BRPI0706026A2

BRPI0706026A2 - método e dispositivo para otimizar a operação de um trem ferroviário, para um trem de tração distribuìda incluindo diversas locomotivas

Info

Publication number: BRPI0706026A2
Application number: BRPI0706026-2A
Authority: BR
Inventors: Ajith Kuttannair Kumar; Glenn Robert Shaffer; Brian D Lawry; Wolfgang Daum
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2011-03-15
Also published as: RU2008109009A; JP5469462B2; US20070219681A1; CA2622557A1; CN101415594B; RU2008108985A; ZA200802191B; WO2008073545A3; AU2007294585B2; US8751073B2; CN101384465A; BRPI0706029A2; RU2008109249A; AU2007289021A1; RU2501695C2; WO2008073545A2; US20130131898A1; CN101432179A; ZA200802279B; CN102806923B

Abstract

Método e dispositivo para otimizar a operação de um trem ferroviário, para um trem de tração distribuída incluindo diversas locomotivas. Uma forma de realização da invenção compreende um sistema para operar um veiculo ferroviário (8), o qual compreende uma unidade de tração líder (14/1 5) e uma unidade de tração não líder (16/17/18) durante uma viagem ao longo de uma linha. O sistema compreende um primeiro elemento (65) para determinar a localização do veículo ou um tempo a partir do inicio da viagem atual, um processador (62) operado de modo a receber as informações de um primeiro elemento (65) e um algoritmo incorporado dentro do processador (62) com acesso as informações, para gerar um plano de viagem o qual otimiza a performance tanto da unidade líder (14/1 5) ou/quanto da unidade não líder (16/17/18) de acordo com um ou mais critérios operacionais de um ou mais dos veículos (8), da unidade líder (14/15) ou da unidade não líder (16/17/18).

Description

Método e dispositivo para otimizar a operação de um trem ferroviário, para umtrem de tração distribuída incluindo diversas locomotivas.

REFERÊNCIA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

Este pedido de patente é um pedido de tipo "continuaçãoem parte", o qual reivindica o benefício de prioridade em relação ao pedido de patentenorte americano com titulo sistema e método de otimização de viagem para um trem,depositado em 20 de Março de 2006 ao qual foi conferido o número 11/385.354, que éaqui incorporado como referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

Estas formas de realização da invenção se referem àotimização das operações de trens, e mais em particular à otimização das operações detrens para um trem incluindo diversas consistências de locomotivas com traçãodistribuída, através do monitoramento e do controle das operações do trem dè modo amelhorar a sua eficiência, ao mesmo tempo que satisfaz as restrições de agenda.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Uma locomotiva é um sistema complexo com diversossubsistemas, cada subsistema interdependente dos outros subsistemas. Um operador,ou maquinista, a bordo da locomotiva aplica um esforço de tração ou um esforço defrenagem para controlar a velocidade da locomotiva e das cargas dos carros ferroviários,de modo a garantir uma chegada segura e em tempo no destino desejado. O controle davelocidade também deve sr exercido de modo a manter a forças internas ao trem dentrode limites aceitáveis, assim evitando forças de acoplamento excessivas e a possibilidadede quebra do trem. Para realiza esta função e para satisfazer os limites operacionais develocidade prescritos, os quais podem variar de acordo com a localização do trem, ooperador em geral deve ter uma grande experiência na operação da locomotiva, atravésdo terreno específico, com diversas consistências de carros ferroviários.

Contudo, mesmo com conhecimento e experiênciasuficientes para garantir uma operação segura, o operador em geral não consegueoperar a locomotiva de modo a minimizar o consumo de combustível (ou outrascaracterísticas operacionais, p. ex., as emissões) durante a viagem. Diversos fatoresoperacionais afetam o consumo de combustível, incluindo, por exemplo, os limites paraas emissões, as características de emissão/consumo das locomotivas, o tamanho e acarga dos carros ferroviários, o clima, as condições de trafego e os parâmetrosoperacionais da locomotiva. Um operador pode operar um trem de forma mais eficiente eeficaz (através da aplicação dos esforços de tração e de frenagem) quando contem asinformações de controle que otimizam a performance durante uma viagem, ao mesmotempo em que cumpre com a agenda estabelecida ou requerida (horário de chegada) e; usando uma quantidade mínima do combustível (ou otimizando um outro parâmetrooperacional), a despeito das diversas variáveis que afetam a performance. Assim, édesejável que o operador opere o trem através da guia (ou controle) de um dispositivo ouprocesso que informa sobre o uso.

Um trem de tração distribuída 8, tal como o quanto ilustradonas figuras 1 e 2, compreende as locomotivas 14-18 distribuídas de forma espaçadas emrelação com a consistência do trem. Além da consistência de locomotivas 12a daextremidade frontal, a qual inclui as locomotivas 14 e 15, o trem 8 compreende uma oumais consistências de locomotivas adicionais (referidas como as consistências remotas esendo as locomotivas destas referidas como as unidades remotas ou as locomotivasremotas) 12B e 12C. A consistência da unidade remota 12B compreende as locomotivasremotas 16 e 17; a consistência da unidade remota 12C compreende a |c>comotivaremota 18. Um trem de tração distribuída pode melhorar a operação e o manuseio dotrem através da aplicação dos esforços de tração e de frenagem em locais diferentes daextremidade frontal do trem.

As locomotivas das consistências remotas 12B e 12C sãocontroladas por meio de comandos emitidos pela unidade líder 14 da extremidade frontale transferidos por meio de um sistema de comunicação 10. Tais comandos, por exemplo,podem instruir as unidades remotas para aplicar os esforços de tração e de frenagem. Osistema de comunicação 10, referido como o sistema de comunicação de traçãodistribuída, também transfere as respostas das unidades remotas para os comandos dáunidade líder, as mensagens relativas às condições de alarme das unidades remotas eos dados dos parâmetros operacionais das unidades remotas. As transmissões dasunidades remotas que são enviadas para a unidade líder 14 da extremidade frontal paraa atenção do engenheiro. Tipicamente, o sistema de comunicação para a traçãodistribuída permite que o trem seja subdividido em uma consistência e em tantas quantoquatro consistências remotas, com cada consistência remota sendo controlada, de formaindependente, pela extremidade frontal.

Os tipos, conteúdos e formato das diversas mensagenstransferidas através do sistema de comunicação 10 são descritas em detalhes naspatentes norte americanas, do mesmo titular, de números US 5.039.038 e US 4.582.580,ambas com título "sistema de comunicação ferroviário", aqui incorporadas comoreferência.

Para uma consistência remota incluindo duas ou maislocomotivas, uma das.locomotivas da consistência é designada como a unidade líder daconsistência remota, tal como a locomotiva 16 para a consistência remota 12B. AunidadeJíder 16 da .consistência remota recebe os comandos e as mensagens daunidade líder-14, executa os comandos e as mensagens conforme necessário e emite oscomandos, correspondentes para as locomotivas vinculadas 17, através de um cabo decomunicação 19 (referido como a linha do trem ou uma linha MU (unidade múltipla)). Aunidade Iider 14 também controla a operação da locomotiva vinculada 15, através daemissão de comandos através da linha MU 19 que conecta as duas locomotivas.

O sistema de comunicação 10 realiza as comunicaçõesentre a unidade líder 14 da extremidade frontal e os sítios situados em terra, tais como ocentro de despachos, um centro de diagnóstico e de monitoramento das locomotivas, umpátio de manobras, uma instalação de carga e de descarga e um equipamento marginalà linha. Por exemplo, as consistências remotas 12B e 12C podem ser controladas a partirtanto da unidade líder 14 da extremidade frontal (figura 1) quanto de uma torre decontrole 40 (figura 2).

Deve ser entendido que a única diferença entre os sistemasdas figuras 1 e 2 é de que a emissão dos comandos e das mensagens a partir daunidade líder 14 da figura 1é substituída pela torre de controle 40 da figura 2.Tipicamente, a torre de controle 40 se comunica com a unidade líder 14, a qual por suavez está ligada com a locomotiva 15 através de uma linha MU 17, e com as consistênciasremotas 12B e 12C por meio do sistema de comunicações 10.

O trem 8 de tração distribuída, conforme as figuras 1 e 2,ainda compreende uma pluralidade de carros ferroviários 20 interpostos entre aconsistência líder 12A e as consistências remotas 12B/12C. A disposição dasconsistências 12A-12C e dos carros 20 ilustrados nas figuras 1 e 2 é meramenteexemplificativa, uma vez que a presente invenção pode ser aplicada em outrasdistribuições de locomotivas/carros.

Os carros ferroviários 20 compreendem um sistema defrenagem (não mostrado nas figuras 1 e 2) o qual aplica o freio dos carros ferroviáriosem resposta a uma queda de pressão na linha de frenagem 22 e libera os freios a ar como aumento da pressão na linha de frenagem 22. A linha de frenagem 22 é disposta portodo o comprimento do trem de modo a transferir as mudanças de pressão especificadaspelo controle individual do freio a ar 24 na unidade líder 14 e nas unidades remotas 16-18.

Em certas aplicações, um repetidor não embarcado 26 édisposto dentro de uma distância de comunicação por rádio do trem 8 para retransmitiros sinais de comunicação entre a unidade líder 14 e as consistências remotas 12B e 12Catravés do sistema de comunicação 10.

Cada uma das locomotivas 14-18, o repetidor nãoembarcado 26 e a torre de controle 40 compreendem um transceptor 28 com uma antena29 para; receber e transmitir os sinais de comunicação através do sistema decomunicação 10; O transceptor 28 na unidade líder 14 está associado com umcontrolador :líder 30 :para gerar e emitir os comandos e mensagens a partir da unidadelíder 14 para as consistências remotas 12B e 12C e para receber as mensagens deresposta destas. Os comandos são gerados no controlador líder 30 em resposta aocontrole realizado pelo operador nos controles de tração e de frenagem na unidade líder14. Cada locomotiva 15-18 e a repetidora não embarcada 26 compreendem umcontrolador remoto 32 para processar e para responder os sinais recebidos e para emitiras mensagens de resposta, os alarmes e os comandos.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

De acordo com uma forma de realização, a presenteinvenção compreende um sistema para operar um veículo ferroviário, o qual compreendeuma unidade de tração líder, uma unidade de tração não líder, durante uma viagem aolongo de uma linha. O sistema compreende um primeiro elemento para determinar alocalização do veículo ou um tempo a partir do início-da viagem atual, um processadoroperado de modo a receber as informaçõeis de um primeiro elemento e um algoritmoincorporado dentro do processador com acesso as informações, para gerar um plano deviagem o qual otimiza a performance tanto da unidade líder ou/quanto da unidade nãolíder de acordo com um ou mais critérios operacionais de um ou mais dos veículos, daunidade líder ou da unidade não líder.

De acordo com uma outra forma de realização, a presenteinvenção compreende um método para operar um veículo ferroviário, o qual compreendeuma unidade líder e uma unidade não líder, durante uma viagem ao longo de uma linha.

O método compreende determinar os parâmetros operacionais e as restriçõesoperacionais do veículo e executar um algoritmo, de acordo com os parâmetrosoperacionais e as restrições operacionais, para gerar um plano de viagem para o veículoo qual otimiza a performance, de forma separada, da unidade líder e da unidade nãolíder, sendo que a execução do plano de viagem permite o controle independente daunidade líder e da unidade não líder.

