BRPI0706027A2 - sistema e método de otimização de viagem para um trem - Google Patents

Abstract

Sistema e método de otimização de viagem para um trem. Um sistema de controle para operar um sistema de tração a diesel apresentando ao menos uma unidade de geração de potência alimentada a diesel, o sistema incluindo um otimizador de missão, o qual determina ao menos um ajuste para ser usado por uma unidade de geração de potência alimentada a diesel, um conversor que recebe ao menos uma informação que deve ser usada pela unidade de geração de potência alimentada a diesel e converte a informação em um sinal aceitável, um sensor para coletar ao menos um dado operacional, a partir do sistema de tração a diesel, o qual é comunicado para o otimizador de missão e um sistema de comunicação que empreende um íoop fechado de controle entre o otimizador de missão, o conversor e o sensor.

Description

Sistema e método de otimização de viagem para um trem.

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

Este pedido está baseado no pedido de patente provisórionorte americano de número de série 60/894,006, e é uma "continuação em parte" dopedido de patente norte americano de número 11/385.354, depositado em 20 de Marçode 2006.

CAMPO DA INVENÇÃO

O campo da invenção se refere à otimização das operaçõesferroviárias, e mais em particular ao monitoramento e ao controle das operações de umtrem de modo a melhorar a eficiência, ao mesmo tempo em que satisfaz as restrições deagenda.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Os sistemas tracionados através de motores a diesel taiscomo, mas não limitados a, veículos fora de estrada, instalações marinhas de propulsãoa diesel, sistemas estacionários atuados a diesel e os sistemas de veículos ferroviários,ou trens, normalmente são acionados através de uma unidade de geração de potência adiesel. Com relação aos sistemas dos veículos ferroviários, a unidade de potência adiesel é parte de ao menos uma locomotiva e o trem ainda inclui uma pluralidade decarros ferroviários, tais como os carros dè transporte de carga. Normalmente é previstamais de uma locomotiva sendo que as locomotivas são consideradas como umaconsistência de locomotivas. As locomotivas são sistemas complexos com numerosossubsistemas, com cada subsistema sendo interdependente de outros subsistemas.

Um operador ou maquinista se encontra a bordo de umalocomotiva para garantir a correta operação da locomotiva e da sua carga associada decarros de frete. Ainda mais, para assegurar as operações apropriadas da locomotiva, ooperador também é responsável pela determinação das velocidades operacionais dotrem e as forças internas ao trem, do qual a locomotiva faz parte. Para realizar estafunção, o operador, em geral, deve ter uma grande experiência na operação dalocomotiva e dos diversos trens através do terreno especificado. Este conhecimento énecessário para que se satisfaçam as velocidades operacionais pré-estabelecidas, asquais podem variar de acordo com a localização do trem ao longo da linha. Além disto, ooperador também é responsável por assegurar que as forças internas ao trempermaneçam dentro dos limites aceitáveis.

A figura 11 ilustra um diagrama de blocos dê acordo com oestado da arte relativo à como um veículo é atualmente controlado. Um operador 649controla o veiculo ferroviário 653 através da movimentação manual de um dispositivocontrolador mestre 651 até um ajuste específico. A despeito de ser ilustrado umcontrolador mestre, os peritos na arte irão prontamente perceber que podem serutilizados outros sistemas ao invés do controlador mestre 651. Portanto, o termocontrolador mestre não tem a intenção de ser um termo limitativo. O operador 649determina o ajuste ou à posição do controlador mestre 651 com base em umadiversidade de fatores incluindo, mas não limitados a, velocidade atual, velocidadedesejada, requisitos em relação às emissões, esforço de tração, potência ou cavalosvapor desejados, as informações recebidas de forma remota, etc.

Contudo, mesmo com o conhecimento para garantir umaoperação segura, o operador normalmente não pode operar a locomotiva de tal modoque o consumo de combustível seja minimizado em cada viagem. Por exemplo, outrosfatores que devem ser considerados podem incluir as emissões, as condiçõesoperacionais do operador como ruído/vibração, uma combinação ponderada entre oconsumo de combustível e as emissões, etc. Isto é difícil de ser conseguido visto que,como um exemplo, o tamanho e a carga do trem variam, as locomotivas e as suascaracterísticas de combustível/emissões são diferentes, e as condições do clima e dotrafego variam. Os operadores poderiam operar um trem de modo mais eficiente se elestivessem meios para determinar a melhor forma de conduzir o trem em um dado dia memodo a satisfazer os requisitos de agenda (horário de chegada) ao mesmo tempo emque pudessem utilizar a menos quantidade possível de combustível, apesar das fontesde variação.

Da mesma forma, os proprietários e/ou os operadores dosveículos fora de estrada, das instalações marinhas de propulsão a diesel e/ou dossistemas estacionários atuados a diesel iriam apreciar os benefícios financeirosconseguidos quando estes sistemas acionados a diesel conseguem um consumootimizado do combustível e uma emissão otimizada de forma a melhorar o consumo totalde combustível ao mesmo tempo em que minimiza as emissões sempre dento dasrestrições operacionais, tais como, mas não limitadas às exigências relativas ao tempode viagem.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

As formas de realização da invenção descrevem umsistema de controle para operar um sistema de geração de potência a dieselapresentando ao menos uma unidade de geração de potência alimentada a diesel. Osistema inclui um otimizador de missão, o qual determina ao menos um ajuste para serusado por uma unidade dè geração de potência alimentada a diesel. Também é descritoum conversor que recebe ao menos uma informação que deve ser usada pela unidadede geração de potência alimentada a diesel e converte a informação em um sinalaceitável. É ainda descrito um sensor para coletar ao menos um dado operacional, apartir do sistema de tração a diesel, o qual é comunicado para o otimizador de missão. Étambém previsto um sistema de comunicação que empreende um Ioop fechado decontrole entre o otimizador de missão, o conversor e o sensor.

Uma outra forma de realização de exemplo da invençãodescreve um método para controlar as operações de um sistema de tração a dieselapresentando ao menos uma unidade de geração de potência alimentada a diesel. Ométodo inclui uma etapa de determinar ao menos um ajuste otimizado para ser usadopor uma unidade de geração de potência alimentada a diesel. Uma outra etapa envolveconverter ao menos um ajuste otimizado em um sinal de entrada reconhecível para aunidade de geração de potência alimentada a diesel. Mais uma outra etapa é a dedeterminar ao menos uma condição operacional do sistema de tração a diesel quando éaplicado ao menos um ajuste otimizado. Outra etapa inclui comunicar, dentro do Ioopfechado de controle, para um otimizador a ao menos uma condição operacional de talforma que a ao menos uma condução operacional é ainda usada para otimizar o aomenos um ajuste.

Uma outra forma de realização de exemplo dèscreve umcódigo de programa de computador para operar um sistema de tração a dieselapresentando um computador e ao menos uma unidade de geração de potênciaalimentada a diesel. O código de programa de computador inclui um módulo deprograma de computador para determinar ao menos um ajuste para ser usado por umaunidade de geração de potência alimentada a diesel. É ainda descrito um módulo deprograma de computador para converter ao menos um ajuste otimizado em um sinal deentrada reconhecível para a unidade de geração de potência alimentada a diesel.

Também é descrito um módulo de programa de computador para determinar ao menosuma condição operacional do sistema de tração a diesel quando é aplicado ao menos umajuste otimizado. É além disto descrito um módulo de programa de computador paracomunicar, dentro do Ioop fechado de controle, para um otimizador a ao menos umacondição operacional de tal forma que a ao menos uma condução operacional é aindausada para otimizar o ao menos um ajuste.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

Será ora feita uma descrição mais particularizada dainvenção descrita supra de forma sucinta, com base em referência ás formas específicasde realização desta, as quais são ilustradas nos desenhos em anexo. Compreendendoque estas figuras ilustram apenas as formas típicas de realização da invenção e,portanto, não devem ser consideradas como sendo Iimitativos do escopo, a invençãoserá ora descrita e explicada com especificidade e detalhamento adicionais através douso dos desenhos que a acompanham, nos quais:

- A figura 1 mostra uma ilustração de exemplo de um diagrama de fluxo da presenteinvenção;

- A figura 2 mostra um modelo simplificado do trem, o qual pode ser empregado;A figura 3 mostra uma forma de realização de exemplo dos elementos da presenteinvenção;

A figura 4 mostra uma forma de realização de exemplo da curva entre o uso decombustível e o tempo de viagem;

A figura 5 mostra uma forma de realização de exemplo da decomposição em trechospara um pano de viagem;

A figura 6 mostra um exemplo de uma forma de realização relativa a um exemplo desegmentação;

A figura 7 mostra um exemplo de um diagrama de fluxo de uma forma de realizaçãoda presente invenção;

A figura 8 mostra uma ilustração de exemplo de um mostrador dinâmico para usopelo operador;

A figura 9 mostra uma outra ilustração de exemplo de um mostrador dinâmico parauso pelo operador;

A figura 10 mostra uma outra ilustração de exemplo de um mostrador dinâmico parauso pelo operador;

A figura 11 ilustra um diagrama de blocos, relativo ao estado da arte, de como umveículo ferroviário é atualmente controlado;

A figura 12 mostra uma forma de realização de exemplo de um sistema em Ioopfechado para operar um veículo ferroviário;

A figura 13 mostra o sistema em Ioop fechado integrado com uma unidade decontrole mestre;

- A figura 14 uma forma de realização de exemplo de um sistema em Ioop fechadopara operar um veículo ferroviário integrado com um outro subsistema operacional deentrada do veículo ferroviário;

- A figura 15 mostra uma forma de realização de exemplo do controlador mestre comouma parte do sistema de controle em Ioop fechado; e

- A figura 16 mostra um exemplo de um diagrama de fluxo das etapas para operar umveículo ferroviário através de um processo em Ioop fechado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Agora será feita referência, em detalhes, às formas derealização consistentes com a invenção, exemplos das quais estão ilustradas nosdesenhos em anexo. Sempre que possível, os mesmos números de referência usadosnas diversas figuras se referem a partes iguais.

As formais de realização de exemplo da presente invençãoserão descritas com relação a veículos ferroviários, especificamente trens e locomotivasque apresentam motores a diesel, sendo que as formas de realização de exemplo dainvenção também são aplicáveis em outros usos, tais como, mas não limitado a, veículosfora de estrada, embarcações marítimas e unidades estacionárias, cada uma das quaispodendo empregar um motor a diesel. Neste sentido, quando se descreve uma missãoespecífica, esta inclui uma tarefa ou solicitação a ser satisfeita pelo sistema dotado domotor a diesel. Portanto, com relação às aplicações em veículos ferroviários, navais oufora de estrada, esta pode se referir à movimentação do sistema de um local atual paraum destino. No caso de aplicações estacionárias, tais como, mas não limitadas aestações de geração de energia estacionárias ou as redes de estações de geração deenergia, uma missão específica pode se referir a uma certa potência (p. ex., MW/h) ou aoutros parâmetros ou requisitos a serem satisfeitos pelo sistema acionado a diesel. Damesma forma, as condições operacionais da unidade geradora de energia acionada adiesel pode incluir pode compreender um ou mais entre velocidade, carga, valor docombustível, tempo, etc.

Em um exemplo de uma embarcação naval, uma pluralidadede rebocadores podem estar operando junto sendo que todos estão movimentando omesmo barco grande, sendo que cada rebocador está conectado no tempo para realizara missão de mover o grande barco. Em uma outra forma de realização de exemplo, umaúnica embarcação naval pode apresentar uma pluralidade de motores. O veículo fora deestrada (OHV) podem compreender uma frota de veículos os quais tem a mesmomissão de se moverem pela terra, do local A para o local B, sendo que cada OHV estáligado no tempo para realizar a missão. Com relação a uma usina de geração de energiade tipo estacionária, uma pluralidade de usinas podem estar agrupadas gerandocoletivamente energia para um local/propósito específico.

As formas de realização da presente invenção resolvem osproblemas dá arte através do fornecimento de um sistema, de um método e de ummétodo implementado através de um computador, tal como um código de software decomputador, para determinar e implementar uma estratégia de condução. Com relaçãoàs locomotivas, as formas de realização de exemplo da presente invenção tambémpodem ser executadas quando a consistência de locomotivas se encontra realizandouma operação na forma com tração distribuída.

As pessoas com proficiência na arte irão perceber que umdispositivo, tal como um sistema de processamento de dados, incluindo uma CPU, umamemória, um dispositivo de entrada e saída l/O, um armazenador de programa, umbarramento de conexão e outros componentes apropriados, poderia ser programado, oude qualquer forma projetado, para facilitar a realização, na prática, do método dainvenção. Um tal sistema poderia incluir meios apropriados de programa para executaros métodos destas formas de realização.

Além disto, um artigo manufaturado, tal como um disco pré-gravado ou um produto de programa de computador semelhante, para uso em umsistema de processamento de dados, poderia incluir um meio de armazenamento emeios de programa gravados neste, de modo a orientar o sistema de processamento dedados a permitir a realização, na prática, do método da invenção. Tais dispositivos eartigos manufaturados também estão incluídos dentro do espírito e do escopo dainvenção.

Falando de forma geral, o efeíto; técnico é determinar eimplementar uma estratégia de condução e/ou operação de um sistema alimentado adiesel para melhorar ao menos um certo requisito de parâmetro de critério operacional decertos objetivos ao mesmo tempo em que satisfaz as restrições devidas à programaçãoou a agenda. Para facilitar o entendimento, esta será descrita, daqui em diante, comreferência a uma sua implementação específica. As invenções são descritas dentro docontexto geral das instruções executáveis por um computador, tais como os módulos deprograma de computador, que são executados por um computador. De forma geral, osmódulos de programa de computador incluem rotinas, programas, objetos, componentes,estruturas de dados, etc., os quais realizam tarefas em particular ou que implementamtipos particulares de dados abstratos. Por exemplo, os programas de computadorconsubstanciam as formas de realização de exemplo da invenção e podem sercodificados através de diversas linguagens, para uso em plataformas diferentes. Nadescrição que segue, os exemplos da invenção podem ser descritos dentro do contextode um portal web o qual emprega um navegador web. Contudo, poderá ser percebidoque os princípios da invenção que formam a base das formas de realização de exemploda invenção podem ser igualmente implementados através de outros tipos de tecnologiasde programação de computador.

