DE102013010573A1

DE102013010573A1 - Verfahren zur zyklischen Manipulation von Stellgrößen zur Schubsteuerung von Schiffen in begrenzten Wassertiefen

Info

Publication number: DE102013010573A1
Application number: DE102013010573.0A
Authority: DE
Inventors: Dirk Sobotka; Kai Pankow
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-25
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: DE102013010573B4

Abstract

Der Erfindung liegt der Anspruch zur Grunde, die Stellgrößen einer Schubsteuerung eines Schiffes permanent mit den Wirkungen aller physikalische Einflussgrößen derart auszubalancieren, dass der Arbeitspunkt für einen minimalen Schubeintrag erhalten wird. Die Kriterien der Arbeitspunktsuche sind die Bewertungen der gemessenen Geschwindigkeiten des Schiffes und der gemessenen Wassertiefen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Manipulation von Stellgrößen zur Schubsteuerung von Schiffen in begrenzten Wassertiefen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Von den Anfängen der Schiffsnavigation bis in die heutige Zeit haben sich Größe und Geschwindigkeit der Schiffe drastisch erhöht. Damit verbunden sind oft große Abmaße in den Tiefgängen der Fahrzeuge. Die Einflüsse von Wassertiefe, Tiefgang und Schiffsgeschwindigkeit sind bekannt. Sie erfahren immer mehr Berücksichtigung beim Fahrbetrieb der Schiffe. Extreme Erscheinungen sind dabei Flachwassereffekte, die ein zeitweiliges Tiefertauchen des Schiffes oder auftretende Geschwindigkeitsverluste verursachen.
Anlagen zur Steuerung der Schubleistung bestehend aus mindestens einer Gebereinheit (11) und mindestens einer Antriebseinheit (13) werden häufig mit Einrichtungen/Verfahren zur Schubregelung (15) kombiniert. Sie arbeiten nach dem Prinzip des geschlossenen Regelkreises, wobei eine Führungsgröße (22) automatisch von der zu steuernden Antriebseinheit erreicht oder gehalten wird, wobei die notwendige Stellgröße (24) aus einer Berechnungsvorschrift und einer Rückführgröße (26) ermittelt wird. Innerhalb des Regelkreises sind verschiedene Optimierungsverfahren zur Einsparung von Treibstoff entwickelt und etabliert worden. Berücksichtigte Kriterien der Optimierung sind natürliche Einflussgrößen (z. B. Untergrundprofil, Strömung), die Trimmlage des Schiffes und/oder reisebezogene Größen (z. B. Sollreisezeit, Streckenlänge). Unter Hinzuziehen dieser Merkmalsgrößen werden Idealgeschwindigkeiten ermittelt und als berechnete Regelgröße in den Regelkreis der Schubsteuerung eingepflegt. Diese Stellgrößen bleiben unverändert, solange die betrachteten Kriterien der Regelstrecke anhalten. Der Mangel gegenwärtiger Schubsteuerungen besteht darin, dass das Finden des momentan besten Arbeitspunktes nicht berücksichtigt wird. Damit geht ein Effizienzverlust beim Fahren besonders bei geringen Abständen zwischen Schiffskiel und Fahrwasseruntergrund einher.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, gattungsgemäße Verfahren zur Antriebsteuerung mit oder ohne automatischer Regelung von Wunschzielgrößen dahingehend zu verbessern, dass der Schub permanent unter den Wirkungen aller physikalischen Einflussgrößen ausbalanciert wird, um den Arbeitspunkt für einen optimalen Schubeintrag zu erhalten. Der Effekt ist eine Verringerung des Treibstoffverbrauchs.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale. Eine vorteilhafte Ausgestaltung oder Weiterbildungen sind insbesondere zusätzliche Sensoren zum Erfassen der Fahr- und Umgebungssituation wie z. B. Tiefenmessgeräte, Strömungsmessgeräte, Informationsquellen zur topographische Ausprägung des Fahrtgebietes oder auch Informationsquellen zum Erfassen des übrigen Schiffsverkehrs.
Bei dem erfindungsgemäßen Manipulationsverfahren wird bei gleichbleibenden Stellgrößenwerten kommend von der Schubsteuereinheit (11) oder von dem Regler (15) ein Zyklus eines schrittweisen Verkleinerns des Schubeintrages begonnen. Zwischen diesen Schritten der Schubabsenkung erfolgen Geschwindigkeitsvergleichsmessungen. Beim Erkennen von abfallenden Werten wird der Vorgang abgebrochen und die Schubvorgabe auf einen Wert gesetzt, dessen Wirkrichtung der Zurückliegenden entgegengesetzt ist. Ein Folgezyklus wird eingeleitet.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist das Reduzieren des Energieeintrages für das Fahren von Schiffen und bedeutet für die See- und Binnenschifffahrt eine verbesserte Umweltverträglichkeit bei herkömmlichen Verbrennungsantrieben insbesondere in der Nähe von urbanen Küstengebieten, Flussläufen und engen Meerespassagen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bereits bestehende Antriebsanlagen mit relativ wenig Aufwand mit dieser Erfindung nachgerüstet werden können.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In dieser zeigen:
1: ein Blockschaltbild des Signalweges einer Stellgröße vom Geber zur Schubeinrichtung;
2: die Erweiterung des in dargestellten Signalweges durch eine Regelschleife;
3: die Erweiterung des in dargestellten Signalweges durch die Erfindung;
4: die Erweiterung der in dargestellten Regelschleife durch die Erfindung;
5: Flussdiagramm des Hauptprogramms nach welchem das Manipulationsverfahren abläuft
Die Erfindung betrifft insbesondere die zyklische Manipulation der Stellgröße (24) der Schubsteuerung mit Hilfe sogenannter manipulierter Stellgrößen (34). Unabhängig vom Vorhandensein automatischer Regeleinrichtungen (15, 26) setzt die Erfindung (19) zwischen Steuereinheit und Antriebsanlage ein.
Von der Erfindung wird die jeweils vorhandene Stellgröße für die Schubsteuerung verwendet, verändert und als manipulierte Stellgröße (34) bezeichnet an die Antriebsanlage weiter geleitet. Innerhalb der Erfindung werden externe Werte der Maschinen- und Navigationsanlage zum Bestimmen der Operationsbedingungen (100) genutzt. Es wird eine hinreichend lange Konstanz (110) der ermittelten Operationsbedingungen geprüft. Ist diese Konstanz gegeben, wird der Schubsteuerbeiwert bestimmt (130) und überlagert mit der Stellgröße als manipulierte Stellgröße (34) an die Antriebsanlage weiter geleitet. Gleichzeitig erfolgen Geschwindigkeitsmessungen (150) zum Entscheiden über das Fortsetzen der Manipulation oder eines Abbruchs. Bei einem Abbruch erfolgt ein Setzen (170) des Schubsteuerbeiwertes mit einer entgegengesetzten Wirkrichtung.

