DE102016224125A1 - Method for controlling secondary consumers of rail vehicles - Google Patents

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DE102016224125A1 DE102016224125.7A DE102016224125A DE102016224125A1 DE 102016224125 A1 DE102016224125 A1 DE 102016224125A1 DE 102016224125 A DE102016224125 A DE 102016224125A DE 102016224125 A1 DE102016224125 A1 DE 102016224125A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Nebenverbrauchern von Schienenfahrzeugen, wobei die zu Verfügung stehende Leistung anforderungsgerecht zwischen Traktion und Nebenverbrauchern aufgeteilt werden soll.Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine innovative Lösung für die Energiesteuerung eines Zuges zu entwickeln, die es ermöglicht, auf den Einsatz eines zweiten Triebfahrzeuges oder eines leistungsstärkeren Triebfahrzeugs zu verzichten und dennoch Spitzen im Traktionsleistungsbedarf abdecken zu können, indem der Leistungsbezug des Wagenzuges zeitweise reduziert wird.Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dassdie zu Verfügung stehende Leistung des Triebfahrzeuges so zwischen Traktionsleistung und Leistungsbedarf des Wagenzuges aufgeteilt wird, dass trotz begrenzter Gesamtleistung Leistungsspitzen der Traktionsleistung abgedeckt werden können, indem die Leistungsaufnahme des Wagenzuges durch Eingriffe in die Steuerung von Triebfahrzeug und Wagenzug zeitweise reduziert wird und die Verbraucher des Wagenzuges hierzu automatisch ab- bzw. zugeschaltet oder deren Leistungsaufnahme gezielt gesteuert werden.The invention relates to a method for controlling auxiliary consumers of rail vehicles, wherein the available power should be divided according to demand between traction and auxiliary consumers. The invention has for its object to develop an innovative solution for the energy control of a train, which makes it possible to dispense with the use of a second traction unit or a more powerful traction vehicle and yet be able to cover peaks in traction power demand by the Leistungszuzug the wagon train is temporarily reduced. This is inventively achieved in that the available power of the traction vehicle so divided between traction power and power requirement of the wagon train is that despite limited overall performance peaks in traction performance can be covered by the power consumption of the wagon train by interfering with the controls of the locomotive and wagenzug ze is itweiseweise reduced and the consumers of the wagon train to this automatically switched off or switched on or their power consumption can be controlled.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Nebenverbrauchern von Schienenfahrzeugen, wobei die zu Verfügung stehende Leistung anforderungsgerecht zwischen Traktion und Nebenverbrauchern aufgeteilt werden soll.The invention relates to a method for controlling auxiliary consumers of rail vehicles, wherein the available power is to be divided according to demand between traction and secondary consumers.

Aus der DE 10 2015 201 315 B3 ist eine Leistungssteuerungsvorrichtung bekannt, die ausgeführt ist, eine an einen Verbraucher abgegebene elektrische Leistung zu variieren. Die Vorrichtung weist dabei eine Steuereinheit und eine Temperaturerfassungseinheit auf. Es soll ein autonomer Betrieb der Leistungssteuerungsvorrichtung ermöglicht werden, auch wenn die Verbindung zu der Leistungsvergabeeinheit unterbrochen ist. Die Lösung ist auf ein Elektrofahrzeug (Auto) gerichtet.From the DE 10 2015 201 315 B3 a power control device is known, which is designed to vary an electrical power delivered to a consumer. The device has a control unit and a temperature detection unit. Autonomous operation of the power control device should be enabled even if the connection to the power allocation unit is interrupted. The solution is directed to an electric vehicle (car).

Die DE 10 2014 226 081 A1 betrifft ein Schienenfahrzeug mit Energiespeicher, bei welchem eine hohe Flexibilität und ein hoher Redundanzgrad im Einsatz der Energiespeicher erreicht werden soll.The DE 10 2014 226 081 A1 relates to a rail vehicle with energy storage, in which a high degree of flexibility and a high degree of redundancy in the use of energy storage is to be achieved.

Die DE 10 2014 221 964 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, welches eine Antriebseinheit, eine Fahrdatenermittlungseinheit, einen Verbrauchersatz und eine Leistungsverwaltungseinheit aufweist, die zur Verwaltung des Verbrauchersatzes vorgesehen ist. Der Zweck ist hier die energetische Optimierung der Fahrweise, insbesondere die Nutzung der Auslaufphase. Die Ermittlung des Leistungsbedarfs der Nebenverbraucher wird benötigt, um die verfügbare Traktionsleistung zu bestimmen.The DE 10 2014 221 964 A1 describes a method for operating a vehicle, which has a drive unit, a driving data determination unit, a consumption replacement and a power management unit, which is provided for managing the consumption replacement. The purpose here is the energetic optimization of the driving style, in particular the use of the phase-out phase. The determination of the power requirements of the secondary consumers is needed to determine the available traction power.

