DE19535122C1 - Data calculation method for control of rail-bound traffic - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Daten zur Regelung der Fahrt von spurge bundenen Fahrzeugen.The invention relates to a method for determining data for regulating the travel of spurge tied vehicles.
Bei der Regelung von spurgebundenen Fahrzeugen und Netzen spurgebundener Fahrzeuge ist die schnelle und hinreichend ge naue Berechnung des fahrdynamischen Verhaltens der einzelnen Fahrzeuge ein zentrales Problem.When controlling track-bound vehicles and networks track-bound vehicles is quick and adequate accurate calculation of the driving dynamics behavior of the individual Vehicles a key problem.
Dabei muß das fahrdynamische Verhalten, möglicherweise inklu sive des Energiebedarfs der einzelnen spurgebundenen Fahrzeu ge, vorausberechnet werden, um sowohl im energetischen als auch im zeitlichen Sinne optimale Fahrkurven berechnen zu können. Insbesondere ist dies bei automatischen Fahrzeugen unter sicherheitstechnischem Aspekt wichtig, also beispiels weise die Ermittlung des Bremsweges oder auch Ermittlung von Daten für zielgenaues Bremsen.The dynamic behavior, possibly incl sive of the energy requirements of the individual track-bound vehicles ge, are calculated in advance in both energetic and also calculate optimal driving curves in terms of time can. This is particularly the case with automatic vehicles important from a safety point of view, for example as the determination of the braking distance or determination of Data for precise braking.
Es ist bekannt, die von den spurgebundenen Fahrzeugen befah rene Strecke zu stückeln und für jedes Teilstück der zu be fahrenden Strecke die Bewegung des spurgebundenen Fahrzeugs mit der Annahme konstanter Beschleunigung zu linearisieren. Anschließend werden sukzessive entlang der zu befahrenden Strecke die Bewegungsdaten berechnet (Wende, Fahrdynamik, transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin, 2. Auflage, ISBN 3-344-00363-1, 1990, S. 15 bis 17).It is known that commanded by the track-bound vehicles segment and to be used for each section moving route the movement of the track-bound vehicle linearize with the assumption of constant acceleration. Then successively along the to be driven Route calculates the movement data (turning, driving dynamics, transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin, 2nd edition, ISBN 3-344-00363-1, 1990, pp. 15 to 17).
Das Verfahren führt zu hohen Rechenzeiten, was einen erhebli chen Nachteil des beschriebenen Verfahrens darstellt. Des weiteren liegt ein Nachteil dieses Verfahrens darin, daß sich Anfangsfehler bei der Datenermittlung auf die Fehler bei der Ermittlung der Bewegungsdaten bei entfernter liegenden Strec kenabschnitten auswirken, wodurch sich die Fehler akkumulie ren.The process leads to high computing times, which is quite a challenge Chen disadvantage of the method described. Of another disadvantage of this method is that Initial errors in the data acquisition on the errors in the Determination of the movement data with a distant distance ken sections affect, which accumulates the error ren.
Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren anzu geben, mit dem Bewegungsdaten zur Regelung von spurgebundenen Fahrzeugen ermittelt werden, wobei die Ermittlung der Daten schneller durchführbar sein soll, als es mit dem bekannten Verfahren möglich ist.The invention is based on the problem of starting a method with which movement data for the control of track-bound Vehicles are determined, the determination of the data should be feasible faster than with the known Procedure is possible.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Beschleunigung abhängig von der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges gemessen. Anhand dieser Bewegungsdifferentialgleichung wird das Ge schwindigkeitsverhalten abhängig von der Zeit bestimmt. Dar aus werden alle weiteren Bewegungsgleichungen, z. B. die Be schleunigung, abhängig von der Zeit oder auch der zurückge legte Weg abhängig von der Zeit, bestimmt.In the method according to the invention, the acceleration measured depending on the speed of a vehicle. Using this differential motion equation, the Ge speed behavior determined depending on the time. Dar from all other equations of motion, z. B. the Be acceleration, depending on the time or the return put away depending on the time, determined.
Diese Gleichungen werden für jedes spurgebundene Fahrzeug nur einmal gelöst.These equations are only for each track-bound vehicle solved once.
Änderungen, die z. B. durch Änderungen der Fahrbahnstrecke oder durch Änderung der Masse des Fahrzeugs, z. B. durch Zu ladung oder durch Aufnahme von Passagieren, verursacht wer den, werden in Approximationsfaktoren berücksichtigt und zu sammengefaßt. Die Approximationsfaktoren sind leicht bestimm bar, und werden jeweils für beliebig klein wählbare Geschwin digkeitsintervalle oder auch für mehrere Geschwindigkeitsin tervalle bestimmt. Für wählbare Teile der Geschwindigkeitsin tervalle wird nun der Approximationsfaktor mit den ursprüng lich bestimmten Bewegungsgleichungen verknüpft, so daß eine approximierte Bewegungsgleichung entsteht. Die approximierten Bewegungsgleichungen nähern die "Normallösung" unter Berück sichtigung der im vorigen dargestellten Änderungen sehr gut an.Changes, e.g. B. by changes in the roadway or by changing the mass of the vehicle, e.g. B. by Zu cargo or by taking passengers, who caused are taken into account in approximation factors and to summarized. The approximation factors are easy to determine bar, and are each for arbitrarily small selectable speed intervals or for several speeds tervalle determined. For selectable parts of the speed The approximation factor with the original Lich certain equations of motion linked so that a approximated equation of motion arises. The approximated Equations of motion approximate the "normal solution" very good observation of the changes described above on.
