CZ2002321A3 - Způsob energetické optimalizace režimu jízdy vozidla/vlaku při použití kinetické energie - Google Patents

Description

Způsob energetické optimalizace režimu jízdy vozidla/vlaku při použití kinetické energie

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu energetické optimalizace režimu jízdy vozidla/vlaku podle úvodu nároku 1.

Dosavadní stav techniky

Při sestavování jízdních řádů kolejové dopravy se plánují časové rezervy pro nepředvídané události a nepříznivé provozní podmínky. Protože během skutečných jízd jsou provozní podmínky typicky lepší než byly uvažovány při plánování, jsou přitom vznikající časové rezervy použitelné pro jiné účely. Zvláště smysluplné použití časových rezerv spočívá v úspoře energie vhodným režimem jízdy vozidla/vlaku.

Z patentů DE 30 26 652 Al, DD 255 132 Al a EP 0 467 377 BI jsou v této souvislosti známy způsoby jak se vozidlo energeticky optimálně pohybuje mezi dvěma zastávkami. Na dlouhých tratích se navrhuje podrozdělení do více úseků, přičemž v každém úseku se určí optimální částečné řešení a celkové řešení se dostane složením částečných řešení.

Patenty DE 30 26 652 Al a EP O 467 377 BI se zabývají strukturou systému, ve které se mohou realizovat způsoby energetické minimalizace, přičemž se uvažuje celá trať mezi dvěma zastávkami (nádražími).

Dosud známé způsoby jsou založeny na modelu vozidla, který obsahuje jako hlavní proměnnou rychlost vozidla. Modely k popisu změn rychlosti na trati jsou však nevýhodně silně nelineární. Použití iterativně pracujícího numerického algoritmu k řešení implicitních

nelineárních rovnic je však zvláště při použití reálného času kritické. Není známé žádné explicitní analytické řešení.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je uvést zlepšený způsob energetické optimalizace režimu jízdy vozidla/vlaku na celkové trati rozdělené na více úseků.

Tento úkol se řeší ve spojení s úvodem s význaky uvedenými v nároku 1.

Dosažitelné výhody podle vynálezu spočívají zvláště v tom, že zahrnutím pohybové rovnice pro kinetickou energii vozidla do modelu vozidla se optimalizační výpočet zjednoduší. Použití explicitního analytického řešení pohybové rovnice pro kinetickou energii vozidla dovoluje určit předem nutnou spotřebu výpočtů, což je zvlášť důležité při použití podmínek reálného času.

Výhodná provedení vynálezu jsou vyznačena v podnárocích.

Přehled obrázků na výkresech

Další výhody předloženého způsobu plynou z následujícího popisu. Vynález bude dále vysvětlen blíže. Popis je doplněn jediným obrázkem.

Příklady provedení vynálezu

Podstatu vynálezu je třeba vidět v tom, že výpočet optimálního režimu jízdy v modelu vozidla případně v matematickém modelu s diferenciálními rovnicemi uvažuje místo rychlosti vozidla pohybovou rovnici pro kinetickou energii vozidla, to znamená, že kinetická energie Ekm vozidla a čas t se použijí jako stavové veličiny. Tím je analytické řešení pohybové rovnice možné, čímž se značně zjednoduší optimalizační způsob.

• φ φ ·

φφ φ φ

Uvažují se odchylky stavových veličin vzhledem k dráze s. Matematický model s diferenciálními rovnicemi má tvar:

de kin ds

- AC-^ekin ’ ^ekin (θ) ~ ^e0 ’

při D =

Člen A obsahuje trakční sílu vyvinutou pohonným systémem (urychlení a brzdění), odpor trati a konstantní části jízdního odporu. Členy B a C popisují části jízdního odporu závislé na rychlosti, zvláště C popisuje odpor vzduchu a B je koeficient pro rušivé pohyby podvozku. Proměnná e^n popisuje specifickou kinetickou energii vozidla/vlaku normovanou na hmotnost vozidla (hmotnost vlaku):

m.p 2 přičemž p je přídavný činitel pro rotující hmoty a v je rychlost vozidla.