Ainda mais, os peritos na arte irão perceber que as formasde realização da presente invenção podem ser realizadas, na prática, através de outrasconfigurações de sistemas de computador, incluindo os dispositivos portáteis ou hand-held, os sistemas de microprocessadores, os dispositivos eletrônicos baseados emmicroprocessadores ou programáveis pelo usuário, minicomputadores, computadores detipo mainframe, e similares. As formas de realização de exemplo da invenção tambémpodem ser realizadas na prática em ambientes de computação descentralizados, nosquais as tarefas são realizadas por dispositivos remotos de processamento e os quaisestão ligados através de uma rede de comunicação. Em um ambiente de computaçãodescentralizado, os módulos do programa podem estar localizados em meios dearmazenamento de instruções de computador, tanto locais quanto remotos, incluindo asmemórias de armazenamento. Estes ambientes de computação, tanto locais quantoremotos, podem estar totalmente contidos dentro da locomotiva, ou em locomotivasadjacentes à consistência, ou não embarcados nestas, ás margens da linha ou emescritórios centrais, com os quais é utilizada uma comunicação sem fio ou através decabeamento.

Por todo este documento será empregado o termoconsistência de locomotivas. Tal como ora empregado, uma consistência de locomotivaspode ser descrita como apresentando uma ou mais locomotivas em sucessão, ligadasentre elas de tal forma a fornecer uma capacidade motora ou de frenagem. Aslocomotivas estão ligadas entre elas quando não existem vagões ou carros ferroviáriosentre as locomotivas. O trem pode apresentar mais de urria consistência de locomotivasna sua composição. Especificamente, pode existir uma consistência líder e mais de umaconsistência remota, tal como no meio da linha de vagões e outra consistência remota aofinal do trem. Cada consistência de locomotivas pode apresentar uma primeiralocomotiva e locomotiva(s) atrás desta. Como uma consistência de locomotivas éusualmente vista como uma sucessão de locomotivas, os peritos na arte irãoprontamente perceber que um grupo de consistências de locomotivas também pode serreconhecido como uma consistência mesmo quando um carro ou vagão separa aslocomotivas, tal como quando a consistência de locomotivas é configurada para umaoperação com tração distribuída, na qual os comandos de aceleração e de frenagem sãodisseminados a partir da locomotiva líder para os trens remotos através de um canal deradio ou de um cabo elétrico. Neste sentido, o termo consistência de locomotivas nãodeve ser considerado como um fator Iimitativo quando da descrição de diversaslocomotivas dentro do mesmo trem.

Ora serão descritas as formas de realização da presenteinvenção, fazendo-se referência aos desenhos. As formas de realização de exemplo dainvenção podem ser implementadas dè diversas formas, incluindo um sistema (o qualinclui um sistema de processamento de dados), um método (o qual inclui um métodocomputadorizado), um Clispositivoj um meio passível de ser lido por um computador, umproduto na forma de um programa de computador, uma interface gráfica para com ousuário, incluindo um portal web, ou uma estrutura de dados fixada de forma tangível emuma memória passível de ser lida por um computador. Abaixo serão descritas diversasformas de realização da invenção.

A figura 1 apresenta uma ilustração de exemplo de umdiagrama de fluxo de uma forma de realização de exemplo da presente invenção. Talcomo ilustrado, as instruções são entradas ou inserções específicas para ò planejamentode uma viagem tanto a bordo quanto ã partir dè um local remoto, tal como um centro deexpedição 10. Tais informações inseridas incluem, mas não estão limitadas à posição dotrem, a descrição da consistência (tal como os modelos das locomotivas), a descrição dapotência da locomotiva, a performance da transmissão de tração da locomotiva, oconsumo de combustível pelo motor como uma função da potência útil transferida, asemissões do trem ou da locomotiva como uma função da velocidade pelo ajuste dapotência e das cargas dinâmicas, as características de refrigeração, a rota pretendidapara a viagem (grau de inclinação efetivo e curvatura como uma função dos marcosferroviários ou um componente de "grau de inclinação efetivo" para refletir a curvatura deacordo com o padrão para as práticas ferroviárias), o trem representado pela composiçãoe pela carga junto com os coeficientes de arrasto efetivo, os parâmetros desejados paraa viagem incluindo, mas não limitados a, o momento de início e a localização, o local dechegada, o tempo desejado de viagem, a identificação da tripulação (usuário e/ouoperador), o final do turno da tripulação e a rota.

Estes dados podem ser fornecidos para a locomotiva 42através de diversas formas, tais como, mas não limitadas a, um operador inserindo estesdados de forma manual na locomotiva 42 através de uma tela a bordo, as característicasfornecidas pelo fabricante ou pelo operador, a inserção de um dispositivo de memória talcomo um cartão rígido e/ou um drive USB contendo os dados em um receptáculo ouconector a bordo da locomotiva, e através da transmissão das informações por meio deuma comunicação sem fio, a partir de um local 41 centralizado ou às margens daferrovia, tal como um dispositivo de sinalização da linha e/ou um dispositivo marginal,para a locomotiva 42. As características de carga da locomotiva 42 e do trem 31 (p. ex.,arraste) também podem ser alteradas durante a rota (p. ex., com a altitude, atemperatura ambiente e as condições dos trilhos e dos vagões), e o plano pode seratualizado de modo a refletir tais mudanças, conforme necessário, através de qualquerum dentre os método supra descritos e/ou através da captura autônoma e em tempo realdas condições do trem/locomotiva. Isto inclui, por exemplo, as mudanças detectadas nascaracterísticas do trem ou da locomotiva detectadas pelo equipamento de monitoramentoa bordo ou não da locomotiva(s) 42.

O sistema de sinalização de linha determina a velocidadepermitida para o trem. Existem diversos tipos de sistemas de sinalização de linha e deregras operacionais associadas a cada um destes sinais. Por exemplo, alguns sinais sãocompostos por uma única luz (liga/desliga), alguns sinais são compostos por uma únicalente com diversas cores, e alguns sinais apresentam diversas luzes e cores. Estessinais podem indicar que a linha, está livre e que o trem pode seguir com a velocidademáxima permitida. Estes também podem indicar que é necessária uma velocidadereduzida ou uma parada. Esta velocidade reduzida pode precisar ser efetivadaimediatamente, ou em um certò local (p. ex., antes do próximo sinal ou cruzamento).

A situação do sinal é comunicada para o trem e/ou para ooperador através de diversos meios. Alguns sistemas apresentam circuitos na linha ebobinas indutivas de captura dispostas nas locomotivas. Outros sistemas compreendemos sistemas de comunicação sem fio e/ou os sistemas de comunicação por meio decabos. Os sistemas de sinalização também podem precisar que o operador, oumaquinista, inspecione visualmente o sinal e tome a atitude apropriada.

Os sistemas de sinalização podem fazer uma interface como sistema de sinalização a bordo e ajustar a velocidade da locomotiva de acordo com asentradas e com as regras operacionais apropriadas. Para os sistemas de sinalização querequerem que o operador inspecione visualmente a situação do sinal, a tela do operadorira mostrar as opções apropriadas do sinal para o operador entrar, com base nalocalização do trem. O tipo de sistema de sinalização e de regras de operação, comouma função da localização, pode ser armazenado em um banco de dados 63 a bordo.

Com base na especificação dos dados de entrada nasformas de realização de exemplo da presente invenção, é calculado um plano otimizadopara produzir um perfil de viagem 12, o qual minimiza o uso de combustível e/ou asemissões produzidas, sujeito às restrições dos limites de velocidade ao longo da rota econsiderando os horários de partida e de chagada. O perfil contém a velocidadeotimizada e os ajustes de potência (marcha de trabalho) otimizados do trem que segue,expressos como uma função da distância e/qu do tempo, e os limites operacionais dotrem incluindo, mas não limitados a, os ajustes máximos para a marcha de trabalho epara a frenagem, e os limites de velocidade como uma função da localização, e oconsumo de combustível e a geração de emissões que são esperados. Em uma formade realização de exemplo, o valor do ajuste para a marcha de trabalho [notch] éselecionado de modo a se obter as decisões de mudança de aceleração a cada períodode 10 a 30 segundos. Os peritos na arte irão prontamente perceber que as decisões demudança de aceleração podem acontecer em períodos maiores ou menores, senecessário e/ou desejado, de modo a seguir um perfil otimizado de velocidade. Emsentido amplo, deve ficar evidente para uma pessoa com proficiência na arte que osperfis fornecem os ajustes de potência para o trem, tanto ao nível do trem quanto aonível da consistência e/ou ao nível do trem individual. A potência compreende a força defrenagem, a força motriz e a força dos freios a ar. Em uma outra forma preferida derealização, ao invés de operar, de forma tradicional, com ajustes discretos para asmarchas de trabalho, a forma de realização de exemplo da presente invenção está apta aselecionar um ajuste contínuo da potência, o qual é determinado como sendo o otimizadopara o perfil selecionado.

Destarte, e por exemplo, se um perfil otimizado especifica umajuste da marcha de trabalho de 6,8, ao invés de operar com um ajuste da marcha detrabalho de 7, a locomotiva 42 pode operar em 6,8. A possibilidade de se operar comajustes de potência intermediários pode trazer benefícios adicionais para a eficiência, talcomo descrito abaixo.

O procedimento usado para computar o perfil ótimo podeser através de qualquer um dos métodos de computação para uma seqüência depotência a qual guia o trem 31, de modo à minimizar o consumo de combustível e/ou asemissões, desde que respeitados as restrições para a locomotiva e para a programaçãoou agenda de horários, tal como sintetizado abaixo. Em alguns casos, o perfil otimizadonecessário pode ser muito próximo de um anteriormente determinado, devida àsimilaridade da configuração do trem, da rota e das condições ambientais. Nestes casos,pode ser suficiente consultar o guia de trajeto dentro do banco de dados 63 e tentarsegui-lo. Quando não existe nenhum plano previamente computado, os métodos paracalcular um novo incluem, mas nãò estão limitados a, calcular diretamente o perfil ótimoutilizando modelos de equações diferenciais os quais reproduzem, de forma aproximada,a movimentação física do trem. O ajuste envolve e seleção de uma quantidade defunções objetivas, usualmente uma soma ponderada (integral) das variáveis do modelo,as quais correspondem à taxa de consumo do combustível e de geração das emissões,mais um termo para penalizar uma variação excessiva da aceleração.

Uma fórmula otimizada de controle é acertada paraminimizar a função quantitativa objetiva que é submetida às restrições incluindo, mas nãolimitada a, os limites de velocidade e os ajustes mínimo e máximo para a potência(aceleração). Dependendo dos objetivos do plano, a qualquer tempo, o problema podeser ajustado de forma flexível de modo a minimizar o consumo de combustível sujeito asrestrições das emissões e dos limites de velocidade, ou para minimizar as emissõessujeito às restrições de combustível e do horário de chegada. Também é possível ajustar,por exemplo, o objetivo de minimizar o tempo total de viagem sem as restrições relativasà quantidade total de emissões ou de uso de combustível, sendo que tal relaxamento dasrestrições poderia ser permitido ou necessário para a missão.

Por todo este documento, são apresentados exemplos deequações e de funções objetivas destinadas a minimizar o consumo de combustível dalocomotiva, Estas equações e funções tem apenas o intuito de ilustração, posto quepodem ser empregadas outras equações e funções objetivas para otimizar o consumo decombustível ou para otimizar outros parâmetros operacionais do trem/locomotiva.

O problema a ser solucionado pode ser posto maisprecisamente de forma matemática. A física básica do movimento é expressa por:

<formula>formula see original document page 11</formula>

na qual χ é a posição de trem, ν é a sua velocidade e t é o tempo (em milhas, milhas porhora e minutos ou horas, conforme apropriado) e u é o comando de entrada para amarcha de trabalho (aceleração). Além disto, D indica a distância a ser percorrida, Tf ohorário desejado de chegada na distância D ao longo da linha, Te é o esforço de traçãoproduzido pela consistência de locomotivas, Ga é o arraste gravitacional o qual dependedo comprimento do trem, da composição do trem e do terreno no qual o trem estálocalizado, R é o arraste dependente da velocidade efetiva [net speed] da consistência delocomotivas e da composição do trem. As velocidades iniciais e finais também podem serespecificadas, mas sem perda do caráter genérico são tidas aqui como sendo zero (tremparado no início e no final). Por fim, o modelo é prontamente modificado para incluiroutras dinâmicas importantes tais como o atraso entre uma mudança de aceleração, u, edo esforço de tração ou de frenagem resultante. Utilizando este modelo, uma fórmula decontrole otimizada é acertada para minimizar a função objetiva quantitativa sujeita asrestrições incluindo, mas não limitadas a, os limites de velocidade e os ajustes máximo emínimo da potência (aceleração). Dependendo dos objetivos do plano, a qualquer tempo,o problema pode ser ajustado de forma flexível de modo a minimizar o consumo decombustível sujeito às restrições das emissões e dos limites de velocidade, ou paraminimizar as emissões sujeito às restrições de combustível e do horário de chegada.

Também é possível acertar, por exemplo, o objetivo deminimizar o tempo total de viagem sem as restrições relativas à quantidade total deemissões ou de uso do combustível, sendo que tal relaxamento das restrições poderiaser permitido ou necessário para a missão. Todas estas medidas de performance podemser expressas na forma de uma combinação linear entre qualquer um dos seguintes:

<formula>formula see original document page 12</formula>

- Minimiza a marcha de trabalho (entrada contínua)

A substituição do termo do combustível F em (1) pelotermo correspondente à produção das emissões. Por exemplo, para as emissões

<formula>formula see original document page 12</formula>

Nesta equação, E é a quantidade de emissões em gramas por cavalo vapor-hora (g/hph)para cada uma das marchas de trabalho (ou ajustes de potência). Ainda mais poderia serfeita uma minimização com base no total ponderado do combustível e das emissões.

