交通工具和运行交通工具的方法与流程

[0001]
本发明涉及一种交通工具、尤其轨道交通工具，所述交通工具具有至少一个第一储能器和第二储能器，其中，第一储能器在行驶期间能充电和放电并且在能量需求增大的情况下能够比第二储能器更快地提供能量。


背景技术：

[0002]
这样的交通工具例如由欧洲专利ep 3 162 612 b1已知。在那里描述的交通工具中，基于参考行驶数据将能量从第一储能器再充到第二储能器中，参考行驶数据是在交通工具在先前行驶的线路区段上的参考行驶中确定的。


技术实现要素：

[0003]
本发明所要解决的技术问题是进一步优化上述类型的交通工具。
[0004]
所述技术问题按照本发明通过具有权利要求1的特征的交通工具解决。按照本发明的交通工具的有利的设计方案在从属权利要求中给出。
[0005]
据此，按照本发明规定，所述交通工具具有行驶策略确定装置，该行驶策略确定装置至少基于交通工具数据和线路数据计算规定(或者说确定)所述交通工具在时间上的运行方式的行驶策略，该行驶策略规定在下一个线路区段中交通工具在时间上的目标运行方式，所述下一个线路区段延伸至下一个行驶目的地，其中，所述交通工具数据描述所述交通工具，并且所述线路数据描述所述下一个线路区段，所述交通工具具有充电策略确定装置，该充电策略确定装置为直至下一行驶目的地的行驶、基于由所述行驶策略确定装置确定的行驶策略、确定充电策略，该充电策略规定在所述行驶期间用第二储能器的能量对第一储能器的充电，并且所述行驶策略确定装置与交通工具辅助装置连接或者是构成交通工具辅助装置的组成部分，所述交通工具辅助装置基于由所述行驶策略确定装置确定的行驶策略向交通工具的交通工具驾驶员在听觉和/或视觉上显示交通工具控制数据，所述交通工具驾驶员借助所述交通工具控制数据能够在遵守行驶策略确定装置的行驶策略的情况下控制所述交通工具。
[0006]
按照本发明的交通工具的主要优点在于，在该交通工具中不需要与先前的行驶有关的参考数据。按照本发明设置的行驶策略确定装置能够实现仅基于交通工具数据和线路数据来确定行驶策略并且因此不需要先前的参考行驶。
[0007]
按照本发明的交通工具的另外的主要优点是，能够使实际的运行方式与预期的运行方式或在行驶策略中确定的运行方式的偏差最小化，因为按照本发明与行驶策略确定装置耦连的交通工具辅助装置有利地在听觉和/或视觉上显示交通工具控制数据，这些交通工具控制数据能够实现交通工具驾驶员按照行驶策略确定装置的行驶策略驾驶交通工具，从而基于行驶策略确定的充电策略实际上能最佳地应用。
[0008]
所述行驶策略确定装置在所述行驶策略的计算中优选还考虑第一储能器在计算时刻的充电状态。
[0009]
有利的是，所述行驶策略确定装置在行驶策略的计算的范围内实施行驶间隙计算(fahrspielberechnungen或称为运行循环计算)并且借助在所述行驶间隙计算的范围内确定的行驶间隙(fahrspiele或称为运行循环)来计算所述行驶策略。
[0010]
在优选的实施变型中规定，所述交通工具具有评价装置并且在行驶策略和充电策略的计算的范围内实施一个或多个迭代步骤，其中分别地：
[0011]-在第一子步骤中，所述行驶策略确定装置计算初步行驶策略；
[0012]-在第二子步骤中，所述充电策略确定装置针对由所述行驶策略确定装置确定的初步行驶策略确定初步充电策略；
[0013]-在第三子步骤中，所述评价装置考虑一个或多个评价标准来评价所述初步充电策略，并且
