DE102019135285A1 - HYBRID DRIVE SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME - Google Patents
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Abstract
Ein System zum Steuern eines Hybridantriebssystems umfasst einen Computer, der so programmiert ist, dass er Höhen- und Geländeinformationen erhält, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zugeordnet sind. Der Computer ist außerdem so programmiert, dass er Informationen über das aktuelle und vorhergesagte Wetter der Umgebung erhält, die der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, dass er einen Leistungsbedarf und einen Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems bestimmt, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, dass er einen Fahrplan erzeugt, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern des Hybridantriebssystems zu optimieren, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und dass er die erste Energiequelle und/oder die zweite Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans bevorzugt auswählt.A system for controlling a hybrid drive system includes a computer that is programmed to receive elevation and terrain information associated with a predetermined route for the hybrid drive system that includes a first energy source and a second energy source. The computer is also programmed to receive information about the current and predicted weather of the environment associated with the predefined route of the hybrid drive system, to determine a power requirement and a torque requirement of the hybrid drive system that correspond to the altitude and terrain along the predefined route associated with the hybrid drive system, that it generates a schedule to optimize at least one of multiple performance parameters of the hybrid drive system when the hybrid drive system is traveling along the predetermined route, and that it prefers the first energy source and / or the second energy source based on the transportation plan selects.
Description
Der Gegenstand der Erfindung betrifft allgemein Hybridfahrzeuge und insbesondere ein Hybridlokomotiven-Energiemanagementsystem sowie ein Verfahren zum Steuern und/oder Nutzen des Systems.The subject matter of the invention relates generally to hybrid vehicles and in particular to a hybrid locomotive energy management system and a method for controlling and / or using the system.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Beim Betrieb eines Fahrzeugs, wie z.B. einer Lokomotive, umfassen einige der Faktoren, die ein Fahrzeugführer typischerweise berücksichtigt, Umgebungsbedingungen, Steigung oder Gefälle, Gleis- oder Trassenkurvatur, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Fahrzeuggröße, Gewicht der Ladung und Verteilung dieses Gewichts. Der Betrieb des Fahrzeugs kann teilweise durch ein Lokomotivensteuerungssystem bestimmt werden, das so konfiguriert ist, dass es das Fahrzeug automatisch beschleunigt und abbremst.When operating a vehicle, e.g. a locomotive, some of the factors that a driver typically takes into account include environmental conditions, uphill or downhill gradients, track or route curvature, speed limits, vehicle size, weight of the load and distribution of this weight. Operation of the vehicle can be determined in part by a locomotive control system configured to automatically accelerate and brake the vehicle.
Das Lokomotivensteuerungssystem, das z.B. ein Fahrtoptimierungssystem aufweist, kann von einer Datenbank profitieren, die Gleis- bzw. Trassenmerkmale wie Höhen- und Geländedetails und Standorte abbildet. Solche Merkmale können in ein Optimierungsprogramm eingegeben werden, das Ortungselemente zum Ermitteln der Position der Lokomotive, Elemente zur Gleischarakterisierung, Sensoren zur Messung von Betriebsbedingungen und ähnliches umfasst. Das Optimierungsprogramm umfasst typischerweise eine Beschreibung der Lokomotivenleistung, das Leistungsverhalten des Traktionsgetriebes der Lokomotive, den Verbrauch von Energie aus dem Motortreibstoff als Funktion von Ausgangsleistung und andere Merkmale des Systemleistungsverhaltens, die eine Modellierung des Systemleistungsverhaltens ermöglichen können. Das Optimierungsprogramm kann ein Algorithmus sein, der in einem Prozessor ausgeführt ist, um Leistungsverhalten über eine Zielfunktion zu optimieren, die als Beispiele die Minimierung der Fahrtzeit, die Minimierung der Wechsel zwischen Leistungseinstellungen (Betriebspunkte, so genannte Notches) und die Minimierung von Emissionen umfassen kann.The locomotive control system, e.g. a trip optimization system can benefit from a database that shows track or route characteristics such as elevation and terrain details and locations. Such features can be entered into an optimization program that includes location elements for determining the position of the locomotive, elements for track characterization, sensors for measuring operating conditions and the like. The optimization program typically includes a description of locomotive performance, the performance of the locomotive's traction transmission, the consumption of energy from the motor fuel as a function of output power, and other features of the system performance that may enable modeling of the system performance. The optimization program can be an algorithm that is executed in a processor in order to optimize performance via a target function, which can include, for example, minimizing travel time, minimizing changes between performance settings (operating points, so-called notches) and minimizing emissions .
Bei herkömmlichen Hybridlokomotivsystemen mit Leistungszufuhr durch einen Motor und eine Batterie optimiert ein Steuerungssystem typischerweise Faktoren wie Treibstoffverbrauch, NOx-Emission, Ladezustand der Batterie, ohne Wetterbedingungen der Umgebung wie Temperatur und Druck an mehreren verschiedenen Punkten entlang einer Fahrtstrecke zu berücksichtigen. Weiterhin laufen herkömmliche Optimierungsprogramme, wenn sie nicht explizit für den Betrieb eines Hybridlokomotivsystems formuliert sind, Gefahr, dass die Batterie und der Motor ohne vorherige Kenntnis der Leistungs- und Drehmomentanforderungen für eine stabile Verbrennung bei niedrigen Temperaturbedingungen entlang der Fahrtstrecke betrieben werden, was zu einem potenziell höheren Treibstoffverbrauch und/oder einer reduzierten Lebensdauer der Komponenten führt.In conventional hybrid locomotive systems powered by an engine and a battery, a control system typically optimizes factors such as fuel consumption, NOx emission, battery charge level, without taking into account environmental weather conditions such as temperature and pressure at several different points along a route. Furthermore, conventional optimization programs, if not explicitly formulated for the operation of a hybrid locomotive system, run the risk that the battery and the engine are operated along the route without prior knowledge of the power and torque requirements for stable combustion at low temperature conditions, which can potentially result leads to higher fuel consumption and / or a reduced service life of the components.
Bei Optimierungsprogrammen für Hybridfahrzeuge besteht nach wie vor Spielraum für eine Verbesserung der Energieeffizienz.Optimization programs for hybrid vehicles still have scope for improving energy efficiency.
KURZBESCHREIBUNGSHORT DESCRIPTION
Nach einem Aspekt des Gegenstands der Erfindung umfasst ein System zum Steuern eines Hybridantriebssystems einen Computer, der so programmiert ist, dass er Höhen- und Geländeinformationen erhält, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebantriebssystem zugeordnet sind, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst. Der Computer ist außerdem so programmiert, dass er Informationen über das aktuelle und vorhergesagte Wetter der Umgebung erhält, die der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, dass er einen Leistungsbedarf und einen Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems bestimmt, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, dass er einen Beförderungsplan erstellt, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern des Hybridantriebssystems zu optimieren, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und dass er die erste Energiequelle und/oder die zweite Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans bevorzugt auswählt.In one aspect of the subject matter of the invention, a system for controlling a hybrid drive system includes a computer that is programmed to receive elevation and terrain information associated with a predetermined route for the hybrid drive system that includes a first energy source and a second energy source. The computer is also programmed to receive information about the current and predicted weather of the environment associated with the predetermined route of the hybrid drive system, to determine a power requirement and a torque requirement of the hybrid drive system that correspond to the altitude and terrain along the predetermined route associated with the hybrid drive system that it creates a transportation plan to optimize at least one of several performance parameters of the hybrid drive system when the hybrid drive system is traveling along the predetermined route and that it prefers the first energy source and / or the second energy source based on the transportation plan selects.
Nach einem anderen Aspekt des Gegenstands der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebssystems das Erhalten von Höhen- und Geländeinformationen einer vorgegebenen Route, die von dem Hybridantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zurückzulegen ist. Das Verfahren umfasst ferner das Erhalten von Informationen über das Wetter der Umgebung entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems, das Bestimmen eines Leistungsbedarfs und eines Drehmomentbedarfs des Hybridantriebssystems, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, das Erstellen eines Beförderungsplans, der mehrere Betriebsparameter des Hybridantriebssystems optimiert, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und das bevorzugte Wählen der ersten Energiequelle und/oder der zweiten Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans.According to another aspect of the subject matter of the invention, a method for controlling a hybrid drive system includes obtaining altitude and terrain information of a predetermined route to be traveled by the hybrid drive system, which includes a first energy source and a second energy source. The method further includes obtaining information about the weather of the environment along the predetermined route of the hybrid drive system, determining a power requirement and a torque requirement of the hybrid drive system that are associated with the altitude and the terrain along the predetermined route of the hybrid drive system, creating a transportation plan, which optimizes a plurality of operating parameters of the hybrid drive system when the hybrid drive system is traveling along the predetermined route, and the preferred selection of the first energy source and / or the second energy source based on the transportation plan.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt des Gegenstands der Erfindung umfasst ein Antriebssystem eine Hybrid-Leistungsquelle, um Leistung zum Antrieb des Antriebssystems über eine Leistungsübertragungsleitung bereitzustellen, wobei die Hybrid-Leistungsquelle einen Verbrennungsmotor (kurz Motor) und einen Elektromotor umfasst, wobei der Verbrennungsmotor mit der Leistungsübertragungsleitung, einer Batteriebank, die mit dem Elektromotor gekoppelt ist, einer Wahlvorrichtung und einem Computer gekoppelt ist. Die Wahlvorrichtung ist so angeordnet, dass sie den Elektromotor selektiv mit der Leistungsübertragungsleitung koppelt.According to yet another aspect of the subject of the invention, a comprises Drive system, a hybrid power source to provide power for driving the drive system via a power transmission line, the hybrid power source comprising an internal combustion engine (short motor) and an electric motor, the internal combustion engine with the power transmission line, a battery bank, which is coupled to the electric motor, a voting device and a computer is coupled. The selector is arranged to selectively couple the electric motor to the power transmission line.
Das Antriebssystem umfasst auch einen Computer, der so konfiguriert ist, dass er Höhen- und Geländeinformationen erhält, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebssystem, das eine erste und eine zweite Energiequelle umfasst, zugeordnet sind, und dass er Informationen über das Wetter der Umgebung erhält, die der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind. Der Computer ist ferner so programmiert, dass er einen Leistungsbedarf und einen Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems bestimmt, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, und dass er einen Beförderungsplan erstellt, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern des Hybridantriebssystems zu optimieren, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und dass er die erste Energiequelle und/oder die zweite Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans bevorzugt auswählt.The drive system also includes a computer configured to receive elevation and terrain information associated with a predetermined route for the hybrid drive system, which includes first and second energy sources, and to receive information about the weather in the area that are assigned to the predefined route of the hybrid drive system. The computer is also programmed to determine a hybrid drive system power and torque requirements associated with the altitude and terrain along the predetermined hybrid drive system route and to create a transportation plan to optimize at least one of the hybrid drive system performance parameters when the hybrid drive system travels along the predetermined route and that it preferably selects the first energy source and / or the second energy source based on the transportation plan.
