BR112019013318A2

BR112019013318A2 - sistema de conformidade de emissão de trem

Info

Publication number: BR112019013318A2
Application number: BR112019013318A
Authority: BR
Inventors: Wesley Wait Keith
Original assignee: New York Air Brake Llc
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2019-12-17
Also published as: US11428680B2; AU2017394613A1; US20180202985A1; WO2018136031A1; MX2019007566A; CA3049940A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um sistema que pode medir, rastrear e/ou relatar emissões de trem para se conformar com restrições ambientais geográficas. um módulo de emissões determina a quantidade de emissões emitida por um trem ao longo do tempo. um módulo de localização rastreia a localização da locomotiva do trem com relação a localizações geográficas tendo regulamentos de emissão. um módulo de conformidade registra a quantidade de emissões emitidas pelo trem na localização geográfica.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA DE CONFORMIDADE DE EMISSÃO DE TREM. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção [0001] A presente invenção refere-se a monitorar a emissão de trem e, mais especificamente, a um sistema que pode computar as emissões de trem e assegurar a conformidade com políticas de emissão geográfica.

2. Descrição da Técnica Relacionada [0002] Os regulamentos ambientais estão sendo colocados cada vez mais em ferrovias por autoridades governamentais. Como um resultado, as ferrovias têm que monitorar trens para conformidade com os regulamentos, tais como a quantidade de emissões de motor, e relatar em operações de trem para as autoridades competentes. Por exemplo, as restrições em emissões de motor já estão em vigor em algumas jurisdições e exigem que as ferrovias rastreiem e relatem a quantidade de emissões que são feitas por um trem enquanto está em uma zona particular. Consequentemente, existe uma necessidade de um sistema que possa medir mais facilmente e rastrear as operações de trem para os propósitos de satisfazer os regulamentos ambientais localizados.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0003] A presente invenção é um sistema que pode medir automaticamente, rastrear e/ou relatar emissões de trem para os propósitos de conformar com restrições ambientais geográficas. O sistema tem um módulo de emissões que é programado para determinar a quantidade de emissões emitida por um trem ao longo do tempo. O módulo de emissões é interconectado a pelo menos um sensor que mede diretamente a quantidade de emissões emitida pelo trem. Alternativamente, ou em adição, o módulo de emissões pode receber dados repre

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 13/29

2/11 sentando as condições de operação correntes do trem e então calcular a quantidade de emissões baseada nos dados. O módulo de emissões pode também receber dados representando as condições climáticas com os dados representando as condições de operação corrente do trem para calcular a quantidade de emissões. Um módulo de localização é programado para rastrear a localização do trem com relação à pelo menos uma localização geográfica tendo regulamentos de emissão, tais como usando o sistema de posicionamento global e um banco de dados de rastreio tendo a localização de zonas de emissão. Finalmente, um módulo de conformidade é programado para gravar a quantidade de emissões emitida pelo trem na pelo menos uma localização geográfica. O módulo de conformidade pode ser programado para compilar uma quantidade total de emissões do trem rastreando a quantidade de emissões emitida por um trem ao longo do tempo para o tempo inteiro que o trem está na pelo menos uma localização geográfica tendo regulamentos de emissão. O módulo de conformidade pode também ser programado para armazenar a quantidade total de emissões do trem para gerar um relatório das emissões totais compiladas para cada zona, e/ou transmitir o relatório para um hospedeiro remoto.

[0004] A presente invenção também compreende um método de rastrear emissões de trem que começa com determinar a quantidade de emissões emitida por um trem ao longo do tempo. Esta determinação pode ser feita usando pelo menos um sensor que mede diretamente a quantidade de emissões emitida pelo trem ou calculando a quantidade de emissões baseado em dados de operação do trem. A seguir, a localização do trem é rastreada com relação à pelo menos uma localização geográfica tendo regulamentos de emissão. Finalmente, a quantidade de emissões emitida pelo trem na pelo menos uma localização geográfica é gravada compilando a quantidade de

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 14/29

3/11 emissões emitida por um trem ao longo do tempo para o tempo inteiro em que p trem está na pelo menos uma localização geográfica tendo regulamentos de emissão. Um relatório das emissões totais compiladas para cada zona pode ser gerado e opcionalmente transmitido para um hospedeiro remoto.

BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DO(S) DESENHO(S) [0005] A presente invenção será mais completamente entendida e apreciada lendo a Descrição Detalhada seguinte em conjunto com os desenhos anexos, em que:

[0006] a Figura 1 é um esquema de um trem tendo um sistema de conformidade de emissão de acordo com a presente invenção;

[0007] a Figura 2 é um esquema de um sistema de conformidade de emissão de acordo com a presente invenção;

[0008] a Figura 3 é um fluxograma de um método de realizar conformidade de emissões usando um sistema de conformidade de emissão de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0009] Referindo-se às Figuras, em que numerais similares referem-se a partes iguais, é visto na Figura 1, um sistema 10 para determinar e gravar as emissões totais (por exemplo, carbono) de um grupo (não necessariamente contíguo) de locomotivas 12 em um trem 14 que pode adicionalmente incluir um ou mais vagões 16. O sistema 10 é usado para assegurar que as emissões das locomotivas 12 estão em conformidade com quaisquer políticas de emissão aplicáveis onde o trem 14 está sendo operado.

[0010] O sistema 10 inclui um módulo de emissões 20 para determinar as emissões de corrente. O módulo 20 pode determinar as emissões atuais por meio de sensores 22 posicionados para fazer medições das emissões de interesse de cada locomotiva 12 no trem 14. Alternativamente, o módulo de emissões 20 pode ser programado para

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 15/29

4/11 determinar emissões atuais interpelando o nível de emissões dos dados de trem convencionais. Por exemplo, o módulo de emissões 20 pode usar dados de trem tais como energia de saída, força, velocidade de motor, etc. obtidos de um sistema de controle de trem 24 para extrapolar as emissões atuais. Os dados de trem relevantes podem ser comparados contra uma tabela predeterminada que especifica as emissões de cada locomotiva baseada em especificações de fabricação, referida como curvas de fabricante. Em vez de curvas de emissão de fabricante predeterminado, cada locomotiva 12 pode ser submetida periodicamente a teste de emissões vivas que produz dados suficientes para gerar uma curva de emissão que representa emissões reais de cada locomotiva como uma função de condição de funcionamento, velocidade de locomotiva, temperatura, etc. Assim, em vez de usar curvas de fabricante genérico para cada locomotiva baseadas em seu n[úmero de modelo e especificação fabricadas, as curvas de cada locomotiva (identificada pelo número de série ou número da estrada) podem ser usadas para determinar de modo mais preciso as emissões. As curvas de fabricante ou emissão real são armazenadas em banco de dados de curvas de emissão 26 que é acessível pelo módulo de emissões 20. Quando as condições de funcionamento de locomotiva são medidas ou recolhidas do sistema de controle de trem 24, a atividade de emissões pode ser determinada ou estimada interpelando as condições de funcionamento nas curvas de emissão 26. Se curvas de emissões reais estão ausentes por qualquer razão, o sistema 10 pode usar as curvas de fabricante como um padrão.

[0011] O módulo de emissão 20 é fornecido com acesso a dados específicos de trem sobre o trem em que o sistema 10 está operando, tal como o comprimento do trem, o número e peso dos vagões no trem, e o número e tipo de locomotivas na composição, bem como a localização de cada uma das locomotivas 12 dentro do trem 14 (núme

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 16/29

5/11 ro do vagão) e uma descrição de cada locomotiva (número de modelo e número de série/número de estrada). O módulo de emissão 20 também tem acesso a dados operacionais, tal como o estado de funcionamento comandado (por exemplo, entalhe de acelerador, entalhe de freio dinâmico, RPM de motor, emissões medidas, temperatura ambiente, pressão ambiente, etc.) de cada locomotiva dentro do trem, para determinar as emissões do trem.

[0012] Por exemplo, todos os cálculos de emissão terão a forma de:

T e, = J onde e_t representa as emissões totais para locomotiva / enquanto está presente em uma zona sensível a emissões e τ representa o tempo em que a locomotiva / está nesta zona;

í=l onde e é o total de emissões para um dado trem e n representa o número de locomotivas no trem.