Uma função objetiva comumente empregada erepresentativa é a seguinte:

<formula>formula see original document page 12</formula>Os coeficientes da combinação linear dependem daimportância (peso) dado a cada um dos termos. Quando o veículo opera com diversostipos de combustível, é uma combinação da soma linear dos coeficientes do combustívelde cada tipo de combustível, como será descrito com maiores detalhes abaixo. Note-seque na equação (OP)1 u(t) é a variável de otimização que é a posição da marcha detrabalho contínua. Caso seja necessária uma marcha de trabalho discreta, p. ex., paralocomotivas antigas, a solução da equação (OP) é tornada discreta, o que pode resultarem uma menor economia de combustível. Encontrar a solução de menor tempo (ai éfixado em zero e a2 é fixado em zero ou em um valor relativamente pequeno) é usadopara encontrar a menor ligação para o tempo de possível (Tf = Tmin). Neste caso, tantou(t) quanto Tf são as variáveis de otimização. A forma preferida de realização soluciona aequação (OP) para diversos valores de Tf com Tf > Tfmin com <x3 fixado em zero. Nesteúltimo caso, Tf é tratado como uma restrição.

Para aqueles que estão familiarizados com as soluções detais problemas de otimização, pode ser necessário adicionar restrições, p. ex., os limitesde velocidade ao longo da trajetória:

<formula>formula see original document page 13</formula>

ou quando se utiliza o tempo mínimo como o objetivo, uma tal restrição do ponto finaldeve aguardar, p. ex. o total de combustível consumido deve ser menor que aqueledentro do tanque, p. ex., por meio de:

<formula>formula see original document page 13</formula>

na qual Wf é a quantidade de combustível restante dento do tanque. Os peritos na arteirão prontamente perceber que a equação (OP) pode estar em outras formas, assimcomo o quanto apresentado supra é um exemplo de equação para uso na forma derealização de exemplo da presente invenção.

As referencias as emissões, no contexto das formas derealização de exemplo da presente invenção, de fato, são direcionadas para as emissõescumulativas produzidas na forma de emissões de óxido de nitrogênio (NOx), de emissõesde hidrocarbonetos não queimados, e particulados. Por projeto, cada locomotiva deveobedecer aos padrões de emissão da EPA, e assim, quando as emissões.são.otimizadasna forma de realização de exemplo da presente invenção, esta será a quantidade deemissões totais da missão para a qual não existe especificação hoje. Em qualquermomento, as operações devem obedecer aos regulamentos federais da EPA. Caso umobjetivo chave, durante uma missão, seja o de reduzir as emissões, a fórmula de controleotimizada, equação (OP), deve ser adjtada de modo a levar em consideração esteobjetivo da viagem. Uma flexibilização chave no ajuste da otimização é o de que todos equaisquer objetivos da viagem possam variar de acordo com a região ou com a missão.Por exemplo, para um trem de alta prioridade, um tempo mínimo pode ser o únicoobjetivo em uma rota, devido a sua alta prioridade de trânsito. Como um outro exemplo, ageração das emissões pode variar de estado para estado, ao longo da rota planejadapara o trem.

Para solucionar o problema resultante da otimização, umaforma de realização de exemplo da presente invenção transfere o problema do controledinâmico otimizado, dentro do domínio do tempo, para um problema equivalente deprogramação de estatística matemática com N variáveis de decisões, na qual o número"N" depende da freqüência com a qual são feitos os ajustes no acelerador e nos freios,bem como a duração da viagem. Para os problemas típicos, este N pode ser de milhares.

Por exemplo, e em uma forma de realização de exemplo, pode-se supor um tremviajando por uma linha direta com 172 milhas [cerca de 275 Km] pelo sudoeste dosEstados Unidos. Empregando a forma de realização de exemplo da presente invenção,uma economia de, p. ex., 7,6% no consumo de combustível pode ser conseguida quandose compara uma viagem determinada e realizada utilizando, a forma de realização deexemplo da presente invenção contra o histórico real de uso da aceleração/frenagemdeterminado por um maquinista. O aumento da economia é conseguido devido ao fato deque a otimização obtida através do uso da forma de realização de exemplo da presenteinvenção produz uma estratégia de condução tanto com um menor arraste quanto comuma perda por freios menor, ou nenhuma, quando em comparação com um plano deviagem de um maquinista ou operador.

Para tornar a otimização supra descrita passível de sertratada por computador, deve ser empregado um modelo simplificado do trem, tal como oquanto ilustrado na figura 2 e nas equações supra descritas. Um refinamento chave doperfil otimizado é produzido através da condução de um modelo mais detalhado, no qualé gerada a seqüência de tração otimizada, de modo a testar se as demais restriçõestérmicas, elétricas e mecânicas são violadas, levando a um perfil modificado davelocidade pela distância que seja mais próximo a um deslocamento que pode serconseguido sem danificar a locomotiva ou os equipamentos do trem, isto é, satisfazendoas restrições adicionais implícitas tais como os limites térmicos ou elétricos da locomotivaou as forças internas aos vagões do trem.

Fazendo novamente referência a figura 1, uma vez que éiniciada 12 a viagem, são gerados os comandos de tração 14 de modo a colocar o tremem movimento. Dependendo do ajuste operacional para a forma de realização deexemplo da presente invenção, um comando é destinado a que a locomotiva siga ocomando otimizado de tração 16 de modo a atingir a velocidade otimizada. Uma formade realização de exemplo da presente invenção obtém a velocidade real e asinformações de tração a partir da consistência 18 de locomotivas do trem. Devido asinevitáveis aproximações pelos modelos usados para a otimização, um cálculo em Ioopfechado das correções para a tração otimizada é obtido através do rastreamento davelocidade otimizada desejada. Tais correções dos limites operacionais do trem podemser feitas de forma automática ou através do operador, o qual sempre tem o comandofinal do trem.

Em alguns casos, o modelo usado na otimização podediferir significativamente do trem real. Isto pode acontecer por diversos motivos, incluindomas não limitado a, alocação e encaminhamento de cargas extras, locomotivas quefalham durante a rota, e a erros no banco de dados 63 inicial ou a entradas de dadoserrôneas feitas pelo operador. Por estas razões, é previsto um sistema de monitoramentoo qual se utiliza de dados em tempo real para estimar os parâmetros da locomotiva ou dotrem em tempo real 20. Os parâmetros estimados são então comparados com osparâmetros assumidos e que foram usados quando a viagem foi inicialmente criada 22.Baseado em qualquer diferença entre os valores assumidos e estimados, a viagem podeser re-planejada 24, pelo que uma economia maior pode advir do novo plano.

Outras razões para que uma viagem venha a ser re-planejada incluem as diretivas emitidas por uma localidade remota, tal como pelaexpedição, e/ou do operador solicitando que uma mudança nos objetivos sejaconsistente com os objetivos mais globais de planejamento dos movimentos. Osobjetivos mais globais de planejamento dos movimentos podem incluir, mas não estãolimitados a, as programaçõés ou as agendas de outros trens, para permitir que aexaustão se dissipe de um túnel, as operações de manutenção, etc. Outra razão podeser devida a uma falha de um componente a bordo. As estratégias de re-planejamentopodem ser agrupadas em ajustes incrementais e maiores, dependendo da seriedade doproblema, tal como será descrito com maiores detalhes abaixo. Em geral, um "novo"plano deve ser derivado de uma solução da equação (OP) de otimização do problemasupra descrito, mas freqüentemente podem ser encontradas soluções aproximadas maisrápidas, como aqui descrito.

Em operação, a locomotiva 42 irá continuamente monitorara eficiência do sistema e atualizar continuamente o plano de viagem com base nasmedições reais da eficiência, sempre que uma tal atualização possa melhorar aperformance da viagem. Os cálculos para o re-planejamento da viagem podem serrealizados totalmente dentro da locomotiva(s) ou total ou parcialmente deslocados paraum local remoto, tal como as instalações de processamento marginal ou de expedição,nas quais a tecnologia sem fio é utilizada para a comunicação dos planos para alocomotiva 42. A forma de realização de exemplo da presente invenção também podegerar tendências eficientes ás quais podem ser usadas para desenvolver os dados dafrota de locomotivas com relação às funções de transferência da eficiência. Os dados detoda a frota podem ser usados por ocasião da determinação do plano de viagem inicial, epodem ser usados na otimização da movimentação de toda a malha quando seconsidera a localização de diversos trens. Por exemplo, a curva relativa ao tempo dedeslocamento em relação ao uso de combustível, tal como ilustrada na figura 4, reflete acapacidade de um trem, em uma rota em particular e em um dado momento, atualizadapelo conjunto de médias capturadas para diversos trens similares na mesma rota.

Destarte, uma instalação central de expedição que coleta as curvas como as da figura 4,a partir de diversas locomotivas, poderia utilizar estas informações para coordenar, deuma forma melhor, a movimentação geral dos trens a fim de que se consiga umavantagem ao nível de todo o sistema, em relação à economia de combustível oudeslocamento.

Durante as operações diárias, diversos eventos podem levara necessidade de se gerar ou modificar o plano atualmente em execução, quando sepretende manter os mesmos objetivos da viagem, para quando um trem não se encontradentro da sua agenda em relação ao encontro ou a passagem de outro trem, e esteprecisa recuperar o tempo. Utilizando os dados atuais de velocidade, tração e localizaçãoda locomotiva, é feita uma comparação entre o horário de chegada planejado e o horáriode chegada 25 atualmente estimado (previsto). O plano 26 é ajustado com base nadiferença entre os horários, assim como na diferença entre os parâmetros (detectados oualterados pela expedição ou pelo operador). Este ajuste pode ser feito automaticamente,de acordo com a vontade da companhia ferroviária, em relação a como os desvios doplano devem ser tratados, ou propostas alternativas de forma manual, para o operadorembarcado ou a expedição decidirem a melhor forma de voltar ao plano. Sempre que umplano é atualizado, mas não os seus objetivos, tal como, mas não limitado ao temporestante para a chegada do mesmo, outras mudanças podem ser transformadas emfatores concorrentes, p. ex., mudanças nos novos limites de velocidade futuros, o quepoderia afetar a possibilidade de se retornar ao plano original. Em tais casos, se o planode viagem original não puder ser mantido, ou em outras pialavras o trem não é capaz decumprir com os objetivos do plano de viagem original, como aqui descrito, outros planospodem ser apresentados para um operador e/ou uma instalação remota, ou expedição.

Também pode ser feito um re-planejarhento quando édesejado alterar os objetivos originais. Um tal re-planejamento pode ser feito tanto emintervalos determinados de tempo, de forma manual e de acordo com adiscricionariedade do operador ou da expedição, quanto de forma autônoma quando sãoexcedidos certos limites predefinidos, tais como os limites operacionais do trem. Porexemplo, se a execução do plano atual está atrasada mais que um valor predeterminado,tal como trinta minutos, a forma de realização de exemplo da presente invenção pode re-planejar a viagem de modo acomodar o atraso às custas de um aumento do consumo decombustível, tal como supra descrito, ou para alertar o operador e a expedição sobre oquanto de tempo pode ser recomposto ao todo (isto é, qual o tempo mínimo de chegadaou qual a quantidade máxima de combustível que pode ser economizada dentro darestrição de tempo).

Também podem ser previstos outros gatilhos de re-planejamentocom base no combustível consumido ou na integridade da consistência de tração,incluindo, mas não limitado a, o horário de chegada, a perda de cavalos vapor devido auma falha do equipamento e/ou a um mau funcionamento temporário do equipamento(tal como por uma operação em estado muito aquecido ou muito frio) e/ou pela detecçãode erros na inserção de dados, tal como na carga assumida para o trem. Isto é, se amudança se reflete de forma negativa em relação à performance da locomotiva para orestante da viagem, esta pode ser adicionada como um fator nos modelos e/ou nasequações usadas na otimização.

As mudanças nos objetivos dos planos também podemsurgir da necessidade de se coordenar eventos, quando o plano para um tremcompromete a capacidade de outro trem de cumprir com os objetivos e se faz necessáriauma arbitragem em um nível diferente, p. ex., pelo escritório de expedição. Por exemplo,a coordenação dos encontros e passagens ainda pode ser otimizada através dacomunicação direta de trem a trem. Assim, e como um exemplo, se um trem sabe queestá atrasado para chegar a um local de encontro e/ou de passagem, as comunicaçõesdo outro trem podem informar o trem atrasado (e/ou a expedição). O operador podeentão inserir a informação relativa ao fato de estar atrasado na forma de realização deexemplo da presente invenção, sendo que a forma de realização de exemplo da presenteinvenção irá recalcular o plano de viagem do trem. A forma de realização de exemplo dapresente invenção também pode ser utilizada em um nível mais alto, ou ao nível damalha, de modo a permitir que uma expedição determinasse qual trem deveria reduzir develocidade ou acelerar ou se uma restrição relativo há um tempo de passagem e/ou deencontro não precise ser cumprido. Como aqui descrito, isto é conseguido com trens quetransmitem dados para a expedição de modo a determinar como cada trem deve alteraro seu objetivo de plano. Uma escolha deve depender tanto da agenda quanto daeconomia de combustível, dependendo da situação.

Para os re-planejamentos iniciados de forma automática oumanual, as formas de realização de exemplo da presente invenção podem apresentarmais de um plano de viagem para o operador. Em uma forma de realização de exemplo,a presente invenção irá apresentar perfis diferentes para o operador, permitindo que ooperador selecione o horário de chegada e compreenda o impacto em relação àsemissões e a economia de combustível. Tais informações também podem ser fornecidaspara a expedição para considerações similares, tanto na forma de uma lista simples comalternativas ou como uma pluralidade de curvas operacionais, tal como ilustrada na figura 4.