Nach einem Aspekt des Gegenstands der Erfindung umfasst ein System zum Steuern eines Hybridantriebssystems einen Computer, der so programmiert ist, dass er Höhen- und Geländeinformationen erhält, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zugeordnet sind. Der Computer ist ferner so programmiert, dass er einen Leistungsbedarf und einen Drehmomentbedarf bestimmt, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, dass er einen Beförderungsplan erstellt, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern zu steuern und in dem Hybridantriebssystem eine stabile Verbrennung bei niedriger Temperatur zu ermöglichen, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und dass er mindestens eines aus: erster Energiequelle und/oder zweiter Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans bevorzugt auswählt, um mindestens eines aus: Leistungsbedarf und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems zu liefern.In one aspect of the subject matter of the invention, a system for controlling a hybrid drive system includes a computer that is programmed to receive elevation and terrain information associated with a predetermined route for the hybrid drive system that includes a first energy source and a second energy source . The computer is also programmed to determine a power requirement and a torque requirement associated with the altitude and terrain along the predetermined route of the hybrid drive system, to create a transportation plan to control at least one of several performance parameters, and one in the hybrid drive system enable stable combustion at a low temperature when the hybrid drive system is moving along the predetermined route and that it preferably selects at least one of: first energy source and / or second energy source based on the transportation plan, at least one of: power requirement and torque requirement of the hybrid drive system to deliver.
Nach einem anderen Aspekt des Gegenstands der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebssystems das Erhalten von Höhen- und Geländeinformationen einer vorgegebenen Route, die von dem Hybridantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zurückzulegen ist. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen eines Leistungsbedarfs und eines Drehmomentbedarfs, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, das Erstellen eines Beförderungsplans, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern zu steuern, um in dem Hybridantriebssystem eine stabile Verbrennung bei niedriger Temperatur zu ermöglichen, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und das bevorzugte Wählen mindestens eines aus: Leistungsbedarf und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems.According to another aspect of the subject matter of the invention, a method for controlling a hybrid drive system includes obtaining altitude and terrain information of a predetermined route to be traveled by the hybrid drive system, which includes a first energy source and a second energy source. The method also includes determining a power requirement and a torque requirement associated with the altitude and terrain along the predetermined route of the hybrid drive system, creating a transportation plan to control at least one of several performance parameters to provide stable combustion at low in the hybrid drive system Allow temperature when the hybrid drive system travels along the predetermined route, and preferentially select at least one of: power and torque requirements of the hybrid drive system.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt des Gegenstands der Erfindung umfasst ein Hybridantriebssystem eine Hybrid-Leistungsquelle, um Leistung zum Antrieb des Antriebssystems über eine Leistungsübertragungsleitung bereitzustellen, wobei die Hybrid-Leistungsquelle einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst, wobei der Verbrennungsmotor mit der Leistungsübertragungsleitung, einer Batteriebank, die mit dem Elektromotor gekoppelt ist, einer Wahlvorrichtung und einem Computer gekoppelt ist. Die Wahlvorrichtung ist so angeordnet, dass der Elektromotor selektiv mit der Leistungsübertragungsleitung gekoppelt wird. Der Computer ist so konfiguriert, dass er Höhen- und Geländeinformationen erhält, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zugeordnet sind, und dass er einen Leistungsbedarf und einen Drehmomentbedarf bestimmt, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind. Der Computer ist ferner so programmiert, dass er einen Beförderungsplan erstellt, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern zu steuern und in dem Hybridantriebssystem eine stabile Verbrennung bei niedriger Temperatur zu ermöglichen, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und dass er mindestens eines aus: erster Energiequelle und/oder zweiter Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans bevorzugt auswählt, um mindestens eines aus: Leistungsbedarf und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems zu liefern.According to yet another aspect of the subject matter of the invention, a hybrid drive system comprises a hybrid power source to provide power for driving the drive system via a power transmission line, the hybrid power source comprising an internal combustion engine and an electric motor, the internal combustion engine having the power transmission line, a battery bank, which is coupled to the electric motor, a voting device and a computer. The selector is arranged so that the electric motor is selectively coupled to the power transmission line. The computer is configured to receive elevation and terrain information associated with a predetermined route for the hybrid drive system, which includes a first energy source and a second energy source, and to determine a power requirement and a torque requirement, the altitude and the Terrain along the predetermined route of the hybrid drive system are assigned. The computer is also programmed to create a transportation plan to control at least one of several performance parameters and to enable stable, low-temperature combustion in the hybrid drive system as the hybrid drive system travels along the predetermined route and to at least one out : preferably selects the first energy source and / or the second energy source on the basis of the transportation plan in order to deliver at least one of: power requirement and torque requirement of the hybrid drive system.
Verschiedene andere Merkmale sind aus der folgenden eingehenden Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.Various other features will be apparent from the following detailed description and drawings.
FigurenlisteFigure list
Die Zeichnungen veranschaulichen eine Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung. Zur besseren Veranschaulichung wird ein Lokomotiv- und Gleissystem gezeigt, aber andere Antriebssysteme und Routen des Antriebssystems sind mitaufgenommen, es sei denn, Sprache oder Kontext besagen etwas anderes.
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1 ist ein Blockdiagramm, das ein in einem Lokomotiventraktionssystem genutztes Hybridantriebssystem, welches Ausführungsformen des Gegenstands der Erfindung integriert, darstellt. -
2 ist ein Blockdiagramm, das ein in einem Lokomotiventraktionssystem genutztes Hybridantriebssystem, welches eine alternative Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung integriert, darstellt. -
3 ist ein Blockdiagramm, das bei Integrieren von Ausführungsformen des Gegenstands der Erfindung in das Hybridantriebssystem von1 hilfreich ist. -
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß dem Gegenstand der Erfindung. -
5 ist ein Blockdiagramm, das ein in einem Lokomotiventraktionssystem genutztes anderes Hybridantriebssystem, welches Ausführungsformen des Gegenstands der Erfindung integriert, darstellt. -
6 ist ein Blockdiagramm, das ein in einem Lokomotiventraktionssystem genutztes anderes Hybridantriebssystem, welches eine alternative Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung integriert, darstellt. -
7 ist ein Blockdiagramm, das bei Integrieren von Ausführungsformen des Gegenstands der Erfindung in das Hybridantriebssystem von5 hilfreich ist. -
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß dem Gegenstand der Erfindung.
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1 Figure 3 is a block diagram illustrating a hybrid propulsion system used in a locomotive traction system that incorporates embodiments of the subject of the invention. -
2nd Fig. 4 is a block diagram illustrating a hybrid propulsion system used in a locomotive traction system that incorporates an alternative embodiment of the subject of the invention. -
3rd FIG. 10 is a block diagram used when integrating embodiments of the subject invention into the hybrid drive system of FIG1 is helpful. -
4th is a flow diagram of a method according to the subject of the invention. -
5 FIG. 12 is a block diagram illustrating another hybrid propulsion system used in a locomotive traction system that incorporates embodiments of the subject of the invention. -
6 Figure 3 is a block diagram illustrating another hybrid propulsion system used in a locomotive traction system that incorporates an alternative embodiment of the subject of the invention. -
7 FIG. 10 is a block diagram used when integrating embodiments of the subject invention into the hybrid drive system of FIG5 is helpful. -
8th is a flow diagram of a method according to the subject of the invention.
EINGEHENDE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Der Gegenstand der Erfindung umfasst Ausführungsformen, die Routennavigationssysteme betreffen. Der Gegenstand der Erfindung umfasst Ausführungsformen, die Verfahren zum Erstellen von optimierten Fahrten für ein Hybridantriebssystem betreffen.The subject matter of the invention includes embodiments that relate to route navigation systems. The subject matter of the invention comprises embodiments which relate to methods for creating optimized trips for a hybrid drive system.
Ferner wird der Gegenstand der Erfindung in Bezug auf einen Hybridmotor einer Lokomotive als nicht einschränkendes Beispiel beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die hierin dargestellten Ausführungsformen und Verfahren auf Hybridantriebssysteme im Allgemeinen breit anwendbar sind. Diese beispielhaften Hybridantriebssysteme umfassen rein batteriebetriebene Lokomotiven innerhalb eines aus Standard-Lokomotiven bestehenden Verbands, d.h. eine Konfiguration einer batterieelektrischen Lokomotive (BEL), wobei die Batterien nicht in eine einzige Lokomotive integriert sind. Ferner wird ein „Fahrzeug“ in dieser Beschreibung durchgehend sowohl als einzelne integrierte Einheit als auch für eine Gruppe von mehreren Lokomotiven verwendet, von denen eine oder mehrere über einen Energiespeicher verfügen, der in eine Lokomotive mit Motor und Energiespeichereinheit integriert sein kann oder nicht. Die Definition des Begriffs „Fahrzeug“ kann sich zusätzlich auf schwere Nutzfahrzeuge beziehen, bei denen die Energiespeichereinheiten in einem Anhänger untergebracht sein können, der zwischen den normalen Lastanhängern mit der Zugmaschine verbunden ist, wodurch er im Wesentlichen zu einem „Lastzug“ wird. Die Definition von „Hybridfahrzeugen“ umfasst mit anderen Worten Energiespeichereinheiten, die nicht unbedingt in die einzige Antriebseinheit eines Schwerlasters integriert sind, sondern als separate, abnehmbare Einheiten vorliegen können. Darüber hinaus kann sich die Definition von „Fahrzeug“ zusätzlich auf alle anderen Fahrzeuge einschließlich Lastkraftwagen/ OHV/ Autos und autonome Fahrzeuge beziehen. „Höhe und Gelände“ betreffen und umfassen die mit den Gleisen verbundenen Angaben wie Steigungen, Gleisradius in Kurven usw., auf denen sich eine Lokomotive typischerweise fortbewegt.Furthermore, the subject matter of the invention is described with reference to a hybrid engine of a locomotive as a non-limiting example. However, those skilled in the art will recognize that the embodiments and methods presented herein are generally broadly applicable to hybrid drive systems. These exemplary hybrid propulsion systems include purely battery powered locomotives within a set of standard locomotives, i.e. a configuration of a battery electric locomotive (BEL), where the batteries are not integrated into a single locomotive. Furthermore, a “vehicle” is used throughout this description both as a single integrated unit and for a group of several locomotives, one or more of which have an energy store, which may or may not be integrated in a locomotive with a motor and an energy storage unit. The definition of the term “vehicle” can additionally refer to heavy commercial vehicles, in which the energy storage units can be accommodated in a trailer that is connected to the tractor between the normal load trailers, whereby it essentially becomes a “truck trailer”. In other words, the definition of “hybrid vehicles” encompasses energy storage units that are not necessarily integrated into the only drive unit of a heavy truck, but can be present as separate, removable units. In addition, the definition of "vehicle" can also refer to all other vehicles including trucks / OHV / cars and autonomous vehicles. “Height and terrain” concern and include the information associated with the tracks such as slopes, track radius in curves, etc., on which a locomotive typically travels.