[0013] A função f representa a taxa de tempo de emissões para uma locomotiva pode assumir várias formas dependendo da locomotiva propriamente dita bem como as fontes de dados disponíveis para calcular a taxa de emissões. Por exemplo, no caso em que o fabricante fornece dados detalhados sobre como a locomotiva e pode emite poluentes controlados, a função / pode ser:

/ = f(T,P,p,a,u,t) onde t,p, e p representam o estado termodinâmico (temperatura, pressão, densidade) da entrada de ar para o motor, ® representa a velocidade de motor (por exemplo, RPM) e u representa as entradas controladas para o motor (por exemplo, estado das válvulas de acelerador).

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 17/29

6/11 [0014] A função f pode então consistir em realizar uma interpolação multidimensional em dados tabulares distintos fornecidos pelo fabricante usando os valores medidos de todas as entradas no tempo t. Pode também ser alguma função analítica se tais dados estão disponíveis.

[0015] Em um uso adicional da forma de f acima, as condições de ar podem não ser diretamente conhecidos, mas podem ser estimadas a priori, por exemplo, por meio de previsões meteorológicas para a rota do trem recuperado no início do trem.

[0016] A forma de f acima pode ser modificada dependendo do nível de detalhe nos dados fornecidos pelo fabricante. Tais dados podem, por exemplo, não ter uma dependência publicada na condição do ar de entrada. Similarmente, a função / pode ter argumentos adicionais que refletem outros estados da operação do motor.

[0017] A forma de f acima pode também ser modificada por meio de:

/ = f (T ,P, p,a> ,u,t) + C neste caso, o valor de C será estabelecido por meio de teste de aceitação no momento de recepção/fabricação da locomotiva ou por meio de alguma inspeção periódica da locomotiva.

[0018] Em ambos os casos, a locomotiva seria fixada a algum aparelho de detecção (tal como é comumente feito em teste de emissão de veículo em muitos estados dos Estados Unidos com um sensor de tubo de escape) e o nível de emissões estabelecido. Conhecendo a condição de funcionamento da locomotiva no momento em que este teste é realizado, o valor de C é estabelecido para a locomotiva calibrando as emissões previstas pelos dados/equações fornecidos pelo fabricante. Se inspeções periódicas da locomotiva são realizadas em uma maneira similar, então o valor de C pode ser modificado para refletir o resultado destas inspeções periódicas.

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 18/29

7/11 [0019] Em um segundo caso, um bico eletrônico (ou sensor equivalente) está disponível para detectar diretamente a taxa de emissões da exaustão da locomotiva. Neste caso, f = onde r(r) é a taxa detectada de emissões do sensor em tempo t.

[0020] O sistema 10 também inclui um módulo de localização 30 que é programado para determinar a posição geográfica de cada locomotiva bem como os limites geográficos de zonas controladas por emissões. Por exemplo, o Estado da Califórnia nos Estados Unidos define uma zona tendo controles de emissão específicas particulares nesta localização. A informação de localização presente pode ser fornecida por um sistema de posicionamento geográfico (GPS) 32 associado com o sistema 10 (tanto dedicado ou compartilhado com o sistema de controle de trem existente) e zonas controladas por emissão podem estar disponíveis e armazenadas em um banco de dados de rastreio 34 acessível por módulo de localização 30.

[0021] O sistema 10 ainda inclui um módulo de conformidade 40 que é programado para compilar as emissões totais do trem em cada zona controlada por emissão que o trem 14 percorre. O módulo de conformidade 40 é ainda programado para armazenar os dados relevantes em um banco de dados de conformidade 42 e gerar um relatório das emissões totais compiladas para cada zona. Por exemplo, o módulo de conformidade 40 pode exibir o resultado ao operador do trem ou transmitir um relatório digital 44 para um hospedeiro remoto. O relatório gerado por módulo de conformidade 40 pode assim ser usado para relatar atividade de emissões reais para a agência relevante responsável para assegurar a conformidade com cada uma das zonas controladas por emissões que o trem percorreu.