[0014]-当在一个评价标准的情况下满足该评价标准或者在多个评价标准的情况下满足全部评价标准或至少一个子集的评价标准时，所述评价装置准许所述初步行驶策略和初步充电策略作为用于行驶的最终的行驶策略和最终的充电策略，并且否则的话，在一个或多个后续的迭代步骤中总是重复这些子步骤，直到满足所述一个评价标准或全部评价标准或至少一个子集的评价标准。
[0015]
在该实施变型中有利的是，如果按照所述初步充电策略在行驶期间第一储能器的充电状态一定会降至0％以下或者超出预定的最大值，则所述评价装置将所述一个评价标准或所述多个评价标准中的至少一个视为未被满足。
[0016]
还有利的是，所述一个评价标准或所述多个评价标准中的至少一个尤其在使用成本函数的情况下涉及第二储能器的使用寿命的减少。
[0017]
所述交通工具辅助装置优选确定在朝所述下一个行驶目的地的行驶期间实际的行驶过程与行驶策略的偏差。在偏差超出预定的程度的情况下，行驶策略确定装置优选计算更新的行驶策略，并且充电策略确定装置计算更新的充电策略。更新的驾驶策略和充电策略优选用于直至下一个行驶目的地的继续行驶。
[0018]
还有利的是，所述行驶策略确定装置基于用于所述下一个线路区段的要遵守的预定的行车时刻表、交通工具的实际状态、交通工具的能耗、天气预报数据和/或行驶间隙计算的结果来算出行驶策略。
[0019]
所述充电策略确定装置确定充电策略，优选目标是能够实现节能的、低磨损和/或保护使用寿命的充电过程。
[0020]
所述行驶策略确定装置优选考虑以下条件、方面、目标或算法中的一项或多项：
[0021]-行车时刻表；
[0022]-线路数据、尤其关于电网和/或充电站、加油站的电气化和输入功率、线路梯度、曲线半径、停车点、里程碑配置、速度限制和/或区间信号的数据；
[0023]-交通工具的建模参数、尤其最大功耗；
[0024]-储能器的建模；
[0025]-交通工具的电驱动系统的建模；
[0026]-损耗参数的建模；
[0027]-交通工具部件、尤其蓄电池或充电状态的实际状态；
[0028]-温度(例如外部温度和乘员车厢温度)；
[0029]-电压；
[0030]-电流；
[0031]-冷却水温度；
[0032]-预计的在电气化区段中的行驶时间；
[0033]-在充电站的停车时间；
[0034]-作为时间的函数的牵引功率；
[0035]-牵引能耗；
[0036]-辅助工作变流器(hbu)消耗/车载电源消耗；
[0037]-最小的目标充电状态，以便越过下一个非电气化区段(尤其根据续航里程预测)；
[0038]-优化算法，该优化算法基于实时数据、边界条件和辅助条件和预测数据的建模计算按照用于第一储能器的成本函数的最佳的充电曲线。
[0039]
所述交通工具优选是为其预设有行车时刻表的轨道交通工具，该行车时刻表在时间上规定在分别下一个轨道线路区段上的行驶。
[0040]
替代地可以规定，所述交通工具是为其预设有行车时刻表的公共短途交通的客车，该行车时刻表在时间上规定在分别下一个线路区段上的行驶。
[0041]
行驶策略确定装置优选考虑要遵守的行车时刻表确定行驶策略；充电策略确定装置优选基于该行驶策略并且因此间接地在考虑了要遵守的行车时刻表的情况下确定充电策略。
[0042]
所述行驶策略确定装置、充电策略确定装置、评价装置和交通工具辅助装置优选由软件模块构成，这些软件模块由交通工具的一个或多个计算装置、尤其交通工具控制装置执行。
[0043]
第一储能器优选是电气的储能器、尤其蓄电池或电容器或者优选包括蓄电池和/或电容器。
[0044]
第二储能器优选包括带有氢存储器形式的辅助存储器的燃料电池和/或带有燃料箱形式的辅助存储器的内燃机，该燃料箱能填充或已填充化石燃料和/或生物燃料。
[0045]