Daraus ist ersichtlich, daß in dem Verfahren vor allem der Vorteil zu sehen ist, daß eine die Änderungen des Fahrverhal tens berücksichtigende, sehr gut approximierende Lösung sehr schnell ermittelt werden kann und somit eine schnelle und verläßliche Regelung der Fahrzeuge ermöglicht wird. It can be seen from this that, above all, in the process The advantage to be seen is that the changes in driving behavior Very considerate, very approximating solution can be determined quickly and thus a quick and reliable regulation of the vehicles is made possible.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further developments of the invention result from the dependent Claims.
In den Figuren sind einige typische Ausführungsbeispiele dar gestellt und werden im weiteren näher beschrieben.Some typical exemplary embodiments are shown in the figures and are described in more detail below.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einzelne Verfahrens schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens be schreibt; Fig. 1 shows a flowchart that writes individual process steps of the inventive method;
Fig. 2 zeigt eine Skizze, in der die verschiedenen Mög lichkeiten zur Bildung der im weiteren beschriebe nen Approximationsintegrale dargestellt sind; Fig. 2 shows a sketch in which the various possibilities for forming the approximation integrals described below are shown;
Fig. 3 eine Skizze, in der verschiedene Möglichkeiten zur Bildung der Approximationsfaktoren dargestellt sind. Fig. 3 is a sketch in which different possibilities for forming the approximation factors are shown.
Anhand der Fig. 1 bis 3 wird das Verfahren weiter erläu tert.Referring to Figs. 1 to 3, the method is further tert erläu.
In Fig. 1 ist in Form eines Ablaufdiagramms das Verfahren in seinen einzelnen Verfahrensschritten dargestellt.In Fig. 1 in the form of a flowchart of the method is shown in its individual method steps.
In einem ersten Schritt 1 werden für spurgebundene Fahrzeuge Fi Bewegungsgrößen ai(v) ermittelt. Ein erster Index i be zeichnet hierbei jeweils einen Fahrzeugtyp mit gleichen Fahreigenschaften eindeutig. Der Index i ist eine beliebige natürliche Zahl.In a first step 1, movement variables a i (v) are determined for track-bound vehicles F i . A first index i clearly identifies a vehicle type with the same driving characteristics. The index i is an arbitrary natural number.
Es werden also die Bewegungsgrößen ai(v), die jeweils das Be schleunigungsverhalten der spurgebundenen Fahrzeuge Fi abhän gig von allen möglichen Geschwindigkeiten vi der verschiede nen spurgebundenen Fahrzeuge Fi beschreiben, gemessen. The movement variables a i (v), which each describe the acceleration behavior of the track-bound vehicles F i depending on all possible speeds v i of the various track-bound vehicles F i , are measured.
Dies geschieht üblicherweise anhand der Untersuchung eines leeren, also unbeladenen spurgebundenen Fahrzeugs Fi auf ebe ner, gerader, windstiller Strecke unter Berücksichtigung da bei auftretender Fahrwiderstände.This is usually done on the basis of the examination of an empty, that is to say unladen, track-bound vehicle F i on a flat, straight, windless route, taking into account any driving resistance that occurs.
Die Berücksichtigung weiterer Widerstände, wie beispielsweise die Neigung der Strecke oder die Zuladung, erfolgt, wie im weiteren beschrieben wird, in weiteren Schritten.The consideration of further resistances, such as the inclination of the route or the payload takes place as in further described in further steps.
Zur Bestimmung von Geschwindigkeiten vi(t) der einzelnen spurgebundenen Fahrzeuge Fi, abhängig von einer Zeit t, wer den BewegungsdifferentialgleichungenTo determine speeds v i (t) of the individual track-bound vehicles F i , depending on a time t, who the motion differential equations
i(t) = ai(v) i (t) = a i (v)
der einzelnen spurgebundenen Fahrzeuge Fi gelöst (Schritt 2).of the individual track-bound vehicles F i solved (step 2).
Als Ergebnis erhält man die Abhängigkeit der Geschwindigkei ten vi(t) der spurgebundenen Fahrzeuge Fi von der Zeit t, al so den Geschwindigkeitsverlauf des jeweiligen spurgebundenen Fahrzeugs Fi bei einem Start des spurgebundenen Fahrzeugs Fi mit einer Anfangsgeschwindigkeit v₀ = 0 zu einer Anfangszeit t₀ = 0.As a result, the dependence of the speed v i (t) of the track-bound vehicles F i on the time t is obtained, thus the speed curve of the respective track-bound vehicle F i at a start of the track-bound vehicle F i with an initial speed v₀ = 0 to one Start time t₀ = 0.
Die ermittelten Geschwindigkeiten vi(t) der spurgebundenen Fahrzeuge Fi werden in einem Speicher eines Rechners gespei chert (Schritt 3).The determined speeds v i (t) of the track-bound vehicles F i are stored in a memory of a computer (step 3).
Aus diesen Geschwindigkeiten vi(t) können weitere Bewegungs gleichungen ermittelt werden, beispielsweise durch Differen tiation der Geschwindigkeiten vi(t) eine Beschleunigung ai(t) des jeweiligen spurgebundenen Fahrzeugs Fi abhängig von der Zeit t bei Start des spurgebundenen Fahrzeugs Fi mit der An fangsgeschwindigkeit v₀ = 0 zu dem Anfangszeitpunkt t₀ = 0. From these speeds v i (t), further equations of motion can be determined, for example by differentiating the speeds v i (t) an acceleration a i (t) of the respective track-bound vehicle F i depending on the time t when the track-bound vehicle F starts i with the initial speed v₀ = 0 at the initial time t₀ = 0.