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 19/29

8/11 [0022] O sistema 10 pode implementar um método de relatar emissão 50 que começa com a limpeza no banco de dados de conformidade 52 no início de uma viagem. Quando o trem 14 é operado ao longo de uma rota, o sistema 10 determina periodicamente a localização geográfica de cada locomotiva 12 de pelo menos um GPS 32 e a informação de índice de locomotiva/comprimento. Uma vez que a localização de cada locomotiva é determinada, o sistema 10 verifica 56 a localização de cada locomotiva 12 com a localização de quaisquer zonas controladas de emissão em banco de dados de curva de emissão 34 para determinar se cada locomotiva 12 está em uma zona. Se qualquer locomotiva está em uma zona em Checagem 56, o sistema 10 determina as emissões desta locomotiva 58. Esta etapa de estimativa pode variar dependendo do tipo de dados que estão disponíveis para cada locomotiva. No caso mais simples, a locomotiva 12 é equipada com um ou mais sensores 22 que amostram diretamente a exaustão do motor e transmitem um sinal representando a taxa de emissões presente para o sistema 10. Alternativamente, o sistema 10 pode amostrar a condição de funcionamento medida desta locomotiva (entalhe de acelerador, RPM de motor, etc.) e estimar a taxa de emissões presente de gases controlados (NO_X, CO2, etc.) gerada por esta locomotiva 12. Emissões podem ser estimadas usando curvas de emissão fornecidas por fabricante para cada número de modelo de locomotiva no trem e então interpelando das curvas usando a condição de funcionamento medida da locomotiva (RPM de motor, entalhe de aceleração, etc.). Se as curvas de emissão exigem pressão e temperatura ambiente, 0 sistema 10 pode usar dados de temperatura/pressão de ar dos sensores 22 montados na locomotiva, ou comunicam com um servidor de internet (ou outra rede de computador) que fornece os dados de tempo relevantes. No caso em que os dados necessários não estão disponíveis, tal como quando os dados de pressão/temperatura reais

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 20/29

9/11 para a localização geográfica da locomotiva não são conhecidos, o sistema 10 pode registrar todos os dados conhecidos e então calcular as emissões de modo retroativo quando os dados desconhecidos estão disponíveis. Independente da abordagem particular, o sistema 10 registra as emissões 60 de cada locomotiva 12. No fim da viagem, outra verificação de localização 62 é usada para determinar se quaisquer locomotivas 12 saíram da zona controlada por emissões, ou atingiram algum outro intervalo ou localização predefinida. Se não, o registro de emissões continua na etapa 60. Se a checagem 62 determina que as locomotivas 12 deixaram a zona designada, o registro de atividade de emissões 64 cessa. O processo 50 pode então concluir com o registro de emissões totais de cada locomotiva 66, dependendo das exigências da ferrovia em operação e do administrador da zona controlada por emissões. Por exemplo, as emissões estimadas total de locomotivas enquanto o trem estava localizado dentro da zona podem ser coletadas no relatório 4. Alternativamente, ou em adição ao mesmo, uma versão digital do relatório 44 contendo os dados relevantes pode ser transmitida a um hospedeiro remoto, tal como a ferrovia e/ou o administrado de zona de emissão.

[0023] Referindo-se à Figura 4, o sistema 10 pode incluir um módulo de controle de emissão 70 acoplado ao módulo de emissões 20 e/ou módulo de localização 30. O módulo de controle de emissão 70 é programado para fornecer instruções ou comandos para o sistema de controle de trem 24 para controlar o estado de locomotivas 12 para fornecer uma característica de saída desejada enquanto minimiza as emissões. O módulo de controle de emissão 70 pode assim determinar a posição de acelerador/freio de cada locomotiva 12, baseado na quantidade de esforço de tração desejado da composição de locomotiva de maneira que obtém o esforço de tração desejado enquanto minimiza as emissões de cada locomotiva, a composição inteira, ou am

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 21/29

10/11 bas. O módulo de controle de emissão 70 é também programado para realizar uma otimização para determinar a posição de acelerador/freio independente de cada locomotiva 12 que fornece a saída desejada enquanto minimiza as emissões totais (por exemplo, carbono) da composição de locomotiva. A otimização pode ser uma pesquisa de força bruta direta como o número de variáveis de estado é pequeno (entalhe de acelerador por locomotiva) e os valores de cada variável de estado são distintos (novamente, o entalhe de acelerador). No caso em que o sistema de controle de trem 24 é capaz de atribuir um valor específico contínuo da entrada de cada locomotiva (esforço de tração, RPM de motor, etc.), então uma busca de força bruta pode não ser mais apropriada e qualquer um dos vários algoritmos conhecidos na técnica pode ser usado para obter uma otimização restrita. Por exemplo, abordagens tais como métodos de ponto interior, métodos de ponto ativo, etc. podem ser usadas para a otimização.