De acordo com ainda uma outra forma de realização, ainvenção compreende um código de programa de computador para operar um veículoferroviário compreendendo um processador de computador, uma unidade líder e timaunidade na líder durante uma viagem ao longo de uma linha. O código de programa decomputador compreende um módulo de programa para determinar os parâmetrosoperacionais e as reétrições operacionais do veículo e um módulo de programa paraexecutar um algoritmo, de acordo com os parâmetros operacionais e as restriçõesoperacionais, para; ;gerar um plano de viagem para o veículo o qual otimiza aperformance, de forma separada, da unidade líder e da unidade não líder, sendo que aexecução do plano de viagem permite o controle independente da unidade líder e daunidade não líder.

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

- As figuras 1 e 2 mostram trens ferroviários de tração distribuída nos quais osensinamentos da presente invenção podem ser aplicados:

- A figura 3 mostra uma ilustração de exemplo de um diagrama de fluxo da presenteinvenção;

- A figura 4 mostra um modelo simplificado do trem, o qual pode ser empregado;

- A figura 5 mostra uma forma de realização de exemplo dos elementos da presenteinvenção;

- A figura 6 mostra uma forma de realização de exemplo da curva entre o uso decombustível e o tempo de viagem;

- A figura 7 mostra uma forma de realização de exemplo da decomposição em trechospara um pano de viagem;

- A figura 8 mostra um exemplo de uma forma de realização relativa a urrT exemplo desegmentação;

- A figura 9 mostra um exemplo de um diagrama de fluxo da presente invenção;

- A figura 10 mostra uma ilustração de exemplo de um mostrador dinâmico para usopelo operador;

- A figura 11 mostra uma outra ilustração de exemplo de um mostrador dinâmico parauso pelo operador;

- A figura 12 mostra uma outra ilustração de exemplo de um mostrador dinâmico parauso pelo operador;

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

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

Os aspectos da invenção solucionam os problemas da arteatravés do fornecimento de um sistema, de um método e de um método implementadoatravés de um computador para determinar e implementar uma estratégia de conduçãode um trem incluindo-uma consistência de locomotivas e de uma pluralidade de vagõesferroviários, através do monitoramento e do controle (tanto diretamente quanto atravésde operações sugeridas ao operador) das operações de um trem de modo a melhorarcertos parâmetros objetivos de operação, ao mesmo tempo em que satisfaz aprogramação e as restrições de velocidade. As formas de realização da presenteinvenção também podem ser aplicadas aos trens que incluem uma pluralidade deconsistências de locomotivas, referido como um trem de potência ou tração distribuída.

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

Em uma outra forma de realização, um artigo manufaturado,tal corno um disco pré-gravado ou um produto de programa de computador semelhante,para uso em um sistema de processamento de dados, poderia incluir um meio dearmazenamento e meios de programa gravados neste, de nriodo a orientar o sistema deprocessamento de dados a permitir a realização, na prática, do método da invenção. Taisdispositivos e artigos manufaturados também estão incluídos dentro do espírito e doescopo da invenção.

Falando de forma geral, formas de realização da invençãoensinam um método, um dispositivo e um programa para determinar e para implementaruma estratégia de condução de um trem para melhorar certos parâmetros objetivos deoperação; âo mesmo tempo em que satisfaz a programação e as restrições develocidade. Para facilitar a compreensão da presente invenção, esta será aqui descritacom referência as formas específicas de realização da mesma. As formas de realizaçãopodem ser descritas dentro do contexto geral das instruções executáveis por umcomputador, tais como os módulos de programa de computador, que são executados porum computador. De forma geral, os módulos de programa de computador incluemrotinas, programas, objetos, componentes, estruturas de dados, etc., os quais realizamtarefas em particular ou que implementam tipos particulares de dados abstratos. Porexemplo, os programas de computador consubstanciam as formas de realização deexemplo da invenção e podem ser codificados através de diversas linguagens, para usoem plataformas diferentes. Na descrição que segue, os exemplos da invenção podem serdescritos dentro do contexto de um portal web o qual emprega úm navegador web.Contudo, poderá ser percebido que os princípios da invenção que formam a base dasformas de realização de exemplo da invenção podem ser igualmente implementadosatravés de outros tipos de tecnologias de programação de computador.

Ainda mais, os peritos na arte irão perceber que as formasexemplificativas dé-realização da presente invenção podem ser realizadas, na prática,através de outras configurações de sistemas de computador, incluindo os dispositivosportáteis ou hand-held, os sistemas de microprocessadores, os dispositivos eletrônicosbaseados em microprocessadores ou programáveis pelo usuário, minicomputadores,computadores de tipo mainframe, e similares. As formas de realização de exemplo dainvenção também podem ser realizadas na prática em ambientes de computaçãodescentralizados, nos quais as tarefas são realizadas por dispositivos remotos deprocessamento e os quais estão ligados através de uma rede de comunicação. Em umambiente de computação descentralizado, os módulos do programa podem estarlocalizados em meios de armazenamento de instruções de computador, tanto locaisquanto remotos, incluindo as memórias de armazenamento. Estes ambientes decomputação, tanto locais quanto remotos, podem estar totalmente contidos dentro dalocomotiva, ou em locomotivas adjacentes á consistência, ou não embarcados nestas ásmargens da linha ou em escritórios centrais,' com os quais é utilizada uma comunicaçãosem fio ou através de cabeamento.

O termo consistência de locomotivas pretende significaruma ou mais locomotivas em sucessão, ligadas entre elas de tal forma a fornecer umacapacidade motora ou de frenagem, sem vagões entre as locomotivas, tal como asconsistências de locomotivas 12A, 12B e 12C da figura 1. Um trem pode apresentar umaou mais consistências de locomotivas, tal como as consistências de locomotivas 12A,12B e 12C. Especificamente, pode existir uma consistência líder (tal como a consistência12A) e uma ou mais consistências remotas, tal como uma primeira consistência remota(tal como a consistência remota 12B) no meio da linha de vagões e outra consistênciaremota (tal como a consistência remota 12C) ao final do trem. Cada consistência delocomotivas pode apresentar uma primeira locomotiva, ou locomotiva líder (tal como alocomotiva unidade líder 14 da consistência 12A e a locomotiva de unidade líder 16 daconsistência remota 12B) e uma ou mais locomotiva(s) atrás desta (tal como aslocomotivas 15 da consistência 12A e a locomotiva 17 da consistência remota). Uma vezque uma consistência de locomotivas é normalmente vista como uma sucessão delocomotivas, os peritos na arte irão prontamente perceber que um grupo de consistênbiasde locomotivas também pode ser reconhecido como uma consistência mesmo quandoum carro ou vagão separa às locomotivas, tal como quando a consistência delocomotivas é configurada para uma operação com tração distribuída, na qual oscomandos de aceleração e de frenagem são disseminados a partir da locomotiva líderpara os trens remotos através de um canal de radio ou de um cabo elétrico. Nestesentido, o termo consistência de locomotivas não deve ser considerado como um fatorlimitativo quando da descrição de diversas locomotivas dentro do mesmo trem.

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

A figura 3 apresenta uma ilustração de exemplo de umdiagrama de fluxo de uma forma de realização de exemplo da presente invenção. Talcomo ilustrado, as instruções são entradas ou inserções específicas para o planejamentode uma viagem tanto a bordo quanto a partir de um local remoto, tal como um centrtí deexpedição 110. Tais informações inseridas incluem, mas não estão limitadas a, a posiçãodo trem, a descrição da consistência (tal como os modelos das locomotivas), a descriçãoda potência da locomotiva, a performance da transmissão de tração da locomotiva, oconsumo de combustível pelo motor como uma função da potência útil transferida, asemissões do trem ou da locomotiva como uma função da velocidade pelo ajuste dapotência e das cargas dinâmicas, as características de refrigeração, a rota pretendidapara a viagem (grau de inclinação efetivo e curvatura como uma função dos marcosferroviários ou um componente de ''grau de inclinação efetivo* para refletir a curvatura deacordo com o padrão para as práticas ferroviárias), o trem representado pela composiçãoe pela carga junto com os coeficientes de arrasto efetivo, os parâmetros desejados paraa viagem incluindo, mas não limitados a, o momento de início e a localização, o local dechegada, o tempo desejado de viagem, a identificação da tripulação (usuário e/ouoperador), o final do turno da tripulação e a rota.

Estes dados podem ser fornecidos para a locomotiva 142(vide a figura 3) através de diversas formas, tais como, mas não limitadas a, um operadorinserindo estes dados de forma manual na locomotiva 142 através de uma tela a bordo,as características- fornecidas pelo fabricante ou pelo operador, a inserção de umdispositivo de memória tal como um cartão rígido e/ou um drive USB contendo os dádosem um receptáculo ou conector a bordo da locomotiva, e através da transmissão dasinformações por meio de uma comunicação sem fio, a partir de um local 41 centralizadooü às margens da ferrovia, tal como um dispositivo de sinalização da linha e/ou umdispositivo marginal,: para a locomotiva 142. As características de carga da locomotiva142 e do trem 131 (p. ex., arraste) também podem ser alteradas durante a rota (p. ex.,com a altitude, a temperatura ambiente e as condições dos trilhos e dos vagões), e oplano pode ser atualizado de modo a refletir, tais mudanças, conforme necessário,através-de qualquer um dentre os método supra descritos e/ou através da capturaautônoma e em tempo real das condições do trem/locomotiva. Isto inclui, por exemplo, asmudanças detectadas nas características do trem ou da locomotiva detectadas peloequipamento de monitoramento a bordo ou não da locomotiva(s) 142.

O sistema de sinalização de linha indica certas condições dalinha e fornece instruções para o operador do trem que se aproxima de um sinal. Osistema de sinalização, o qual é descrito com maiores detalhes abaixo, indica, porexemplo, a velocidade permitida para o trem em um certo trecho da linha e fornece asinstruções de parada e de movimentação para o operador do trem. Os detalhes dosistema de sinalização, incluindo a localização dos sinais e as regras associadas com osdiferentes sinais são armazenadas no banco de dados a bordo 163 (veja a figura 9).

Com base na especificação dos dados de entrada nasformas de realização de exemplo da presente invenção, é calculado um plano otimizadopára produzir um perfil de viagem 112, o qual minimiza o uso de combustível e/ou asemissões produzidas, sujeito às restrições dos limites de velocidade ao longo da rota econsiderando os horários de partida e de chagada. O perfil contém a velocidadeotimizada e os ajustes de potência (marcha de trabalho) otimizados do trem que segue,expressos como uma função da distância e/ou do tempo, e os limites operacionais dotrem incluindo, mas não limitados a, os ajustes máximos para a marcha de trabalho epara a frenagem, e os limites de velocidade como uma função da localização, e oconsumo de combustível e a geração de emissões que são esperados. Em uma formade realização de exemplo, o valor do ajuste para a marcha de trabalho [notch] éselecionado de modo a se obter as decisões de mudança de aceleração a cada períodode 10 a 30 segundos.