Die Ermittlung der weiteren Bewegungsgleichungen geschieht abhängig von der Information, die zur Regelung der spurgebun denen Fahrzeuge Fi jeweils benötigt wird und ist von Fall zu Fall unterschiedlich.The determination of the further equations of motion takes place as a function of the information required to control the track-bound vehicles F i and is different from case to case.
Weitere Bewegungsgleichungen, wie die Abhängigkeit des Weges si(t) von der Zeit t bei Start der spurgebundenen Fahrzeuge Fi mit der Anfangsgeschwindigkeit v₀ = 0 zu dem Anfangszeit punkt t₀ = 0 sind ebenfalls zu berechnen. Eine weitere Bewe gungsgleichung stellt die Abhängigkeit des Weges si(v) von den Geschwindigkeiten vi dar, also den Beschleunigungsweg des spurgebundenen Fahrzeugs Fi, der für eine Beschleunigung von einer Anfangsbeschleunigung a₀ = 0 zu der jeweiligen Ge schwindigkeit vi benötigt wird.Further equations of motion, such as the dependence of the path s i (t) on the time t at the start of the track-bound vehicles F i with the initial speed v₀ = 0 at the starting point t₀ = 0, are also to be calculated. Another equation of motion represents the dependence of the path s i (v) on the speeds v i , i.e. the acceleration path of the track-bound vehicle F i , which is required for an acceleration from an initial acceleration a₀ = 0 to the respective speed v i .
Auch die Beschleunigungszeit t₁(v), die für die Beschleuni gung der spurgebundenen Fahrzeuge F₁ von einer Anfangsge schwindigkeit v₀ = 0 nach der jeweiligen Geschwindigkeit v₁ benötigt wird, stellt eine solche Bewegungsgleichung dar.The acceleration time t 1 (v), which is for the acceleration supply of track-bound vehicles F₁ from an initial ge speed v₀ = 0 according to the respective speed v₁ such an equation of motion is required.
Die Bewegungsdifferentialgleichungen a₁(v) sind beispielswei se in Form von n Stützpunkten gegeben. Diese Stützpunkte bil den Geschwindigkeitsintervalle [vÿ, vÿ+1], die bestimmt werden entsprechend der benötigten Genauigkeit der Approxima tion (Schritt 4), wie dies im weiteren beschrieben wird.The differential equations of motion a 1 (v) are, for example, given in the form of n bases. These interpolation points form the speed intervals [v ÿ , v ÿ + 1 ], which are determined in accordance with the required accuracy of the approximation (step 4), as will be described below.
Hierbei bezeichnet wiederum der erste Index i den jeweiligen Fahrzeugtyp Fi und ein zweiter Index j bezeichnet jeweils ei nen Polygonzug, also ein Geschwindigkeitsintervall eindeutig. Die Polygonzüge in dem jeweiligen Geschwindigkeitsintervall haben die Form cÿ·vi+dj, sind also linear. Die Konstanten cj und dj sind allgemeine Konstanten zur Lösung von Differenti algleichungen.Here again, the first index i designates the respective vehicle type F i and a second index j designates a polygon, ie a speed interval unambiguously. The polygons in the respective speed interval have the form c ÿ · v i + d j , so they are linear. The constants c j and d j are general constants for solving differential equations.
Weiterhin können die Bewegungsdifferentialgleichungen ai(v) nicht nur in Polygonzügen, sondern auch in Form einer expli ziten Funktion dargestellt werden oder in Form von sogenann ten Splines, also in Form von quadratischen Polynomen, die eine Glättung der Bewegungsdifferentialgleichungen ai(v) an den n Stützpunkten ermöglichen.Furthermore, the motion differential equations a i (v) can be represented not only in polygon lines, but also in the form of an explicit function or in the form of so-called splines, i.e. in the form of quadratic polynomials, which smooth the motion differential equations a i (v) enable the n bases.
Im folgenden wird jedoch das Ausführungsbeispiel nur anhand von Geschwindigkeitsintervallen, die in Polygonzügen darge stellt werden, weiter erläutert. Die weiteren Schritte des Verfahrens können jedoch auch bei Verwendung von Splines zur Darstellung der Bewegungsdifferentialgleichungen ai(v) oder einer expliziten Darstellung unverändert durchgeführt werden.In the following, however, the exemplary embodiment is only further explained on the basis of speed intervals which are represented in polygon lines. However, the further steps of the method can also be carried out unchanged when using splines to represent the differential motion equations a i (v) or an explicit representation.
In der folgenden Herleitung wird der erste Index i weggelas sen, da die Lösung anhand nur eines spurgebundenen Fahrzeuges Fi erläutert wird. Dadurch wird selbstverständlich die Allge meingültigkeit der folgenden Formeln in keinster Weise einge schränkt.In the following derivation, the first index i is omitted, since the solution is explained using only one track-bound vehicle F i . Of course, this does not limit the general validity of the following formulas in any way.
