Способ функционирования рельсового транспортного средства
Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам. Способ функционирования рельсового транспортного средства, при котором на участке пути установлена точка движения по инерции, при достижении которой отключают тягу транспортного средства и оно движется по инерции до конца участка пути. Для участка пути сохраняют несколько точек движения по инерции, с которыми сопоставлены расстояние до конца участка пути и временной интервал движения до достижения конца участка пути. При прохождении участка пути непрерывно проверяют первое условие, согласно которому текущее определенное расстояние до конца участка пути меньше, чем постоянное расстояние до конца участка пути, и второе условие, при котором текущий временной интервал движения до конца участка пути больше или равен постоянному временному интервалу движения до конца участка пути. При выполнении обоих условий сигнализируется возможное отключение тяги транспортного средства, а при их невыполнении другая из сохраненных точек проверяется на выполнение обоих условий. Решение направлено на повышение энергосбережения режима движения рельсового транспортного средства. 19 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к способу функционирования рельсового транспортного средства, при котором для заданного участка пути установлена по меньшей мере одна точка движения по инерции, при достижении которой осуществляется отключение тяги рельсового транспортного средства и рельсовое транспортное средство может двигаться по инерции в пределах по меньшей мере части остального пути до конца участка пути.
Целью такого способа является экономить энергию при функционировании рельсового транспортного средства. С этой целью уже давно известны так называемые точки движения по инерции. Это точки на участке пути, при достижении которого водитель рельсового транспортного средства должен отключать тягу и двигаться по инерции (двигаться накатом) в направлении конца участка пути. До сих пор для заданного участка пути определялась единственная точка движения по инерции, причем она ориентирована на жесткий временной резерв для остаточного пути до конца участка пути. Поэтому такая точка движения по инерции может быть оптимальной по энергии или применимой только для определенного временного резерва. Это оценивается как недостаток.
Исходя из этого задачей изобретения является, таким образом, дополнительно усовершенствовать известный способ функционирования рельсового транспортного средства, чтобы можно было выполнять энергосберегающий режим движения.
Эта задача в вышеназванном способе решается тем, что для заданного участка пути заранее сохраняются несколько точек движения по инерции, с которыми соответственно сопоставлены постоянное расстояние до конца участка пути и постоянный временной интервал движения до достижения конца участка пути, и при прохождении заданного участка пути непрерывно проверяется, является ли для одной из точек движения по инерции согласно первому условию текущее определенное расстояние до конца участка пути меньшим, чем постоянное расстояние до конца участка пути, и согласно второму условию текущий временной интервал движения до конца участка пути большим или равным постоянному временному интервалу движения до конца участка пути, и при выполнении обоих условий сигнализируется возможное отключение тяги рельсового транспортного средства, в то время как при их невыполнении другая из сохраненных точек движения по инерции проверяется на выполнение обоих условий.
Тем самым является возможным в зависимости от текущего положения и времени до цели адаптивно распознавать оптимальную точку движения по инерции и сообщать о ней водителю транспортного средства.
Ввиду того факта, что для заданного участка пути, который может быть определен, например, между двумя остановками рельсового транспортного средства, определяется несколько точек движения по инерции, например от десяти до двадцати, заметно повышается вероятность того, что может использоваться одна из этих точек движения по инерции, чтобы экономить энергию, по сравнению с уровнем техники. Точки движения по инерции различаются по их парам значений, которые состоят из постоянного расстояния и постоянного временного интервала движения до достижения конца участка пути.
Предпочтительным образом для точки движения по инерции сначала проверяется выполнение первого условия, а затем выполнение второго условия.
Предпочтительным образом возможное отключение тяги рельсового транспортного средства сигнализируется водителю рельсового транспортного средства. Это может осуществляться акустически и/или оптически. В этом случае водитель рельсового транспортного средства реагирует на сигнал тем, что он, например, рукоятку управления рельсового транспортного средства устанавливает в нейтральное положение так, что тяга отключается.
