用于运行交通工具的方法与流程

本发明涉及一种用于运行交通工具的方法，所述交通工具具有：驱动单元、行驶数据确定单元、消耗器组和功率管理单元，所述功率管理单元设为用于管理消耗器组，其中行驶数据确定单元确定行驶曲线数据，并且基于行驶曲线数据控制驱动单元。

背景技术：

在发动机驱动的交通工具中，通常力求尽可能小的能量消耗。对此，已经提出所谓的驾驶员辅助系统，所述驾驶员辅助系统为交通工具驾驶员发出驾驶建议。为了生成所述建议，例如确定所谓的行驶曲线，所述行驶曲线是驱动单元的能量消耗关于路段变化和行驶时间在预设的条件下优化的结果。

关于副消耗器的能量消耗，所述能量消耗通常通过功率管理单元(也称作为“车载电网管理”)来管理。

技术实现要素：

本发明所基于的目的是，如下改进方法：在一并考虑消耗器组的条件下能够实现关于定义的质量标准方面的优化。

对此提出，功率管理单元从消耗器组接收消耗器数据，功率管理单元至少基于消耗器数据确定预见性的负载变化数据，根据负载变化数据将确定数据传输给行驶数据确定单元，并且行驶数据确定单元根据确定数据确定行驶曲线数据。由此，在确定行驶曲线数据时能够有利地考虑消耗器组的未来的功率需求，其中相对于传统的驾驶员辅助系统，能够实现质量标准的进一步优化。

要优化的质量标准优选是交通工具的总能量消耗。然而，这能够由其他变量、例如峰值功率、交通工具的行程长度、用于给定的路段的行驶时间、排放值、尤其噪声排放值或其他的对本领域技术人员显得有意义的变量形成。质量标准还能够通过多个已知变量的组合得出。

应将“消耗器”理解成用于满足特定的消耗器功能的至少一个部件或下述部件的组合：所述部件以共同作用的方式设为用于满足特定的消耗器功能。“消耗器组”包括至少一个消耗器，优选一组消耗器。因此，消耗器组配设有至少一个消耗器功能，优选多个消耗器功能。典型的消耗器功能——例如但是不仅仅是——交通工具的空间的空气调节和/或通风、产生压缩空气或对电储能器充电。消耗器也能够在本领域技术术语中称作为“辅助运行装置”或——相对于驱动单元——称作为“副消耗器”。消耗器优选为电部件。但是，本发明也能够用于非电的消耗器，例如下述副消耗器，能量由驱动单元以机械的或热学的方式输送给所述副消耗器。

为了对消耗器组供给电能，优选地设有所谓的车载电网。如果驱动单元配设有至少一个电动机，并且所述驱动单元从中间回路获取电能，车载电网优选借助于连接到中间回路上的功率供给单元、尤其呈变流器的形式的功率供给单元供给电功率。

与消耗器组相关联的功率管理单元的管理过程适当地至少包括：确定对于消耗器组或相关联的车载电网可用的功率和启动消耗器组的控制过程，使得消耗器组的运行匹配于所述功率。如果消耗器组具有一组消耗器，那么通过功率管理单元启动的所述控制过程有利地用于，将可用的功率分配到这组消耗器上。

尤其应将“行驶曲线”理解成交通工具的动态特征变量相对于位置特征变量的变化曲线。所述位置特征变量用于，沿着事先已知的和要驶过的路段确定交通工具的位置。所述位置特征变量能够构成为地点特征变量——例如距路段开始或路段结束的距离或路段千米或路段百米——或构成为时间。相对于位置特征变量绘制的动态特征变量能够是交通工具的加速度或速度、牵引力或制动力或者牵引功率或制动功率。行驶曲线优选通过一系列的运行阶段的说明来确定。用于运行阶段的可能的运行类型尤其是加速、保持速度、滑行、制动和停车。滑行阶段和制动阶段在此能够概括成上位概念“减速阶段”，其中交通工具的速度降低。运行阶段至少通过运行类型的和位置特征变量的至少一个值的说明来定义，所述值尤其至少确定运行阶段的开始。有利的是，能够对运行阶段说明位置特征变量的区间、尤其持续时间。加速阶段和制动阶段此外能够通过加速度值或制动作用——例如以制动功率的或制动力的形式——进一步表征。