Für den Fall, daß die Konstante cj ungleich 0 ist, lautet die Lösung der Bewegungsdifferentialgleichung a(v):In the event that the constant c j is not equal to 0, the solution to the motion differential equation a (v) is:
Daraus ergibt sich durch einfache Integration, Differentiati on oder durch Einsetzen von Bewegungsgleichungen ineinander für die weiteren Bewegungsgleichungen:This results from simple integration, differentiati on or by inserting equations of motion into each other for the other equations of motion:
Die Bewegungsgleichung v(s) kann nicht explizit dargestellt werden, sondern muß numerisch aus der Bewegungsgleichung s(v) ermittelt werden. Anwendbar hierfür ist beispielsweise das Newton-Verfahren, das in (J. Stoer, R. Bulirsch, Introduction to Numerical Analysis, Springer Verlag, ISBN 0-387-90420-4, S. 244-252, 1980) . Weitere mögliche Verfahren sind in dieser Literaturstelle ebenso angegeben.The equation of motion v (s) cannot be shown explicitly must be numerically from the equation of motion s (v) be determined. For example, this is applicable Newton method described in (J. Stoer, R. Bulirsch, Introduction to Numerical Analysis, Springer Verlag, ISBN 0-387-90420-4, Pp. 244-252, 1980). Other possible procedures are in this Literature also given.
Die Konstanten kj¹ und kj² werden sukzessive aus den Anfangs werten bestimmt:The constants k j ¹ and k j ² are successively determined from the initial values:
mitWith
t₀ = 0; s₀ = 0; tj = t(vj); sj = (tj).t₀ = 0; s₀ = 0; t j = t (v j ); s j = (t j ).
Hierbei sind die Zeitpunkte tj jeweils die Zeitpunkte, in de nen das spurgebundene Fahrzeug die Geschwindigkeit vj er reicht. Dies geschieht an einer Stelle sj.Here, the times t j are the times at which the track-bound vehicle reaches the speed v j . This happens at a point s j .
Wenn die Konstante cj gleich 0 ist, ergibt sich eine andere Lösung für die Bewegungsgleichungen:If the constant c j is 0, there is another solution for the equations of motion:
Die Konstanten kj³ und kj⁴ werden wiederum sukzessive aus den Anfangswerten auf folgende Weise bestimmt:The constants k j ³ and k j ⁴ are again successively determined from the initial values in the following way:
Die Gesamtbewegungsgleichungen setzen sich dann aus den Lö sungen der Bewegungsgleichungen in den jeweiligen Geschwin digkeitsintervallen zusammen.The total equations of motion then consist of the Lö solutions of the equations of motion in the respective speeds intervals.
Dieses im vorigen beschriebene Verfahren muß nur einmal für jede Bewegungsgröße ai(v) eines spurgebundenen Fahrzeuges Fi ermittelt werden. Da diese im vorigen beschriebenen Lösungs verfahren sehr aufwendig sind, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es im weiteren beschrieben wird, das Verfahren sehr schnell durchgeführt werden, da immer auf die im vorigen ermittelten Größen, die in einem Speicher des das Verfahren durchführenden Rechners abgespeichert werden (Schritt 3), zu rückgegriffen werden kann.This method described in the above only has to be determined once for each movement quantity a i (v) of a track-bound vehicle F i . Since these methods are very complex in the solution described above, the method according to the invention, as will be described in the following, enables the method to be carried out very quickly, since it is always based on the variables determined in the above that are stored in a memory of the computer performing the method can be used (step 3).
Wenn sich das tatsächliche Fahrverhalten der spurgebundenen Fahrzeuge Fi verändert, wird diese Veränderung durch Ermitt lung von Approximationsfaktoren pi berücksichtigt. Wenn die Approximationsfaktoren pi genau genug ermittelt werden, so daß sie die tatsächlichen Änderungen genügend gut nachbilden, so kann das jeweils eigentlich immer wieder notwendige neue Lösen der Bewegungsdifferentialgleichungen vermieden werden.If the actual driving behavior of the track-bound vehicles F i changes, this change is taken into account by determining approximation factors p i . If the approximation factors p i are determined with sufficient accuracy so that they reproduce the actual changes sufficiently well, then the new solution of the motion differential equations, which is actually always necessary, can be avoided.
Dies ist einsichtig, da, wenn beispielsweise die Geschwindig keiten vi(t) Lösungen der Bewegungsdifferentialgleichungen dvi/dt = ai(v) ist, dann sind offenbar vi(t, pi): = vi(t · pi) Lösungen der Bewegungsdifferentialgleichungen dvi/dt = pi · ai(v). Diese sind unabhängig von der speziellen Form der Be wegungsdifferentialgleichungen ai(v).This is understandable because if, for example, the speed v i (t) is a solution to the motion differential equations dv i / dt = a i (v), then obviously v i (t, p i ): = v i (t · p i) Solutions of the motion differential equations dv i / dt = p i · a i (v). These are independent of the special form of the motion differential equations a i (v).
Weiterhin gilt dann in diesem Fall für die weiteren Bewe gungsgleichungen folgendes:In this case, further motions continue to apply equations the following:
ai (t,pi) = pi · ai (t · pi)a i (t, p i ) = p ia i (tp i )
vi (si,pi) = vi (si · pi)v i (s i , p i ) = v i (s i · p i )
Dieser bisher betrachtete "globale Approximationsfaktor pi" wird natürlich bei Betrachtung jeweils von Geschwindigkeits- Intervallen [vil, vil+1] zu Approximationsfaktoren pil, die jeweils für jedes Geschwindigkeitsapproximationsintervall [vil, vil+1] neu berechnet werden.This previously considered "global approximation factor p i" is, of course, when considering each of speed intervals [v il, il v + 1] p il to Approximationsfaktoren that are [v il, il v + 1] respectively for each Geschwindigkeitsapproximationsintervall recalculated.
