国立情報学研究所で電子化したコンテンツを使用している。

This thesis describes research and development. work carried out by the author into the control of traction and braking systems on rail vehicles. After a review of recent developments, the problem of. driving a train under minimum-energy control subject·to timetable and operational constraints is discussed. This is partitioned into two sections. Firstly, target time and velocities for key pOints on the journey are computed; these are communicated to or stored on the train, together with route and vehicle data. Secondly, an on-board digital system drives the train to each target according to control algorithms which incorporate a predictorcorrector module, whose function is to determine which of two criteria of performance is to be used (minimum-energy when running early or on-time, minimum-time when running late). Most of the thesis is devoted to the analysis and design of the train-borne control system. The general form of the optimal control (of tractive or braking effort) is determined by the application of Pontryagin's Maximum Principle over each section of the journey. However, the moments of transition between the various modes of control are calculated by a method which involves a lookahead model in the predictor module, rather than by iterative solution of the state and co-state equations . An important aspect of the design is the dynamic response of the braking SUb-system, which may include a substantial pneumatic transport lag within the control loop. S-plane and z-plane design procedures for the required discrete control algorithms to.achieve a specified transient response are derived. The thesis concludes with a chapter on the instrumentation required for the train-borne control system.

Demand for transportation continues to increase, for both freight and passenger services. One of the most energy-efficient modes of transportation is rail. One solution to increase the attractiveness of rail transport is to introduce automatic train operation (ATO) with a high grade of automation (GoA). Driverless and unattended train operation could entail positive effects but would also bring challenges when removing the train driver. Thus, there is a need to understand the role of train drivers, especially in unplanned events. The main research objectiveis to understand the train driver roles during unplanned events and the frequency of such events. This thesis includes three papers to fulfill the research objective. This thesis studied delay logs and trackside sensor logs. A qualitative method, thematic analysis, was used to identify themes of the roles performed by train driver from the delay logs. The chi-square test statistical method was used to analyze these trackside sensor logs. Six main categories of tasks for train drivers were identified for unplanned events. Detect, Report, Inspect, Adjust, Manage passengers, and Respond to train orders. Each category was analyzed for each grade of automation by giving the responsibility for each category. The results highlight in a novel way the varied challenges between grade of automation in mainline systems. Detecting abnormalities was the most common task train drivers performed during unplanned events. Train drivers use four human senses to detect abnormalities: sight, hearing, touch, and smell. This indicates the need for onboard sensors. However, the real challenge is in processing all sensor data to gain anaccurate evaluation of any fault. One specific type of unplanned event in which the train driver is needed involves trackside sensor alarms. Freight trains are ten times more likely to trip an alarm than passenger trains. Alarms are more frequent in colder climate zones during winter months. These differences are statistically significant and indicate that not all lines and train types might be suitable for a high grade of automation. If driverless or unattended train operation will become a reality in future, many challenges must be met. This thesis gives deeper understanding of these challenges using a novel way to identify and quantify train driver tasks during unplanned events. / Efterfrågan på transporter fortsätter att öka, både gods- och persontransporter. Ett av de mest energieffektiva transportmedlen är järnväg. En möjlighet att öka järnvägens attraktivitet skulle kunna vara att introducera automatic train operation (ATO) med en hög grad av automatisering. Förarlös och obemannad tågdrift skulle kunna medföra postiva effekter, men det skulle också medföra utmaningar med att ta bort lokföraren. Det finns därför ett behov att förstå lokförarens roll, speciellt i oplanerade situationer. Huvudsyftet är att förstå de olika rollerna lokföraren har vid oplanerade situationer och även frekvensen av dessa situationer. Licentiatuppsatsen är uppbyggd av tre vetenskapliga artiklar för uppnå syftet. Den här licentiatuppsatsen har använt förseningsbeskrivningar och detektorloggar. En kvalitativ metod, tematisk analys, har använts för att identifiera teman för lokförarnas olika roller utifrån förseningsbeskrivningarna. En statistisk metod, chi-square-test, har använts för att analysera detektorloggarna.  Sex huvudkategorier av lokförarens roller vid oplanerade händelser har identifierats: Upptäcka, Rapportera, Kontrollera, Justera, Hantera resenärer och Hantera tågordrar. Varje kategori har analyserats utifrån de olika graderna av automation genom att ge visa hur de skulle kunna genomföras. Resultaten belyser de olika utmaningarna mellan graderna av automation på ett nytt sätt i ett nationellt järnvägssystem. Att upptäcka felaktigheter var den vanligaste uppgiften för lokförare vid oplanerade händelser. Lokförare använder fyra sinnen för att upptäcka felaktigheter, syn, hörsel, känsel och lukt. Det indikerar behovet av ombordsensorer, men den stora utmaningen blir att hantera all sensordata för en korrekt bedömning av verkliga fel. En specifik oplanerad händelse då lokföraren behövs är vid detektorlarm. Godståg har en tio gånger högre risk att utlösa ett detektorlarm än ett persontåg. Detektorlarm förekommer oftare i kallt klimat under vintermånader. Skillanderna är statistiskt säkerställda och ger en indikation på att alla sträckor och tågtyper inte är lämpliga för en hög grad av automatisering.  Om förarlösa eller obemannade tåg ska bli en verklighet i framtiden behöver flera utmaningar hanteras. Den här licentiatuppsatsen ger en djupare förståelse av dessa utmaningar genom att använda ett nytt sätt att identifiera lokförarnas uppgifter vid oplanerade händelser. / <p>QC230830</p>

