BR112014022795B1

BR112014022795B1 - Arranjo de locomotiva, método para fornecer energia auxiliar a uma locomotiva e arranjo de unidade de energia auxiliar para uma locomotiva

Info

Publication number: BR112014022795B1
Application number: BR112014022795-0A
Authority: BR
Inventors: Scott Raymond Frazier; Kevin Pykkonen; Karl Ginter; Jeffrey Orion Pritchard
Original assignee: Bright Energy Storage Technologies, Llp
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2022-11-16
Also published as: US9321467B2; BR112014022795A8; CN104254470B; US8880248B2; US20130239845A1; US8600590B2; MX2014011082A; CA2865958C; US20160236694A1; US20140052316A1; AU2013231877B2; CN104254470A; AU2013231877A1; US9821819B2; US8855839B2; US20140379182A1; CA2865958A1; WO2013138734A1; US20130240678A1; MX340207B

Abstract

ARRANJO DE LOCOMOTIVA, MÉTODO PARA FORNECER ENERGIA AUXILIAR A UMA LOCOMOTIVA, ARRANJO DE UNIDADE DE ENERGIA AUXILIAR PARA UMA LOCOMOTIVA, ARRANJO DE LOCOMOTIVA, MÉTODO PARA FORNECER ENERGIA AUXILIAR POR UMA UNIDADE DE ENERGIA AUXILIAR E CONTROLADOR PARA UMA LOCOMOTIVA. Um arranjo de locomotiva incluindo uma unidade de energia auxiliar e um método para fornecer energia auxiliar a uma locomotiva são revelados. O arranjo de locomotiva inclui uma locomotiva tendo um barramento de energia, uma fonte primária de energia eletricamente acoplada ao barramento de energia, e um controlador de locomotiva programado para controlar a fonte primária de energia e transmitir um primeiro sinal de comando a uma unidade de energia que é eletricamente acoplada ao barramento de energia. A unidade de energia inclui um conjunto de gerador de motor auxiliar, uma interface de energia eletricamente acoplando o conjunto de geração de motor auxiliar ao barramento de energia, e um controlador auxiliar eletricamente acoplado ao controlador de locomotiva. O controlador auxiliar é programado para receber o sinal de comando a partir do controlador de locomotiva indicando uma quantidade desejada de energia, controlar o conjunto de gerador de motor auxiliar para produzir pelo menos a quantidade desejada de energia, e controlar a interface (...).

Description

Histórico da invenção

[001] As realizações da invenção referem-se geralmente às montagens de energia auxiliar e, mais particularmente, a um método e mecanismo para fornecer energia auxiliar a uma locomotiva.

[002] As locomotivas férreas tradicionais são energizadas por fontes de energia elétrica a diesel, onde um motor a diesel aciona um gerador para produzir a energia elétrica. A energia de saída produzida por esses conjuntos de gerador de motor é, por sua vez, usada para energizar um ou mais motores de tração elétrica. Os motores de tração de energia energizam as rodas de acionamento da locomotiva.

[003] As locomotivas são, por natureza, independentes de modo que geram e usam a energia que elas exigem. Tipicamente, os limites de locomotiva são definidos pelo equipamento e combustível que podem ser transportados nos chassis da locomotiva. As tentativas foram feitas para estender os limites da locomotiva ao, por exemplo, anexar um carro de tanque contendo combustível (ou água) atrás de uma locomotiva para fornecer à mesma a faixa operacional estendida. Entretanto, essas abordagens são de utilidade limitada e são geralmente não praticadas devido às condições operacionais hostis que limitam a capacidade de distribuir as funções de locomotiva através de chassis desiguais, bem como, os desafios técnicos de integrar o equipamento férreo de estoque com as locomotivas.

[004] Nos anos recentes, conforme as necessidades de energia cresceram e as vias férreas tornaram-se mais preocupadas sobre as emissões e custos de combustível, uma variedade de abordagens foi tentada para melhorar a eficiência de energia da locomotiva.

[005] Tal abordagem é uma locomotiva a diesel de conjunto de gerador, que inclui um sistema controlado por computador que gerencia múltiplos motores a diesel menores que são desligados e ligados conforme as exigências de energia da locomotiva férrea variam.

[006] A Figura 1 ilustra uma vista esquemática de uma locomotiva a diesel de conjunto de gerador exemplar da técnica anterior 10 que inclui um controlador de locomotiva 12 que gerencia múltiplos motores e sensores adicionais e entradas. A locomotiva a diesel de conjunto de gerador 10 inclui um primeiro conjunto de gerador de motor 14 e um segundo conjunto de gerador de motor 16, ambos operacionais em resposta ao controlador de locomotiva 12. Cada conjunto de gerador de motor 14, 16 inclui um motor 18, 20 conectado a um respectivo gerador 22, 24, que produz eletricidade para o barramento de tração de locomotiva 26 e um barramento de energia auxiliar (não mostrado). Os geradores 22, 24 são configurados para conversor a energia mecânica fornecida pelos motores 18, 20 em uma forma aceitável para um ou mais motores de tração 28 (tipo de DC ou AC) configurados para acionar os eixos acoplados às rodas de acionamento 30 da locomotiva 10, e para fornecer a energia DC ou AC ao respectivo barramento de energia auxiliar. A quantidade de energia produzida por cada gerador 22, 24 é determinada pelos RPMs de motor e as entradas de controle de excitação de gerador que são recebidas pelos geradores 22, 24 a partir do controlador de locomotiva 12.

[007] O sistema controlado por computador para uma locomotiva típica a diesel de conjunto de gerador inclui um controlador de locomotiva eletromecânico análogo 12 com um controle de acelerador ligado eletromecanicamente ao controlador 12. O controlador 12 controla a quantidade de energia gerada pelos conjuntos de gerador de motor 14, 16 ao variar a velocidade de motor e excitação de gerador com a finalidade de produzir a quantidade desejada de energia no barramento de tração 26. Em alguns desses sistemas de controle, os sensores adicionais de energia (não mostrados), tais como, reguladores de carga, são usados para monitorar o barramento de tração 26 e/ou um ou mais motores de tração 28 e fornecer entrada ao controlador 12 de modo que possa mais exatamente gerenciar os conjuntos de gerador de motor 14, 16. Especificamente, o sistema de controle usa esses sensores para retroalimentação para ainda reger o controle da quantidade de energia gerada pelos conjuntos de gerador de motor 14, 16.

[008] A locomotiva 10 também inclui uma partida de motor e controle de parada 32 que faz a interface com o controlador de locomotiva 12 e é ligado aos conjuntos de gerador de motor 14, 16 para iniciar sua operação e terminar sua operação.

[009] A locomotiva 10 também inclui os sensores de motor 34, 36 eletricamente acoplados aos motores 18, 20 e o controlador de locomotiva 12. Os sensores de motor 34, 36 transmitem os sinais 38 ao controlador de locomotiva 12 referentes ao status e/ou operação de cada um dos motores 18, 20 (p.ex., diversos parâmetros dos motores 18, 20, tais como, RPMs, saída de energia operacional, temperatura e outro status de motor ou parâmetros operacionais). O controlador de locomotiva 12 transmite os sinais de controle 40, incluindo as configurações de RPM de motor, entradas de controle de excitação de gerador, etc., aos conjuntos de gerador de motor 14, 16 para controlar sua operação.

[0010] Em algumas implantações, os motores 18, 20 são operados em resposta a um sensor de entrada de posição de acelerador 42 que indica a posição do acelerador conforme controlado pelo operador em uma interface de operador 44. Além disso, uma entrada de partida de motor de operador 46 pode ser incluída onde o operador pode direta ou indiretamente instruir o controlador de locomotiva 12 (p.ex., via um teclado (não mostrado) localizado na interface de operador 44) com relação à iniciação da operação dos motores 18, 20 ou término da operação dos motores 18, 20.

[0011] A segunda até segunda operação de uma locomotiva é gerenciada pelos controladores de locomotiva. De modo geral, existem dois tipos de controladores de locomotiva, os controladores “tradicionais” que reconhecem e controlam uma única combinação de gerador de motor instalada nos chassis de locomotiva, e controladores de “conjunto de gerador”, que controlam uma pluralidade de combinações de gerador de motor instaladas em um chassi de locomotiva. Esses controladores de locomotiva gerenciam a produção de eletricidade, fornecimento de eletricidade ao barramento de energia e a geração de esforço de tração por motores de tração que usam a eletricidade fornecida. Esses controladores de locomotiva também gerenciam o uso de combustível e eficiência, produção de emissões e outros aspectos da operação da locomotiva.

[0012] Em cada um desses casos, o controlador de locomotiva gerencia um arranjo pré-definido estático de um ou mais motor/geradores que fornecem energia a um barramento, o qual, por sua vez, fornece energia aos motores de tração que movimentam a locomotiva. Alguns controladores de locomotiva foram configurados para controlar os arranjos estáticos de fontes dessemelhantes de energia (tais como, um gerador de motor, célula de combustível, turbina a gás ou baterias). Esses arranjos estáticos falharam devido à falta de flexibilidade operacional exigida para a operação diária das locomotivas e/ou limitações operacionais (tais como, variação de locomotiva, limitações de produção de energia e exigindo o suporte para múltiplas fontes de combustível). Particularmente, os controladores de locomotiva de estilo de “conjunto de gerador” não averiguaram o uso em aplicações de percurso de linha, pois eles produzem energia geral inferior do que um único grande motor. A quantidade de energia disponível aos motores de tração é um componente operacional chave que caracteriza as locomotivas de percurso de linha. O uso dos arranjos dessemelhantes de fonte de energia falhou devido às questões de custo e operacionais.

[0013] Os controladores de locomotiva conhecidos também falharam em tratar os sinais inesperados e desafios operacionais que se tornam evidentes ao estender o controle da locomotiva e sistemas de energia entre chassis ferroviários distintos e integrando a energia a partir dessas fontes externas com a energia produzida pelo(s) motor/gerador(s) nos chassis de locomotiva. Como resultado, muitas configurações de vagão de energia de locomotiva foram tentadas e abandonadas devido a inúmeras questões operacionais, de segurança e técnicas de

[0014] As preocupações operacionais e de segurança dos sistemas estendidos de controle de locomotiva e energia são muitas e variadas. Primeiro, os controladores de locomotiva e vagões de energia podem ter alguma distância separada, particularmente consiste em que múltiplos vagões de energia são utilizados. Cada vagão tem aproximadamente 100 pés de comprimento, e degradação de sinal, interferência eletromagnética, atrasos de propagação e questões relacionadas são fatores ao operar um vagão de energia e locomotiva juntos.

[0015] Segundo, estender o barramento de energia (por vezes, denominado um barramento de tração) entre os vagões apresenta preocupações semelhantes, não com a degradação de sinal, porém com o mecanismo de cabeamento e comutação usado para seguramente transportar correntes de alta amperagem (p.ex., 2000 amps) entre o vagão de energia e o barramento de tração de locomotiva. As perdas de energia, particularmente, perdas de voltagem, centelhação e questões relacionadas entram em jogo. Já que a mescla de energia da locomotiva é regida pela voltagem da energia fornecida, e é caracterizada por controle justo da voltagem fornecida ao barramento de energia, as perdas na voltagem ou corrente entre um vagão de energia e a locomotiva farão com que o controlador de locomotiva gerencie inadequadamente a locomotiva/vagão combinado. Em alguns casos, essas perdas farão com que a locomotiva não opere. A comutação da energia de alta amperagem exige [sic] Circuito especializado também é necessário ao comutar a energia de alta amperagem para impedir a centelhação, soldagem por contato, picos e quedas de voltagem e amperagem, etc.

[0016] Terceiro, as locomotivas e vagões de energia anexados operam em ambientes hostis. Esses ambientes incluem desafios físicos e eletromagnéticos. Os desafios físicos são muitos e variados; eles incluem as temperaturas operacionais amplamente variadas, clima, conexões elétricas deficientes entre a locomotiva e o vagão, etc. Os dados de controle e sensor estão sujeitos aos ambientes eletromagnéticos intensos (que interrompem os dados de controle e sensor) ambos externos ao tem e dentro da infraestrutura. A blindagem exigida para mitigar essas questões acima descritas é por si só suscetível aos desafios físicos, e degrada-se com o tempo. Operar uma locomotiva / vagão de energia nessas condições é desafiador.

[0017] Quarto, as locomotivas e seus vagões de energia anexados podem encontrar questões operacionais, tais como, falha de conector, separação de cabo ou ainda separação de chassis durante a operação regular (por exemplo, conforme seria causado por uma falha de acoplador). Tanto a locomotiva quanto o vagão de energia anexado devem seguramente operar quando essas condições ocorrem.

[0018] Para entender essas questões, devem ser consideradas ambas as restrições físicas e lógicas dos trens atuais de locomotiva e arquitetura do controlador de locomotiva.

[0019] As vias férreas operaram muitas configurações de locomotivas e vagões de energia nos anos. Tradicionalmente, os arranjos de locomotiva (aqui denominado um “trem”) incluem múltiplas locomotivas, ligadas juntas usando os controles de unidade múltipla (“MU”). Um trem de locomotiva é o arranjo de locomotivas, espaçadores e vagões de energia que são acoplados juntos para fornecer a energia motiva a um trem. Um arranjo comum é o acoplamento de duas ou mais locomotivas independentes juntas e operá-las como uma única unidade. Este arranjo de locomotivas tem um controlador de locomotiva independente para cada um dos chassis de locomotiva, e compartilha somente a configuração de acelerador (uma entrada a um controlador de locomotiva), configurações de freio e indicações de falha. Essas configurações de acelerador, configurações de freio e indicações de falha são comunicadas usando a conexão elétrica e pneumática de combinação comumente denominada como “unidade múltipla” (“MU”).

[0020] Os arranjos de locomotiva de MU são o paradigma operacional atual para a maioria das vias férreas atualmente. Os arranjos de locomotivas de MU são caracterizados por cada locomotiva tendo sua própria geração independente de energia, distribuição (barramento) e motores de tração. O MU controla as instruções de acelerador e freio de relé a partir de uma primeira locomotiva (unidades principais ou “A”) para uma ou mais segundas locomotivas (unidades escravas ou “B”), onde essas instruções são independentemente interpretadas e o esforço de tração é fornecido independentemente por cada locomotiva no trem.

[0021] As locomotivas de MU operam independentemente e não compartilham a energia ou sinais de controle de motor, nem permitem um primeiro controlador de locomotiva para realizar solicitações de um segundo controlador de locomotiva. De modo semelhante, os controladores de locomotiva das locomotivas operando em modo de MU não compartilham os dados operacionais e não tomam decisões operacionais sobre as operações de um primeiro controlador de locomotiva com base nas características operacionais do segundo controlador de locomotiva.

[0022] Os controladores de locomotiva podem ser geralmente caracterizados como produzindo as voltagens de controle de motor (p.ex., RPM e voltagens de excitação de gerador), recebendo entrada de sensor das informações operacionais (p.ex., RPM real, alguma informação de falha, e, em alguns casos, as leituras de sensor de barramento de energia), e então atuando para ajustar a operação do motor ao variar suas voltagens de controle. Os controladores de locomotiva gerenciam os motores de locomotivas e fornecem mescla de energia ao controlar a quantidade de energia e voltagem fornecida por cada motor ao barramento de energia comum, que permite à energia fornecida ser combinada no barramento de energia.

[0023] Os controladores de locomotiva conhecidos são construídos com uma assunção básica de que as fontes de energia que eles controlam são fornecidas em um arranjo fixo. Se um controlador de locomotiva estiver inconsciente de múltiplas fontes de energia possíveis (p.ex., um controlador tradicional acima descrito), então o uso de um vagão de energia externo somente pode ser fornecido com base em “tudo ou nada”, onde o vagão de energia diretamente substitui o gerador de motor nos chassis de locomotiva. Considerando a natureza complexa do controle de locomotiva e a inter-relação das cargas de locomotiva, tais como, motores de tração e sopradores, um controlador de locomotiva, seu gerador de motor e um vagão de energia externo não podem “compartilhar” a exigência de geração, com uma porção da energia proveniente do gerador de motor, e o restante da energia proveniente do vagão de energia externo sem o controlador de locomotiva estar ciente do vagão de energia e a quantidade de energia que ele produz. O controlador de locomotiva reconhecerá a energia adicional disponível no barramento e seja o controle errôneo de falha de uma ou mais fontes de energia ou cargas, ou ainda desligar o gerador de motor da locomotiva. Já que outros sistemas de locomotiva são frequentemente ligados ao gerador de motor da locomotiva ou são utilizados proporcionalmente à quantidade de energia sendo usada por cargas de locomotivas (p.ex., sopradores, energia auxiliar), isso resulta em uma locomotiva sem funcionamento.

[0024] Os controladores de locomotiva de especialidade que estão cientes de múltiplas fontes de energia também têm desafios operando com os vagões de energia externos. Primeiro, o controlador de locomotiva deve ser capaz de manusear a “mescla de energia,” simultaneamente participando da energia exigida a partir de uma primeira fonte de energia e tendo uma segunda participação da energia exigida a partir de uma segunda fonte de energia. Os controladores de especialidade que selecionam entre uma fonte de energia ou outra têm os mesmos desafios operacionais como um controlador de locomotiva tradicional (acima descrito). Da mesma forma, os controladores de especialidade têm as restrições operacionais de cada fonte de energia de especialidade embutida em código em sua lógica ou eletrônica, tornando as alterações à configuração de fonte de energia difíceis para impossíveis.

[0025] Os controladores de locomotiva do estilo de “conjunto de gerador” são caracterizados de modo que são projetados para controlar múltiplos geradores de motor e para “mesclar” a energia produzida por esses geradores. Os controladores de locomotiva do estilo de “conjunto de gerador” tipicamente operam no âmbito de DC, onde eles definem as fontes de energia para produzir quantidades diferentes de energia em diferentes voltagens, conforme a mescla de energia em um barramento comum é com base nos diferenciais de voltagem entre o barramento de energia e as diversas fontes de energia (p.ex., geradores de motor integrados, vagões de energia). Conforme a voltagem no barramento cai sob a carga, a energia adicional flui a partir das fontes de energia fornecendo energia em voltagens sobre a voltagem de barramento de energia. Dessa forma, o controle justo de voltagem deve ser usado para operar corretamente.

[0026] Cada combinação de gerador de motor a diesel é controlada com um conjunto de parâmetros operacionais e é controlada ao variar o RPM de execução e excitação de alternador. Mesmo quando os motores são colocados em chassis ferroviários distintos, um controlador de locomotiva de conjunto de gerador espera que o vagão de energia forneça uma fonte de energia estática bem conhecida que se comporta como se estivesse presente nos chassis de locomotiva. Os controladores de locomotiva de conjunto de gerador não contabilizam as questões operacionais acima descritas, que levam à energia inexistente, energia deficiente (energia não fluindo a partir do vagão de energia ao barramento de energia de locomotiva), ou mesmo se o vagão de energia estiver atualmente anexado como parte do trem.

[0027] Adicionalmente, os controladores de conjunto de gerador têm assunções embutidas referentes à curva de energia e configurações de motor (p.ex., RPM, excitação de gerador) que são usadas para produzir a energia / voltagens específicas. Essas assunções operacionais são violadas por limitações físicas induzidas ao separar o vagão de energia dos chassis de locomotiva (conforme acima descrito), e por considerações lógicas que os vagões de energia podem ter parâmetros operacionais diferentes e configurações (p.ex., tipo diferente de motor, características, combustíveis). Nas configurações atuais, os vagões de energia e controladores de locomotiva devem ser operados como um único trem não variado devido às limitações inerentes no controle de locomotiva e a falta do conhecimento de controlador de locomotiva de diferentes vagões de energia e cada uma das instruções de vagões de energia e características operacionais.

[0028] Os sistemas de controle mais novos de energia de locomotiva desenvolveram-se a partir de controles eletromecânicos para digitais oferecendo uma variedade de novas opções para o controle de energia que realiza as mesmas funções que os sistemas de controle eletromecânicos mais antigos, bem como, adiciona nova gestão de energia e funções de controle de trem com a finalidade de melhorar o desempenho e eficiência de combustível. Entretanto, melhorar esses controladores digitais às locomotivas pré-existentes (legado) é problemático.

[0029] Os desafios de custo e integração técnica de substituir um sistema de controle existente de locomotiva dessas locomotivas mais antigas de legado por um novo sistema de controle de geração são proibitivos. De modo geral, isso exige a substituição em volume do sistema de controle de locomotiva e muitos dos controles de locomotiva, bem como, modificações substanciais ao motor da locomotiva, gerador e outros componentes elétricos na locomotiva. Além do mais, esses tipos de alterações tipicamente causam uma reclassificação da locomotiva e exige a recertificação da fábrica de energia de locomotiva para segurança e emissões. O processo de recertificação exige que as emissões de motor sejam atualizadas às exigências atuais de EPA, que adicionam o custo adicional. Combinados, esses custos são proibitivos.

[0030] Em resposta ao aumento nos custos de combustível e fortalecimento dos controles de emissões, as tentativas foram feitas para fornecer fontes de energia alternativas para locomotivas a diesel de conjunto de gerador, incluindo substituir o combustível diesel e motor por motores energizados por hidrogênio e gás natural, células de combustível, baterias e outros mecanismos para gerar e armazenar energia. Enquanto, na teoria, esses combustíveis alternativos são capazes de produzir energia de tração em uma fração do custo de um motor/gerador de locomotiva a diesel, o uso dessas fontes de energia alternativas representa diversos desafios para a indústria de locomotiva.