此外，本发明还涉及一种运行交通工具、尤其轨道交通工具的方法，所述交通工具具有至少一个第一储能器和第二储能器，其中，第一储能器在行驶期间能充电和放电并且在能量需求增大的情况下能够比第二储能器更快地提供能量。
[0046]
按照本发明规定，至少基于交通工具数据和线路数据计算规定交通工具在时间上的运行方式的行驶策略，该行驶策略规定交通工具在下一个线路区段中在时间上的的目标运行方式，所述下一个线路区段延伸至下一个行驶目的地，其中，所述交通工具数据描述所述交通工具，并且所述线路数据描述所述下一个线路区段；为直到所述下一个行驶目的地的行驶、基于先前确定的行驶策略确定充电策略，该充电策略规定在行驶期间用第二储能器的能量对第一储能器的充电，并且交通工具辅助装置基于由所述行驶策略确定装置确定的行驶策略向交通工具的交通工具驾驶员在听觉和/或视觉上显示交通工具控制数据，所述交通工具驾驶员借助所述交通工具控制数据能够在遵守行驶策略确定装置的行驶策略的情况下、控制所述交通工具。
[0047]
关于按照本发明的方法的优点并且关于按照本发明的方法的有利的设计方案参照上述关于按照本发明的交通工具及其有利的设计方案的描述。
附图说明
[0048]
以下根据实施例详细阐述本发明；在附图中示例性地：
[0049]
图1示出按照本发明的交通工具的第一实施例，根据该交通工具示例性地阐述按照本发明的方法的实施例；
[0050]
图2示出按照本发明的交通工具的第二实施例，根据该交通工具阐述按照本发明的方法的第二实施例；和
[0051]
图3示出用于说明根据图2的交通工具和方法的工作方式的流程图。
[0052]
在附图中，相同的附图标记始终用于相同或类似的部件。
具体实施方式
[0053]
图1示出交通工具10，该交通工具10装备有为了清楚起见未进一步示出的驱动装置。至少两个储能器、即第一储能器es1和第二储能器es2用于给未进一步示出的驱动装置供应能量。
[0054]
以下示例性地认为，第一储能器es1在行驶期间能充电和放电，方式是：为了实现充电，从第二储能器es2提取能量e并且将该能量e输入第一储能器es1中，并且为了实现放电，从第一储能器es1提取能量e并且将该能量e用于运行未进一步示出的驱动装置。
[0055]
此外以下示例性地认为，在能量需求突然增大的情况下，第一储能器es1能够比第二储能器es2更快地提供能量，因此，在交通工具10的行驶期间，在能量需求突然增大时，该第一储能器es1可用于供应驱动装置，而第二储能器es2由于其缓慢的性能不能做到这点。
[0056]
第一储能器es1优选是电气的储能器、尤其蓄电池或电容器。第二储能器es2优选由燃料电池和氢存储器形式的辅助存储器构成；替代地，第二储能器es2可以有利地由内燃机和燃料箱形式的辅助存储器构成，该燃料箱可填充或填充化石燃料和/或生物燃料。
[0057]
为了用第二储能器es2的能量e对第一储能器es1充电，交通工具10具有充电控制装置20，该充电控制装置20基于预定的充电策略ls控制从第二储能器es2的对能量e的提取，以便在行驶期间对第一储能器es1进行充电。
[0058]
此外，交通工具10还包括行驶策略确定装置30，该行驶策略确定装置30基于交通工具数据fd和线路数据sd计算规定或者说确定了交通工具10在时间上的运行方式的行驶策略fs，该行驶策略fs规定在下一个线路区段中交通工具10在时间上的目标运行方式，该下一个线路区段延伸至下一个行驶目的地。其中，交通工具数据fd描述交通工具10并且优选地至少包含关于能量消耗、加速度和最高速度的信息或数据。
[0059]
线路数据sd描述分别下一个线路区段，下一个线路区段延伸至下一个行驶目的地，并且线路数据sd优选包括关于速度限制、斜坡、坡度、非直线线路区段的曲率半径的信息和在需要遵守行车时刻表的情况下要遵守的行车时刻表数据。
