ES2234645T3 - Procedimiento para optimizar la energhia de un vehiculo/tren con varios sistemas de accionamiento. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para optimizar la energía en un vehículo/tren aprovechando las reservas de tiempo que están previstas en un horario, caracterizado porque para conseguir un modo de funcionamiento que ahorre energía con ayuda de un algoritmo de optimización se tiene en cuenta la presencia de varios sistemas de propulsión total o parcialmente autónomos, de modo que se consideran las funciones independientes del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida de cada sistema de propulsión, porque las funciones independientes del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida de los sistemas de propulsión individuales se agrupan en un tratamiento previo para formar una función conjunta del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida del vehículo/tren, de modo que un sistema de propulsión autónomo de un bogie se desconecta en el régimen inferior de potencia, y porque la optimización posterior se realiza de forma idéntica a la optimización para un sistema concentrado.

Description

Procedimiento para optimizar la energía de un vehículo/tren con varios sistemas de accionamiento.

La invención se refiere a un procedimiento para optimizar energía en un vehículo / tren según el preámbulo de la reivindicación 1.

Cuando se planifican los viajes y se preparan los horarios para el tráfico ferroviario, en los planes se incluyen reservas de tiempo para casos imprevistos y condiciones de funcionamiento adversas. Dado que durante los viajes reales las condiciones de funcionamiento son normalmente más favorables que las previstas en la planificación, las reservas de tiempo que se realizan a este respecto quedan disponibles para otros propósitos. Un uso particularmente práctico de las reservas de tiempo consiste en el ahorro de energía por medio de un modo de funcionamiento adecuado.

Los procedimientos conocidos y utilizados hasta ahora para minimizar la energía se basan en la mayoría de los casos en la suposición de que por cuestiones de energía es óptimo un modo de funcionamiento compuesto por los componentes de aceleración máxima, viaje con velocidad constante, rodadura por inercia, desaceleración máxima. En este caso se minimiza la energía de tracción mecánica que es necesaria para acelerar el vehículo. Como desventaja se utiliza un tipo de tracción dinámico lineal, especialmente no se tiene en cuenta ningún término que describa la relación cuadrática entre la velocidad y la resistencia al desplazamiento.

En el documento DD 255 132 A1, esta suposición básica se extiende a la subdivisión de un tramo total en varias secciones, de manera que en cada sección la resistencia de inclinación del tramo es constante.

En el documento EP 0 467 377 B1 se introduce una subdivisión del tramo total en varias secciones, de manera que en cada sección la velocidad máxima permitida es constante. En cada sección se repite el modo de funcionamiento compuesto de los componentes de aceleración máxima, viaje con velocidad constante, desaceleración máxima.

Es decir, se prescinde de la rodadura por inercia.

En el documento EP 0755 840 A1 no se describe ningún procedimiento concreto para optimizar energía, sino más bien se explica una estructura general del sistema con la que también puede realizarse una optimización de la energía. Como ejemplo se especifica un ciclo compuesto por aceleración, viaje con velocidad constante, disminución de la velocidad y frenado.

En el documento DD 266 539 A se describe un control óptimo en cuanto a la energía mediante la sucesión temporal de las fases de desplazamiento de puesta en marcha con fuerza máxima de tracción, marcha al régimen establecido, marcha por inercia, frenado con la máxima fuerza de frenado permitida, y mediante la indicación de los parámetros que dependen del coeficiente de rendimiento de la fase de propulsión y del coeficiente de rendimiento de la recirculación de energía como son la velocidad en régimen establecido, la longitud en régimen establecido y el momento de frenado.

La invención se basa en el objetivo de indicar un procedimiento mejorado para optimizar la energía en relación con las reservas de tiempo planificadas en un horario de un vehículo / tren.

Este objetivo se consigue en conexión con el preámbulo mediante las características indicadas en la reivindicación 1.

La ventaja que puede obtenerse con la invención consiste especialmente en que, al tener en cuenta la distribución del sistema de propulsión y de la tracción múltiple en el algoritmo de optimización, en lugar de la energía de tracción mecánica, se minimiza la energía empleada de forma primaria, tal como, por ejemplo, la energía eléctrica en el caso de los vehículos eléctricos sobre carriles.

Otras ventajas del procedimiento propuesto se deducen de la descripción subsiguiente.

A continuación, la invención se explica detalladamente mediante los ejemplos de realización mostrados en los dibujos. Muestran:

la figura 1, el diagrama característico de la potencia perdida de una locomotora eléctrica tradicional

la figura 2, el diagrama característico de la potencia perdida de una locomotora eléctrica tradicional con dos sistemas de accionamiento controlados de forma independiente.

Lo fundamental de la invención ha de observarse en que se tenga en cuenta la distribución del sistema de propulsión y la tracción múltiple en el problema de la optimización en relación con las reservas de tiempo planificadas en un horario de un vehículo / tren. Aquí, el problema de la minimización de la energía se formula como problema de optimización matemático y se soluciona con un algoritmo de optimización apropiado, conocido en general.