确定行驶曲线数据适当地至少基于优化方法。所述优化关于路段变化和行驶计划在预设的边界条件下进行。路段数据和行驶计划数据因此有利地构成为用于优化方法的输入数据。由行驶数据确定单元确定的行驶曲线数据优选是驱动单元的至少一个能量消耗器的优化的结果。

能够基于行驶曲线数据控制驱动单元，这通过下述方式实现：所述行驶曲线数据由控制装置考虑用于自动控制或用于产生对交通工具驾驶员发出的驾驶建议。在后一种情况下，根据基于行驶曲线数据产生的驾驶建议由交通工具驾驶员手动控制驱动单元。

尤其应将“负载变化”理解成至少一个消耗器特征变量相对于位置特征变量、优选相对于行驶时间的变化曲线。消耗器特征变量尤其构成为功率特征变量。“预见性的”负载变化数据是未来的负载变化的数据，所述未来的负载变化涉及还要驶过的路段部段。负载变化数据优选涉及消耗器组或相关联的车载电网的总功率需求，其中同样能够设想针对各个消耗器的相应的功率需求确定负载变化数据。

根据本发明的一个有利的构成方案提出，传输给行驶数据确定单元的确定数据对应于负载变化数据，并且行驶数据确定单元根据负载变化数据确定行驶曲线数据。在该实施方案中，通过行驶数据确定单元确定行驶曲线数据包括：基于负载变化数据确定所述行驶曲线数据。在此，由功率管理单元确定的预见性的负载变化数据适当地用作为通过行驶数据确定单元执行的优化方法的输入数据。

在本发明的另一个实施变型形式中提出，行驶数据确定单元确定具有替选的行驶曲线数据的数据组，将数据组传输给功率管理单元，根据负载变化数据选择数据组中的一个数据组，并且确定数据对于所选择的数据组是表征性的。在该实施方案中，适当地在第一步骤中确定数据组，所述数据组是驱动单元的能量消耗器的优化的结果。功率管理单元的功能范围在此有利地包括：确定数据组，所述数据组引起用于消耗器组的最小的能量需求。所述能量需求优选是消耗器组的总能量需求。由此，借助选择适当的数据组，能够优化用于牵引和消耗器组或车载电网的总能量需求。确定数据适当地具有至少一个信息内容，所述信息内容足以通过行驶数据确定单元来确定用于控制驱动单元的数据组。

此外提出，为在预设的行驶时间的条件下特定的要驶过的路段确定具有替选的行驶曲线数据的数据组。由此，能够在保持行驶计划相关的边界条件的情况下进行优化。

根据本发明的一个有利的改进方案提出，在通过行驶数据确定单元确定行驶曲线数据时，根据确定数据来确定减速曲线数据。这尤其适合于构成具有至少一个电制动模式的驱动单元，在所述电制动模式中，在制动过程中将交通工具的动能转换成电能，所述电能能够用于消耗器组的运行。在不同的运行阶段中，在这种情况下，减速阶段对于提供给运行消耗器组的能量产生大的影响，因为在该阶段不从驱动单元获取电能或者将交通工具的动能转换成电能。然而，再生制动的特征主要在于，在短的持续时间之内由驱动单元提供高的功率。当在供电网中不存在或仅存在受限的反馈可能性并且制动能量不可用在或临时存储在交通工具上时，必须将所述制动能量转换成热量。因此，尤其有利的是，在确定减速曲线数据、尤其制动曲线数据时考虑功率管理单元的负载变化数据，进而关于消耗器组的能量消耗优化交通工具的减速阶段、尤其制动阶段。

