[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalkulation einer Fahrempfehlung
durch ein in einem Schienenfahrzeug eingebautes Fahrerassistenzsystem.
[0002] Die aus dem Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen Kalkulationsverfahren für
Fahrerassistenzsysteme geben dem Fahrer bzw. Lokführer dynamisch kalkulierte Fahrempfehlungen
für den energieeffizienten Betrieb eines Schienenfahrzeugs beim Befahren einer vorgegebenen
Fahrstrecke. In dieser dynamisch kalkulierten Fahrempfehlung werden u.a. auch Eigenschaften
des Schienenfahrzeuges wie Masse, Traktionskraft oder auch Widerstandskräfte sowie
vorbekannte Daten der zu befahrenen Fahrtstrecke berücksichtigt.
[0003] Neben der Einhaltung eines vorgegebenen Fahrplans steht insbesondere der Energieverbrauch
bei der Kalkulation solcher Fahrerempfehlungen aktuell im Vordergrund. Der Grund dafür
besteht zum einen in steigenden Energiepreisen, zum anderen auf sich verändernden
Rahmenbedingungen im Schienenverkehr, insbesondere die zunehmende Trennung von Tarifen
zur Netzbenutzung des Schienennetzes und der Energieversorgung.
[0004] Um die Energiekosten zu senken, ist neben technischen Veränderungen der Schienenfahrzeuge
auch die Verwendung von Fahrerassistenzsystemen möglich, welche dem Lokführer Fahrempfehlungen
hinsichtlich einer kosten- und/oder energieeffizienten Fahrweise geben.
[0005] Zur Berechnung solcher Fahrempfehlungen benötigen und verarbeiten die Fahrerassistenzsysteme
Informationen über die Randbedingungen der jeweiligen Verkehrsanwendung und Verkehrssituation.
Diese Randbedingungen resultieren aus den physikalischen Eigenschaften des Schienenfahrzeuges
bzw. eines Zugverbandes von Schienenfahrzeugen, der aktuellen Position dieses Schienenfahrzeuges
bzw. des Zugverbandes sowie der Beschaffenheit der Fahrtstrecke in diesem Bereich
und des Fahrplans.
[0006] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Kalkulation einer Fahrempfehlung
mit Hilfe eines in einem Schienenfahrzeug integrierten Fahrerassistenzsystems bereit
zu stellen, mit dem die kosten- und/oder energieeffiziente Fahrweise weiter verbessert
werden kann.
[0007] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Kalkulation einer Fahrempfehlung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
[0008] Erfindungsgemäß weist das Fahrerassistenzsystem eine Steuereinheit, einen Datenspeicher,
in dem Fahrplan und Streckeninformationen der zu befahrenden Strecke, physikalische
Eigenschaften des Schienenfahrzeuges und ggfs. an dieses angehängte Wagen gespeichert
sind und einen Empfänger eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) zur Erfassung
der Position des Schienenfahrzeuges auf. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte
auf:
- Laden der physikalischen Eigenschaften der Schienenfahrzeuge, die eine Einheit bilden
(Triebfahrzeuge und ggfs. an diese angehängte Wagen) in die Steuereinheit,
- Auswählen eines Kalkulationsmodells für die Berechnung eines Sollgeschwindigkeitsprofils
auf Basis der Traktionsart(en) des/der Triebfahrzeuge(s),
- Berechnen eines Sollgeschwindigkeitsprofils für die zu befahrende Strecke sowie
- Aktualisieren der Fahrempfehlung während der Fahrt unter Berücksichtigung der aktuellen
Position und Geschwindigkeit der Schienenfahrzeuge und der im Datenspeicher gespeicherten
Daten.
[0009] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine deutliche Erweiterung und Verbesserung
bislang bekannter Fahrerassistenzsysteme ermöglicht, in dem zur Kalkulation der Fahrempfehlung
ein an die jeweilige Traktionsart, beispielsweise Elektro-, Diesel- oder Hybridtraktion,
angepasstes Kalkulationsmodell ausgewählt und so die Berechnung einer Fahrempfehlung
weiter optimiert wird. Ein solches Verfahren ermöglicht die Ausnutzung eines beträchtlichen
Einsparpotentials durch individuelle Anpassung des Kalkulationsmodells an die Antriebsart
der Schienenfahrzeuge.