Der Nachteil des bekannten Standes der Technik liegt darin begründet, dass zwar die Möglichkeit einer individuellen Schaltbarkeit von Nebenverbrauchern bekannt ist, deren Nutzung zur zeitweiligen Reduzierung des Leistungsbedarfs des Wagenzuges zugunsten der Abdeckung von Leistungsspitzen des Traktionsleistungsbedarfs bisher nicht genutzt wird.The disadvantage of the known prior art lies in the fact that although the possibility of individual switchability of secondary consumers is known, their use for temporary reduction of the power requirement of the wagon train in favor of the coverage of power peaks of the traction power requirement is not used.

Insbesondere DE 10 2014 221 964 A1 nutzt die Prognose des Leistungsbedarfs aller Verbraucher (Traktion und Nebenverbraucher) zur Bestimmung von Fahrkurvendaten, das heißt, die als Eingangsgröße für energetische Optimierung des Fahrtverlaufs benötigte verfügbare Leistung ist abhängig vom Leistungsbedarf der Nebenverbraucher. Der umgekehrte Weg, die verfügbare Leistung für die Nebenverbraucher abhängig zu machen vom Traktionsleistungsbedarf, wird dort nicht beschritten.Especially DE 10 2014 221 964 A1 uses the forecast of the power requirement of all consumers (traction and secondary consumers) to determine the driving curve data, that is, the available power required as an input for energy optimization of the journey is dependent on the power requirements of the secondary consumers. The reverse way of making the available power dependent on the traction power requirement for the secondary consumers is not trodden there.

Es gibt Szenarien, in denen ein Zug mit mehr als einer Lokomotive (Triebfahrzeug) bespannt werden muss, weil die verfügbare Leistung einer Lokomotive nicht ausreicht um den Gesamtleistungsbedarf zu decken. Durch die gesteuerte Abschaltung von Nebenverbrauchern soll die zu Verfügung stehende Leistung der einzelnen Lokomotive so genutzt werden, dass auf zusätzliche Lokomotiven verzichtet werden kann.There are scenarios in which a train with more than one locomotive (train) must be covered, because the available power of a locomotive is not enough to cover the total power demand. The controlled shutdown of secondary consumers, the available power of each locomotive should be used so that can be dispensed with additional locomotives.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine innovative Lösung für die Energiesteuerung eines Zuges zu entwickeln, die es ermöglicht, ein auf den Einsatz einer zweiten Lokomotive oder eine zweiten Triebfahrzeuges zu verzichten und dennoch alle Energieverbraucher in einer intelligenten Art zu betreiben.The invention has for its object to develop an innovative solution for the energy control of a train, which makes it possible to dispense with the use of a second locomotive or a second locomotive and yet operate all energy consumers in an intelligent way.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 bis 6 gelöst.This is achieved by the claims 1 to 6 according to the invention.

Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf lokbespannte Züge. In Analogie gelten die Ausführungen auch für Triebwagen und Triebzüge als Spezialfall eines Zuges. Die Verfahren sind sowohl für Reisezüge als auch für Güterzüge mit Anschluss an die Zugsammelschiene, zum Beispiel Kohlezüge mit Heizung als Anfrierschutz oder Kühlzüge anwendbar.The following remarks refer to locomotive-hauled trains. By analogy, the explanations also apply to railcars and multiple units as a special case of a train. The methods are applicable to both passenger trains and freight trains connected to the train busbar, for example, coal trains with heating as anti-freeze or refrigerated hoists.

Auf der Lokomotive wird elektrische Leistung zu Verfügung gestellt. Dabei gibt es eine obere Grenze der bereitstellbaren Leistung.On the locomotive electrical power is provided. There is an upper limit to the deliverable power.

Die Elektroenergie wird verwendet

  • • für den Traktionsantrieb,
  • • für die Hilfsbetriebe der Lokomotive und
  • • zur Energieversorgung des angehängten Wagenzuges.
The electric energy is used
  • • for the traction drive,
  • • for the auxiliaries of the locomotive and
  • • for power supply of the attached wagon train.

Die Leistungsbereitstellung zur Versorgung des Zuges erfolgt über die Zugsammelschiene. Die einzige bisher bestehende Möglichkeit die Aufteilung der verfügbaren Leistung auf die Verbraucher zu steuern besteht darin, die Zugsammelschiene durch manuelle Betätigung komplett abzuschalten.The power supply for supplying the train via the train busbar. The only way to control the distribution of the available power to the consumers is to switch off the train busbar completely by manual operation.