Os peritos na arte irão prontamente perceber que asdecisões de mudança de aceleração podem acontecer em períodos maiores ou menores,se necessário e/ou desejado, de modo a seguir um perfil otimizado de velocidade. Emsentido amplo, deve ficar evidente para uma pessoa com proficiência na arte que osperfis fornecem os ajustes de potência para o trem, tanto a nível do trem quanto a nívelda consistência e/ou a nível do trem individual. Como ora empregado, a potênciacompreende a força de frenagem, a força motriz e a força dos freios a ar. Em uma outraforma preferida de realização, áo invés de operar, de forma tradicional, com ajustesdiscretos para as marchas de trabalho, a forma de realização de exemplo da presenteinvenção está apta a selecionar um ajuste contínuo da potência, o qual é determinadocomo sendo o otimizado para o perfil selecionado. Destarte, e por exemplo, se um perfilotimizado especifica um ajuste da marcha de trabalho de 6,8, ao invés de operar com umajuste da marcha de trabalho de 7, a locomotiva 142 pode operar em 6,8. A possibilidadede se operar com ajustes de potência intermediários pode trazer benefícios adicionaispara a eficiência, tal como descrito abaixo.

O procedimento usado para computar o perfil ótimo podeser através de qualquer um dos métodos de computação para uma seqüência depotência a qual guia o trem 131, de modo a minimizar o consumo de combustível e/ou asemissões, desde que respeitados as restrições para a locomotiva e para a programaçãoou agenda de horários, tal como sintetizado abaixo. Em alguns casos, o perfil otimizadonecessário pode ser muito próximo de um anteriormente determinado, devida àsimilaridade da configuração do trem, da rota e das condições ambientais. Nestes casos,pode ser suficiente consultar o guia de trajeto dentro do banco de dados 163 e tentarsegui-lo.

Quando não existe nenhum plano previamente computado,os métodos para calcular um novo incluem, mas não estão limitados a, calculardiretamente o perfil ótimo utilizando modelos de equações diferenciais/os quaisreproduzem, de forma aproximada, a movimentação física do trem. O ajuste envolve eseleção de uma quantidade de funções objetivas, usualmente uma soma ponderada(integral) das variáveis do modelo, as quais correspondem à taxa de consumo docombustível e de geração das emissões, mais um termo para penalizar uma variaçãoexcessiva da aceleração.

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

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

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

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

na qual x é a posição de trem, v é a sua velocidade e t é o tempo (em milhas, milhas porhora e minutos ou horas, conforme apropriado) e u é o comando de entrada para amarcha de trabalho (aceleração).. Além disto, D indica a distância a ser percorrida, Tf ohorário desejado de chegada na distância D ao longo da linha, Te é o esforço de traçãoproduzido pela consistência de locomotivas, Ga é o arraste gravitacional o qual dependedo comprimento do trem, da composição do trem e do terreno no qual o trem estálocalizado, R é o arraste dependente da velocidade efetiva [net speed] da consistência delocomotivas e da composição do trem. As velocidades iniciais e finais também podem serespecificadas, mas sem perda do caráter genérico são tidas aqui como sendo zero (tremparado no início e no final). O modelo é prontamente modificado para incluir outrasdinâmicas importantes tais como o atraso entre uma mudança de aceleração, u, e doesforço de tração ou de frenagem resultante.

Todas estas medidas de performance podem ser expressasna forma de uma combinação linear entre "qualquer um dos seguintés:

- Minimiza o consumo total de combustível

- Minimiza o tempo de viagem

- Minimiza a marcha de trabalho (entrada constanteponto a ponto)

- Minimiza a marcha de trabalho (entrada contínua)

A substituição do termo do combustível F em (1) pelo termocorrespondente à produção das emissões. Uma função muito empregada erepresentativa da função objetiva é então

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

Os coeficientes da combinação linear dependem daimportância (peso) dado a cada um dos termos. Note-se que na equação (OP)1 u(t)t é avariável de otimização que é a. posição da marcha de trabalho contínua. Caso sejanecessária uma marcha de trabalho discreta, p. ex., para locomotivas antigas, a soluçãoda equação (OP) é tornada discreta, o que pode resultar em uma menor economia decombustível. Encontrar a solução de menor tempo (ai é fixado em zero e a2 é fixado emzero ou em um valor relativamente pequeno) é usado para encontrar a menor ligaçãopara o tempo de possível (Tf = Tmin). Neste caso, tanto u(t) quanto Tf são as variáveis deotimização. A forma preferida de realização soluciona a equação (OP) para diversosvalores de Tf com Tf > Tfmin com a3 fixado em zero. Neste último caso, Tf é tratado comouma restrição.Para aqueles que estão familiarizados com as soluções detais problemas de otimização, pode ser necessário adicionar restrições, p. ex„ os limitesde velocidade ao longo da trajetória:

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

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

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

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

As referencias as emissões, no contexto das formas derealização de exemplo da presente invenção, de fato, são direcionadas para as emissõescumulativas produzidas na forma de emissões de óxido de nitrogênio (NOx), de emissõesde hidrocarbonetos não queimados e de particulados. Por projeto, cada locomotiva deveobedecer aos padrões de emissão da EPA e assim uma forma de realização da invençãoque otimiza as emissões pode se referir ao total de emissões em uma missão, para aqual. não existem especificações atuais da EPA. Em qualquer momento, a operação dalocomotiva, de acordo com o plano otimizado de viagem, deve obedecer aosregulamentos federais da EPA.

Caso um objetivo chave, durante uma missão, seja o dereduzir as emissões, a fórmula de controle otimizada, equação (OP), deve ser aditada demodo a levar em consideração este objetivo da viagem. Uma flexibilização chave noajuste da otimização é o de que todos e quaisquer objetivos da viagem possam variar deacordo com a região ou com a missão. Por exemplo, para um trem de alta prioridade; umtempo mínimo pode ser o único objetivo em uma rota, devido a sua alta prioridade detrânsito. Como um outro exemplo, a geração das emissões pode variar de estado paraestado, ao longo da rota planejada para o trem.

Para solucionar o problema resultante da otimização, umaforma de realização de exemplo da presente invenção transfere o problema do controledinâmico otimizado, dentro do domínio do tempo, para um problema equivalente deprogramação de estatística matemática com N variáveis de decisões, na qual o número"N" depende da freqüência com a qual são feitos os ajustes no acelerador e nos freios,bem como a duração da viagem. Para os problemas típicos, este N pode ser de milhares.Por exemplo, e em uma forma de realização de exemplo, pode-se supor um tremviajando por uma linha direta com 172 milhas [cerca de 275 Km] pelo sudoeste dosEstados Unidos. Empregando a forma de realização de exemplo da presente invenção,uma economia de, p. ex„ 7,6% no consumo de combustível pode ser conseguida quandose compara uma viagem determinada e realizada utilizando a forma de realização deexemplo da presente invenção contra o histórico real de uso da aceleração/frenagemdeterminado por um maquinista. O aumento da economia é conseguido devido ao fato deque a otimização obtida através do uso da forma de realização de exemplo da presenteinvenção produz uma estratégia de condução tanto com um menor arraste quanto comuma perda por freios menor, ou nenhuma, quando em comparação com um plano deviagem de um maquinista ou operador.

Para tornar a otimização supra descrita passível de ser.tratada por computador, deve ser empregado um modelo simplificado do trem, tal como oquanto ilustrado na figura 4 e nas equações supra descritas. Um refinamento chave doperfil otimizado é produzido através da condução de um modelo mais detalhado, no qualé gerada a seqüência de tração otimizada, de modo a testar se as demais restriçõestérmicas, elétricas e mecânicas são violadas, levando a um perfil modificado davelocidade pela distância que seja mais próximo a um deslocamento que pode serconseguido sem danificar a locomotiva ou os equipamentos do trem, isto é, satisfazendoas restrições adicionais implícitas tais como os limites térmicos ou elétricos da locomotivaou as forças internas aos vagões do trem.

Fazendo novamente referência a figura 3, uma vez que éiniciada 112 a viagem, são gerados os comandos de tração 114 de modo a colocar otrem em movimento. Dependendo do ajuste operacional para a forma de realização deexemplo da presente invenção, um comando é destinado a que a locomotiva siga ocomando otimizado de tração 116 de modo a atingir a velocidade otimizada. De acordocom as suas varias formas de realização, a presente invenção obtém a velocidade real eas informações de tração a partir da consistência 118 de locomotivas do trem. Devido asinevitáveis aproximações pelos modelos usados para a otimização, um cálculo em Ioopfechado das correções para a tração otimizada é obtido através do rastreamento davelocidade otimizada desejada. Tais correções dos limites operacionais do trem podemser feitas de forma automática ou através do operador, o qual sempre tem o comandofinal do trem.

Em alguns casos, o modelo usado na otimização podediferir significativamente do trem real. Isto pode acontecer por diversos motivos, incluindomas não limitado a, alocação e encaminhamento de cargas extras, locomotivas quefalham durante a rota, e a erros no banco de dados 163 inicial ou a entradas de dadoserrôneas feitas pelo operador. Por estas razões, é previsto um sistema de monitoramentoo qual se utiliza de dados em tempo real para estimar os parâmetros da locomotiva ou dotrem em tempo real 120. Os parâmetros estimados são então comparados com osparâmetros assumidos e que foram usados quando a viagem foi inicialmente criada 122.Baseado em qualquer diferença entre os valores assumidos e estimados, a viagem podeser re-planejada 124. Tipicamente, a viagem é re-planejada caso uma economia maiorpode advir do novo plano.

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

Em operação, a locomotiva 142 irá continuamente monitorara eficiência do sistema e atualizar continuamente o plano de viagem com base nasmedições reais da eficiência, sempre que uma tal atualização possa melhorar aperformance da viagem. Os cálculos para o re-planejamento da viagem podem serrealizados totalmente dentro da locomotiva(s) ou total ou parcialmente deslocados paraum local remoto, tal como as instalações de processamento marginal ou de expedição,nas quais a tecnologia sem fio é utilizada para a comunicação dos planos para alocomotiva 142. As diversas formas de realização da presente invenção também podemgerar tendências eficientes as quais podem ser usadas para desenvolver os dados dafrota de locomotivas com relação às funções de transferência da eficiência. Os dados detoda a frota podem ser usados por ocasião da determinação do plano de viagem inicial, epodem ser Usados na otimização da movimentação de toda a malha quando seconsidera a localização de diversos trens. Por exemplo, a curva relativa ao tempo dedeslocamento em relação ao uso de combustível, tal como ilustrada na figura 6, reflete acapacidade de um trem, em uma rota em particular e em um dado momento, atualizadapelo conjunto de médias capturadas para diversos trens similares na mesma rota.Destarte, uma instalação central de expedição que coleta as curvas como as da figura 6,a partir de diversas locomotivas, poderia utilizar estas informações para coordenar, deuma forma melhor, movimentação geral dos trens a fim de que se consiga umavantagem ao nível de todo o sistema, em relação à economia de combustível oudeslocamento.

