DE19935350A1 - Verfahren zur Energie- und Zeitoptimierung der Fahrweise bei einem Fahrzeug/Zug - Google Patents
Verfahren zur Energie- und Zeitoptimierung der Fahrweise bei einem Fahrzeug/ZugInfo
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Energieoptimierung bei einem Fahrzeug/Zug bei der Benutzung von Zeitreserven vorgeschlagen, welche bei einem Fahrplan eingeplant sind, wobei eine zwischen einem Start-Haltepunkt und einem Ziel-Haltepunkt zu durchfahrende Gesamtstrecke in mehrere Abschnitte unterteilt und jedem Abschnitt eine gewisse Zeitreserve zuerkannt wird. Zur Erzielung einer energiesparenden Fahrweise unter Zuhilfenahme eines Optimierungsalgorithmus erfolgt eine übergeordnete Verwaltung der einzelnen Zeitreserven derart, daß die einzelnen Zeitreserven flexibel in die Optimierung einbezogen werden.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Energieoptimierung der Fahrweise
bei einem Fahrzeug/Zug mit in mehrere Abschnitte unterteilter Gesamtstrecke gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Erstellung von Fahrplänen für den Schienenverkehr werden Zeitreserven für
unvorhergesehene Ereignisse und widrige Betriebsbedingungen eingeplant. Da
während realer Fahrten die Betriebsbedingungen typischerweise günstiger sind als in
der Planung angenommen, werden die dabei entstehenden Zeitreserven für andere
Zwecke verfügbar. Eine besonders sinnvolle Benutzung der Zeitreserven besteht in
der Einsparung von Energie mittels geeigneter Fahrweise des Fahrzeuges/Zuges.
Aus der DE 30 26 652 A1, der DD 255 132 A1 und der EP 0 467 377 B1 sind in
diesem Zusammenhang Verfahren bekannt, wie man ein Fahrzeug energieoptimal
zwischen zwei Haltepunkten bewegt. Bei langen Strecken wird eine Unterteilung in
mehrere Abschnitte vorgeschlagen, wobei in jedem Abschnitt eine optimale
Teillösung ermittelt wird und die Gesamtlösung sich aus der Zusammensetzung der
Teillösungen ergibt. Die vorgeschlagenen Verfahren zur Energieoptimierung
betrachten jeweils die Gesamtstrecke zwischen zwei Haltepunkten. Es erfolgt jedoch
keine Verwaltung von Zeitreserven.
Die Unsicherheit im Betriebsablauf, wegen der Zeitreserven im Fahrplan vorgesehen
werden, ist im Start-Haltepunkt (Startbahnhof) am höchsten und nimmt mit
zunehmender Annäherung an den Ziel-Haltepunkt (Zielbahnhof) ständig ab. Die
Berücksichtigung der Abnahme der Unsicherheit erfolgt traditionell in
Streckenfahrplänen in Form von Durchfahrtzeiten für ausgewählte Streckenpunkte.
Dabei wird die Zeitreserve gleichmäßig auf die Gesamtstrecke verteilt.
Die DE 30 26 652 A1 und die EP 0 467 377 B1 beschäftigen sich mit einer
Systemstruktur, in der Verfahren zur Energieminimierung realisiert werden können,
wobei eine Gesamtstrecke zwischen zwei Haltepunkten (Haltebahnhöfen)
berücksichtigt wird. Dies kann bei langen Strecken dazu führen, daß Echtzeitvorgaben
für die Lösung durch das Verfahren in nachteiliger Weise nicht eingehalten werden.
Die bisher bekannten Verfahren zur Energieoptimierung berücksichtigen nur
unzureichend die Forderung nach Robustheit des Betriebsablaufs, die mit Zeitreserven
im Fahrplan erhöht werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur
Energieoptimierung der Fahrweise bei einem Fahrzeug/Zug mit in mehrere Abschnitte
unterteilter Gesamtstrecke anzugeben.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff durch die im den Anspruch 1
angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die
Einbeziehung einer flexiblen Verwaltung von Zeitreserven unter Zuhilfenahme eines
Optimierungsalgorithmus die Robustheit des Betriebsablaufs erhöht wird.
Gleichzeitig ist die realisierte Fahrweise energieoptimal. Mit "Robustheit" ist
gemeint, daß auch bei langen Gesamtstrecken und unvorhergesehenen Ereignissen ein
rechtzeitiges Eintreffen des Fahrzeuges/Zuges am Ziel-Haltepunkt mit hoher
Wahrscheinlichkeit gewährleistet ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Weitere Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der einzigen Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur zeigt das Weg/Zeit-Diagramm eines Fahrzeuges, wobei die gesamte
Fahrstrecke in mehrere einzelne Abschnitte eingeteilt ist und i den Laufindex für die
einzelnen Abschnitte darstellt. Mit n ist die zweckmäßige Anzahl der Abschnitte für
eine Vorausberechnung bezeichnet. Die jeweils spätesten Durchfahrtzeiten sind mit
Dreiecken gekennzeichnet. Ferner ist beispielhaft ein Zeitfenster angegeben. Durch
das Zeitfenster wird bestimmt, zu welcher frühesten und spätesten Durchfahrtzeit ein
bestimmter Abschnitt vom Fahrzeug zu passieren ist.