如果确定如在上文中描述的具有替选的行驶曲线数据的数据组，在这种情况下提出，数据组的行驶曲线数据相互间的区别至少在于减速曲线数据。当行驶曲线替选方案的确定针对交通工具的减速阶段、尤其制动阶段时，尤其能够在确定行驶曲线数据时实现计算功率的优化。在一个特殊的实施方案中，替选的行驶曲线数据相互间的区别能够仅在于减速曲线数据。

作为替选方案或附加方案，在通过行驶数据确定单元确定行驶曲线数据时，根据确定数据来确定加速曲线数据。这尤其在下述实施方案中是有利的，在所述实施方案中，要优化的质量标准至少包括交通工具的峰值功率。

此外提出，基于减速曲线数据，至少一个下述运行阶段是可控的：滑行阶段、根据第一制动作用级的制动阶段、根据至少第二制动作用级的制动阶段。用于制动作用的特征变量在此能够是制动力或制动功率。在此，制动作用级能够对应于下述级，所述级通常可由交通工具驾驶员借助于操纵元件设定。

根据本发明的一个有利的实施方案提出，消耗器组具有至少一个用于对交通工具的储能器充电的充电单元，其中功率管理单元从储能器接收能量状态数据，并且至少基于消耗器数据和能量状态数据确定预见性的负载变化数据。由此，在确定行驶曲线数据时考虑的负载变化能够考虑在储能器中可用的能量。根据储能器的充电状态，能够考虑在确定负载变化时借助于充电单元从储能器中获取能量或将能量馈送到储能器中的可行性。

由功率管理单元确定的负载变化数据能够涉及消耗器组的预见性的消耗，所述消耗能够不同于实际的消耗。然而下述实施方案是有利的，在所述实施方案中，负载变化数据是消耗器组的将要进行的负载变化的数据。对此提出，根据负载变化数据控制消耗器组。

本发明尤其适合于下述交通工具，对于所述交通工具而言，在大的时间段中能够以行驶曲线的形式预见行驶进程。对此尤其应理解成超过一分钟、尤其超过五分钟和尤其优选超过十分钟的时间段。根据本发明的方法因此能够在道路交通工具中有利地应用，所述道路交通工具在该时间段期间使用不被其他交通工具频繁使用的路段或一些预定的路段。尤其有利的是在轨道车辆中、尤其在人员运输的区域或远程交通中或货物交通中应用。

本发明还基于一种交通工具，所述交通工具具有：驱动单元；行驶数据确定单元，所述行驶数据确定单元设为用于确定行驶曲线数据；消耗器组；和功率管理单元，所述功率管理单元设为用于管理消耗器组，其中驱动单元可基于行驶曲线数据来控制。

提出，功率管理单元与消耗器组数据连接并且设为用于，至少基于消耗器组的消耗器数据来确定预见性的负载变化数据，在功率管理单元和行驶数据确定单元之间设有连接，经由所述连接根据负载变化数据能够将确定数据传送给行驶数据确定单元，和行驶数据确定单元设为用于，根据确定数据确定行驶曲线数据。通过功率管理单元与行驶数据确定单元的所提出的信息通信，能够在确定行驶曲线数据时有利地考虑消耗器组的功率需求，其中相比于传统的驾驶员辅助系统，能够实现质量标准的进一步优化。对于提出的交通工具的其他有利的效果，参照关于根据本发明的方法的上述实施方案。