[0031] Por exemplo, abastecer locomotivas férreas com tecnologia alternativa de combustível incorre em custos dispendiosos de infraestrutura e tempos de abastecimento. Os combustíveis gasosos, tais como, hidrogênio e gás natural, fornecem variação limitada, têm energia armazenada limitada, têm longos tempos de reabastecimento e exigem infraestruturas alternativas extensivas de abastecimento. Enquanto as tentativas foram feitas para adicionar fontes alternativas de energia e fontes de combustível ao trem de locomotiva, as fontes de energia e combustível são fornecidas em contêineres pesados de trilho que exigem grandes guindastes de manuseio de contêiner em uma estação ferroviária com a finalidade de levantar contêineres que alojam os motores e suas fontes alternativas de combustível, assim limitando o reabastecimento de locomotivas de combustível alternativo para os locais de estação ferroviária que suportam a infraestrutura de combustível alternativo. Além disso, a infraestrutura dispendiosa com base em estação ferroviária, tais como, cascatas extensivas de tanques pressurizados são necessárias para reabastecer um único conjunto de tanques de locomotiva. Essas infraestruturas dispendiosas de estação ferroviária tornam o uso dessas tecnologias existentes insustentável. Ainda adicionalmente, muitas abordagens alternativas de energia de locomotiva adicionam quantidades substanciais de tempo para reabastecer e outras operações de manutenção. Por exemplo, o tempo exigido para reabastecer um conjunto de tanques de gás natural é medido em horas, onde o tempo exigido para reabastecimento de uma locomotiva a diesel é mais próximo a quinze minutos. Os tempos de abastecimento ainda restringem os usos de combustível alternativo para aplicações de estação, tais como, comutadores onde o equipamento de combustível alternativo tem tempo substancial disponível para recarga.

[0032] Os sistemas existentes também não reconhecem a melhoria de custo fundamental para as locomotivas férreas que estão disponíveis é com base no custo do combustível relativo à quantidade de energia que é produzida ao usar tal combustível, e que outras otimizações frequentemente são menores em comparação. Esses sistemas também falham em reconhecer que diferentes combustíveis têm diferentes teores de energia, e que esses combustíveis têm diferentes custos dependendo de onde são obtidos. Por exemplo, o combustível diesel tipicamente custa mais na Califórnia do que no Golfo do México, e dependendo das condições de mercado, pode ser mais eficiente usar o gás natural, gás de síntese, gás de processo, diesel ou algum outro combustível para produzir a energia exigida para o uso da locomotiva férrea. Por esses e outros motivos, a energia com base em combustível alternativo para as locomotivas férreas não foi aceita pela indústria.

[0033] Além disso, abastecer os controladores de motor de locomotiva pré-existentes (legado) para uso com combustíveis alternativos é geralmente proibitivo de custo e traz preocupações sobre a confiabilidade nessas aplicações de reabastecimento. Os inventários atuais de locomotiva férrea incluem muitos milhares de locomotivas mais antigas, tais como, a família EMD SD-40. Os sistemas de controle integrados a essas locomotivas pré-existentes de legado tipicamente empregam uma única combinação de motor/gerador que é controlada com sistemas de controle eletromecânicos ou eletrônicos simples. A falta de flexibilidade desses sistemas de controle mais antigos proíbe o uso de fontes de energia mais novas e desejáveis capazes de operar com fontes de combustível alternativo.

[0034] A Luz do acima, seria vantajoso manter a capacidade de operar um motor existente de locomotiva usando o combustível para o qual foi originalmente projetado ao adicionar a capacidade de fornecer energia extra a tal locomotiva a partir de uma fonte de energia auxiliar. Tal abordagem permitiria a redundância total de geração de energia a partir de mais de um combustível e motor/gerador, e pode, em determinadas situações, permitir a um controlador fornecer energia às rodas de mais de 100% do conjunto de motor/gerador de locomotiva originalmente pareado com os motores de acionamento.

[0035] À luz do acima, seria desejável projetar um mecanismo e método para fornecer uma fonte de energia auxiliar para uma locomotiva que pode ser integrada com os controles eletromecânicos existentes de locomotiva para fornecer os benefícios de incorporar energia a partir das fontes de combustível alternativo com um mínimo de retrabalho ou recertificação da fábrica de energia de locomotiva ou outros sistemas de locomotiva, tais como, ventoinhas, ar condicionado ou sensores adicionais.

[0036] Seria ainda desejável projetar um mecanismo e método para reabastecer uma locomotiva que permite o uso de combustíveis alternativos em sistemas de entrega intercambiáveis fáceis de usar, onde as alternativas, tais como, combustíveis gasosos atualmente disponíveis, podem ser fornecidas às locomotivas férreas sem incorrer em custos dispendiosos de infraestrutura e tempos de abastecimento.

[0037] Seria também desejável projetar uma locomotiva férrea que otimiza a utilização de energia com base nos custos das exigências disponíveis de combustível e energia, permitindo a arbitragem de custo de combustível e energia dentro da locomotiva e substancialmente reduzindo os custos de operar a locomotiva.

Breve descrição da invenção

[0038] As realizações da invenção superam as desvantagens acima mencionadas ao fornecer o uso da energia com base em combustível alternativo para as locomotivas férreas, permitir o uso de combustíveis disponíveis de situação para energizar as locomotivas férreas, e permitir às locomotivas férreas realizar o uso com vantagem de custo de energia alternative quando é econômico assim o fazer.

[0039] Em conformidade com um aspecto da invenção, um arranjo de locomotiva inclui uma primeira locomotiva tendo um primeiro barramento de energia, a fonte primária de energia eletricamente acoplada ao primeiro barramento de energia, e um primeiro controlador de locomotiva programado para controlar a fonte primária de energia e transmitir um primeiro sinal de comando a uma primeira unidade de energia eletricamente acoplada ao primeiro barramento de energia. A primeira unidade de energia inclui um primeiro conjunto de gerador de motor auxiliar, uma primeira interface de energia eletricamente acoplando o primeiro conjunto de geração de motor auxiliar ao primeiro barramento de energia, e um primeiro controlador auxiliar eletricamente acoplado ao primeiro controlador de locomotiva. O primeiro controlador auxiliar é programado para receber o primeiro sinal de comando a partir do controlador de locomotiva indicando uma primeira quantidade desejada de energia, controlar o primeiro conjunto de gerador de motor auxiliar para produzir pelo menos a primeira quantidade desejada de energia, e controlar a primeira interface de energia para entregar a primeira quantidade desejada de energia ao primeiro barramento de energia.

[0040] Em conformidade com outro aspecto da invenção, um método para fornecer energia auxiliar a uma locomotiva é estabelecido. O método inclui acoplar pelo menos uma unidade de energia auxiliar a um barramento de energia da locomotiva, onde pelo menos uma unidade de energia auxiliar inclui um conjunto de gerador de motor auxiliar e um controlador auxiliar eletricamente acoplado ao conjunto de gerador de motor auxiliar. O método também inclui acoplar o controlador auxiliar a pelo menos um controlador primário de locomotiva na locomotiva, transmitir um comando de pesquisa a partir de pelo menos um controlador primário de locomotiva ao controlador auxiliar, e determinar as informações de identificação de pelo menos uma unidade de energia auxiliar a partir do comando de pesquisa. As informações de identificação incluem pelo menos um de um identificador exclusivo, uma saída de energia e uma característica de desempenho de pelo menos uma unidade de energia auxiliar. O método ainda inclui alocar a geração de energia entre o conjunto de gerador de motor auxiliar e um conjunto de gerador de motor de locomotiva da locomotiva com base pelo menos parcialmente nas informações de identificação, e transmitir um sinal de comando de energia a partir de pelo menos um controlador primário de locomotiva com base na alocação.

[0041] Em conformidade com ainda outro aspecto da invenção, um método para fornecer energia auxiliar a uma locomotiva é estabelecido. O método inclui acoplar pelo menos uma unidade de energia auxiliar a um barramento de energia da locomotiva, onde pelo menos uma unidade de energia auxiliar inclui um conjunto de gerador de motor auxiliar e um controlador auxiliar eletricamente acoplado ao conjunto de gerador de motor auxiliar. O método também inclui acoplar o controlador auxiliar a um controlador primário de locomotiva, receber um comando compreendendo pelo menos um de um comando transmitido por pelo menos um controlador primário de locomotiva e uma indicação de falha, e controlar pelo menos uma unidade de energia auxiliar com base no comando recebido.

[0042] Essas e outras vantagens e recursos serão mais prontamente entendidos a partir da seguinte descrição detalhada das realizações preferidas da invenção que é fornecida com relação aos desenhos anexos.

Breve descrição dos desenhos

[0043] Os desenhos ilustram as realizações preferidas atualmente contempladas para realizar a invenção.

[0044] Nos desenhos:

[0045] A figura 1 é um diagrama esquemático de uma locomotiva de conjunto de gerador de diesel exemplar da técnica anterior;

[0046] A figura 2 é um diagrama esquemático de um arranjo de unidade de energia auxiliar, em conformidade com uma realização da invenção;

[0047] A figura 3 é um diagrama esquemático de uma unidade de energia auxiliar, em conformidade com uma realização da invenção;

[0048] A figura 4 é um diagrama esquemático de um arranjo de locomotiva incluindo uma locomotiva de conjunto de gerador e o arranjo de unidade de energia auxiliar da figura 2, em conformidade com uma realização da invenção;

[0049] A figura 5 é um diagrama esquemático de uma montagem de combustível gasoso, em conformidade com uma realização da invenção;

[0050] A figura 6 é um diagrama esquemático de um gestor de montagem de combustível para a montagem de combustível gasoso da figura 5, em conformidade com uma realização da invenção;

[0051] A figura 7 é um diagrama esquemático de uma montagem de tanque de pressão, em conformidade com uma realização da invenção; e

[0052] A figura 8 é um diagrama esquemático de uma locomotiva de conjunto de gerador gasoso incorporando a montagem de combustível gasoso da figura 5, em conformidade com uma realização da invenção.

Descrição detalhada

[0053] Os arranjos de energia auxiliar aqui estabelecidos permitem o fornecimento de energia adicional a uma locomotiva sobre a quantidade de energia que pode ser produzida pela(s) combinação(ões) de motor/gerador que são parte da locomotiva a diesel. Em algumas situações operacionais, tais como, quando o trem de locomotiva está correndo em altas velocidades, a capacidade de tração da locomotiva é limitada pela quantidade de energia que pode ser fornecida pelas locomotivas aos seus motores de tração. O uso de energia auxiliar permite à locomotiva movimentar o trem em maiores velocidades.

[0054] As realizações dos sistemas e métodos descritos também suportam o conceito de arbitragem de energia entre fontes de energia de locomotiva abastecida de modo diferente, onde a arbitragem é feita com base no custo do combustível ou custo da energia entregue vs. as necessidades de energia da tração da locomotiva e cargas auxiliares.

[0055] Ainda adicionalmente, as realizações dos sistemas e métodos descritos permitem uma abordagem de entrega de energia com base em medição, onde o uso de energia de locomotiva a partir das fontes de energia de combustível alternativo é medido e pode ser separadamente faturado ou cobrado do operador da via férrea ou locomotiva. Enquanto os sistemas e métodos de uso aqui estabelecidos são descritos como sendo usados com relação à indústria de locomotiva, aquele com habilidade na técnica reconhecerá que os benefícios da montagem de combustível, montagem de vagão e método para fornecer combustível são igualmente aplicáveis a qualquer número de aplicações industriais alternativas em que um tanque de combustível é acoplado a um motor, tal como, por exemplo, na indústria de caminhão ou indústria marítima.

[0056] Um aspecto chave ao usar os tipos de combustível alternativo em um vagão de energia é o diferencial no custo de combustível, ou finalmente, o custo de uma unidade de energia fornecida a um barramento de energia. Os controladores de locomotiva aqui estabelecidos são capazes de arbitrar os custos de combustível e energia entre as fontes de energia da locomotiva e unidades de energia auxiliar fornecidas em um vagão de energia para operar mais eficientemente. Além disso, os controladores de locomotiva e unidades de energia auxiliar aqui estabelecidos são capazes de comunicar informações adicionais (tais como, sua ID, descrição de entrada de controle, configurações de controle/emissões, configuração de controle/gráficos de energia gerada, tipo de combustível, custo de energia) sobre p controle e operação da unidade de energia auxiliar ao controlador de locomotiva. Na ausência de pelo menos algumas dessas informações, o controlador de locomotiva seria incapaz de efetivamente controlar as unidades de energia auxiliar.

[0057] Um trem de locomotiva é definido para os fins do presente como um arranjo de locomotivas e unidades de energia auxiliar, acoplados juntos, que compartilham as conexões de controle e energia entre pelo menos uma locomotiva e pelo menos uma unidade de energia auxiliar. Para os fins de ilustração, diversas configurações exemplares de trens podem ser definidas conforme segue: Trem A-B: Uma locomotiva acoplada a uma unidade de energia auxiliar. A unidade de energia auxiliar fornece pelo menos alguma, porém não toda, a energia elétrica exigida pela locomotiva. Trem A-B-A: Múltiplas locomotivas são acopladas a uma unidade de energia auxiliar. A unidade de energia auxiliar fornece pelo menos alguma, porém não toda, a energia elétrica exigida por cada uma das locomotivas. Trem A-B-B: Uma locomotiva é acoplada a múltiplas unidades de energia auxiliar. As unidades de energia auxiliar juntas fornecem pelo menos alguma da energia elétrica exigida pela locomotiva.

[0058] Com referência agora à figura 2, um arranjo de unidade de energia auxiliar montada em contêiner intermodal 48, é ilustrada em conformidade com uma realização da invenção. O arranjo de unidade de energia auxiliar 48 inclui uma unidade de energia auxiliar (“APU”) 50 que é projetada para realizar a interface com uma ou mais locomotivas, tais como, locomotiva a diesel de conjunto de gerador 10 da figura 1 e uma ou mais montagens intercambiáveis de combustível gasoso 52, conforme descrito em mais detalhes com relação às FIGS. 6-7. Conforme descrito abaixo em detalhes, o APU 50 fornece energia adicional à(s) locomotiva(s) conectada(s) no trem sob a instrução de pelo menos um controlador primário de locomotiva. Conforme aqui usado, o termo “unidade de energia auxiliar” ou “APU” é usado para referir-se a um dispositivo autonomamente controlado capaz de gerar e fornecer a energia auxiliar a uma locomotiva. O termo “autônomo,” conforme aqui usado, refere-se a um APU que é capaz de atuar independentemente e controlar as operações internas do APU independente das solicitações externas, e em que os trabalhos internos do APU são opacos ou desconhecidos aos sistemas externos de controle.

[0059] De acordo com diversas realizações, o APU 50 é capaz de empregar um ou mais combustíveis alternativos. Conforme mostrado, o APU 50 é fornecido dentro de um contêiner 54 que é fixado a um carro de vagão ou vagão 56 de uma forma que fixa o contêiner 54 ao vagão 56. Em uma realização, o contêiner 54 é um contêiner intermodal modificado e vagão 56 é adaptado para transporte de contêineres intermodais. Fornecer o APU 50 dentro de um contêiner intermodal removível 54 permite ao APU 50 ser colocado em e fora de serviço rapidamente para manutenção e geralmente em qualquer estação ferroviária que tem capacidade de levantamento de contêiner. Um caminho de terra é fornecido entre o contêiner 54 e terra via o vagão 56, suas rodas 58 e o trilho (não mostrado). Isso fornece a dissipação de quaisquer encargos estáticos que possam se acumular. O sistema para fixar contêiner 54 ao vagão 56 pode ter recursos de isolamento de choque para reduzir a gravidade dos eventos de choque que ocorrem na operação normal de via férrea a partir do APU 50.

[0060] Conforme mostrado, o arranjo de unidade de energia auxiliar 48 inclui uma ou mais montagens de combustível 52 empilhadas em cima do contêiner 54 alojando o APU 50. As montagens de combustível 52, que incluem os tanques de pressão 60 alojando combustível, são interconectadas com o APU 50 para entregar o combustível ao APU 50 sob o controle do APU 50, conforme descrito em mais detalhes abaixo. Na realização mostrada na figura 2, os gestores de montagem de combustível 62 das montagens de combustível 52 são incorporados dentro das respectivas armações 152 das montagens de combustível 52 conforme descritas com relação à figura 6. Em uma realização alternativa, o gestor de montagem de combustível 62 pode ser incorporado dentro do contêiner 54 do APU 50.

[0061] Um diagrama de bloco esquemático do APU 50 é ilustrado na figura 3. O APU 50 inclui um número de interfaces de montagem de combustível 64 para acoplar de modo líquido o APU 50 às montagens de combustível 52. Enquanto duas interfaces de montagem de combustível 64 são ilustradas na figura 3, aquele com habilidade na técnica reconhecerá que o APU 50 pode ser construído tendo somente uma interface de montagem de combustível ou mais de duas interfaces de montagem de combustível para conectar qualquer número de montagens de combustível às mesmas. Cada interface de montagem de combustível 64 inclui uma respectiva entrada de combustível 66 acoplada de modo líquido a uma válvula eletronicamente controlada 68, tal como, por exemplo, um solenoide ou outras válvulas de alta pressão remotamente acionadas comuns. Essas válvulas podem opcionalmente ser integradas como parte da entrada de combustível 66. Cada interface de montagem de combustível 64 pode incluir uma interface dedicada de controle para permitir a um controlador de APU 70 comunicar-se com cada montagem de combustível conectada 52. Alternativamente, a interface de montagem de combustível 64 pode ser conectada a uma interface comum de controle 72 do APU 50. De acordo com uma realização, a entrada de combustível 66 é um conector de combustível padrão da indústria, tal como, por exemplo, o receptáculo de GMV-09 fornecido pela Staubli. A interface de montagem de combustível 64 também pode incluir uma interface de energia opcional à montagem de combustível (não mostrada para clareza). Os sensores adicionais de combustível de entrada (não mostrados) (p.ex., fluxo, pressão, temperatura) podem ser adicionados a cada interface de combustível 64, conforme desejado. Os conectores elétricos (não mostrados) podem ser fornecidos às interfaces de controle e energia de modo que uma montagem de combustível possa ser rapidamente removida e substituída.

[0062] Cada entrada de combustível 66 é conectada de modo líquido a sua respectiva válvula controlada 68, a qual, por sua vez, conectada a um coletor de combustível 74. O coletor de combustível 74 pode opcionalmente ainda compreender uma câmara de mistura 76 (mostrada em fantasma) em que os combustíveis a partir de uma montagem de combustível 52 podem ser misturados com um combustível a partir de outra montagem de combustível 52. As válvulas adequadas de regulação de fluxo e segurança podem ser fornecidas (não mostradas) para impedir os combustíveis de misturarem-se a montante de uma câmara de mistura 76. Além disso, o equipamento de condicionamento de combustível, tal como, válvulas de expansão e encaminhamento de combustível descritas com relação à montagem de combustível 52 na figura 6 podem ser incluídas no coletor 74. O controlador de APU 70 também é eletronicamente conectado às válvulas controladas de solenoide e os controles de coletor, que permitem a ele controlar a entrega de combustíveis gasosos ao motor de APU 78. O coletor 74 encaminha o combustível gasoso resultante através de um regulador de pressão 80, que é conectado de modo líquido ao motor de APU 78. O regulador de pressão 80 pode opcionalmente ser controlado pelo controlador de APU 70, dependendo da demanda de entrada de combustível do motor de APU 78.

[0063] O controlador de APU 70 também pode ser eletricamente conectado aos gestores de montagem de combustível 62 de cada montagem conectada de combustível gasoso 52, via a interface comum de controle 72 ou via uma interface dedicada de controle associada à interface de montagem de combustível 64. O controlador de APU 70 interage com os gestores de montagem de combustível 62 para receber as informações de combustível e fornecer as instruções para configurar o estado de combustível gasoso exigido.

[0064] A unidade de energia auxiliar 50 inclui um conjunto de gerador de motor auxiliar 82 tendo um motor 78 e um gerador 84. De acordo com diversas realizações, o motor 78 é um motor de combustão interna configurado para queimar um combustível gasoso, tal como, por exemplo, um diesel modificado, um motor de combustão de centelha, um motor radial, uma turbina a gás e semelhante. O motor 78 é eletricamente conectado ao controlador de APU 70 para permitir ao controlador de APU 70 definir os parâmetros operacionais de motor com a finalidade de otimizar o desempenho de motor no combustível atual em uso e configuração solicitada de energia. Esses parâmetros de motor podem incluir as configurações de acelerador (configuração para RPM de motor), configurações de ocasião de ignição (para alterar a ocasião de combustão para diferentes combustíveis gasosos), configurações de combustor (para turbinas a gás) e semelhantes. Os sensores de motor (não mostrados para clareza) podem ser integrados com o APU 50 com a finalidade de detectar o desempenho do motor e fornecer entradas ao controlador de APU 70. Esses sensores podem incluir um sensor de RPM que determina o RPM real de motor, sensores de escape que determinam a composição e/ou temperatura dos gases de escape, temperatura de motor e sensores de falha de motor. Outros sensores de controle de motor podem ser adicionados ao APU 50 sem desviar do design.