A forma de realização de exemplo da presente invenção tema capacidade de aprender e adaptar as mudanças chaves do trem e da consistência detração, as quais podem ser incorporadas tanto no plano atual quanto em planos futuros.

Por exemplo, um dos gatilhos descritos acima é a perda de potência. Quando daconstrução da potência em função do tempo, tanto após uma perda de potência quantono início de uma viagem, é utilizada a transição lógica para se determinar quando éconseguia a potência necessária. Esta informação pode ser salvada nó banco de dados61 da locomotiva para uso na otimização tanto em viagens futuras quanto no caso deuma nova perda de potência dentro da viagem atual.

A figura 3 ilustra uma forma de realização de exemplo doselementos que podem ser parte de um exemplo do sistema. É previsto um elementoIocalizador 30 para determinar a localização do trem 31. O elemento Iocalizador 30 podeser um sensor GPS, ou um sistema de sensores, o qual determina a localização de trem31. Exemplos de tais outros sistemas incluem, mas não estão limitados a, dispositivosmarginais [ou seja, disposto a beira da linha ferroviária], tal como equipamentosautomáticos por radio freqüência de identificação de etiquetas (RF ΑΕΙ), expedição e/oudeterminação por vídeo. Outros sistemas podem incluir o tacômetro a bordo de umalocomotiva e cálculos de distância a partir de um ponto de referencia. Tal compreviamente descrito, pode também ser previsto um sistema de comunicação sem fio 47para permitir as comunicações entre os trens e/ou com uma localidade remota, tal comoa expedição. As informações acerca da localização da viagem também podem sertransferidas de outros trens.

Também é previsto um elemento de caracterização do trem33 para fornecer as informações acerca de uma linha, principalmente as informações degrau e de elevação e de curvatura. Também podem ser incluídas, opcionalmente, asrestrições da linha, tal como a carga transportável pela linha. O elemento decaracterização da linha 33 pode incluir um banco de dados 36 embarcado de integridadeda linha. Os sensores 38 são usados para medir um esforço de tração 40 que está sendoaplicado pela consistência de locomotivas 42, o ajuste da aceleração da consistência delocomotivas 42, as informações sobre a configuração da consistência de locomotivas 42,a velocidade da consistência de locomotivas 42, a configuração individual daslocomotivas, a capacidade individual das locomotivas, etc. Em uma forma de realizaçãode exemplo, as informações de configuração da consistência de locomotivas 42 podemser carregadas sem o uso de um sensor 38, mas são inseridas através de outros meios,tal como supra descrito. Além do mais, também pode ser levada em consideração àsaúde das locomotivas. Por exemplo, se uma locomotiva da consistência não está apta aoperar acima da marcha de trabalho 5, esta informação é usada quando da otimizaçãodo plano de viagem.

A informação do elemento Iocalizador também pode serusada para determinar um horário de chegada apropriado para o trem 31. Por exemplo,caso exista um trem 31 se movendo pela linha 34 na direção de um destino e nenhumtrem atrás deste, e o trem não tem um prazo determinado de chegada ligado a ele, oelemento localizador, incluindo mas não limitado a um equipamento automático por radiofreqüência de identificação de etiquetas (RF ΑΕΙ), expedição e/ou determinação porvídeo, pode ser usado para gabaritar a exata localização do trem 31. Além do mais, asentradas destes sistemas de sinalização podem ser usadas para ajustar a velocidade dotrem.

Utilizando a banco de dados da linha no trem, descrito abaixo, bem como oelemento localizador, tal como um GPS, a forma de realização da presente invençãopode ajustar a interface do operador de modo a refletir o estado do sistema desinalização em uma dada localização da locomotiva. Em uma situação na qual osestados dos sinais pudessem indicar velocidades restritas à frente, o planejador podedecidir reduzir a velocidade do trem para reduzir o consumo de combustível.

As informações do elemento localizador 30 também podemser usadas para alterar os objetivos do planejamento çomo uma função da distância atéo destino final. Por exemplo, devido as inevitáveis incertezas em relação aocongestionamento na rota, podem ser empregados os objetivos mais "rápidos" naspartes iniciais da rota como uma salvaguarda contra os atrasos, que estatisticamenteacontecem posteriormente. Se isto acontecer em uma viagem em particular na qual nãoocorram atrasos, os objetivos das partes posteriores da jornada podem ser modificadosde modo a poder explorar o tempo previamente acumulado, e assim recuperar algumaeconomia de combustível. Uma estratégia similar poderia ser evocada para os objetivosrestritivos em relação às emissões, p. ex., pela aproximação de uma área urbana.

Como um exemplo de uma estratégia de salvaguarda, se éplanejada uma viagem de Nova Iorque até Chicago, o sistema pode ter a opção deoperar o trem mais vagarosamente tanto no inicio da viagem ou no meiò da viagem ouao final da viagem. A forma de realização de exemplo da presente invenção iria otimizaro plano de viagem de modo a permitir uma operação mais vagarosa ao final da viagem,devido a restrições não conhecidas, tais corno, mas não limitadas a, a condição dotempo, a manutenção de linhas, etc., que podem aparecer e se tornar conhecidasdurante a viagem. Como uma outra consideração, caso sejam conhecidas áreastradicionalmente congestionadas, o plano é desenvolvido com a opção de ter uma maiorflexibilidade ao redor destas regiões tradicionalmente congestionadas. Portanto, a formade realização de exemplo da presente invenção também pode levar em consideraçãoponderações/penalidades como uma função do tempo/distância para o futuro e/ou combase em experiências passadas/conhecidas. Os peritos na arte irão prontamenteperceber que um tal planejamento e re-planejamento, o qual leva em consideração ascondições do tempo, as condições da linha, outros trens na linha, etc., pode ser levadoem consideração a qualquer momento durante a viagem, pelo que o plano de viagem éapropriadamente ajustado.

A figura 3 ilustra ainda outros elementos que podem fazerparte da forma de realização de exemplo da presente invenção. É fornecido umprocessador 44 de modo a operar para receber as informações do elemento Iocalizador30, do elemento de caracterização da linha 33 e dos sensores 38. Um algoritmo 46 operadentro do processador. O algoritmo 46 é utilizado para calcular um plano de viagemotimizado com base nos parâmetros que envolvem a locomotiva 42, o trem 31, a linha 34e os objetivos da missão, tal como supra descrito. Em uma forma de realização deexemplo, é estabelecido o plano de viagem còm base nos modelos do comportamento dotrem conforme o tre 31 se move ao longo da linha 34 na forma de uma solução deequações diferenciais não lineares derivadas da física com pressupostos de simplificaçãoque são fornecidos no algoritmo. O algoritmo 46 tem acesso ás informações do elementoIocalizador 30, do elemento de caracterização da linha 33 e/ou dos sensores 38 paragerar um plano de viagem que minimiza o consumo de combustível pela consistência 42,que minimiza as emissões da consistência de locomotivas 42, que estabelece um tempode viagem desejado e/ou que assegura um tempo de trabalho apropriado da tribulação aabordo da consistência de locomotivas 42. Na forma de realização de exemplo, tambémé previsto um condutor ou elemento de controle 51. Como aqui descrito, o elemento decontrole 51 é usado para controlar o trem conforme este segue o plano de viagem. Emuma forma de realização de exemplo também aqui descrita, o elemento de controle 51faz com que o trem opere a partir de decisões autônomas. Em uma outra forma derealização de exemplo, o operador pode ser envolvido na condução do trem para queeste siga o plano de viagem.

Um requisito da forma de realização de exemplo dapresente invenção é a capacidade de criar inicialmente e de modificar rapidamente emcurso qualquer plano que estiver sendo executado. Isto inclui gerar o plano inicial quandoestá envolvida uma longa distância, devido à complexidade do algoritmo de otimizaçãodo plano. Quando a distância total de um perfil de viagem excede um dado valor, podeser usado um algoritmo 46 para segmentar a missão, sendo que a missão pode serdividida por marcos do caminho. Apesar de ser descrito apenas um algoritmo 46, osperitos na arte irão prontamente perceber que pode ser usado mais de um algoritmo,sendo que os algoritmos podem estar ligados entre eles. Os marcos podem incluir oslocais naturais de parada dos trens 31, tais como, mas não limitados a, desvios lateraisnos quais está agendado para acontecer, em uma linha de apenas um trilho, umencontro com um trem que vem em direção oposta ou a ultrapassagem de um trem quevem atrás deste, ou em pátios de desvio ou nas indústrias nos quais os vagões devemser retirados ou incluídos, e em locais de serviços planejados. Em tais marcos, o trem 31pode ser instado a estar no local dentro de um horário agendado e parar ou se moverdentro de uma faixa específica de velocidades. A duração do tempo desde a chegada atéa partida nos marcos é chamada de tempo de permanência.

Em uma forma de realização de exemplo, a presenteinvenção está apta a quebrar uma viagem longa em pequenos segmentos ou trechos deuma forma esquemática especial. Gada trecho pode apresentar um comprimentoarbitrário, mas tipicamente é demarcado por pontos naturais tais como uma parada ouuma restrição significativa de velocidade, ou por marcos ferroviários chave os quaisdefinem as junções com outras rotas. Dada uma partição, ou segmento, selecionadodesta forma, é gerado em perfil de condução para cada trecho, como uma função dotempo de viagem como uma variável independente, tal como o quanto ilustrado na figura 4.

O combustível consumido e/ou emissões/tempo de viagem associado a cadasegmento pode ser computado antes do trem 31 alcançar o trecho da linha. Um plano deviagem total pode ser gerado a partir dos perfis de condução gerados para cada trecho.A forma de realização de exemplo da invenção distribui o tempo de viagem entre todosos trechos da viagem, de uma forma otimizada, de tal modo que o tempo de viagemrequerido é cumprido bem como o total de combustível consumido e/ou as emissões, emrelação a todos os trechos, é tão baixa quanto possível. Um exemplo de um segmento deviagem é ilustrado na figura 6 e descrito abaixo. As pessoas com proficiência na artepoderão perceber que, apesar de serem descritos trechos os segmentos, o plano deviagem pode compreender um único trecho que representa toda a viagem.

A figura 4 ilustra uma forma de realização de exemplo deuma curva do consumo de combustível em função do tempo de viagem. Comopreviamente citado, uma tal curva 50 é gerada quando do cálculo de um perfil otimizadoda viagem para diversos tempos de viagem para cada trecho. Isto é, para um dadotempo de viagem 49, o combustível consumido 53 é o resultado de um perfil detalhadode condução, calculado tal como supra descrito. Uma vez alocados os tempos de viagempara cada trecho, é determinado um plano de tração/velocidade para cada trecho a partirdas soluções previamente computadas. Caso existam quaisquer restrições de velocidadeem locais específicos dos segmentos, tais como, mas não limitados a uma mudança nolimite de velocidade, estes são indicados durante a geração do perfil otimizado daviagem. Se as restrições de velocidade mudam apenas em um segmento, a curva 50 doconsumo de combustível em função do tempo de viagem deve ser recalculada somentepara o segmento alterado. Isto reduz o tempo perdido para recalcular mais partes, outrechos, da viagem. Se a consistência de locomotivas ou o trem mudamsignificativamente ao longo da rota, p. ex., pela perda de uma locomotiva ou pelainserção ou retirada de um vagão, então os perfis de condução para todos os trechossubseqüentes devem ser recalculados, gerando novas instâncias da curva 50. Estasnovas curvas 50 poderão então ser usadas junto a novos objetivos agendados paraplanejar o restante da viagem.

Uma vez gerado um plano de viagem, tal como supradescrito, uma trajetória da velocidade e potência pela distancia é usada para alcançar odestino com um mínimo de combustível e/ou de emissões no tempo de viagemnecessário. Existem diversas formas por meio das quais o plano de viagem é executado.

Tal como esclarecido abaixo com maiores detalhes, em uma forma de realização deexemplo, e quando em um modo de instrução [coaching mode], as informações sãoapresentadas para o operador para que este as siga no intuito de alcançar a traçãodesejada e a velocidade determinada de acordo com o plano de viagem otimizado. Nestemodo, as informações operacionais são condições operacionais sugeridas as quais ooperador deve utilizar. Em uma outra forma de realização de exemplo, são realizadas aaceleração e a manutenção de uma velocidade constante. Contudo, quando o trem 31deve reduzir de velocidade, o operador é responsável pela aplicação do sistema de freios52. Em uma outra forma de realização de exemplo da presente invenção, os comandosde aceleração e de frenagem são fornecidos conforme necessários para se seguir atrajetória desejada velocidade/distância.

As estratégias de controle através de retorno ou feedbacksão usadas para realizar correções na seqüência de controle da tração do perfil de modoa corrigir eventos tais como, mas não limitados a, variações na carga do trem causadaspor flutuações no fluxo de ar frontal ou no fluxo de ar de fuga ou traseiro. Um outrodentre estes tipos de erros pode ser causado por um erro nos parâmetros do trem, talcomo, mas não limitado a, a massa do trem e/ou o arraste, quando comparado com ospressupostos do plano de viagem otimizado. Um terceiro tipo de erro que pode ocorrer éem relação à informação contida no banco de dados 36 do trem. Um outro tipo de erropode envolver as diferenças de performance não modeladas devidas ao motor dalocomotiva, a degradação térmica do motor de tração e/ou a outros fatores. Asestratégias de controle através de retorno comparam a velocidade atual como umafunção da posição com a velocidade desejada no perfil otimizado. Com base nestadiferença, é realizada uma correção no perfil de tração otimizado de modo a direcionar avelocidade atual na direção do perfil otimizado. Para assegurar uma regulagem estável,pode ser previsto um algoritmo de compensação, o qual filtra as velocidades de feedbackdas correções de tração para garantir a estabilidade próxima a da performance. Acompensação pode incluir uma compensação dinâmica padrão, tal como a empregadapelos peritos na arte de projetos de sistemas de controle para alcançar os objetivos daperformance.