Der Leistungsbedarf für den Traktionsantrieb weist durch die Infrastruktur und Fahrzeugeigenschaften eine zeitliche und örtliche Abhängigkeit auf. The power requirement for the traction drive has a temporal and local dependence due to the infrastructure and vehicle characteristics.

Für die Nebenverbraucher an der Zugsammelschiene ist der Leistungsbedarf im Wesentlichen durch technische Notwendigkeiten vorgegeben (z.B. Lüfterleistung, Bremsluftbedarf, Klimavorgaben). Nicht alle Verbraucher sind batteriegepuffert, längere Unterbrechungen der Energieversorgung sind daher nicht möglich.For the secondary consumers on the train busbar, the power requirement is essentially determined by technical requirements (for example, fan power, brake air requirement, climate specifications). Not all consumers are battery-backed, so longer breaks in the power supply are not possible.

Die Methode, den Leistungsbedarf des Wagenzuges zu reduzieren, um die dort eingesparte Leistung für Spitzen des Traktionsleistungsbedarfs bereitstellen zu können, ist in einem schmalen Anwendungsband möglich:

  • • Die Differenz zwischen minimalem und maximalem Leistungsbedarf des Zuges muss groß genug sein, damit der Leistungsgewinn bei Umschaltung einen spürbaren Effekt bringt, zum Beispiel den Verzicht auf Doppeltraktion oder Wahl einer kleineren Lokomotive.
  • • Die Differenz zwischen dem durchschnittlichen Gesamt-Leistungsbedarf und dem Spitzenbedarf an Traktionsleistung muss groß genug sein, um daraus den Leistungsbedarf des Zuges zu bedienen, einschließlich eventueller Spitzen im Leistungsbedarf des Wagenzuges zum Hochfahren nach der Abschaltung.
  • • Die Zeit, in der die Spitze in der Traktionsleistung benötigt wird, muss kurz genug sein, damit die reduzierten Funktionen des Wagenzuges vertretbar sind.
The method to reduce the power requirement of the wagon train in order to provide the power saved there for peaks in traction power demand is possible in a narrow range of applications:
  • • The difference between the minimum and maximum power requirements of the train must be large enough for the power gain to bring about a noticeable effect when switching over, for example avoiding double traction or choosing a smaller locomotive.
  • • The difference between the average total power demand and peak traction power needs to be large enough to accommodate the train's power requirements, including any peaks in the wagon train power demand after start-up.
  • • The time needed for peak traction performance must be short enough for the reduced functions of the wagon train to be acceptable.

Ob diese Bedingungen zutreffend sind, muss jeweils im konkreten Anwendungsfall untersucht werden. Eine solche Untersuchung liefert nur Aussagen für konkrete Betriebsfälle (Kombination von Infrastruktur, Lok und Zug) und ist bei jeder Änderung des Betriebsprogramms zu hinterfragen. Diese Analyse kann nicht einem Fahrerassistenzsystem überlassen werden, denn sie muss bereits bei der Ausstattung sowie Einsatzplanung von Lok- und Wagen erfolgen. Eine kombinierte Simulation von Fahrdynamik und Leistungsbedarf des Zuges kann hierzu Entscheidungsgrundlagen liefern.Whether these conditions are correct must be examined in each specific case of application. Such an investigation provides only statements for specific operating cases (combination of infrastructure, locomotive and train) and must be questioned with every change of the operating program. This analysis can not be left to a driver assistance system, as it already has to be done when equipping and scheduling locomotives and wagons. A combined simulation of driving dynamics and power demand of the train can provide decision bases for this.

Bevor eine Leistungssteuerung mit zeitweiser Abschaltung von Komforteinrichtungen implementiert wird, ist zu prüfen, ob die Schwankungsbreite der Komfortparameter, wie z.B. der Temperatur im Fahrgastraum, noch tolerabel ist.Before implementing power control with temporary shutdown of comfort devices, it is necessary to check whether the range of variation of the comfort parameters, e.g. the temperature in the passenger compartment, is still tolerable.

Zur Energiesteuerung der Nebenverbraucher werden drei mögliche Methoden vorgestellt: For energy control of the secondary consumers three possible methods are presented:

Abschaltung der ZugsammelschieneShutdown of the train busbar

In der einfachsten Maßnahme erfolgt keine Kommunikation zwischen Wagenzug und Lokomotive. Die Zugsammelschiene wird ab einer bestimmten Traktionsleistung P1 abgeschaltet. Wenn die Traktionsleistung wieder sinkt, wird bei einer Traktionsleistung P2 die Zugsammelschiene wieder zugeschaltet. Schütz aus für p > P1 bei d p d t > 0,

Figure DE102016224125A1_0001
Schütz ein für p < P2 bei d p d t < 0
Figure DE102016224125A1_0002
p Momentanwert der Traktionsleistung
Eine Hysterese P1 > P2 muss vorgesehen werden, um einen zu häufigen Zustandswechsel zu vermeiden. Häufige Schalthandlungen können die Lebensdauer der Geräte ungünstig beeinflussen.In the simplest measure, there is no communication between the wagon train and the locomotive. The train busbar is switched off at a certain traction power P 1 . If the traction power drops again, the traction bus P 2 is switched on again at a traction power P 2 . Contactor off for p> P 1 at d p d t > 0
Figure DE102016224125A1_0001
Protect one for p <P 2 at d p d t < 0
Figure DE102016224125A1_0002
p Instantaneous value of traction power
A hysteresis P 1 > P 2 must be provided in order to avoid a too frequent change of state. Frequent switching operations can adversely affect the life of the equipment.