Bezüglich
In einer anderen alternativen Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung, z.B. bei einigen Personenkraftwagen, kann das Motorantriebssystem ein mechanisches Antriebssystem verwenden. In einer solchen Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann der Motor
In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Beförderungsplan auf der Grundlage von Modellen für das Verhalten des Zugs bei der Bewegung des Hybridantriebssystems
Das Steuergerät
Nach einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann der Beförderungsplan während der Ausführung in Echtzeit geändert werden. So kann im Fall einer großen Entfernung ein anfänglicher Plan ermittelt werden, aber aufgrund der Komplexität des Planoptimierungs-Steueralgorithmus
Der Computer
Darüber hinaus ist der Computer
In einer anderen Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann der Computer
Wie dargestellt werden Anweisungen speziell für die Planung einer Fahrt entweder an Bord oder von einem entfernten Ort, wie z.B. einer Fahrdienstleitung mit Anweisungen, eingegeben. Solche Eingabeinformationen umfassen u.a. die Überwachungsausrüstung an Bord oder außerhalb des Hybridantriebssystems
Basierend auf den Spezifikationsdaten wird ein optimaler Plan, der den Treibstoffverbrauch in Abhängigkeit von Geschwindigkeitsbegrenzungen, Emissionsgrenzwerten, der Lebensdauer des Motors als beispielhafte Ausführungsform für ein erstes Energienutzungssystem, das den Motortreibstoff als Energiequelle für den Leistungs- und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems nutzt, der Lebensdauer der Batteriebank als beispielhafte Ausführungsform eines zweiten Nutzungssystems der Batterien als Energiequelle für den Leistungs- und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems, dem Ladezustand der Batteriebank und ähnliches, entlang der Route, mit gewünschten Start- und Endzeiten minimiert, berechnet, um einen Zeitplan für die Wahl der Leistungsquelle für die Fahrt zu erstellen. Der Zeitplan für die Wahl der Leistungsquelle für die Fahrt umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung und wie später noch erörtert wird, Zeiträume, in denen die bevorzugte Auswahl der Leistungsquelle gefördert wird, um die Vorkenntnisse der Wetterbedingungen zu nutzen, die durch die Temperatur- und Druckbedingungen entlang der Fahrtstrecke des Hybridantriebssystems
In einer anderen Ausführungsform kann der Computer
Diese Daten können dem Hybridantriebssystem
Bei dem zur Berechnung des Zeitplans zur Wahl der optimalen Leistungsquelle verwendeten Vorgehen kann es sich um eine beliebige Anzahl von Verfahren zum Berechnen einer Leistungssequenz handeln, die das Hybridantriebssystem
Abhängig von der Zielplanung zu einem gegebenen Zeitpunkt kann das Problem z.B. flexibel aufgestellt werden, um beispielsweise Treibstoff vorbehaltlich von Einschränkungen bei Emissionen und Geschwindigkeitsbegrenzungen zu minimieren oder Emissionen vorbehaltlich von Einschränkungen bei Treibstoffverbrauch und Ankunftszeit zu minimieren. Es ist auch möglich, z.B. ein Ziel zur Minimierung der Gesamtfahrtzeit ohne Einschränkungen der Gesamtemissionen oder des Treibstoffverbrauchs festzulegen, wenn eine solche Lockerung der Einschränkungen für den Einsatz erlaubt oder erforderlich wäre.Depending on the target planning at a given time, the problem can e.g. be set up flexibly, for example to minimize fuel subject to restrictions in emissions and speed limits or to minimize emissions subject to restrictions in fuel consumption and arrival time. It is also possible, e.g. set a goal to minimize total travel time without restricting total emissions or fuel consumption if such relaxation of the restrictions on use would be permitted or required.
Mit Hilfe dieses Modells wird eine optimale Steuerungsformulierung erstellt, um die quantitative Zielfunktion vorbehaltlich von Einschränkungen wie u.a. Geschwindigkeitsbegrenzungen sowie minimale und maximale Leistungseinstellungen (Drosselklappe) zu minimieren. Abhängig von der Zielplanung zu einem gegebenen Zeitpunkt kann das Problem flexibel aufgestellt werden, um Treibstoff vorbehaltlich von Einschränkungen bei Emissionen und Geschwindigkeitsbegrenzungen zu minimieren oder Emissionen vorbehaltlich von Einschränkungen bei Treibstoffverbrauch und Ankunftszeit zu minimieren.With the help of this model, an optimal control formulation is created in order to minimize the quantitative objective function, subject to restrictions such as speed limits and minimum and maximum power settings (throttle valve). Depending on the target planning at a given time, this can The problem can be set up flexibly to minimize fuel subject to restrictions in emissions and speed limits or to minimize emissions subject to restrictions in fuel consumption and arrival time.
Im Betrieb wird eine Steuerungsstrategie für das Hybridantriebssystem
Insbesondere ist der beispielhafte Computer
Der Verweis auf Emissionen im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung bezieht sich auf kumulative Emissionen, die in Form von Stickstoffoxiden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Partikeln und/oder ähnlichem erzeugt werden. Wenn ein Hauptziel während eines Beförderungsauftrags die Verringerung der Gesamtemissionen ist, kann der Steueralgorithmus
Weiter unter Verweis auf
Im Betrieb überwacht der Steueralgorithmus
Viele Ereignisse im täglichen Betrieb können dazu führen, dass ein aktuell ausgeführter Plan erstellt oder geändert werden muss, wenn die gleichen Fahrtziele beibehalten werden sollen und wenn ein Zug nicht für die geplante Begegnung mit einem anderen Zug oder das geplante Passieren eines anderen Zugs pünktlich ist und Zeit einholen muss. Mithilfe der tatsächlichen Geschwindigkeit, Leistung und Position der Lokomotive wird ein Vergleich zwischen einer geplanten Ankunftszeit und der aktuell geschätzten (vorhergesagten) Ankunftszeit auf der Grundlage des verbleibenden Teils des Beförderungsplans durchgeführt. Aufgrund einer Differenz der Zeiten sowie der Differenz von Parametern (von der Fahrdienstleitung oder vom Fahrzeugführer erkannt oder geändert) wird der Plan angepasst. Diese Anpassung kann automatisch oder manuell vorgenommen werden, je nachdem, wie eine Bahngesellschaft solche Abweichungen vom Plan gehandhabt haben will. Wann immer ein Plan aktualisiert wird, wie z.B. u.a. die Ankunftszeit, können zusätzliche Änderungen gleichzeitig miteinbezogen werden, z.B. neue künftige Änderungen von Geschwindigkeitsbegrenzungen, die die Durchführbarkeit des Einholens des ursprünglichen Plans beeinträchtigen könnten. In solchen Fällen können, wenn der ursprüngliche Beförderungsplan nicht eingehalten werden kann oder wenn mit anderen Worten der Zug nicht in der Lage ist, die Ziele des ursprünglichen Beförderungsplans zu erreichen, wie hier erläutert dem Fahrzeugführer und/oder der entfernten Einrichtung bzw. der Fahrdienstleitung andere Beförderungspläne vorgelegt werden.Many events in daily operation can lead to the fact that a currently executed plan has to be created or changed if the same destinations are to be kept and if a train is not for the planned encounter with one another train or the planned passage of another train is on time and needs to catch up time. The actual speed, power and position of the locomotive is used to make a comparison between a planned arrival time and the currently estimated (predicted) arrival time based on the remaining part of the transportation schedule. The schedule is adjusted based on a difference in times and a difference in parameters (recognized or changed by the driver or the driver). This adjustment can be made automatically or manually, depending on how a rail company wants to have handled such deviations from the plan. Whenever a plan is updated, such as the arrival time, additional changes may be included at the same time, such as new future changes in speed limits that could affect the feasibility of retrieving the original plan. In such cases, if the original transportation schedule cannot be followed or, in other words, the train is unable to reach the destinations of the original transportation schedule, as explained herein, the vehicle operator and / or the remote facility or service provider may be others Promotion plans are presented.
Die Überarbeitung eines bestehenden Beförderungsplans oder eine komplette Neuplanung kann auch dann erfolgen, wenn eine Änderung der ursprünglichen Ziele gewünscht wird. Eine solche Planrevision oder komplette Neuplanung kann entweder zu festen, im Voraus geplanten Zeiten, manuell nach dem Ermessen des Fahrzeugführers oder des Fahrdienstleiters oder autonom bei Überschreitung vorab festgelegter Grenzwerte, wie z. B. der Betriebsgrenzen des Zuges, erfolgen. Wenn zum Beispiel die aktuelle Planausführung um mehr als einen bestimmten Schwellenwert, wie z.B. dreißig Minuten, in einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung verspätet ist, kann basierend auf dem neuen Satz von Parametern die Fahrt neu geplant werden, um die Verspätung zu berücksichtigen, was wiederum auf der Minimierung des Gesamttreibstoffverbrauchs für den verbleibenden Teil der Fahrt beruht. Andere Auslöser für die Neuplanung können auch auf der Grundlage der Funktionstüchtigkeit des Leistungsverbands ins Auge gefasst werden, einschließlich, aber nicht ausschließlich der Ankunftszeit, des Verlusts von PS aufgrund von Geräteausfall und/oder vorübergehender Gerätefehlfunktion (z. B. Betrieb zu heiß oder zu kalt) und/oder der Erkennung von groben Konfigurationsfehlern, z. B. bei der angenommenen Zuglast. Das heißt, wenn die Änderung eine Beeinträchtigung der Lokomotivenleistung für die aktuelle Fahrt widerspiegelt, können diese in den Modellen und/oder Gleichungen, die in der Optimierung verwendet werden, berücksichtigt werden.The revision of an existing transport plan or a complete rescheduling can also take place if a change of the original goals is desired. Such a plan revision or complete rescheduling can either be at fixed, pre-planned times, manually at the discretion of the driver or the dispatcher or autonomously when predetermined limits are exceeded, such as. B. the operating limits of the train. For example, if the current plan execution exceeds more than a certain threshold, such as thirty minutes, in one embodiment of the present object of the invention, is delayed, based on the new set of parameters, the trip can be rescheduled to account for the delay, which in turn is based on minimizing the total fuel consumption for the remaining part of the trip. Other triggers for rescheduling may also be considered based on the performance of the service association, including, but not limited to, arrival time, loss of horsepower due to device failure, and / or temporary device malfunction (e.g., operation too hot or too cold ) and / or the detection of gross configuration errors, e.g. B. at the assumed tensile load. This means that if the change reflects an impairment in locomotive performance for the current journey, this can be taken into account in the models and / or equations used in the optimization.
Änderungen der Planziele können sich auch aus einer Notwendigkeit ergeben, Ereignisse zu koordinieren, bei denen der Plan für einen Zug die Fähigkeit eines anderen Zuges, die Ziele zu erreichen, beeinträchtigt, und eine Entscheidung auf einer anderen Ebene, z. B. der Fahrdienstleitung, erforderlich ist. Beispielsweise kann die Koordination von Begegnung und Passieren durch Kommunikation zwischen den Zügen weiter optimiert werden. Wenn ein Zug z. B. weiß, dass er bezüglich des Erreichens eines Orts für eine Begegnung und/oder ein Passieren hinter dem Zeitplan liegt, können Kommunikationen von dem anderen Zug den verspäteten Zug (und/oder die Fahrdienstleitung) benachrichtigen. Der Fahrzeugführer kann dann Informationen über Verspätungen in den Computer
Für jeden der manuell oder automatisch ausgelösten Neupläne kann der Steueralgorithmus
In einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung bleibt die Fähigkeit des Lernens und der Anpassung an wichtige Änderungen im Zug- und Leistungsverband bestehen, die entweder in den aktuellen Plan und/oder für künftige Pläne integriert werden können. Einer der vorstehend genannten Auslöser ist zum Beispiel der Verlust von PS. Beim Aufbau von PS über Zeit, entweder nach einem PS-Verlust oder zu Beginn einer Fahrt, wird eine Übergangslogik genutzt, um festzustellen, wann die gewünschte PS-Zahl erreicht ist.In one embodiment of the present subject matter of the invention, the ability to learn and adapt to important changes in the train and performance association remains, which can either be integrated into the current plan and / or for future plans. One of the triggers mentioned above is the loss of PS. When building up PS over time, either after a loss of PS or at the start of a journey, a transition logic is used to determine when the desired PS number has been reached.
