Energieoptimierung von Schienenfahrzeugen

Die Professur beschäftigt sich seit mehreren Jahren in Lehre, Forschung und Projektarbeiten zusammen mit diversen Industriepartnern mit der energetischen Optimierung von Schienenfahrzeugen. Im Rahmen dieser Arbeiten ist ein Simulationswerkzeug – der Hybrid Train Optimizer (HTO) entstanden, mit dem es möglich ist den Energieverbrauch eines Schienenfahrzeugs bei der Fahrt auf einer vorgegebenen Strecke zu berechnen und innerhalb der Fahrzeitvorgaben zu optimieren. Ein weiteres Themenfeld ist die energetische Optimierung von Nebenaggregatenetzwerken von Schienenfahrzeugen mit Hilfe von Multi-Domain-Simulationsmodellen.

Hybrid Train Optimizer (HTO)

Der HTO ist ein in MATLAB implementiertes Energiesimulationsprogramm, mit dem sowohl die schnellste als auch die energetisch günstigste Fahrt über vorgegebene Strecken von nahezu beliebigen elektrischen oder dieselelektrischen Schienenfahrzeugen und Zugverbänden berechnet werden können. Die Betrachtung von Traktionsspeichern und deren Einfluss auf die energiesparende Fahrweise ist ebenfalls möglich und bilden einen Forschungsschwerpunkt.

Forschungsschwerpunkte

Fahrtrajektorienoptimierung mit Hilfe verschiedener Verfahren unter Beachtung von Energiespeichern
Kombination von Optimierungsverfahren der Fahrtrajektorie
Simulation langer Züge (Abbildung 1)
Optimierung der Konfiguration von Schienenfahrzeugen

Massenbandmodell — Abbildung 1: Schematische Darstellung des Massebandmodells zur Simulation langer Züge

Funktionsumfang

Modellierung von dieselelektrischen und elektrischen Traktionseinheiten inkl. nichtlinearer Antriebsstrangkennfelder
Streckenwiderstand als Massebandmodell zur Abbildung von beliebig langen Zügen
Betrachtung von elektrischen Energiespeichern (Batterien und Doppelschichtkondensatoren)
Zwei vollständig implementierte Optimierungsverfahren zur Berechnung der energiesparenden Fahrweise:
- Mixed Integer Linear Programing (MILP)
- Dynamische Programmierung (DP)
Kombination des MILP- und des DP-Verfahrens zur schnellen Gewinnung der energiesparenden Fahrtrajektorie unter Beachtung aller modellierten, nichtlinearen Effekte
Excel-basierte Datenbank für den einfachen Austausch von Informationen mit Industriepartnern
Standardisierter, automatisch generierter Bericht (Abbildung 2)

Projektreferenzen

Berechnung des Energieverbrauchs für diverse Fahrzeugausschreibungen im Auftrag von Bombardier Transportation GmbH
Berechnung des Energieverbrauchs eines Triebzuges im Schienennetz Rosenheim im Auftrag der Firma Veolia Verkehr GmbH

Energetische Optimierung des Nebenaggregatenetzwerks von Schienenfahrzeugen

Ein großer Anteil der Energie im Schienenfahrzeug wird für die sogenannten Nebenaggregate aufgewendet. Diese sind z. B. die Fahrmotorkühlung, die Batterieladegeräte oder die Klimatisierung des Fahrzeugführerstandes oder der Wagen. Um den Energiebedarf dieser Aggregate in Zukunft zu reduzieren, werden an der Professur mit Hilfe von Multi-Domain-Simulationsmodellen (Abbildung 3) Konzepte erarbeitet, die durch eine intelligente Regelung oder den Einsatz von innovativen Technologien, den Energiebedarf senken.