In dieser Variante sind allein Eingriffe in die Loksteuerung erforderlich. Der Wagenzug bleibt unverändert. Das Schütz zum Schalten der Zugsammelschiene ist bereits vorhanden. Zu ändern ist die Ansteuerung des Schützes. Gegebenenfalls muss der Typ des Schützes geändert werden, falls die Zahl der zusätzlichen Schaltspiele durch das Verfahren so signifikant steigt, dass Lebensdauersenkung oder Instandhaltungsaufwand unvertretbar wird. Dies hängt vom konkreten betrieblichen Anwendungsfall ab. Eine Prognose der Traktionsleistung p = f(t) ist bei dieser Variante nicht notwendig.In this variant, only interventions in the locomotive control are required. The wagon train remains unchanged. The contactor for switching the train busbar already exists. To change is the activation of the contactor. If necessary, the type of contactor must be changed if the number of additional operations by the process increases so significantly that life-time reduction or maintenance becomes unacceptable. This depends on the concrete operational use case. A prognosis of the traction power p = f (t) is not necessary in this variant.

Die Aufrechterhaltung von unverzichtbaren Grundfunktionen des Wagenzuges muss während der Zeit der Abschaltung durch Energiespeicher (im Regelfall durch die Wagenbatterie) erfolgen, wie es auch heute bereits praktiziert wird (etwa bei Durchfahren von Schutzstrecken mit abgeschaltetem Hauptschalter der elektrischen Lokomotive).The maintenance of indispensable basic functions of the wagon train must be done during the time of shutdown by energy storage (usually by the car battery), as it is already practiced today (such as when driving through protection routes with the main switch off the electric locomotive).

Intelligentes Energiemanagement des Zuges Intelligent energy management of the train

Für die Erstellung eines intelligenten Energiemanagementsystems ist es erforderlich, dass eine Prognose des Traktionsleistungsbedarfs existiert. Diese kann insbesondere durch ein Fahrplanassistenzsystem erfolgen, welches sämtliche Fahrplan- und Streckendaten enthält.Creating an intelligent energy management system requires that a prediction of traction power demand exists. This can be done in particular by a timetable assistance system, which contains all timetable and route data.

Mit Hilfe der Prognose des Leistungsbedarfs werden die Verbraucher so gesteuert, dass

  • • eine Anzahl von Verbrauchern gerade soweit abgeschaltet bzw. abgeregelt wird, dass die maximal bereitstellbare Leistung unter Vorrang der Traktionsaufgabe bestmöglich ausgenutzt wird, und
  • • rückgespeiste Bremsenergie bestmöglich genutzt wird.
With the help of the forecast of the power requirement, the consumers are controlled so that
  • • a number of consumers are just shut down or regulated so far that the maximum deliverable power is used in the best possible way with priority to the traction task, and
  • • regenerated regenerative braking energy is used in the best possible way.

Die prognostizierte frei zur Verfügung stehende Leistung ist intelligent auf die Verbraucher des Zuges zu verteilen. Dazu werden zwei Möglichkeiten unterschieden:The predicted free available power is to be distributed intelligently to the consumers of the train. There are two possibilities:

Mithilfe monodirektionaler InformationsübertragungUsing monodirectional information transfer

Diese Variante eignet sich für Züge, die über längere Zeiträume immer aus Wagenmaterial gleichen Leistungsbedarfs gebildet werden.This variant is suitable for trains that are always formed over long periods of car material equal power requirements.

Die Lok übermittelt eine Prognose des Zeitgangs der an der Zugsammelschiene verfügbaren Leistung an den Zug. Diese Prognose besteht in der oben erwähnten Prognose der verfügbaren Leistung an der Zugsammelschiene am Ausgang der Lok, dividiert durch die Anzahl der Wagen. Die Gleichheit der Wagen erlaubt es, mit einem Informationskanal monodirektional auszukommen, d.h. alle Wagen empfangen dasselbe Signal. Das Verfahren eignet sich also nicht nur für Wagen gleichen Typs, denn die Wagen verantworten ihre interne Leistungssteuerung selbst.The locomotive conveys a forecast of the time course of the power available on the train bus to the train. This forecast consists of the above-mentioned forecast of the available power at the train bus at the exit of the locomotive, divided by the number of cars. The equality of the carriages makes it possible to monodirectively deal with an information channel, i. all cars receive the same signal. The method is therefore not only suitable for cars of the same type, because the cars are responsible for their own internal power control.