[0065] O motor 78 é mecanicamente conectado ao gerador 84, que converte a saída mecânica do motor 78 à energia elétrica. O gerador 84 é eletricamente conectado ao controlador de APU 70 com a finalidade de permitir ao controlador de APU 70 controlar os aspectos da geração elétrica. O controlador de APU 70 pode controlar as entradas de gerador, tais como, polaridade, fase, quantidade de excitação, voltagem desejada, manobra e semelhante. Os sensores opcionais (não mostrados) podem ser conectados à saída do gerador 84 para medir a saída do gerador 84 e fornecer retroalimentação ao controlador de APU 70. De acordo com diversas realizações, o gerador 84 pode incluir o circuito especial para fazer com que o gerador 84 reaja mais rapidamente para controlar as entradas que reduzem a quantidade de energia sendo produzida. Esse circuito reduz a “inércia elétrica” do gerador 84, efetivamente permitindo à saída do gerador mais rapidamente corresponder à quantidade de energia elétrica que é instruída para produzir. Tal método de reduzir a inércia elétrica do gerador 84 é para fornecer um resistor comutado que é usado para rapidamente reduzir a corrente de excitação no gerador. Outro tal método é para fornecer um meio de amortecer rapidamente o campo de excitação do gerador 84 ao ativar um desvio controlado por solenoide através dos espirais de excitação do gerador 84. Qualquer método pode ser controlado pelo controlador de APU 70, ou pode ser integrado com o gerador 84 de um modo para que seja automaticamente usado quando a quantidade de excitação solicitada é substancialmente reduzida.

[0066] Conforme mostrado na figura 3, o gerador 84 é eletricamente conectado a pelo menos um gestor elétrico 86, que gerencia a eletricidade gerada pelo APU 50 e fornece tal eletricidade a uma locomotiva específica. Quando o APU 50 é conectado a mais de uma locomotiva em um momento, múltiplos gestores elétricos (um por locomotiva conectada) podem ser usados com a finalidade de eletricamente isolar cada locomotiva. O isolamento elétrico suporta gestão de falha autônoma pelo APU 50 e permite fornecer quantidades diferentes de energia para cada locomotiva (p.ex., uma primeira locomotiva solicita e recebe 1 MW, a segunda locomotiva solicita e recebe 200 kW de energia).

[0067] De acordo com diversas realizações, o gestor elétrico 86 ainda compreende um ou mais de um comutador controlável 88, um regulador 90, um medidor 92 e uma interface de energia 94. A energia é encaminhada a partir do gerador 84 através do comutador controlável 88 e regulador 90, então opcionalmente através do medidor 92, e finalmente à interface de energia 94. O comutador controlável 88 e regulador 90 podem ser implantados como dispositivos discretos, ou podem ser opcionalmente integrados em um único dispositivo. A ordem em que o comutador controlável 88 e regulador 90 são operados alinhados é dependente de implantação, e qualquer componente sendo o primeiro na ordem pode ser realizado sem desviar da invenção. O comutador controlável 88 ativa e desativa o fluxo de energia a partir da unidade de energia auxiliar 50 a uma locomotiva. O comutador controlável 88 pode ser implantado usando um comutador ou relé de alta amperagem, ou como um ou mais módulos de comutação de silício de alta energia. O regulador 90 limita a quantidade de fluxo de energia entre o APU 50 e a locomotiva para uma quantidade especificada pelo controlador de APU 70. O medidor 92 mede a quantidade de energia efetivamente entregue à locomotiva.

[0068] A interface de energia 94 é configurada de modo que possa ser eletricamente acoplada a qualquer um ou ambos dos barramentos de tração e energia auxiliar em uma locomotiva, conforme descrito em mais detalhes com relação à figura 4. Em uma realização, o acoplamento entre a interface de energia 94 e os barramentos de tração de locomotiva e/ou energia auxiliar são feitos usando os cabos de um tamanho e construção para manusear a transmissão antecipada de energia. Os cabos são equipados com os conectores que permitem a rápida conexão e desconexão dos cabos a partir da interface de energia e barramento(s) de energia da locomotiva.

[0069] O gestor elétrico 86 ainda compreende um ou mais sensores de falha 96 que detectam os problemas com a transmissão de energia elétrica à locomotiva. Os exemplos de falhas podem incluir curto de terra, alta voltagem, baixa voltagem, alta corrente, baixa corrente, temperatura em excesso e desconexão do conector. Os sensores de falha adicionais podem ser integrados no APU 50 com base nas especificações de design. Um único sensor de falha pode ser fornecido que fornece toda a detecção de falha do sensor de falha 96, ou o sensor de falha pode ser construído de um número de sensores discretos.

[0070] Cada um desses componentes 88, 90, 92, 94, 96 do gestor elétrico 86 é eletricamente conectado ao controlador de APU 70, de modo que o controlador de APU 70 pode receber a entrada e configurar a operação de cada aspecto do gestor elétrico 86 com a finalidade de fornecer a quantidade de energia solicitada para a locomotiva que é eletricamente conectada a cada gestor elétrico 86. A conexão pode ser diretamente ao controlador de APU 70, ou via a interface comum de controle 72.

[0071] O controlador de APU 70 responde às solicitações apresentadas em uma interface comum de controle 72 fornecida dentro do controlador de APU 70. De modo semelhante, o controlador de APU 70 responde aos componentes diretamente conectados de APU 50, tais como, sensores de falha 96, como se eles fossem solicitações. Conforme aqui usado, ambas as fontes de entrada são consideradas solicitações. Em resposta a essas solicitações, o controlador de APU 70 realiza diversas ações, incluindo controlar a operação de diversos componentes fornecidos dentro do controlador de APU 70 e informações de leitura e/ou gravação para uma memória de controlador de APU 98.

[0072] Conforme mostrado na figura 3, o controlador de APU 70 é eletricamente conectado à interface comum de controle 72, que pode ser eletricamente conectada a um sistema de controle de locomotiva via um cabo de conexão de controle 100 acoplado à interface comum de controle 72. Em algumas realizações, múltiplas interfaces comuns de controle 72 podem ser fornecidas para facilitar a conexão do controlador de APU 70 para múltiplos controladores de locomotiva e fornecer o isolamento elétrico entre as locomotivas e APU 50. Cada cabo de conexão de controle 100 pode utilizar os conectores para facilitar a rápida conexão/desconexão de APU 50 com uma locomotiva.

[0073] Preferivelmente, o cabo de conexão de controle 100 é configurado para realizar a interface com uma conexão CANbus ou uma interface estabelecida de sistema de controle de locomotiva de acordo com diversas realizações. A natureza e tipo de interface podem variar, conforme o número de interfaces de controle em interface, sem desviar do design.

[0074] Em uma realização alternativa, a interface comum de controle 72 é uma interface de RF que permite a um controlador de locomotiva controlar o APU 50 sem o uso de um cabo de conexão de controle 100. A interface de RF permite ao controlador de APU 70 interagir com os controladores de locomotiva ativados por RF e com equipamento ao longo da pista ativado por RF. A interface de RF permite às solicitações e notificações, e particularmente, a memória de controlador de APU 98, serem interrogadas e opcionalmente gravadas usando as tecnologias com base em RF, tais como, RFID. Isso permite ao equipamento ao longo da pista interrogar a memória de controlador de APU 98, e gravar informações atualizadas na memória 98 (tais como, novos limites de medidor) na ausência de uma conexão física ao controlador de APU 70.

[0075] Em algumas realizações, o cabo de conexão de controle 100 é um cabo de fio múltiplo que transporta os sinais de controle de motor (p.ex., RPM, voltagens de excitação de gerador, leituras de sensor de retorno) entre o APU 50 e o controlador de locomotiva. O cabo de fio múltiplo transportando os sinais sobre longas distâncias em ambientes de alta interferência eletromagnética é particularmente suscetível à degradação de sinal devido ao comprimento de cabo, curto circuito ou conectores inadequadamente assentados, e ruído elétrico induzido. Conforme acima descrito, o controlador de APU 70 pode compreender o circuito para detectar e compensar esses tipos de erros induzidos pelo cabo de conexão de controle 100. Considerando a baixa corrente e voltagens presentes para os sinais de controle de motor e leituras diretas de sensor, essas questões podem frequentemente ser severas o suficiente para fazer com que o APU 50 deixe de funcionar e devem ser contabilizadas ao passar os sinais de controle de motor entre os corpos de carro de locomotiva. Alternativamente, os mecanismos de compensação podem ser incorporados no cabo de conexão de controle 100.

[0076] O controlador de APU 70 e interface comum de controle 72 podem fornecer o circuito de adaptação de controle adicional (não mostrado) que adapta os sinais de controle recebidos pelo APU 50 para contabilizar as condições de interferência e operacionais. Esse circuito de adaptação é coletivamente denominado como adaptadores de controle no presente.

[0077] O controlador de APU 70, interface comum de controle 72 ou adaptadores de controle podem adaptar sua configuração para fornecer o condicionamento de linha com base nas questões conhecidas com o cabo de controle entre o APU 50 e o controlador de locomotiva. Em uma realização, o controlador de APU 70 determina um comprimento de percurso entre o controlador de locomotiva e o controlador de APU 70 com base em um comprimento de cabo armazenado no módulo de memória 98 (figura 7). Alternativamente, o controlador de APU 70 pode ser configurado para determinar um comprimento de percurso do comando de energia ao transmitir um sinal através dos cabos de conexão de controle 100 semelhantes à técnica usada por um refletômetro de domínio de tempo. Em uma realização, o controlador de APU 70 inclui um amplificador de sinal opcional 102 (mostrado em fantasma na figura 3), que amplifica o sinal recebido pelo APU 50 para contabilizar a degradação de sinal.

[0078] Em outras realizações, o controlador de APU 70, interface comum de controle 72 ou adaptadores de cabo de controle convertem os sinais de controle de motor e leituras de sensor de retorno entre os valores de controlador de locomotiva e as técnicas de comunicação usadas pela interface comum de controle. Esse tipo de adaptador de controle permite a um APU 50 ser diretamente controlado por um controlador de locomotiva que não está ciente que o APU 50 não é um gerador de motor para o qual foi previamente configurado, enquanto permite o uso da interface comum de controle 72 para outras comunicações com as locomotivas e montagens de combustível.

[0079] De acordo com diversas realizações, o controlador de APU 70 é um PLC ou microcontrolador, junto com as memórias associadas 98 e registros voláteis (não mostrados), que fornecem a eletrônica de controle para o monitoramento eletrônico, controle e relato da operação de APU. O controlador de APU 70 pode receber a energia operacional para qualquer número de fontes, incluindo interface comum de controle 72, a partir de sua energia internamente gerada, ou outra fonte de energia (não mostrada), tal como, por exemplo, uma bateria interna ou uma fonte de energia externa. Essa combinação de conexões permite ao controlador de APU 70 identificar, selecionar e gerenciar o estado do combustível sendo recebido, e configurar o motor 78 para (p.ex., idealmente) queimar o(s) combustível(s) atualmente fornecido(s).

[0080] De acordo com diversas realizações, o módulo de memória de controlador de APU 98 pode compreender as memórias não voláteis, de somente leitura ou leitura-escrita, tal como, ROM ou EEPROM, que são usadas para armazenar as informações sobre a identidade, capacidades, conteúdos e/ou operações históricas do APU 50, conforme abaixo descrito.

[0081] Em uma realização, o módulo de memória de controlador de APU 98 inclui uma primeira memória de APU 104 que inclui as informações de identificação que podem ser usadas para identificar exclusivamente o APU 50, tais informações de identificação podem incluir uma curva de energia específica ao APU 50, e podem ainda incluir informações descrevendo a geração e/ou capacidade de energia do APU 50, tipos aceitáveis de combustível para uso com o APU 50, intervalo de atraso de desligamento e semelhante.

[0082] O módulo de memória de controlador de APU 98 também pode incluir uma segunda memória de APU 106 que armazena as informações sobre o custo de energia fornecida pelo APU 50, e quaisquer limites sobre o uso de energia a partir do APU 50. Esses limites podem incluir uma quantidade de energia contratada (limite e/ou restante).

[0083] O módulo de memória de controlador de APU 98 pode ainda incluir uma terceira memória de APU 108 que armazena informações relacionadas à operação de APU 50, incluindo leituras históricas de sensor (p.ex., tipo de combustível, temperatura e pressão com o tempo), energia produzida e entregue, histórico de uso e histórico semelhante de informações operacionais, bem como, histórico de inspeção.

[0084] O controlador de APU 70 pode operar usando o medidor 92 e suas memórias 98, 104, 106, 108 para determinar se existem limites entregáveis de energia, e ativar/desativar a entrega de energia usando o comutador controlável 88 se os limites tiverem sido atingidos. Em algumas realizações, tais como, onde a via férrea detém e opera o APU 50, por exemplo, o uso do medidor 92 e o rastreamento de limites na quantidade de energia entregue pelo APU 50 podem ser abreviados.

[0085] Com referência às FIGS. 2 e 3 juntas, em operação, o APU 50 transmite uma indagação ao gestor de montagem de combustível 62 da montagem de combustível 52 para determinar as informações de identificação da montagem de combustível 52. Como exemplos, o APU 50 pode indagar referente a um tipo de combustível dentro do tanque de pressão 60, determinar as características solicitadas de entrega do combustível, incluindo pressão e temperatura de entrega, com base no tipo de combustível e/ou conteúdo de energia de combustível), e transmitir uma solicitação de entrega de combustível ao gestor de montagem de combustível 62 com base no tipo identificado de combustível. Em resposta à solicitação transmitida, o gestor de montagem de combustível 62 regula a temperatura e/ou pressão de entrega do combustível.

[0086] O controlador de APU 70 pode receber as solicitações de um ou mais sistemas de controle de locomotiva e fornecer as respectivas respostas a esses sistemas de controle de locomotiva, de acordo com diversas realizações. O controlador de APU 70 também pode fornecer notificações periódicas ou assíncronas para um ou mais sistemas de controle de locomotiva conforme abaixo descrito. Essas instruções são recebidas em pelo menos uma das interfaces de controle 72. O controlador de APU 70 gerencia essas solicitações com a finalidade de responder separadamente às solicitações de diferentes interfaces.

[0087] O exemplo de solicitações e respostas inclui:

[0088] Reportar informações de identificação sobre o APU 50, seus motores 78, e/ou montagens anexadas de combustível 52. O controlador de APU 70 responde à solicitação ao fornecer as informações de identificação sobre um ou mais aspectos do APU 50 (p.ex., seu tipo de identificação, um número de série), seus motores 78 (p.ex., tipo de motor, cavalo-vapor classificado, número de série), e as montagens anexadas de combustível 52 (p.ex., ID de montagem de combustível, data de último teste de pressão). Aquele com habilidade na técnica reconhecerá que o número e tipos de informações de identificação a serem fornecidas podem estender-se além dos exemplos acima estabelecidos dependendo dos aspectos específicos de implantação dos motores 78 e montagens de combustível 52.

[0089] Reportar a presença do APU 50. O controlador de APU 70 responde a uma solicitação referente à presença de APU 50 ao fornecer ao APU 50 a prontidão para fornecer energia.

[0090] Reportar sobre o status do APU 50. O controlador de APU 70 lê uma ou mais memórias e/ou registros do controlador de APU 70 e/ou montagens anexadas de combustível 52, ou medidores e/ou sensores de APU 50 e/ou montagens de combustível 52, e reportar os valores solicitados das memórias, registros, medidores e/ou sensores ao controlador de locomotiva solicitante.

[0091] Ler e/ou definir memórias particulares de controlador de APU 70 e/ou montagens anexadas de combustível 52. O controlador de APU 70 opera nas memórias e/ou registros especificados, fazendo com que seus valores sejam lidos, definidos (ou zerados) conforme especificado na solicitação. Configurar uma memória pode envolver limpar, configurar a memória para um valor particular ou aumentar ou diminuir o valor armazenado na memória.

[0092] Reportar a solicitação de parâmetros operacionais. O controlador de APU 70 lê os parâmetros operacionais solicitados a partir dos registros e/ou memórias de controlador de APU 70 e retornar os mesmos em resposta à solicitação.

[0093] Reportar solicitação de parâmetros de controle. O controlador de APU 70 lê os parâmetros de controle solicitados a partir dos registros e/ou memórias de controlador de APU 70 e retorna os mesmos na resposta à solicitação.

[0094] Iniciar solicitação. O controlador de APU 70 opera com base na configuração de APU 50, e toma as seguintes etapas para implantar esta solicitação: A) Selecionar uma fonte de combustível e ligar a válvula relacionada 68; B) Configurar o gerador 84 para não produzir energia; C) Configurar as interfaces de energia 94 para não transmitir energia às locomotivas; e D) Iniciar o motor de APU 78 e deixá-lo ocioso.

[0095] Solicitação de Parada de Emergência. Essa solicitação é feita pelo controlador de locomotiva quando existe uma condição de emergência que exige o desligamento imediato do APU 50. O controlador de APU 70 opera na configuração do APU 50, e toma as seguintes medidas para implantar esta solicitação: A) Se equipado com a carga resistiva operacional, desviar a carga resistiva através das saídas do gerador 84, ou se o APU 50 for configurado com um gerador de descarga rápida, configurar o gerador 84 para imediatamente ajustar a energia de saída; B) Enviar uma notificação para todos os controladores de locomotiva conectados que o APU 50 descontinuará a fornecer energia; C) Desativar as interfaces de energia 94 ao logicamente comandar cada comutador 192 para desconectar o APU 50 a partir de uma locomotiva conectada; D) Desligar a válvula controlável 68 para desconectar as montagens de combustível 52; E) Configurar o motor de APU/gerador 78, 84 para não produzir nenhuma energia ao ajustar as configurações de motor e gerador; F) Desligar o motor de APU 78 usando a interface de controle 72 ao motor 78; e G) Enviar notificação para todos os controladores de locomotiva conectados que o APU 50 está off-line.

[0096] Solicitação de Parada. O controlador de APU 70 opera com base na configuração do APU 50, e toma as seguintes medidas para implantar esta solicitação: A) Enviar uma notificação para todos os controladores de locomotiva conectados que o APU 50 descontinuará a fornecer a energia; B) Definir um temporizador até desativação usando o intervalo de atraso de desligamento configurado na solicitação ou memória de controlador de APU 98; C) Monitorar a interface de controle 72 para solicitações de ajuste de energia para remover o APU 50 a partir das exigências de energia das locomotivas conectadas, reparar tais solicitações conforme chegarem; D) Mediante expiração do temporizador, ou quando nenhuma energia é solicitada do APU 50, configurar o motor de APU/gerador 78, 84 para não produzir nenhuma energia ao ajustar as configurações de motor e gerador; E) Desativar as interfaces de energia 94 ao logicamente comandar cada comutador 192 para desconectar o APU 50 a partir de uma locomotiva conectada; F) Desligar o motor de APU 78 usando a interface de controle 72 ao motor 78; G) Desligar a válvula controlável 120 para desconectar as montagens de combustível 52; e H) Enviar a notificação para todos os controladores de locomotiva conectados que o APU 50 está off-line.

[0097] Solicitação de Energia. Solicitação de energia para fornecer uma energia específica de quantidade para um barramento de tração de locomotiva, conforme descrito em mais detalhes com relação à figura 4. A solicitação pode ainda compreender um indicador de urgência, que indica ao controlador de APU 70 a urgência da solicitação. As solicitações urgentes fazem com que o controlador de APU 70 reordene as etapas operacionais para remover a energia flutuando a partir do APU 50 primeiro, e então ajustar as operações internas do APU 50 para operações eficientes. O controlador de APU 70 configura o comutador controlável 88 e regulador elétrico 90 para entregar a quantidade de energia solicitada à saída de energia. Em algumas implantações, o comutador controlável 88 e regulador elétrico 90 podem ser o mesmo dispositivo. A energia entregue à saída de energia pode ser medida usando o medidor 92, que é lido pelo controlador de APU 70. O controlador de APU 70 pode reportar essas leituras para a interface comum de controle 72, e/ou armazená-las na memória de controlador de APU 98 para uso posterior.

[0098] O controlador de APU 70 opera na configuração de APU, e toma as seguintes etapas para implantar esta solicitação: A) Se a solicitação for urgente e a solicitação de energia é para uma redução na energia fornecida (incluindo uma redução para 0), configurar a interface de energia 94 anexada à locomotiva solicitante para fornecer a quantidade de energia solicitada, ou se a quantidade de energia solicitada reduz a quantidade de energia geral entregue por mais de um limite armazenado em uma memória de controlador de APU 98, tratar a redução como uma solicitação de descarregamento (ver abaixo); B) Totalizar a energia solicitada a partir de todas as solicitações atuais de energia de locomotiva; C) Determinar a quantidade de energia que o APU 50 pode gerar (em alguns casos, esse valor é armazenado na memória de controlador de APU 98, em outros casos, a quantidade de energia que o APU 50 pode gerar é uma função do combustível atualmente selecionado, altitude, temperatura e outros parâmetros operacionais e é calculada pelo controlador de APU 70); D) Determinar se toda a energia de solicitação pode ser fornecida e, se não, rejeitar a solicitação ao enviar uma resposta de volta ao controlador de locomotiva solicitante; E) Configurar o motor 78 e gerador 84 para produzir a quantidade desejada de energia; F) Configurar as interfaces de energia 94 para fornecer a quantidade de energia solicitada para cada locomotiva anexada; e G) Enviar a resposta aos controladores de locomotiva indicando o novo nível de energia sendo fornecida.

