Automatisierter Bahnbetrieb
Überblick
Ein zentraler Anwendungsbereich, in dem unsere Professur ihr Wissen einbringt, sind verschiedene Projekte, die das Ziel einer automatisierten und effizienten Mobilität im Bahnbereich verfolgen. Die damit verbundenen Projekte sind Bestandteil des Vorhabens Smart Rail Connectivity Campus (SRCC). Kernbestandteile der Bahnprojekte sind
- Modellierung der Zugdynamik
- Zustandsschätzungen zur Prädiktion zukünftiger Streckenbedingungen
- Reglerentwurf zum Bremsen und Beschleunigen
- Versuchsplanung und Validierung der Modelle und Regler
Smart Rail Connectivity Campus (SRCC)
Im Rahmen des Vorhabens soll eine global sichtbare Forschungs- und Entwicklungseinrichtung in Annaberg-Buchholz aufgebaut werden. Dabei steht nicht nur die Kooperation zwischen der TU Chemnitz und der Stadt Annaberg-Buchholz im Vordergrund, sondern es wird auch ein Netzwerk mit Partnern ausgebaut, um Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsarbeiten durchzuführen. Ziel des Vorhabens ist eine digitalisierte, vernetzte, automatisierte und nachhaltige, d. h. ökonomisch, ökologisch und sozial effiziente Mobilität. Weitere Informationen sind auf der Internetseite des Smart Rail Connectivity Campus (SRCC) nachzulesen.
Forschungszug
Der SRCC stellt einen Forschungszug (ein umgebauter Nahverkehrs-Triebzug der Baureihe VT 642 (Desiro)) für die Implementierung und Validierung der von unserem Team entworfenen Algorithmen bereit.
Zugehörige Projekte
Im Rahmen der Zusammenarbeit mit dem SRCC sind folgende Projekte in Bearbeitung bzw. wurden erfolgreich bearbeitet.
In diesem Projekt sollen Kartendaten aufgenommen und klassifiziert werden, die Informationen entlang der Strecke speichern und auf die bei zukünftigen Fahrten zurückgegriffen werden kann. Diese Daten können beispielsweise Traktionsdaten beinhalten, die benötigt werden, um die Modellierung der Zugdynamik und dadurch auch die Regelung zur Vermeidung von Gleiten und Schleudern zu verbessern (siehe Projekt EETCM).
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Basierend auf fusionierten Positionsdaten (im Innen- und Außenbereich), die von Projektpartnern zur Verfügung gestellt werden, soll eine Bremsregelung entwickelt werden, um den Zug mit einer Abweichung von weniger als 10 Zentimetern an einem gewünschten Ort zum stehen zu bringen. Der Hintergrund ist dabei, dass verschiedene Bereitstellungsfahrten automatisiert durchgeführt werden sollen, um den Triebfahrzeugführer zu entlasten. Ein Artikel in der Freien Presse (Lokalzeitung) berichtet ausführlich über das Vorhaben und unsere Aufgaben.
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Trotz gleicher Streckenbedingungen können Kraftstoffverbrauch und Verschleiß ein und desselben Zuges stark variieren. Dies ist beispielsweise auf unterschiedliche Erfahrung und Streckenkenntnis der Triebfahrzeugführer zurückzuführen. Die fehlende Erfahrung spiegelt sich dabei in höheren Umweltbelastungen sowie Wartungskosten wieder. Um den Verschleiß an Schienen und Rädern zu verringern, wurde ein prädiktiver Ansatz genutzt, mit dem Ziel Gleiten und Schleudern (also das Durchdrehen der Räder) zu verhindern. Mit Hilfe Modellprädiktiver Regelung können Nebenbedingungen berücksichtigt und auf Störungen in Echtzeit reagiert werden. Die benötigte Robustheit wurde durch die Berücksichtigung einer unsicheren Masse des Zuges gewährleistet, welche die unbekannte Anzahl an Passagieren widerspiegelt. Im Projekt konnte gezeigt werden, dass eine Handlungsempfehlung für den Triebfahrzeugführer in Form einer Stellung des Fahr-Bremshebels ausgegeben werden kann, um den Zug ohne Auftreten von Gleiten und Schleudern energieoptimal und unter Einhaltung eines Fahrplans zum Ziel zu bewegen. Die Projektergebnisse wurden im Rahmen einer wissenschaftlichen Konferenz, der ECC 2023, vorgestellt. Der Artikel mit weiteren Informationen ist hier bzw. hier zu finden.
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