Unabhängig von der Kombination der festgelegten Zielfunktionen und der Kombination von Leistungsverhaltensparametern des Hybridantriebssystems, die zur Optimierung eines Beförderungsplans genutzt werden, kann die Gesamttreibstoffeffizienz verbessert werden, indem regeneratives Bremsen auf Teilen der Route gefördert wird. So kann bei der Planung eines Zeitplans für die Wahl von Leistungsquellen für die Fahrt, bei der Überarbeitung eines bestehenden Beförderungsplans oder bei einer kompletten Neuplanung ein optimierter Zeitplan für die Wahl von Leistungsquellen für die Fahrt wie in
Unter Bezugnahme nun auf
Das Verfahren
In einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung umfasst das Verfahren
Das Verfahren
Das Steuern des Hybridantriebssystems
Im Betrieb kann eine entfernte Einrichtung, wie z.B. eine Fahrdienstleitung, Informationen gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung und damit die Höhen- und Geländeinformationen wie in Schritt
Zusätzlich kann das Steuergerät
In der Praxis liefert das Steuergerät
In einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann das Steuergerät
Basierend auf der Funktionsweise des Hybridantriebssystems
In einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung kann das Hybridantriebssystem
Der Gegenstand der Erfindung kann auch die Verwendung von stufenloser Leistung während der gesamten Optimierungsplanung und der Umsetzung der Regelung ermöglichen. Bei einer herkömmlichen Lokomotive ist die Leistung typischerweise auf acht diskrete Stufen quantisiert. Moderne Lokomotiven können eine stufenlose Änderung der Leistung realisieren, die in die zuvor beschriebenen Optimierungsverfahren integriert werden kann. Mit stufenloser Leistung kann das Hybridantriebssystem
Der Gegenstand der Erfindung kann auch die Gleisdatenbank und die vorhergesagte Leistung nutzen, um die Lokomotivenleistung anzupassen, z. B. um sicherzustellen, dass der Zug bei der Annäherung an einen Hügel und/oder einen Tunnel eine ausreichende Geschwindigkeit aufweist. Dies könnte zum Beispiel als Geschwindigkeitsbeschränkung an einem bestimmten Ort ausgedrückt werden, die Teil des optimalen Plans wird. Darüber hinaus kann der Steueralgorithmus
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Steueralgorithmus
Züge mit dezentralen Leistungssystemen können in mehreren verschiedenen Modi betrieben werden. Ein Modus besteht darin, dass alle Lokomotiven im Zug mit dem gleichen Betriebspunktbefehl arbeiten. Wenn also die führende Lokomotive Fahren mit N8 anordnet, werden alle Einheiten im Zug angewiesen, Leistung für Fahren mit N8 zu erzeugen. Eine weitere Betriebsart ist die „unabhängige“ Steuerung. Bei dieser Betriebsart können über den Zug verteilte Lokomotiven oder Lokomotivgruppen mit unterschiedlichen Antriebs- oder Bremsleistungen betrieben werden. Wenn ein Zug beispielsweise einen Berggipfel erklimmt, können die führenden Lokomotiven (am Bergabhang) veranlasst werden zu bremsen, während die Lokomotiven in der Mitte oder am Ende des Zuges (an der Steigung des Bergs) antreiben können. Dies geschieht, um die Zugkräfte an den mechanischen Kupplungen, die die Waggons und Lokomotiven verbinden, zu minimieren. Herkömmlicherweise war es für den Betrieb des dezentralen Leistungssystems im „unabhängigen“ Modus erforderlich, dass der Fahrzeugführer jede ferne Lokomotive oder jede Gruppe von Lokomotiven manuell über ein Display in der führenden Lokomotive steuern musste. Unter Verwendung des physik-basierten Planungsmodells, der Informationen zur Zugkonfiguration, der bordeigenen Gleisdatenbank, den bordeigenen Betriebsvorschriften, des Standortbestimmungssystems, der Echtzeit-Leistungs-/Bremsregelung und der Sensorrückmeldung muss das System das dezentrale Leistungssystem automatisch im „unabhängigen“ Modus betreiben.Trains with decentralized power systems can be operated in several different modes. One mode is that all locomotives on the train work with the same operating point command. So if the leading locomotive orders driving with N8, all units on the train are instructed to generate power for driving with N8. Another operating mode is the "independent" control. In this operating mode, locomotives or locomotive groups distributed across the train can be operated with different drive or braking powers. For example, when a train climbs a mountain peak, the leading locomotives (on the mountain slope) can be caused to brake, while the locomotives can drive in the middle or at the end of the train (on the slope of the mountain). This is done to minimize the tensile forces on the mechanical couplings that connect the wagons and locomotives. Traditionally, the operation of the decentralized power system in "independent" mode required the driver to manually control each remote locomotive or group of locomotives using a display in the leading locomotive. Using the physics-based planning model, train configuration information, on-board track database, on-board operating rules, location system, real-time power / brake control, and sensor feedback, the system must automatically operate the decentralized power system in "independent" mode.
Beim Betrieb mit dezentraler Leistung kann der Fahrzeugführer in einer führenden Lokomotive die Betriebsfunktionen der fernen Lokomotiven in den fernen Verbänden über ein Steuerungssystem, wie z.B. ein dezentrales Leistungssteuerelement, steuern. So kann der Fahrzeugführer beim Betrieb mit dezentraler Leistung jeden Lokomotivverband anweisen, mit einer anderen Betriebspunktleistungsstufe zu arbeiten (oder ein Verband könnte sich im Fahrbetrieb und ein anderer im Bremsbetrieb befinden), wobei jede einzelne Lokomotive im Lokomotivverband mit der gleichen Betriebspunktleistung arbeitet. In einer beispielhaften Ausführungsform, bei der der Steueralgorithmus
Der Steueralgorithmus
In einer beispielhaften Ausführungsform, bei der der Gegenstand der Erfindung im Zug installiert ist, vorzugsweise in Verbindung mit dem dezentralen Leistungssteuerelement, wird der Steueralgorithmus
Bei einem Zug, der einen Verband-Manager nutzt, kann die führende Lokomotive in einem Zugverband mit einer anderen Betriebspunktleistungseinstellung arbeiten als andere Lokomotiven dieses Verbandes. Die anderen Lokomotiven im Verband arbeiten mit der gleichen Betriebspunktleistungseinstellung. Der Gegenstand der Erfindung kann in Verbindung mit dem Verband-Manager genutzt werden, um Betriebspunktleistungseinstellungen und Befehle für regeneratives Bremsen für die Lokomotiven im Verband zu fordern. So wird beruhend auf dem Gegenstand der Erfindung und als Beispiel, da der Verband-Manager einen Lokomotivenverband in zwei Gruppen teilt, nämlich die führende Lokomotive und die nachlaufende Einheiten, der führenden Lokomotive befohlen, mit einer bestimmten Betriebspunktleistung zu arbeiten, und den nachlaufenden Lokomotiven wird befohlen, mit einer anderen bestimmten Betriebspunktleistung zu arbeiten. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das dezentrale Leistungssteuerungselement das System und/oder die Vorrichtung sein, in dem diese Operation untergebracht ist.In the case of a train using an association manager, the leading locomotive in a train association can work with a different operating point power setting than other locomotives of this association. The other locomotives in the group work with the same operating point power setting. The subject of the invention can be used in conjunction with the Association Manager to request operating point power settings and commands for regenerative braking for the locomotives in the association. Thus, based on the subject matter of the invention and as an example, since the association manager divides a locomotive association into two groups, namely the leading locomotive and the trailing units, the leading locomotive is ordered to work with a certain operating point performance, and the trailing locomotives commanded to work with another particular operating point power. In an exemplary embodiment, the decentralized power control element may be the system and / or the device in which this operation is housed.
Ebenso kann bei der Verwendung eines Verband-Optimierers bei einem Lokomotivenverband der Steueralgorithmus
Außerdem kann der hier beschriebene Algorithmus zur Optimierung der Fahrt in einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung den Motor für Zeiträume der Fahrt dazu zwingen, in weniger effizienten Modi zu arbeiten (wie z. B. eine Spitzenleistung des Verbrennungsmotors in Verbindung mit der Entnahme aus den Batterien). Dieser Betrieb kann dazu dienen, verlorene Zeit aufzuholen oder ein zusätzliches Beschleunigungsvermögen zu schaffen, das von den Verbrennungsmotoren allein nicht erreicht werden kann. In solchen Ausführungsformen kann es zwar zu kurzen Perioden mit verminderter Effizienz kommen, die Gesamteffizienz wird jedoch verbessert, da der Fahrt-Optimierer die kombinierten Effizienzen während der geplanten Fahrt voll berücksichtigt.In addition, the driving optimization algorithm described herein, in one embodiment of the subject of the invention, may force the motor to operate in less efficient modes (such as peak performance of the engine in connection with removal from the batteries) for periods of the drive ). This operation can serve to make up for lost time or to create an additional acceleration capability that cannot be achieved by internal combustion engines alone. In such embodiments, there may be short periods with reduced efficiency, but the overall efficiency is improved because the trip optimizer takes full account of the combined efficiencies during the planned trip.
Darüber hinaus kann der Steueralgorithmus, wie bereits erläutert, für kontinuierliche Korrekturen und Überarbeitungen eines bestehenden Beförderungsplans oder für die komplette Neuplanung im Hinblick darauf verwendet werden, wann der Zugverband welche Leistungsquelle nutzt, beruhend auf anstehenden interessierenden Dingen, wie z. B., aber nicht nur, Bahnübergänge, Steigungsänderungen, herannahende Gleisanschlüsse, sich nähernde Betriebshöfe und sich nähernde Tankstellen, wo jede Lokomotive im Verband eine andere Bremsoption erfordern kann. Wenn der Zug beispielsweise über einen Hügel kommt (in größerer Höhe und normalerweise bei niedrigerer Temperatur, mit möglichen Ausnahmen), kann die führende Lokomotive mit Leistung aus den Batterien versorgt werden, während die fernen Lokomotiven, die den Gipfel des Hügels noch nicht erreicht haben, in motorbetriebenen Zustand bleiben müssen und mit Leistung aus dem Motor versorgt werden müssen.In addition, the control algorithm, as already explained, can be used for continuous corrections and revisions of an existing transport plan or for the complete rescheduling with regard to when the train association uses which power source, based on pending things of interest, such as. B., but not only, level crossings, slope changes, approaching rail connections, approaching depots and approaching petrol stations, where each locomotive in the group may require a different braking option. For example, if the train comes over a hill (at a higher altitude and usually at a lower temperature, with possible exceptions), the leading locomotive can be powered by batteries, while the distant locomotives that have not yet reached the top of the hill, must remain in an engine-operated condition and must be supplied with power from the engine.
Ein technischer Beitrag zu dem offenbarten Verfahren und der offenbarten Vorrichtung besteht darin, dass er einen Computer, der so konfiguriert ist, dass er ein Hybridantriebssystem betreibt und auf ein Navigationsdatenbanksystem zugreift, sowie ein Verfahren zur Nutzung des Systems vorsieht.A technical contribution to the disclosed method and apparatus is that it provides a computer configured to operate a hybrid drive system and access a navigation database system and a method of using the system.