Die Approximationsfaktoren pil werden also jeweils für frei wählbare Geschwindigkeitsapproximationsintervalle [vil, vil+1] ermittelt werden. Die Geschwindigkeitsapproximations intervalle [vil, vil+1] brauchen nicht mit den im vorigen be schriebenen Geschwindigkeitsintervallen [vÿ, vÿ+1] zusammen zupassen. Sie können sich in beliebiger Weise voneinander un terscheiden und überlappen.The approximation factors p il will therefore be determined for freely selectable speed approximation intervals [v il , v il + 1 ]. The speed approximation intervals [v il , v il + 1 ] do not have to match the speed intervals [v ÿ , v ÿ + 1 ] described above. They can differ from one another and overlap in any way.
Ein Index l ist hierbei eine beliebige natürliche Zahl und bezeichnet jedes Geschwindigkeitsapproximationsintervall [vil, vil+1] eindeutig.An index l is an arbitrary natural number and uniquely identifies each speed approximation interval [v il , v il + 1 ].
Es werden die Approximationsfaktoren pil gebildet, die bei einer Änderung der Bewegungsgrößen ai(v) in Bewegungsgrößen ail1(v) in der Weise die tatsächliche Änderung der Bewegungs größen ai(v) approximieren, daß gilt:There are the Approximationsfaktoren p il formed which approximate the actual change with a change in movement variables a i (v) in a movement variables IL1 (v) in the manner of the motion parameters a i (v), that:
pil · ai(v) ≈ ail1(v) in dem jeweiligen Geschwindigkeits approximationsintervall [vil, vil+1].p il · a i (v) ≈ a il1 (v) in the respective speed approximation interval [v il , v il + 1 ].
Das Geschwindigkeitsapproximationsintervall [vil, vil+1] kann je nach benötigter Güte der Approximation immer weiter unter teilt werden. Damit gewinnt man expliziten Zugang zu den in teressierenden fahrdynamischen Größen und ist nicht auf ite rative Approximationen angewiesen. Je kleiner die Geschwin digkeitsapproximationsintervalle [vil, vil+1] gewählt werden, um so genauer wird natürlich die Approximation. Allerdings steigt damit auch der Rechenzeitbedarf der zur Ermittlung der Approximation benötigten Rechner.The speed approximation interval [v il , v il + 1 ] can be subdivided depending on the required quality of the approximation. This gives you explicit access to the interesting vehicle dynamics and does not rely on iterative approximations. The smaller the speed approximation intervals [v il , v il + 1 ] are selected, the more accurate the approximation will of course be. However, this also increases the computing time required for the computers required to determine the approximation.
Es werden unterschiedliche Möglichkeiten zur Bildung der Approximationsfaktoren pil in verschiedenen Varianten des Ausführungsbeispiels verwendet.Different possibilities for forming the approximation factors p il are used in different variants of the exemplary embodiment.
Eine erste Möglichkeit besteht darin, daß die Approximations faktoren pil so gebildet werden, daß die jeweilige durch schnittliche Beschleunigung in dem Geschwindigkeitsapproxima tionsintervall [vil, vil+1] gleichbleibt (siehe dazu Fig. 3, 31, 32) . Dies ist äquivalent damit, daß gilt:A first possibility is that the approximation factors p il are formed in such a way that the respective average acceleration in the speed approximation interval [v il , v il + 1 ] remains the same (see FIGS. 3, 31, 32). This is equivalent to the following:
Hierbei bezeichnet der Term ail1(vi) tatsächliche Bewegungs größen in dem jeweiligen Geschwindigkeitsapproximationsinter vall [vil, vil+1], die sich von den Bewegungsgrößen (ai(vi)) in folgender Weise unterscheiden:The term a il1 (v i ) denotes actual movement variables in the respective speed approximation interval vall [v il , v il + 1 ], which differ from the movement variables (a i (v i )) in the following way:
ail1(vi) = fi(vi) * ai(vi) + qi(vi),a il1 (v i ) = f i (v i ) * a i (v i ) + q i (v i ),
wobei die Größen fi(vi) und qi(vi) abhängig sind von physika lischen Größen jeweils in dem Geschwindigkeitsapproximations- Intervall [vil, vil+1], die Einfluß haben auf ein verändertes Beschleunigungsverhalten der spurgebundenen Fahrzeuge Fi.the quantities f i (v i ) and q i (v i ) are dependent on physical quantities in each case in the speed approximation interval [v il , v il + 1 ], which have an influence on a changed acceleration behavior of the track-bound vehicles F i .
In diesem besonderen Fall ist fi(vi) als konstant angenommen und mit fi bezeichnet.In this particular case, f i (v i ) is assumed to be constant and is designated f i .
In diesem Fall können mit Schritt 7 die Approximationsfakto ren pil auf folgende Weise ermittelt werden (siehe 5, 7, 21, 31):In this case, step 7 can be used to determine the approximation factors p il in the following way (see 5, 7, 21, 31):
Kann insbesondere das Polynom qi(vi) durch eine lineare Nähe rung gebildet werden, gilt alsoIn particular, the polynomial q i (v i ) can be formed by a linear approximation
qi(vi) = b₁vi + b₂,q i (v i ) = b₁v i + b₂,
wobei wiederum Konstanten b₁ und b₂ jeweils die Änderungen des Beschleunigungsverhaltens des jeweiligen spurgebundenen Fahrzeugs Fi beschreiben. Für diesen Fall vereinfacht sich die Bildung der Approximationsfaktoren pil zu:where again constants b₁ and b₂ each describe the changes in the acceleration behavior of the respective track-bound vehicle F i . In this case, the formation of the approximation factors p il is simplified to:
Für den besonders bei Streckenneigungen oder bei Veränderun gen des Gewichts der spurgebundenen Fahrzeuge Fi vorkommen den, sehr einfachen Fall ist das Polynom qi(vi) = K kon stant.The polynomial q i (v i ) = K is constant for the very simple case that occurs particularly in the case of track inclinations or changes in the weight of the track-bound vehicles F i .