[0060]
在确定相应的行驶策略fs时，行驶策略确定装置30优选考虑第一储能器es1在计算行驶策略fs的时刻的充电状态lz。
[0061]
交通工具10在时间上的目标运行方式优选还考虑可变的优化参数、例如在下一个线路区段内的行驶期间希望的加速度或希望的最高速度。如果线路数据sd中的预设值(例如行车时刻表预设值)或交通工具数据fd(例如制动能力)不能与可变的优化参数协调一致，则可以例如改变这些可变的优化参数，以便得出与线路数据sd和交通工具数据fd一致
的行驶策略fs或者当计算的行驶策略fs例如由于不能实现合适的充电策略不适用时能够实现计算另外的行驶策略fs。
[0062]
此外，交通工具10还包括充电策略确定装置40，该充电策略确定装置40基于由行驶策略确定装置30确定的行驶策略fs确定用于到分别下一个行驶目的地之前的行驶的充电策略ls，该充电策略规定在行驶期间用第二储能器es2的能量e对第一储能器es1的充电。该充电策略ls从充电策略确定装置40传输到充电控制装置20，该充电控制装置20基于充电策略ls在行驶期间实施对第一储能器es1的充电或两个储能器es1和es2的再充电。
[0063]
根据图1的交通工具10还配备有交通工具辅助装置50，该交通工具辅助装置50与行驶策略确定装置30连接。
[0064]
交通工具辅助装置50设计为向交通工具10的交通工具驾驶员在听觉和/或视觉上显示交通工具控制数据fsd，交通工具控制数据fsd能够实现交通工具驾驶员基于或按照由行驶策略确定装置30确定的行驶策略fs驾驶交通工具10。
[0065]
通过行驶策略确定装置30和交通工具辅助装置50之间的连接在交通工具10中有利地实现交通工具10的交通工具驾驶员能够实际上如此控制交通工具10，使得由行驶策略确定装置30确定的用于在下一个线路区段中的行驶的行驶策略fs实际上被遵守或能被遵守，并且基于该行驶策略fs确定的充电策略ls也能有意义地被使用。例如，如果交通工具10的驾驶员有意或无意地未遵守行驶策略确定装置30的行驶策略fs，则基于该行驶策略fs确定的充电策略ls很大可能性不是最佳的充电策略ls，因此能量e从第二储能器es2向第一储能器es1的再充电在某些情况下会在不正确的时间、以不必要高的程度或推迟地发生，从而可能损坏两个储能器之一es1或es2或者两个储能器均损坏。
[0066]
图2示出交通工具10的第二实施例，该交通工具装备有第一储能器es1和第二储能器es2，如关于图1已描述的那样。与根据图1的实施例不同，根据图2的交通工具10具有评价装置60，该评价装置60与行驶策略确定装置30和充电策略确定装置40共同构成控制环100。
[0067]
与在根据图1的实施例中不同地，由行驶策略确定装置30确定的行驶策略fs不是直接作为最终的行驶策略fs传输到交通工具辅助装置50，而是先仅作为初步行驶策略fsv传输到充电策略确定装置40。充电策略确定装置40基于初步行驶策略fsv计算初步充电策略lsv，该初步充电策略lsv被传输到评价装置60。
[0068]
评价装置60决定初步充电策略lsv是否作为最终的充电策略ls传输到充电控制装置20和初步行驶策略fsv是否要作为最终的行驶策略fs由交通工具辅助装置50作为生成交通工具控制数据fsd的基础。
[0069]
图3详细地示出根据图2的控制环100和评价装置60的工作方式：
[0070]
在第一子步骤110中，行驶策略确定装置30首先计算初步行驶策略fsv，该初步行驶策略fsv被传输到充电策略确定装置40。为此，行驶策略确定装置30使用线路数据sd和交通工具数据fd。