В качестве альтернативы при выполнении первого и второго условий для точки движения по инерции тяга рельсового транспортного средства отключается автоматически. В этом случае, однако, целесообразно сигнализировать об автоматическом отключении водителю рельсового транспортного средства, который, в конечном счете, несет ответственность за безопасность рельсового транспортного средства.
Для выполнения способа требуется, чтобы определялись текущее расстояние и текущий временной интервал движения рельсового транспортного средства до конца участка пути или до следующей остановки. Чтобы получить эти текущие данные, является предпочтительным, если в их вычисление входят измеренные параметры, которые выбраны из группы, которая включает в себя информацию о положении конца участка пути и/или длине участка пути из сохраненного плана движения, целевое время для достижения конца участка пути из сохраненного плана движения, распознавание заданного участка пути, информацию о текущем положении рельсового транспортного средства, определение пути для пройденного участка и текущую скорость транспортного средства. Частично эти параметры могут быть избыточными, если, например, текущее положение рельсового транспортного средства определяется как с помощью глобальной системы определения местоположения (GPS), так и посредством определения пути для пройденного участка. Альтернативно целевое время до достижения конца участка пути и другая информация о пути могут также передаваться по радио из диспетчерской.
Точки движения по инерции могут вычисляться заранее на некоторой базе, в которую входит характеристика торможения рельсового транспортного средства. При этом характеристика торможения может включать в себя таковую для регенеративного торможения, что дополнительно несет в себе потенциал для экономии энергии.
Для заданного участка пути могут быть заранее сохранены несколько точек ввода торможения, с которыми соответственно сопоставлены постоянное расстояние до конца участка пути и постоянная скорость транспортного средства, и при проезде заданного участка пути непрерывно проверяется, является ли для одной из точек ввода торможения согласно третьему условию текущее определенное расстояние до конца участка пути меньшим, чем постоянное расстояние до конца участка пути, и согласно четвертому условию текущая скорость транспортного средства большей или равной постоянной скорости соответствующей точки ввода торможения, и
при выполнении как третьего, так и четвертого условий сигнализируется требование для ввода процесса торможения для рельсового транспортного средства. Дополнительно в вычисление точек ввода торможения может также вводиться ожидаемое время реакции водителя.
Это гарантирует, что надежным образом распознается, когда должно вводиться торможение рельсового транспортного средства, чтобы при заданной характеристике торможения достичь целевой железнодорожной станции или конца участка пути.
Требование ввода процесса торможения может сигнализироваться водителю рельсового транспортного средства, так что последний инициирует этот процесс. Альтернативно также возможно, что при выполнении как третьего, так и четвертого условия процесс торможения для рельсового транспортного средства вводится автоматически. В таком случае вновь целесообразна сигнализация автоматического ввода процесса торможения водителю рельсового транспортного средства.
Разумеется, в вычисление точек ввода торможения вводится, при необходимости, заранее выбранная и также положенная в основу вычисления точек движения по инерции характеристика торможения рельсового транспортного средства. При этом, в особенности, может также выбираться характеристика для регенеративного торможения.
Так как при регенеративном торможении рычаг торможения движения должен подстраиваться для выполнения процесса торможения, является благоприятным, если водителю рельсового транспортного средства на индикаторном устройстве индицируется заданное положение рычага торможения движения для выполнения процесса торможения.
Для дополнительной экономии энергии может быть благоприятным, если во время процесса торможения требуемое усилие торможения автоматически в зависимости от текущей скорости транспортного средства ограничивается таким образом, что осуществляется преимущественно или даже чисто регенеративное торможение. При этом ограничение может активироваться только тогда, когда рычаг торможения движения не превышает заданное минимальное отклонение, которое может соответствовать значению, например, 50% от полного отклонения рычага торможения движения.
Способ в целом выполняется предпочтительно к концу движения, например на последней трети участка пути, между двумя остановками. Это приводит к тому, что риск запаздываний минимизируется.