Die Konstante K ist ebenfalls jeweils von der Applikation ab hängig. Für diesen Fall kann die Bildung der Approximations faktoren pil vereinfacht werden zu:The constant K also depends on the application. In this case, the formation of the approximation factors p il can be simplified to:
In allen obigen Gleichungen auftauchende Approximationsinte grale AIil Approximation ink grale AI il appearing in all the above equations
können jeweils, da sie nicht von den Änderungen direkt abhän gig sind, im voraus berechnet werden und, beispielsweise ta bellarisch, im Schritt 6 abgespeichert werden für die An fangsgeschwindigkeit v₀ = 0 und jeweils fest bestimmte Ge schwindigkeiten vi.can each, since they are not directly dependent on the changes, be calculated in advance and, for example, in table form, can be stored in step 6 for the initial speed v₀ = 0 and in each case specific speeds v i .
Dadurch wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah rens noch weiter beschleunigt.As a result, the method according to the invention is carried out rens accelerated even further.
Die speziellen Werte für das Polynom qi(vi) und den Faktor fi sind abhängig von den jeweiligen Ursachen der Änderungen des Beschleunigungsverhaltens der einzelnen spurgebundenen Fahr zeuge Fi und sind beispielsweise beschrieben in (Wende, Fahr dynamik, transpress VEB Verlag für Verkehrswesen, Berlin, 2. Auflage, ISBN 3-344-00363-1, 1990, S. 31 bis 56).The special values for the polynomial q i (v i ) and the factor f i depend on the respective causes of the changes in the acceleration behavior of the individual track-bound vehicles F i and are described, for example, in (U-turn, driving dynamics, transpress VEB Verlag für Verkehrswesen , Berlin, 2nd edition, ISBN 3-344-00363-1, 1990, pp. 31 to 56).
Die Approximationsfaktoren pil werden gemäß Schritt 8 in ei nem Speicher des zur Approximation verwendeten Rechners ge speichert.The approximation factors p il are stored according to step 8 in a memory of the computer used for the approximation.
Aus den gespeicherten Geschwindigkeiten vi(t) der Bewegungs differentialgleichungenFrom the stored speeds v i (t) of the differential equations of motion
i(t) = ai(v) i (t) = a i (v)
und dem Approximationsfaktor pil wird jeweils eine approxi mierte Lösung ALil der Bewegungsdifferentialgleichungenand the approximation factor p il becomes an approximated solution AL il of the differential equations of motion
i(t) = ai(v) i (t) = a i (v)
für jedes Geschwindigkeitsapproximationsintervall [vil, vil+1] gemäß Schritt 9 in folgender Weise ermittelt:determined for each speed approximation interval [v il , v il + 1 ] according to step 9 in the following manner:
ALil = pil · ai(vi) ≈ ail1(vi).AL il il = p · a i (v i) ≈ a il1 (v i).
Die approximierten Lösungen ALil werden nun gemäß Schritt 10 verwendet, um die Fahreigenschaften der einzelnen spurgebun denen Fahrzeuge Fi zu regeln, also z. B. die Geschwindigkeit der einzelnen spurgebundenen Fahrzeuge Fi. Damit wird ein besserer Verkehrsfluß erreicht.The approximated solutions AL il are now used according to step 10 in order to regulate the driving properties of the individual track-bound vehicles F i . B. the speed of the individual track-bound vehicles F i . This will result in a better flow of traffic.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Kriterium zur Bildung der Approximationsfaktoren pil die Minimierung des quadratischen Fehlers bei der Änderung des Beschleunigungs verhaltens der einzelnen spurgebundenen Fahrzeuge Fi.In a second exemplary embodiment, the criterion for forming the approximation factors p il is the minimization of the quadratic error when the acceleration behavior of the individual track-bound vehicles F i changes .
Es gilt also folgendes:So the following applies:
Daraus folgt für die allgemeine Formel zur Bildung der Approximationsfaktoren pil:For the general formula for the formation of the approximation factors p il it follows:
Durch dieselbe Vorgehensweise wie im vorigen bei dem ersten Ausführungsbeispiel, erhält man entsprechend kompliziertere Formeln für dieses Ausführungsbeispiel, wenn die tatsächliche Änderung ail1(v) tatsächlich approximiert wird.By the same procedure as in the previous in the first embodiment, correspondingly more complicated formulas for this embodiment are obtained if the actual change a il1 (v) is actually approximated.