[0071]
在第二子步骤120中，充电策略将确定装置40针对由行驶策略确定装置30确定的初步行驶策略fsv确定初步充电策略lsv并且将该初步充电策略lsv传输到评价装置60。
[0072]
在第三子步骤130中，评价装置60将考虑一个或多个评价标准来评价初步充电策略lsv。如果评价装置60在评价的范围内确定全部评价标准或至少预先规定的最少数量的评价标准被满足，则该评价装置60准许初步充电策略lsv作为最终的充电策略ls并且将其
传输到充电控制装置20。此外，评价装置60还准许初步行驶策略fsv并且将其作为最终的行驶策略fs传输到交通工具辅助装置50，以便交通工具辅助装置50可以基于行驶策略fs生成交通工具控制数据fsd。
[0073]
如果评价装置60确定初步充电策略lsv不满足或不充分满足一个或多个评价标准，则该评价装置60在输出侧生成控制信号st，该控制信号st发起由行驶策略确定装置30重新计算初步行驶策略fsv。例如，如果评价装置60确定在下一个线路区段中的行驶期间第一储能器es1的充电状态一定会低于0％或者一定会超出预定的最大值，则可能需要生成这样的控制信号st，其中，低于0％的充电状态在技术上不能实现，而超出预定的最大值会破坏第一储能器es1或显著缩短其使用寿命。
[0074]
在存在控制信号st的情况下，行驶策略确定装置30将确定新的初步行驶策略fsv并且将其传输到充电策略确定装置40，以便充电策略确定装置40可以确定新的初步充电策略lsv，该新的初步充电策略lsv又可以由评价装置60重新评价。
[0075]
为了在计算新的初步行驶策略fsv时能够实现不同的计算结果，行驶策略确定装置30将优选改变用于计算的至少一个可变的优化参数(参见上文)：例如，行驶策略确定装置30可以减小在下一个线路区段内的行驶期间的最大希望的加速度，以便减轻第一储能器es1的负担；替代地或附加地，行驶策略确定装置30可以减小在下一个线路区段内的行驶期间的最大希望的最高速度，以便总体上降低能量消耗并且由此减轻两个储能器es1和es2的负担。
[0076]
如已阐述的那样，如果对新的初步充电策略lsv的检查表明其满足预定的评价标准，则相应的初步行驶策略fsv被准许作为最终的行驶策略fs，并且初步充电策略lsv被准许作为最终的充电策略ls。
[0077]
虽然在细节上通过优选的实施例对本发明进行了图解和描述，但本发明不受所公开的示例限制并且本领域技术人员可以从中推导出其它方案，只要不脱离本发明的保护范围即可。
[0078]
附图标记列表
[0079]
10
ꢀꢀꢀ
交通工具
[0080]
20
ꢀꢀꢀ
充电控制装置
[0081]
30
ꢀꢀꢀ
行驶策略确定装置
[0082]
40
ꢀꢀꢀ
充电策略确定装置
[0083]
50
ꢀꢀꢀ
交通工具辅助装置
[0084]
60
ꢀꢀꢀ
评价装置
[0085]
100
ꢀꢀ
控制环
[0086]
110
ꢀꢀ
子步骤
[0087]
120
ꢀꢀ
子步骤
[0088]
130
ꢀꢀ
子步骤
[0089]
e
ꢀꢀꢀꢀ
能量
[0090]
es1
ꢀꢀ
第一储能器
[0091]
es2
ꢀꢀ
第二储能器
[0092]
fd
ꢀꢀꢀ
交通工具数据
[0093]
fs
ꢀꢀꢀ
行驶策略
[0094]
fsd
ꢀꢀ
交通工具控制数据
[0095]
fsv
ꢀꢀ
初步行驶策略
[0096]
ls
ꢀꢀꢀ
充电策略
[0097]
lsv
ꢀꢀ
初步充电策略
[0098]
lz
ꢀꢀꢀ
充电状态
[0099]
sd
ꢀꢀꢀ
线路数据
[0100]
st
ꢀꢀꢀ
控制信号