as recuperation or recovery, is maximized within the train control. This means that the braking of the first vehicle can be initiated before the latest allowable time when the energy saved by recuperation is greater than the energy savings by fully utilizing the travel time reserve for speed reduction. It should be noted that the feedback effect is reciprocally dependent on the distance between the braking and the approaching vehicle. The regenerative effect is the greater the smaller the distance between the vehicles. 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 combination of the speed minimization principle with the recuperation results in an improved energy balance in terms of train control. Furthermore Energy supply components, so-called substations, can be relieved by recuperation and / or made smaller. The maintenance intervals for the substations can also be extended. 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, Bremsenergieübertragung, Haltezeit, Ankunftszeit und Abfahrtszeit, abhängig sind. Die Anteile können je nach Anforderungen individuell gewichtet werden, wobei auch Bremsenergieübertragung und Abfahrtszeiten einbezogen werden können. Neben einer weiteren Energieeinsparung durch noch größeren Rückspeiseeffekt und/oder noch geringere Streckenabschnittsgeschwindigkeit 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 line section speed, braking energy transmission, holding time, time of arrival and departure time dependent. The shares can be weighted individually depending on the requirements, whereby brake energy transmission and departure times can also be included. In addition to a further energy saving through even greater recovery effect and / or even lower link speed results in the advantage that the control quality in terms of timetable and / or clock conformity can be improved. 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
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
Bei dem Regelungsprinzip wird vorausgesetzt, dass eine Mindesthaltezeit Δt am Bahnhofshalt
Bei beiden Varianten, die in den
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 successively 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] EP 1466803 B1 [0004, 0008]
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- Milroy, IP, Minimum-Energy Control of Rail Vehicles, Proceedings of the Railway Engineering Conference, Sydnex, Institution of Engineers Australia, 1981, pp 103–104 [0002] Milroy, IP, Minimum Energy Control of Rail Vehicles, Proceedings of the Railway Engineering Conference, Sydnex, Institution of Engineers Australia, 1981, pp. 103-104 [0002]
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