[0099] Ajustar energia/descarregamento: O controlador de locomotiva solicita que o APU 50 reduza a energia que ele fornece à locomotiva, tipicamente por um período curto de tempo. Esses tipos de solicitações são feitas pelo controlador de locomotiva quando encontra as questões de deslocamento de roda ou adesão, e tipicamente especifica uma quantidade de redução temporária de energia. As solicitações de descarregamento são frequentemente críticas de tempo e exigem o manuseio de prioridade pelo controlador de APU 70. Em alguns casos, a solicitação também incluirá uma indicação solicitando remoção “rápida” de energia. O controlador de APU 70 opera na configuração de APU, e toma as seguintes etapas para implantar esta solicitação: A) Se a redução na energia solicitada é maior do que um primeiro limite configurado na memória de controlador de APU 98 e a remoção rápida de energia é solicitada, configurar o gerador 84 para rapidamente descontinuar a geração de energia pelo gerador 84 ao ativar os recursos do gerador 84 projetado para rapidamente reduzir a quantidade de energia produzida pelo gerador 84; B) Configurar a interface de energia 94 conectada à locomotiva solicitante para ajustar a quantidade de energia fornecida à locomotiva ao alterar a configuração do regulador de energia 90; E) Configurar o motor/gerador de APU 78, 84 para produzir a quantidade de energia solicitada ao ajustar as configurações de motor e gerador; e G) Enviar a resposta aos controladores de locomotiva indicando o novo nível de energia sendo fornecido.

[00100] Conforme seria entendido por aquele com habilidade na técnica, outras solicitações e respostas podem ser adicionadas ao controlador de APU 70 sem desviar do escopo desta invenção.

[00101] O controlador de APU 70 também presta serviços de indicações de falha, a partir dos sensores de falha diretamente conectados ao controlador de APU 70 ou a partir das notificações recebidas através da interface comum de controle 72. Após receber uma indicação de falha, o controlador de APU 70 determina a natureza da falha e sua resposta esperada. A lista de falhas e respostas esperadas é preferivelmente armazenada em uma memória de configuração do controlador de APU 70. Uma lista exemplar de falhas e de suas respostas é fornecida abaixo:

[00102] Interface de controle perdida ao controlador de locomotiva: O controlador de APU 70 implanta perda transitória e estendida da conexão de controle entre o APU 50 e o controlador de locomotiva. Quando uma perda ou corrupção do sinal é detectada pelo controlador de APU 70, o controlador de APU 70 verifica seus sensores de falha para determinar se uma ou mais falhas tiverem sido detectadas nas conexões entre o APU 50 e a locomotiva. Se não, o controlador de APU 70 verifica a retomada do sinal dentro de um limite de tempo especificado por um limite de configuração na memória de controlador de APU 98. O controlador de APU 70 pode opcionalmente transmitir uma ou mais mensagens ao controlador de locomotiva informando-o da perda de sinal. Se o sinal não for restaurado dentro do limite de tempo especificado, o controlador de APU 70 implanta uma cessação imediata do fornecimento de energia na interface de energia 94 correspondente ao controlador de locomotiva para o qual os sinais de controle foram perdidos, e então implanta um comando de energia para parar a geração de energia para tal locomotiva. Uma realização exemplar descrevendo como a energia é removida a partir da interface de energia 94, ver manuseio de “falha de interface de energia” abaixo. O controlador de APU 70 também pode transmitir ao controlador de locomotiva as informações operacionais ou de status indicando sua alteração na geração de energia.

[00103] Falha de interface de energia: O controlador de APU 70 implanta ambas uma desconexão imediata do APU 50 a partir da locomotiva conectada à interface de energia 94, e também implanta um comando de energia para parar a geração de energia para tal locomotiva correspondente à interface de energia 94 e ao alterar as configurações nos componentes de gestor elétrico 86 com a finalidade de rapidamente remover a corrente a partir da interface de energia 94. Por exemplo, o controlador de APU 70 pode logicamente controlar a comutação 88 para desconectar a energia entre o APU 50 e a locomotiva. Alternativamente, o controlador de APU 70 pode controlar o regulador 90 para não fornecer energia à interface de energia 94. As instruções de controle enviadas aos componentes de gestor elétrico variarão dependendo dos tipos de componentes e seu tempo de resposta e capacidade de operar ao transportar uma carga de corrente total. Por exemplo, o controlador de APU 70 pode ajustar o regulador 90 para reduzir o fluxo de corrente, e então desconectar usando o comutador 88, ou pode simplesmente abrir o comutador 88 dependendo da quantidade de corrente fluindo no momento. Adicionalmente, o controlador de APU 70 pode configurar o gerador 84 para rapidamente descontinuar a produção de energia ao ativar os recursos de remoção de energia rápida do gerador 84. A ordem e natureza precisas do componente controlando pelo controlador de APU 70 podem ser ajustadas sem desviar do escopo da invenção, e são ditados pela quantidade de energia atualmente sendo fornecida, o número de locomotivas para as quais a energia está sendo fornecida, e as limitações da comutação de energia e do hardware de regulação usado. O controlador de APU 70 também pode transmitir ao controlador de locomotiva as informações operacionais ou de status indicando sua alteração na geração de energia.

[00104] Falha do equipamento: O controlador de APU 70 recebe essa falha se uma peça de equipamento no APU 50 não funcionar ou deixar de operar. Esses tipos de falhas podem incluir a falha de ventoinha de resfriamento, falhas de interface de combustível, falhas de interface de energia e semelhantes. O controlador de APU 70 determina, com base em uma tabela de equipamento e tipo de falha, uma ou mais respostas apropriadas a partir do seguinte: A) Desligar o APU 50; B) Remover o equipamento em falha do uso (e remover tal parte da funcionalidade do APU); C) Notificar um ou mais controladores de locomotiva da falha (e quaisquer novos valores de configuração ou controle, tais como, a quantidade de energia disponível); D) Registrar a falha na memória de controlador de APU 98; E) Recalcular os gráficos de combustível e eficiência de energia e valores disponíveis de energia e atualizar os valores armazenados na memória de controlador de APU 98; F) Reduzir a quantidade de energia fornecida para uma ou mais interfaces de energia; e G) Não tomar nenhuma medida, conforme os exemplos. Cada uma dessas medidas pode conversor em uma ou mais solicitações de APU que são processadas pelo controlador de APU 70.

[00105] Em um exemplo, ao receber um sinal de desconexão, o controlador de APU 70 é configurado para iniciar um protocolo de desligamento para o conjunto de gerador de motor auxiliar 82. O protocolo de desligamento pode logicamente desconectar todas as interfaces de energia (conforme acima descrito), parar a geração de energia ao instruir o gerador para parar a produção de energia, inclui o conjunto de gerador de motor auxiliar de manobra 82 dentro de um período de tempo muito curto após detectar a desconexão, tal como, por exemplo, aproximadamente 10 milissegundos, e desligar o conjunto de gerador de motor auxiliar 82.

[00106] Em alguns casos, as falhas registradas pelo controlador de APU 70 são operacionais por natureza, tais como, painel de controle sendo aberto ou uma conexão/desconexão ocorrendo em uma interface que não está atualmente em uso. Nesses casos, as ações do controlador de APU 70 podem incluir: registrar a falha, não tomar nenhuma medida, enviar uma notificação via uma interface comum de controle 72.

[00107] O controlador de APU 70 também manuseio outros aspectos operacionais do APU 50. Alguns desses aspectos e o manuseio do controlador de APU 70 dos mesmos são abaixo descritos.

[00108] Ao operar com as montagens de combustível removíveis 52, o APU 50 pode receber as notificações de montagem de combustível sendo adicionadas ou removidas do APU 50. Quando uma nova montagem de combustível é adicionada a uma configuração de APU, o controlador de APU 70 comunica-se com a montagem de combustível usando a interface de controle 72 para determinar as informações de montagem de combustível, incluindo ID, tipo de combustível, quantidade de combustível e outros parâmetros. O controlador de APU 70 então armazena tais informações na memória de controlador de APU 98. O controlador de APU 70 então recalcula os parâmetros operacionais com base nas informações de combustível e atualiza seus gráficos operacionais para representar a operação usando o combustível na montagem de combustível 52.

[00109] O controlador de APU 72 realiza os cálculos de custo de energia quando os fatores relacionados ao custo de fornecer as alterações de energia. Em uma realização, o cálculo de custo de energia é um cálculo com base no custo do combustível e um fator de conversão indicativo da eficiência da fonte de energia de conversor uma unidade de combustível em energia (p.ex., quilowatts por galão). Os cálculos também podem utilizar o conteúdo de energia do combustível fornecido. Em algumas realizações, os cálculos produzem um valor escalar. Em outros, eles produzem um n-dimensional com base em uma ou mais métricas de desempenho de motor (p.ex., quantidade de energia produzida, RPM de motor, voltagens de excitação de gerador, uma ou mais métricas relacionadas ao combustível sendo usado (preço de combustível, conteúdo de energia do combustível), e uma ou mais métricas relacionadas às condições operacionais (p.ex., temperatura, pressão do ar). Os resultados desses cálculos são armazenados no módulo de memória 98 de APU 50 para uso adicional.

[00110] O APU 50 pode precisar comutar uma fonte de combustível/ montagens de combustível conforme uma primeira montagem de combustível 52 se torna vazia. Se o APU 50 puder ser deligado, isso é um processo simples de fechar a válvula 68 para a primeira montagem de combustível 52 e abrir a válvula 68 para a segunda montagem de combustível 52. A operação é mais complexa quando a comutação deve ocorrer “instantaneamente”, e ainda mais particularmente quando os tanques de pressão 60 das montagens de combustível 52 mantêm os diferentes combustíveis e diferentes parâmetros operacionais de motor são associados ao uso de cada tipo de combustíveis mais eficientemente. Neste caso, o controlador de APU 70 abre a válvula 68 correspondente a ambos os tanques de pressão 60 simultaneamente, permitindo aos combustíveis misturarem no coletor comum 238. O controlador de APU 70 então ajusta o regulador de pressão 80 e parâmetros de motor para queimar a mistura de combustíveis. Após o motor 78 tiver estabilizado na mistura de combustíveis, a válvula 68 no primeiro tanque está fechada e o regulador de pressão 80 e parâmetros de motor são novamente reiniciados para idealmente queimar o combustível a partir do segundo tanque. Um procedimento semelhante pode ser usado para transição entre os tanques quando um primeiro tanque está ficando sem combustível.

[00111] Um aspecto do APU 50 com múltiplas montagens de combustível intercambiáveis 52 é que as montagens de combustível 52 podem ser alteradas “simultaneamente” enquanto o APU 50 ainda é operacional. Isso é realizado pelo seguinte processo: A) O controlador de APU 70 muda o uso do combustível para a montagem de combustível 52 que não está sendo alterada e fecha a válvula 68 na montagem de combustível a ser alterada; B) O cabeamento de controle e as mangueiras de combustível são desconectados (o controlador de APU 70 reconhece a desconexão, porém não toma nenhuma medida devido ao tanque já ser logicamente desconectado a partir do APU 50); C) A montagem de combustível 52 é desanexada a partir do APU 50, e então fisicamente removida a partir do APU 50, uma nova montagem de combustível é anexada ao APU 50 em seu lugar, e o combustível e linhas de controle anexadas; D) o controlador de APU 70 reconhece que uma nova montagem de combustível está anexada, e realiza o processo de “nova montagem de combustível” acima descrito.

[00112] As alterações nas condições operacionais, as montagens de combustível, status de equipamento e itens relacionados ocasionalmente fazem com que o controlador de APU 70 recalcule seus parâmetros de controle. Por exemplo, se diferentes configurações forem necessárias para o motor 78 atingir um nível específico de energia, o controlador de APU 70 está ciente disso a partir do monitoramento do desempenho de motor vs. saída de energia. Se a diferença for superior do que um conjunto de limite na memória de controlador de APU 98, o controlador de APU 70 calcula os novos parâmetros operacionais e recalcula seus gráficos de desempenho. Após armazenar esses novos parâmetros e gráficos, ele notifica quaisquer controladores de locomotiva anexados dos novos parâmetros e gráficos.

[00113] De modo semelhante, o controlador de APU 70 se altera, tal como a alteração nos parâmetros de controle, o combustível disponível ou atualmente usado pode resultar em custos totais diferentes de energia produzida pelo APU 50. Nessas circunstâncias, o APU 50 recalcula seus gráficos de custo de energia e custo de energia, e armazena-os na memória de controlador de APU 98, e então notifica quaisquer controladores de locomotiva conectados ao APU 50 das alterações no custo de energia.

[00114] A descrição acima fornece um APU autônomo que pode fornecer a energia auxiliar para uma ou mais locomotivas ao receber comandos a partir do controlador de locomotiva de cada locomotiva. Um APU que é capaz de tomar determinadas medidas autonomamente descarrega o trabalho do controlador de locomotiva, permite a um APU fornecer energia para múltiplas locomotivas independentemente, manuseia determinadas condições de falha que o controlador de locomotiva não pode manusear, e geralmente melhora as características de segurança e operacionais de fornecer energia aos barramentos de energia de locomotiva.

[00115] O tempo de resposta para determinadas falhas ao fornecer energia entre os vagões é um fator chave para a segurança operacional. Por exemplo, um cabo de energia cortado energizado com 1Mw de energia é perigoso para o equipamento férreo, operadores de locomotiva e pessoas próximas. De modo semelhante, a gestão automatizada de conexão e válvula das linhas de entradas de combustível ao comutar as fontes de combustível também é importante. Por fim, reconhecer as falhas específicas de APU e as condições operacionais em tempo suficiente para reagir e mitigar quaisquer questões operacionais que surgem deixa o APU operar dentro do controlador de locomotiva tendo conhecimento detalhado dos trabalhos internos de APU. O controlador de APU tipicamente precisa responder à alteração nas condições operacionais muito rapidamente (p.ex., dentro de 10 mseg., 100 mseg., 1 seg., ou 10 seg., dependendo do tipo de alteração). Por exemplo, as falhas de terra e falhas de desconexão (quando a interface de energia é energizada) devem ser respondidas para rapidamente retirar a energia do barramento de energia. De modo semelhante, as falhas do sistema de combustível devem ser respondidas para rapidamente impedir os vazamentos de combustível. Outras questões operacionais, tais como, as quantidades de combustível cruzando um limite inferior, temperatura de chassis ou alarmes, por exemplo, podem ser manuseadas mais lentamente.Ainda outras operações, particularmente aquelas que exigem as interações de comunicações com as montagens de combustível ou cálculos prolongados, podem concluir em 10 ou mais segundos.

[00116] Um aspecto importante do manuseio do controlador de APU é o tempo de resposta para as solicitações de controlador de locomotiva. Os controladores de locomotiva operam em loops de controle de duração muito curta, e o tempo de resposta dos APUs para as solicitações de controlador de locomotiva é importante para a operação com êxito de um controle de locomotiva com um APU autônomo. De modo correspondente, o controlador de APU deve fornecer os tempos de resposta para as solicitações recebidas a partir dos controladores de locomotiva dentro de uma quantidade de tempo definida por configuração (varia dependendo do controlador de locomotiva) ou ser considerado não responsivo. Um controlador de APU não responsivo seria considerado uma condição de falha pelo controlador de locomotiva e ser manuseado de modo correspondente. Algumas solicitações de controlador de locomotiva podem conter uma indicação que a solicitação deve ser manuseada rapidamente, tal como, solicitações de remoção de energia sendo geradas em conjunto com o deslocamento de roda ou eventos de falha.

[00117] Com referência agora à figura 4, um trem de locomotiva ou arranjo de locomotiva 110 é ilustrado que inclui uma locomotiva de conjunto de gerador 112 acoplada à montagem de unidade de energia auxiliar 48 descrita com relação às FIGS. 2 e 3. Conforme mostrado, a locomotiva de conjunto de gerador 112 inclui um controlador primário de locomotiva 114 que gerencia múltiplos conjuntos de gerador de motor de locomotiva 116 que operam em resposta aos comandos recebidos a partir do controlador primário de locomotiva 114. Enquanto a locomotiva de conjunto de gerador 112 é ilustrada como as incluindo dois conjuntos de gerador de motor de locomotiva 116, a locomotiva de conjunto de gerador 112 pode incluir conjuntos adicionais de gerador de motor de locomotiva de acordo com diversas realizações. Além disso, de acordo com uma realização alternativa, o arranjo de locomotiva 110 pode ser configurada com uma locomotiva tendo um único conjunto de gerador de motor.

[00118] Cada conjunto de gerador de motor de locomotiva 116 inclui um respectivo motor 118, gerador 120 e sistema de sensor 122. Os geradores 120 produzem eletricidade para entrega a um barramento de tração de locomotiva 124 e um barramento de energia auxiliar 126. Os geradores 120 são configurados para conversor a energia mecânica fornecida pelos motores 118 em uma forma aceitável para um ou mais motores de tração 128 (tipo de DC ou AC) configurados para acionar a pluralidade dos eixos acoplados às rodas de acionamento 130 da locomotiva 112, e para fornecer a energia DC ou AC ao respectivo barramento de energia auxiliar 126.

[00119] A locomotiva 112 também inclui uma partida de motor e controle de parada 132 que realiza a interface com o controlador primário de locomotiva 114 e é ligada aos conjuntos de gerador de motor de locomotiva 116 para iniciar sua operação e terminar sua operação. A partida de motor e controle de parada 132 independentemente controla cada conjunto de gerador de motor de locomotiva 116. Os sensores 116 de cada conjunto de gerador de motor de locomotiva 116 fornecem informações ao controlador primário de locomotiva 114 referente ao status e/ou operação de cada conjunto de gerador de motor de locomotiva 116 (p.ex., diversos parâmetros dos motores 118, tais como, rpms, saída de energia operacional, temperatura e outros parâmetros operacionais de motor).

[00120] Em algumas realizações, um ou mais conjuntos de gerador de motor de locomotiva 116 são operados em resposta a um sensor de entrada de posição de acelerador 134 (ou um sensor de rpm) que indica a posição do acelerador como controlado pelo operador em uma interface de operador 136. A interface de operador 136 também pode incluir uma entrada de partida de motor de operador opcional 138 (mostrada em fantasma) onde o operador pode direta ou indiretamente instruir o controlador primário de locomotiva 114 (p.ex., via um teclado (não mostrado)) com relação à operação dos motores 118 ou término da operação dos motores 118.

[00121] A correlação entre o RPM de motor (ou configuração de acelerador) e a quantidade de eletricidade gerada é armazenada dentro do controlador primário de locomotiva 114. Os sensores de energia 140 no barramento de tração de locomotiva 124 e barramento de energia auxiliar 126 fornecem informações ao controlador primário de locomotiva 114 na quantidade de energia efetivamente sendo fornecida nos barramentos 124, 126. O controlador primário de locomotiva 114 gerencia a quantidade de energia presente nos barramentos 124, 126 ao ajustar o RPM de motor e excitação de gerador (ao alterar a voltagem de controle) e ao medir a quantidade de energia presente nos diversos barramentos 124, 126 usando os sensores de energia 140. O controlador primário de locomotiva 114 também calcula e gerencia a localização da locomotiva e necessidades antecipadas de energia.

[00122] A locomotiva de conjunto de gerador 112 é conectada ao APU 50 do arranjo de unidade de energia auxiliar 48 por meio de inúmeros cabos de energia 142 e cabos de controle 100. O número de cabos de controle 100 é determinado com base nas especificações de design para a amperagem e interconexão entre a locomotiva 112, APU 50 e montagens de combustível 52. Em algumas realizações, o controlador de locomotiva 114 fornece as instruções de controle de APU em uma interface de controle dedicada de APU. Em uma realização preferida, essa interface fornece a sinalização que é resistente à interferência eletromagnética (EMI) (p.ex., CANbus). Em outras realizações, os cabos de controle 100 podem incluir conversores (acima descritos) que convertem as voltagens de controle de motor de controlador de locomotiva (p.ex., RPM, excitação de gerador) para/do meio de sinalização resistente a EMI. Em outras realizações, os cabos de controle 100 podem incluir os conversores (não mostrados) para converter as voltagens de controle de motor de controlador de locomotiva (p.ex., RPM, excitação de gerador) para as instruções de controlador de APU. Esses conversores podem ser implantados individualmente ou em série conforme desejado para fornecer um caminho de sinalização entre o controlador de locomotiva 114 e interface de controle de APU 72. Enquanto o APU 50 é ilustrado na figura 4 como sendo conectado a uma única locomotiva de conjunto de gerador 112, aquele com habilidade na técnica reconhecerá que o APU 50 pode ser acoplado às múltiplas locomotivas via os respectivos conjuntos de energia e cabos de controle.