Die Intelligenz auf den einzelnen Wagen bestimmt nun individuell, wie es das Leitungsangebot am besten nutzt. Da der Zeitverlauf übermittelt wird, kann jeder Wagen entsprechend seiner eigenen Anforderungen reagieren, z.B. mit dem rechtzeitigen Herunterfahren der Klimaanlage.The intelligence on each car now determines individually, as it uses the line offer best. As the timing is transmitted, each car can respond according to its own requirements, e.g. with the timely shutdown of the air conditioning.

Die Wagen müssen über Zugang zu der Prognose verfügen, wobei ein Zugbus oder ähnliches vorhanden sein muss. Auch die Steuerfunktionen einschließlich der Intelligenz für die Analyse und Entscheidungsfindung müssen implementiert werden.The cars must have access to the forecast, with a train bus or the like must be present. Also, the control functions, including the intelligence for analysis and decision making, must be implemented.

Die Verwendung von Wagen unterschiedlichen Leistungsbedarfs würde bei diesem Verfahren dazu führen, dass sich die Ausgabe des erlaubten Zeitverhaltens an dem Wagen mit dem größten Bedarf orientiert und die ab Lok verfügbare Leistung an der Zugsammelschiene nicht ausgenutzt wird.The use of cars of different power requirements would result in this method, that the output of the allowed time behavior is based on the car with the largest demand and the power available from the locomotive on the train busbar is not exploited.

Mithilfe bidirektionaler InformationsübertragungUsing bidirectional information transfer

Im Fall der Nutzung von Wagen unterschiedlichen Leistungsbedarfs (z.B. unterschiedliche Klimaleistung, Bordküche des Speisewagens, zusätzliche Ausrüstung von Steuerwagen), insbesondere bei Zügen mit wechselnder Konfiguration, genügt es nicht mehr, dass die Lok monodirektional Befehle an den Zug übermittelt. In diesem Fall muss es eine Kommunikationseinrichtung geben, über die die einzelnen Wagen ihren Leistungsbedarf bei einem Steuergerät auf der Lok anmelden. Die in diesem Steuergerät enthaltene Intelligenz koordiniert dann die Zu- und Abschaltung der Verbraucher des Zuges. Dieses Steuergerät kann in ein Fahrerassistenzsystem integriert sein oder auch separat bestehen, in letzterem Fall erhält es vom Fahrerassistenzsystem die Prognose des Zeitganges der freien Leistung.In the case of the use of cars of different power requirements (for example, different climate performance, galley on-board kitchen, additional equipment of control car), especially for trains with changing configuration, it is no longer sufficient that the locomotive monodirection commands transmitted to the train. In this case, there must be a communication device, via which the individual cars log their power requirement at a control unit on the locomotive. The intelligence contained in this control unit then coordinates the switching on and off of the train's consumers. This control unit can be integrated in a driver assistance system or can also be made separately, in the latter case it receives from the driver assistance system the prognosis of the time course of the free power.

Der Wagenzug muss über eine Kommunikationseinrichtung verfügen und die Verbraucher in den Wagen müssen soweit Eigenintelligenz besitzen, dass sie ihren Bedarf im Steuergerät der Lok anmelden können. Das Steuergerät muss wiederum Zugriff auf die Verbraucher im Zug haben.The wagon train must have a communication device and the consumers in the wagon must have self-intelligence enough so that they can register their needs in the control unit of the locomotive. The control unit must in turn have access to the consumers on the train.

Ein Optimierungsmodul (OM) soll in Abhängigkeit von Infrastruktur-, Fahrzeug- und Betriebslagedaten zur prädiktiven Vorsteuerung des Antriebsstranges von Schienenfahrzeugen dienen. Der primäre Zweck besteht dabei in der Koordinierung von konventionellem Antrieb und Energiespeicher:

  • • Sicherstellung einer energieeffizienten Zugfahrt,
  • • Prädiktive Steuerung des Ladezustandes des Energiespeichers,
  • • Vorgabe der Leistungsaufteilung zwischen verbrennungs-motorischem Antrieb und Energiespeicher.
An optimization module (OM) should serve as a function of infrastructure, vehicle and operating position data for the predictive feedforward control of the drive train of rail vehicles. The primary purpose is the coordination of conventional drive and energy storage:
  • • ensuring an energy-efficient train journey,
  • • Predictive control of the state of charge of the energy storage,
  • • Specification of the power distribution between combustion engine drive and energy storage.