This master thesis investigates and analyzes the energy use for traction and auxiliary equipment in passenger rail vehicles. It covers both the train service with passengers and when the trains are going through other stages in the everyday operation. The operational cycle and associated operational situations are introduced as a way of describing the varying use of a train over time. The descriptions focus on the most common activities and situations, such as stabling and parking, regular cleaning, inspections and maintenance. Also how these situations affect energy use by their need for different auxiliary systems to be active. An energy model is developed based on the operational cycle as a primary input, together with relevant vehicle parameters and climate conditions. The latter proving to be a major influence on the energy used by the auxiliary equipment. The model is applied in two case studies, on SJ's X55 and Västtrafik's X61 trains. Both are modern electric multiple units equipped with energy meters. Model input is gathered from available technical documentation, previous studies and by measurements and parameter estimations. Operational cycle input is collected through different planning systems and rolling stock rosters. Climate input is finally compiled from open meteorological data banks. The results of the case studies show that the method and models are useful for studying the energy used by the trains in their operational cycles. With the possibility to distinguish the energy used by the auxiliary equipment, both during and outside the time the trains are in service with passengers. With this it's also possible to further investigate and study potential energy saving measures for the auxiliary equipment. Simulations of new ventilation control functions and improved use of existing operating modes on the trains show that considerable energy savings could be achieved with potentially very small investments or changes to the trains. The results generally show the importance of a continued investigation of the auxiliary equipment's energy use, as well as how the different operational situations other than the train service affect the total energy use. / Detta examensarbete utreder och analyserar energianvändningen för passagerarjärnvägsfordons traktion- och hjälpkraftssystem, både under tågdriften med passagerare och andra delmoment som tågen genomgår under den normala dagliga driften. För detta introduceras driftcykeln och tillhörande driftsituationer som ett sätt att beskriva användningen av ett tåg över tiden. Syftet är att beskriva de vanligast förekommande aktiviteterna och situationerna, såsom uppställning och parkering, regelbundna inspektioner, klargörningar och underhåll. Även hur dessa situationer påverkar energianvändningen genom ett varierande behov av hjälpkraft och aktiva funktioner i tågen. En energimodell baserad på driftcykeln som huvudsaklig indata, tillsammans med tågets egenskaper samt det omgivande klimatet, tas fram. Klimatet visar sig vara en avgörande faktor i hjälpkraftens energianvändning. Modellen utvärderas i typstudier på SJs X55 och Västtrafiks X61. Båda är elektriska motorvagnståg utrustade med energimätare. Indata till modellen samlas in genom tillgänglig teknisk dokumentation, tidigare studier och genom mätningar samt parameterestimering. Driftcyklerna för tågtyperna sammanställs med hjälp av olika planeringssystem och omloppsplaner. Väder- och klimatdata samlas slutligen in från öppna databaser för metrologiska data. Resultaten från typstudierna visar att metoden och modellerna är användbara verktyg för att kunna beskriva tågens energianvändning i deras driftcykler. Med möjligheten att särskilja hjälpkraftssystemens energianvändning vid tågdriften med passagerare men även i de övriga situationerna. Med detta blir det också möjligt att undersöka potentiella energibesparingsåtgärder för hjälpkraftssystemen. Simulering av förbättrade styrfunktioner för ventilationen och förbättrat utnyttjade av redan inbygga energibesparande driftlägen på tågen visar att betydande energibesparingar kan fås med relativt små medel och få förändringar på fordonen. De sammantagna resultaten av arbetet visar på vikten av att fortsätta undersöka och utreda hjälpkraftens energianvändning samt hur driftsituationerna utanför tågdriften med passagerare påverkar den totala energianvändningen.