Prädiktiver Betrieb von Multi-Hybrid-Antrieben im SPNV

Wichtige Kriterien für den Personennahverkehr sind eine hohe Fahrgastkapazität und ein niedriger spezifischer Kraftstoffverbrauch. Daher ist die Bahn ideal, um die notwendigen Transportleistungen im täglichen Pendelverkehr zu erbringen. Die Nebenstrecken von ländlichen Gebieten in die Städte hinein sind meist nicht- oder nur teilelektrifiziert, da neben den Pendlern kaum ein zusätzliches Fahrgastaufkommen vorhanden ist und diese auch für den Güterverkehr meist keine Bedeutung haben. Um die Vorteile von elektrischen Antrieben wie Rekuperation von Bremsenergie und leisem Betrieb auf solchen Strecken realisieren zu können, bieten sich hybride Fahrzeugkonfigurationen an. ... mehrDiese versprechen großes Potenzial durch häufige Halte und kurze Haltestellenabstände. Klassische Dieseltriebwagen setzen auf mehrere getrennte Antriebsanlagen, die sich jeweils an den Zugenden befinden. Werden sie um Elektromotoren ergänzt, ergeben sich viele zusätzliche Freiheitsgrade, deren Optimierung aber komplexere Herangehensweisen als bisher erfordern. Neben der Möglichkeit, die momentan aktiven Maschinen einzeln zu selektieren, bietet selbst ein einfaches Hybridsystem mit nur einer Antriebsanlage die Möglichkeit der dynamischen und nahezu unbeschränkten Aufteilung der Drehmomente zwischen ihnen. Erweitert man diesen Hybrid um zusätzliche Antriebsanlagen im gleichen Fahrzeug auf ein Multi-Hybrid-System oder betreibt sie in Mehrfachtraktion, wird zur Gesamtsystemoptimierung eine übergeordnete Steuereinheit erforderlich, die die Drehmomente entsprechend des Wirkungsgrades am momentanen Lastpunkt sinnvoll aufteilt. Ziel dieser Arbeit ist es, auf Basis der Bewertungskriterien „mögliche Kraftstoffeinsparung“, „Komplexität der Implementierung“ und „Echtzeitfähigkeit“ eine Betriebsstragie samt zugehörigem Fahrzeugenergiemanagement zu entwerfen. Dafür wurden drei verschiedene Ansätze - Fuzzylogik, Kraftstoffäquivalenzverfahren (ECMS) und dynamische Programmierung nach Bellman (DP) - ausgearbeitet, implementiert und ausgewertet.

High passenger capacity and low specific fuel consumption are fundamental criteria in public mass transport. From this point of view the railway is optimal to provide the daily commuter transport service. Local tracks from the countryside and suburbs into the cities are often not electrified because of the small amount of passengers besides the commuters and no for freight trains. Hybrid vehicle configurations are suitable to use the advantages of electrical drives like recuperation of braking energy and low noise operation. These offer great potential due to frequent stops and short distances between stops. ... mehrClassical diesel railcars rely on several separate drive propulsion systems, each one located at the ends of the train. If these are supplemented by electric motors, they will result in many degrees of freedom. Their optimization needs more complex approaches than previously required. In addition to the possibility of selecting the currently active machine, even a simple hybrid system with only one drive propulsion system brings the possibility of dynamic and almost free distribution of torque between the used motors. If this hybrid gets extended with additional drive propulsion systems in the same vehicle to a multi-hybrid system or operates in multiple unit, for overall system optimization, a higher-level control unit is required to divide the torques corresponding to the efficiency at the actual load point. The aim of this thesis is to design an operating strategy and an associated vehicle energy management based on the evaluation criteria of “possible fuel economy”, “implementation complexity” and “real-time capabilities”. For this, the three different approaches: Fuzzy Logic, Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS) and Bellman’s Dynamic Programming (DP) are developed, implemented and evaluated.