[0010] Die durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens sich ergebenden Vorteile umfassen
eine Anpassung des Fahrerassistenzsystems an den individuell verwendeten Antrieb.
Darüber hinaus erfolgt eine Berücksichtigung weiterer Randbedingungen der aktuellen
Fahrsituation, welche sich insbesondere auch durch Änderungen netzspezifischer Eigenschaften
im Verlauf der Fahrt ergeben.
[0011] Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0012] So kann in einer Ausführungsvariante die Sollgeschwindigkeit für die einzelnen Streckenabschnitte
fallweise bereits vor Fahrtantritt berechnet und im Datenspeicher als Sollgeschwindigkeitsprofil
abgespeichert werden.
[0013] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird bei der Kalkulation der Fahrempfehlung ein Preis der für die abzufahrende Fahrstrecke
benötigten Energiemenge berücksichtigt. Die Einbeziehung des aktuellen Energiepreises
ist für die Kalkulation einer kostenoptimierten Fahrt eine wichtige Variable. Dadurch
werden variable monetäre Randbedingungen des Netzbetriebs wie der Preis für den Energiebezug
bzw. die Rückspeisung berücksichtigt.
[0014] Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine lokale und/oder zeitliche Veränderung des Preises der für die abzufahrende Fahrstrecke
benötigten Energiemenge berücksichtigt. Diese Preisveränderungen spielen insbesondere
bei strombetriebenen Schienenfahrzeugen eine wesentliche Rolle, da die Einspeisung
der benötigten Energie in das Energieversorgungsnetz des Schienenfahrzeuges derart
erfolgen kann, dass die benötigten Energiemengen sowohl zeitlich als auch örtlich
zu unterschiedlichen Preisen bezogen werden können. Solche lokal sich verändernden
Strompreise treten insbesondere bei grenzüberschreitendem Schienenverkehr auf, wobei
die Zahlungsmodalitäten für den Energiebezug sowie technischen Randbedingungen abhängig
von den jeweiligen Netzbetreibern der verschiedenen Länder sind. Demgemäß erfolgt
eine tageszeitabhängig und ortsabhängig angepasste Optimierung der Fahrempfehlung
durch Berücksichtigung der Eigenschaften und lokalen oder zeitlichen Änderungen dieser
monetären Randbedingungen. Außerdem lassen sich mit dem vorgestellten Verfahren länderspezifische
Eigenschaften der technischen sowie monetären Randbedingungen im grenzüberschreitenden
Schienenverkehr einbeziehen.
[0015] Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemä-βen Verfahrens,
bei dem ein Energierückspeisungsmodus ausgewählt ist, wird bei der Kalkulation der
Fahrempfehlung ein zu erstattender Geldbetrag der beim dynamischen Bremsen in ein
Netz eines Energielieferanten rückgespeisten Energiemenge berücksichtigt. Auch die
Möglichkeiten der Rückspeisung von Energie in ein Verteilungsnetz eines Energielieferanten
sind von den jeweiligen Netzbetreibern der verschiedenen Länder abhängig und spielen
insbesondere im grenzüberschreitenden Schienenverkehr ebenfalls eine bedeutende Rolle.
[0016] Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemä-βen Verfahrens
anhand der Figur näher erläutert. Es zeigt:
- Figur 1
- ein schematisches Ablaufdiagramm mit Darstellung einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Kalkulation einer Fahrempfehlung.
[0017] Das zur Durchführung einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte
Fahrerassistenzsystem weist im Wesentlichen eine Steuereinheit mit einer Kalkulationseinheit
zur Berechnung der Fahrempfehlung, einen Datenspeicher, einen Empfänger eines globalen
Navigationssatellitensystems sowie eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe der berechneten
Fahrempfehlung an den Lokomotiv- oder Triebzugführer auf.
[0018] Der Datenspeicher des Fahrerassistenzsystems dient zur Aufnahme und Speicherung aller
notwendigen Daten, die zur Kalkulation einer kosten- und energieeffizienten Bewältigung
einer vorgegebenen Fahrstrecke benötigt werden. Die Daten können dabei sowohl lokal
vor Fahrtantritt in den Datenspeicher eingegeben als auch über eine Empfangseinheit
per Fernübertragung eingespeist werden.