[00123] De acordo com uma realização, pelo menos um do controlador de APU 70 e controlador primário de locomotiva 114 é configurado para detectar uma falha na transmissão de energia e/ou comandos de controle através dos cabos de controle 100. Mediante a detecção da falha, o controlador primário de locomotiva 114 pode ser configurado para tomar uma ou mais medidas em resposta à condição de falha. Se a condição de falha estiver na conexão de cabo de controle 100 entre o controlador de locomotiva 114 e APU 50, as medidas exemplares podem incluir: novamente enviar um ou mais dos comandos de energia e/ou controle ao APU 50, enviar um comando de status ao APU 50, ler um ou mais sensores e realizar uma determinação da gravidade da condição de falha, alertar o operador da locomotiva através de um display ou dispositivo de alerta (p.ex., luz, sinal de alarme). Outras medidas podem ser programadas no controlador de locomotiva 114 em resposta às falhas de comunicação entre o controlador de locomotiva e APU 50 conforme seria entendido por aqueles com habilidade na técnica. Alternativamente, ou além disso, o controlador primário de locomotiva 114 pode ser programado para modificar um comando de energia previamente enviado mediante detecção da falha, ou para definir o APU 50 para um status “indisponível” e realocar as exigências de energia alocadas ao APU 50 para outro motor/geradores. Por exemplo, se o APU 50 estiver mostrando uma falha de conexão em seu circuito de comando e não estiver fornecendo energia ao barramento de energia 124 conforme indicado pelos sensores de barramento de energia 140, o controlador de locomotiva 114 pode decidir que o APU 50 não está mais funcionando e realocar as exigências de energia alocadas ao APU 50 para um motor/gerador primário de locomotiva 116, fazendo com que ele aumente seus RPMs e voltagens de excitação de alternador com a finalidade de fornecer a energia faltante ao barramento de energia.

[00124] Em algumas instâncias, o controlador de locomotiva 114 está esperando uma resposta a partir do controlador de APU 70 que não é recebida, ou está recebendo em uma forma imprestável. Neste caso, o controlador de locomotiva 114 pode tomar uma ou mais medidas para responder a resposta faltante. Por exemplo, essas medidas podem incluir todos ou quaisquer dos seguintes: enviar novamente um ou mais dos comandos de energia e/ou controle ao APU 50; enviar um comando de status ao APU 50; ler um ou mais sensores e realizar uma determinação da gravidade da condição de falha; alertar o operador de status usando um display ou dispositivo de alerta (p.ex., luz, sinal de alarme). Outras medidas podem ser programadas no controlador de locomotiva 114 em resposta às falhas de comunicações entre o controlador de locomotiva 114 e APU 70 conforme seria entendido por aqueles com habilidade na técnica.

[00125] Em outras instâncias, o controlador de locomotiva 114 pode receber as notificações a partir do controlador de APU 70 de modo assíncrono. Essas notificações podem compreender as notificações de evento ou alerta, ou podem simplesmente compreender as informações fornecidas pelo controlador de APU 70 que o controlador de locomotiva 114 pode considerar ao gerenciar o trem de locomotiva 110. As medidas tomadas pelo controlador de locomotiva 114 em resposta a essas notificações podem incluir todos ou quaisquer dos seguintes: não realizar nada, enviar um comando ao controlador de APU 70 solicitando informações adicionais sobre as memórias de controlador de APU 98; processar as informações recebidas como uma indicação de falha ou como uma notificação de conexão; processar as informações recebidas como uma leitura de sensor relacionada à operação de APU; armazenar as informações recebidas na memória do controlador de locomotiva 146 para uso durante os cálculos de custo de energia; armazenar as informações recebidas na memória do controlador de locomotiva 146 para uso nos cálculos subsequentes de alocação de energia; recalcular o custo de energia fornecida pelo APU 50 para uso nas decisões de alocação de energia; realocar a alocação de energia ao APU 50; e comandar o APU 50 para fornecer uma diferente quantidade de energia ao barramento de energia de locomotiva 124. Outras medidas podem ser programadas no controlador de locomotiva 114 em resposta às notificações recebidas pelo controlador de locomotiva 114 a partir do APU 50 conforme seria entendido por aqueles com habilidade na técnica.

[00126] Em operação, o controlador primário de locomotiva 114 transmite os sinais de solicitação de energia ao controlador de APU 70 via os cabos de controle 142. Responsivo ao recebimento dos sinais de solicitação de energia, o controlador de APU 70 seletivamente controla o conjunto de gerador de motor auxiliar 82 para produzir uma quantidade desejada de energia. A energia produzida pelo conjunto de gerador de motor auxiliar de APU 82 é então transmitida ao barramento de tração de locomotiva 124 via os cabos de energia 142.

[00127] Enquanto o arranjo de unidade de energia auxiliar 48 é ilustrada na figura 4 como sendo diretamente conectada à locomotiva de conjunto de gerador 112, a distância entre o arranjo de unidade de energia auxiliar 48 e locomotiva de conjunto de gerador 112 pode variar muito com a adição de locomotivas adicionais e/ou montagens adicionais de unidade de energia auxiliar ao trem de locomotiva 110. Dependendo do comprimento de percurso do comando de energia entre o controlador primário de locomotiva 114 e o controlador de APU 70, determinada quantidade da queda de voltagem ocorrerá no comando de energia causando uma degradação de sinal do comando de energia originalmente transmitido. De acordo com uma realização da invenção, o controlador de APU 70 é configurado para identificar uma quantidade de degradação de sinal no comando de energia recebido a partir do controlador primário de locomotiva 114 e ajustar o comando de energia para contabilizar a degradação de sinal identificada. O controlador de APU 70 então usa o comando de energia ajustado para seletivamente controlar o conjunto de gerador de motor auxiliar 82. Em uma realização, o controlador de APU 70 determina um comprimento de percurso do comando de energia com base em um comprimento de cabo armazenado no módulo de memória 98 (figura 3). Alternativamente, o controlador de APU 70 pode ser configurado para determinar um comprimento de percurso do comando de energia ao transmitir um sinal através dos cabos de controle 100 semelhantes à técnica usada por um refletômetro de domínio de tempo. Em uma realização, o controlador de APU 70 inclui um amplificador de sinal opcional 102 (mostrado em fantasma na figura 3), que amplifica o comando de energia recebido pela unidade de energia auxiliar 50 para contabilizar a degradação de sinal.

[00128] As unidades de APU 50 fornecem as informações de identificação ao controlador primário de locomotiva 114 via a interface de controle 72. Essas informações de identificação incluem as informações de identificação a partir do módulo de memória 98 do APU 50, bem como, as informações de identificação a partir do módulo de memória 206 das montagens de combustível 52 acopladas ao APU 50. Conforme acima descrito com relação às FIGS. 3 e 7, as informações de identificação armazenadas dentro dos módulos de memória 206, 98 podem incluir uma configuração de equipamento do APU 50 e um custo do combustível dentro da montagem de combustível 52 conforme os exemplos. Com base nas informações de identificação recebidas a partir do APU 50 e uma demanda de energia total atual da locomotiva de conjunto de gerador 112, o controlador primário de locomotiva 114 realiza uma determinação de como alocar a geração de energia entre os conjuntos de gerador de motor de locomotiva 116 e unidade de energia auxiliar 50. De acordo com uma realização, o APU 50 é programado para periodicamente transmitir as informações de identificação ao controlador primário de locomotiva 114, tal como, por exemplo, (como uma notificação) em intervalos pré- definidos de tempo.

[00129] De acordo com uma realização, o controlador primário de locomotiva 114 também está em comunicação com uma ou mais montagens de combustível 52, que fornecem o combustível gasoso para um ou mais dos motores de locomotiva 78 e/ou APU 50. As montagens de combustível 52 também fornecem as informações de sensor referentes ao estado de combustível, tipo de combustível e custos de combustível ao controlador primário de locomotiva 114.

[00130] Conforme mostrado na figura 4, um sensor de desconexão 144 é acoplado aos cabos de energia 142, que eletricamente conectam a locomotiva de conjunto de gerador 112 e APU 50. O sensor de desconexão 144 é configurado para monitorar um status de conexão do conjunto de gerador de motor auxiliar 82 com o barramento de tração de locomotiva 124. Caso um desacoplamento ocorra entre a locomotiva de conjunto de gerador 112 e vagão 56 e/ou uma desconexão ocorra entre os cabos de energia 142 e o barramento de tração de locomotiva 124, o sensor de desconexão 144 transmitirá um sinal de alerta para pelo menos um do controlador de APU 70 e controlador de locomotiva 114 indicando a desconexão.

[00131] De acordo com uma realização, o controlador primário de locomotiva 114 é um controlador de locomotiva tradicional que foi modificado para permitir que ele reconheça e comunique-se com o APU 50 e montagens de combustível 52. Uma primeira modificação é para o controlador primário de locomotiva 114 reconhecer que uma ou mais de suas fontes de energia podem estar presentes intermitentemente, ter diferentes informações de identificação a cada momento em que é conectado, pode ter diferentes características operacionais de tempos em tempos e pode fornecer energia em um custo diferente que o(s) motor/gerador(s) primário(s) 116 nos chassis de locomotiva.

[00132] O controlador de locomotiva 114 pode reconhecer que algo está conectado a sua linha de controle com base na presença ou ausência de voltagem, corrente ou capacitância na linha. Ao reconhecer a conexão de um novo dispositivo na linha de controle de locomotiva (e a conexão dos circuitos de energia e controle ou cabos), o controlador de locomotiva 114 empreende as seguintes etapas para determinar as informações sobre o APU 50: A) Comunicar-se com o dispositivo para determinar se a conexão indicada era para um APU, uma montagem de combustível ou algum outro dispositivo, e se o dispositivo não for um APU ou montagem de combustível, o controlador de locomotiva 114 toma uma medida consistente com um manuseio de falha (conforme acima descrito); B) O controlador de locomotiva 114 envia um comando ao dispositivo para determinar as informações de identificação de dispositivo e recebe uma resposta, e se uma resposta não for recebida, ela é manuseada conforme acima descrito; C) O controlador de locomotiva 114 opcionalmente envia os comandos adicionais ao dispositivo e recebe as respostas adicionais a partir do dispositivo para determinar as informações adicionais sobre o dispositivo, ou consulta as informações sobre o dispositivo, em uma memória local ou a partir de um computador remoto, para determinar as informações adicionais, D) O controlador de locomotiva 114 armazena as informações recebidas na memória 146 para uso subsequente; e E) Com base no tipo de dispositivo conectado, o controlador de locomotiva 114 toma as medidas adicionais selecionadas a partir do conjunto de medidas: realizar os cálculos de custo de energia, realizar a alocação de energia, enviar um comando de energia ao APU 50 e selecionar uma montagem de combustível.

[00133] O controlador de locomotiva 114 realiza os cálculos de custo de energia conforme o custo de fornecer energia se altera. Em uma realização, o cálculo de custo de energia é um valor escalar fornecido por um dispositivo externo, um cálculo com base no custo de combustível e um fator de conversão indicativo da eficiência de fonte de energia de converter uma unidade de combustível em energia (p.ex., quilowatts por galão). Os cálculos também podem utilizar o conteúdo de energia do combustível fornecido. Em algumas realizações, os cálculos produzem um valor escalar. Em outros, os cálculos produzem um n-dimensional com base em uma ou mais métricas de desempenho de motor (p.ex., quantidade de energia produzida, RPM de motor, voltagens de excitação de gerador, uma ou mais métricas relacionadas ao combustível sendo usado (preço do combustível, conteúdo de energia do combustível), e uma ou mais métricas relacionadas às condições operacionais (p.ex., temperatura, pressão de ar). Os resultados desses cálculos são armazenados na memória do controlador de locomotiva 146 para uso adicional.

[00134] O controlador de locomotiva 114 envia um comando de energia ao controlador de APU 70 instruindo-o para fornecer uma quantidade de energia específica ao barramento de energia. Opcionalmente, este comando de energia pode incluir uma indicação que o comando de energia deve ser realizado rapidamente, tal como, quando o controlador de locomotiva 114 está processando o deslocamento de roda ou falhas. O envio de comando de energia ao controlador de APU 70 tipicamente difere das voltagens normais de controle de motor de modo que especifica uma quantidade de energia (corrente e voltagem) para fornecer devido ao controlador de locomotiva 114 estar geralmente inconsciente das configurações de fonte de energia associadas ao fornecimento de uma quantidade desejada de energia. Devido ao controlador de locomotiva 114 não estar ciente dessas permissões de configurações, o controlador de locomotiva 114 pode interoperar com os APUs 50 usando fontes de energia diferentes. Isso fornece uma vantagem operacional significativa.

[00135] Após o controlador de locomotiva 114 enviar um comando de energia ao controlador de APU 70, o controlador de APU 70 responde ao controlador de locomotiva 114 de diversos modos. Primeiro, o controlador de APU 70 responde ao comando de energia com uma resposta na conexão de cabo de controle 100 ao controlador de locomotiva solicitante 114. Se o controlador de locomotiva 114 não receber a resposta dentro de um cronograma determinado de configuração, o controlador de locomotiva 114 toma medida corretiva conforme acima descrito para a resposta perdida. Segundo, o controlador de locomotiva 114 monitora os sensores 140 no barramento de energia 124 para determinar se o APU 50 forneceu a energia solicitada. Se a energia solicitada não aparecer no barramento de energia 124 dentro de uma configuração determinada, ou cronograma dinamicamente determinado, o controlador de locomotiva 114 manuseia essa falha para responder como uma falha (conforme acima descrito).

[00136] Um aspecto do controlador de locomotiva 114 é para gerenciar o trem de locomotiva 110 com relação às emissões gerais produzidas. Os APUs 50 podem fornecer ao controlador de locomotiva 114 as informações (gráficos ou métricas escalares) que representam as emissões produzidas ou com relação às emissões produzidas por cada motor. O APU 50 sob as condições operacionais específicas. Com a finalidade de obter os níveis de emissões que seguem dentro de determinados limites ou que melhores correspondem a determinados objetivos alvo, o controlador de locomotiva 114 pode determinar que o APU 50 deve operar usando determinado equilíbrio de um combustível em preferência ao outro (p.ex., gás natural conforme oposto ao gás de síntese), ou para usar determinada mistura de dois combustíveis em uma escala de tempo específico. Por exemplo, uma locomotiva pode não ser capaz de atingir a gestão desejada de ambas as emissões de NOx e matéria particulada em determinada distância ou tempo ao usar o gás natural 100% do tempo. O controlador de locomotiva 114 realiza essa determinação com base em cálculos de nível superior com base parcialmente no perfil de emissões das fontes de energia disponíveis ao controlador de locomotiva 114, seu perfil de emissões sob as condições particulares de carga, combustíveis disponíveis e o local da locomotiva 112 e suas condições projetadas de carga. O controlador de locomotiva 114, ao realizar esses cálculos, adiciona as etapas de enviar uma solicitação para um ou mais do APU 50, as montagens de combustível 52 determinam os tipos de combustível e perfis de emissões para solicitações de energia ao APU 50. O controlador de locomotiva 114 recebe as informações solicitadas, armazena-as na memória 146 e então calcula os perfis de emissões. Assim que os perfis de emissões são calculados, o controlador de locomotiva 114 realiza uma determinação referente aos combustíveis para alocações de uso e energia, e instrui o APU 50 e/ou montagens de combustível 52 adequadamente.

[00137] O controlador de locomotiva ativado por energia auxiliar 114, sendo um controlador de locomotiva do estilo de conjunto de gerador, é capaz de realizar alocações de energia entre as fontes de energia. A diferença é aquela que o controlador de locomotiva ativado por energia auxiliar 114 é capaz de determinar se um APU 50 é conectado e, se sim, usar o APU 50 como uma das fontes de energia disponíveis.

[00138] O controlador primário de locomotiva 114 é acoplado a um módulo de memória 146 dentro do qual está armazenado seu custo atual de produzir energia usando a energia padrão. Os custos atuais de produzir energia podem ser um número exclusivo, ou podem ser uma sequência de números armazenada em uma tabela com base no RPM de motor. Em uma realização, o módulo de memória 146 também armazena um do combustível para motores de locomotiva 78. Este preço pode ser manual ou eletronicamente atualizado periodicamente. O controlador primário de locomotiva 114, usando esta tabela, e os RPMS conhecidos de motor, pode computar o custo de fornecer uma unidade de energia aos barramentos de tração e/ou energia auxiliar da locomotiva 124, 126. Esse custo é denominado o custo de geração interna.

[00139] Sabendo o custo atual de energia, o controlador primário de locomotiva 114 pode então buscar energia de custo inferior do APU 50 quando o APU 50 é capaz de fornecer energia para os barramentos de locomotiva 124, 126 nos custos abaixo do custo de geração interna. O controlador primário de locomotiva 114 lê o custo de energia atual a partir do controlador de APU 70, e compara o custo de geração interna ao preço fornecido pelo controlador de APU 70, e selecionar as configurações de acelerador de motor e energia de APU para obter energia a partir de pelo menos um da fonte de custo mais baixo e uma combinação de fontes cujos custos agregam-se ao custo total mais inferior. Em alguns casos, isso significa que o controlador primário de locomotiva 114 desativará os motores embutidos 78 e usará somente a energia produzida pelo APU 50. Em outros casos, o controlador primário de locomotiva 114 usará a energia gerada por tanto o APU 50 e motores embutidos 78. Em ainda outros casos, o controlador primário de locomotiva 114 deixará o APU 50 em ponto morto e usará somente a energia embutida produzida pelos conjuntos de gerador de motor auxiliar 82.

[00140] Em uma realização, o comando de energia transmitido pelo controlador primário de locomotiva 114 especificará uma quantidade de energia exigida e o APU 50 auto-configurará para fornecer tal quantidade de energia à locomotiva. Dessa forma, o APU 50 pode fornecer energia para múltiplas locomotivas, e executar em um nível superior de produção de energia suficiente para fornecer energia para duas locomotivas. O(s) regulador(es) de energia 90 no APU 50 pode(m) ser usado(s) para alocar energia entre as locomotivas neste caso. Em outras realizações, o comando de energia transmitido pelo controlador primário de locomotiva 114 pode especificar um ponto operacional desejado em um gráfico de desempenho do APU 50 ou um nível de energia desejado da energia de saída do APU 50.

[00141] Em uma otimização a este algoritmo, as vias férreas podem comprar a energia em volume de fornecedores de energia usando o APU 50 conforme acima descrito. Suas compras de energia podem ser reportadas pelo medidor 92 no APU 50. O controlador primário de locomotiva 114 pode interrogar o medidor 92 e determinar a quantidade de energia restante na compra atual em volume, e tomar suas decisões de alocação de energia com base pelo menos parcialmente na quantidade de energia previamente comprada. Isso é especialmente vantajoso quando as compras em volume são "usar ou perder ", e é vantajoso para o operador de locomotiva para usar toda a sua energia previamente comprada. Dependendo da realização, o algoritmo de otimização também pode incluir o aspecto que com o APU 50 operando, a energia geral disponível ao barramento de tração 124 pode ser superior do que com a(s) locomotiva(s) sozinha(s), e pode existir porções do caminho onde a energia superior tem valor para a via férrea e, portanto, é benéfico para o sistema reservar o combustível suficiente para tais porções do caminho. Como tal, o algoritmo está procurando diversos períodos de tempo para otimizar o valor da operação de APU, não simplesmente como o custo mínimo de energia agora.

[00142] Ao implantar essas operações, o controlador de locomotiva 114 inclui diversas etapas em sua rotina de controle principal. A rotina de controle principal é executada periódica pelo controlador de locomotiva 114. A rotina de controle principal monitora e reage às condições operacionais, tais como, deslocamento de roda, exigências de energia e disponibilidade, e realiza as alocações de energia. No exemplo abaixo estabelecido, a detecção da condição operacional do deslocamento de roda é descrita em detalhe. Entretanto, aquele com habilidade na técnica entenderá que outras condições operacionais processadas pelo controlador de locomotiva 114 durante esse loop de controle principal que inicia o ajuste na energia alocada ou fornecida pelo trem de locomotiva 110 seguem padrões operacionais semelhantes e podem ser implantadas sem desviar do escopo da invenção.

[00143] Quando o loop de controle do controlador de locomotiva inicia, ele verifica por falhas e trata as mesmas conforme descrito em qualquer local. O controlador de locomotiva 114 então verifica o deslocamento de roda, e ao detectar que o deslocamento de roda está ocorrendo, ele imediatamente realiza uma avaliação da gravidade do deslocamento de roda. Se o deslocamento de roda for grave, o controlador de locomotiva 114 instrui as fontes primárias de energia e as fontes de energia auxiliar atualmente fornecendo energia à locomotiva 112 para imediatamente reduzir a quantidade de energia fornecida à locomotiva 112 por uma quantidade proporcional à quantidade de deslocamento. A redução de energia pode ser feita através de todas as fontes de energia, ou pode ser seletivamente feita contra uma ou mais fontes de energia sem desviar do escopo da invenção. O controlador de locomotiva 114 diretamente configura seus geradores primários de motor 116 para efetuar essa redução de energia, e enviar uma mensagem de ajuste de energia ou controle de energia a uma fonte conectada de energia auxiliar (p.ex., APU 50). Em ambos os casos, a mensagem é marcada para rápida implantação pela fonte de energia auxiliar, causando rápida remoção de energia em conformidade com o comando. A seleção de uma mensagem de ajuste de energia ou controle de energia é feita pelo controlador de locomotiva 114 com base na quantidade de deslocamento de roda detectado; o deslocamento de roda leve a moderado pode indicar que um ajuste de energia de curto prazo é apropriado, e deslizamento de roda mais grave pode indicar que uma alteração na energia solicitada é necessária. Se o deslocamento de roda foi detectado, o controlador de locomotiva 114 reinicia o ciclo de controle para determinar se as falhas ou condições operacionais, tais como, deslocamento de roda, estão ocorrendo. Assim que as condições operacionais forem processadas, o controlador de locomotiva 114 verifica as mensagens a partir das fontes de energia auxiliar 50 ou montagens de combustível 52 que não foram processadas. Essas mensagens são processadas, e as informações armazenadas (p.ex., informações de ID, informações operacionais, etc.) sobre as fontes de energia e/ou montagens de combustível são atualizadas conforme exigido. Essas mensagens podem indicar uma alteração em uma fonte de energia conectada de modo removível 50 e/ou montagem de combustível 52, estado ou tipo de combustível, a quantidade de energia fornecida por uma fonte de energia auxiliar, um custo de energia fornecido, um gráfico atualizado ou outra alteração que o controlador de locomotiva 114 considera ao otimizar o desempenho do trem de locomotiva 110.

