BRPI0706028A2

BRPI0706028A2 - sistema e método de otimização de viagem para um veìculo

Info

Publication number: BRPI0706028A2
Application number: BRPI0706028-9A
Authority: BR
Inventors: Ajith Kuttannair Kumar
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2011-03-15
Also published as: AU2007289020A1; AU2007289020B2; US7974774B2; JP5265567B2; JP2010513112A; WO2008076486A3; CA2621601A1; US20070233364A1; WO2008076486A2; RU2008125850A

Abstract

Sistema e método de otimização de viagem para um veículo. é fornecido um sistema para operar um veículo, incluindo um motor operando com ao menos um tipo de combustível, O sistema inclui um elemento localizador para determinar a localização do veículo, um elemento de caracterização para fornecer informações acerca do terreno do veículo, um banco de dados para armazenar informações das características de cada tipo de combustível, e um processador que opera de modo a receber as informações, de dito elemento localizador, de dito elemento de caracterização e de dito banco de dados. Um algoritmo é incorporado dentro do dito processador com acesso as informações de dito banco de dados de modo a gerar um plano de viagem o qual otimiza a performance do veículo de acordo com um ou mais critérios operacionais para o veículo.

Description

Sistema e método de otimização de viagem para um veículo

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS DE PATENTE RELACIONADOS

Este pedido reivindica a prioridade e está relacionado com opedido de patente norte americano, ainda pendente, de número de série 60/870,562,depositado em 18 de Dezembro de 2006. Além disto, este pedido é uma "continuação emparte" do ainda pendente pedido de patente norte americano de número 11/385.354,depositado em 20 de Março de 2006.

CAMPO DA INVENÇÃO

O campo da invenção se refere à otimização das operaçõesde veículos, e mais em particular ao monitoramento e ao controle das operações de umveículo de modo a melhorar a eficiência, ao mesmo tempo em que satisfaz as restriçõesde agenda.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

As locomotivas são sistemas complexos com numerosossubsistemas, com cada subsistema sendo interdependente de outros subsistemas. Umoperador ou maquinista se encontra a bordo de uma locomotiva para garantir a corretaoperação da locomotiva e da sua carga associada de carros de frete. Ainda mais, paraassegurar as operações apropriadas da locomotiva, o operador também é responsávelpela determinação das velocidades operacionais do trem e as forças internas ao trem, doqual a locomotiva faz parte. Para realizar esta função, o operador, em geral, deve teruma grande experiência na operação da locomotiva e dos diversos trens através doterreno especificado. Este conhecimento é necessário para que se satisfaçam asvelocidades operacionais pré-estabelecidas, as quais podem variar de acordo com alocalização do trem ao longo da linha. Além disto, o operador também é responsável porassegurar que as forças internas ao trem permaneçam dentro dos limites aceitáveis.

Contudo, mesmo tendo o conhecimento para garantir umaoperação segura, o operador normalmente não pode operar a locomotiva de tal modo aminimizar o consumo de combustível em cada viagem. Por exemplo, outros fatores quedevem ser levados em consideração incluem as emissões, as condições ambientais dooperador tais como ruído/vibração, uma combinação ponderada entre o consumo decombustível e as emissões, etc. Isto é difícil de ser feito pois, como um exemplo, otamanho e a carga dos trens variam, as locomotivas e as suas características deconsumo/emissão são diferentes, e mudam as condições ambientais e de trafego. Osoperadores poderiam operar um trem, de forma mais eficiente, se estes tivessem meiospara determinar a melhor forma de conduzir o trem em um dado dia, de modo asatisfazer uma agenda determinada (hora de chegada) enquanto usassem a menorquantidade possível de combustível, não importando as variações.

Além do uso de trens que apresentam locomotivas queoperam com um único tipo de combustível, poderia ser vantajoso utilizar umtrem/locomotiva e outros veículos incluindo os OHVs (veículos fora de estrada) e veículosnavais com motores os quais operassem com uma diversidade de combustíveis incluindoao menos um combustível de tipo diesel e ao menos um combustível alternativo. Emadição aos benefícios relativos ao custo e a disponibilidade dos combustíveisalternativos, as características de cada tipo de combustível, e das suas relativasmisturas, na operação de cada veículo podem ser incorporadas na determinação damelhor forma de se operar cada veículo, de modo a satisfazer uma agente determinadaao mesmo tempo em que se minimizaria a quantidade de combustível utilizada ou seminimizaria o total das emissões, por exemplo.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Uma forma de realização da invenção descreve um sistemapara operar um trem, apresentando uma ou mais consistências de locomotivas, comcada consistência de locomotivas compreendendo uma ou mais locomotivas. Em umaforma de realização de exemplo, o sistema compreende um elemento Iocalizador paradeterminar a localização do trem. É também fornecido um elemento da caracterização dalinha, o qual fornece informações acerca de uma linha. O sistema também tem umprocessador operado de modo a receber as informações a partir do elemento Iocalizadore do elemento de caracterização da linha. É também fornecido um algoritmo o qual éincorporado dentro do processador e que tem acesso às informações de modo a criar umplano de viagem o qual otimiza a performance da consistência de locomotivas de acordocom um ou mais critérios operacionais para o trem.