Los algoritmos de optimización apropiados se conocen, por ejemplo, a partir de Papageorgiou: "Optimierung", capítulos 10, 19 y especialmente 20, Oldenbourg Verlag, 1996.

Por consiguiente, se parte de que se dispone de más de un sistema de propulsión autónomo para suministrar toda la potencia de propulsión de un vehículo / tren. Por ejemplo, normalmente, una locomotora eléctrica tradicional está provista de dos bogies, cada uno de los cuales está equipado con mecanismos de propulsión independientes. Además, son conocidas las estructuras con tres bogies con mecanismos de propulsión individuales y vehículos sin bogies con dos y más ejes accionados.

En el caso de una tracción simple, en la que sólo un vehículo motor se hace cargo del transporte, el número de los posibles sistemas de propulsión autónomos e independientes depende de la topografía de circuitos del vehículo motor. En las locomotoras eléctricas la topografía de circuitos comprende, por ejemplo, además de los propios mecanismos de propulsión (motores), principalmente también componentes de la instalación de alta tensión y motores auxiliares, denominados "componentes de propulsión". En el caso de una tracción múltiple, en el transporte del tren participan al menos dos vehículos motores en el grupo de tracción. Asimismo, varias unidades de propulsión concentradas o distribuidas pueden estar integradas en una unidad automotora. También aquí es decisiva la topografía de circuitos y el número de unidades automotoras acopladas en el grupo de tracción respecto al número de posibles sistemas de propulsión autónomos e individuales.

Según la invención se prevé el tener en cuenta varios sistemas de propulsión total o parcialmente autónomos para minimizar la energía en relación con las reservas de tiempo planificadas en un horario de un vehículo / tren, de modo que cada sistema de propulsión puede caracterizarse con funciones independientes del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida. Al integrar la distribución del sistema de propulsión y de la tracción múltiple se proponen tres modos de proceder que pueden aplicarse de forma combinada o separada.

Según un primer modo de proceder, las funciones del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida de los sistemas de propulsión autónomos individuales en un tratamiento previo se agrupan para formar una función conjunta del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida del vehículo / tren. Ahora, la optimización posterior es idéntica a la optimización para un sistema concentrado, es decir, un sistema con un único sistema de propulsión autónomo.

Según un segundo modo de proceder, no reivindicado, en la optimización se tiene en cuenta una función representativa (función media) del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida de un sistema de propulsión autónomo junto con el número de sistemas de propulsión empleados en cada caso. Este modo de proceder es especialmente útil cuando el coeficiente de rendimiento o la potencia perdida de los sistemas de propulsión autónomos no se diferencian demasiado entre sí.

Según un tercer modo de proceder, no reivindicado, en la optimización se tiene en cuenta para cada sistema de propulsión autónomo una función del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida y la información de estado binaria ENCENDIDO o APAGADO (es decir, encendido / apagado de los sistemas de propulsión autónomos individuales). Este modo de proceder es especialmente útil cuando el coeficiente de rendimiento o la potencia perdida de los sistemas de propulsión autónomos son diferentes en mayor medida.

Mientras que en el tercer modo de proceder ya aparece en el resultado de la optimización un plan de utilización para cada sistema de propulsión autónomo individual, éste aún debe elaborarse en un tratamiento posterior en los dos primeros modos de proceder.

Teniendo en cuenta la distribución de los sistemas de propulsión autónomos, puede determinarse y regularse de forma previsora para cada situación de funcionamiento la combinación óptima de los mecanismos de propulsión individuales. Aquí, se tienen en cuenta condiciones límite, tales como fuerzas de tracción y frenado que deben esperarse, coeficiente de adherencia, temperaturas en los componentes de propulsión e influencias temporales en la dinámica de la propulsión. Además, pueden minimizarse las pérdidas de conexión y desconexión al tener en cuenta al mismo tiempo las otras pérdidas del automóvil.

La figura 1 muestra un diagrama característico de la potencia perdida en función de la fuerza de tracción y de la velocidad de un sistema de propulsión de una locomotora eléctrica tradicional.

La figura 2 muestra un diagrama característico, resumido de forma correspondiente al primer modo de proceder, de la potencia perdida (función conjunta) en función de la fuerza de tracción y de la velocidad de una locomotora eléctrica tradicional, incluyendo la desconexión de un sistema de propulsión autónomo de un bogie en el régimen inferior de potencia.

Claims (1)

1. Procedimiento para optimizar la energía en un vehículo / tren aprovechando las reservas de tiempo que están previstas en un horario, caracterizado porque para conseguir un modo de funcionamiento que ahorre energía con ayuda de un algoritmo de optimización se tiene en cuenta la presencia de varios sistemas de propulsión total o parcialmente autónomos, de modo que se consideran las funciones independientes del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida de cada sistema de propulsión, porque las funciones independientes del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida de los sistemas de propulsión individuales se agrupan en un tratamiento previo para formar una función conjunta del coeficiente de rendimiento o de la potencia perdida del vehículo / tren, de modo que un sistema de propulsión autónomo de un bogie se desconecta en el régimen inferior de potencia, y porque la optimización posterior se realiza de forma idéntica a la optimización para un sistema concentrado.