Zur Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit des Fahrzeuges ist eine Führung des Energieinhaltes des Speichers notwendig. Hierbei müssen neben dem aktuellen Zustand des Fahrzeugs und dessen Antriebssystem auch die Fahrtstrecke und die Umweltbedingungen einbezogen werden. Der Betrachtungshorizont ist von der Bewertung augenblicklicher Systemzustände auf zukünftige Systemzustände zu verschieben. Dies setzt eine Prädiktion der Traktions-Leistungsanforderungen und somit des Energiebedarfes voraus.In order to maintain the performance of the vehicle, it is necessary to keep track of the energy content of the memory. Here, in addition to the current state of the vehicle and its drive system, the route and the environmental conditions must be included. The viewing horizon is to be shifted from evaluating current system states to future system states. This requires a prediction of the traction power requirements and thus of the energy requirement.

Die Aufgaben des OM sind somit

  • • Berechnung einer energieeffizienten Fahrzeugbewegung,
  • • Einbeziehung des Fahrplans und der aktuellen Fahrplanlage,
  • • Bewertung der Leistungsfähigkeit des Antriebssystems,
  • • Berücksichtigung der streckengebundenen Nachladeinfrastruktur,
  • • strecken- und situationsabhängige Empfehlung eines Sollladezustandes,
  • • Empfehlung eines Leistungssplits zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Energiespeicher (falls vorhanden),
  • • Empfehlung zur Steuerung der Hilfsbetriebe sowie
  • • Signalisierung einer geeigneten Fahrstrategie an den Triebfahrzeugführer.
The tasks of the OM are thus
  • • calculation of an energy-efficient vehicle movement,
  • • inclusion of the timetable and timetable,
  • • evaluation of the performance of the drive system,
  • • taking account of the stretched reloading infrastructure,
  • • route-dependent and situation-dependent recommendation of a nominal state of charge,
  • Recommendation of a power split between the internal combustion engine and the energy storage device (if present),
  • • Recommendation for the control of auxiliary plants as well
  • • Signaling a suitable driving strategy to the driver.

Das OM arbeitet gemäß des Grundsatzes: betriebliche Sicherheit steht vor Pünktlichkeit und Energieeffizienz. Eine energieeffiziente Fahrweise wird unter der Voraussetzung eines pünktlichen Zugverkehres realisiert.The OM operates according to the principle: operational safety is about punctuality and energy efficiency. An energy-efficient driving style is realized under the condition of punctual train traffic.

Mit den aktuellen Triebstrangdaten, der aktuellen Position in Bezug zu den Infrastrukturdaten (z.B. Neigung, Kurven, Betriebsrestriktionen) und der Fahrplanlage wird eine Vorausberechnung des Geschwindigkeitsprofils, des Leistungsflusses sowie der damit verbundenen Energiebilanzen durchgeführt. Ergeben sich Fahrplanreserven, werden diese genutzt, um eine energiesparende Fahrweise durchzuführen. Bei Verspätungen wird das Fahrprofil innerhalb der zulässigen Grenzen verschärft.With the current driveline data, the current position relative to the infrastructure data (e.g., slope, curves, operating restrictions) and the scheduling facility, a prediction of the speed profile, power flow and associated energy balances is performed. If there are timetable reserves, these are used to carry out an energy-saving driving style. In the event of delays, the driving profile will be tightened within the permissible limits.

Aus den Berechnungsergebnissen werden Steuergrößen abgeleitet und an die Antriebsstrangsteuerung übergeben. Kontinuierlich werden die berechneten Systemzustände (Sollwerte) mit den aktuellen Systemzuständen (Istwerte) des Fahrzeuges verglichen. Eine Neuberechnung der Sollwerte erfolgt bei zu großen Unterschieden oder beim Vorliegen anderer, festgelegter Ereignisse.Control variables are derived from the calculation results and transferred to the drive train control. The calculated system states (setpoints) are continuously compared with the current system states (actual values) of the vehicle. A recalculation of the setpoints occurs in case of too large differences or if other, defined events exist.

Da das OM für die genannten Zwecke über eine Prädiktion des Traktionsleistungsbedarfs verfügt, ist die Integration einer situativen Ansteuerung von Nebenverbrauchern als zusätzliche Nutzungsmöglichkeit möglich.Since the OM has a prediction of the traction power requirement for these purposes, the integration of situational control of secondary consumers as an additional utilization option is possible.