[00144] Se as informações de energia, combustível ou custo forem atualizadas, o controlador de locomotiva 114 então conduz uma série de interações com as fontes de energia e montagens de combustível para atualizar suas informações armazenadas aos valores atuais. O controlador de locomotiva 114 então recalcula quaisquer informações que ele armazenou com base nos valores armazenados atualizados.

[00145] Após concluir a atualização das informações armazenadas, o controlador de locomotiva 114 determina as informações exigidas para suportar o processo de alocação de energia. Essas informações incluem a quantidade de energia atual exigida pela locomotiva (com base nas configurações de grau de acelerador, cargas auxiliares, exigências de motor de tração, etc.), e determinam a quantidade de energia atual disponível ao totalizar a quantidade de energia que cada fonte de energia pode fornecer. Ele ainda determinar o custo de energia para cada fonte de energia, como uma métrica escalar ou como um gráfico de eficiência que descreve os custos de energia relativos à quantidade de energia fornecida, ou como uma métrica ou gráfico de eficiência com base no tipo/composição de combustível. Em alguns casos, o custo de combustível, métricas operacionais, tais como, temperatura ou pressão de ar e outras métricas são usados como entradas ao determinar o custo de energia. Outros parâmetros, tais como, fontes de energia solicitadas para produzir uma quantidade de energia mínima, também são coletados. Em uma realização, essas informações podem incluir informações de cronograma de emissões e ou manutenção sobre cada uma das fontes de energia.

[00146] O controlador de locomotiva 114 então verifica para determinar se a energia fornecida à locomotiva 112 está dentro de uma tolerância especificada de configuração da energia exigida para operar a locomotiva. Se a energia exigida e a energia fornecida estiverem fora da tolerância, ou um dos parâmetros de custo de energia se alterar, o controlador de locomotiva 114 realiza uma alocação de energia entre as fontes de energia, dividindo a exigência de energia da locomotiva entre as fontes de energia disponíveis, tais como, por exemplo, os conjuntos de gerador de motor de locomotiva 116 e as fontes de energia auxiliar, tais como, APU 50. Em uma realização, a alocação de energia é realizada de um modo para minimizar o custo total de energia utilizada pela locomotiva, usando o custo de energia e quantidades mínimas/máximas de energia produzidas para cada fonte de energia como entrada. Em algumas realizações, o custo de energia é um gráfico que representa o custo de energia variável com base na quantidade de energia fornecida. O controlador de locomotiva 114 encontra o custo total mínimo com base na quantidade de energia solicitada, e define as fontes primárias de energia (p.ex., define excitação de gerador e RPMs) e envia as solicitações às fontes de energia auxiliar para fornecer a quantidade desejada de energia.

[00147] Os algoritmos de alocação de energia podem ser muito complexos, e podem incluir a localização de corrente, exigências antecipadas de energia e outros fatores no algoritmo de alocação. Em algumas realizações, a alocação de energia pode ser simplificada para usar os custos de combustível como o fator de alocação. Por exemplo, quando a diferença entre os preços de combustível de diesel e gás natural excede determinado nível, o combustível com preço inferior sempre é menos dispendioso para operar. De modo semelhante, se os combustíveis específicos estiverem disponíveis, pode ser mais eficiente operar com tais combustíveis. Os resultados do processo de alocação de energia são armazenados na memória do controlador de locomotiva 146 para uso subsequente.

[00148] O controlador de locomotiva 114, tendo o trem de locomotiva configurado 110 para operar com uma fonte específica e quantidades de energia então monitora a energia fornecida por cada fonte de energia para determinar se a quantidade de energia sendo fornecida está em conformidade com as configurações, e realiza ajustes às configurações de fonte de energia conforme necessário para manter as quantidade de energia fornecidas à locomotiva em linha com as exigências de energia. O loop de controle então repete em um intervalo periódico.

[00149] Nas aplicações onde as montagens de combustível 52 têm controle direto e conexões de combustível 148, 150 com a locomotiva 112, as válvulas 120 do sistema de manuseio de combustível 210 (figura 6) conectam de modo líquido o tanque de pressão 60 aos motores 78. O controlador primário de locomotiva 114 pode interrogar cada montagem de combustível 52, determinar o tipo de combustível, seu custo e sua densidade de energia, e determinar quais dos combustíveis disponíveis ele deve usar na situação atual com base nas informações recebidas a partir das montagens de combustível 52. Após selecionar o combustível para usar, o controlador primário de locomotiva 114 pode configurar os parâmetros operacionais de motor (ponto morto, temporização, etc.) de modo que os motores 78 processam o combustível selecionado mais eficientemente. Por exemplo, pode ser econômico usar o gás de síntese ou gás de processo enquanto os motores 78 estão em ponto morto, e para usar LPG quando os motores 78 são operando em RPM máximo. De modo semelhante, o controlador primário de locomotiva 114 pode usar o custo de combustível e/ou densidade de energia de combustível como entradas ao determinar qual combustível deve ser usado na situação atual.

[00150] Com referência agora à figura 6, uma montagem de combustível 52 é ilustrada em conformidade com uma realização da invenção. A montagem de combustível 52 inclui uma armação 152 construída a partir de múltiplos membros de suporte de lado superior 154 e membros de suporte de lado inferior 156 interconectados por membros verticais de suporte 158 e membros cruzados de suporte 160. Os membros de suporte de lado superior 154, membros de suporte de lado inferior 156, membros verticais de suporte 158 e membros cruzados de suporte 160 são construídos de qualquer número de materiais adequados de suporte, tais como, por exemplo, aço estrutural. De acordo com uma realização, inúmeras estruturas de amarração ou fixação 162 são acopladas à armação 152 para fixar de modo removível a montagem de combustível gasoso 52 de modo intercambiável a uma estrutura de suporte externo (não mostrada), tal como, por exemplo, um corpo ou armação de locomotiva, uma unidade de energia, um corpo de vagão ou outra montagem de combustível gasoso de modo intercambiável. Em uma realização, as estruturas de fixação 162 são adaptações de canto ou fundições de canto semelhantes àquelas tipicamente usadas nos contêineres intermodais. Tais adaptações de canto têm furos de recebimento de entalhe em suas faces para os fins de receber os entalhes de levantamento. Em algumas realizações, as estruturas de fixação 162 são fornecidas em locais alternativos ao longo dos membros de suporte de lado inferior 156 da armação 152 nos locais calculados para permitir à montagem de combustível 52 ser levantada de modo seguro usado as tecnologias padrão de levantamento de contêiner no alto. Esses entalhes podem estar no equipamento de levantamento com base em estação ferroviária, tal como, argolas de levantamento no alto, assim permitindo ao equipamento padronizado ser usado para levantar a montagem de combustível gasoso 52 de modo intercambiável para sua remoção e substituição. De modo semelhante, os pinos de entalhe múltiplo podem ser usados para interconectar as adaptações de canto 162 da montagem de combustível 52 aos outros contêineres intermodais ao encaixar as adaptações de canto dos respectivos contêineres entre si. Da mesma forma, os pinos podem ser usados nas locomotivas férreas e chassis de vagões para fixar a montagem de combustível 52 no lugar com a finalidade de impedir inclinação ou distúrbio, bem como, para empilhamento ou fixação das montagens de combustível 52 em caminhões rodoviários ou navios a bordo. Os buracos entre os membros de suporte 154-28 fornecem o acesso a diversas entradas, saídas, válvulas, controles e semelhantes, sobre ou associados ao tanque de pressão 60.

[00151] De acordo com outra realização, inúmeras fendas ou buracos 164 são formados nos membros de suporte de lado inferior 156 da armação 152. Os buracos 164 são ajustados para receber o braço de garfo de levantamento, assim permitindo as tecnologias de garfo de levantamento para levantar montagens intercambiáveis de combustível gasoso de peso leve sem a necessidade de mecanismo de levantamento no alto com base em pátio.

[00152] A montagem de combustível 52 gasosa pode ser aterrada via sua armação 152 e/ou os entalhes de anexação a uma unidade de energia auxiliar subjacente, corpo ferroviário ou corpo de locomotiva com a finalidade de dissipar as cargas estáticas que poderiam inflamar o combustível gasoso de vazamento.

[00153] Um tanque de pressão 60 é suportado dentro da armação 152 e é fixado à armação 152 via os fixadores (não mostrados) em múltiplos pontos. Em uma realização, o tanque de pressão 60 repousa nos membros cruzados de suporte 160, e está em contato com pelo menos alguns dos membros laterais de suporte 154 e/ou membros verticais de suporte 158. A armação 152 é projetada de modo que uma armação de uma segunda montagem de combustível de modo intercambiável (não mostrada) pode ser empilhada sobre a armação 152 da montagem de combustível 52.

[00154] O tanque de pressão 60 é de construção adequada para armazenar um combustível gasoso 166 em uma temperatura e pressão onde o combustível 166 permanece substancialmente gasoso no estado armazenado. Conforme aqui usado, “combustível gasoso” significa os combustíveis em estado líquido ou gasoso (dependendo da temperatura e pressão atuais), onde o combustível está normalmente em um estado gasoso na temperatura e pressão padrão. Em muitos casos, esses combustíveis são hidrocarbonetos, tais como, gás natural, propano ou gás de síntese. O combustível gasoso também pode ser, por exemplo, hidrogênio comprimido ou liquefeito, gás de produtor, metano, butano e semelhante. Os combustíveis gasosos são medidos de acordo com os padrões nas unidades volumétricas, tipicamente pés cúbicos ou metros cúbicos, em uma temperatura e pressão específicas. Nessas unidades volumétricas, cada tipo de combustível gasoso armazena quantidade diferente de energia, com base na mistura de gases ou outros componentes que ele contém. A medida desta energia é o “coeficiente de energia” do combustível. A mistura de gases pode variar com base no tempo do ano, localização geográfica em que o combustível foi obtido e outros fatores. Dessa forma, por exemplo, o “gás natural” tem uma variação de coeficientes típicos de energia. De modo semelhante, o propano tem uma variação diferente de coeficientes de energia. Nas realizações alternativas, o tanque de pressão 60 pode armazenar etanol, combustíveis de diesel e semelhante.

[00155] De acordo com diversas realizações, o tanque de pressão 60 é construído de um de um metal puro, um material composto de metal e um material composto, tal como, por exemplo, aço, alumínio ou fibra de carbono. O tanque de pressão 60 pode ter parede única ou parede dupla e pode ser isolado, de acordo com diversas realizações. Em uma realização exemplar, o tanque de pressão 60 é projetado para operação nominal em 3600 psi, em conformidade com os padrões da indústria para recipientes de transporte e armazenamento de gás para gás natural comprimido.

[00156] O tanque de pressão 60 pode ser ajustado com uma ou mais válvulas de alívio 168, válvulas de enchimento 170, uma entrada de retorno de vapor 172 e uma válvula de saída 174. Nas realizações particulares, as portas (não mostradas) são adicionadas ao tanque de pressão 60 com a finalidade de acomodar uma montagem de sensor 176 para medir os atributos do combustível 166 dentro do tanque de pressão 60. A montagem de sensor 176 inclui inúmeras sondas e/ou sensores eletricamente conectados a um gestor de montagem de combustível 62, conforme descrito em mais detalhes com relação à figura 7. Conforme aqui usado, o termo “sensor” é usado para referir-se a um dispositivo capaz de produzir saídas que podem ser correlacionadas com uma ou mais propriedades físicas de pelo menos uma porção de seu ambiente. Os exemplos incluem, porém sem limitação, sensores de temperatura, sensores de pressão, sensores de corrente, sensores de voltagem e sensores de taxa de fluxo de combustível.

[00157] De acordo com uma realização, uma tampa 178 pode ser fixada às superfícies externas da armação 152 com a finalidade de proteger o tanque de pressão 60, coletores, válvulas e outros componentes da montagem de combustível 52 de clima e vandalismo. As ventilações ou grelhas 180 podem ser formadas em uma superfície superior 182 da tampa 178 para permitir a circulação de ar e evitar o acúmulo de vapores explosivos dentro da montagem de combustível 52. De modo vantajoso, ao situar ventilações/grelhas 180 na superfície superior 182 da montagem de combustível 52, qualquer combustível gasoso escapando devido a um vazamento inofensivamente dissipa-se para longe da locomotiva 112 e/ou trem de locomotiva 110 quando a montagem de combustível 52 é montada na parte superior de uma locomotiva ou armação de vagão. Além do mais, localizar a montagem de combustível 52 dessa forma minimiza a probabilidade de dano em um descarrilhamento ou por impacto com fragmentos de trilho ou tráfego de pátio.

[00158] Conforme mostrado na figura 6, a primeira mangueira de combustível 184 é conectada à válvula de saída 174 para conectar de modo líquido o tanque de pressão 60 à entrada de combustível 186 de um gestor de montagem de combustível 62, que fornece a eletrônica de controle para o monitoramento e relato eletrônicos de ID do tanque, seu conteúdo e o estado do conteúdo, alterando o estado e pressão do combustível gasoso para atender as exigências comuns de combustível, bem como, entregando um combustível gasoso a partir do tanque de pressão 60 a uma saída de combustível 188.

[00159] A montagem de combustível 52 inclui um sistema de interconexões elétricas, de controle e combustível 190 que é fornecido para acoplar a montagem de combustível 52 a uma unidade de energia auxiliar montada em locomotiva ou ferroviária. Esse sistema de interconexões 190 pode ser feito usado os conectores e mangueiras padrão da indústria (para o combustível gasoso) e conectores de energia padrão da indústria para as interconexões de controle e elétricas. Em uma realização, as interconexões 190 incluem uma segunda mangueira de combustível 192, um conector de controle comum 194 e uma conexão de energia elétrica opcional 196 (mostrada em fantasma). A segunda mangueira de combustível 192 é conectada de modo líquido à saída de combustível 188 do gestor de montagem de combustível 62. O conector de controle comum 194 eletricamente conecta o gestor de montagem de combustível 62 a um ou mais sistemas de controle de energia e/ou locomotiva férrea. A conexão de energia elétrica opcional 196 (mostrada em fantasma) é eletricamente conectada a uma fonte de energia externa, tal como, um gerador de energia auxiliar ou um barramento de energia elétrica de locomotiva (não mostrado) para receber a energia externa para energizar os componentes do gestor de montagem de combustível 62, conforme descrito em mais detalhes abaixo.

[00160] A figura 7 é um diagrama esquemático do gestor de montagem de combustível 62 em conformidade com uma realização da invenção. O gestor de montagem de combustível 62 inclui um alojamento resistente ao clima e vândalo 198 que aloja um controlador de montagem de combustível 200, uma interface bidirecional de controle e relato 202, uma interface de energia opcional 204 (mostrada em fantasma), um ou mais módulos de memória 206, uma interface de sensor 208 e um sistema de manuseio de combustível eletronicamente controlável 210 acoplado entre uma conexão de entrada de combustível 212 e uma interface de entrega de combustível 214.

[00161] De acordo com uma realização, o controlador de montagem de combustível 200 é um PLC ou microcontrolador, junto com as memórias associadas, que fornece a eletrônica de controle para o monitoramento e relato eletrônicos do módulo de memória 206 e sistema de manuseio de combustível 210. O controlador de montagem de combustível 200 é eletricamente conectado aos módulos de memória 206, sistema de manuseio de combustível 210 e interface de controle bidirecional 202 conforme mostrado na figura 7. O controlador de montagem de combustível 200 pode receber a energia operacional de qualquer número de fontes, incluindo a interface de controle e relato 202, interface de energia opcional 204 ou outra fonte de energia (não mostrada), tal como, uma bateria interna ou gerador energizado por fluxo de combustível.

[00162] O gestor de montagem de combustível 62 também é eletricamente acoplado e fornece a eletrônica de controle para o monitoramento e relato elétricos dos dados recebidos pela interface de sensor 208. A interface de sensor 208 comunica-se com um sensor de pressão de combustível 216 e um sensor de temperatura de combustível 218 montados dentro do alojamento 198 do gestor de montagem de combustível 62. Em uma realização, os sensores 216, 218 são montados dentro da conexão de combustível de entrada 212 do gestor de montagem de combustível 62. A interface de sensor 208 também se comunica com um ou mais sensores externos 220 que são posicionados externos ao gestor de montagem de combustível 62 e montados no tanque de pressão 60 (figura 6). O sensor externo 220 é eletricamente acoplado ao gestor de montagem de combustível 62 usando as conexões elétricas 222. Para cada tipo de sensor 216, 218, 220, o controlador de montagem de combustível 200 lê as medições a partir dos sensores 216, 218, 220, opcionalmente registra as mesmas no módulo de memória 206, reporta-as na interface de controle e relato 202 e/ou toma medidas de controle para manipular o sistema de manuseio de combustível 210 com a finalidade de controlar o fluxo do combustível. Embora somente três entradas de sensor 216, 218, 220 sejam mostradas para ilustração, aquele com habilidade na técnica reconhecerá que o gestor de montagem de combustível 62 pode realizar a interface com qualquer número e tipo de sensores conforme desejado para monitorar o conteúdo do tanque de pressão 60, a operação do gestor de montagem de combustível 62 e a entrega do combustível a partir da montagem de combustível 52. Usar os dados adquiridos a partir da montagem de sensor e dados armazenados no módulo de memória 206, o gestor de montagem de combustível 62 pode computar os dados totais de tanque de combustível, com base nos parâmetros de entrada, tal como, por exemplo, temperatura, pressão e tamanho de tanque.

[00163] De acordo com diversas realizações, o módulo de memória 206 compreende qualquer número de memórias não voláteis, seja somente leitura ou leitura/gravação, tal como, ROM ou EEPROM, que são usadas para armazenar as informações sobre a identidade, capacidades, conteúdo e/ou operações históricas da montagem de combustível 52, conforme abaixo descrito.

[00164] Em uma realização, o módulo de memória 206 inclui uma primeira memória de tanque 224 que pode incluir quaisquer das seguintes informações de identificação: um identificador para montagem de combustível 52 para exclusivamente identificar a montagem de combustível 52, informações descrevendo a capacidade do tanque de pressão 60, informações descrevendo a construção do tanque de pressão 60 e informações descrevendo as capacidades da montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52, tal como, por exemplo, capacidades de regulação de temperatura e pressão. Adicionalmente, a primeira memória de tanque 224 pode incluir as informações de identificação referentes à história da montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52, incluindo o histórico de inspeção e histórico de uso.

[00165] O módulo de memória 206 também pode incluir uma segunda memória de tanque 226 que armazena as informações de identificação sobre o combustível 166 atualmente armazenado no tanque de pressão 60 da montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52. Por exemplo, a segunda memória de tanque 226 pode armazenar as informações de identificação sobre um tipo de combustível atual (p.ex., CNG, LNG, butano), densidade de energia de combustível, data de carregamento/enchimento, custo de combustível e informações semelhantes relacionadas ao combustível 166 dentro do tanque de pressão 60.

[00166] O módulo de memória 206 pode ainda incluir uma terceira memória de tanque 228 que armazena as informações de identificação sobre o histórico operacional da montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52, incluindo leituras históricas de sensor (p.ex., temperatura e pressão com o tempo), taxas de enchimento/descarregamento, operação do sistema de controle de combustível e histórico semelhante das informações operacionais para a montagem de combustível 52.

[00167] Conforme mostrado na figura 7, o controlador de montagem de combustível 200 é eletricamente conectado à interface de controle e relato de tanque 202. De acordo com diversas realizações, a interface de controle e relato 202 é configurada para receber e transmitir os sinais para e do controlador de montagem de combustível 200 para um controlador externo via uma conexão elétrica com o controlador externo e/ou via a transmissão dos sinais de frequência de rádio. De acordo com diversas realizações, a interface de controle e relato 202 pode ser configurada para realizar a interface com um controlador externo, tal como, um controlador primário de locomotiva, um controlador acoplado a uma unidade de energia auxiliar e/ou controladores integrados no equipamento ao longo da pista, como exemplos. A interface de controle e relato 202 pode ser conectada ao controlador externo usando as conexões físicas, tais como, uma conexão CANbus ou uma interface estabelecida de sistema de controle de locomotiva. A natureza e tipo de interface de controle e relato 202 podem variar, conforme pode o número de interfaces de controle com interface, sem desviar do design. Em uma realização, a interface de controle e relato 202 é uma interface de RF que permite ao módulo de memória 206 do gestor de montagem de combustível 62 ser interrogado e opcionalmente escrito usando as tecnologias com base em RF, tais como, RFID. Em tal realização, a interface 202 é acoplada a um transmissor opcional de RIFD 230 (mostrado em fantasma). Isso permite ao equipamento ao longo da pista, controladores de locomotiva, controladores de unidade de energia auxiliar e semelhantes interrogarem o módulo de memória 206, e gravar as informações atualizadas na memória (tal como, novo tipo de combustível, densidade de energia e custos) na memória sem exigir uma conexão física ao controlador de montagem de combustível 200. O controlador de montagem de combustível 200 responde às solicitações recebidas pela interface de controle e relato 202 a partir dos controladores externos ao configurar o sistema de manuseio de combustível 210 para entregar o combustível de um modo solicitado e/ou leitura ou gravação de dados ao módulo de memória 206.