Durante as operações diárias, diversos eventos podem levara necessidade de se gerar ou modificar o plano atualmente em execução, quando sepretende manter os mesmos objetivos da viagem, para quando um trem não se encontradentro da sua agenda em relação ao encontro ou a passagem de outro trem, e esteprecisa recuperar o tempo. Utilizando os dados atuais de velocidade, tração e localizaçãoda locomotiva, é feita uma comparação entre o horário de chegada planejado e o horáriode chegada 25 atualmente estimado (previsto). O plano 126 é ajustado com base nadiferença entre os horários, assim como na diferença entre os parâmetros (detectados oualterados pela expedição ou pelo operador). Este ajuste pode ser feito automaticamente,de acordo com a vontade da companhia ferroviária, em relação a como os desvios doplano devem ser tratados, ou propostas alternativas de forma manual, para o operadorembarcado ou a expedição decidirem a melhor forma de voltar ao plano. Sempre que umplano é atualizado, mas não os seus objetivos, tal como, mas não limitado ao temporestante para a chegada do mesmo, outras mudanças podem ser transformadas emfatores concorrentes, p. ex., mudanças nos novos limites de velocidade futuros, o quepoderia afetar a possibilidade de se retornar ao plano original. Em tais casos, se o planode viagem original não puder ser mantido, ou em outras palavras o trem não é capaz decumprir com os objetivos do plano de viagem original, como aqui descrito, outros planospodem ser apresentados para um operador e/ou uma instalação remota, ou expedição.

Também pode ser feito um re-planejamento quando édesejado alterar os objetivos originais. Um tal re-planejamento pode ser feito tanto emintervalos determinados de tempo, de forma manual e de acordo com adiscricionariedadè do operador ou da expedição, quânto de forma autônoma quando sãoexcedidos certos limites predefinidos, tais como os limites operacionais do trem. Porexemplo, se a execução do plano atual está atrasada mais que um valor predeterminado,tal como trinta minutos, a forma de realização de exemplo da presente invenção pode re-planejar a viagem de modo acomodar o atraso às custas de um aumento do consumo decombustível, tal como supra descrito, ou para alertar o operador e a expedição sobre oquanto de tempo pode ser recomposto ao todo (isto é, qual o tempo mínimo de chegadaou qual a quantidade máxima de combustível que pode ser economizada dentro darestrição de tempo). Também podem ser previstos outros gatilhos de re-planejamentocom base no combustível consumido ou na integridade da consistência de tração,incluindo, mas não limitado a, o horário de chegada, a perda de cavalos vapor devido auma falha do equipamento e/ou a um mau funcionamento temporário dò equipamento(tal como por uma operação em estado muito aquecido ou muito frio) e/ou pela detecçãode: ,erros: :na Jnserção de dados, tal como no comprimento assumido do trem, naotimização das emissões totais, tal como ocorrido ao longo da rota e projetado para odestino final. Isto é, se a mudança se reflete de forma negativa em relação aperformance da locomotiva para o restante da viagem, esta pode ser adicionada comoum fator nos modelos e/ou nas equações usadas na otimização.

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

Para os re-planejamentos iniciados de forma automática oumanual, as formas de realização de exemplo da presente invenção podem apresentarmais de um plano de viagem para o operador. Em uma forma de realização de exemplo,a presente invenção irá apresentar perfis diferentes para o operador, permitindo que ooperador selecione o horário de chegada e compreenda o impacto em relação asemissões e a economia de combustível. Tais informações também podem ser fornecidaspara a expedição para considerações similares, tanto ha forma de uma lista simples comalternativas ou como uma pluralidade de curvas operacionais, tal como ilustrada na figura 6.

A forma de realização de exemplo da presente invenção tema capacidade.de aprender e adaptar as mudanças chaves do trem e da consistência detração, as quais podem ser incorporadas tanto no plano atual quanto em planos futuros.Por exemplo, um dos gatilhos descritos acima é a perda de potência. Quando daconstrução da potênciacem função do tempo, tanto após uma perda de potência quantono iníciojje uma viagem, é utilizada a transição lógica para se determinar quando éconseguia a potência necessária. Esta informação pode ser salvada no banco de dados161 da locomotiva para uso na otimização tanto em viagens futuras quanto no caso deuma nova perda de potência dentro da viagem atual.

A figura 5 ilustra uma forma de realização de exemplo doselementos que podem ser parte de um exemplo do sistema. É previsto um elementoIocalizador 130 para determinar a localização do trem 131. O elemento Iocalizador 130pode ser um sensor GPS, ou um sistema de sensores, o qual determina a localização detrem 131. Exemplos de tais outros sistemas incluem, mas não estão limitados a,dispositivos marginais [ou seja, disposto a beira da linha ferroviária], tal comoequipamentos automáticos por radio freqüência de identificação de etiquetas (RF AEI),expedição e/ou determinação por vídeo. Outros sistemas podem incluir o tacômetro abordo de uma locomotiva e cálculos de distância a partir de um ponto de referencia. Talcom previamente descrito, pode também ser previsto um sistema de comunicação semfio 147 para permitir as comunicações entre ds trens e/ou com uma localidade remota, talcomo a expedição. As informações acerca da localização da viagem também podem sertransferidas de outros trens.

Também é previsto um elemento de caracterização do trem133 para fornecer as informações acerca de uma linha, principalmente as informações degrau e de elevação e de curvatura. O elemento de caracterização da linha 133 podeincluir um banco âe dados 136 embarcado de integridade da linha. Os sensores 138 sãousados para medir um esforço de tração 140 que está sendo aplicado pela consistênciade locomotivas .142, o ajuste da aceleração da consistência de locomotivas 142, asinformações sobre a configuração da consistência de locomotivas 142, a velocidade daconsistência de locomotivas 142, a configuração individual das locomotivas, acapacidade individual das Iocomotivasi etc. Em uma forma de realização de exemplo, asinformações de.configuração da consistência de locomotivas 142 podem ser carregadassem o uso de um sensor 138, mas são inseridas através de outros meios, tal como supradescrito. Além do mais, também pode ser levada em consideração a saúde daslocomotivas. Por exemplo, se uma locomotiva da consistência não está apta a operaracima da marcha de trabalho 5, esta informação é usada quando da otimização do planode viagem.

A informação do elemento Iocalizador também pode serusada para determinar um horário de chegada apropriado para o trem 131. Por exemplo,caso exista um trem 131 se movendo pela linha 134 na direção de um destino e nenhumtrem atrás deste, e o trem não tem um prazo determinado de chegada ligado a ele, oelemento localizador, incluindo mas não limitado a um equipamento automático por radiofreqüência de identificação de etiquetas (RF AEI), expedição e/ou determinação porvídeo, pode se_r.xjs.ad0 para gabaritar a exata localização do trem 131. Além do mais, asentradas destes sistemas de sinalização podem°ser usadas para ajustar a velocidade dotrem. Utilizando a banco de dados da linha no trem, descrito abaixo, bem como oelemento localizado;, tal como um GPS, a forma de realização de exemplo da presenteinvenção pode ajustar a interface do operador de modo a refletir o estado do sistema desinalização quando o estado do sinalizador indicar velocidades restritas à frente, oplanejador pode decidir reduzir a velocidade do trem para reduzir o consumo decombustível. De forma similar, o planejador pode decidir reduzir a velocidade do trempara diminuir a taxa de emissões.

As informações do elemento Iocalizador 130 também podemser usadas para alterar os objetivos do planejamento como uma função da distância atéo destino final. Por exemplo, devido as inevitáveis incertezas em relação aocongestionamento na rota, podem ser empregados os objetivos mais "rápidos" naspartes iniciais da rota como uma salvaguarda contra os atrasos, que estatisticamenteacontecem posteriormente. Se isto acontecer'em uma viagem em particular na qual nãoocorram atrasos, os objetivos das partes posteriores da jornada podem ser modificadosde modo a poder explorar o tempo previamente acumulado, e assim recuperar algumaeconomia de combustível. Uma estratégia similar poderia ser evocada para os objetivosrestritivos em relação às emissões, p. ex., pela aproximação de uma área urbana.

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

A figura 5 ilustra ainda outros elementos que podem fazerparte da forma- de realização de exemplo da presente invenção. É fornecido umprocessador 144 de modo a operar para receber as informações do elemento Iocalizador130, do elemento: de caracterização da linha 133 e dos sensores 138. Um algoritmo 146opera dentro do processador 144. O algoritmo 146 é utilizado para calcular um plano deviagem otimizado com base nos parâmetros que envolvem a locomotiva 142, o trem 131,a linha. 134 e os objetivos da missão, tal como supra descrito. Em uma forma derealização de exemplo, é estabelecido o plano de viagem com base nos modelos docomportamento do trem conforme o trem 131 se move ao longo da linha 134 na forma deuma solução de equações diferenciais não lineares derivadas da física com pressupostosde simplificação que são fornecidos no algoritmo. O algoritmo 146 tem acesso ásinformações do elemento Iocalizador 130, do elemento de caracterização da linha 133e/ou dos sensores 138 para gerar um plano de viagem que minimiza o consumo decombustível pela consistência 142, que minimiza as emissões da consistência delocomotivas 142, que estabelece um tempo de viagem desejado e/ou quê assegura umtempo de trabalho apropriado da tribulação a abordo da consistência de locomotivas 142.

Na forma de realização de exemplo, também é previsto um condutor ou elemento décontrole 151. Como aqui descrito, o elemento de controle 151 é usado para controlar otrem conforme este segue o plano de viagem. Em uma forma de realização de exemplotambém aqui descrita, o elemento de controle 151 faz com que o trem opere a partir dedecisões autônomas. Em uma outra forma de realização de exemplo, o operador podeser envolvido na condução do trem para que este siga o plano de viagem.

Em uma forma de realização da presente invenção, o planode viagem pode ser modificado em tempo real conforme o plano de viagem está sendoexecutado. Isto inclui criar um plano inicial para uma viagem de longa distancia, devido àcomplexidade do algoritmo de otimização do plano. Quando a distância total de um perfilde viagem excede um dado valor, pode ser usado um algoritmo 146 para segmentar amissão, sendo que a missão pode ser dividida por marcos do caminho. Apesar de serdescrito apenas um algoritmo 146, os peritos na arte irão prontamente perceber quepode ser usado mais de um algoritmo, sendo que os algoritmos podem estar ligadosentre eles.

Os marcos podem incluir os locais naturais de parada dostrens 131, tais como, mas não limitados a, desvios laterais nos quais está agendado páraacontecer, em uma linha de apenas um trilho, um encontro com um trem que vem emdireção oposta ou a ultrapassagem de um trem que vem atrás deste, ou em pátios dedesvio ou nas indústrias nos quais os vagões devem ser retirados ou incluídos, e emlocais de serviços planejados. Em tais marcos, o trem 131 pode ser instado a estar nolocal dentro de um horário agendado e parar ou se mover dentro de uma faixa específicade velocidades. A duração do tempo desde a chegada até a partida nos marcos échamada de tempo de permanecia.

Em uma forma de realização de exemplo, a presenteinvenção está apta a quebrar uma viagem longa em pequenos segmentos ou trechos deuma forma esquemática especial. Cada trecho pode apresentar um comprimentoarbitrário, mas tipicamente é demarcado por pontos naturais tais como uma parada ouuma restrição significativa de velocidade, ou por marcos ferroviários chave os quaisdefinem as junções com outras rotas. Dada uma partição, ou segmento, selecionadodesta forma, é gerado em perfil de condução para cada trecho, como uma função dotempo de viagem como uma variável independente, tal como o quanto ilustrado na figura6. O combustível consumido e/ou emissões/tempo de viagem associado 'a cadasegmento pode ser computado antes do trem 131 alcançar o trecho da linha. Um planode viagem total pode ser gerado a partir dos perfis de condução gerados para cadatrecho. A forma de realização de exemplo da invenção distribui o tempo de viagem entretodos os trechos da viagem, de uma forma otimizada, de tal modo que o tempo deviagem requerido é cumprido bem como o total de combustível consumido e/ou asemissões, em relação a todos os trechos, é tão baixa quanto possível. Um exemplo deum segmento de viagem é ilustrado na figura 8 e descrito abaixo. As pessoas comproficiência na arte poderão perceber que, apesar de serem descritos trechos ossegmentos, o plano de viagem pode compreender um único trecho que representa toda aviagem.