As formas de realização de exemplo da presente invençãocapacitam os meios mais simples, e portanto mais rápidos, para acomodar as alteraçõesnos objetivos da viagem, as quais são a regra e não a exceção, nas operaçõesferroviárias: Em uma forma de realização de exemplo para se determinar uma viagemcom um consumo ótimo de combustível do ponto A ao ponto B1 entre os quais existemparadas ao longo do caminho, e para atualizar a viagem para o restante da viagem umavez que já tenha sido iniciada a viagem, pode ser usado um método de decomposiçãosub otimizado para encontrar o perfil otimizado da viagem. Utilizando os métodos demodelagem, o método de cálculo pode encontrar o plano de viagem dentro do tempoespecificado da viagem bem como as velocidades inicial e final, de tal sorte a satisfazertodos os limites de velocidade e as restrições inerentes à capacidade da locomotivaquando existem paradas.

Apesar da descrição seguinte estar direcionada para aotimização do consumo de combustível, esta também pode ser aplicada para otimizaroutros fatores, tais como, mas não limitados a, emissõés, agenda, conforto da tripulação,e impacto na carga. O método pode ser usado no começo do desenvolvimento de umplano de viagem, e de forma mais importante para adaptar os objetivos às mudançasapós o início da viagem.

Tal como aqui descrito, as formas de realização de exemploda presente invenção podem empregar um ajuste, tal como o quanto ilustrado nodiagrama de fluxo mostrado na figura 5, e como no exemplo de 3 trechos mostrado nafigura 6. De acordo com o quanto ilustrado, uma viagem pode ser quebrada em dois outrês trechos Τ1, T2 e T3. Tal como aqui descrito, é possível considerar a viagem comoum único trecho. Tal como também aqui descrito, a limitação dos trechos pode resultarem trechos diferentes. Pelo contrário, os segmentos podem estar baseados em limitesespecíficos naturais ou da missão. Os planos de viagem otimizados são pré-computadospara cada trecho. Caso o objetivo da missão a ser cumprido seja o de consumo decombustível em função do tempo, são construídos os gráficos ou curvas do consumo decombustível em função do tempo, para cada trecho. Como aqui descrito, as curvaspodem estar baseadas em outros fatores (parâmetros) tal como supra descrito, sendoque estes fatores são objetivos a serem alcançados com o plano de viagem. Um de taisfatores pode ser a quantidade das emissões, quando podem ser consideradas asemissões em função da velocidade, e/ou podem ser consideradas as emissões emfunção da velocidade e da eficiência do consumo de combustível. Quando o tempo deviagem é o parâmetro que está sendo determinado, é calculado o tempo de viagem paracada trecho ao mesmo tempo em que é satisfeita a limitação relativa ao tempo total daviagem. A figura 6 ilustra os limites de velocidade para um exemplo de uma viagem 97 de200 milhas [cerca de 320 Km] com três trechos. Também estão ilustradas as mudançasde grau 98 através da viagem de 200 milhas. Também é mostrado um diagrama 99ilustrando as curvas para cada trecho da viagem relativas ao combustível empregado emfunção do tempo de viagem.

Utilizando o ajuste otimizado de controle previamentedescrito, o presente método de computação pode encontrar o plano de viagem com otempo de viagem especificado e com as velocidades inicial e final, de modo a satisfazertodos os limites de velocidade e as limitações de capacidade da iocomotiva quandoexistem paradas. Apesar da descrição detalhada que segue ser direcionada no sentidodo uso de combustível, esta também pode ser aplicada para otimizar outros fatores, talcomo aqui descrito, quais, por exemplo, as emissões. Uma flexibilidade chave é a depoder acomodar o tempo de parada desejado nas paradas e o de considerar asrestrições a chegadas e partidas mais cedo, por exemplo, em locais que apresentam asoperações em apenas uma linha férrea, quando os horários de chegada e de partida sãocríticos.

As formas de realização de exemplo da presente invençãoidentificam uma viagem com otimização do combustível em um percurso de D0 até Dm,percorrido no tempo T, com M-1 paradas intermediárias em D1..... DM-i, e com horáriosde chegada e de partida, nestas paradas, limitados por:

<formula>formula see original document page 24</formula>

na qual Iarr(Di), tdep(Di) e At são a chegada, a partira e o tempo mínimo de parada na iaparada, respectivamente. Assumindo que a otimização do combustível implica naminimização do tempo de parada, então Usp(Di) = Wr(Di) + At, o que elimina a segundadesigualdade acima. Supondo que para cada i = 1,...,M é conhecida a viagem comotimização de combustível de Dm até Di, para um tempo de deslocamento t, Trnin(I) ^ t sTmaxO)- A função Fj(t) é o uso de combustível que corresponde a esta viagem. Se o tempode viagem de Dh até Dj é indicado por Tj, então o horário de chegada em Di é dado por:

<formula>formula see original document page 24</formula>

na qual At0 é definido como sendo zero. A viagem com otimização de combustível de D0até Dm para um tempo de deslocamento T é então obtida encontrando-se Til i = 1.....Μ, oqual pode ser reduzido como

<formula>formula see original document page 24</formula>desde que

<formula>formula see original document page 25</formula>

Uma vez que a viagem está em andamento, o probiema é ode se re-determinar a solução para a otimização do combustível para o restante daviagem (originalmente do tempo D0 até Dm durante T) conforme a viagem é realizada,porém na qual problemas ou inconvenientes impedem que a solução de otimização decombustível seja seguida. Façamos com que a distância atual e a velocidade sejam χ ev, respectivamente, sendo que Dm < χ < Di. Além disto, façamos com que o tempo atual,desde o início da viagem, seja tact· Então, a solução de otimização do combustível para orestante da viagem de χ até Dm, a qual mantém o horário de chegada original em Dm, éobtida encontrando-se

<formula>formula see original document page 25</formula>

o qual pode ser reduzido como:

<formula>formula see original document page 25</formula>

desde que

<formula>formula see original document page 25</formula>

na qual FXTi,x,v) é o combustível utilizado na viagem otimizada de χ até Di, percorridano tempo í, com uma velocidade inicial ν em x.

Tal como supra descrito, uma forma exemplificativa depermitir um re-planejamento mais eficiente é o de construir a solução otimizada para umaviagem parada a parada para trechos particionados. Para a viagem de Dm até Di, comum tempo de percurso Til escolhe-se um conjunto de pontos intermediários Dij, j=1.....Nm.Façamos Di0 = Dm e DjNi = Di. Então, se expressa o usó de combustível para a viagemotimizada de Dm até Dl como<formula>formula see original document page 26</formula>

na qual Fij(t, Vij.-,, Vij) é o combustível empregado na viagem otimizada de Dij.! até Dij,percorrida em um tempo t, com velocidades inicial e final de Vi j.! e Vij. Além do mais, ty é otempo durante a viagem otimizada o qual corresponde à posição ou distância Dij. Pordefinição, tiNi - ti0 = Ti. Uma vez que o trem está parado em Dio e DiNi, vi0 = viNi = 0.

A expressão acima permite que a função F|(t) sejadeterminada, de forma alternativa, primeiramente determinando as funções Fij(.),1 £ j áNil e então encontrando TijlI < j < Nil e Vij < j < Nil o qual se reduz a

<formula>formula see original document page 26</formula>

desde que

<formula>formula see original document page 26</formula>

Através da escolha de Dij (p. ex., nas restrições de velocidade ou nos pontos deencontro), vmax(i,j) - vmin(i,j) pode ser reduzido, assim reduzindo o domínio em relação aoqual FijO precisa ser conhecido.

Com base na partição supra, uma solução sub otimizada dere-planejamento mais simples que aquela supra descrita é a de se restringir o re-planejamento para as ocasiões nas quais o trem se encontra nos pontos distantes DijlI <i < M,1 < j < Ni. No ponto Dijl a nova viagem otimizada de Dij até Dm pode ser determinadaencontrando-se xiklj < k < Nil vik, j < k < Ni, e Tmn,i < m < M,1 < η < Nm, vmn, i < m < M11 < η< Nm, o qual se reduz a

<formula>formula see original document page 26</formula>

desde que

<formula>formula see original document page 26</formula><formula>formula see original document page 27</formula>

na qual

<formula>formula see original document page 27</formula>

Uma outra simplificação é obtida fazendo aguardar a novacomputação de Tm,i < m < M até que seja alcançado o ponto a uma distancia Di. Destaforma, nos pontos Dij entre Dm e Dil a redução acima somente precisa ser realizada paraTik,j < k < Nil Vjkl j < k < Ni. Ti é incrementado, conforme necessário, pára acomodarqualquer tempo de deslocamento, atual, entre Dm e Di, mais longo que o planejado. Esteaumento é compensado mais tarde, se possível, através do novo cálculo de Tm,i < m < M,no ponto que dista de Di.

Com relação à configuração em Ioop fechado supradescrita, a demanda total de energia necessária para mover um trem 31 de ponto A até oponto B consiste da soma de quatro componentes, especificamente da diferença daenergia cinética entre os pontos AeB; da diferença da energia potencial entre os pontosA e B; da perda de energia devida à fricção e outras perdas de arraste; e da energiadissipada durante a aplicação dos freios. Assumindo que as velocidades inicial e finaldevem ser iguais (p. ex., estacionárias), o primeiro componente é zero. Além do mais, osegundo componente é independente da estratégia de condução. Assim, é suficienteminimizar a soma dos dois componentes restantes.

Seguir um perfil dé velocidade constante minimiza as perdaspelo arraste. Seguir um perfil de velocidade constante também minimiza a demanda totalde energia posto que os freios não são necessários para se manter uma velocidadeconstante. Porém, se os freios são necessários para se manter uma velocidadeconstante, a aplicação dos freios exatamente para se manter uma velocidade constanteirá provavelmente aumentar a energia total requerida devido à necessidade de recompora energia dissipada pelos freios. Existe a possibilidade de que uma pouco de frenagemreduza o total de energia utilizada caso a perda pela frenagem adicional seja maior que acontrapartida obtida com a redução resultante pelas perdas de arrasto causadas pelafrenagem, através da redução da variação de velocidade.

Após terminar o re-planejamento a partir da coleção deeventos supra descritos, o novo plano otimizado de velocidade/marcha de trabalho podeser seguido utilizando o controle por Ioop fechado aqui descrito. Porém, em algumassituações, quando pode não existir tempo suficiente para executar o planejamentodecomposto em trechos supra descrito, e em particular quando existem restriçõescríticas de velocidade que devem ser respeitadas, é necessária uma alternativa. Asformas de realização de exemplo da presente invenção conseguem isto através de umalgoritmo referido como o "controle de cruzeiro inteligente" [smart cruise controí\. Oalgoritmo do controle de cruzeiro inteligente é uma forma eficiente de gerar, durante opercurso, uma prescrição sub-otimizada de eficiência da energia (ou seja, eficiência docombustível e/ou eficiência das emissões), para conduzir o trem 31 por um terrenoconhecido. Este algoritmo assume o conhecimento sobre a posição do trem 31 ao longoda linha 34 em todos os momentos, assim como o conhecimento do grau e da curvaturada linha em função da posição. O método recai sobre um modelo massa/ponto para amovimentação do trem 31, cujos parâmetros podem ser estimados, de forma adaptada, apartir das medições on Iine do movimento do trem, tal comó precedentemente descrito.

O algoritmo de controle de cruzeiro inteligente apresentatrês componentes principais, especificamente um perfil modificado do limite develocidade, o qual se presta como um guia de eficiência de energia em relação àsreduções do limite de velocidade, um perfil de ajuste da aceleração ideal ou da frenagemdinâmica o qual tenta um equilíbrio entre a minimização das variações de velocidade e afrenagem; e um mecanismo para combinar os dois últimos componentes de modo aproduzir um comando para a marcha de trabalho, empregando um Ioop de retorno davelocidade para compensar as disparidades entre os parâmetros modelados quando emcomparação com os parâmetros reais. O controle de cruzeiro inteligente pode acomodarestratégias, nas formas de realização de exemplo da presente invenção, as quais nãoativam os freios (isto é, a guia é sinalizada e assumida a realizar a frenagem necessária)ou uma variante que não ativa os freios.

Com relação ao algoritmo de controle de cruzeiro inteligenteque não controla os freios dinâmicos, os três componentes de exemplo são um perfilmodificado do limite de velocidade, o qual se presta como uma guia de eficiência deenergia em relação as reduções do limite de velocidade, um sinal de notificaçãodirecionado de modo a informar ao operador quando os freios devem ser aplicados, umperfil ideal de aceleração o qual tenta obter um equilíbrio entre a minimização dasvariações de velocidade e as notificações ao operador para a aplicação dos freios, ummecanismo que emprega um Ioop de retorno, ou de feedback, para compensar asdisparidades entre os parâmetros modelados quando em comparação com osparâmetros reais.

Também na forma de realização da presente invenção estáincluída uma solução para identificar valores do parâmetro chave do trem 31. Porexemplo, com relação a estimativa da massa do trem podem ser utilizados um filtroKalman1 e uma solução com recurso do último quadrado, para detectar os erros quepodem aparecer durante o transcorrer do tempo.

A figura 7 ilustra um diagrama de fluxo da presenteinvenção. Tal como previamente descrito, uma instalação remota, tal como umaexpedição 60, pode fornecer informações. Como ilustrado, tais informações sãofornecidas para um elemento de controle executivo 62. Também fornecidas para oelemento de controle executivo 62 são as informações de modelagem do banco dedados 63 da locomotiva, as informações do banco de dados da linha 36 tais como, masnão limitadas a, informações sobre os graus da linha e as informações sobre os limitesde velocidade da linha, os parâmetros estimados do trem tais como, mas não limitados a,o peso do trem e os coeficientes de arrasto, e as tabelas das taxas de consumo decombustível a partir de um avaliador das taxas 64.