Nach einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung umfasst ein System zur Steuerung eines Hybridantriebssystems einen Computer, der so programmiert ist, dass er Höhen- und Geländeinformationen erhält, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zugeordnet sind. Der Computer ist außerdem so programmiert, dass er Informationen über das aktuelle und vorhergesagte Wetter der Umgebung erhält, die der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, dass er einen Leistungsbedarf und einen Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems bestimmt, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, dass er einen Beförderungsplan erstellt, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern des Hybridantriebssystems zu optimieren, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und dass er die erste Energiequelle und/oder die zweite Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans bevorzugt auswählt.According to one embodiment of the subject matter of the invention, a system for controlling a hybrid drive system includes a computer that is programmed to receive elevation and terrain information associated with a predetermined route for the hybrid drive system that includes a first energy source and a second energy source . The computer is also programmed to receive information about the current and predicted weather of the environment associated with the predetermined route of the hybrid drive system, to determine a power requirement and a torque requirement of the hybrid drive system that correspond to the altitude and terrain along the predetermined route associated with the hybrid drive system that it creates a transportation plan to optimize at least one of several performance parameters of the hybrid drive system when the hybrid drive system is traveling along the predetermined route and that it prefers the first energy source and / or the second energy source based on the transportation plan selects.
Nach einer anderen Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebssystems das Erhalten von Höhen- und Geländeinformationen einer vorgegebenen Route, die von dem Hybridantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zurückzulegen ist. Das Verfahren umfasst ferner das Erhalten von Informationen über das Wetter der Umgebung entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems, das Bestimmen eines Leistungsbedarfs und eines Drehmomentbedarfs des Hybridantriebssystems, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, das Erstellen eines Beförderungsplans, der mehrere Leistungsverhaltensparameter des Hybridantriebssystems optimiert, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und das bevorzugte Wählen der ersten Energiequelle und/oder der zweiten Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans.According to another embodiment of the object of the invention, a method for controlling a hybrid drive system comprises the Obtaining height and terrain information of a predetermined route, which is to be covered by the hybrid drive system, which comprises a first energy source and a second energy source. The method further includes obtaining information about the weather of the environment along the predetermined route of the hybrid drive system, determining a power requirement and a torque requirement of the hybrid drive system that are associated with the altitude and the terrain along the predetermined route of the hybrid drive system, creating a transportation plan, that optimizes the multiple performance parameters of the hybrid drive system as the hybrid drive system travels along the predetermined route, and the preferred choice of the first energy source and / or the second energy source based on the transportation plan.
Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung umfasst ein Antriebssystem eine Hybrid-Leistungsquelle, um Leistung zum Antrieb des Antriebssystems über eine Leistungsübertragungsleitung bereitzustellen, wobei die Hybrid-Leistungsquelle einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst, wobei der Verbrennungsmotor mit der Leistungsübertragungsleitung, einer Batteriebank, die mit dem Elektromotor gekoppelt ist, einer Wahlvorrichtung und einem Computer gekoppelt ist. Die Wahlvorrichtung ist so angeordnet, dass der Elektromotor selektiv an die Leistungsübertragungsleitung gekoppelt ist.According to yet another embodiment of the subject of the invention, a drive system comprises a hybrid power source to provide power for driving the drive system via a power transmission line, the hybrid power source comprising an internal combustion engine and an electric motor, the internal combustion engine having the power transmission line, a battery bank, which is coupled to the electric motor, a voting device and a computer. The selector is arranged so that the electric motor is selectively coupled to the power transmission line.
Das Antriebssystem umfasst auch einen Computer, der so konfiguriert ist, dass er Höhen- und Geländeinformationen erhält, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebssystem, das eine erste und eine zweite Energiequelle umfasst, zugeordnet sind, und dass er Informationen über das Wetter der Umgebung erhält, die der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind. Der Computer ist ferner so programmiert, dass er einen Leistungsbedarf und einen Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems bestimmt, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, und dass er einen Beförderungsplan erstellt, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern des Hybridantriebssystems zu optimieren, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und dass er die erste Energiequelle und/oder die zweite Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans bevorzugt auswählt.The drive system also includes a computer configured to receive elevation and terrain information associated with a predetermined route for the hybrid drive system, which includes first and second energy sources, and to receive information about the weather in the area that are assigned to the predefined route of the hybrid drive system. The computer is also programmed to determine a hybrid drive system power and torque requirements associated with the altitude and terrain along the predetermined hybrid drive system route and to create a transportation plan to optimize at least one of the hybrid drive system performance parameters when the hybrid drive system travels along the predetermined route and that it preferably selects the first energy source and / or the second energy source based on the transportation plan.
Der Gegenstand der Erfindung umfasst Ausführungsformen, die Routennavigationssysteme betreffen. Der Gegenstand der Erfindung umfasst Ausführungsformen, die Verfahren zur Erzeugung von optimierten Fahrten für ein Hybridantriebssystem betreffen.The subject matter of the invention includes embodiments that relate to route navigation systems. The subject matter of the invention includes embodiments which relate to methods for generating optimized trips for a hybrid drive system.
Ferner wird der Gegenstand der Erfindung in Bezug auf einen Hybridmotor einer Lokomotive als nicht einschränkendes Beispiel beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die hierin dargestellten Ausführungsformen und Verfahren auf Hybridantriebssysteme im Allgemeinen breit anwendbar sind. Diese beispielhaften Hybridantriebssysteme umfassen rein batteriebetriebene Lokomotiven innerhalb eines aus Standard-Lokomotiven bestehenden Verbands, d.h. einer batterieelektrischen Lokomotive (BEL), wobei die Batterien nicht in eine einzelne Lokomotive integriert sind. Ferner wird ein „Fahrzeug“ in dieser Beschreibung durchgehend sowohl als einzelne integrierte Einheit als auch für eine Gruppe von mehreren Lokomotiven verwendet, von denen eine oder mehrere über einen Energiespeicher verfügen, der in eine Lokomotive mit Motor und Energiespeichereinheit integriert sein kann oder nicht. Die Definition des Begriffs „Fahrzeug“ kann sich zusätzlich auf schwere Nutzfahrzeuge beziehen, bei denen die Energiespeichereinheiten in einem Anhänger untergebracht sein können, der zwischen den normalen Lastanhängern mit der Zugmaschine verbunden ist, wodurch er im Wesentlichen zu einem „Lastzug“ wird. Die Definition von „Hybridfahrzeugen“ umfasst mit anderen Worten Energiespeichereinheiten, die nicht unbedingt in die einzelne Antriebseinheit eines Schwerlasters integriert sind, sondern als separate, abnehmbare Einheiten vorliegen können. Darüber hinaus kann sich die Definition von „Fahrzeug“ zusätzlich auf alle anderen Fahrzeuge einschließlich Lastkraftwagen/ OHV/ Autos und autonome Fahrzeuge beziehen. „Höhe und Gelände“ betreffen und umfassen die mit den Gleisen verbundenen Angaben wie Steigungen, Gleisradius in Kurven usw., auf denen sich eine Lokomotive typischerweise fortbewegt.Furthermore, the subject matter of the invention is described with reference to a hybrid engine of a locomotive as a non-limiting example. However, those skilled in the art will recognize that the embodiments and methods presented herein are generally broadly applicable to hybrid drive systems. These exemplary hybrid propulsion systems include purely battery powered locomotives within a set of standard locomotives, i.e. a battery-electric locomotive (BEL), where the batteries are not integrated in a single locomotive. Furthermore, a “vehicle” is used throughout this description both as a single integrated unit and for a group of several locomotives, one or more of which have an energy store, which may or may not be integrated in a locomotive with a motor and an energy storage unit. The definition of the term “vehicle” can additionally refer to heavy commercial vehicles, in which the energy storage units can be accommodated in a trailer that is connected to the tractor between the normal load trailers, whereby it essentially becomes a “truck trailer”. In other words, the definition of “hybrid vehicles” encompasses energy storage units that are not necessarily integrated into the individual drive unit of a heavy truck, but can be present as separate, removable units. In addition, the definition of "vehicle" can also refer to all other vehicles including trucks / OHV / cars and autonomous vehicles. “Height and terrain” concern and include the information associated with the tracks such as slopes, track radius in curves, etc., on which a locomotive typically travels.
Bezüglich
In einer anderen alternativen Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung, z.B. bei einigen Personenkraftwagen, kann das Motorantriebssystem ein mechanisches Antriebssystem verwenden. In einer solchen Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann der Motor
In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Beförderungsplan auf der Grundlage von Modellen für das Verhalten des Zugs bei der Bewegung des Hybridantriebssystems
Das Steuergerät
Nach einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann der Beförderungsplan während der Ausführung in Echtzeit geändert werden. So kann im Fall einer großen Entfernung ein anfänglicher Plan ermittelt werden, aber aufgrund der Komplexität des Planoptimierungs-Steueralgorithmus
Bei Betrieb kann das Hybridantriebssystem
In einer weiteren Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung ermöglicht eine von dem Computer
Verschiedenen Veröffentlichungen des Stands der Technik erkennen, dass mehrere Parameter die Einleitung von Verbrennung in einem HCCI-Motor beeinflussen. Zu den erkannten Parametern gehören: Treibstoffart, Verdichtungsverhältnis, Ansaugladungstemperatur, Sauerstoffkonzentration in der Ladeluft, Äquivalenzverhältnis, Ladeluftdichte und Ladedruck. Allerdings fehlen im Stand der Technik ein System und Verfahren zur Steuerung der Einleitung der Verbrennung in einem HCCI-Motor integriert mit Höhen- und Geländeinformationen, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebssystem zugeordnet sind. Ebenfalls fehlt im Stand der Technik ein System und Verfahren zur effektiven Bestimmung des Leistungsbedarfs und des Drehmomentbedarfs, die mehreren Orten auf der vorgegebenen Route und einem Wechsel zwischen Motor und Batterien zugeordnet sind, um eine stabile Verbrennung bei niedrigen Temperaturen und/oder eine konstante Gesamtfahrtzeit zu gewährleisten. Der vorliegende Gegenstand der Erfindung stellt ein neues System und Verfahren für den Betrieb eines Motors mit HCCI-Verbrennung zur Verfügung, das diese und andere Mängel des Standes der Technik beseitigt.Various prior art publications recognize that several parameters affect the initiation of combustion in an HCCI engine. The parameters identified include: fuel type, compression ratio, intake charge temperature, oxygen concentration in the charge air, equivalence ratio, charge air density and charge pressure. However, the prior art lacks a system and method for controlling the initiation of combustion in an HCCI engine integrated with altitude and terrain information which are assigned to a predefined route for the hybrid drive system. The prior art also lacks a system and method for effectively determining the power requirement and the torque requirement, which are assigned to several locations on the predefined route and a change between motor and batteries, in order to ensure stable combustion at low temperatures and / or a constant total journey time guarantee. The present subject matter of the invention provides a new system and method for operating an HCCI combustion engine that overcomes these and other shortcomings of the prior art.