附图说明

根据附图详细阐述本发明的实施例。附图示出：

图1示出具有用于确定行驶曲线数据的行驶数据确定单元、消耗器组和功率管理单元的轨道车辆，

图2示出示例性的行驶曲线，

图3示出基于功率管理单元的负载变化数据确定行驶曲线数据，

图4示出基于负载变化数据确定替选的行驶曲线数据和选择替选方案，

图5示出相对于消耗器组的负载变化的、对应于替选的行驶曲线数据的行驶曲线，

图6示出基于功率管理单元的负载变化数据确定行驶曲线数据，所述功率管理单元考虑储能器的能量状态数据。

具体实施方式

图1示出构成为轨道车辆10的交通工具的示意侧视图。所述轨道车辆构成为车厢12的组合，所述组合在本领域专业术语中称作为“动车组”。组合配设有驱动单元14，所述驱动单元包括未详细示出的电动牵引电机，所述电动牵引电机分别用于驱动至少一个驱动桥16。车厢的数量以及驱动桥和支撑轴(laufachsen)的顺序是示例性的。轨道车辆10在所观察的实施方案中形成在运行方面不可分开的列车单元，所述列车单元能够借助至少一个这种轨道车辆以耦联运行模式运行，其中驱动单元14的部件分布在组合上。也可设想的是，部件具有彼此不可分开的牵引车厢和无驱动的车厢并且能够按照需要组装，在所述牵引车厢中分别设置有自主的驱动单元14。此外可设想的是，轨道车辆10构成为机车。

驱动单元14能够以牵引模式和电制动模式运行。对此，设有控制装置18，所述控制装置具有驱动控制设备20和制动控制设备22。控制装置18具有到设置在驾驶室26中的输入装置28的接口。所述输入装置具有已知的操纵元件50，所述操纵元件安置到所谓的操纵台32上。经由所述操纵元件50，能够输入用于驱动单元14的指令，如期望的牵引级或期望的制动作用级，由控制装置18的相应的控制设备20、22实现所述牵引级或制动作用级。

轨道车辆10还具有行驶数据确定单元30，所述行驶数据确定单元设置为用于，确定行驶曲线数据fk。行驶数据确定单元30在本领域技术术语中也称作为“驾驶员辅助系统”。行驶数据确定单元30的功能基于至少一个优化方法，所述优化方法用于将在行驶期间从外部的电网供给装置31获取的能量最小化。所述优化在预设的边界条件下进行，所述边界条件至少涉及事先已知的路段拓扑和行驶计划。由行驶数据确定单元30考虑用于执行优化方法的相应的数据存储在数据库32中。在所观察的实施方案中，数据库32设置在轨道车辆10的车内，其中同样能够设想数据库的至少一部分设置在陆地侧。由行驶数据确定单元30至少基于所述数据来确定行驶曲线数据fk。所述行驶曲线数据fk对应于相对于时间t绘制的车辆速度v的变化曲线，其中变化曲线分成不同的运行阶段。可能的运行阶段在这种情况下为：加速阶段a、保持速度阶段b、滑行阶段c、制动阶段d和停车阶段e。运行阶段“滑动阶段”c和“制动阶段”d属于上级的“减速阶段”vp。运行阶段“加速阶段”和“制动阶段”还能够分成其它运行阶段，所述其它运行阶段涉及牵引作用或制动作用。这在下文中详细阐述。

这种变化曲线的示例在图2中示出。作为替选方案或附加方案，能够基于行驶曲线数据fk形成车辆速度v相对于地点或车辆位置的变化曲线。

由行驶数据确定单元30确定的行驶曲线数据fk用于控制驱动单元14。根据第一控制模式，基于行驶曲线数据fk产生驾驶建议fe，所述驾驶建议借助于输出单元34输出给交通工具驾驶员。在一个典型的实施方案中，输出单元34构成为显示单元，其中能够设想替选的或附加的声学输出。交通工具驾驶员能够经由操纵元件50根据驾驶建议手动地输入指令，所述指令由控制装置18实现。在第二控制模式中，基于行驶曲线数据fk产生用于驱动单元14的指令，所述指令通过控制装置18自动地实现。对此，行驶数据确定单元30和控制装置18彼此数据连接。

轨道车辆10还具有一组36电消耗器38。这些电消耗器不同于驱动单元14的部件并且也称作为“副消耗器”或“辅助运行装置”，其连接于所谓的在图1中极度示意性地示出的车载电网40。所述车载电网40典型地借助于功率供给单元42馈送来自中间回路14的功率，驱动单元14连接于所述中间回路。功率供给单元42典型地配设有至少一个整流器，也称作为“车载电网换流器”或“辅助运行装置换流器”。