Erfindungsgemäß erfolgt eine flexible Einbeziehung von Zeitreserven in die
Energieoptimierung. Zeitreserven werden vorgesehen, um auf unvorhergesehene
Ereignisse reagieren zu können und um damit die Robustheit des Verkehrsablaufs zu
erhöhen. Typischerweise wird ein Zeitzuschlag von beispielsweise 5% gewährt.
Dieser Zeitzuschlag wird beispielsweise gleichmäßig auf die Gesamtstrecke verteilt,
womit Durchfahrtzeiten an beliebigen Streckenpunkten ermittelt werden können.
Erfindungsgemäß erfolgt die Einbeziehung der Zeitreserven derart flexibel, daß die in
einem Streckenabschnitt nicht verbrauchte Zeitreserve anteilmäßig den nachfolgenden
Streckenabschnitten zugeschlagen wird und derart, daß die den einzelnen
Streckenabschnitten zustehenden Zeitreserven unterschiedlich bewertet werden.
Erfindungsgemäß werden zwei mögliche Vorgehensweisen zur flexiblen
Einbeziehung von Zeitreserven in die Optimierung vorgesehen:
Gemäß einer ersten möglichen Vorgehensweise wird der Verbrauch von Zeitreserve in einem Streckenabschnitt als "Strafterm" in der Optimierung berücksichtigt. Als "Strafterm" kommt insbesondere eine monoton fallende Funktion der Zeit in Betracht. Auf diese Weise wird der Verbrauch von Zeitreserve um so weniger "bestraft", je weiter er in der Zukunft, d. h. näher am Ziel-Haltepunkt erfolgt.
Gemäß einer ersten möglichen Vorgehensweise wird der Verbrauch von Zeitreserve in einem Streckenabschnitt als "Strafterm" in der Optimierung berücksichtigt. Als "Strafterm" kommt insbesondere eine monoton fallende Funktion der Zeit in Betracht. Auf diese Weise wird der Verbrauch von Zeitreserve um so weniger "bestraft", je weiter er in der Zukunft, d. h. näher am Ziel-Haltepunkt erfolgt.
Gemäß einer zweiten möglichen Vorgehensweise werden die Durchfahrtzeiten im
Optimierungsproblem als Randbedingungen in der Art aufgenommen, daß einerseits
die geforderte Robustheit gewährleistet ist, daß aber andererseits die zur
Energieeinsparung optimale Lösung möglichst wenig beeinträchtigt wird. Um der
geforderten Robustheit zu genügen, ist es ausreichend, wenn späteste Durchfahrtzeiten
gefordert werden. Diese spätesten Durchfahrtzeiten sind in der Figur als Dreiecke
eingetragen, wie bereits erwähnt.
Weitere Zeitbeschränkungen können sich beispielsweise aus der gleichzeitigen
Benutzung einer Strecke bzw. eines Streckenabschnitts durch mehrere Fahrzeuge
ergeben. Eine übergeordnete Betriebsleitzentrale kann deshalb kurzfristige Vorgaben
für Durchfahrtzeiten in Form von Zeitfenstern an das Fahrzeug stellen. Ein derartiges
Zeitfenster ist in der Figur beispielhaft eingetragen, wie bereits erwähnt.
Erfindungsgemäß wird vorgesehen, kurzfristige Vorgaben mit langfristig bekannten
Planungen zu kombinieren und als Randbedingungen in die Energieoptimierung
mittels eines Optimierungsalgorithmus aufzunehmen. Sich hieraus ergebende
Zeitfenster werden in die Optimierung als eine früheste und eine späteste
Durchfahrtzeit einbezogen.
Für das vorgeschlagene Verfahren geeignete Optimierungsalgorithmen sind
beispielsweise aus Papageorgiou: Optimierung, Kapitel 10, 19 und insbes. 20,
Oldenbourg Verlag, 1996, bekannt.
Claims (5)
1. Verfahren zur Energieoptimierung bei einem Fahrzeug/Zug bei der
Benutzung von Zeitreserven, welche bei einem Fahrplan eingeplant sind, wobei eine
zwischen einem Start-Haltepunkt und einem Ziel-Haltepunkt zu durchfahrende
Gesamtstrecke in mehrere Abschnitte unterteilt und jedem Abschnitt eine gewisse
Zeitreserve zuerkannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer
energiesparenden Fahrweise unter Zuhilfenahme eines Optimierungsalgorithmus eine
übergeordnete Verwaltung der einzelnen Zeitreserven erfolgt und die einzelnen
Zeitreserven flexibel in die Optimierung einbezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrauch
von Zeitreserve in den einzelnen Abschnitten als "Strafterm" in der Optimierung
berücksichtigt wird, so daß der' Verbrauch von Zeitreserve um so mehr "bestraft"
wird, je näher er am Start-Haltepunkt erfolgt und um so weniger "bestraft" wird, je
näher er am Ziel-Haltepunkt erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils späteste
Durchfahrtzeiten hinsichtlich der einzelnen Abschnitte als Randbedingungen in die
Optimierung aufgenommen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
Durchfahrtzeiten in Form von Zeitfenstern unter Vorgabe einer frühesten und
spätesten Durchfahrtzeit vorgegeben werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
sich während der Fahrt ergebende kurzfristige Vorgaben mit langfristig bekannten
Planungen kombiniert und als Randbedingungen in die Optimierung aufgenommen
werden.
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