Der Computer
In einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung umfassen beispielhafte und nicht einschränkende Leistungsverhaltensparameter Motorbetriebsbedingungen
Der Beförderungsplan
In einer anderen Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann der Computer
Wie dargestellt werden Anweisungen speziell für die Planung einer Fahrt entweder an Bord oder von einem entfernten Ort, wie z.B. einer Fahrdienstleitung mit Anweisungen, eingegeben. Solche Eingabeinformationen umfassen u.a. die Zugposition, die Beschreibung des Verbands (d. h. eine oder mehrere Lokomotiven nacheinander), die Beschreibung von Lokomotivenleistung, Kennwerte des regenerativen Bremsens, das Leistungsverhalten des Traktionsgetriebes der Lokomotive, Verbrauch von Motortreibstoff als Funktion von Ausgangsleistung, Kühlungseigenschaften, die vorgesehene Fahrtstrecke (tatsächliche Gleisneigung und -kurvatur als Funktion von Meilenstein oder eine Komponente „tatsächliche Neigung“ zur Berücksichtigung der Kurvatur nach der üblichen Eisenbahnpraxis), der Zug, dargestellt durch die Zusammensetzung und Beladung der Wagen zusammen mit effektiven Luftwiderstandskoeffizienten, gewünschte Fahrtparametern einschließlich, aber nicht ausschließlich Abfahrtszeit und -ort, Endort, gewünschte Gesamtfahrtzeit, Identifizierung der Mannschaft (Bediener und/oder Fahrzeugführer), Endzeitpunkt der Schicht der Mannschaft und Route.As shown, instructions are provided specifically for planning a trip either on board or from a remote location, such as a driver service with instructions. Such input information includes the train position, the description of the association (i.e. one or more locomotives in succession), the description of locomotive performance, characteristic values of regenerative braking, the performance of the traction transmission of the locomotive, consumption of motor fuel as a function of output power, cooling properties, the intended route (actual track inclination and - Curvature as a function of milestone or a component "actual inclination" to take the curvature into account according to the usual railway practice), the train, represented by the composition and loading of the wagons together with effective air resistance coefficients, desired travel parameters including, but not exclusively, the departure time and location , End location, desired total journey time, identification of the team (operator and / or driver), end time of the shift of the team and route.
Diese Daten können dem Hybridantriebssystem
Basierend auf den Spezifikationsdaten wird ein optimaler Plan, der den Treibstoffverbrauch in Abhängigkeit von Geschwindigkeitsbegrenzungen, Emissionsgrenzwerten, der Lebensdauer des Motors als beispielhafte Ausführungsform für ein erstes Energienutzungssystem, das den Motortreibstoff als Energiequelle für den Leistungs- und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems nutzt, der Lebensdauer der Batteriebank als beispielhafte Ausführungsform eines zweiten Nutzungssystems der Batterien als Energiequelle für den Leistungs- und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems, dem Ladezustand der Batteriebank und ähnliches, entlang der Strecke, mit gewünschten Start- und Endzeiten minimiert, berechnet, um einen Zeitplan für die Wahl der Leistungsquelle für die Fahrt zu erstellen. Der Zeitplan für die Wahl der Leistungsquelle für die Fahrt umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung und wie später noch erörtert wird, Zeiträume, in denen die bevorzugte Auswahl der Leistungsquelle gefördert wird, um die Vorkenntnisse der Höhen und des Geländes zu nutzen, die der Fahrtroute des Hybridantriebssystems
Bei dem zur Berechnung des Zeitplans zur Wahl der optimalen Leistungsquelle verwendeten Vorgehen kann es sich um eine beliebige Anzahl von Verfahren zum Berechnen einer Leistungssequenz handeln, die das Hybridantriebssystem
Abhängig von der Zielplanung zu einem gegebenen Zeitpunkt kann das Problem z.B. flexibel aufgestellt werden, um beispielsweise Treibstoff vorbehaltlich von Einschränkungen bei Emissionen und Geschwindigkeitsbegrenzungen zu minimieren oder Emissionen vorbehaltlich von Einschränkungen bei Treibstoffverbrauch und Ankunftszeit zu minimieren. Es ist auch möglich, z.B. ein Ziel zur Minimierung der Gesamtfahrtzeit ohne Einschränkungen der Gesamtemissionen oder des Treibstoffverbrauchs festzulegen, wenn eine solche Lockerung der Einschränkungen für den Einsatz erlaubt oder erforderlich wäre.Depending on the target planning at a given time, the problem can e.g. be set up flexibly, for example to minimize fuel subject to restrictions in emissions and speed limits or to minimize emissions subject to restrictions in fuel consumption and arrival time. It is also possible, e.g. set a goal to minimize total travel time without restricting total emissions or fuel consumption if such relaxation of the restrictions on use would be permitted or required.
Mit Hilfe dieses Modells wird eine optimale Steuerungsformulierung erstellt, um die quantitative Zielfunktion vorbehaltlich von Einschränkungen wie u.a. Geschwindigkeitsbegrenzungen sowie minimale und maximale Leistungseinstellungen (Drosselklappe) zu minimieren. Abhängig von der Zielplanung zu einem gegebenen Zeitpunkt kann das Problem flexibel aufgestellt werden, um Treibstoff vorbehaltlich von Einschränkungen bei Emissionen und Geschwindigkeitsbegrenzungen zu minimieren oder Emissionen vorbehaltlich von Einschränkungen bei Treibstoffverbrauch und Ankunftszeit zu minimieren.With the help of this model, an optimal control formulation is created in order to minimize the quantitative objective function, subject to restrictions such as speed limits and minimum and maximum power settings (throttle valve). Depending on the target planning at a given time, this can The problem can be set up flexibly to minimize fuel subject to restrictions in emissions and speed limits or to minimize emissions subject to restrictions in fuel consumption and arrival time.
Bei Betrieb wird eine Steuerungsstrategie für das Hybridantriebssystem
Insbesondere ist der beispielhafte Computer
In einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann eine beispielhafte Steuerungsstrategie darin bestehen, die Batterien bei hohen Niedertemperaturverbrennungen weniger zu nutzen und dadurch ihre Lebensdauer zu verlängern. Eine bestimmte Fahrt könnte mit anderen Worten die Batterien nur bei Bedarf und/oder nur dann betreiben, wenn die Temperatur nicht zu heiß oder zu kalt ist. In einer anderen Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann die gewählte Steuerungsstrategie darin bestehen, die Batterien so zu betreiben, dass der Motor bei konstant bleibenden Ansaugbedingungen mit konstanter Drehzahl und/oder konstanter Leistung arbeitet. In einer anderen Ausführungsform kann der Computer
Der Verweis auf Emissionen im Zusammenhang mit einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung bezieht sich auf kumulative Emissionen, die in Form von Stickstoffoxiden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Partikeln und/oder ähnlichem erzeugt werden. Wenn ein Hauptziel während eines Beförderungsauftrags die Verringerung der Gesamtemissionen ist, kann der Steueralgorithmus
Weiter unter Verweis auf
Bei Betrieb überwacht der das Hybridantriebssystem
Viele Ereignisse im täglichen Betrieb können dazu führen, dass ein aktuell ausgeführter Plan erstellt oder geändert werden muss, wenn die gleichen Fahrtziele beibehalten werden sollen und wenn ein Zug nicht für die geplante Begegnung mit einem anderen Zug oder das geplante Passieren eines anderen Zugs pünktlich ist und Zeit einholen muss. Mithilfe der tatsächlichen Geschwindigkeit, Leistung und Position der Lokomotive wird ein Vergleich zwischen einer geplanten Ankunftszeit und der aktuell geschätzten (vorhergesagten) Ankunftszeit auf der Grundlage des verbleibenden Teils des Beförderungsplans durchgeführt. Aufgrund einer Differenz der Zeiten sowie der Differenz von Parametern (von der Fahrdienstleitung oder vom Fahrzeugführer erkannt oder geändert) wird der Plan angepasst. Diese Anpassung kann automatisch oder manuell vorgenommen werden, je nachdem, wie eine Bahngesellschaft solche Abweichungen vom Plan gehandhabt haben will. Wann immer ein Plan aktualisiert wird, wie z.B. u.a. die Ankunftszeit, können zusätzliche Änderungen gleichzeitig miteinbezogen werden, z.B. neue künftige Änderungen von Geschwindigkeitsbegrenzungen, die die Durchführbarkeit des Einholens des ursprünglichen Plans beeinträchtigen könnten. In solchen Fällen können, wenn der ursprüngliche Beförderungsplan nicht eingehalten werden kann oder wenn mit anderen Worten der Zug nicht in der Lage ist, die Ziele des ursprünglichen Beförderungsplans zu erreichen, wie hier erläutert dem Fahrzeugführer und/oder der entfernten Einrichtung bzw. der Fahrdienstleitung andere Beförderungspläne vorgelegt werden.Many events in daily operation can lead to the fact that a currently executed plan has to be created or changed if the same destinations are to be kept and if a train is not punctual for the planned encounter with another train or the planned passage of another train and Time to catch up. The actual speed, power and position of the locomotive is used to make a comparison between a planned arrival time and the currently estimated (predicted) arrival time based on the remaining part of the transportation schedule. The schedule is adjusted based on a difference in times and a difference in parameters (recognized or changed by the driver or the driver). This adjustment can be made automatically or manually, depending on how a rail company wants to have handled such deviations from the plan. Whenever a plan is updated, such as i.a. the arrival time, additional changes can be included at the same time, e.g. new future changes to speed limits that could affect the feasibility of retrieving the original plan. In such cases, if the original transportation schedule cannot be followed or, in other words, the train is unable to reach the destinations of the original transportation schedule, as explained herein, the vehicle operator and / or the remote facility or service provider may be others Promotion plans are presented.
Die Überarbeitung eines bestehenden Beförderungsplans oder eine komplette Neuplanung kann auch dann erfolgen, wenn eine Änderung der ursprünglichen Ziele gewünscht wird. Eine solche Planrevision oder komplette Neuplanung kann entweder zu festen, im Voraus geplanten Zeiten, manuell nach dem Ermessen des Fahrzeugführers oder des Fahrdienstleiters oder autonom bei Überschreitung vorab festgelegter Grenzwerte, wie z. B. der Betriebsgrenzen des Zuges, erfolgen. Wenn zum Beispiel die aktuelle Planausführung um mehr als einen bestimmten Schwellenwert, wie z.B. dreißig Minuten, in einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung verspätet ist, kann basierend auf dem neuen Satz von Parametern die Fahrt neu geplant werden, um die Verspätung zu berücksichtigen, was wiederum auf der Minimierung des Gesamttreibstoffverbrauchs für den verbleibenden Teil der Fahrt beruht. Andere Auslöser für die Neuplanung können auch auf der Grundlage der Funktionstüchtigkeit des Leistungsverbands ins Auge gefasst werden, einschließlich, aber nicht ausschließlich der Ankunftszeit, des Verlusts von PS aufgrund von Geräteausfall und/oder vorübergehender Gerätefehlfunktion (z. B. Betrieb zu heiß oder zu kalt) und/oder der Erkennung von groben Konfigurationsfehlern, z. B. bei der angenommenen Zuglast. Das heißt, wenn die Änderung eine Beeinträchtigung der Lokomotivenleistung für die aktuelle Fahrt widerspiegelt, können diese in den Modellen und/oder Gleichungen, die in der Optimierung verwendet werden, berücksichtigt werden.The revision of an existing transport plan or a complete rescheduling can also take place if a change of the original goals is desired. Such a plan revision or complete rescheduling can either be at fixed, pre-planned times, manually at the discretion of the driver or the dispatcher or autonomously when predetermined limits are exceeded, such as. B. the operating limits of the train. For example, if the current plan execution exceeds more than a certain threshold, such as thirty minutes, in one embodiment of the present object of the invention, is delayed, based on the new set of parameters, the trip can be rescheduled to account for the delay, which in turn is based on minimizing the total fuel consumption for the remaining part of the trip. Other triggers for rescheduling may also be considered based on the performance of the service association, including, but not limited to, arrival time, loss of horsepower due to device failure, and / or temporary device malfunction (e.g., operation too hot or too cold ) and / or the detection of gross configuration errors, e.g. B. at the assumed tensile load. This means that if the change reflects an impairment in locomotive performance for the current journey, this can be taken into account in the models and / or equations used in the optimization.