A figura 6 ilustra uma forma de realização de exemplo deuma curva do consumo de combustível em função do tempo de viagem. Comopreviamente citado, uma tal curva 150 é gerada quando do cálculo de um perfil otimizadoda viagem para diversos tempos de viagem para cada trecho. Isto é, para um dadotempo de viagem 151, o combustível consumido 152 é o resultado de um perfil detalhadode condução, calculado tal como supra descrito. Uma vez alocados os tempos de viagempara cada trecho, é determinado um plano de tração/velocidade para cada trecho a partirdas soluções previamente computadas. Caso existam quaisquer restrições de velocidadeem locais específicos dos segmentos, tais como, mas não limitados a uma mudança nolimite de velocidade, estes são indicados durante a geração do perfil otimizado daviagem. Se as restrições de velocidade mudam apenas em um segmento, a curva 150 doconsumo de combustível em função do tempo de viagem deve ser recalculada somentepara o segmento alterado. Isto reduz o tempo perdido para recalcular mais partes, outrechos, da viagem. Se a consistência de locomotivas ou o trem mudamsignificativamente ao longo da rota, p. ex„ pela perda de uma locomotiva ou pelainserção ou retirada de um vagão, então os perfis de condução para todos os trechossubseqüentes devem ser recalculados, gerando novas instâncias da curva 150. Estasnovas curvas 150 poderão então ser usadas junto a novos objetivos agendados paraplanejar o restante da viagem.

Uma vez gerado um plano de viagem, tal como supradescrito, um gráfico para ao menos uma comparação entre velocidade e tração emfunção da distância, usado para se alcançar o destino com um consumo de combustívele/ou emissões mínimos dentro do tempo necessário para a viagem. Existem diversasformas por meio das quais o plano de viagem é executado. Tal como esclarecido abaixocom maiores detalhes, em uma forma de realização de exemplo, e quando em um modode instrução [coaching mode], as informações são apresentadas para o operador paraque este as siga no intuito de alcançar a tração desejada e a velocidade determinada deacordo com o plano de viagem otimizado. Neste modo, as informações operacionais sãocondições operacionais sugeridas as quais o operador deve utilizar. Em uma outra formade realização de exemplo, são realizadas a aceleração e a manutenção de umavelocidade constante. Contudo, quando o trem 131 deve reduzir de velocidade, ooperador é responsável pela aplicação do sistema de freios 152. Em uma outra: forma derealização de exemplo da presente invenção, os comandos de aceleração e de frenagemsão fornecidos conforme necessários para se seguir a trajetória desejadávelocidade/distância.

As estratégias de controle através de retorno ou feedbacksão usadas para realizar correções na seqüência de controle da tração do perfil de modoa corrigir eventos tais como, mas não limitados a, variações na carga do trem causadaspor flutuações no fluxo de ar frontal ou no fluxo de ar de fuga ou traseiro. Um outrodentre estes tipos de erros pode ser causado por um erro nos parâmetros do trem, talcomo, mas não limitado a, a massa do trem e/ou o arraste, quando comparado com ospressupostos do plano de viagem otimizado. Um terceiro tipo de erro que pode ocorrer éem relação à informação contida no banco de dados 136 do trem. Um outro tipo de erropode envolver as diferenças de performance não modeladas devidas ao motor dalocomotiva, a degradação térmica do motor de tração e/ou a outros fatores. Asestratégias de controle através de retorno comparam a velocidade atual como umafunção da posição com a velocidade desejada no perfil otimizado. Com base nestadiferença, é realizada uma correção no perfil de tração otimizado de modo a direcionar avelocidade atual na direção do perfil otimizado. Para assegurar uma regulagem estável,pode ser previsto um algoritmo de compensação, o qual filtra as velocidades de feedbackdas correções de tração para garantir a estabilidade próxima a da performance. Acompensação pode incluir uma compensação dinâmica padrão, tal como a empregadapelos peritos na arte de projetos de sistemas de controle para alcançar os objetivos daperformance.

As formas de realização de exemplo da presente invençãocapacitam os meios mais simples, e portanto mais rápidos, para acomodar as alteraçõesnos objetivos da viagem, as quais são a regra e não a exceção, nas operaçõesferroviárias. Em uma forma de realização de exemplo para se determinar uma viagemcom um consumo ótimo de combustível do ponto A ao ponto B1 entre os quais existemparadas ao longo do caminho, e para atualizar a viagem para o restante da viagem umavez que já tenha sido iniciada a viagem, pode ser usado um método de decomposiçãosub otimizado para encontrar o perfil otimizado da viagem. Utilizando os métodos demodelagem, o método de cálculo pode encontrar o plano de viagem dentro do tempoespecificado da viagem bem como as velocidades inicial e final, de tal sorte a satisfazertodos os limites de velocidade e as restrições inerentes à capacidade da locomotivaquando existem paradas. Apesar da descrição seguinte estar direcionada para aotimização do consumo de combustível, esta também pode ser aplicada para otimizaroutros fatores, tais como, mas não limitados a, emissões, agenda, conforto da tripulação,e impacto na carga. O método pode ser usado no começo do desenvolvimento de umplano de viagem, e de forma mais importante para adaptar os objetivos às mudançasapós o início da viagem.

Tal como aqui déscrito, as formas de realização de exemploda presente invenção podem empregar um ajuste, tal como o quanto ilustrado nodiagrama de fluxo mostrado na figura 7, e como no exemplo de três trechos mostrado nafigura 8. De acordo com o quanto ilustrado, uma viagem pode ser quebrada em dois outrês trechos T1, T2 e T3, apesar de que, tal como aqui descrito, é possível considerar aviagem como um único trecho. Tal como também aqui descrito, a limitação dos trechospode resultar em trechos diferentes. Pelo contrário, ós segmentos podem estar baseadosem limites específicos naturais ou da missão! Os planos de viagem otimizados são pré-computados para cada trecho. Caso o objetivo da missão a ser cumprido seja o deconsumo de combustível em função do tempo, são construídos os gráficos ou curvas doconsumo de combustível em função do tempo, para cada trecho: Como aqui descrito, ascurvas podem estar baseadas em outros fatores (parâmetros) tal como supra déscrito,sendo que estes fatores são objetivos a serem alcançados com o plano de viagem.Quando o tempo de viagem é o parâmetro que está sendo determinado, é calculado otempo de viagem para cada trecho ao mesmo tempo em que é satisfeita a limitaçãorelativa ao tempo total da viagem.

A figura 8 ilustra os limites de velocidade para um exemplode uma viagem 197 de 200 milhas [cerca de 320 Km] com três trechos. Também estãoilustradas as mudanças de grau 198 através da viagem de 200 milhas. Também émostrado um diagrama 99 ilustrando as curvas para cada trecho da viagem relativas aocombustível empregado em função do tempo de viagem.

Utilizando o ajuste otimizado de controle previamentedescrito, o presente1 método de computação pode encontrar o plano de viagem com otempo de viagem especificado e com as velocidades inicial e final, de modo a satisfazertodos os limites de^velocidade e as limitações de capacidade da locomotiva quandoexistem paradas. Apesar da descrição detalhada que segue ser direcionada no sentidodo uso de combustível, esta também pode ser aplicada para otimizar outros fatores, talcomo aqui descrito, quais, por exemplo, as emissões. O método pode acomodar o tempode parada desejado nas paradas e o de considerar as restrições a chegadas e partidasmais cedo, por exemplo, em locais que apresentam as operações em apenas uma linhaférrea, quando os horários de chegada e de partida são críticos.

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

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

na qual U(Di), tdep(Di) e At são a chegada, a partira e o tempo mínimo de parada na iaparada, respectivamente. Assumindo que a otimização do combustível implica naminimização do tempo de parada, então W(Di) = W(Di) + At, o que elimina a segundadesigualdade acima. Supondo que para cada / = 1.....M é conhecida a viagem comotimização de combustível de Dm até Di, para um tempo de deslocamento t, Tmin(i) ^ t £Tmax(i). A função F}(t) é o uso de combustível que corresponde a esta viagem. Se o tempode viagem de Dh até Dj é indicado por Tj, então o horário de chegada em Di éoado por:

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

na qual At0 é definido como sendo zero. A viagem com otimização de combustível de D0até Dm para um tempo de deslocamento T é então obtida encontrando-se Til /' = 1.....M, oqual pode ser reduzido como

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

desde que

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

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

o qual pode ser reduzido f j. j = i + \ M como:

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

desde que

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

na qual Fi(TnXiV) é o combustível utilizado na viagem otimizada de x até Dil percorridano tempo t, com uma velocidade inicial v em x.

Tal como supra descrito, uma forma exemplificativa depermitir um re-planejamento mais eficiente é o de construir a solução otimizada para umaviagem parada a parada para trechos particionados. Para a viagem de Dm até Dil comum tempo de percurso Til escolhe-se um conjunto de pontos intermediários Dijl j=1,...,NM.Façamos Dio = Dm e DiNi = Di. Então, se expressa o uso de combustível para a viagemotimizada de Dm até Di como

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

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

A expressão acima permite que a função Fi(t) sejadeterminada, dé forma alternativa, primeiramente determinando as funções FijO1I £ j <Ni, e então encontrando TijlI < j < Nil e Vij < j < Nil o qual se reduz a

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desde que

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Através da escolha de Dij (p. ex„ nas restrições de velocidade ou nos pontos deencontro), Vmax(Ij) - Vmh(U) pode ser reduzido, assim reduzindo o domínio em relação aoqual FijO precisa ser conhecido.

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

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desde que

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na qual

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

Com relação a configuração em Ioop fechado supra,descrita, a demanda total de energia necessária para mover um trem 131 de ponto A atéo ponto B consiste da soma de quatro componentes, especificamente da diferença daenergia cinética entre os pontos A e B; da diferença da energia potencial entre os pontosA e B; da perda de energia devida a fricção e outras perdas de arraste; e da energiadissipada durante a aplicação dos freios. Assumindo que as velocidades inicial e finaidevem ser iguais (ps estacionárias), o primeiro componente é zero. Além do mais, osegundo componente é independente da estratégia de condução. Assim, é suficienteminimizar a soma dos dois componentes restantes.

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

Após terminar o re-planejamento a partir da coleção deeventos supra descritos, o novo plano otimizado de velocidade/marcha de trabalho podeser seguido utilizando o controle por Ioop fechado aqui descrito. Porém, em algumassituações, quando pode não existir tempo suficiente para executar o planejamentodecomposto em trechos supra descrito, e em particular quando existem restriçõescríticas de velocidade que devem ser respeitadas, é necessária uma alternativa. Asformas de realização de exemplo da presente invenção conseguem isto através de umalgoritmo referido como o "controle de cruzeiro inteligente" [smart cruise control]. Oalgoritmo do controle de cruzeiro inteligente é uma forma eficiente de gerar, durante opercurso, uma prescrição sub-otimizada de eficiência da energia (ou seja, eficiência docombustível e/ou eficiência das emissões), para conduzir o trem 131 por um terrenoconhecido. Este algoritmo assume o conhecimento sobre a posição do trem 131 ao longoda linha 134 em todos os momentos, assim como o conhecimento do grau e da curvaturada linha em função da posição. O método recai sobre um modelo massa/ponto para amovimentação do trem 131, cujos parâmetros podem ser estimados, de forma adaptada,a partir das medições on Iine do movimento do trem, tal como precedentemente descrito.