O elemento de controle executivo 62fornece informações para o planejador 12, o qual está descrito com maiores detalhes nafigura 1. Uma vez que tenha sido calculada a viagem, o plano é fornecido para umelemento 51 controlador ou condutor e visualizador da condução. O plano de viagemtambém pode ser fornecido para o elemento de controle executivo 62 de forma que estepode comparar a viagem quando outros novos dados sejam fornecidos.

Tal como supra descrito, o elemento de condução 51 podeajustar, de forma automática, uma marcha de trabalho, tanto um ajuste pré-estabelecidopara a marcha de trabalho quanto um a marcha de trabalho contínua otimizada. Emadição ao fornecimento de um comando de velocidade para a locomotiva 31, é fornecidoum visor 68 para que o operador possa ver qual o plano que está sendo recomendado. Ooperador também tem acesso ao painel de controle 69. Por meio do painel de controle69, o operador pode decidir se deve aplicar a marcha de trabalho recomendada. Paraesta finalidade, o operador pode limitar uma potência limite ou alvo. Isto é, a qualquertempo o operador sempre tem a decisão final em relação ao ajuste da potência com oqual a consistência de locomotivas irá operar. Isto inclui decidir se devem ser aplicadosos freios caso o plano de viagem recomende a redução da velocidade do trem 31. Porexemplo, quando se opera em um território negro, ou quando um equipamento marginalnão consegue transmitir eletronicamente as informações para o trem e ao invés dooperador ter que ver os sinais visuais dos equipamentos marginais, o operador insere oscomandos com base nas informações contidas no banco de dados da linha e nos sinaisvisuais do equipamento marginal. Baseado em como o trem 31 está funcionando, asinformações relativas às medições do combustível são fornecidas para o avaliador ouestimador da taxa de consumo de combustível 64. Uma vez que a medição direta dofluxo de combustível não é tipicamente possível em uma consistência de locomotivas,todas as informações sobre o combustível até então consumido durante a viagem, bemcomo as projeções para o futuro seguindo o plano otimizado, são realizadas utilizando osmodelos físicos calibrados tais como aqueles utilizados nó desenvolvimento dos planosotimizados. Por exemplo, tais previsões podem incluir, mas não estão limitadas, ao usoda potência bruta medida e das características conhecidas do combustível para derivarno combustível usado de forma cumulativa.

O trem 31 também apresenta um dispositivo Iocalizador 30,tal como um sensor GPS, tal como supra descrito. As informações são fornecidas para oavaliador 65 dos parâmetros do trem. Tais informações podem incluir, mas não estãolimitadas aos dados do sensor GPS, aos dados dos marcos ferroviários, aos dados dosesforços de tração/frenagem, aos dados sobre a situação dos freios, velocidade equaisquer variações nos dados sobre a velocidade. Junto as informações relativas aograu de inclinação e as informações sobre os limites de velocidade, as informaçõesrelativas ao peso do trem e aos coeficientes de arrasto são fornecidas para o elementode controle executivo 62.

As formas de realização de exemplo da presente invençãotambém podem permitir o uso de uma potência continuamente variável para oplanejamento otimizado e para a implementação de controle em Ioop fechado. Em umalocomotiva convencional, a potência é tipicamente quantificada em oito níveis discretosou individuais. As modernas locomotivas podem conseguir uma variação contínua doscavalos-vapor, o que pode ser incorporado nos métodos de otimização previamentedescritos. Com a potência contínua, a consistência de locomotivas 42 pode otimizarainda mais as condições operacionais, p. ex., através da minimização das cargasauxiliares e das perdas na transmissão da potência, e fazer um ajuste fino dofuncionamento do motor nas regiões de eficiência otimizada, ou nos pontos das margensde emissão incrementados. Exemplos incluem, mas não estão limitados à minimizaçãodas perdas no sistema de refrigeração, ao ajuste nas tensões do alternador, ao ajuste davelocidade do motor, e na redução do numero de eixos com ação motora. Além disto, alocomotiva 42 pode utilizar o banco de dados 36 embarcado sobre a linha e os requisitosde performance disseminados para minimizar as cargas auxiliares e as perdas natransmissão da potência de modo a obter uma eficiência otimizada para o consumo decombustível/emissões objetivados. Exemplos incluem, mas não estão limitados a, reduziro número de eixos de tração em terreno plano e o pré-resfriamento do motor dalocomotiva antes de adentrar um túnel.

As fôrmas de realização de exemplo da presente invençãotambém podem usar o banco de dados 36 embarcado da linha férrea e a performancedisseminada para ajustar a performance da locomotiva, tal como para assegurar que otrem tem uma velocidade suficiente conforme este se aproxima de uma colina ou de umtúnel. Por exemplo, esta poderia ser expressa como uma restrição de velocidade paraum local em particular, a «qual se torna parte da geração do plano otimizado através dasolução da equação (OP). Em adição, as formas de realização de exemplo da presenteinvenção podem incorporar as regras de condução do trem, tais como, mas não limitadasa, taxas de aumento do esforça de tração, taxas de aumento do esforço máximo defrenagem. Estes podem ser diretamente incorporados na fórmula para o perfil de viagemotimizada, ou alternativamente incorporados no regulador em Ioop fechado usado paracontrolar a aplicação da potência de modo a se obter a velocidade objetivada.

Em uma forma de realização de exemplo, a presenteinvenção é somente instalada na locomotiva líder da consistência de locomotivas. Apesardas formas de realização de exemplo da presente invenção não serem dependentes dosdados e das interações com outras locomotivas, estas podem ser integradas através dafuncionalidade gerenciador da consistência, tal como descrito nas patentes americanasde número US 6.691.957 e no pedido de patente No. 10/429.596 (cedidas ao presentecessionário e aqui incorporadas como referência) e/ou com a funcionalidade otimizadorde consistência de modo a melhorar a eficiência. A interação com diversos trens não évetada, tal como ilustrado através do exemplo da expedição arbitrando dois trens"otimizados de forma independente" aqui descrito.

Os trens com sistema de tração distribuída podem seroperados de modos diferentes. Um modo é quando todas as locomotivas no tremoperam com o mesmo comando para a marcha de trabalho. Assim, se a locomotiva Iiderestá comandando a aplicação de N8, todas as unidades do trem serão comandadas aatuar na marcha de trabalho N8. Outro modo de operação é através do controle"independente". Neste modo, as locomotivas ou os conjuntos de locomotivas distribuídosatravés do trem podem estar operando com esforços de tração ou de frenagemdiferentes. Por exemplo, conforme um trem alcança o cume de uma montanha, aslocomotivas líderes (já na descendente da montanha) podem estar acionando os freios,enquanto que as locomotivas no meio e na parte traseira do trem (na parte ascendenteda montanha) podem estar tracionando. Isto é feito para minimizar as forças dedistensão sobre os acoplamentos mecânicos que ligam os vagões nas locomotivas.

Tradicionalmente, a operação de um sistema de tração distribuída no modo"independente" requer què o operador comande manualmente cada locomotiva remota,ou cada conjunto de locomotivas, através de uma tela na locomotiva líder. Usando omodelo de plano baseado na física, as informações de ajuste do trem, o banco de dadosda linha a bordo, a regras de operação a bordo, o sistema de determinação dalocalização, o controle de tração/frenagem em tempo real e em Ioop fechado, e o retornodos sensores, o sistema pode automaticamente operar o sistema de tração distribuída nomodo "independente".

Quando se opera na forma de tração distribuída, o operadorna locomotiva líder pode controlar as funções operacionais das locomotivas remotas nasconsistências remotas através de um sistema de controle, tal como um elemento decontrole da tração distribuída. Assim, quando se opera na forma de tração distribuída, ooperador pode comandar cada consistência de locomotivas para operar com umamarcha de trabalho diferente (ou uma consistência poderia estar tracionando enquantooutra poderia estar freando), sendo que cada locomotiva individual dentro daconsistência de locomotivas opera com a mesma marcha de trabalho. Em uma forma derealização de exemplo, com a forma de realização de exemplo da presente invençãoinstalada no trem, de preferência em comunicação com o elemento de controle da traçãodistribuída, quando é desejado um nível de potência para a marcha de trabalho para umaconsistência de locomotivas remota, tal como quando recomendado pelo plano deviagem otimizado, a forma de realização de exemplo da presente invenção irá comunicareste ajuste de potência para a consistência de locomotivas remota de modo aimplementá-lo. Como descrito abaixo, o mesmo é verdadeiro em relação à aplicação dosfreios.

As formas de realização de exemplo da presente invençãopodem ser usadas em consistências nas quais as locomotivas não são contíguas, isto é,com 1 ou mais locomotivas à frente, com outras no meio e outras na traseira do trem.Tais configurações são chamadas dé potência ou tração distribuída, sendo que aconexão padrão entre as locomotivas é substituída por um canal ou link de rádio, ouatravés de um cabo auxiliar para conectar externamente as locomotivas. Quando emoperação como potência distribuída, o operador na locomotiva líder pode controlar asfunções operacionais das locomotivas remotas na consistência através de um sistema decontrole, tal como um elemento de controle de potência distribuída. Em particular, equando se opera na forma de tração distribuída, o operador pode comandar cadaconsistência de locomotivas para operar com uma marcha de trabalho diferente (ou umaconsistência poderia estar tracionando enquanto outra poderia estar freando), sendo quecada locomotiva individual dentro da consistência de locomotivas opera com a mesmamarcha de trabalho.

Em uma forma de realização de exemplo, com a forma derealização de exemplo da presente invenção instalada no trem, de preferência emcomunicação com o elemento de controle da tração distribuída, quando é desejado umnível de potência para a marcha de trabalho para uma consistência de locomotivasremota, tal como quando recomendado pelo plano de viagem otimizado, a forma derealização de exemplo da presente invenção irá comunicar este ajuste de potência para aconsistência de locomotivas remota de modo a implementá-lo. Como descrito abaixo, omesmo é verdadeiro em relação a aplicação dos freios. Quando em operação comopotência distribuída, o problema de otimização previamente descrito pode ser aumentadopara permitir graus adicionais de liberdade, sendo que cada unidade remota pode sercontrolada, de forma independente, a partir da unidade líder. O valor desta está em quepodem ser incorporados objetivos e restrições adicionais, relativos as forças internas aotrem, na função de performance, estando também incluído o modelo assumir os reflexosnas forças internas. Assim, as formas de realização de exemplo da presente invençãopodem incluir o uso de diversos controles de aceleração de modo a gerenciar melhor asforças internas ao trem, assim como o consumo de combustível e as emissões.

Em um trem que utiliza um gerenciador de consistência, alocomotiva líder em uma consistência de locomotivas pode operar com um ajustediferente para a potência da marcha de trabalho que o das outras locomotivas nestaconsistência. As outras locomotivas na consistência operam com o mesmo ajuste para apotência da marcha de trabalho. As formas de realização de exemplo da presenteinvenção podem ser utilizadas em conjunto com o gerenciador de consistência paracomandar os ajustes das marchas de trabalho na consistência. Assim e com base nasformas de realização de exemplo da presente invenção, uma vez que o gerenciador deconsistência divide uma consistência de locomotivas em dois grupos, locomotiva líder eunidades posteriores, a locomotiva líder será comandada de modo a operar com umacerta marcha de trabalho e as locomotivas posteriores são comandadas para operar comuma outra marcha de trabalho. Em uma forma de realização de exemplo, o elemento decontrole da potência distribuída pode ser o sistema e/ou o dispositivo no qual estaoperação está alojada.

Da mesma forma, quando um otimizador de consistência éusado em uma consistência de locomotivas, as formas de realização de exemplo dapresente invenção também podem ser usadas em conjunto com o otimizador daconsistência para determinar a potência da marcha de trabalho para cada locomotiva naconsistência de locomotivas. Por exemplo, suponha que um plano de viagem recomendeum ajuste para a marcha de trabalho de 4 para a consistência de locomotivas. Com basena localização do trem, o otimizador da consistência irá levar em conta esta informação eentão determinar o ajuste para a marcha de trabalho para cada locomotiva dentro daconsistência. Nesta implementação, é melhorada a eficiência dos ajustes da potênciaselecionada pela marcha de trabalho em relação aos canais de comunicação internos aotrem. Além do mais, e tal como supra descrito, a implementação desta configuração podeser realizada utilizando-se o sistema de controle distribuído.

Ainda mais, e tal como previamente descrito, as formas derealização de exemplo da presente invenção podem ser utilizadas para correçõescontínuas e para o re-planejamento com relação a quando a consistência do trem utilizaos freios, com base nos itens de interesse que surgem, tais como, mas não limitados a,os cruzamentos ferroviários, as alterações na inclinação da linha, a aproximação desinaleiros, a aproximação a pátios de depósito, e a aproximação a estações dereabastecimento, nas quais cada locomotiva da consistência pode precisar de umaopção de frenagem diferenciada. Por exemplo, se o trem está ultrapassando o pico deuma montanha, a locomotiva à frente pode ter que entrar em uma condição de frenagem,enquanto que as locomotivas remotas, que ainda não alcançaram o pico da montanha,podem ter que permanecer na condição motriz.

As figuras 8, 9 e 10 mostram exemplos de ilustrações dastelas dinâmicas para uso pelo operador. De acordo com a figura 8, é fornecido 72 umperfil de viagem. Dentro do perfil, é fornecida a localização 73 da locomotiva. Sãotambém fornecidas algumas informações tais como o comprimento do trem 105 e onúmero de carros ferroviários 106 no trem. São também fornecidos elementos relativosao grau de inclinação 107 da linha, a curvatura e os elementos marginais 108, incluindo alocalização de pontes 109, e a velocidade do trem 110. A tela 68 permite que o operadorveja tais conformações e também veja onde o trem se encontra ao longo da rota. Sãofornecidas as informações relativas à distância e/ou ao tempo estimado de chegada paraalguns locais tais como cruzamentos 112, sinais 114, mudanças de velocidade 116,marcos terrestres 118 e destinos 120. É também prevista uma ferramenta degerenciamento do tempo de chegada 125 de modo a permitir ao usuário determinar aeconomia de combustível que está sendo conseguida durante a viagem. O operador tema capacidade de alterar os horários de chegada 127 e presenciar como isto irá afetar aeconomia de combustível.