在图1中示例性地示出所述组36的电消耗器38.1、38.2和38.3，所述电消耗器构成为空调设施、通风单元或储能器45的充电单元。为了对消耗器组36进行功率管理设有功率管理单元46。所述功率管理单元用于，计算对于运行消耗器组36可用的总功率(也称作为“车载电网功率”)和将功率(最大为所述总功率)分配到电消耗器38上。为此，功率管理单元46与电消耗器38数据连接，其中所述功率管理单元经由所述连接来接收电消耗器38的消耗器数据vd。所述消耗器数据vd用于，表征相应的电消耗器38的功率需求。除了所述功率检测之外，功率管理还能够包括产生用于控制电消耗器38的指令，所述指令由相应的消耗器控制装置实现。功率管理单元46在所观察的实施方案中构成为轨道车辆10中的中央单元，所述中央单元与局部的消耗器控制装置(未示出)连接。所述局部的消耗器控制装置能够分别负责不同的消耗器38或消耗器38的上级组，如车厢12的电消耗器38。消耗器控制装置还能够根据另一个实施方案以主从关系运行，其中功率管理单元46的在上文中描述的功能由消耗器控制装置中的一个消耗器控制装置执行。

功率管理单元46此外设置为用于，基于消耗器数据vd计算预见性的负载变化。对此，功率管理单元46事先计算在至少一个时间区间中的消耗器38的功率需求。在此，从消耗器数据vd中获得的知识用于：在时间区间中以何种相应要期待的功率持续地接通或关断、随机接通或可控地接通或关断哪个消耗器38。因此，基于消耗器数据vd，能够由功率管理单元46确定负载变化数据ld，通过所述负载变化数据可建立负载变化作为用于未来的时间区间的相对于时间绘制的功率曲线。

在电制动模式中，已知地将驱动单元14的行驶马达用作为发电机，所述发电机将电能馈入到中间回路44中。行驶方式、尤其轨道车辆10的不同的运行阶段因此影响对于运行消耗器组36可用的能量。有利地在功率管理单元46和行驶数据确定单元30之间设有连接48，经由所述连接在运行时建立从功率管理单元46至行驶数据确定单元30的数据流。连接48在图1中示意性地示出。其能够为直接的物理连接或逻辑连接，该连接经由数据总线(未示出)建立。数据流能够直接在功率管理单元46和行驶数据确定单元30之间或经由其他中间单元进行。

所述连接48用于，将基于负载变化数据ld产生的确定数据bd传输给行驶数据确定单元30。所述确定数据bd由行驶数据确定单元30考虑用于确定行驶曲线数据fk。根据图3至5描述两个实例，其中为每个实例阐述确定数据bd的类型和通过行驶数据确定单元30确定行驶曲线数据fk。

在图3中示出第一示例。如在上文中已经描述的那样，由功率管理单元46接收消耗器组36的消耗器数据vd，其中所述功率管理单元基于所述消耗器数据确定预见性的负载变化数据ld。在所观察的实施方案中，所述负载变化数据ld形成确定数据bd，所述确定数据经由连接48传输给行驶数据确定单元30。借此，将关于消耗器组36的未来的负载变化的信息传送给行驶数据确定单元30。行驶数据确定单元30的优化方法因此基于负载变化数据ld确定行驶曲线数据fk。由此，在确定优化的行驶曲线时考虑消耗器组36的功率需求的变化曲线。尤其，确定一个或多个制动阶段d，使得消耗器组36的功率需求的最大值通过在驱动单元14的电制动模式中产生的能量来满足。如果例如为特定的时间段设有提高的功率需求，电制动阶段d优选在所述时间段中并且以匹配的制动作用进行。行驶数据确定单元30在其确定阶段中确定被其考虑在内的行驶曲线数据fk。行驶曲线数据fk提供给控制装置18以自动控制驱动单元14或者被处理用于该输出单元34以输出驾驶建议。