[00168] O controlador de montagem de combustível 200 é ainda conectado ao sistema de manuseio de combustível 210 do gestor de montagem de combustível 62. De acordo com uma realização, o sistema de manuseio de combustível 210 inclui a conexão de combustível de entrada 212, uma válvula eletronicamente controlável 120, um dilatador/regulador opcional 232 (mostrado em fantasma), sensores de entrega de combustível 234 e uma interface de entrega de combustível comum 214. A conexão de combustível de entrada 212 fornece o ponto de conexão para a mangueira de combustível 184 na entrada de combustível 186 do gestor de montagem de combustível 62. Em uma realização, a conexão de combustível de entrada 212 inclui um ou mais conectores padrão da indústria, bem como, quaisquer dispositivos desejados de segurança, tais como, dispositivos de gestão de fluxo e desligamento de combustível para a operação da montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52. A conexão de combustível de entrada 212 é conectada de modo líquido à válvula controlável 120, que é operada sob o controle do controlador de montagem de combustível 200. A válvula eletronicamente controlável 120 pode incluir uma ou mais válvula controladas de solenoide que podem ser usadas para controlar o fluxo do combustível a partir do tanque de pressão 60 à interface de entrega de combustível comum 214. Em algumas realizações, o equipamento de dilatador/regulador opcional 232, tal como, dilatadores de combustível (p.ex., aquecedores de LNG) e reguladores podem ser colocados alinhados entre a válvula controlável 120 e a interface de entrega de combustível 214 para seletivamente aquecer e/ou expandir o combustível. O controlador de montagem de combustível 200 é configurado para regular a operação da válvula eletronicamente controlável 120 para controlar se o combustível é passado através do equipamento de dilatador/regulador 232 antes de ser encaminhado à interface de entrega de combustível comum 214.

[00169] O gestor de montagem de combustível 62 é configurado para gerenciar a entrega do combustível sob a temperatura e pressões relativamente estáveis, sem considerar o estado do combustível no tanque de pressão 60. Por exemplo, se o gestor de montagem de combustível 62 receber uma solicitação para entregar o combustível em dois bar de pressão, e o combustível 166 dentro do tanque de pressão 60 for o gás natural líquido (LNG), o controlador de montagem de combustível 200 fará com que o combustível 166 seja aquecido e expandido ao estado gasoso em dois bar dentro do gestor de montagem de combustível 62, de modo que possa ser entregue via a interface de entrega de combustível comum 214 para determinada unidade de energia. As capacidades gerenciadas pelo controlador do gestor de montagem de combustível 62 permitem à montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52 interoperar sem fio com diversos tipos de motores de locomotiva ou unidades de energia e entregar o combustível e fornecer combustível a esses diversos tipos de unidades em diversas temperaturas e pressões.

[00170] Após o combustível gasoso estiver em um estado para entrega, ele é encaminhado além de um ou mais sensores de entrega de combustível 234 à interface de entrega de combustível comum 214. Os sensores de entrega de combustível 234 leem os parâmetros de entrega do combustível (tal como, temperatura, pressão e taxas de fluxo) e transmitem essas leituras ao controlador de montagem de combustível 200 para serem registradas. De acordo com uma realização, a interface de entrega de combustível 214 é um receptáculo de GMV-09. Em uma realização, o sensor de entrega de combustível 234 mede um volume do combustível descarregado a partir do tanque de pressão 60.

[00171] Com referência agora à figura 8, em conformidade com uma realização alternativa da invenção, a montagem de combustível 52 inclui múltiplos tanques de pressão 60 conectados juntos para formar uma montagem de tanque de pressão 236. Conforme mostrado, os tanques de pressão 60 são conectados a um coletor comum 238 por meio das respectivas válvulas 240, que controlam o acesso de cada tanque 60 ao coletor 238. As válvulas 240 podem compreender qualquer combinação de dispositivos de gestão de fluxo específico de coletor, tais como, válvulas de desligamento, válvulas de retenção e válvulas de liberação de pressão, por exemplo. Os sensores externos 220 são acoplados aos respectivos tanques de pressão 60 via os cabos de controle (não mostrados) semelhantes às conexões elétricas 222 (figura 7) para monitorar as características operacionais de cada tanque 60, conforme explicado em detalhe acima. Os sensores externos 220 e válvulas 240 são eletricamente acoplados ao controlador de montagem de combustível 200 (figura 7) do gestor de montagem de combustível 62 para controlar as operações e interações entre os tanques de pressão 60. Nas realizações onde a montagem de combustível 52 inclui múltiplos tanques de pressão 60, o módulo de memória 206 do gestor de montagem de combustível 62 armazena as informações exclusivas de identificação para cada tanque de pressão 60 dentro da montagem de tanque de pressão 236.

[00172] De acordo com diversas realizações, a montagem de combustível 52 é construída para conformar com um tamanho comum vantajoso para transporte por toda a indústria de locomotiva. Além de permitir o intercâmbio das montagens de combustível gasoso, a fabricação de montagens intercambiáveis de combustível gasoso em tamanhos comuns fornece as vantagens no transporte das montagens de combustível quando não são montados em uma locomotiva ou vagão. Em uma realização, a montagem de combustível 52 é ajustada para corresponder ao tamanho de um contêiner intermodal. Conforme aqui usado, o termo “contêiner intermodal” refere-se a um contêiner especificamente projetado para transporte por trilho, caminhão rodoviário e navio com tamanho padronizado e recursos para acomodar o uso em cada tal modo de transporte. Particularmente vantajosos são os tamanhos que correspondem aos tamanhos menores de contêiner intermodal, tais como, por exemplo, um contêiner tendo um comprimento de aproximadamente 10 pés, 20 pés, 30 pés ou 40 pés, uma altura de aproximadamente quatro pés e seis polegadas, oito pés e seis polegadas ou nove pés e seis polegadas, e uma largura de aproximadamente oito pés, embora aquele com habilidade na técnica reconheça que outros tamanhos possam ser adequados dependendo da realização particular. De acordo com uma realização exemplar, a armação 152 da montagem de combustível 52 é ajustada para corresponder a um contêiner intermodal tendo um comprimento de 20 pés, uma altura de oito pés e seis polegadas e uma largura de oito pés.

[00173] A montagem de combustível 52 entrega diversas vantagens importantes quando usada nas operações de via férrea. Primeiro, a montagem de combustível 52 permite o reabastecimento rápido do equipamento de geração de energia de via férrea sem o uso de equipamento de levantamento com base em pátio dispendioso. Segundo, a montagem de combustível 52 permite o uso de diversos tipos de combustíveis gasosos, dependendo de quais combustíveis estão localmente disponíveis. Terceiro, a montagem de combustível 52 realiza a interface com os sistemas de controle de geração de energia e energia de locomotiva para permitir a esses sistemas otimizar ou pelo menos melhorar seu uso e custo de energia.

[00174] Com referência agora à figura 8, uma locomotiva de combustível gasoso 242 é ilustrada que incorpora a montagem de combustível 52 da figura 6. Enquanto a montagem de combustível 52 é ilustrada na figura 8 como incluindo um único tanque de pressão 60, aquele com habilidade na técnica reconhecerá que a montagem de combustível 52 pode alternativamente ser configurada com uma montagem de tanque de pressão múltipla 236, conforme descrito com relação à figura 7. A locomotiva de combustível gasoso 242 inclui um ou mais motores de conjunto de gerador 118 configurados para queimar os combustíveis gasosos e um sistema de controle 244 que controla a operação dos motores de conjunto de gerador 118. A locomotiva de combustível gasoso 242 pode ser projetada para arrastamento de linha ou uso de comutação, de acordo com diversas realizações.

[00175] A montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52 é fixada à armação de locomotiva 246 usando os pinos de conexão (não mostrados) fixados às adaptações de canto 164 (figura 6) na montagem de combustível 52 e às adaptações correspondentes (não mostradas) na armação de locomotiva 246. Essas combinações de pino/adaptação permitem aos trabalhadores de operações fixar de modo removível a montagem de combustível gasoso 52 a uma armação de locomotiva 246. A montagem de pino também fornece uma conexão aterrada entre a montagem de combustível gasoso 52 e a armação de locomotiva 246.

[00176] A montagem de combustível gasosa 52 é ainda conectada à locomotiva 242 usando um cabo de interconexão de controle 248, que eletricamente conecta o gestor de montagem de combustível 62 da montagem de combustível 52 ao sistema de controle da locomotiva 244. O sistema de controle 244 foi configurado ou adaptado para reconhecer e gerenciar a montagem de combustível gasoso 52. Especificamente, o sistema de controle 244 é configurado para reconhecer um ou mais de: (a) que uma montagem de combustível gasoso 52 está presente, (b) o tipo de montagem de combustível de combustível gasoso 52, (c) a densidade de energia do combustível dentro da montagem de combustível gasoso 52, e (d) o custo do combustível na montagem de combustível gasoso 52, conforme descrito em mais detalhes abaixo.

[00177] A montagem de combustível gasoso 52 é ainda conectada à locomotiva 242 usando uma linha removível de combustível gasoso 250 que se une à interface de entrega de combustível 214 da montagem de combustível 52 e com uma interface de combustível semelhante 252 na locomotiva de combustível gasoso 242. Conforme mostrado, a interface de combustível 252 é conectada de modo líquido aos motores de conjunto de gerador 118 na locomotiva de combustível gasoso 242.

[00178] De acordo com uma realização, a montagem de combustível gasoso 52 recebe a energia auxiliar a partir de um barramento de energia auxiliar (não mostrado) da locomotiva de combustível gasoso 242. A energia auxiliar recebida a partir do barramento de energia auxiliar pode ser usada para energizar o dilatador/regulador 232 do gestor de montagem de combustível 62 com a finalidade de converter um combustível dentro do tanque de pressão 60, tal como, por exemplo, LNG para um estado gasoso desejado para entrega à locomotiva 242.

[00179] Embora somente uma montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52 seja mostrada na figura 8, uma locomotiva configurada ou adaptada para uso com as montagens intercambiáveis de combustível gasoso pode utilizar mais de uma montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52 para estender a faixa operacional da locomotiva de combustível gasoso 242. Um benefício das montagens intercambiáveis de combustível gasoso 52 é que elas permitem a uma locomotiva usar os combustíveis com diferentes exigências de armazenamento (p.ex., LNG vs. CNG) sem qualquer adaptação da própria locomotiva. Dessa forma, as montagens intercambiáveis de combustível gasoso 52 permitem o uso das locomotivas projetadas comuns de combustível gasoso que podem usar qualquer combustível gasoso que melhor atende a densidade de energia exigida e capacidades para as condições operacionais. A mesma estrutura de combustível pode ser usada para CNG e LNG mais denso de mais energia. Alternativamente, a locomotiva pode operar em qualquer combustível gasoso disponível, tal como, gás de síntese ou gases de processo, ao simplesmente alterar a montagem de combustível gasoso de modo intercambiável 52.

[00180] Além de permitir à locomotiva 242 operar em qualquer combustível gasoso que melhor se ajusta aos parâmetros operacionais atuais, o uso da montagem de combustível montada na armação de locomotiva 246 fornece as vantagens operacionais significativas. Por exemplo, a possibilidade de intercâmbio da montagem de combustível gasoso permite o reparo rápido e reabastecimento da locomotiva 242. Os tanques adicionais de combustível gasoso exigem tempos de recarga muito longos (na ordem de oito horas) para completamente recarregar quando acoplados a uma unidade de compressão economicamente selecionada. Alternativamente, rapidamente encher a partir de tanques pré-armazenados de gás comprimido exige um volume consideravelmente maior de tanques no sistema de reabastecimento e /ou pressões superiores para tais tanques. A montagem de combustível gasoso, por outro lado, pode ser trocada por outra montagem de combustível gasoso em um cronograma de tempo muito mais curto (p.ex., menos do que quinze minutos) do que os temos típicos associados ao reabastecimento de diesel de alta pressão.

[00181] Além disso, a montagem de combustível gasoso 52 pode ser alterada ao longo da pista sem o equipamento com base em estação ferroviária no alto, tais como, pontes de levantamento, que pode levantar contêineres com pesos de até aproximadamente 40.000 livras. A montagem de combustível gasoso 52 também é construída para estar abaixo de uma capacidade máxima de peso de um guindaste montado em caminhão ou empilhadeira para permitir o intercâmbio ao longo da pista da montagem de combustível gasoso 52. Dependendo do guindaste montado em caminhão específico, a capacidade de levantamento é limitada a adequadamente 10.000 ou 20.000 libras em uma realização. Esses recursos operacionais da montagem de combustível gasoso 52 suportam as iniciativas de abastecimento “a tempo” da indústria da via férrea, onde o combustível atende o trem durante as alterações de tripulação ao invés do trem reabastecer em paradas fixas.

[00182] Em operação, o sistema de controle 244 da locomotiva de combustível gasoso 242 comunica-se com o gestor de montagem de combustível 62 da montagem de combustível 52 para determinar as informações de identificação para a montagem de combustível 52. Com base nas informações de identificação recebidas, o sistema de controle 244 pode, por exemplo, identificar um tipo de combustível dentro da montagem de combustível 52 e transmitir os comandos de controle ao gestor de montagem de combustível 62 para entregar o combustível à locomotiva 242 em uma pressão e/ou temperatura desejada. O sistema de controle 244 da locomotiva de combustível gasoso 242 pode ser ainda configurado para seletivamente ajustar os sinais de comando enviados aos motores de conjunto de gerador 118 com base no tipo identificado de combustível.

[00183] Conforme acima estabelecido, o controlador de locomotiva melhorado e os sistemas alternativos de energia e combustível aqui descritos permitem ao operador de locomotiva gerenciar sua produção de energia para um custo específico ao mesclar energia a partir de múltiplas fontes de energia usando uma variedade de combustíveis.

[00184] Uma contribuição técnica para o método e mecanismo revelados é que eles fornecem um controle implantado por computador de um conjunto de gerador de motor auxiliar e um ou mais conjuntos de gerador de motor de uma locomotiva. Um ou mais conjuntos de gerador de motor auxiliar são controlados para produzir uma quantidade desejada de energia e entregar energia para um barramento de energia. Uma combinação de um ou mais conjuntos de gerador de motor auxiliar e um ou mais conjuntos de gerador de motor de locomotiva são controlados para fornecer energia em conformidade com uma alocação de energia.

[00185] Aquele com habilidade na técnica apreciará que as realizações da invenção podem realizar interface e ser controladas por uma mídia de armazenamento legível por computador tendo lá armazenada um programa de computador. A mídia de armazenamento legível por computador inclui uma pluralidade de componentes, tais como, um ou mais dos componentes eletrônicos, componentes de hardware e/ou componentes de software de computador. Esses componentes podem incluir uma ou mais mídias de armazenamento legíveis por computador que geralmente armazenam as instruções, tais como, linguagem de software, firmware e/ou montagem para realizar uma ou mais porções de uma ou mais implantações ou realizações de uma sequência. Essas mídias de armazenamento legíveis por computador são geralmente não transitórias e/ou tangíveis. Os exemplos de tal mídia de armazenamento legível por computador incluem uma mídia de armazenamento de dados registrável de um computador e/ou dispositivo de armazenamento. As mídias de armazenamento legíveis por computador podem empregar, por exemplo, uma ou mais de uma mídia de armazenamento de dados magnética, elétrica, ótica, biológica e/ou atômica. Além disso, tal mídia pode ter a forma de, por exemplo, discos flexíveis, fitas magnéticas, CD-ROMs, DVD-ROMs, unidades de disco rígido e/ou memória eletrônica. Outras formas de mídias de armazenamento legíveis por computador não transitórias e/ou tangíveis não listadas podem ser empregadas com as realizações da invenção.

[00186] Um número de tais componentes pode ser combinado ou dividido em uma implantação de um sistema. Além disso, tais componentes podem incluir um conjunto e/ou série de instruções de computador gravadas ou implantadas com qualquer de um número de linguagens de programação, conforme será apreciado por aqueles com habilidade na técnica. Além disso, outras formas de mídia legível por computador, tal como, uma onda portadora, podem ser empregadas para incorporar um sinal de dados de computador representando uma sequência de instruções que, quando executadas por um ou mais computadores, faz com que um ou mais computadores realizem uma ou mais porções de uma ou mais implantações ou realizações de uma a sequência.

[00187] Portanto, de acordo com uma realização da invenção, um arranjo de locomotiva inclui uma primeira locomotiva tendo um primeiro barramento de energia, uma primeira fonte de energia eletricamente acoplada ao primeiro barramento de energia e um primeiro controlador de locomotiva programado para controlar a primeira fonte primária de energia e transmitir um primeiro sinal de comando para uma primeira unidade de energia eletricamente acoplada ao primeiro barramento de energia. A primeira unidade de energia inclui um primeiro conjunto de gerador de motor auxiliar, uma primeira interface de energia eletricamente acoplando o primeiro conjunto de geração de motor auxiliar ao primeiro barramento de energia, e um primeiro controlador auxiliar eletricamente acoplado ao primeiro controlador de locomotiva. O primeiro controlador auxiliar é programado para receber o primeiro sinal de comando a partir do controlador de locomotiva indicando uma primeira quantidade desejada de energia, controlar o primeiro conjunto de gerador de motor auxiliar para produzir pelo menos a primeira quantidade desejada de energia, e controlar a primeira interface de energia para entregar a primeira quantidade desejada de energia ao primeiro barramento de energia.

[00188] De acordo com outra realização da invenção, um método de fornecer a energia auxiliar a uma locomotiva é estabelecido. O método inclui acoplar pelo menos uma unidade de energia auxiliar a um barramento de energia da locomotiva, onde pelo menos uma unidade de energia auxiliar inclui um conjunto de gerador de motor auxiliar e um controlador auxiliar eletricamente acoplado ao conjunto de gerador de motor auxiliar. O método também inclui acoplar o controlador auxiliar para pelo menos um controlador primário de locomotiva na locomotiva, transmitir um comando de pesquisa a partir de pelo menos um controlador primário de locomotiva ao controlador auxiliar e determinar as informações de identificação de pelo menos uma unidade de energia auxiliar a partir do comando de pesquisa. As informações de identificação incluem pelo menos um de um identificador exclusivo, uma saída de energia e uma característica de desempenho de pelo menos uma unidade de energia auxiliar. O método ainda inclui alocar a geração de energia entre o conjunto de gerador de motor auxiliar e um conjunto de gerador de motor de locomotiva da locomotiva com base pelo menos parcialmente nas informações de identificação, e transmitir um sinal de comando de energia a partir de pelo menos um controlador primário de locomotiva com base na alocação.

[00189] De acordo com ainda outra realização da invenção, um método para fornecer energia auxiliar para uma locomotiva é estabelecido. O método inclui acoplar pelo menos uma unidade de energia auxiliar para um barramento de energia da locomotiva, onde pelo menos uma unidade de energia auxiliar inclui um conjunto de gerador de motor auxiliar e um controlador auxiliar eletricamente acoplado ao conjunto de gerador de motor auxiliar. O método também inclui acoplar o controlador auxiliar a um controlador primário de locomotiva, receber um comando compreendendo pelo menos um de um comando transmitido por pelo menos um controlador primário de locomotiva e uma indicação de falha, e controlar pelo menos uma unidade de energia auxiliar com base no comando recebido.

[00190] De acordo com as realizações da invenção, o controlador de locomotiva é programado para determinar a quantidade desejada de energia com base nos custos operacionais do primeiro conjunto de gerador de motor auxiliar versus aqueles do conjunto de gerador de motor primário. Em uma realização, o controlador de locomotiva é programado para transmitir um sinal de comando ao APU que inclui um de um ponto operacional desejado em um gráfico de desempenho da primeira unidade de energia auxiliar e um nível de energia desejado da energia de saída da primeira unidade de energia auxiliar.

[00191] Os parâmetros operacionais identificados da primeira unidade de energia incluem pelo menos um de uma configuração de equipamento da primeira unidade de energia auxiliar, características de desempenho da primeira unidade de energia auxiliar, dados de histórico operacional da primeira unidade de energia auxiliar e um status atual da primeira unidade de energia auxiliar.

