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Dissertationen (eigene und begutachtete):

C. Dullinger:
"Holistic energy optimization of rail vehicles";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): M. Kozek, S. Jakubek, R. Hofmann; Institut für Mechanik und Mechatronik, 2018; Rigorosum: 11.07.2018.



Kurzfassung deutsch:
Die vorliegende Dissertation entstand im Rahmen eines seit 2014 laufenden Kooperationsprojektes
an der Technischen Universität Wien. Die enthaltenen Veröffentlichungen
sind im Laufe dieses Projekts zwischen dem Institut für Mechanik und Mechatronik
(Abteilung für Regelungstechnik und Prozessautomatisierung) als Forschungspartner
und der Siemens AG Österreich als Industriepartner entstanden. Das Projekt wurde
von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG Nr. 846041) gefördert.
Gesamtheitliche Energiesimulation und -optimierung von städtischen Schienenfahrzeugen
ist ein wichtiges Thema um Schienenfahrzeuge im Städtischen Verkehr konkurrenzfähig zu erhalten. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuer Methoden für
die Modellierung von Fahrzeug-Subsystemen, deren Interaktion und Design- und Betriebsoptimierung
des gesamten Fahrzeuges. In diesem Zusammenhang wurden eine
Methodik zur multikriteriellen gemischt-ganzzahligen Optimierung sowie eine Sensitivitätsanalyse für Zielkriterien (z.B.: Gesamtenergieverbrauch) von städtischen Schienenfahrzeugen
bezüglich Auslegungsparametern und Betriebsbedingungen entwickelt. Des
Weiteren wurden im Anschluss an das Forschungsprojekt die entwickelten Methoden in
ein umfangreiches Softwaretool mit graphischer Benutzeroberfläche implementiert.
In der vorliegenden Dissertation wird ein einzigartiges Konzept zur gesamtheitlichen
Energiesimulation und -optimierung von städtischen Schienenfahrzeugen präsentiert.
Das Gesamtmodell des Fahrzeugs ist modular strukturiert und besteht aus einfach zu
parametrierenden validierten Subsystemen. Alle wesentlichen energieverbrauchenden
Subsysteme können mittels Modellen von adäquatem Detailierungsgrad berücksichtigt
werden. Die Interaktion zwischen den Subsystemen wird simuliert und durch die Betriebsbedingungen
und Komponenten-Regler getrieben. Abgesehen von Energiesignalen
bietet das Konzept viele andere Zeitsignale, welche wertvolle Informationen für das Konstruieren,
Dimensionieren, Testen und Betreiben des Fahrzeugs enthalten. Verschiedene
Ablauf-Varianten des Konzepts ermöglichen eine fallspezifische Simulation oder Optimierung.
Des Weiteren kann eine übergeordnete multikriterielle gemischt-ganzzahlige
Optimierung angewendet werden um das System hinsichtlich einer Vielzahl von Auslegungsparametern
und Betriebsbedingungen zu optimieren. Zusätzlich können mittels
einer sogenannten Brute-Force-Methode alle möglichen Kombinationen simuliert werden
um die Sensitivität von Zielsetzungen (z.B.: Gesamtenergieverbrauch) bezüglich
dieser Parameter zu analysieren.

Kurzfassung englisch:
The presented PhD Thesis was performed in the course of a cooperative project at
TU Wien starting in 2014. The publications originated in this project between the
Institute of Mechanics and Mechatronics (Division of Control and Process Automation)
as research partner, and Siemens AG Österreich as industrial partner. The project has
been funded by the Austrian Research Promotion Agency (FFG No. 846041).
The pressing issue of holistic energy simulation and optimization of urban rail vehicles
is discussed in this work. The research was focused on the development of new
methodologies for modeling the rail vehicle's subsystems, their interaction, the overall
vehicle, and design and operation optimization of the vehicle. In this context a new
framework for multi-objective mixed-integer optimization of the urban rail vehicle and
sensitivity analysis of objectives (e.g. total energy) with respect to design parameters
and operational conditions has been developed. Moreover, in a follow-up of the research
project the developed methodologies where implemented in an extensive software tool
with user-friendly graphical user interface (GUI).
In this PhD Thesis a unique framework for holistic energy simulation and optimization
of urban rail vehicles is presented. The overall modular structured model consists
of easy to parameterize validated subsystems. All essential energy consuming subsystems
can be considered via models of adequate detail level. Interaction between
subsystems is simulated and driven by the operational conditions and component-level
controllers. Apart from energy signals the framework provides many other time signals,
which contain valuable information for design, sizing, testing, and operation of
the vehicle. Different work
ow variants of the framework enable a case specific simulation
or optimization. Furthermore a superordinated multi-objective mixed-integer
optimization (MOMIO) can be applied to optimize the system with respect to a multitude
of design parameters and operational conditions. Additionally a Brute-Force-
Method (BFM) simulating all possible combinations enables to analyze the sensitivity
of objectives (e.g. total energy) with respect to those parameters.

Schlagworte:
energetische Optimierung, Modellbildung, Schienenfahrzeug


Elektronische Version der Publikation:
https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_270745.pdf



Zugeordnete Projekte:
Projektleitung Martin Kozek:
Gesamtenergetische Optimierung von Schienenfahrzeugen


Erstellt aus der Publikationsdatenbank der Technischen Universitšt Wien.