[0019] Zu den zu speichernden Daten gehören insbesondere die physikalischen Eigenschaften
des bzw. der Schienenfahrzeuge. Bei dem oder den Schienenfahrzeug(en) handelt es sich
beispielsweise um einen Triebzug oder einem Verbund aus einer oder mehreren Lokomotiven
sowie an diese angehängte Wagen. Zu den physikalischen Daten gehören dabei neben der
Masse, der Fahrwiderstände und Länge des Zuges auch die Anzahl der angetriebenen Einheiten,
die Art der vorhandenen Bremsen sowie die Antriebsart des Schienenfahrzeugs bzw. der
Schienenfahrzeuge.
[0020] Des Weiteren werden in dem Datenspeicher Fahrplan- und Streckeninformationen der
zu befahrenen Strecke gespeichert.
[0021] Zur weiteren Steigerung der Kosteneffizienz enthalten diese Streckeninformationen
neben Entfernungs- und Höhendaten auch Informationen betreffend aktuelle Preise für
die zu beziehende Energiemenge, beispielsweise in Form von elektrischer Energie oder
Dieselkraftstoff. Diese Energiepreise können sowohl zeit- als auch ortsabhängig verschieden
sein, so dass bei der Berücksichtigung solcher Preisschwankungen eventuelle Fahrplanänderungen
mit je nach Tageszeit oder ortsschwankenden Energiepreisen abgestimmt bzw. abgewogen
werden können.
[0022] Insbesondere bei Schienenfahrzeugen mit beispielsweise elektrischem Antrieb oder
Hybridantrieb, auch zusammengefasst als rekuperationsfähige Fahrzeuge, werden in dem
Datenspeicher auch Preise sowie Mengenangaben betreffend die Rückvergütung aus bei
einem Bremsvorgang rückgewonnenen Energiemengen gespeichert.
[0023] Durch die Berücksichtigung der Traktionsart sowie solcher zeit- und/oder ortsspezifischer
Parameter, insbesondere der Energiepreise für die zu beziehenden bzw. rückzuspeisenden
Energiemengen werden weitere Einsparpotentiale in der Kalkulation von Fahrempfehlungen
genutzt und somit weiter optimierte Fahrempfehlungen ausgegeben. Diese weiter optimierten
Fahrempfehlungen werden erreicht durch das Auswählen eines spezifischen Kalkulationsmodells
für die Berechnung eines Sollgeschwindigkeitsprofils zum Abfahren einer vorgegebenen
Strecke auf Basis der Traktionsart des Schienenfahrzeuges.
[0024] Das Fahrerassistenzsystem weist des Weiteren einen Empfänger eines globalen Navigationssatellitensystems
auf, mit dem die aktuelle Position des Schienenfahrzeuges erfasst und der Steuereinheit
zugeführt wird, um die aktuellen Positions- und Geschwindigkeitsdaten des Schienenfahrzeuges
bzw. der Schienenfahrzeuge mit den gespeicherten Fahrplaninformationen abgleichen
zu können und ggfs. Korrekturen der Fahrempfehlung vornehmen zu können.
[0025] Anhand der Figur 1 wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Kalkulation einer Fahrempfehlung näher erläutert.
[0026] In der Figur 1 sind dabei schematisch die für die Auswahl eines Kalkulationsmodells
zur Berechnung einer Fahrempfehlung notwendigen Einflussgrößen und Parameter sowie
der Ort deren Einflussnahme auf die Berechnung, dargestellt. Ein Teil dieser Parameter
geht dabei in die Entscheidungsfindung zur Auswahl eines geeigneten Kalkulationsmodells
ein. Ein weiterer Teil beeinflusst die Vorgänge innerhalb der Kalkulation zur Optimierung
der Fahrempfehlung.
[0027] Zu Beginn einer solchen Kalkulation wird zunächst gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Unterscheidung zwischen Personen- und Güterverkehr
getroffen.
[0028] Das in Figur 1 gezeigte Ablaufschema stellt dabei den Ablauf einer Kalkulation für
den Personenverkehr dar.
[0029] In einer ersten Abfrage wird zunächst unterteilt in einen Ablaufstrang für rekuperative
Traktionsarten wie beispielsweise Elektro- oder Hybridtraktion und einen Ablaufstrang
für nicht rekuperative Traktionsarten wie beispielsweise Dieselantrieb. Durch Festlegung
dieser Eigenschaften wird der Typ des Kalkulationsmodells definiert.