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

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

Na forma de realização de exemplo da presente invençãotambém está incluída uma solução para identificar valores do parâmetro chave do trem131. Por exemplo, com relação a estimativa da massa do trem podem ser utilizados umfiltro Kalman, e uma solução com recurso do último quadrado, para detectar os erros quepodem aparecer durante o transcorrer do tempo.

A figura 9 ilustra um diagrama de fluxo da presenteinvenção.. Tal como previamente descrito, uma instalação remota, tal como umaexpedição 160, pode fornecer informações. Como ilustrado, tais informações sãofornecidas para um elemento de controle executivo 162. Também fornecidas para oelemento de controle executivo 162 são as informações de modelagem do banco dedados 1,63 da locomotiva, as informações do banco de dados da linha 136 tais como,mas não limitadas a, informações sobre os graus da linha e as informações sobre oslimites de velocidade da linha, os parâmetros estimados do trem tais como, mas nãolimitados a, o peso do trem e os coeficientes de arrasto, e as tabelas das taxas deconsumo de combustível a partir de um avaliador das taxas 164. O elemento de controleexecutivo 162 fornece informações para o planejador 112, o qual está descrito commaiores detalhes na figura 3. Uma vez que tenha sido calculada a viagem, o plano éfornecido para um elemento 151 controlador ou condutor e visualizador da condução. Oplano de viagem também pode ser fornecido para o elemento de controle executivo 162de forma que este pode comparar a viagem quando outros novos dados sejamfornecidos.

Tal como supra descrito, o elemento de condução 151 podeajustar, de forma automática, uma marcha de trabalho, tanto um ajuste pré-estabelecidopara a marcha de trabalho quanto um a marcha de trabalho contínua otimizada. Emadição ao fornecimento de um comando de velocidade para a locomotiva 131, éfornecido um visor 168 para que o operador possa ver qual o plano que está sendorecomendado. O operador também tem acesso ao painel de controle 169. Por meio dopainel de controle 169, o operador pode decidir se deve aplicar a marcha de trabalhorecomendada. Para esta finalidade, o operador pode limitar uma potência limite ou alvo.Isto é, a qualquer tempo o operador sempre tem a decisão final em relação ao ajuste dapotência com o qual a consistência de locomotivas irá operar, incluindo quando operar osfreios se o plano de viagem recomenda a redução da velocidade do trem 131. Porexemplo, quando se opera em um território negro, ou quando um equipamento marginalnão consegue transmitir eletronicamente as informações para o trem e ao invés dooperador ter que ver os sinais visuais dos equipamentos marginais, o operador insere oscomandos com base nas informações contidas no banco de dados da linha e nos sinaisvisuais do equipamento marginal. Baseado em como o trem 131 está funcionando, asinformações relativas às medições do combustível são fornecidas para o avaliador ouestimador da taxa de consumo de combustível 164. Uma vez que a medição direta dofluxo de combustível não é tipicamente possível em uma consistência de locomotivas;todas as informações sobre o combustível até então consumido durante a viagem, bemcomo as projeções para o futuro seguindo o plano otimizado, são realizadas utilizando osmodelos físicos calibrados tais como aqueles utilizados no desenvolvimento dos planosotimizados. Por exemplo, tais previsões podem incluir, mas não estão limitadas, ao usoda potência bruta medida e das características conhecidas do combustível para derivarno combustível usado de forma cumulativa.

O trem 131 também apresenta um dispositivo Iocalizador130, tal como um sensor GPS, tal como supra descrito. As informações são fornecidaspara o avaliador 165 dos parâmetros do trem. Tais informações podem incluir, mas nãoestão limitadas aos dados do sensor GPS1 aos dados dos marcos ferroviários, aos dadosdos esforços de tração/frenagem, aos dados sobre a situação dos freios, velocidade equaisquer variações nos dados sobre a velocidade. Junto as informações relativas aograu de inclinação e as informações sobre os limites de velocidade, as informaçõesrelativas ao peso do trem e aos coeficientes de arrasto são fornecidas para o elementode controle executivo 162.

As formas de realização de exemplo da presente invençãotambém podem permitir o uso de uma potência continuamente variável para oplanejamento otimizado e para a implementação de controle em Ioop fechado. Em umalocomotiva convencional, a potência é tipicamente quantificada em oito níveis discretosou individuais. As modernas locomotivas podem conseguir uma variação contínua doscava los-vapor, o que pode ser incorporado nos métodos de otimização previamentedescritos. Com a potência contínua, a consistência de locomotivas 142 pode otimizarainda mais as condições operacionais, p. ex., através da minimização das cargasauxiliares e das perdas na transmissão da potência, e fazer um ajuste fino dofuncionamento do motor nas regiões de eficiência otimizada, ou nos pontos das margensde emissão incrementados. Exemplos incluem, mas não estão limitados à minimizaçãodas perdas no sistema de refrigeração, ao ajuste nas tensões do alternador, ao ajuste davelocidade do motor, e na redução do numero dé eixos com ação motora. Além disto, alocomotiva 142 pode utilizar o banco de dados 136 embarcado sobre a linha e osrequisitos de performance disseminados para minimizar as cargas auxiliares e as perdasna transmissão da potência de modo a obter uma eficiência otimizada para o consumode combustível/emissões objetivados. Exemplos incluem, mas não estão limitados a,reduzir o número de eixos de tração em terreno plano e o pré-resfriamento do motor dalocomotiva antes de adentrar um túnel.

As formas de realização de exemplo da presente invençãotambém podem usar o banco de dados 136 embarcado da linha férrea e a performancedisseminada para ajustar a performance da locomotiva, tal como para assegurar que otrem tem uma velocidade suficiente conforme este se aproxima de uma colina ou de umtúnel. Por exemplo,: esta poderia ser expressa como uma restrição de velocidade paraum local em particular, a qual se torna parte da geração do plano otimizado através dasolução da equação (OP). Em adição, as formas de realização de exemplo da presenteinvenção podem incorporar as regras de condução do trem, tais como, mas não limitadasa, taxas de aumento do esforça de tração, taxas de aumento do esforço máximo defrenagem. Estes podem ser diretamente incorporados na fórmula para o perfil de viagemotimizada, ou alternativamente incorporados no regulador em Ioop fechado usado paracontrolar a aplicação da potência de modo a se obter a velocidade objetivada.

Em uma forma de realização de exemplo, a presenteinvenção é somente instalada na locomotiva líder da consistência de locomotivas. Apesardas formas de realização de exemplo da presente invenção não serem dependentes dosdados e das interações com outras locomotivas, estas podem ser integradas através dafuncionalidade gerenciador da consistência, tal como descrito nas patentes americanasde número US 6.691.957 e pedido de patente número 10/429.596 (ambos cedidos aopresente cessionário e aqui incorporadas como referência) e/ou com a funcionalidadeotimizador de consistência de modo a melhorar a eficiência. A interação com diversostrens não é vetada, tal como ilustrado através do exemplo da expedição arbitrando doistrens "otimizados de forma independente" aqui descrito.

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

Da mesma forma, quando um otimizador de consistência éusado em uma consistência de locomotivas, as formas de realização de exemplo dapresente invenção também podem ser usadas em conjunto com o otimizador daconsistência para determinar a potência da marcha de trabalho para cada locomotiva naconsistência de locomotivas. Por exemplo, suponha que um plano de viagem recomendeuitl ajuste para a marcha de trabalho de quatro para a consistência de locomotivas. Cdmbase na localização do trem, o otimizador da consistência irá levar em conta estainformação e então determinar o ajuste para a marcha de trabalho para cada locomotivadentro da consistência. Nesta implementação, é melhorada a eficiência dos ajustes dapotência selecionada pela marcha de trabalho em relação aos canais de comunicaçãointernos ao trem. Além do mais, e tal como supra descrito, a implementação destaconfiguração pode ser realizada utilizando-se o sistema de controle distribuído.

Uma forma de realização da presente invenção pode serusada com um trem de tração distribuída tal como o quanto ilustrado nas figuras 1 e 2 esupra descrito. Afora os ensinamentos da presente invenção, um trem de traçãodistribuída pode ser operado em um modo normal ou em um modo independente. Nomodo normal, o operador na locomotiva líder 14 da consistência líder 12A comanda cadauma das locomotivas das consistência 12A, 12B e 12C para operar com a mesmamarcha de trabalho de potência ou para aplicar o mesmo esforço de tração que oaplicado pela locomotiva líder 14. Se a locomotiva líder 14 da consistência líder 12Acomanda uma ação motora em uma marcha de trabalho N8, todas as outras locomotivas15-18 são comandadas para uma atuação motora na marcha de trabalho N8 através dosinal transmitido através do sistema de comunicação 10 a partir da locomotiva líder 14.

Em um modo independente, o trem de tração distribuída éseparado em dois grupos de independentes de consistências de locomotivas, isto é, umgrupo frontal e um grupo traseiro, pelo operador quando o sistema de comunicação éiniciado. Por exemplo, a consistência de locomotivas 12A é configurada como o grupofrontal e as consistências de locomotivas 12B e 12C são configuradas como o grupotraseiro. Cada um dos grupos frontal e traseiro pode ser comandado para uma operaçãodiferente. Por exemplo, conforme o trem ultrapassa um topo de montanha, aslocomotivas do grupo frontal 14 e 15 na consistência líder 12A (na descida da montanha)são comandadas de modo a reduzir progressivamente o ajuste para a marcha detrabalho (incluindo eventualmente um ajuste de frenagem) conforme o grupo frontaldesce pela encosta. O grupo traseiro de locomotivas 16, 17 e 18 das consistênciasremotas 12B e 12C (na curva ascendente da montanha) permanecem no modo motor atéque o final do trem ultrapasse o topo da montanha. A divisão do trem nos grupos frontale traseiro e o controle diferenciado dos dois grupos pode minimizar as tensões internasnos engates mecânicos os quais ligam os vagões e as locomotivas. De acordo com oestado da arte, a operação de um trem de tração distribuída em um modo independenterequer que o operador comande manualmente o grupo frontal de locomotivas e o grupotraseiro de locomotivas através de uma tela na locomotiva líder.