Wiederum ergibt sich jedoch die Möglichkeit, die Approximati onsintegrale AIil a priori zu berechnen und abzuspeichern. Diese haben in diesem Ausführungsbeispiel dann folgenden Auf bau:Again, however, there is the possibility of calculating and storing the approximation integral AI il prior. In this embodiment, these then have the following construction:
In einem dritten Ausführungsbeispiel werden die einzelnen Än derungen zusätzlich in dem Geschwindigkeitsapproximationsin tervall [vil, vil+1] unterschiedlich mit Gewichtungsfunktio nen giµ(v) gewichtet. In diesem Fall ergibt sich für die Bil dung der Approximationsfaktoren pil folgendes:In a third exemplary embodiment, the individual changes are additionally weighted differently in the speed approximation interval [v il , v il + 1 ] with weighting functions g iµ (v). In this case, the following results for the formation of the approximation factors p il :
Der Index µ bezeichnet jede Gewichtungsfunktionen giµ(v) ein deutig und ist eine beliebige natürliche Zahl. Die Interval le, in denen jeweils eine Gewichtungsfunktion giµ(v) gültig ist, sind wiederum völlig unabhängig von den Geschwindig keitsapproximationsintervallen [vil, vil+1] und den Geschwin digkeitsintervallen [vÿ, vÿ+1].The index µ clearly denotes each weighting function g iµ (v) and is any natural number. The intervals in which a weighting function g iµ (v) is valid are in turn completely independent of the speed approximation intervals [v il , v il + 1 ] and the speed intervals [v ÿ , v ÿ + 1 ].
Wiederum ergibt sich die Möglichkeit, die Approximationsinte grale AIil a priori zu berechnen und zu speichern. Diese ha ben in dem dritten Ausführungsbeispiel folgenden Aufbau:Again, there is the possibility of calculating and storing the approximate ink grale AI il prior. In the third exemplary embodiment, these have the following structure:
Die Gewichtung der Änderungen zwischen den Bewegungsgrößen ai(vi) und der geänderten Bewegungsgrößen ail1(vi) in den jeweiligen Geschwindigkeitsapproximationsintervallen [vil, vil+1] wird in der Weise durchgeführt, daß beispielsweise Fehler in der Beschleunigungsphase bei kleinen Geschwindig keiten stärker gewichtet werden.The weighting of the changes between the movement variables a i (v i ) and the changed movement variables a il1 (v i ) in the respective speed approximation intervals [v il , v il + 1 ] is carried out in such a way that, for example, errors in the acceleration phase for small ones Speed should be weighted more heavily.
Als Gewichtungsfunktionen gµ(v) reichen lineare Funktionen im allgemeinen aus.Linear functions are generally sufficient as weighting functions g µ (v).
Es ist beispielsweise in speziellen Anwendungsfällen möglich, die Regelung der Fahrdynamik für Stadtbahnen oder Güterzüge noch weiter zu verbessern, indem man die speziellen, bekann ten Eigenheiten der verschiedenen Fahrzeugtypen bei der Er mittlung der Approximationsfaktoren pil berücksichtigt.In special applications, for example, it is possible to further improve the control of driving dynamics for light rail vehicles or freight trains by taking into account the special, known peculiarities of the various vehicle types when determining the approximation factors p il .
Auch wenn die Regelung in den Ausführungsbeispielen nur für den Fall der Beschleunigung der Fahrzeuge explizit dargelegt wurde, ist es möglich, daß sich dieselbe Vorgehensweise auch für den Fall des Bremsens der spurgebundenen Fahrzeuge Fi er gibt, da das Bremsen nichts anderes ist als eine negative Be schleunigung und somit das Verfahren keinerlei Änderungen be darf für diesen Fall, der implizit in den Ausführungsbeispie len enthalten ist.Even if the regulation in the exemplary embodiments was only explained explicitly for the case of the acceleration of the vehicles, it is possible that the same procedure also applies to the case of braking the track-bound vehicles F i , since braking is nothing more than a negative one Acceleration and thus the procedure does not require any changes in this case, which is implicitly contained in the exemplary embodiments.
Claims (5)
- - bei dem Bewegungsgrößen ai(v), die das Beschleunigungsver halten der spurgebundenen Fahrzeuge Fi abhängig von mögli chen Geschwindigkeiten vi der jeweiligen Fahrzeugtypen be schreiben, gemessen werden (1),
- - bei dem Geschwindigkeiten vi(t) abhängig von einer Zeit t bestimmt werden aus die Bewegungsgrößen ai(v) enthaltenden Bewegungsdifferentialgleichungen i(t) = ai(v) der spurge bundenen Fahrzeuge Fi (2),
- - bei dem die Geschwindigkeiten vi(t) gespeichert werden (3),
- - bei dem die möglichen Geschwindigkeiten vi in eine beliebi ge Anzahl von Geschwindigkeitsintervallen [vil, vil+1], wo bei j = 0 . . . m, unterteilt werden (4),
- - bei dem für alle Bewegungsgrößen ai(v) für Geschwindig keitsapproximationsintervalle [vil, vil+1] jeweils ein Approximationsintegral AIil gebildet wird, wobei l = 1 . . . k (5),
- - bei dem die Approximationsintegrale AIil gespeichert werden (6),
- - bei dem jeweils für jedes zu regelnde spurgebundene Fahr zeug Fi in allen Geschwindigkeitsapproximationsintervallen [vil, vil+1], jeweils ein Approximationsfaktor pil ermit telt und gespeichert wird (7, 8),
- - bei dem aus den gespeicherten Geschwindigkeiten vi(t) der Bewegungsdifferentialgleichungen i(t) = ai(v) und dem Approximationsfaktor pil jeweils eine approximierte Lösung ALil der Bewegungsdifferentialgleichungen i(t) = ai(v) für das jeweilige Geschwindigkeitsapproximationsintervall [vil, vil+1] ermittelt wird (9), und
- - bei dem die approximierte Lösung ALil zur Regelung der Fahrt der Fahrzeuge Fi verwendet wird (10).