K optimalizaci se uvažovaná trať rozloží na několik stupňů tak, že v každém stupni se maximální rychlost a členy A a C mohou brát konstantní. Člen B je zahrnut přibližně do členu C a A, takže platí B = 0. Pro každý stupeň se nyní použije následujícího analytického řešení daných diferenciálních rovnic k výpočtu změny kinetické energie a spotřeby času At:

'kin

Á)=-|+i e k_in(P)--- .exp(-C.s), t(s) = /(o) + A/(á·), přičemž

4 4 4 • · · ·

4 ·

4

I · 4 » 4 4 4 » 4 4 4 4 4

-444 ·· 44 4 pro A > 0 a C/A.eid_n(0) = 1 (konstantní rychlost) platí:

At(s)

D.s pro A > O a C/A.eiá_n(0) 1 platí:

At(s) = arg tgh —— y A.C \\-x.y) x = Jl + |^Jo)-lJexp(-C.s), k = ^pr“ [3ί-ιύ^<θ?“^: λ / \ 2P

Δπ5 ) = . — arctg

A.C r >

y-χ J +

* = l+[^e_faJo)-ljexp(-C.s) 'kin „(o),

Pro A = O platí:

Ař(,y) =

2D exp| yJ ··· · · 9 · · · · • · 9 · · 9999999 9 ·

9 9 · · · 9 9 9

99 99 9 9· 9999

Optimalizační problém je tedy formulován jako vícestupňový problém a je řešen vlastním optimalizačním algoritmem. Vhodné optimalizační algoritmy jsou např. „Dynamische Programmierung (Dynamické programování)“ podle Bellmana nebo převedení a řešení jako nelineárního optimalizačního problému. Algoritmy jsou známy např. z Papageorgiou: Optimierung (Optimalizace), kapitoly 10,19 a zvláště 20, Oldenbourg Verlag, 1996.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob energetické optimalizace vozidla/vlaku při použití časových rezerv, které j sou plánovány v jízdním řádu vyznačující se tím, že k dosažení energeticky úsporného režimu jízdy za pomoci optimalizačního algoritmu se v modelu vozidla použijí jako stavové veličiny kinetická energie vozidla a čas a že se uvažují změny stavových veličin vztažené k dráze, přičemž základem je matematický model s diferenciálními rovnicemi:

   de kin kde D = — A C.e_ki , přičemž ¹ P ¹ 2 e_kin =-E_kin = -v

   m.p 2 kde

   Ekin kinetická energie vozidla ekin specifická kinetická energie vozidla/vlaku normovaná na hmotnost vozidla e₀ počáteční hodnota eid_n

   A trakční síla vyvinutá pohonným systémem (urychlení a brzdění), odpor trati a konstantní části jízdního odporu

   B část jízdního odporu závislá na rychlosti (koeficient pro rušivé pohyby podvozku)

   C část jízdního odporu závislá na rychlosti (odpor vzduchu) m hmotnost vozidla s dráha t čas • 94 9 99 • · • 9 9

   9 9 9 *

   9 9 · ·

   9 9· 99 to počáteční hodnota času t v rychlost vozidla p přídavný činitel pro rotující hmoty
2. 2. Způsob podle nároku 1 vyznačující se tím, že uvažovaná trať se rozdělí na více stupňů tak, že v každém stupni se bere maximální rychlost a členy A a C konstantní a člen B je zahrnut přibližně v členech C a A, takže platí že B = 0, takže pro každý stupeň se použije následující přibližné řešení:

   (0) --|^.exp(-C.x), t(s) = ί(θ) + At(s), při čemž pro A > 0 a C/A.ekj_n(0) = 1 platí

   At(s)=

   Ds pro A > 0 a C/A.e_kin(0) Ψ 1 platí:

   Δ/ύ)= arg tgh
3. 4ač x - y 1-xy * = Jl + íje«„(0)-lJexp(-C,y), y = ^e_ki„(o), pro r—Z^kinV^ ( A (0 platí: [exp(c.s)-l] , ( \ 2D Át{s)=—j== arctg

   4-AC • 0· · ·· pro A = 0 platí:

   At(s)

   2D

   c.fíó) ^exp| Η když At je spotřeba času.