Предпочтительным образом для точки движения по инерции проверяется еще одно дополнительное условие, согласно которому рельсовое транспортное средство имеет минимальную скорость. Эта минимальная скорость должна гарантировать, что рельсовое транспортное средство имеет такую скорость, что рассматриваемое как достаточное временное замедление фактически обеспечивает возможность желательного движения накатом рельсового транспортного средства до конца участка пути.
Примеры выполнения изобретения далее поясняются более подробно со ссылками на чертежи, на которых показано следующее:
фиг.1 - обзорная блок-схема для наглядного представления способа функционирования рельсового транспортного средства в энергосберегающем режиме, и
фиг.2 - графическое представление характеристики скорости транспортного средства для рельсового транспортного средства в функции расстояния от начала участка пути.
В верхней части фиг.1 наглядно представлено, каким образом получают два параметра способа функционирования рельсового транспортного средства в энергосберегающем режиме. При этом первым параметром является текущее расстояние до конца участка пути f1. Это расстояние текущим образом вычисляется с помощью нескольких входных данных. Эти входные данные получают от навигационной системы, которая отображает текущее положение рельсового транспортного средства, средства определения пути, которое воспроизводит пройденный путь от последней железнодорожной станции или от начала участка пути, а также из плана движения, из которого получают информацию о положении следующей железнодорожной станции или конца участка пути, расстояние между предыдущей и последующей железнодорожной станцией или длину участка пути и информацию о том, какой текущий маршрут имеет место. Из данных, которые получают из сохраненного плана движения, навигационной системы и средства определения пути, можно без труда вычислить текущее расстояние от рельсового транспортного средства до следующей цели, а именно конца участка пути.
Выражаясь более обобщенно, функция f1 непрерывно вычисляет из вышеуказанных входных значений текущее расстояние от рельсового транспортного средства до железнодорожной станции или конца участка пути. В простейшем случае это может осуществляться путем вычитания координат местоположения целевой железнодорожной станции и текущего положения. В качестве альтернативы может также использоваться сравнение пройденного пути с полной длиной пути.
Предпочтительным, однако, является способ действий, при котором различные информации сравниваются друг с другом и оптимизируются. Это может быть реализовано, например, посредством калмановского фильтра. Это имеет преимущество, состоящее в том, что могут использоваться различные сильные стороны различающихся информаций и, тем самым, может быть достигнута более высокая точность и надежность системы. К тому же, за счет этого, при отказе одной системы, например потере информации о местоположении в случае GPS, способ продолжает выполняться.
В качестве альтернативы непосредственным данным определения пути (стандартной информации из системы управления транспортным средством) может быть предпочтительным подавать непосредственно исходные (необработанные) данные (числа оборотов осей, радиолокационную скорость, идентифицированные числа оборотов, …) в вышеприведенный оптимизатор. Наряду с собственно сигналами скорости тогда еще требуется информация о действительности этих сигналов, а также информация о состоянии транспортного средства (ускорение, движение по инерции, текущее усилие тяги, текущее усилие торможения, …). На основе этой информации оптимизатор может использовать соответственно лучшие информации для определения информации расстояния и отдельно корректировать ошибки отдельных сигналов скорости в зависимости от состояния.
К тому же эта функция может также выдавать сведения относительно качества определенной информации расстояния. В зависимости от качества определенной информации расстояния система может затем представить рекомендации относительно движения по инерции или подавить их.
Вторым параметром для способа является временной интервал движения до конца участка пути f2. Для его вычисления вновь обращаются к плану движения, из которого можно получить целевое время до достижения следующей железнодорожной станции или конца участка пути. Опционально целевое время до достижения следующей железнодорожной станции можно также передать на систему или актуализировать по радио. При учете текущего времени может устанавливаться временной интервал движения до конца участка пути.
Оба параметра f1, f2 непрерывно определяются в течение всего движения рельсового транспортного средства на участке пути.