Änderungen der Planziele können sich auch aus einer Notwendigkeit ergeben, Ereignisse zu koordinieren, bei denen der Plan für einen Zug die Fähigkeit eines anderen Zuges, die Ziele zu erreichen, beeinträchtigt, und eine Entscheidung auf einer anderen Ebene, z. B. der Fahrdienstleitung, erforderlich ist. Beispielsweise kann die Koordination von Begegnung und Passieren durch Kommunikation zwischen den Zügen weiter optimiert werden. Wenn ein Zug z. B. weiß, dass er bezüglich des Erreichens eines Orts für eine Begegnung und/oder ein Passieren hinter dem Zeitplan liegt, können Kommunikationen von dem anderen Zug den verspäteten Zug (und/oder die Fahrdienstleitung) benachrichtigen. Der Fahrzeugführer kann dann Informationen über Verspätungen in den Computer
Für jeden der manuell oder automatisch ausgelösten Neupläne kann der Steueralgorithmus
In einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung bleibt die Fähigkeit des Lernens und der Anpassung an wichtige Änderungen im Zug- und Leistungsverband bestehen, die entweder in den aktuellen Plan und/oder für künftige Pläne integriert werden können. Einer der vorstehend genannten Auslöser ist zum Beispiel der Verlust von PS. Beim Aufbau von PS über Zeit, entweder nach einem PS-Verlust oder zu Beginn einer Fahrt, wird eine Übergangslogik genutzt, um festzustellen, wann die gewünschte PS-Zahl erreicht ist.In one embodiment of the present subject matter of the invention, the ability to learn and adapt to important changes in the train and performance association remains, which can either be integrated into the current plan and / or for future plans. One of the triggers mentioned above is the loss of PS. When building up PS over time, either after a loss of PS or at the start of a journey, a transition logic is used to determine when the desired PS number has been reached.
Unabhängig von der Kombination der festgelegten Zielfunktionen und der Kombination von Leistungsverhaltensparametern des Hybridantriebssystems, die zur Optimierung eines Beförderungsplans genutzt werden, kann die Gesamttreibstoffeffizienz verbessert werden, indem regeneratives Bremsen auf Teilen der Route gefördert wird. So kann bei der Planung eines Zeitplans für die Wahl von Leistungsquellen für die Fahrt, bei der Überarbeitung eines bestehenden Beförderungsplans oder bei einer kompletten Neuplanung oder bei Anpassung des Plans ein optimierter Zeitplan für die Wahl von Leistungsquellen für die Fahrt wie in
Unter Bezugnahme nun auf
Das Verfahren
In einer weiteren Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann das Verwalten der Leistungsverhaltensparameter weiterhin u.a. das Verwalten von Lokomotiven-Leistungsdaten, Kennwerten des regenerativen Bremsens, der Leistung des Lokomotiven-Traktionsgetriebes, des Verbrauchs des Motortreibstoffs als Funktion von Ausgangsleistung und von Kühlungseigenschaften des Hybridantriebssystems umfassen. Die erhaltenen Routendaten können eine einzelne Strecke von einem ersten Punkt zu einem zweiten Punkt oder mehrere Strecken zwischen den Punkten umfassen. Die erhaltenen Routendaten können Höhen- und Geländedaten oder Steigungsinformationen umfassen, die extrahiert und zur Optimierung des Beförderungsplans gemäß dem Gegenstand der Erfindung verwendet werden.In another embodiment of the subject of the invention, managing performance parameters may further include manage locomotive performance data, regenerative braking characteristics, locomotive traction transmission performance, engine fuel consumption as a function of output power, and cooling properties of the hybrid propulsion system. The route data obtained may include a single route from a first point to a second point or multiple routes between the points. The route data obtained may include elevation and terrain data or incline information extracted and used to optimize the transportation plan in accordance with the subject matter of the invention.
Der Beförderungsplan wird typischerweise auf der Grundlage einer Zielfunktion erstellt, die Parameter wie die Rate der Leistungsabgabe des Motors, die Rate der Leistungsabgabe der Batteriebank, sowohl als Funktionen der kombinierten Leistungsabgabe, Leistungsdaten der Lokomotive, Leistung des Fahrzeugtraktionsgetriebes, Kühlungseigenschaften des Hybridantriebssystems, Lebensdauer des Motors als beispielhafte Ausführungsform eines ersten Energienutzungssystems, das den Motortreibstoff als Energiequelle für den Leistungs- und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems nutzt, Lebensdauer der Batteriebank als beispielhafte Ausführungsform eines zweiten Nutzungssystems der Batterien als Energiequelle für den Leistungs- und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems, Ladezustand der Batterie, Gesamtfahrtzeit, Einstellung der maximalen Leistung, Geschwindigkeitsbegrenzung und Abgasemission des Hybridantriebssystems umfasst.The transportation plan is typically created based on an objective function, parameters such as the rate of engine power output, the rate of battery bank power output, both as combined power output functions, locomotive performance data, traction engine performance, hybrid propulsion system cooling properties, engine hybrid performance, engine life as an exemplary embodiment of a first energy use system that uses the motor fuel as an energy source for the power and torque requirements of the hybrid drive system, battery bank life as an exemplary embodiment of a second use system of the batteries as an energy source for the power and torque requirements of the hybrid drive system, state of charge of the battery, total travel time, Setting the maximum power, Speed limit and exhaust emissions of the hybrid drive system includes.
In einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung umfasst das Verfahren
Das Verfahren
Das Steuern des Hybridantriebssystems10 wie in Verfahren
Im Betrieb kann eine entfernte Einrichtung, wie z.B. eine Fahrdienstleitung, Informationen gemäß einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung und damit die Höhen- und Geländeinformationen wie in Schritt
Zusätzlich kann das Steuergerät
In der Praxis liefert das Steuergerät
In einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kann das Steuergerät
Basierend auf der Funktionsweise des Hybridantriebssystems
In einer Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands der Erfindung kann das Hybridantriebssystem
Der Gegenstand der Erfindung kann auch die Verwendung von stufenloser Leistung während der gesamten Optimierungsplanung und der Umsetzung der Regelung ermöglichen. Bei einer herkömmlichen Lokomotive ist die Leistung typischerweise auf acht diskrete Stufen quantisiert. Moderne Lokomotiven können eine stufenlose Änderung der Leistung realisieren, die in die zuvor beschriebenen Optimierungsverfahren integriert werden kann. Mit stufenloser Leistung kann das Hybridantriebssystem
Der Gegenstand der Erfindung kann auch die Gleisdatenbank und die vorhergesagte Leistung nutzen, um die Lokomotivenleistung anzupassen, z. B. um sicherzustellen, dass der Zug bei der Annäherung an einen Hügel und/oder einen Tunnel eine ausreichende Geschwindigkeit aufweist. Dies könnte zum Beispiel als Geschwindigkeitsbeschränkung an einem bestimmten Ort ausgedrückt werden, die Teil des optimalen Plans wird. Darüber hinaus kann der Steueralgorithmus
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Steueralgorithmus
Züge mit dezentralen Leistungssystemen können in mehreren verschiedenen Modi betrieben werden. Ein Modus besteht darin, dass alle Lokomotiven im Zug mit dem gleichen Betriebspunktbefehl arbeiten. Wenn also die führende Lokomotive Fahren mit NS anordnet, werden alle Einheiten im Zug angewiesen, Leistung für Fahren mit NS zu erzeugen. Eine weitere Betriebsart ist die „unabhängige“ Steuerung. Bei dieser Betriebsart können über den Zug verteilte Lokomotiven oder Lokomotivgruppen mit unterschiedlichen Antriebs- oder Bremsleistungen betrieben werden. Wenn ein Zug beispielsweise einen Berggipfel erklimmt, können die führenden Lokomotiven (am Bergabhang) veranlasst werden zu bremsen, während die Lokomotiven in der Mitte oder am Ende des Zuges (an der Steigung des Bergs) antreiben können. Dies geschieht, um die Zugkräfte an den mechanischen Kupplungen, die die Waggons und Lokomotiven verbinden, zu minimieren. Herkömmlicherweise war es für den Betrieb des dezentralen Leistungssystems im „unabhängigen“ Modus erforderlich, dass der Fahrzeugführer jede ferne Lokomotive oder jede Gruppe von Lokomotiven manuell über ein Display in der führenden Lokomotive steuern musste. Unter Verwendung des physik-basierten Planungsmodells, der Informationen zur Zugkonfiguration, der bordeigenen Gleisdatenbank, den bordeigenen Betriebsvorschriften, des Standortbestimmungssystems, der Echtzeit-Leistungs-/Bremsregelung und der Sensorrückmeldung muss das System das dezentrale Leistungssystem automatisch im „unabhängigen“ Modus betreiben.Trains with decentralized power systems can be operated in several different modes. One mode is that all locomotives on the train work with the same operating point command. So if the leading locomotive orders driving with NS, all units on the train are instructed to generate power for driving with NS. Another operating mode is the "independent" control. In this operating mode, locomotives or locomotive groups distributed across the train can be used different drive or braking powers are operated. For example, when a train climbs a mountain peak, the leading locomotives (on the mountain slope) can be caused to brake, while the locomotives can drive in the middle or at the end of the train (on the slope of the mountain). This is done to minimize the tensile forces on the mechanical couplings that connect the wagons and locomotives. Traditionally, the operation of the decentralized power system in "independent" mode required the driver to manually control each remote locomotive or group of locomotives using a display in the leading locomotive. Using the physics-based planning model, train configuration information, on-board track database, on-board operating rules, location system, real-time power / brake control and sensor feedback, the system must automatically operate the decentralized power system in "independent" mode.