根据图4和5阐述第二示例。其与上面的示例的不同之处在于，行驶数据确定单元30确定具有替选的行驶曲线数据fk1、fk2、fk3的数据组。相应的行驶曲线在图5中在上面的图表中示出。行驶曲线数据fk1、fk2、fk3不同于其相应的减速阶段vp，在所述减速阶段中，车辆速度v降低。在基于行驶曲线数据fk1的第一行驶曲线中，在时间点t1启动滑行阶段c。在基于行驶曲线数据fk2的第二行驶曲线中，以恒定速度vmax维持保持速度阶段b直至稍后的时间点t2，在所述时间点t2，启动具有第一制动作用的制动阶段da。在基于行驶曲线数据fk3的第三行驶曲线中，以恒定速度vmax维持保持速度阶段b直至更后的时间点t3，在所述时间点t3，启动具有第二制动作用的制动阶段db。第二制动作用大于第一制动作用。

根据行驶曲线数据fk1的滑行阶段c进行至时间点t3之后的时间点t4，并且转入根据第三制动作用的制动阶段dc中，所述第三制动作用大于第二制动作用。

如从图5中上部的图表中同样得出的，为在预设的行驶时间te的条件下特定的要驶过的路段确定具有替选的行驶曲线数据fk1、fk2、fk3的数据组，尤其替选的减速阶段vp。

如在图4中示出的，将具有替选的行驶曲线fk1、fk2、fk3的数据组经由数据连接48传送给功率管理单元46。所述功率管理单元如在上文中已经说明的那样基于消耗器组vd确定预见性的负载变化数据ld。消耗器组36的从负载变化数据ld中得出的负载变化在图5的下面的图表中示出。在所述图表中，分别相对于时间t绘制由消耗器组36获取的功率l。负载变化的特征在于功率l在时间点t3直至停车的时间点te的事先计算的上升。功率管理单元46确定哪个行驶曲线数据fk1、fk2、fk3具有对负载变化的最高的匹配度。

在第一行驶曲线数据fk1中，滑行阶段c从时间点t1进行至时间点t4，在所述时间点t4转入制动阶段dc中。由于动能的减小产生的电能因此从时间点t4起才可用于运行消耗器组36。在t3和t4之间的时间段中，电功率必须从其他源、例如从储能器和/或从电网供给31中获取。所述功率在第一个中间图表中以阴影线示出。

在第二行驶曲线数据fk2中，在时间点t3之前的时间点t2，导入制动阶段da。因为在时间点t2消耗器组36的能量需求是小的，如果到电网中的反馈是不可能的，发电式产生的制动能量的一部分必须在制动阻力中减小。这通过图5的下面的图表中的阴影区域示出。

在第三行驶曲线数据fk3中，在时间点t3启动制动阶段db，在所述时间点t3，消耗器组36的功率需求增大。因此，行驶曲线数据fk3由功率管理单元46选择成优化的行驶曲线数据。所述选择一并通知给行驶数据确定单元30，这通过下述方式实现：将确定数据bd传输给所述行驶数据确定单元。所述确定数据足以用于：行驶数据确定单元30基于确定数据bd能够确定所选择的数据组。在一个简单的实施方案中，所选择的数据组的特征在于编码，所述编码作为确定数据bd传输给所述行驶数据确定单元30，以通过行驶数据确定单元30进行确定。在一个实施变型形式中，所选择的数据组能够至少部分地作为行驶数据确定单元30的确定数据bd传输。

如在上文中已经描述的那样，将行驶曲线数据fk提供给控制装置18以自动控制驱动单元14或被处理用于输出单元34以输出驾驶建议。

如在图4中示出的，此外，消耗器组36的控制通过功率管理单元46进行。所述功率管理单元产生控制数据sd，所述控制数据传输给相应的消耗器控制装置。确定相应的控制指令，使得尽可能根据所确定的预见性的负载变化来控制消耗器组36。

在图6中示出另一个实施变型形式。所述实施变型形式与在上文中描述的实施方案的不同之处在于，功率管理单元46接收储能器45的储能器状态数据ed，并且在确定负载变化数据ld时考虑所述储能器状态数据。