Claims

Verfahren zur Manipulation von Stellgrößen einer Schubsteuerung von Schiffen mit Hilfe von Schubsteuerbeiwerten, zumindest bestehend aus – einer Antriebsanlage und einer Navigationsanlage mit Einrichtungen zum automatischen Abruf von Daten, die in irgendeiner Kombination folgende Parameter einschließen: Lastwerte der Propulsionseinrichtung, Drehzahlen, Schraubendrehzahlen, Schraubensteigung, Betriebstemperaturen, Schubsollwerte, Schubistwerte, Ortungsinformationen, Geschwindigkeiten und Wassertiefen; – Einrichtungen für den Benutzer zur Auswahl oder Vorauswahl von Daten, die für ihn/sie von Interesse sind; Einrichtungen zur Ausgabe von abgerufenen Daten. – einem Signalweg, auf dem die Stellgröße von der Sollschubvorgabeeinheit an die Antriebsanlage übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – automatisch abschwellende oder anschwellende Schubsteuerbeiwerte erzeugt werden, – die Stellgröße um den Schubsteuerbeiwerte verändert auf dem Signalweg an die Antriebsanlage übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubsteuerbeiwert sich ändernd innerhalb von Zyklen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das automatische Parametrieren des Schubsteuerbeiwertes und des/der Zyklus/Zyklen die Daten der Navigationsanlage und der Antriebsanlage empfangen und ausgewertet werden.
Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung der Vorrichtung auf dem Signalweg von der Sollschubvorgabeeinheit und der den Schub erzeugenden Anlage erfolgt, – die Vorrichtung Schnittstellen zum Empfangen der Daten aus der Navigationsanlage und der Antriebsanlage und zum Senden eines Signals zur Schubsteuerung aufweist, – in der Vorrichtung eine Datenauswerteeinheit angeordnet ist.