[00192] De acordo com as realizações da invenção, um arranjo de locomotiva inclui uma locomotiva, uma primeira unidade de energia e uma segunda unidade de energia. Cada unidade de energia inclui um respectivo conjunto de gerador de motor auxiliar eletricamente acoplado ao barramento de energia; e um respectivo controlador auxiliar programado para receber um sinal de comando a partir do controlador de locomotiva indicando uma quantidade desejada de energia; e controlar seu respectivo conjunto de gerador de motor auxiliar para produzir a quantidade desejada de energia. De acordo com as realizações da invenção, o controlador de locomotiva é ainda programado para identificar os parâmetros operacionais da primeira unidade de energia, identificar os parâmetros operacionais da segunda unidade de energia, determinar uma quantidade desejada de energia a partir da primeira unidade de energia com base nos parâmetros operacionais identificados da primeira unidade de energia, determinar uma quantidade desejada de energia a partir da segunda unidade de energia com base nos parâmetros operacionais identificados da segunda unidade de energia, transmitir um primeiro sinal de comando ao primeiro controlador auxiliar indicando a quantidade desejada de energia a partir da primeira unidade de energia, e transmitir um segundo sinal de comando ao segundo controlador auxiliar indicando a quantidade desejada de energia a partir da segunda unidade de energia.

[00193] De acordo com as realizações da invenção, o arranjo de unidade de energia auxiliar inclui uma unidade de energia auxiliar de modo removível passível de acoplamento a um chassi de vagão. A unidade de energia auxiliar inclui um alojamento; um conjunto de gerador de motor posicionado dentro do alojamento, o conjunto de gerador de motor configurado para fornecer uma energia auxiliar à locomotiva; e um controlador auxiliar eletricamente acoplado ao conjunto de gerador de motor. O controlador auxiliar é programado para receber um comando e controlar pelo menos um aspecto da unidade de energia em resposta ao comando. O controlador auxiliar inclui uma memória de controlador que armazena as informações de identificação para a unidade de energia auxiliar. As informações de identificação podem incluir, por exemplo, uma identificação de unidade de energia, parâmetros operacionais de unidade de energia e/ou informações de histórico operacional de unidade de energia. De acordo com as realizações da invenção, o controlador auxiliar da memória de controlador é uma memória volátil (registro). De acordo com diversas realizações, o controlador é programado para realizar uma ou mais das seguintes ações: identificar quando o APU é conectado a outro dispositivo em uma interface de controle, identificar quando o APU é conectado a outro dispositivo em uma interface de energia, e identificar quando o APU é conectado a uma montagem de combustível em uma interface de montagem de combustível.

[00194] De acordo com diversas realizações, o controlador de APU é ainda programado para identificar quando o APU é recém- conectado a outro dispositivo na interface de controle e toma uma ação de controle, tal como, por exemplo, identificar características do dispositivo recém-conectado, e fornecer notificação ao dispositivo recém-conectado, a notificação incluindo fornecer as informações de identificação para o APU. O controlador de APU é ainda programado para identificar quando o APU é desconectado a partir de um dispositivo previamente conectado na interface de controle, e para tomar uma ação de desconexão, tal como, por exemplo, recalcular parâmetros dependentes do dispositivo, fornecer notificação da desconexão para outros dispositivos conectados e fornecer notificação dos parâmetros recalculados aos dispositivos conectados.

[00195] De acordo com diversas realizações, o controlador de APU é ainda programado para identificar quando o APU é recém- conectado a outro dispositivo na interface de energia e tomar uma ação de energia selecionada a partir de um conjunto de conexão sobre ações de energia, semelhantes às ações de conexão acima descritas. O controlador de APU é ainda programado para identificar quando o APU é desconectado de outro dispositivo na interface de energia e tomar uma ação de energia selecionada a partir de um conjunto de desconexão sobre ações de energia, semelhantes às ações de desconexão acima descritas. O controlador de APU é ainda programado para iniciar um protocolo de desligamento mediante detecção de uma falha, em que o controlador de APU desvia o primeiro conjunto de gerador de motor auxiliar.

[00196] De acordo com diversas realizações, o controlador de APU é ainda programado para identificar quando o APU é recém- conectado a uma interface de montagem de combustível e toma uma ação selecionada a partir de um conjunto de conexão de ações de montagem de combustível, semelhantes às ações de conexão acima descritas. O controlador de APU é ainda programado para identificar quando o APU é desconectado a partir de uma montagem de combustível previamente conectada na interface de montagem de combustível e tomar uma ação selecionada a partir de um conjunto de desconexão de ações de montagem de combustível, semelhantes às ações de desconexão acima descritas.

[00197] De acordo com diversas realizações, o controlador de APU é ainda programado para reconhecer uma falha apresentada em sua interface comum, e para tomar ação independente para controlar pelo menos um aspecto da operação do APU selecionado a partir de um conjunto de ações de resposta de falha. As ações de resposta de falha podem incluir, por exemplo, desconectar o APU do barramento de energia, enviar uma mensagem na interface de controle, alterar as configurações de gerador de motor, alterar uma configuração de válvula de combustível, registrar a falha em uma memória e alterar a quantidade de energia entregue por uma interface de energia. O controlador de APU pode ser ainda programado para reconhecer uma falha reportada por um sensor ou mecanismo de detecção de falha, reconhecer uma falha apresentada em sua interface comum, reconhecer uma falha de sua montagem de motor/gerador, reconhecer uma falha mecânica a partir de um sensor de falha mecânica, reconhecer uma falha com uma montagem de combustível, reconhecer uma conexão de cabo de controle/desconexão e/ou reconhecer uma conexão/desconexão de cabo de energia, e tomar a ação independente para controlar pelo menos um aspecto da operação do APU selecionado a partir do conjunto de ações de resposta de falha acima listadas.

[00198] De acordo com as realizações da invenção, o arranjo de unidade de energia auxiliar inclui o circuito para identificar a degradação de sinal dos sinais de controle recebidos pela unidade de energia auxiliar. O circuito é configurado para gerar um sinal de controle de ajuste com base na degradação de sinal identificada, e transmitir o sinal de controle ajustado à unidade de energia auxiliar. De acordo com uma realização, o arranjo de unidade de energia auxiliar também inclui o circuito de conversão de característica de entrada configurado para alterar as características do sinal de entrada de modo a fornecer uma entrada de controle válida à unidade de energia auxiliar. O circuito de conversão de caractere de entrada converte a partir de um formato de transmissão resistente à interferência para um formato usável pelo controlador auxiliar; converter um sinal de controle de motor para um diferente sinal de controle de motor; e converter um sinal de controle de motor para um comando de energia.

[00199] As realizações da invenção incluem um fornecimento de combustível auxiliar de modo líquido acoplado ao conjunto de gerador de motor auxiliar. Em uma realização, a primeira unidade de energia e o fornecimento de combustível auxiliar estão localizados no carro de vagão separado da locomotiva. Em uma realização, a montagem de combustível é empilhada sobre o alojamento da unidade de energia auxiliar.

[00200] De acordo com uma realização da invenção, um cabo de conexão de energia é eletricamente acoplado entre a saída do primeiro conjunto de gerador de motor auxiliar e o barramento de energia da locomotiva; e um sensor de desconexão acoplado ao cabo de conexão de energia, o sensor de desconexão configurado para monitorar um status de conexão do primeiro conjunto de gerador de motor auxiliar com o barramento de energia. O primeiro controlador auxiliar é programado para receber um sinal de alerta a partir do sensor de desconexão indicando uma desconexão entre o cabo de conexão de energia e o barramento de energia, e ao receber o sinal de alerta, iniciar um protocolo de desligamento para o primeiro conjunto de gerador de motor auxiliar.

[00201] De acordo com outra realização da invenção, um cabo de conexão de controle é eletricamente acoplado entre o controlador primário de locomotiva e o primeiro controlador auxiliar. Pelo menos um do controlador primário de locomotiva e primeiro controlador auxiliar é ainda programado para detectar uma falha na transmissão dos comandos de controle através do cabo de conexão de controle. Mediante a detecção da falha, o controlador primário de locomotiva é programado para realizar pelo menos uma das seguintes ações: reenviar o comando de energia, modificar o comando de energia, transmitir um sinal ao controlador primário de locomotiva indicando uma falha de desconexão.

[00202] De acordo com uma realização da invenção, um método de fornecer a energia auxiliar a uma locomotiva inclui acoplar uma unidade de energia auxiliar a um barramento de energia da locomotiva. A unidade de energia auxiliar inclui um conjunto de gerador de motor auxiliar e um controlador auxiliar eletricamente acoplado ao conjunto de gerador de motor auxiliar. O método ainda inclui acoplar o controlador auxiliar a um controlador primário de locomotiva, receber um comando de energia a partir do controlador primário de locomotiva em um controlador auxiliar, e controlar o conjunto de gerador de motor auxiliar para gerar uma energia auxiliar para entrega ao barramento de energia responsivo ao comando de energia. O método também inclui identificar a unidade de energia auxiliar, gerar um comando de energia específico à unidade de energia auxiliar identificada e transmitir o comando de energia ao controlador auxiliar. O método ainda inclui acoplar um fornecimento de combustível auxiliar à unidade de energia auxiliar, detectar pelo menos um de um custo de combustível e um tipo de combustível no fornecimento de combustível auxiliar, e controlar o controlador auxiliar para regular a operação do conjunto de gerador de motor auxiliar com base no tipo detectado de combustível e/ou custo de combustível no fornecimento de combustível auxiliar. O método para fornecer energia auxiliar a uma locomotiva também inclui impulsionar o comando de energia para contabilizar uma queda de voltagem no comando de energia entre o controlador primário de locomotiva e o controlador auxiliar. O método também inclui detectar um evento de desacoplamento entre a unidade de energia auxiliar e o barramento de energia e desviar o conjunto de gerador de motor auxiliar dentro de uma quantidade curta de tempo, tal como, por exemplo, 10 milissegundos, mediante detecção do evento de desacoplamento. O método também inclui mesclar energia a partir da unidade de energia auxiliar e a locomotiva no barramento de energia. Em algumas realizações, o método inclui mesclar energia a partir de múltiplas unidades de energia auxiliar no barramento de energia.

[00203] De acordo com uma realização da invenção, um carro de energia ou unidade de energia auxiliar é conectado a uma pluralidade de locomotivas, e fornece energia para cada locomotiva independentemente da outra. Em uma realização alternativa, uma pluralidade de carros de energia é conectada a uma locomotiva, e cada carro de energia fornece energia à locomotiva. Em uma realização alternativa, um carro de energia é conectado a uma pluralidade de locomotivas, e o carro de energia recebe as solicitações e envia as respostas independentemente para cada uma das locomotivas. Em ainda outra realização, um carro de energia é conectado a uma pluralidade de locomotivas, o carro de energia receber as solicitações de energia a partir de cada locomotiva independentemente, combina as solicitações para uma única exigência de energia, determinar as configurações de energia de um gerador de motor do carro de energia efetiva para produzir energia para a soma das solicitações, configura as interfaces de energia para entregar energia a partir do gerador de motor em conformidade com a solicitação.

[00204] Enquanto a invenção foi descrita em detalhes com relação a somente um número limitado de realizações, deve ser prontamente entendido que a invenção não é limitada a tais realizações reveladas. Ao invés disso, a invenção pode ser modificada para incorporar qualquer número de variações, alterações, substituições ou arranjos equivalentes não descritos até agora, porém que são proporcionais ao espírito e escopo da invenção. Adicionalmente, enquanto diversas realizações da invenção foram descritas, deve ser entendido que os aspectos da invenção podem incluir somente algumas das realizações descritas.

[00205] De modo correspondente, a invenção não é vista como limitada pela descrição precedente. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorrem para aqueles com habilidade na técnica. Tais outros exemplos são pretendidos para estar dentro do escopo das reivindicações se eles tiverem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se incluem elementos estruturais equivalente com diferenças insubstanciais a partir das linguagens literais das reivindicações.

Claims

1. Arranjo de locomotiva, caracterizado pelo fato de compreender: - uma primeira locomotiva compreendendo: - um primeiro barramento de energia; - uma fonte primária de energia eletricamente acoplada ao primeiro barramento de energia; e - um primeiro controlador de locomotiva programado para controlar a fonte primária de energia; - um vagão acoplado de modo removível à primeira locomotiva; - uma primeira de energia localizada no vagão acoplado, a primeira unidade de energia compreendendo: - um primeiro conjunto gerador-motor auxiliar; - uma primeira interface de energia eletricamente acoplando o primeiro conjunto gerador-motor auxiliar ao primeiro barramento de energia; e - um primeiro controlador auxiliar eletricamente acoplado ao primeiro controlador de locomotiva, o primeiro controlador auxiliar programado para: - receber o primeiro sinal de comando a partir do controlador de locomotiva indicando uma primeira quantidade desejada de energia de tração; - controlar o primeiro conjunto gerador-motor auxiliar para produzir pelo menos a primeira quantidade desejada de energia de tração; - controlar a primeira interface de energia para entregar a primeira quantidade desejada de energia de tração ao primeiro barramento de energia; e sendo que o primeiro controlador de locomotiva ser adicionalmente programado para transmitir um primeiro sinal de comando para uma primeira unidade de energia eletricamente acoplada ao primeiro barramento de energia.

2. Arranjo de locomotiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender um fornecimento de combustível auxiliar acoplado ao primeiro conjunto gerador-motor auxiliar.

3. Arranjo de locomotiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender um sensor de detecção de falha acoplado entre a primeira locomotiva e a primeira unidade de energia, o sensor de detecção de falha configurado para: - detectar pelo menos um de uma falha de controle e uma falha de energia entre a primeira locomotiva e a primeira unidade de energia; e - transmitir um sinal a pelo menos um primeiro controlador auxiliar e primeiro controlador de locomotiva responsivo à detecção de falha.

4. Arranjo de locomotiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender um sensor de detecção de falha acoplado entre a primeira locomotiva e a primeira unidade de energia; e sendo que o primeiro controlador de locomotiva ser adicionalmente programado para: - receber uma notificação de falha de uma falha em uma conexão de energia entre a primeira locomotiva e a primeira unidade de energia; e - realizar uma ação mediante recebimento da notificação de falha, a ação compreendendo pelo menos uma de: enviar um comando de status à unidade de energia, reenviar um de pelo menos um de um comando de energia e um comando de controle à unidade de energia, determinar uma gravidade da falha, exibir um alerta de falha.

5. Arranjo de locomotiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o controlador de locomotiva ser ainda programado para: - identificar os parâmetros operacionais da primeira unidade de energia auxiliar; - determinar uma quantidade desejada de energia de tração a partir da primeira unidade de energia auxiliar com base nos parâmetros operacionais identificados da primeira unidade de energia auxiliar; e - transmitir o sinal de comando ao primeiro controlador auxiliar indicando a quantidade desejada de energia de tração, sendo que o sinal de comando compreende um de um ponto operacional desejado em um gráfico de desempenho e um nível de energia desejado da primeira unidade de energia auxiliar.

6. Arranjo de locomotiva, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: - um cabo de conexão de energia eletricamente acoplado entre a saída do primeiro conjunto gerador-motor auxiliar e o primeiro barramento de energia; e - um sensor de desconexão acoplado ao cabo de conexão de energia, o sensor de desconexão configurado para monitorar um status de conexão do primeiro conjunto gerador-motor auxiliar com o primeiro barramento de energia; e sendo que o primeiro controlador auxiliar é ainda programado para: - receber um sinal de alerta a partir do sensor de desconexão indicando uma desconexão entre o cabo de conexão de energia e o primeiro barramento de energia; e - ao receber o sinal de alerta, iniciar um protocolo de desligamento para o primeiro conjunto gerador-motor auxiliar.

7. Método para fornecer energia auxiliar a uma locomotiva, caracterizado pelo fato de compreender: - acoplar pelo menos uma unidade de energia auxiliar a um barramento de energia da locomotiva através de pelo menos um cabo de energia estendendo entre um vagão acoplado no qual a unidade de energia auxiliar está montada e a locomotiva, pelo menos uma unidade de energia auxiliar compreendendo um conjunto gerador-motor auxiliar e um controlador auxiliar eletricamente acoplado ao conjunto gerador-motor auxiliar; - acoplar o controlador auxiliar a pelo menos um controlador primário de locomotiva na locomotiva; - transmitir um comando de pesquisa a partir de pelo menos um controlador primário de locomotiva ao controlador auxiliar; - alocar a geração de energia entre o conjunto gerador-motor auxiliar e um conjunto gerador-motor de locomotiva da locomotiva; - transmitir um sinal de comando de energia a partir de pelo menos um controlador primário de locomotiva para o controlador auxiliar com base na alocação; e - controlar o conjunto gerador-motor auxiliar para produzir uma saída de energia de tração com base no sinal de comando de energia.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de ainda compreender: - identificar uma exigência de energia de tração total da locomotiva; disponíveis, a pluralidade de fontes de energia de tração disponíveis selecionada a partir de pelo menos uma unidade de energia auxiliar e pelo menos um conjunto gerador-motor de locomotiva; - identificar uma quantidade de energia de tração disponível a partir da pluralidade de fontes de energia de tração disponíveis; - alocar a geração de energia de tração entre as fontes de energia de tração disponíveis de modo que a exigência de energia de tração total seja dividida entre a pluralidade de fontes de energia de tração disponíveis; e - transmitir os comandos de energia à pluralidade de fontes de energia de tração disponíveis através de pelo menos um controlador de locomotiva para fornecer energia de tração ao barramento de energia em conformidade com a alocação.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de ainda compreender: - detectar uma falha em um cabo de energia conectando a locomotiva a um controlador auxiliar de uma primeira unidade de energia auxiliar de pelo menos uma unidade de energia auxiliar e um cabo de controle conectando pelo menos um controlador de locomotiva a uma primeira unidade de energia auxiliar de pelo menos uma unidade de energia auxiliar; - identificar a primeira unidade de energia auxiliar como uma unidade de energia não disponível com base na falha detectada; e - modificar uma alocação de energia em resposta à falha detectada, onde modificar a alocação de energia compreende: - realocar a geração de energia entre as fontes de energia disponíveis restantes da pluralidade de fontes de energia disponíveis de modo que a exigência de energia total seja dividida entre as unidades de energia disponíveis restantes; e - fornecer os comandos de energia modificados às fontes de energia disponíveis restantes para fornecer energia em conformidade com a realocação.

10. Arranjo de unidade de energia auxiliar para uma locomotiva, caracterizado pelo fato de compreender: - um chassi de vagão; - uma unidade de energia auxiliar acoplada ao chassi de vagão, a unidade de energia auxiliar compreendendo: - um conjunto gerador-motor auxiliar configurado para fornecer uma energia de tração auxiliar à locomotiva; e - um controlador auxiliar eletricamente acoplado ao conjunto gerador-motor auxiliar, o controlador auxiliar programado para: - receber um comando; e - controlar pelo menos um aspecto da unidade de energia auxiliar em resposta ao comando; - uma interface de controle configurada para eletronicamente acoplar o controlador auxiliar a um controlador de locomotiva e para receber sinais de controle dos mesmos; e - uma pluralidade de cabos de energia tendo uma primeira extremidade acoplada a uma saída do conjunto gerador-motor auxiliar e uma segunda extremidade acoplável a um barramento de energia da locomotiva.

11. Arranjo de unidade de energia auxiliar, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ainda compreender um sensor de falha eletricamente acoplado ao controlador auxiliar; sendo que o sensor de falha é configurado para monitorar pelo menos um de uma entrada de controle, uma entrada de energia, uma operação do conjunto gerador-motor auxiliar, um subsistema de combustível, um ou mais tanques de combustível, e um ou mais aspectos operacionais da unidade de energia auxiliar; e sendo que o controlador auxiliar ser ainda programado para: - receber uma indicação de falha a partir de um sensor de falha; e - responder a indicação de falha ao tomar pelo menos uma das seguintes ações: desconectar a unidade de energia auxiliar a partir de um barramento de energia, enviar uma mensagem em uma interface de controle, alterar configurações do gerador- motor auxiliar, alterar uma configuração de válvula de combustível, e registrar a indicação de falha em uma memória.

12. Arranjo de unidade de energia auxiliar, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ainda compreender: - um sensor de energia operativamente conectado aos cabos de energia e controlador auxiliar; - um regulador de energia operativamente conectado aos cabos de energia e o controlador auxiliar efetivo para regular uma quantidade de saída de energia ao barramento de energia; e - um comutador operativamente conectado aos cabos de energia e ao controlador auxiliar efetivo para logicamente desconectar a unidade de energia a partir do barramento de energia de saída.

13. Arranjo de unidade de energia auxiliar, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ainda compreender pelo menos uma montagem de combustível acoplada de modo fluido à unidade de energia auxiliar, pelo menos uma montagem de combustível compreendendo: - pelo menos um fornecimento removível de combustível gasoso; - um sistema de válvula acoplando de modo fluido o fornecimento removível de combustível gasoso ao conjunto gerador-motor auxiliar; e sendo que o controlador auxiliar é ainda programado para: - identificar as características do fornecimento removível de combustível gasoso; e - regular a operação do conjunto gerador-motor auxiliar com base nas características identificadas do fornecimento removível de combustível gasoso.

14. Unidade de energia auxiliar, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de o controlador auxiliar ser ainda programado para: - receber o comando de energia a partir de um controlador primário de locomotiva; e - controlar a produção de energia pelo conjunto gerador-motor auxiliar para cooperar com a energia produzida pela locomotiva.

15. Unidade de energia auxiliar, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a unidade de energia auxiliar ser provida dentro de um container intermodal.