Beim Betrieb mit dezentraler Leistung kann der Fahrzeugführer in einer führenden Lokomotive die Betriebsfunktionen der fernen Lokomotiven in den fernen Verbänden über ein Steuerungssystem, wie z.B. ein dezentrales Leistungssteuerelement, steuern. So kann der Fahrzeugführer beim Betrieb mit dezentraler Leistung jeden Lokomotivverband anweisen, mit einer anderen Betriebspunktleistungsstufe zu arbeiten (oder ein Verband könnte sich im Fahrbetrieb und ein anderer im Bremsbetrieb befinden), wobei jede einzelne Lokomotive im Lokomotivverband mit der gleichen Betriebspunktleistung arbeitet. In einer beispielhaften Ausführungsform, bei der der Steueralgorithmus
Der Steueralgorithmus
In einer beispielhaften Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung kommuniziert der Steueralgorithmus
Bei einem beispielhaften Zug, der einen Verband-Manager nutzt, kann die führende Lokomotive in einem Zugverband mit einer anderen Betriebspunktleistungseinstellung arbeiten als andere Lokomotiven dieses Verbandes. Die anderen Lokomotiven im Verband arbeiten mit der gleichen Betriebspunktleistungseinstellung. Der Gegenstand der Erfindung kann in Verbindung mit dem Verband-Manager genutzt werden, um Betriebspunktleistungseinstellungen und Befehle für regeneratives Bremsen für die Lokomotiven im Verband zu fordern. So wird beruhend auf dem Gegenstand der Erfindung und als Beispiel, da der Verband-Manager einen Lokomotivenverband in zwei Gruppen teilt, nämlich die führende Lokomotive und die nachlaufende Einheiten, der führenden Lokomotive befohlen, mit einer bestimmten Betriebspunktleistung zu arbeiten, und den nachlaufenden Lokomotiven wird befohlen, mit einer anderen bestimmten Betriebspunktleistung zu arbeiten. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das dezentrale Leistungssteuerungselement das System und/oder die Vorrichtung sein, in dem diese Operation untergebracht ist.In an exemplary train using a train manager, the leading locomotive in a train set may operate with a different operating point power setting than other locomotives of that set. The other locomotives in the group work with the same operating point power setting. The subject of the invention can be used in conjunction with the Association Manager to request operating point power settings and commands for regenerative braking for the locomotives in the association. Thus, based on the subject matter of the invention and as an example, since the association manager divides a locomotive association into two groups, namely the leading locomotive and the trailing units, the leading locomotive is ordered to work with a certain operating point performance, and the trailing locomotives commanded to work with another particular operating point power. In an exemplary embodiment, the decentralized power control element may be the system and / or the device in which this operation is housed.
Ebenso kann bei der Verwendung eines Verband-Optimierers bei einem Lokomotivenverband der Steueralgorithmus
Außerdem kann der hier beschriebene Algorithmus zur Optimierung der Fahrt in einer Ausführungsform des Gegenstands der Erfindung den Motor für Zeiträume der Fahrt dazu zwingen, in weniger effizienten Modi zu arbeiten (wie z. B. eine Spitzenleistung des Verbrennungsmotors in Verbindung mit der Entnahme aus den Batterien). Dieser Betrieb kann dazu dienen, verlorene Zeit aufzuholen oder ein zusätzliches Beschleunigungsvermögen zu schaffen, das von den Verbrennungsmotoren allein nicht erreicht werden kann. In solchen Ausführungsformen kann es zwar zu kurzen Perioden mit verminderter Effizienz kommen, die Gesamteffizienz wird jedoch verbessert, da der Fahrt-Optimierer die kombinierten Effizienzen während der geplanten Fahrt voll berücksichtigt. In addition, the driving optimization algorithm described herein, in one embodiment of the subject of the invention, may force the motor to operate in less efficient modes (such as peak performance of the engine in connection with removal from the batteries) for periods of the drive ). This operation can serve to make up for lost time or to create an additional acceleration capability that cannot be achieved by internal combustion engines alone. In such embodiments, there may be short periods with reduced efficiency, but the overall efficiency is improved because the trip optimizer takes full account of the combined efficiencies during the planned trip.
Darüber hinaus kann der Steueralgorithmus, wie bereits erläutert, für kontinuierliche Korrekturen und Überarbeitungen eines bestehenden Beförderungsplans oder für die komplette Neuplanung im Hinblick darauf verwendet werden, wann der Zugverband welche Leistungsquelle nutzt, beruhend auf anstehenden interessierenden Dingen, wie z. B., aber nicht nur, Bahnübergänge, Steigungsänderungen, herannahende Gleisanschlüsse, sich nähernde Betriebshöfe und sich nähernde Tankstellen, wo jede Lokomotive im Verband eine andere Bremsoption erfordern kann. Wenn der Zug beispielsweise über einen Hügel kommt (in größerer Höhe und normalerweise bei niedrigerer Temperatur, mit möglichen Ausnahmen), kann die führende Lokomotive mit Leistung aus den Batterien versorgt werden, während die fernen Lokomotiven, die den Gipfel des Hügels noch nicht erreicht haben, in motorbetriebenen Zustand bleiben müssen und mit Leistung aus dem Motor versorgt werden müssen.In addition, the control algorithm, as already explained, can be used for continuous corrections and revisions of an existing transport plan or for the complete rescheduling with regard to when the train association uses which power source, based on pending things of interest, such as. B., but not only, level crossings, slope changes, approaching rail connections, approaching depots and approaching petrol stations, where each locomotive in the group may require a different braking option. For example, if the train comes over a hill (at a higher altitude and usually at a lower temperature, with possible exceptions), the leading locomotive can be powered by batteries, while the distant locomotives that have not yet reached the top of the hill, must remain in an engine-operated condition and must be supplied with power from the engine.
Ein technischer Beitrag zu dem offenbarten Verfahren und der offenbarten Vorrichtung besteht darin, dass er einen Computer, der so konfiguriert ist, dass er ein Hybridantriebssystem betreibt und auf ein Navigationsdatenbanksystem zugreift, sowie ein Verfahren zur Nutzung des Systems vorsieht.A technical contribution to the disclosed method and apparatus is that it provides a computer configured to operate a hybrid drive system and access a navigation database system and a method of using the system.
Nach einem Aspekt des Gegenstands der Erfindung umfasst ein System zur Steuerung eines Hybridantriebssystems einen Computer, der so programmiert ist, dass er Höhen- und Geländeinformationen erhält, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zugeordnet sind. Der Computer ist ferner so programmiert, dass er einen Leistungsbedarf und einen Drehmomentbedarf bestimmt, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, dass er einen Beförderungsplan erstellt, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern zu steuern, um in dem Hybridantriebssystem eine stabile Verbrennung bei niedriger Temperatur zu ermöglichen, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und dass er mindestens eines aus: erster Energiequelle und/oder zweiter Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans bevorzugt auswählt, um mindestens eines aus: Leistungsbedarf und Drehmomentbedarf des Hybridantriebssystems zu liefern.In one aspect of the subject matter of the invention, a system for controlling a hybrid drive system includes a computer that is programmed to receive altitude and terrain information associated with a predetermined route for the hybrid drive system that includes a first energy source and a second energy source . The computer is also programmed to determine a power requirement and a torque requirement associated with the altitude and terrain along the predetermined route of the hybrid drive system, to create a transportation plan to control at least one of several performance parameters to operate in the hybrid drive system enable stable combustion at low temperature when the hybrid propulsion system is traveling along the predetermined route and that it preferably selects at least one of: first energy source and / or second energy source based on the transportation plan to at least one of: power requirement and torque requirement of the Deliver hybrid drive system.
Nach einem anderen Aspekt des Gegenstands der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebssystems das Erhalten von Höhen- und Geländeinformationen einer vorgegebenen Route, die von dem Hybridantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zurückzulegen ist. Das Verfahren umfasst auch das Bestimmen eines Leistungsbedarfs und eines Drehmomentbedarfs, die der Höhe und dem Gelände entlang der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind, das Erstellen eines Beförderungsplans, der mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern optimiert und eine stabile Niedertemperaturverbrennung in dem Hybridantriebssystem ermöglicht, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und das bevorzugte Wählen mindestens eines aus: erster Energiequelle und zweiter Energiequelle beruhend auf dem Beförderungsplan, um mindestens eines von Leistungsbedarf und Drehmomentbedarf des zu liefern.According to another aspect of the subject matter of the invention, a method for controlling a hybrid drive system comprises obtaining altitude and terrain information of a predetermined route that has to be covered by the hybrid drive system, which comprises a first energy source and a second energy source. The method also includes determining a power requirement and a torque requirement associated with the altitude and terrain along the predetermined route of the hybrid drive system, creating a transportation plan that optimizes at least one of several performance parameters and enables stable, low temperature combustion in the hybrid drive system when appropriate the hybrid drive system moves along the predetermined route, and the preferred selection of at least one of: first energy source and second energy source based on the transportation schedule to provide at least one of the power and torque requirements of the.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt des Gegenstands der Erfindung umfasst ein Hybridantriebssystem eine Hybrid-Leistungsquelle, um Leistung zum Antrieb des Antriebssystems über eine Leistungsübertragungsleitung bereitzustellen, wobei die Hybrid-Leistungsquelle einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfasst, wobei der Verbrennungsmotor mit der Leistungsübertragungsleitung, einer Batteriebank, die mit dem Elektromotor gekoppelt ist, einer Wahlvorrichtung und einem Computer gekoppelt ist. Die Wahlvorrichtung ist so angeordnet, dass der Elektromotor selektiv an die Leistungsübertragungsleitung gekoppelt ist. Der Computer ist so konfiguriert, dass er Höhen- und Geländeinformationen erhält, die einer vorgegebenen Route für das Hybridantriebssystem, das eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle umfasst, zugeordnet sind, und dass er einen Leistungsbedarf und einen Drehmomentbedarf bestimmt, die der vorgegebenen Route des Hybridantriebssystems zugeordnet sind. Der Computer ist ferner so programmiert, dass er einen Beförderungsplan erstellt, um mindestens einen von mehreren Leistungsverhaltensparametern zu steuern und in dem Hybridantriebssystem eine stabile Verbrennung bei niedriger Temperatur zu ermöglichen, wenn sich das Hybridantriebssystem entlang der vorgegebenen Route fortbewegt, und dass er mindestens eines aus: erster Energiequelle und zweiter Energiequelle auf der Grundlage des Beförderungsplans bevorzugt auswählt, um mindestens eines aus: Leistungsbedarf und Drehmomentbedarf zu liefern.According to yet another aspect of the subject matter of the invention, a hybrid drive system comprises a hybrid power source to provide power for driving the drive system via a power transmission line, the hybrid power source comprising an internal combustion engine and an electric motor, the internal combustion engine having the power transmission line, a battery bank, which is coupled to the electric motor, a voting device and a computer. The selector is arranged so that the electric motor is selectively coupled to the power transmission line. The computer is configured to receive elevation and terrain information associated with a predetermined route for the hybrid drive system, which includes a first energy source and a second energy source, and to determine a power requirement and a torque requirement corresponding to the predetermined route of the Hybrid drive system are assigned. The computer is also programmed to create a transportation plan to control at least one of several performance parameters and to enable stable, low-temperature combustion in the hybrid drive system as the hybrid drive system travels along the predetermined route and to at least one out : preferably selects the first energy source and the second energy source based on the transportation plan to deliver at least one of: power and torque requirements.
Während der Gegenstand der Erfindung in Verbindung mit nur einer begrenzten Anzahl von Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, sollte es leicht nachvollziehbar sein, dass der Gegenstand der Erfindung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr kann der Gegenstand der Erfindung modifiziert werden, um eine beliebige Anzahl von Varianten, Änderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber dem Wesen und dem Umfang des Gegenstands der Erfindung entsprechen, aufzunehmen. Darüber hinaus sind zwar verschiedene Ausführungsformen des Gegenstands der Erfindung beschrieben worden, es versteht sich jedoch, dass Aspekte des Gegenstands der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Der Gegenstand der Erfindung wird demnach nicht durch die vorstehende Beschreibung, sondern nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.While the subject matter of the invention has been described in detail in connection with only a limited number of embodiments, it should be readily understood that the subject matter of the invention is not limited to such disclosed embodiments. Rather, the subject matter of the invention may be modified to incorporate any number of variations, changes, substitutions, or equivalent arrangements that have not previously been described, but which correspond to the nature and scope of the subject matter of the invention. In addition, while various embodiments of the subject matter of the invention have been described, it should be understood that aspects of the subject matter of the invention may include only some of the described embodiments. The object of the invention is therefore not limited by the above description, but only by the scope of the appended claims.
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