Dabei ist eine Anwendung in allen drei oben vorgestellten Methoden möglich:

  1. 1. Durch direkte Ansteuerung des Schalters der Zugsammelschiene auf dem Triebfahrzeug;
  2. 2. Durch Abgabe eines Steuersignals an den Wagenzug, welches Verbrauchsniveau der Hilfsbetriebe gewählt wird;
  3. 3. Durch individuelle Steuerung der einzelnen Hilfsbetriebeverbraucher des Zuges.
An application in all three methods presented above is possible:
  1. 1. By direct control of the switch of the train busbar on the locomotive;
  2. 2. By issuing a control signal to the wagon train, which consumption level of the auxiliary services is selected;
  3. 3. By individual control of the individual auxiliary consumers of the train.

Hierbei ist es unerheblich, ob das Fahrzeug über einen Energiespeicher für Traktionsenergie verfügt. Ein solcher Speicher erhöht die Optionen des Energiemanagements, ist aber für die situative Steuerung der Hilfsbetriebe nicht zwingend erforderlich.It does not matter whether the vehicle has energy storage for traction energy. Such a memory increases the options of the energy management, but is not mandatory for the situational control of the auxiliary operations.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment.

Dabei zeigen:

  • - 1 - beispielhafte Darstellung des Zeitverlaufs des Leistungsbedarfes von Traktion, Nebenverbrauchern (Wagenzug) und Summe aus beiden mit und ohne Abschaltung von Nebenverbrauchern
  • - 2 - beispielhafte Darstellung des Zeitverlaufs des Leistungsbedarfes von Traktion, Nebenverbrauchern (Wagenzug) und Summe aus beiden mit und ohne Reduzierung der Leistung von Nebenverbrauchern
  • - 3 - Prinzipdarstellung für individuelle Steuerung der Verbraucher im Wagenzug
Showing:
  • - 1 - Exemplary representation of the time course of the power requirement of traction, auxiliary consumers (wagon train) and sum of both with and without shutdown of secondary consumers
  • - 2 - Exemplary representation of the time course of the power requirement of traction, auxiliary consumers (wagon train) and sum of both with and without reducing the performance of secondary consumers
  • - 3 - Schematic representation for individual control of the consumers in the wagon train

Das Triebfahrzeug ist über die Zugsammelschiene 1 sowie dem Schütz 2 zum Schalten derselben mit den einzelnen Wagen verbunden (3). Die Wagen weisen einzelne Verbraucher 3 auf.The locomotive is over the train busbar 1 as well as the contactor 2 connected to the individual cars for switching them ( 3 ). The cars have individual consumers 3 on.

Neben der Zugsammelschiene 1 werden eine oder mehrere bidirektionale Steuer- und Datenleitungen 4 über den gesamten Wagenzug und zu jedem Verbraucher 3 installiert.Next to the train busbar 1 become one or more bidirectional control and data lines 4 over the entire wagon train and to every consumer 3 Installed.

In 1 ist eine beispielhafte Darstellung des Zeitverlaufs von Traktionsleistungsbedarf 9, Leistungsumsatz des Wagenzugs 5 und der Summe 6 aus beiden dargestellt. Ohne eine zeitweise Abschaltung ergäbe sich der Verlauf 7 der Summe von Traktionsleistungsbedarf und Leistungsbedarf des Wagenzugs, der die verfügbare Leistung 8 überschreiten würde.In 1 is an exemplary representation of the time course of traction power demand 9 , Power turnover of the wagon train 5 and the sum 6 shown from both. Without a temporary shutdown would be the course 7 the sum of traction power requirement and power requirement of the wagon train, the available power 8th would exceed.

2 ist ähnlich zu 1 zu sehen. Hier wird nicht der Wagenzug komplett abgeschaltet, sondern durch eine zeitweise Reduzierung der Leistungsaufnahme des Wagenzuges 5 die Leistungsspitze in Summe (Kurve 6) unter den Verlauf der Leistungsgrenze 8 abgesenkt. Ohne die Reduzierung ergäbe sich wieder Kurve 7 als Gesamtleistungsbedarf, die die verfügbare Leistung 8 überschreiten würde. 2 is similar to 1 to see. Here, not the wagon train is completely switched off, but by a temporary reduction in the power consumption of the wagon train 5 the power peak in total (curve 6 ) under the course of the performance limit 8th lowered. Without the reduction, there would be a curve again 7 as a total power demand, which is the available power 8th would exceed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102015201315 B3 [0002]DE 102015201315 B3 [0002]
  • DE 102014226081 A1 [0003]DE 102014226081 A1 [0003]
  • DE 102014221964 A1 [0004, 0006]DE 102014221964 A1 [0004, 0006]

Claims (6)