Usando o modelo de plano baseado na física, asinformações de ajuste do trem (incluindo a capacidade de performance do trem e alocalização de cada uma das locomotivas do trem, as quais podem ser determinadaspelo operador durante o ajuste inicial ou automaticamente, através de uma forma derealização do otimizador de viagem), o banco de dados da linha a bordo, a regras deoperação a bordo, o sistema de determinação da localização, o controle detraçãp/frenagenvem tempo real e em Ioop fechado, e o retorno dos sensores, etc (talcomo aqui também descrito), uma forma de realização do sistema otimizador de viagemda presente invenção determina uma operação ótima para cada locomotiva 14-18 paraque se chegue a uma operação otimizada do trem. Em resposta ao plano de viagemotimizado, o otimizador de viagem controla o trem de tração distribuída através docontrole independente de cada locomotiva, independente de se na mesma consistênciaou em consistências diferentes. Assim, o otimizador de viagem, tal como aplicado em umtrem de tração distribuída, fornece um controle do trem mais granular e otimiza aperformance do trem ao nível das locomotivas individuais. Diversamente dos trens detração distribuída do estado da arte, nos quais as locomotivas são segregadas econtroladas de acordo com um grupo frontal ou um grupo traseiro, o controleindependente do otimizador de viagem dos locomotivas individuais, de acordo com osaspectos da presente invenção segregam o trem em diversas consistências (através daeleição em grupos de certas locomotivas juntas ou do controle de cada uma daslocomotivas de forma independente, sendo que o número de locomotivasindependentemente controladas pode incluir qualquer número até o número total delocomotivas do trem). Assim, a performance do trem e das suas locomotivas individuaispode ser controlada de modo a melhorar, por exemplo, o consumo de combustível.

O otimizador de viagem e/ou o operador da unidade líderpode comandar cada uma das locomotivas individuais ou uma ou mais consistências delocomotivas para operar em uma marcha de trabalho diferente e/ou com um ajuste defrenagem diferente de modo a otimizar a performance de cada locomotiva individual. Sedesejado, obviamente, todas as locomotivas podem ser operadas com a mesma potênciada marcha de trabalho ou ajuste de frenagem. A potência da marcha de trabalho ou osajustes de frenagem são comunicados por meio do sistema de comunicação 10distribuído para as locomotivas remotas 15-18 para execução em cada locomotivaremota. Assim, a aplicação dos conceitos do otimizador de viagem em um trem de traçãodistribuída permite que o trem seja separado em seções menores controladas (criandodiversos trens acoplados mas controlados de forma individual) de modo a melhorar aoperação do trem e para controlar, incluindo a redução das forças internas ao trem, asimplificação do gerenciamento das forças internas ao trem, um controle aperfeiçoadoem relação as distâncias de parada, e a uma performance mais otimizada para cadalocomotiva. Além disto, os trens maiores e/ou mais pesados podem ser controlados deforma melhor e mais segura quando as locomotivas são submetidas a um controleindependente e individual.

Uma vez que os parâmetros de operação do trem sãoafetados pela localização das locomotivas no trem e pelo número de vagões entre aslocomotivas*' o controle independente das locomotivas reduz os efeitos destes fatores naperformance ,e no controle dos trens. O otimizador de viagem também controla aaceleração e a desaceleração do trem, por meio da elevação ou do abaixamento daposição da. marcha de trabalho de uma ou mais das locomotivas remotas por meio decontroles apropriados enviados através do sistema de comunicação 10, promovendoeconomia, flexibilidade na composição do trem, redução nas forças internas ao trem,aumento no tamanho dos trens, etc.

O controle independente da locomotiva também oferecediversos graus adicionais de liberdade para o algoritmo de otimização da viagem.Portanto, objetivos ou restrições adicionais relativos as forças internas ao trem podemser incorporados na função de performance para a otimização.

Também pode ser usado um canal pode modem para osfreios dinâmicos de modo a fornecer as informações otimizadas de controle da viagempara cada uma das locomotivas do trem. Este canal é um sinal de comunicação serial dealta freqüência imposto na tensão DC fornecida pela linha do trem a qual liga aslocomotivas do trem. O modem transporta o sinal para o operador na locomotiva líder oqual indica a aplicação dos freios dinâmicos em uma ou mais locomotivas remotas.

De acordo com esta forma de realização do otimizador deviagem, podem ser otimizados diversos parâmetros operacionais do trem, incluindo oconsumo de combustível, as emissões geradas, o controle da areia, a aplicação dosesforços de tração e de frenagem e a aplicação dos freios a ar. Também podem serotimizados o comprimento do trem, os limites para as forças internas ao trem e asdistâncias de frenagem, as quais são restrições para o posicionamento e o controle daslocomotivas na consistência e no número de carros no trem e entre as locomotivas. Aforma de realização então permite que a ferrovia transport^trans mais compridos e maispesados e permite uma melhor performance tal como resultante dos custos, tal como ocusto do combustível e da arei. O aumento no tamanho do trem aumenta a passagempela rede ferroviária, sem sacrificar as características de manuseio do trem.

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

As figuras 10, 11 e 12 mostram exemplos de ilustrações dastelas dinâmicas para uso pelo operador. De acordo com a figura 10, é fornecido 172 umperfil de viagem. Dentro do perfil, é fornecida a localização 173 da locomotiva. Sãotambém fornecidas algumas informações tais como o comprimento do trem 205 e onúmero de carros ferroviários 206 no trem. São também fornecidos elementos relativosao grau de inclinação 207 da linha, a curvatura e os elementos marginais 208, incluindo alocalização de pontes 209, e a velocidade do trem 210. A tela 168 permite que ooperador veja tais conformações e também veja onde o trem se encontra ao longo darota. São fornecidas as informações relativas à distância e/ou ao tempo estimado dechegada para alguns locais tais como cruzamentos 212, sinais 214, mudanças develocidade 216, marcos terrestres 218 e destinos 220. É também prevista umaferramenta de gerenciamento do tempo de chegada 225 de modo a permitir ao usuáriodeterminar a economia de combustível que está sendo conseguida durante a viagem. Ooperador tem a capacidade de alterar os horários de chegada e presenciar como isto iráafetar a economia de combustível. O operador tem a capacidade de mudar os horáriosde chegada 227 e verificar como isto pode afetar a economia de combustível. Qomo aquidescrito, aquelas pessoas com proficiência na arte irão perceber que a economia decombustível é apenas um exemplo de somente um objetivo que pode ser revisto atravésda ferramenta de gerenciamento. Neste sentido, e dependendo do parâmetro que estásendo visto, os outros parâmetros (ou fatores, tais como as emissões), aqui descritospodem ser vistos e avaliados pela ferramenta de gerenciamento que está visível aooperador. Ainda mais, as comparações ou gráficos, relativos a ao menos um entrecombustível e/ou emissões, também podem ser mostradas, apesar de não ilustradas. Aooperador também são fornecidas informações acerca de por quanto tempo a tripulaçãoestá operando no trem. Nas formas de realização de exemplo, as informaçõesconcernentes ao tempo e à distância tanto podem ser ilustradas de acordo com o tempoe/ou com a distância até um evento em particular e/ou uma localização, quanto podemfornecer o tempo total transcorrido.

Tal como o quanto ilustrado na figura 11, uma tela deexemplo de fornece as informações acerca dos dados da consistência 230, e doseventos e situações geográficas 232, de uma ferramenta de gerenciamento dos horáriosde chegada 234 e das teclas de ação 236. Da mesma forma, as informações similares assupra descritas são mostradas nesta tela. A. tela 168 também prevê as teclas de ação238 para permitir ao operador re-planejar, assim como desabilitar 240 o controle dascaracterísticas da presente invenção.

A figura 12 ilustra uma outra forma de realização deexemplo de uma tela. Nesta podem ser visualizados os dados típicos de uma locomotivamoderna, incluindo a situação dos freios a ar 172, o velocímetro analógico com indicaçãodigital 174, e as informações acerca do esforço ou força de tração em libras força (ou emampéres de tração para as locomotivas elétricas DC). É fornecido um indicador 14 paramostrar a velocidade ótima atual no plano que está sendo executado, assim como umgráfico, de aceleração para suplementar a leitura em mph/minuto. Os novos dadosimportantes para a execução do plano otimizado se encontram no centro da tela,incluindo um tráfico 176, de tipo com curva flutuante, com a velocidade e o ajuste damarcha de trabalho otimizados em função da distância, comparados com o histórico atualdestas variáveis. Na forma de realização de exemplo, a localização do trem é derivadautilizando o elemento localizador. Tal como ilustrado, a localização é fornecida através daidentificação de quão distante o trem se encontra em relação ao seu destino final, deuma posição absoluta, de um destino inicial, de um ponto intermediário e/ou de umaentrada do operador.

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

As informações críticas sobre a situação da viagem sãomostradas na tela, e indicam o atual grau de inclinação que o trem encontra 188, tantopela locomotiva líder, por um local qualquer ao longo do trem ou como uma média emrelação ao comprimento do trem. Também são mostradas a distância até entãopercorrida do piano 190, o total acumulado de combustível usado 192, qual ou a quedistância está planejada a próxima parada 194, o horário de chegada atual e o projetado196 e o horário esperado para a próxima parada. A tela 168 também mostra o máximode tempo possível até o destino que é possível a partir dos planos computadosdisponíveis. Caso seja necessária uma chegada mais tardia, pode ser realizado um re-planejamento. Os dados do plano delta mostram a situação do combustível e a agenda àfrente ou atrás do plano otimizado atual. Os números negativos indicam menoscombustível ou adiantamento em comparação com o plano, os números positivossignificam mais combustível ou atraso em comparação com o plano, e tipicamentemovimentações em direção oposta (reduzir a velocidade para economizar o combustívelcausa um atraso do trem, e vice versa).

A qualquer momento, as telas 168 dão ao operador umaposição instantânea de onde ele se encontra com relação ao plano de conduçãoatualmente instituído. Esta tela tem somente um propósito ilustrativo, visto que existemdiversas outras formas de apresentar/transmitir estas informações para o operador e/oupara a expedição. Neste sentido, as informações supra descritas podem ser mescladasde modo a fornecer uma tela diferente que as descritas.

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

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

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

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

As presentes invenções também podem ser usadas paranotificar o operador, sobre itens que se apresentem de interesse em relação a ações aserem tomadas, especificamente, a lógica disseminada das formas de realização deexemplo da presente invenção as correções contínuas e o re-planejamento do plano deviagem otimizado, o banco de dados da linha, o operador pode ser notificado daaproximação de cruzamentos, de sinais, de mudanças no grau de inclinação, da açãodos freios, de marcos marginais, de pátios ferroviários, de estações de abastecimento,etc. Esta notificação pode acontecer de forma sonora e/ou através da interface dooperador.

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

Em uma outra forma de realização de exemplo, e utilizandoo modelo de planejamento baseado no comportamento físico tal como supra, asinformações de partida, o banco de dados da linha à bordo, as regras operacionais àbordo, o sistema de determinação da localização, o controle dos freios/potência em Ioopfechado e em tempo real, e o retorno dos sensores, as formas de realização de exemploda presente invenção podem apresentar ao operador as informações (p. ex., um gabaritona tela) que permite que o operador veja quando o trem irá chegar em diversos locais, talcomo ilustrado na figura 11. O sistema permite ao operador ajustar o plano de viagem(horário de chegada objetivado). Estas informações (horários de chegada atualmenteestimado ou as informações necessárias para derivar não a bordo) também podem sercomunicadas para o centro de expedição de modo a permitir ao despachante ou aosistema de.despachos ajustar os horários de chegada objetivados. Isto permite que osistema ajuste rapidamente e otimize a função objetivada apropriada (por exemplo avelocidade de deslocamento e o combustível utilizado).