[0024] Deve ser reconhecido que o módulo de controle de emissão 70 pode ser fornecido em conjunto com o módulo de localização 30 como descrito aqui de modo que as emissões são controladas em uma maneira particular baseada em localização geográfica e a presença de quaisquer zonas de emissão controladas. Como um resultado, o módulo de controle de emissão 70 pode ser programado para atenuar as emissões controlando as locomotivas 12 em uma maneira particular baseada em se as locomotivas estão em uma zona ambiental restringindo a quantidade de emissões.

[0025] Como descrito acima, a presente invenção pode ser um sistema, um método, e/ou um programa de computador associado com a mesma e é descrita aqui com referência a fluxogramas e diagramas em bloco de métodos e sistemas. O fluxograma e diagramas em bloco ilustram a arquitetura, funcionalidade, e operação de implementações possíveis de sistemas, métodos e programas de computador da pre

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 22/29

11/11 sente invenção. Deve ser entendido que cada bloco dos fluxogramas e diagramas em bloco podem ser implementados por instruções de programa legível por computador em software, firmware, ou circuitos analógicos ou digitais dedicados. Estas instruções de programa legível por computador podem ser implementadas no processador de um computador de propósito geral, um computador de propósito especial, ou outro aparelho de processamento de dados programável para produzir uma máquina que implementa um aparte ou todos os blocos nos fluxogramas e diagramas em bloco. Cada bloco do fluxograma ou diagramas em bloco pode representar um módulo, segmento, ou parte de instruções, que compreende uma ou mais instruções executáveis para implementar as funções lógicas especificadas. Também deve ser notado que cada bloco das ilustrações de diagramas em bloco e fluxograma, ou combinações de blocos nos diagramas em bloco e fluxogramas, podem ser implementadas por sistemas baseados em hardware de propósito especial que realizam as funções especificadas e atua ou realiza combinações de instruções de computador e hardware de propósito especial.

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 23/29

Claims

1. Sistema para rastrear emissões de trem, caracterizado pelo fato de que compreende:

um módulo de emissões programado para determinar a quantidade de emissões emitida por uma locomotiva de um trem ao longo do tempo; e um módulo de conformidade programado para receber a quantidade de emissões emitida pela locomotiva do trem ao longo do tempo e registrar a quantidade de emissões emitida pela locomotiva do trem ao longo do tempo em uma localização geográfica predeterminada.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de emissões é interconectado a pelo menos um sensor que mede diretamente a quantidade de emissões emitida pelo trem.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de emissões recebe dados representando as condições de operação atuais do trem e calcula a quantidade de emissões baseada nos dados.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o módulo de emissões também recebe dados representando condições meteorológicas ambiente e usa os dados representando condições meteorológicas ambiente junto com os dados representando as condições de operação atuais do trem para calcular a quantidade de emissões.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o módulo de emissões é interconectado a um sistema de controle de trem.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o módulo de conformidade é programado para regis

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 24/29

2/3 trar a quantidade de emissões emitida por todas as locomotivas no trem.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o sistema inclui um módulo de localização.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o módulo de conformidade é ainda programado para registrar a quantidade de emissões emitida por todas as locomotivas no trem na localização geográfica predeterminada como determinado pelo módulo de localização.

9. Método de rastrear emissões de trem, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

determinar a quantidade de emissões emitida por um trem ao longo do tempo;

rastrear a localização do trem com relação a pelo menos uma localização geográfica tendo regulamentos de emissão; e registrar a quantidade de emissões emitida pelo trem na pelo menos uma localização geográfica.

10. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar a quantidade de emissões emitida por um trem ao longo do tempo compreende a etapa de coletar a quantidade de emissões emitida pelo trem usando pelo menos um sensor que mede diretamente a quantidade de emissões emitida pelo trem.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinar a quantidade de emissões emitida por um trem ao longo do tempo compreende a etapa de calcular a quantidade de emissões baseada em dados de operação do trem.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de compilar uma quan

Petição 870190059374, de 26/06/2019, pág. 25/29

3/3 tidade total de emissões do trem rastreando a quantidade de emissões emitida por um trem ao longo do tempo para todo o tempo em que o trem está na pelo menos uma localização geográfica tendo regulamentos de emissão.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de gerar um relatório das emissões totais compiladas para cada zona.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de transmitir um relatório para um hospedeiro remoto.