В выполняемый способ входят точки движения по инерции, которые вводятся автономно, при принятии за основу, при необходимости, некоторой выбираемой характеристики торможения, которая может быть чисто регенеративной, а также линейной. Для каждого участка пути точки СРi движения по инерции сохраняются в табличной форме. При этом с каждой точкой СРi движения по инерции сопоставлена пара значений (Δх, Δt), причем Δх для соответствующей точки СРi движения по инерции является постоянным расстоянием до конца участка пути, а Δt обозначает постоянный временной интервал движения также до конца участка пути. Опционально для повышения надежности алгоритма также можно сохранить минимальную скорость для вышеуказанной точки СРi движения по инерции (Δх, Δt, vmin).
Если, например, весь путь содержит пять участков пути, то для каждого отдельного участка пути можно вычислить от 10 до 20 точек движения по инерции. При этом последовательность точек движения по инерции соответствует временным замедлениям, например 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 8%, 10%, причем необходимо вычислить соответствующие постоянные расстояния до конца участка пути так, чтобы в целом рельсовое транспортное средство могло бы осуществить свой план движения до этого конца участка пути исключительно за счет движения по инерции. При этом под временным замедлением следует понимать такой временной интервал, который получается из разности между максимально быстрым временем, чтобы проехать участок пути, и имеющимся в распоряжении временем, чтобы проехать участок пути.
В вычисление точек движения по инерции для определенного участка пути может входить множество параметров. Наряду с выбранной для рельсового транспортного средства характеристикой торможения используются топографические параметры, например профиль скорости для пути, его высотный профиль, наличие туннеля и, при необходимости, возникающие радиусы кривизны. Кроме того, могут учитываться характеристики усилия тяги, мощности привода/торможения (кпд), масса транспортного средства, сопротивление движению, задание темпа ускорения, допустимый полезный ток, допустимый ток рекуперации и другое.
При проезде участка пути осуществляется контроль точек движения по инерции f3. Это означает непрерывную проверку для текущего участка пути условий:
«Расстояние до конца участка пути» ≤ Δх (СРi)
И
«Временной интервал движения до конца участка пути» ≥ Δt (СРi).
Если для точек движения по инерции дополнительно сохранены минимальные скорости движения, то вышеуказанная непрерывная проверка расширяется на следующее «И» условие:
И
«Текущая скорость» ≥ vmin (СРi).
Функция f3 непрерывно проверяет для соответственно текущего маршрута или текущего участка пути, выполняются ли оба вышеуказанных условия для одной из точек движения по инерции. Если условия для точки движения по инерции выполнены, то это означает, что имеется достаточно времени, чтобы отключить тягу рельсового транспортного средства и позволить рельсовому транспортному средству двигаться по инерции в направлении целевой железнодорожной станции или конца участка пути.
Если для одной из нескольких точек движения по инерции, которые вычислены заранее, установлено выполнение как первого, так и второго условия (и опционально третьего условия минимальной скорости), то осуществляется указание на движение по инерции f4 для водителя рельсового транспортного средства. Последний может тогда простым способом, а именно путем установки рычага торможения движения в его нейтральное положение, отключить тягу рельсового транспортного средства. В качестве альтернативы также возможно, что тяга отключается автоматически, причем затем осуществляется акустическое и/или оптическое указание водителю рельсового транспортного средства. Если автоматическое отключение тяги разрешается, то оно должно активироваться особым образом так, чтобы водитель рельсового транспортного средства также мог воспрепятствовать автоматическому отключению тяги.
Дополнительно является возможным, что способ предпринимает запись в памяти, если водитель реализует указание движения по инерции не в пределах специфицированного времени.
Является возможным, что при проезде участка пути многократно осуществляется указание на движение по инерции. Благоприятным является, если экономия энергии за счет движения по инерции рельсового транспортного средства осуществляется примерно в конце участка пути. Если бы экономия энергии осуществлялась примерно в начале, то существовала бы опасность того, что непредусмотренные замедления в более поздней части участка пути повлекут за собой несоблюдение плана движения.
После того как рельсовое транспортное средство на основе указания о движении по инерции двигается с выключенной тягой, это состояние продолжается, пока не наступит точка ввода торможения для торможения на целевой железнодорожной станции.