Apesar da invenção ter sido descrita com referência a umaforma de realização de exemplo, ficará claro aos peritos na arte que podem ser feitasdiversas mudanças, omissões e/ou adições , bem como que elementos desta podem sersubstituídos por equivalentes sem com isto escapar do espírito e do escopo da invenção.Ainda mais, podem ser feitas diversas modificações de modo a adaptar um material emparticular ou uma situação em particular aos ensinamentos da invenção, sem com istoescapar do escopo desta. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada pelaforma particular de. realização, descrita como a melhor fôrma contemplada de realizaçãoda invenção, mas que a invenção deva incluir todas as formas de realização que recaemdentro do escopo das reivindicações em anexo. Além do mais, à menos que sejaespecificamente declarado, qualquer uso dos termos primeiro, segundo, etc., não indicaqualquer ordem ou importância, mas ao invés disto, os termos primeiro, segundo, etc.,são usados para distinguir um elemento de outro.

Claims

1. Sistema para operar um veículo ferroviário, o qualcompreende uma unidade de tração líder, uma unidade de tração não líder, durante umaviagem ao longo de uma linha, o sistema caracterizado pelo fato de compreender:- um primeiro elemento para determinar a localização do veículo ou um tempo a partirdo início da viagem atual;- um processador operado de modo a receber as informações de um primeiroelemento; e- um algoritmo incorporado dentro do processador com acesso as informações, paragerar um plano de viagem o qual otimiza a performance tanto da unidade líderou/quanto da unidade não líder de acordo com um ou mais critérios operacionais deum ou mais dos veículos, da unidade líder ou da unidade não líder.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o veículo compreende um trem, e sendo que a unidade lídercompreende uma locomotiva líder e a unidade não líder compreende uma locomotivaremota.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, aindacaracterizado pelo fato de compreender um ou mais carros ferroviários entre alocomotiva líder e a locomotiva remota.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o plano de viagem compreende a aplicação do esforço de tração e aaplicação do esforço de frenagem para as unidades líder e não líder.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o primeiro elemento determina as informações para os trechos da linha.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato no qual o um ou mais critérios operacionais compreende minimizar umelemento de custo associado com a operação do veículo, com a operação da unidadelíder, ou com a operação da unidade não líder.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, aindacaracterizado pelo fato de compreender um elemento de controle em cada uma dasunidades líder e não líder, sendo que o processador determina um parâmetro de controlepara as unidades líder e não líder, o parâmetro de controle sendo fornecido para oelemento de controle em cada uma das unidades líder e não líder de modo a controlar asunidades líder e não líder de acordo com o plano de viagem.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, aindacaracterizado pelo fato de compreender um canal de comunicação entre as unidadeslíder e não líder, sendo que o parâmetro de controle é fornecido para a unidade não líderatravés do canal de comunicação.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, aindacaracterizado pelo fato de compreender um canal de comunicação entre as unidadeslíder e não líder, sendo que o processador é disposto na unidade lídér e o parâmetro decontrole é fornecido da unidade líder para a unidade não líder através do canal decomunicação.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato no qual a unidade líder e a unidade não líder são controladas deforma independente, de acordo com parâmetros de controle diferentes.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato no qual os parâmetros de controle diferentes tem a intenção deotimizar a performance, de modo independente, da unidade líder e de cada/ uma dasunidades não líder, de acordo com um elemento de custo.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato no qual o elemento de controle direciona, de forma autônoma, oveículo para seguir o plano de viagem.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato no qual o parâmetro de controle compreende o ajuste da marchade trabalho.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual um operador direciona o trem de acordo com o plano deviagem.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o algoritmo atualiza o plano de viagem em resposta àsinformações recebidas do primeiro elemento durante a viagem.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual a unidade não líder compreende uma primeira unidadenão líder e uma segunda unidade não líder, cada uma em relação à unidade líder, sendoque cada uma entre a primeira unidade não líder e a segunda unidade não líder éoperacionalmente classificada em um primeiro grupo ou em um segundo grupo, e sendoque o algoritmo determina um primeiro parâmetro de controle para o primeiro grupo e umsegundo parâmetro de controle diferentes para o segundo grupo.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o plano de viagem gera uma trajetória de velocidadepara a unidade líder e para a unidade não líder.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o algoritmo compreende restrições independentesrelativas ao controle independente da unidade líder e da unidade não líder.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o plano de viagem que otimiza a performancecompreende a otimização de ao menos um entre o consumo de combustível, a geraçãode emissões, o controle da areia e os limites para as forças internas ao trem da unidadelíder e da unidade não líder.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o algoritmo atualiza o plano de viagem conforme o tremavança na viagem.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, aindacaracterizado pelo fato de compreender um sensor para medir uma condiçãooperacional da unidade líder ou da unidade não líder, sendo que o processador opera demodo a receber as informações do sensor.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o primeiro elemento compreende um elemento decaracterização da linha, o qual determina as informações acerca em ao menos um entreuma mudança no limite de velocidade da linha, uma mudança no grau da linha, umamudança na curvatura da linha e uma mudança no padrão de trafego em um trecho dalinha.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, aindacaracterizado pelo fato de compreender um elemento de controle tanto na unidade líderquanto na unidade não líder, sendo que o processador determina um parâmetro depotência para a unidade lidere para a unidade não líder, o parâmetro de potência sendofornecido para o elemento de controle tanto na unidade líder quanto na unidade não líder,de modo a controlar a unidade líder e a unidade não líder, e sendo que o parâmetro depotência é selecionado a partir de uma faixa contínua de parâmetros de potência ou apartir de uma pluralidade de parâmetros discretos de potência.

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, aindacaracterizado pelo fato de compreender um dispositivo de entrada em comunicaçãocom o processador para transferir as informações para o processador, o dispositivo deentrada ainda compreendendo uma localização da unidade não líder, um dispositivo aolado da ferrovia ou um usuário.

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, aindacaracterizado pelo fato de compreender um banco de dados em comunicação com oprocessador, compreendendo informações operacionais para a unidade líder e para aunidade não líder.

26. Sistema, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato no qual o veículo ainda compreende uma pluralidade deunidades não líder, cada uma sendo controlada, de forma independente, pela unidadelíder.

27. Sistema, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato no qual o controle independente para cada uma dentre apluralidade de unidades não líder permite a otimização da performance em cada umadentre a pluralidade de unidades não líder.

28. Método para operar um veículo ferroviário, o qualcompreende uma unidade líder e uma unidade não líder, durante uma viagem ao longode uma linha, o método caracterizado pelo fato de compreender:determinar os parâmetros operacionais e as restrições operacionais do veículo; eexecutar um algoritmo, de acordo com os parâmetros operacionais e as restriçõesoperacionais, para gerar um plano de viagem para o veículo o qual otimiza aperformance, de forma separada, da unidade líder e da unidade não líder, sendo quea execução do plano de viagem permite o controla independente da unidade líder eda unidade não líder.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato no qual o veículo compreende um trem, e sendo que a unidadelíder compreende uma locomotiva líder e a unidade não líder compreende umalocomotiva remota, e ainda compreendendo um ou mais carros ferroviários entre alocomotiva líder e a locomotiva remota.

30. Método, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato no qual a etapa de determinar ainda compreende determinar alocalização do veículo ou um tempo a partir do início da viagem atual.

31. Método, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato no qual a etapa de determinar ainda compreende determinar asinformações de caracterização da linha.

32. Método, de acordo com a reivindicação 28, aindacaracterizado pelo fato de compreender determinar uma trajetória de velocidade para oplano de viagem e determinar, a partir da trajetória de velocidade, a aplicação do esforçode tração e a aplicação do esforçp de frenagem para a unidade líder e para a unidadenão líder, e comunicar as aplicações do esforço de tração è as aplicações do esforço defrenagem para a unidade líder e para a unidade não líder.

33. Método, de acordo com a reivindicação 32, aindacaracterizado pélõ fato de compreender um canal de comunicação entre as unidadeslíder e não líder, e sendo que a etapa de executar é realizada na unidade líder e asaplicações do esforço de tração e as aplicações do esforço de frenagem sãocomunicadas a partir da unidade líder para a unidade não líder através do canal decomunicação.

34. Método, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato no qual o plano de viagem compreende parâmetros diferentespara a operação de controle da unidade líder e da unidade não líder, de modo otimizar aperformance, de forma independente, da unidade líder e da unidade não líder.

35. Método, de acordo com a reivindicação 34,caracterizado pelo fato no qual a performance otimizada compreende a otimização deao menos um entre o consumo de combustível, a geração de emissões, o controle daareia e os limites para as forças internas ao trem.

36. Método, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato no qual a etapa de determinar os parâmetros operacionais e asrestrições operacionais do veiculo ainda compreende determinar parâmetrosoperacionais e restrições operacionais diferentes para a unidade líder e para a unidadenão líder.

37. Método, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato no qual o veículo ainda compreende uma pluralidade deunidades não líder, cada qual controlada de forma independente a partir da unidade líder,de modo a otimizar a performance de cada uma dentre a pluralidade de unidades nãolíder.

38. Código de programa de computador para operar umveículo ferroviário compreendendo, um processador de computador, uma unidade líder euma unidade na lídér durante uma'viagem ao longo de uma linha, o código de programade computador caracterizado pelo fato de compreender:- um módulo de programa para determinar os parâmetros operacionais e as restriçõesoperacionais do veículo; e- um módulo de programa para executar um algoritmo, de acordo com os parâmetrosoperacionais e as restrições operacionais, para gerar um plano de viagem para oveículo o qual otimiza a performance, de forma separada, da unidade líder e daunidade não líder, sendo que a execução do plano de viagem permite o controleindependente da unidade líder e da unidade não líder.

39. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 38, ainda caracterizado pelo fato de compreender um módulo-deprograma para determinar uma trajetória de velocidade para o plano de viagem e paradeterminar, a partir da trajetória de velocidade, a aplicação do esforço de tração e aaplicação do esforço de frenagem para a unidade líder e para a unidade não líder.

40. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 39, caracterizado pelo fato no qual o veículo ainda compreende um canalde comunicação entre as unidades líder e não líder, e sendo que o módulo de programapara executar o algoritmo é executado na unidade líder, ainda compreendendo ummódulo de programa para comunicar as aplicações do esforço de tração e as aplicaçõesdo esforço de frenagem da unidade líder para a unidade não líder através do canal decomunicação.

41. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 38, caracterizado pelo fato no qual o plano de viagem compreendeparâmetros diferentes para a operação de controle da unidade líder e da unidade nãolíder, de modo otimizar a performance, de forma independente, da unidade líder e daunidade não líder.

42. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 41, caracterizado pelo fato no qual a performance otimizada compreendea otimização de ao menos um entre o consumo de combustível, a geração de emissões,o controle da areia e os limites para as forças internas ao trem.

43. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 38, caracterizado pelo fato no qual o módulo de programa para determinaros parâmetros operacionais e as restrições operacionais do veículo ainda compreendedeterminar parâmetros operacionais e restrições operacionais diferentes para a unidadelíder e para a unidade não líder.

44. Código de programa de computador, de acordo com areivindicação 38, caracterizado pelo fato no qual o veículo ainda compreende umapluralidade de unidades não líder, cada qual sendo controlada, de forma independente,a partir da unidade líder, e sendo que o módulo de programa para executar o algoritmopermite o controle independente de cada uma dentre a pluralidade de unidades não líderde modo a otimizar a performance de cada uma dentre a pluralidade de unidades nãolíder.