Como aqui descrito, aquelas pessoas com proficiência na arteirão perceber que a economia de combustível é apenas um exemplo de somente umobjetivo que pode ser revisto através da ferramenta de gerenciamento. Neste sentido, edependendo do parâmetro que está sendo visto, os outros parâmetros aqui descritospodem ser vistos e avaliados pela ferramenta dè gerenciamento que está visível aooperador. Ao operador também são fornecidas informações acerca de por quanto tempoa tripulação está operando no trem. Nas formas de realização de exemplo, asinformações concernentes ao tempo e à distância tanto podem ser ilustradas de acordocom o tempo e/ou com a distância até um evento em particular e/ou uma localização,quanto podem fornecer o tempo total transcorrido.

Tal como o quanto ilustrado na figura 9, uma tela deexemplo de fornece as informações acerca dos dados da consistência 130, e doseventos e situações geográficas 132, de uma ferramenta de gerenciamento dos horáriosde chegada 134 e das teclas de ação 136. Da mesma forma, as informações similares assupra descritas são mostradas nesta tela. A tela 68 também prevê as teclas de ação 138para permitir ao operador re-planejar, assim como desabilitar 140 as formas derealização de exemplo da presente invenção.

A figura 10 ilustra uma outra forma de realização deexemplo de uma tela. Nesta podem ser visualizados os dados típicos de uma locomotivamoderna, incluindo a situação dos freios a ar 72, o velocírrietro analógico com indicaçãodigital 74, e as informações acerca do esforço ou força de tração em libras força (ou emampéres de tração para as locomotivas elétricas DC). É fornecido um indicador 74 paramostrar a velocidade ótima atual no plano que está sendo executado, assim como umgráfico de aceleração para suplementar a leitura em mph/minuto. Os novos dadosimportantes para a execução do plano otimizado se encontram no centro da tela,incluindo um tráfico 76, de tipo com curva flutuante, com a velocidade e o ajuste damarcha de trabalho otimizados em função da distância, comparados com o histórico atualdestas variáveis. Na forma de realização de exemplo, a localização do trem é derivadautilizando o elemento localizador. Tal como ilustrado, a localização é fornecida através daidentificação de quão distante o trem se encontra em relação ao seu destino final, deuma posição absoluta, de um destino inicial, de um ponto intermediário e/ou de umaentrada do operador.

A curva fornece uma visão antecipada relativa às mudançasde velocidade necessárias para seguir o plano otimizado, as quais são úteis para ocontrole manual, e monitoram o plano em função da duração atual do controleautomático. Tal como aqui descrito, e de acordo com o modo de instrução, o operadortanto pode seguir o marcha de trabalho ou a velocidade sugerida pela forma derealização de exemplo da presente invenção. A barra vertical da uma indicação gráficadas marchas de trabalho atual e desejada, as quais também são mostradas digitalmenteabaixo da curva. Quando é utilizada uma marcha de trabalho contínua, tal como supradescrito, a tela simplesmente irá contornar o equivalente discreto mais próximo, a telapodendo ser uma tela analógica de tal forma a que seja mostrado um equivalenteanalógico ou um percentual ou o real da potência/esforço de tração.

As informações críticas sobre a situação da viagem sãomostradas na tela, e indicam o atual grau de inclinação que o trem encontra 88, tantopela locomotiva líder, por um local qualquer ao longo do trem ou como uma média emrelação ao comprimento do trem. Também são mostradas a distância até entãopercorrida do plano 90, o total acumulado de combustível usado 92, qual ou a quedistância está planejada a próxima parada 94, o horário de chegada atual e o projetado96 e o horário esperado para a próxima parada. A tela 68 também mostra o máximo detempo possível até o destino que e possível á partir dos planos computados disponíveis.

Se for necessária uma chegada mais tardia, pode ser realizado um re-planejamento. Osdados do plano delta mostram a situação do combustível e a agenda à frente ou atrás doplano otimizado atual. Os números negativos indicam menos combustível ouadiantamento em comparação com o plano, os números positivos significam maiscombustível ou atraso em comparação com o plano, e tipicamente movimentações emdireção oposta (reduzir a velocidade para economizar o combustível causa um atraso dotrem, e vice versa).

A qualquer momento, as telas 68 dão ao operador umaposição instantânea de onde ele se encontra com relação ao plano de conduçãoatualmente instituído. Esta tela tem somente um propósito ilustrativo, visto que existemdiversas outras formas de apresentar/transmitir estas informações para o operador e/oupara a expedição. Neste sentido, as informações supra descritas podem ser mescladasde modo a fornecer uma tela diferente que as descritas.

Outras características que podem ser incluídas nas formasde realização de exemplo da presente invenção incluem, mas não estão limitadas a,permitir a geração de registros de dados e de relatórios. Estas informações podem serarmazenadas no trem e baixadas para um sistema não embarcado em algum momento.

Os downloads podem acontecer por via manual e/ou através de uma transmissão semfio. Estas informações também podem ser vistas por um operador através de uma tela nalocomotiva. Os dados podem incluir informações tais como, mas não limitadas a, asentradas do operador, o tempo pelo qual o sistema está operacional, o combustíveleconomizado, o desequilíbrio da quantidade de combustível nas locomotivas do trem, ajornada do trem fora de curso, os problemas de diagnóstico do sistema tal como o maufuncionamento de um sensor GPS.

Posto que os planos devem levar em consideração o tempode trabalho permitido para a tripulação, as formas de realização de exemplo da presenteinvenção podem levar em consideração estas informações durante o planejamento daviagem. Por exemplo, caso o máximo dè tempo que a tripulação possa operar seja deoito horas, então a viagem deve ser conformada de modo a incluir locais de parada paraque uma nova tripulação possa substituir a tripulação atual. Tais locais específicos deparada podem incluir, mas não estão limitados a, os pátios ferroviários, os locais deencontrò/ultrapassagem, etc. Se1 conforme avança a viagem, possa ser excedido otempo de trabalho da tripulação, as formas de realização de exemplo da presenteinvenção podem ser ignoradas pelo operador para satisfazer um critério determinadopelo operador. Por fim, e a despeito das condições operacionais do trem, tais como, masnão limitadas a, carga elevada, baixa velocidade, condição de tensão interna do trem,etc., o operador permanece no controle de modo a comandar a velocidade e/ou ascondições operacionais do trem.

Utilizando as formas de realização de exemplo da presenteinvenção, o trem pode operar uma pluralidade de operações. Em um conceitooperacional, uma forma de realização de exemplo da presente invenção pode fornecer oscomandos para comandar a propulsão, os freios dinâmicos. O operador então realizatodas as outras funções do trem. Em um outro conceito operacional, uma forma derealização de exemplo da presente invenção pode prever os comandos somente paracomandar a propulsão. O operador então realiza a frenagem dinâmica e todas as demaisfunções. Em mais um outro conceito operacional, uma forma de realização de exemploda presente invenção pode prever os comandos da propulsão, da frenagem dinâmica eda aplicação dos freios a ar. O operador então realiza todas as demais funções do trem.

As formas de realização de exemplo da presente invençãotambém podem ser usadas para notificar o operador sobre itens que se apresentem deinteresse em relação a ações a serem tomadas. Especificamente, a lógica disseminadadas formas de realização de exemplo da presente invenção as correções contínuas e ore-planejamento do plano de viagem otimizado, o banco de dados da linha, o operadorpode ser notificado da aproximação de cruzamentos, de sinais, de mudanças no grau deinclinação, da ação dos freios, de marcos marginais, de pátios ferroviários, de estaçõesde abastecimento, etc. Esta notificação pode acontecer de forma sonora e/ou através dainterface do operador.

Através especificamente do uso do modelo de planejamentobaseado no comportamento físico, nas informações de partida, no banco de dados dalinha a bordo, das regras operacionais a bordo, no sistema de determinação dalocalização, no controle dos freios/potência em Ioop fechado e em tempo real, e noretorno dos sensores, o sistema apresenta e/ou notifica ao operador as açõesnecessárias. A notificação pode ser visual ou audível. Exemplos incluem a notificação decruzamentos os que requerem que o operador ative a buzina ou o sino da locomotiva, anotificação de cruzamentos "silenciosos" que não requerem que o operador ative abuzina ou o sino da locomotiva.

Em uma outra forma de realização de exemplo, e utilizandoo modelo de planejamento baseado no comportamento físico tal como supra, asinformações de partida, o banco de dados da linha à bordo, as regras operacionais àbordo, o sistema de determinação da localização, o controle dos freios/potência em Ioopfechado e em tempo real, e o retorno dos sensores, as formas de realização de exemploda presente invenção podem apresentar ao operador as informações (p. ex., um gabaritona tela) que permite que o operador veja quando o trem ira chegar a diversos locais, talcomo ilustrado na figura 9. O sistema permite ao operador ajustar o plano de viagem(horário de chegada objetivado). Estas informações (horários de chegada atualmenteestimado ou as informações necessárias para derivar não a bordo) também podem sercomunicadas para o centro de expedição de modo a permitir ao despachante ou aosistema de despachos ajustar os horários de chegada objetivados. Isto permite que osistema ajuste rapidamente e otimize a função objetivada apropriada (por exemplo avelocidade de deslocamento e o combustível utilizado).

Com base nas informações supra fornecidas, as formas derealização de exemplo da invenção podem ser usadas para se determinar umalocalização do trem 31 sobre a linha, etapa 18. A determinação da característica da linhatambém pode ser conseguida tal como através do uso do avaliador 65 dos parâmetrosdo trem. Um plano de viagem pode ser criado com base na localização do trem, nacaracterística do trem, e em uma condição operacional de ao menos uma daslocomotivas do trem. Ainda mais, um requisito opcional de potência pode ser comunicadopara o trem, sendo que o operador do trem pode ser direcionado a uma locomotiva, auma consistência de locomotivas e/ou a um trem, de acordo com a potência ótima, talcomo através de um sistema de comunicação sem fio 47. Em um outro exemplo, aoinvés de direcionar o operador do trem, o trem 31, a consistência de locomotivas 18 e/oua locomotiva podem ser automaticamente operados com base no ajuste otimizado dapotência.

Em adição, um método pode também envolver adeterminação de um ajuste de potência, ou de um comando de potência 14, para aconsistência de locomotivas 18 com base no plano de viagem. A consistência delocomotivas 18 é então operada dentro do ajuste de potência. Os parâmetrosoperacionais do trem e/ou da consistência de locomotivas que podem ser capturadossão, tal como mas não limitado a, o ajuste atual da potência da consistência delocomotivas, e a localização do trem. Ao menos um dentre estes parâmetros pode sercomparado com o ajuste de potência para a consistência de locomotivas còm o qual estaé comandada para operar.

Em uma outra forma de realização, um método podeenvolver a determinação dos parâmetros operacionais 62 do trem e/ou da consistênciade locomotivas. Um parâmetro operacional desejado é determinado com base nosparâmetros operacionais determinados. O parâmetro determinado é comparado com oparâmetro operacional. Caso seja detectada uma diferença, o plano de viagem éajustado, etapa 24.

Uma outra forma de realização pode prever um método noqual é determinada a localização do trem 31 sobre a linha 34. Uma característica da linha34 também é determinada. Um plano de viagem, ou plano de condução, é desenvolvidoou gerado de modo a minimizar o consumo de combustível. O plano de viagem pode sergerado com base na localização do trem, na característica da linha e/ou na condiçãooperacional da consistência de locomotivas 18 e/ou do trem 31. Em um método similar,uma vez que é determinada a localização do trem na linha e é sabida uma característicada linha, o controle da propulsão e/ou os comandos para a marcha de trabalho sãofornecidos de modo a minimizar o consumo de combustível.

A figura 12 ilustra uma forma de realização de exemplo deum sistema em Ioop fechado para a operação de um veículo ferroviário. Tal comoilustrado, o otimizador de viagem 650, o conversor 652, o veículo ferroviário 653 e aomenos uma saída 654 tal como, mas não limitada a, velocidade, emissões, esforço detração, potência, areia, etc., são parte do sistema de comunicação 657 de controle emIoop fechado. A saída 654 pode ser determinada por um sensor 656, o qual é parte doveículo ferroviário 653, ou em uma outra forma de realização de exemplo, independentedo veículo ferroviário 653. Por exemplo, e com relação a areia, a determinação é feitauma determinação, tal como através de um sensor, em relação a quantidade de areialiberada para permitir que uma roda ferroviária não patine. Os peritos na arte irãoprontamente perceber que considerações similares podem ser aplicadas ás outrassaídas supra identificadas. As informações inicialmente derivadas das informaçõesgeradas a partir do otimizador de viagem 650 e/ou de um regulador são fornecidas parao veículo ferroviário 653 através do conversor 652. Os dados da locomotiva admitidospelo sensor 654 a partir do veículo ferroviário são então comunicados através de umarede, por meio de cabos e/ou de forma sem fio, 657 de volta para o otimizador 650. Emuma forma de realização de exemplo, o otimizador 650 pode utilizar qualquer variável eempregar esta variável par a determinação de ao menos um entre a velocidade, apotência e/ou o ajusta para a marcha de trabalho. Por exemplo, o otimizador pode ser aomenos um entre um otimizador do combustível, do tempo, das emissões e/ou de umacombinação entre estes.

O otimizador 650 determina as características operacionaispara ao menos um fator que deve ser regulado, tal como, mas não limitado a, velocidade,combustível, emissões, etc. O otimizador 650 determina ao menos um entre um ajusteda potência e/ou do torque com base em um valor otimizado que é determinado. Oconversor 652 é previsto para converter a potência, o torque, a velocidade, as emissões,a areia, o ajuste, as configurações, etc., e/ou as entradas de controle para o veículoferroviário 653, usualmente uma locomotiva. Especificamente, estas informações oudados relativos à potência, ao torque, à velocidade, às emissões, à areia, ao ajuste, àsconfigurações, etc., e/ou às entradas de controle são convertidos em um sinal elétrico.