В этом способе дополнительно сохраняются автономно вычисленные точки ВРi ввода торможения в табличной форме, а именно вновь для каждого участка пути, который проходит рельсовое транспортное средство. Эти точки ввода торможения основываются на характеристике торможения, с которой вычислялись вышеупомянутые точки движения по инерции. Каждой точке ВРi ввода торможения сопоставлена пара значений (Δх до конца участка пути, v), причем v обозначает текущую скорость рельсового транспортного средства.
Осуществляется контроль точки ввода торможения f5, который протекает следующим образом. Осуществляется непрерывная проверка для текущего участка пути на соблюдение следующих условий:
«Расстояние до конца участка пути» ≤ Δх (ВРi)
И
«Скорость» > v (ВРi).
В этом случае определяются третье и четвертое условия, которые при совместном выполнении могут повлечь за собой указание f6, что теперь необходимо осуществить торможение рельсового транспортного средства. Выдача этого указания связана с тем, что рычаг торможения движения находится в текущий момент не в положении «торможение».
Функция f6 указания указывает водителю рельсового транспортного средства на то, что он при выбранной характеристике торможения, которая также входит в вычисление точек движения по инерции, должен ввести торможение до целевой железнодорожной станции или конца участка пути. Указание водителю рельсового транспортного средства осуществляется вновь визуально и/или акустически. Если выбрана непостоянная характеристика торможения, как она, например, имеет место при чисто регенеративном электрическом торможении, то водителю на индикаторном устройстве может индицироваться заданное положение рычага торможения движения. Так как непостоянная характеристика торможения всегда требует последующей подстроечной регулировки, причем последующая подстроечная регулировка зависит от текущей скорости транспортного средства, то может быть предусмотрено следующее: при этой особым образом выбранной энергосберегающей опции с чисто регенеративным торможением во время целевого торможения на железнодорожной станции требуемое усилие торможения автоматически ограничивается в зависимости от текущей скорости транспортного средства таким образом, что производится только чисто регенеративное торможение. Это активируется только в том случае, если рычаг торможения движения не превышает определенное минимальное отклонение от, например, 50% его полного отклонения.
Предложенный способ пригоден для того, чтобы в зависимости от текущего временного замедления водителю рельсового транспортного средства выдавать указания для энергосберегающего режима движения. Способ является простым и надежным.
На основе фиг.2 теперь проводится сравнение между различными режимами движения для проезда заданного участка пути. На фиг.2 слева находится начало участка пути, например железнодорожная станция отправления, а на правой стороне на расстоянии примерно 7,4 км от железнодорожной станции отправления находится целевая железнодорожная станция и, тем самым, конец участка пути.
На фиг.2 пунктирная линия 1 обозначает профиль путевой скорости, сплошная линия 2 - проезд с уменьшенной путевой скоростью, линия 3 - проезд с временным замедлением и исключительно регенеративным торможением, линия 4 - проезд с временным замедлением и линейным торможением, линия 5 - быстрый проезд и линейное торможение и линия 6 - эталонный образец движения для быстрого проезда и полного торможения.
В представленной ниже таблице приведены результаты в отношении энергосберегающих эффектов:
| Образец движения | Время | План движения | Энергосбережение |
| Эталонный образец движения | 257,6 | 288,6 | |
| Быстрый проезд с линейным торможением | 264,7 | 288,6 | 10,1% |
| Проезд с временным замедлением и линейным торможением | 288,6 | 288,6 | 41,9% |
| Проезд с временным замедлением и исключительно регенеративным торможением | 288,6 | 288,6 | 49,1% |
| Проезд с уменьшенной путевой скоростью | 287,5 | 288,6 | 29,3% |
Вышеуказанные энергосбережения зависят от многих факторов влияния (топологии, плана движения, рекуперирующей способности сети, …) и показывают в качестве примера возможные варианты энергосбережения.