[0030] Bei dem Ablaufstrang für Antriebsarten ohne Rückspeisungsmöglichkeit von Energie
geht als eine der physikalischen Eigenschaften des Schienenfahrzeuges bzw. der Schienenfahrzeuge
die nicht rekuperative Bremsleistung des Schienenfahrzeuges bzw. der Schienenfahrzeuge
ein, die insofern Einfluss auf die Fahrempfehlung nimmt, als dass bei diesem Kalkulationsmodell
darauf geachtet wird, dass aus einem Bremsvorgang bei dieser Antriebsart keine Energie
zurückgewonnen werden kann.
[0031] Bei dem Kalkulationsmodell für Antriebsarten, welche eine Rückspeisung von Energiemengen
erlaubt, werden zunächst Informationen zur Art des Schienenfahrzeuges bzw. der Schienenfahrzeuge
und zur Anzahl der angetriebenen Einheiten, beispielsweise der angetriebenen Achsen
oder der angetriebenen Wagen, abgerufen. Daraufhin unterteilt sich der Ablaufstrang
in eine Berechnung einerseits für Triebzüge und andererseits für Lokomotiven-/Wagenkombinationen.
[0032] In die anschließende optimierte Berechnung einer Fahrempfehlung werden neben den
oben genannten Informationen auch zeitlich und örtlich aktuelle Informationen berücksichtigt,
welche über das globale Positionierungssystem erhalten werden. Je nach aktueller Zeit
und Ort werden jeweilige länderspezifische Randbedingungen sowie zeit- und ortsspezifische
Parameter berücksichtigt. So können sich je nach Zeit und Ort die Energiebezugspreise,
beispielsweise Strompreise ändern, so dass es sinnvoll sein kann, die Geschwindigkeit
des Schienenfahrzeuges bzw. der Schienenfahrzeuge in einem bestimmten Zeit- oder Ortsabschnitt
aufgrund eines sehr hohen Energiebezugspreises zu drosseln und zu einem anderen Zeitpunkt
oder auf einem anderen Teilstück der abzufahrenden Strecke eine höhere Schienenfahrzeuggeschwindigkeit
zu empfehlen, wenn der aktuelle Energiebezugspreis der aus einem Stromnetz abrufbaren
Energie reduziert ist, beispielsweise während der Nacht.
[0033] Ein weiterer Faktor zur Berechnung einer Fahrempfehlung ist bei den Antriebsarten,
bei denen eine Rückspeisung ermöglicht ist, auch der Preis für die in ein Energienetz
zurückgespeiste Energie. Dabei ist außerdem zu beachten, ob für die Rückspeisung der
bei einem Abbremsvorgang des Schienenfahrzeuges bzw. der Schienenfahrzeuge gewonnenen
elektrischen Energie weitere Randbedingungen vorliegen, wie beispielsweise eine maximale
Höhe der Rückspeisung oder auch vorgegebene Mindestmengen oder Geldbeträge. Denkbar
ist auch die Beachtung von zeitabhängigen und/oder witterungsabhängigen Beschränkungen
der Rückspeisemöglichkeit von Energiemengen in das Energienetz.
[0034] Als weitere Parameter gehen in die Kalkulation die Bremskräfte der eingesetzten elektrodynamischen
Bremsen, sowie die Bremskräfte der eingesetzten Reibungsbremsen ein.
[0035] Sämtliche dieser in die Berechnung eingehenden Parameter werden in der Steuereinheit
analysiert. Diese Analyse führt dann zu einer Fahrempfehlung, welche an den Fahrer
des Schienenfahrzeuges bzw. der Schienenfahrzeuge ausgegeben wird.
[0036] Die jeweiligen Fahrempfehlungen werden während der Fahrt des Schienenfahrzeuges bzw.
der Schienenfahrzeuge ständig aktualisiert, so dass auch nichtvorhersehbare Störungen
im Betriebsablauf berücksichtigt werden und je nach Ausmaß der Störung bzw. dadurch
verursachten Abweichung vom vorgegebenen Fahrplan eine geänderte bzw. aktualisierte
Fahrempfehlung zur Folge haben.