Verfahren zur Steuerung der Nebenverbraucher eines Schienenfahrzeugs, welches sich aus einem Triebfahrzeug und einem Wagenzug zusammensetzt, die über eine Zugsammelschiene miteinander verbunden sind, gekennzeichnet dadurch, dass die zu Verfügung stehende Leistung des Triebfahrzeuges so zwischen Traktionsleistung und Leistungsbedarf des Wagenzuges aufgeteilt wird, dass trotz begrenzter Gesamtleistung Leistungsspitzen der Traktionsleistung abgedeckt werden können, indem die Leistungsaufnahme des Wagenzuges durch Eingriffe in die Steuerung von Triebfahrzeug und Wagenzug zeitweise reduziert wird und die Verbraucher des Wagenzuges hierzu automatisch ab- bzw. zugeschaltet oder deren Leistungsaufnahme gezielt gesteuert werden.Method for controlling the secondary consumers of a rail vehicle, which is composed of a traction unit and a train, which are interconnected via a train busbar, characterized in that the available power of the traction unit is divided between traction power and power demand of the wagon train, that despite limited Overall performance peaks of traction performance can be covered by the power consumption of the wagon train is temporarily reduced by interfering with the control of the locomotive and wagon train and the consumers of the wagon train for this purpose automatically switched off or their power consumption can be controlled. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass auf der Lokomotive eine Steuerung implementiert wird, welche bedarfsgerecht die Zugsammelschiene ab- und wieder zuschaltet.Method according to Claim 1 , characterized in that on the locomotive, a control is implemented, which as needed off the train busbar and back on. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass zur bedarfsgerechten Steuerung der Nebenverbraucher eine Prognose des Traktionsleistungsbedarfs verwendet wird, wobei die Prognose des Traktionsleistungsbedarfs aus den Infrastrukturdaten (Neigung und Kurvenradien der Strecke, zulässige Geschwindigkeiten von Streckenabschnitten), den Eigenschaften des Zuges (Leistungscharakteristik, Wirkungsgrade, Fahrwiderstände, Ist-Geschwindigkeit) und betrieblichen Daten (Fahrplan) berechnet wird..Method according to Claim 1 , characterized in that for the needs-based control of the secondary consumers a forecast of traction power demand is used, the forecast of the traction power demand from the infrastructure data (slope and curve radii of the route, permissible speeds of sections), the properties of the train (performance characteristics, efficiencies, driving resistances, actual Speed) and operational data (timetable) is calculated. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass mittels vom Triebfahrzeug übertragener Informationen (Leistungszuteilung als Funktion der Zeit, im einfachsten Fall ein/aus) einzelne Verbraucher des Wagenzuges gezielt gesteuert werden.Method according to Claim 1 , characterized in that by means of information transmitted by the drive vehicle (power allocation as a function of time, in the simplest case, on / off) individual consumers of the wagon train are selectively controlled. Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, dass eine Prognose des Traktionsleistungsbedarfs genutzt wird, um die Nebenverbraucher des Wagenzuges insgesamt oder individuell gezielt zu steuern, wobei hierzu die für den Wagenzug verfügbare Leistung berechnet wird, aus der Differenz der verfügbaren Gesamtleistung und dem Traktionsleistungsbedarf und auf die Verbraucher des Wagenzuges aufgeteilt wird und den Verbrauchern des Wagenzuges die Information übermittelt wird, wieviel Leistung maximal umsetzbar ist, wobei der Zeitverlaufs der Maximalleistung berücksichtigt wird.Method according to Claim 1 . 3 and 4 , characterized in that a forecast of the traction power demand is used to control the auxiliary consumers of the wagon train as a whole or individually specifically, for this purpose, the available power for the wagon train is calculated from the difference in the total available power and the traction power demand and on the consumers of the wagon train is divided and the consumers of the train information is transmitted, how much power is maximum feasible, taking into account the timing of the maximum power. Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 4, gekennzeichnet dadurch, dass eine bidirektionale Informationsübertragung zwischen Triebfahrzeug und Wagenzug durchgeführt wird, bei der die Nebenverbraucher des Wagenzuges ihren Leistungsbedarf bei einem Energiemanagementsystem anmelden und über das Energiemanagementsystem die zur Verfügung stehende Leistung für Traktion und Nebenverbraucher nach einstellbaren Prioritätsprinzipien verteilt wird, wobei betriebswichtige Funktionen höher als Komfortfunktionen (Licht höher als Heizung) und größere Abweichungen vom Sollwert höher als kleinere (starker Temperaturabfall in einzelnen Wagen durch Türöffnung höher als mäßiger Temperaturabfall in anderen Wagen) bewertet werden.Method according to Claim 1 . 3 and 4 characterized in that a bi-directional information transfer between the train and the train is performed, in which the auxiliary consumers of the wagon train log their power requirements in an energy management system and the power management system over the available power for traction and secondary consumers is distributed according to adjustable priority principles, where mission-critical functions higher as comfort functions (light higher than heating) and larger deviations from the setpoint higher than smaller ones (high temperature drop in individual cars due to door opening higher than moderate temperature drop in other cars).
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