DE19935350A1 - Procedure for energy and time optimization of driving style in a vehicle / train - Google Patents

Abstract

Disclosed is a method for optimizing energy in a vehicle/train by using time slots in a timetable. According to the inventive method, the overall route between a point of departure when stopped and a stopping point upon arrival is sub-divided into several sections. Individual time slots undergo priority management so that said individual time slots can be included in the optimization process in a flexible manner in order to obtain an energy-saving method of travel, using an optimizing algorithm.

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.The invention relates to a method for energy optimization of the driving style for a vehicle / train with a total route divided into several sections according to the preamble of claim 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.When creating timetables for rail traffic, there are time reserves for unforeseen events and adverse operating conditions planned. There during real journeys the operating conditions are typically more favorable than in accepted in the planning, the resulting time reserves for others Purposes available. A particularly sensible use of the time reserves is in the saving of energy by means of a suitable driving style of the vehicle / train.

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.From DE 30 26 652 A1, DD 255 132 A1 and EP 0 467 377 B1 are in In this context, procedures are known for making a vehicle energy efficient moved between two stops. In the case of long distances, a division into proposed several sections, with an optimal one in each section Partial solution is determined and the total solution is based on the composition of the Partial solutions results. The proposed methods for energy optimization consider the total distance between two stops. However, it does no management of time reserves.

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. The uncertainty in the operational process, due to the time reserves provided in the schedule is highest at the start stop (start station) and takes with you increasing approach to the destination stop (destination station). The Taking into account the decrease in uncertainty traditionally takes place in Route timetables in the form of transit times for selected route points. The time reserve is distributed evenly over the entire route.  

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.DE 30 26 652 A1 and EP 0 467 377 B1 deal with one System structure in which methods for minimizing energy can be implemented where a total distance between two stops (stops) is taken into account. For long distances, this can lead to real-time specifications for the solution by the method to be adversely adhered to.

Die bisher bekannten Verfahren zur Energieoptimierung berücksichtigen nur unzureichend die Forderung nach Robustheit des Betriebsablaufs, die mit Zeitreserven im Fahrplan erhöht werden soll.The previously known methods for energy optimization only take into account inadequate the requirement for robustness of the operational sequence, with time reserves should be increased in the timetable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Energieoptimierung der Fahrweise bei einem Fahrzeug/Zug mit in mehrere Abschnitte unterteilter Gesamtstrecke anzugeben.The invention has for its object an improved method for Energy optimization of the driving style of a vehicle / train with several sections divided total distance to be specified.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff durch die im den Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is in connection with the preamble by the in claim 1 specified features solved.

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.The advantages that can be achieved with the invention consist in particular in that Inclusion of flexible management of time reserves with the help of a Optimization algorithm increases the robustness of the operational sequence.

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.At the same time, the driving style implemented is optimal in terms of energy. With "robustness" is meant that even with long total distances and unforeseen events punctual arrival of the vehicle / train at the destination stop with high Probability is guaranteed.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims characterized.

Weitere Vorteile des vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung.Further advantages of the proposed method result from the following Description.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand des in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. The invention is illustrated below with reference to that in the single drawing Embodiment explained in more detail.  

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.The figure shows the path / time diagram of a vehicle, the entire Route is divided into several individual sections and i the running index for the represents individual sections. With n is the appropriate number of sections for called a forecast. The latest transit times are with Triangles marked. A time window is also given as an example. By the time window is determined at which earliest and latest transit time certain section of the vehicle is to be passed.

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.According to the invention, there is flexible inclusion of time reserves in the Energy optimization. Time reserves are provided to deal with unforeseen events To be able to react to events and thus the robustness of the traffic flow increase. A time allowance of 5%, for example, is typically granted. This time allowance is distributed evenly over the entire route, for example, with which transit times can be determined at any route point.

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.According to the invention, the inclusion of the time reserves is so flexible that the in A portion of the time reserve not used in one section is proportionate to the subsequent one Sections are struck and such that the individual Time reserves due to sections of the route are assessed differently.

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.According to the invention, two possible procedures for flexible inclusion of time reserves in the optimization are provided:
According to a first possible procedure, the consumption of time reserve in a section of the route is taken into account in the optimization as a "penalty term". A "monotonically falling function of time" is particularly suitable as the "penalty term". In this way, the consumption of the time reserve is "punished" the less, the further it takes place in the future, ie the closer to the destination stop.

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.According to a second possible procedure, the transit times in the Optimization problem added as a boundary condition in the way that on the one hand the required robustness is guaranteed, but on the other hand that for Energy saving optimal solution is affected as little as possible. To the  sufficient robustness, it is sufficient if the latest transit times be required. These latest transit times are in the figure as triangles registered, as already mentioned.

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.Further time restrictions can arise, for example, from the simultaneous Use of a route or a route section by several vehicles surrender. A higher-level operations control center can therefore provide short-term requirements for transit times in the form of time windows on the vehicle. Such a thing Time window is entered as an example in the figure, as already mentioned.

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.According to the invention, short-term specifications with long-term specifications are provided To combine planning and as boundary conditions in energy optimization by means of an optimization algorithm. Resulting from this Time slots are considered to be the earliest and the latest in the optimization Transit time included.

Für das vorgeschlagene Verfahren geeignete Optimierungsalgorithmen sind beispielsweise aus Papageorgiou: Optimierung, Kapitel 10, 19 und insbes. 20, Oldenbourg Verlag, 1996, bekannt.Optimization algorithms suitable for the proposed method are for example from Papageorgiou: Optimization, chapters 10, 19 and in particular 20, Oldenbourg Verlag, 1996, known.

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.1. A method for energy optimization in a vehicle / train using time reserves that are planned in a timetable, wherein a total distance to be traveled between a start stop and a destination stop is divided into several sections and a certain time reserve is allocated to each section , characterized in that to achieve an energy-saving driving style with the help of an optimization algorithm, a higher-level management of the individual time reserves is carried out and the individual time reserves are flexibly included in the optimization. 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.2. The method according to claim 1, characterized in that the consumption of time reserve in the individual sections as "penalty term" in the optimization is taken into account, so that the consumption of time reserves is "punished" all the more the closer it is to the start stop and the less "punished", the more closer to the destination stop. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils späteste Durchfahrtzeiten hinsichtlich der einzelnen Abschnitte als Randbedingungen in die Optimierung aufgenommen werden.3. The method according to claim 1, characterized in that the latest Passage times with regard to the individual sections as boundary conditions in the Optimization can be included. 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.4. The method according to claim 2 and / or 3, characterized in that Transit times in the form of time windows with an earliest and latest transit time can be specified. 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.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that short-term specifications that arise during the journey with long-term known ones Planning combined and included in the optimization as boundary conditions become.