[0037] Mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens wird eine deutliche Erweiterung und Verbesserung
bislang bekannter Fahrerassistenzsysteme ermöglicht. Sie umfasst zunächst eine Anpassung
des Fahrerassistenzsystems an den jeweiligen Typ des Zugverbandes sowie den individuell
verwendeten Antrieb. Darüber hinaus erfolgt eine Berücksichtigung weiterer Randbedingungen
der aktuellen Fahrsituation, welche sich insbesondere auch durch landes - und netzspezifische
Eigenschaften ergeben. Mit dem vorgeschlagenen adaptiven, an diese Randbedingungen
anpassbaren Verfahren zur Berechnung einer Fahrempfehlung ist eine individuell angepasste
Optimierung einer Fahrempfehlung ermöglicht. Insbesondere ist eine an den Einsatzbereich
des Zugverbandes, sprich Passagier- oder Güterverkehr, angepasste Optimierung möglich.
Die kalkulierte Fahrempfehlung erfolgt antriebsabhängig. Es werden variable monetäre
Randbedingungen des Netzbetriebs wie der Preis für den Energiebezug bzw. die Rückspeisung
berücksichtigt. Es erfolgt eine tageszeitabhängig und ortsabhängig angepasste Optimierung
der Fahrempfehlung durch Berücksichtigung der Eigenschaften und lokalen oder zeitlichen
Änderungen dieser monetären Randbedingungen. Außerdem lassen sich mit dem vorgestellten
Verfahren länderspezifische Eigenschaften der technischen sowie monetären Randbedingungen
im grenzüberschreitenden Schienenverkehr einbeziehen.
1. Verfahren zur Kalkulation einer Fahrempfehlung durch ein in einem Schienenfahrzeug,
insbesondere in einem Triebzug oder einer Lokomotive eingebautes Fahrerassistenzsystem
mit einer Steuereinheit, einem Datenspeicher, in dem Fahrplan- und Streckeninformationen
der zu befahrenden Strecke, physikalische Eigenschaften der eine Zugeinheit bildende
Schienenfahrzeuge gespeichert sind und einem Empfänger eines globalen Navigationssatellitensystems
zum Erfassen der Position des Schienenfahrzeuges, aufweisend die Verfahrensschritte:
- Laden der physikalische Eigenschaften aller eine Zugeinheit bildende Schienenfahrzeuge
in die Steuereinheit,
- Auswählen eines Kalkulationsmodells für die Berechnung eines Sollgeschwindigkeitsprofils
auf Basis der Traktionsart des Schienenfahrzeuges bzw. der Schienenfahrzeuge,
- Berechnen eines Sollgeschwindigkeitsprofils für die zu befahrende Strecke
- Aktualisieren der Fahrempfehlung während der Fahrt unter Berücksichtigung der aktuellen
Position und Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges (1) und der im Datenspeicher gespeicherten
Daten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Kalkulation der Fahrempfehlung die Kosten
der für die abzufahrende Fahrstrecke benötigten Energiemenge optimiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei der Kalkulation der Fahrempfehlung eine lokale
und/oder zeitliche Veränderung des Preises der während der abzufahrenden Fahrstrecke
benötigten Energiemengeneinheiten berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem ein Energierückspeisungsmodus
ausgewählt ist, wobei bei der Kalkulation der Fahrempfehlung der entsprechend einer
beim Abfahren der Fahrstrecke in ein Netz eines Energielieferanten rückgespeisten
Energiemenge zu erstattende Geldbetrag berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Energierückspeisungsmodus
ausgewählt ist, wobei bei der Kalkulation der Fahrempfehlung ein lokaler und/oder
zeitlicher Wechsel der Verbindung des Schienenfahrzeuges (1) mit einem Netz eines
Energielieferanten und eine damit verbundene Preisänderung der beim Abfahren der Fahrstrecke
in eine Netz eines Energielieferanten rückgespeisten Energiemenge berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei der Kalkulation der Fahrempfehlung
lokal und/oder zeitlich begrenzt geltende Vorschriften und/oder Parameter berücksichtigt
werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein Energierückspeisungsmodus ausgewählt ist, wobei
bei der Kalkulation der Fahrempfehlung lokale Vorschriften zur maximal erlaubten Rekuperation
berücksichtigt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem bei der Fahrempfehlung auf zeitabhängige
Beschränkungen der Rückspeisemöglichkeit Rücksicht genommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei dem bei der Fahrempfehlung auf witterungsabhängige
Beschränkungen der Rückspeisemöglichkeit Rücksicht genommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, bei dem ein Energierückspeisungsmodus ausgewählt
ist, wobei bei der Kalkulation der Fahrempfehlung lokale Vorschriften zur minimalen
Energieabnahmemenge berücksichtigt werden.