1. Способ функционирования рельсового транспортного средства, при котором для заданного участка пути установлена по меньшей мере одна точка движения по инерции, при достижении которой осуществляется отключение тяги рельсового транспортного средства и рельсовое транспортное средство может двигаться по инерции в пределах по меньшей мере части остального пути до конца участка пути,
отличающийся тем, что
для заданного участка пути заранее сохраняются несколько точек движения по инерции, с которыми соответственно сопоставлены постоянное расстояние до конца участка пути и постоянный временной интервал движения до достижения конца участка пути, и
при прохождении заданного участка пути непрерывно проверяется, является ли для одной из точек движения по инерции согласно первому условию текущее определенное расстояние до конца участка пути меньшим, чем постоянное расстояние до конца участка пути, и согласно второму условию текущий временной интервал движения до конца участка пути большим или равным постоянному временному интервалу движения до конца участка пути, и
при выполнении обоих условий сигнализируется возможное отключение тяги рельсового транспортного средства, в то время как при их невыполнении другая из сохраненных точек движения по инерции проверяется на выполнение обоих условий.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для точки движения по инерции сначала проверяется выполнение первого условия, а затем - выполнение второго условия.
3. Способ по п.1 или п.2, отличающийся тем, что возможное отключение тяги рельсового транспортного средства сигнализируется водителю рельсового транспортного средства.
4. Способ по п.1 или п.2, отличающийся тем, что при выполнении первого и второго условий для точки движения по инерции тяга рельсового транспортного средства отключается автоматически.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что об автоматическом отключении сигнализируется водителю рельсового транспортного средства.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в вычисление текущего расстояния до конца участка пути и текущего временного интервала движения до конца участка пути входят измеренные параметры, которые выбраны из группы, которая включает в себя информацию о положении конца участка пути и/или длине участка пути из сохраненного плана движения, целевое время до достижения конца участка пути из сохраненного плана движения, распознавание заданного участка пути, информацию о текущем положении рельсового транспортного средства, определение пути для пройденного участка и текущую скорость транспортного средства.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что точки движения по инерции вычисляются заранее на некоторой базе, в которую входит характеристика торможения рельсового транспортного средства.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что для торможения выбирается характеристика для регенеративного торможения.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что для заданного участка пути заранее сохраняются несколько точек ввода торможения, с которыми соответственно сопоставлены постоянное расстояние до конца участка пути и постоянная скорость транспортного средства, и при проезде заданного участка пути непрерывно проверяется, является ли для одной из точек ввода торможения согласно третьему условию текущее определенное расстояние до конца участка пути меньшим, чем постоянное расстояние до конца участка пути, и согласно четвертому условию текущая скорость транспортного средства большей или равной постоянной скорости соответствующей точки ввода торможения, и
при выполнении как третьего, так и четвертого условий сигнализируется требование для ввода процесса торможения для рельсового транспортного средства.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что требование ввода процесса торможения сигнализируется водителю рельсового транспортного средства.
11. Способ по п.9, отличающийся тем, что при выполнении как третьего, так и четвертого условия процесс торможения для рельсового транспортного средства вводится автоматически.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что автоматический ввод процесса торможения сигнализируется водителю рельсового транспортного средства.
13. Способ по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что точки ввода торможения вычисляются заранее на некоторой базе, в которую входит характеристика торможения рельсового транспортного средства, которая также входит в вычисление точек движения по инерции.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что для торможения выбирается характеристика для чисто регенеративного торможения.
15. Способ по п.14, отличающийся тем, что водителю рельсового транспортного средства на индикаторном устройстве индицируется заданное положение рычага торможения движения для выполнения процесса торможения.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что во время процесса торможения требуемое усилие торможения автоматически в зависимости от текущей скорости транспортного средства ограничивается таким образом, что осуществляется чисто регенеративное торможение.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что ограничение активируется только тогда, когда рычаг торможения движения не превышает заданное минимальное отклонение.
18. Способ по п.17, отличающийся тем, что заданное минимальное отклонение соответствует значению 50% от полного отклонения рычага торможения движения.
19. Способ по п.1, отличающийся тем, что он выполняется в конце участка пути.
20. Способ по п.1, отличающийся тем, что для точки движения по инерции дополнительно проверяется выполнение условия, согласно которому рельсовое транспортное средство имеет минимальную скорость.