- - at which motion quantities a i (v), which describe the acceleration behavior of the track-bound vehicles F i depending on possible speeds v i of the respective vehicle types, are measured (1),
- - t are determined at the speeds v i (t) depending on a time from the movement variables a i (v) containing motion differential equations i (t) = a i (v) the spurge-bound vehicles F i (2)
- - at which the speeds v i (t) are stored (3),
- - in which the possible speeds v i in any number of speed intervals [v il , v il + 1 ], where at j = 0. . . m, can be divided (4),
- - In which an approximation integral AI il is formed for all movement variables a i (v) for speed approximation intervals [v il , v il + 1 ], where l = 1. . . k (5),
- - in which the approximation integrals AI il are stored (6),
- - an approximation factor p il is determined and stored for each track-bound vehicle F i to be controlled in all speed approximation intervals [v il , v il + 1 ] (7, 8),
- - In the case of the stored speeds v i (t) of the differential motion equations i (t) = a i (v) and the approximation factor p il , an approximate solution AL il of the differential motion equations i (t) = a i (v) for the respective one Speed approximation interval [v il , v il + 1 ] is determined (9), and
- - in which the approximated solution AL il is used to regulate the travel of the vehicles F i (10).
- - bei dem mindestens eines der Approximationsintegrale AIil (24) gebildet wird durch: und
- - bei dem mindestens einer der Approximationsfaktoren pil (32) gebildet wird durch: wobei ein Term ail1(vi) tatsächliche Bewegungsgrößen in dem jeweiligen Geschwindigkeitsintervall [vil, vil+1] bezeich net, die sich von den Bewegungsgrößen ai(vi) in folgender Weise unterscheiden:ail1(vi) = fi(vi) * ai(vi) + qi(vi),wobei die Größen fi(vi) und qi(vi) abhängig sind von physi kalischen Größen jeweils in dem Geschwindigkeitsintervall [vil, vil+1], die Einfluß haben auf ein verändertes Be schleunigungsverhalten der spurgebundenen Fahrzeuge Fi.
- - in which at least one of the approximation integrals AI il (24) is formed by: and
- - in which at least one of the approximation factors p il (32) is formed by: where a term a il1 (v i ) denotes actual movement variables in the respective speed interval [v il , v il + 1 ], which differ from the movement variables a i (v i ) in the following way: a il1 (v i ) = f i (v i ) * a i (v i ) + q i (v i ), the quantities f i (v i ) and q i (v i ) being dependent on physical quantities in each case in the speed interval [v il , v il + 1 ], which have an influence on a changed acceleration behavior of the track-bound vehicles F i .
- - bei dem mindestens eines der Approximationsintegrale AIil (22) gebildet wird durch:
- - bei dem mindestens einer der Approximationsfaktoren pil (33) gebildet wird durch: wobei ein Term ail1(vi) tatsächliche Bewegungsgrößen in dem jeweiligen Geschwindigkeitsapproximationsintervall [vil, vil+1] bezeichnet, die sich von den Bewegungsgrößen ai(v) in folgender Weise unterscheiden:ail1(vi) = fi(vi) * ai(vi) + qi(vi),wobei die Größen fi(vi) und qi(vi) abhängig sind von physi kalischen Größen jeweils in dem Geschwindigkeitsapproxima tionsintervall [vil, vil+1], die Einfluß haben auf ein ver ändertes Beschleunigungsverhalten der spurgebundenen Fahr zeuge Fi.
- - in which at least one of the approximation integrals AI il (22) is formed by:
- - in which at least one of the approximation factors p il (33) is formed by: where a term a il1 (v i ) denotes actual movement variables in the respective speed approximation interval [v il , v il + 1 ], which differ from the movement variables a i (v) in the following way: a il1 (v i ) = f i (v i ) * a i (v i ) + q i (v i ), the quantities f i (v i ) and q i (v i ) being dependent on physical quantities in each case in the speed approximation interval [v il , v il + 1 ], which have an influence on a changed acceleration behavior of the track-bound vehicles F i .
- - bei dem mindestens eines der Approximationsintegrale AIil (23) gebildet wird durch: wobei eine Gewichtungsfunktion gi(vi) die Bewegungsgrößen ai(vi) in den unterschiedlichen Geschwindigkeitsapproxima tionsintervallen [vil, vil+1] gewichtet, und
- - bei dem mindestens einer der Approximationsfaktoren pil (34) gebildet wird durch: wobei ein Term ail1(vi) tatsächliche Bewegungsgrößen in dem jeweiligen Geschwindigkeitsapproximationsintervall [vil, vil+1] bezeichnet, die sich von den Bewegungsgrößen ai(vi) in folgender Weise unterscheiden:ail1(vi) = fi(vi) * ai(vi) + qi(vi),wobei die Größen fi(vi) und qi(vi) abhängig sind von physi kalischen Größen jeweils in dem Geschwindigkeitsapproxima tionsintervall [vil, vil+1], die Einfluß haben auf ein ver ändertes Beschleunigungsverhalten der spurgebundenen Fahr zeuge Fi.
- - in which at least one of the approximation integrals AI il (23) is formed by: wherein a weighting function g i (v i ) weights the movement quantities a i (v i ) in the different speed approximation intervals [v il , v il + 1 ], and
- - in which at least one of the approximation factors p il (34) is formed by: where a term a il1 (v i ) denotes actual movement variables in the respective speed approximation interval [v il , v il + 1 ], which differ from the movement variables a i (v i ) in the following way: a il1 (v i ) = f i (v i ) * a i (v i ) + q i (v i ), the quantities f i (v i ) and q i (v i ) being dependent on physical quantities in each case in the speed approximation interval [v il , v il + 1 ], which have an influence on a changed acceleration behavior of the track-bound vehicles F i .
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