A figura 13 ilustra o sistema em Ioop fechado integrado comuma unidade de controle mestré. Tal como ilustrado com maiores detalhes abaixo, oconversor 652 pode fazer a interface com qualquer um dentre uma pluralidade dedispositivos, tais como, mas não limitados a, um controlador mestre, um controladorremoto de controle da locomotiva, um controlador de comando da tração distribuída, ummodem de linha do trem, uma entrada analógica, etc. Por exemplo, o conversor podedesconectar a saída do controlador mestre 651. O controlador mestre 651 énormalmente usado pelo operador para comandar a locomotiva, tal como, mas nãolimitado aos níveis de tração, potência, esforço de tração, areia, freios (incluindo aomenos um entre os freios dinâmicos, os freios a ar, os freios manuais, etc.), propulsão,etc., da locomotiva. Os peritos na arte irão prontamente perceber que o controladormestre pode ser usado para controlar chaves eletro/mecânicas e chaves com base emsoftwares usados para o controle da locomotiva. O conversor 652 então injeta os sinaisno controlador mestre 651. A desconexão do controlador mestre 651 pode ser através defios elétricos ou de chaves de software ou através de processos configuráveis para aseleção de entrada, etc. Um dispositivo de chaveamento 655 é ilustrado para realizaresta função.

Tal como supra descrito, a mesma técnica pode ser usadapara outros dispositivos, tais como, mas não limitados a, o controlador de controle dalocomotiva, o controlador de comando da tração distribuída, um modem de linha do trem,uma entrada analógica, etc. Apesar de não estar lustrado, os peritos na arte irãoprontamente perceber que o controlador mestre poderia usar, de forma similar, estesdispositivos e as sua conexões associadas com a locomotiva e utilizar os sinais deentrada. O sistema de comunicação 657 para estes outros dispositivos pode ser tanto detipo sem fio quanto cabeado.

A figura 14 ilustra uma forma de realização de exemplo deum sistema em Ioop fechado para operar um veículo ferroviário integrado com uma outraentrada de um subsistema operacional do veículo ferroviário. Por exemplo, o controladorde tração distribuída 659 pode receber entradas de diversas fontes 661, tais como, masnão limitadas a, linhas do trem e;/ou controladores da locomotiva, e transmitir asinformações para as locomotivas em posições remotas. O conversor 652 pode fornecerinformações diretamente para a entrada do controlador DP 659 (como uma entradaadicional) ou bloquear uma das conexões de entrada e transmitir as informações para ocontrolador DP 659. Uma chave 655 é prevista de modo a direcionar como o conversor652 fornece as informações para o controlador DP 659, tal como supra descrito. A chave655 pode ser uma chave baseada em um software e/;ou uma chave cabeada. Emadição, a chave 655 não é necessariamente uma chave de duas vias. A chave podeapresentar uma pluralidade de direções de chaveamento com base no número de sinaisque esta controla.

Em uma outra forma de realização de exemplo, o conversorpode comandar as operações do controlador mestre, tal como ilustrado na figura 15. Oconversor 652 apresenta meios mecânicos para mover o controlador mestre 651 deforma automática, com base nos sinais elétricos recebidos do otimizador 650.

São previstos sensores 654, à bordo da locomotiva, demodo a capturar os dados relativos a condição operacional, tais como, mas não limitadosa, velocidade, emissões, esforço de tração, potência, etc. As informações 654 emitidaspela locomotiva são então fornecidas para o otimizador 650, usualmente através doveículo ferroviário 653, assim completando o sistema em Ioop fechado.A figura 16 ilustra um diagrama de fluxo das etapas para aoperação do veículo ferroviário em um processo em Ioop fechado. O diagrama de fluxo660 inclui uma etapa para determinar um ajuste otimizado para uma consistência delocomotivas, etapa 662. O ajuste otimizado pode incluir um ajuste para qualquer variávelde configuração tal como, mas não limitada a ao menos uma entre nível de potência,torque otimizado, emissões, número de eixos interrompidos, configurações de outraslocomotivas, etc. Uma outra etapa fornece a conversão do nível de potência otimizadoe/ou do ajuste do torque em um sinal de entrada reconhecível para a consistência delocomotivas, etapa 664. Ao menos uma condição operacional da consistência delocomotivas é determinada quando é aplicado ao menos um entre o nível de potênciaotimizado ou o ajuste otimizado do torque, etapa 667. Uma outra etapa envolve acomunicação, dentro do Ioop fechado de controle, para um otimizador da ao menos umacondição operacional de modo a que a ao menos uma condição operacional seja usadade modo a ainda otimizar ao menos um entre o nível de potência ou o ajuste do torque,etapa 668.

Tal como supra descrito, as etapas ilustradas nestediagrama de fluxo 660 podem ser realizadas utilizando um código de programa decomputador. Portanto, e para os veículos ferroviários que podem nãò apresentarinicialmente a capacidade de realizar as etapas aqui descritas, um meio eletrônicocontendo os módulos do programa de computador pode ser acessado por umcomputador do veículo ferroviário, de modo a que ao menos os módulos de softwareposam ser carregados no veículo ferroviário para a sua implementação. O meioeletrônico não deve ser limitante, umã vez que quaisquer módulos de programa decomputador também podem ser carregados através dos sistemas de transferência dasmídias eletrônicas, incluindo os sistemas de transferência sem fio e via cabo, tais como,mas não limitados ao uso da internet para se conseguir realizar a instalação.

Apesar da invenção ter sido descrita com referência ao queora se considera como uma forma de realização preferida, diversas variantes emodificações poderão ficar claras aos peritos na arte. Deste modo, pretende-se que ainvenção não seja limitada pela forma particular de realização, descrita como a melhorforma contemplada de realização da invenção, mas que a invenção deva incluir todas asformas de realização que recaem dentro do escopo das reivindicações em anexo.

Claims (31)

1. Sistema de controle para operar um sistema de tração adiesel apresentando ao menos uma unidade de geração de potência alimentada a diesel,o sistema caracterizado pelo fato de compreender:a) um otimizador de missão, o qual determina ao menos um ajuste para ser usado poruma unidade de geração de potência alimentada a diesel;b) um conversor que recebe ao menos uma informação que deve ser usada pelaunidade de geração de potência alimentada a diesel e converte a informação em umsinal aceitável;c) um sensor para coletar ao menos um dado operacional, a partir do sistema de traçãoa diesel, o qual é comunicado para o otimizador de missão; ed) um sistema de comunicação que empreende um Ioop fechado de controle entre ootimizador de missão, o conversor e o sensor.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual a informação compreende ao menos úm entre propulsão, esforço detração, frenagem dinâmica, freios a ar, informação da potência e informação do torque.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o sistema de comunicação é ao menos um entre um sistema sem fio eum sistema cabeado.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o otimizador é usado para determinar ao menos um entre ocombustível, o tempo, as emissões ou uma combinação entre estes.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende um sistema de transporteferroviário, e sendo que a unidade de geração de potência alimentada a dieselcompreende ao menos uma locomotiva tracionada por meio de ao menos um motor acombustão interna a diesel.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende uma embarcação naval, esendo que a unidade de geração de potência alimentada a diesel compreende ao menosum motor de combustão interna a diesel.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação I1 caracterizadopelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende um veículo fora de estrada, esendo que a unidade de geração de potência alimentada a diesel compreende um motora combustão interna a diesel.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende uma estação de geração deenergia estacionária, e sendo que a unidade de geração de potência alimentada a dieselcompreende um motor a combustão interna a diesel.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende uma rede de estações degeração de energia estacionária, e sendo que a unidade de geração de potênciaalimentada a diesel compreende um motor a combustão interna a diesel.

10. Sistéma, de acordo com a reivindicação 1, aindacaracterizado pelo fato de compreender um controlador mestre para receber um sinal deum conversor e então comunicar um comando para o sistema de tração a diesel.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o controlador mestre é ativado mecanicamente emresposta ao sinal recebido de um conversor.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, aindacaracterizado pelo fato de compreender um controlador mestre para controlar, de formadireta, o sistema de tração a diesel que é controlado por um operador e um dispositivo dechaveamento para determinar se controlar o sistema de tração a diesel através docontrolador mestre ou do conversor.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, aindacaracterizado pelo fato de compreender ao menos um controlador de locomotiva decontrole remoto, um controlador de comando da potência distribuída, um modem de linhado trem, uma entrada analógica ligada entre o conversor e o sistema de tração a dieseldentro do Ioop fechado de controle.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato no qual o conversor fornece uma entrada de controle para aomenos um entre um controlador de locomotiva de controle remoto, um controlador decomando da potência distribuída, um modem de linha do trem, uma entrada analógicadentro do Ioop fechado de controle.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no quial os dados de operação incluem ao menos um entre asinformações acerca da velocidade, das emissões, do esforço de tração, e da potência emcavalos vapor.

16. Método para controlar as operações de um sistema detração a diesel apresentando ao menos uma unidade de geração de potência alimentadaa diesel, o método caracterizado pelo fato de compreender:a) determinar ao menos um ajuste otimizado para ser usado por uma unidade degeração de potência alimentada a diesel;b) converter ao menos um ajuste otimizado em um sinal de entrada reconhecível para aunidade de geração de potência alimentada a diesel;c) determinar ao menos uma condição operacional do sistema de tração a dieselquando é aplicado ao menos um ajuste otimizado; ed) comunicar, dentro do Ioop fechado de controle, para um otimizador a ao menos umacondição operacional de tal forma que a ao menos uma condução operacional éainda usada para otimizar o ao menos um ajuste.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende um sistema detransporte ferroviário, e sendo que a unidade de geração de potência alimentada a dieselcompreende ao menos uma locomotiva tracionada por meio de ao menos um motor acombustão interna a diesel.

18. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende umaembarcação naval, e sendo que a unidade de geração de potência alimentada a dieselcompreende ao menos um motor de combustão interna a diesel.

19. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende um veículofora de estrada, e sendo que a unidade de geração de potência alimentada a dieselcompreende um motor a combustão interna a diesel.

20. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende uma estaçãode geração de energia estacionária, e sendo que a unidade de geração dé potênciaalimentada a diesel compreende um motor a combustão interna a diesel.

21. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a diesel compreende uma rede deestações de geração de energia estacionária, e sendo que a unidade de geração depotência alimentada a diesel compreende um motor a combustão interna a diesel.

22. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato no qual as etapas de determinar ao menos um ajuste, converterao menos um ajuste, determinar ao menos uma condição operacional e comunicar a umotimizador a ao menos uma condição operacional são realizadas de forma autônoma.

23. Código de programa de computador para operar umsistema de tração a diesel apresentando um computador e ao menos uma unidade degeração de potência alimentada a diesel, o código de programa de computadorcaracterizado pelo fato de compreender:a) um módulo de programa de computador para determinar ao menos um ajuste paraser usado por uma unidade de geração de potência alimentada a diesel;b) um módulo de programa de computador para converter ao menos um ajusteotimizado em um sinal dè entrada reconhecível para a unidade de geração depotência alimentada a diesel;c) um módulo de programa de computador para determinar ao menos uma condiçãooperacional do sistema de tração a diesel quando é aplicado ao menos um ajusteotimizado; ed) um módulo de programa de computador para comunicar, dentro do Ioop fechado decontrole, para um otimizador a ao menos uma condição operacional de tal forma quea ao menos uma condução operacional é ainda usada para otimizar o ao menos umajuste.

24. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 23, caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a dieselcompreende um sistema de transporte ferroviário, e sendo que a unidade de geração depotência alimentada a diesel compreende ao menos uma locomotiva tracionada por meiode ao menos um motor a combustão interna a diesel.

25. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 23, caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a dieselcompreende uma embarcação naval, e sendo que a unidade de geração de potênciaalimentada a diesel compreende ao menos um motor de combustão interna a diesel.

26. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 23, caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a dieselcompreende um veículo fora de estrada, e sendo que a unidade de geração de potênciaalimentada a diesel compreende um motor a combustão interna a diesel.

27. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 23, caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a dieselcompreende uma estação de geração de energia estacionária, e sendo que a unidade degeração de potência alimentada a diesel compreende um motor a combustão interna adiesel.

28. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 23, caracterizado pelo fato no qual o sistema de tração a dieselcompreende uma rede de estações de geração de energia estacionária, e sendo que aunidade de geração de potência alimentada a diesel compreende um motor a combustãointerna a diesel.

29. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 23, caracterizado pelo fato no qual o módulo de programa de computadorpara converter ainda compreende um módulo de programa de computador para operarao menos um entre uma saída do controle de massa, um controlador para a locomotivade controle remoto, um controlador de comando da potência distribuída, um modemusado em uma linha do trem, um dispositivo de entrada analógica, e um controladormecânico para mover, de forma autônoma, um controlador de massa de tal forma que aomenos uma consistência de locomotivas opera de acordo com ao menos um nívelotimizado de potência e um ajuste otimizado do torque.

30. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 24, caracterizado pelo fato no qual o módulo de programa de computadorpara determinar ao menos um ajuste, o módulo de programa de computador paraconverter ao menos um ajuste, o módulo de programa de computador para determinar aomenos uma condição operacional e o módulo de programa de computador paracomunicar a um otimizador a ao menos uma condição operacional são, cada um,realizados de forma autônoma.

31. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 23, caracterizado pelo fato no qual os módulos de programa decomputador são fornecidos em uma mídia eletrônica removível, de tal forma que aomenos um dentre os módulos de programa de computador pode ser programado em aomenos uma consistência de locomotivas a qual originalmente não apresentava ao menosum dentre os módulos de programa de computador programados.