Uma outra forma de realização da presente invençãotambém descreve um método para operar um trem, apresentando uma ou maisconsistências de locomotivas, com cada consistência de locomotivas compreendendouma ou mais locomotivas. O método compreende determinar a localização do trem nalinha. O método ainda cria um plano de viagem baseado na localização do trem, nacaracterística do trem, e na condição operacional da consistência de locomotivas, deacordo com ao menos um critério operacional para o trem.

Uma outra forma de realização da presente invençãotambém descreve um código de programa de computador para operar um tremapresentando um processador de comutador e uma ou mais consistências delocomotivas, com cada consistência de locomotivas compreendendo uma ou maislocomotivas. O código de programa de computador compreende um módulo de softwarepara criar um plano de viagem com base na localização do trem, na característica dotrem, e na condição operacional da consistência de locomotivas, de acordo com aomenos um critério operacional para o trem.

Uma outra forma de realização da presente invençãotambém descreve um método para operar um trem apresentando uma ou maisconsistências de locomotivas, com cada consistência de locomotivas compreendendouma ou mais locomotivas. O método compreende determinar um ajuste de potência paraa consistência de locomotivas com base no plano de viagem. O método também opera aconsistência de locomotivas dentro do ajuste de potência. A velocidade real do trem, oajuste real da velocidade da consistência de locomotivas e/ou a localização do trem sãocoletados. A velocidade real do trem, o ajuste real da velocidade da consistência delocomotivas e/ou a localização do trem são comparados com o ajuste de potência.

Uma outra forma de realização da presente invençãotambém descreve um método para operar um trem apresentando uma ou maisconsistências de locomotivas, com cada consistência de locomotivas compreendendouma ou mais locomotivas, no qual o plano de viagem foi planejado para o trem com baseem parâmetros operacionais assumidos para o trem e/ou para a consistência delocomotivas. O método compreende estimar os parâmetros operacionais do trem e/ou osparâmetros operacionais da locomotiva. O método ainda compreende comparar osparâmetros operacionais do trem e/ou os parâmetros operacionais da consistência delocomotivas com os parâmetros operacionais assumidos do trem e/ou os parâmetrosoperacionais da assumidos da consistência de locomotivas.

Uma outra forma de realização da presente invençãotambém descreve um método para operar um trem apresentando uma ou maisconsistências de locomotivas, com cada consistência de locomotivas compreendendouma ou mais locomotivas, no qual o plano de viagem foi planejado para o trem com baseem parâmetros operacionais assumidos para o trem e/ou para a consistência delocomotivas. O método compreende determinar os parâmetros operacionais do trem e/ouda consistência de locomotivas, determinar um parâmetro desejado com base nosparâmetros operacionais determinados, e comparar os parâmetros determinados com osparâmetros operacionais. Caso exista uma diferença a partir da comparação dosparâmetros determinados e os parâmetros operacionais, o método ainda compreendeajustar o plano de viagem.

Uma outra forma de realização da presente invençãotambém descreve um método para operar um sistema ferroviário apresentando uma oumais consistências de locomotivas, com cada consistência de locomotivascompreendendo uma ou mais locomotivas. O método compreende determinar alocalização do trem na linha e determinar uma característica da linha. O método aindacompreende gerar um plano de condução para ao menos uma das locomotivas combase nas localizações do sistema ferroviário, na característica do trem e/ou na condiçãooperacional da consistência de locomotivas, de modo a minimizar o consumo decombustível do sistema ferroviário.Uma outra forma de realização da presente invençãotambém descreve um método para operar um sistema ferroviário apresentando uma oumais consistências de locomotivas, com cada consistência de locomotivascompreendendo uma ou mais locomotivas. Neste sentido, o método compreendedeterminar a localização do trem na linha, e determinar uma característica da linha. Ométodo ainda compreende fornecer o controle da propulsão para a consistência delocomotivas de modo a minimizar o consumo de combustível do sistema ferroviário.

Em uma outra forma de realização da presente invenção, éfornecido um sistema para operar um veiculo, sendo que o veículo inclui um motoroperando com ao menos um tipo de combustível. O sistema inclui um elementoIocalizador para determinar a localização do veiculo, e um elemento de caracterização dalinha de modo a fornecer informações acerca do terreno do veículo. Mais em particular, osistema inclui um banco de dados para armazenar as informações características paracada tipo de combustível e um processador operado de modo a receber as informaçõesdo elemento localizador, do elemento de caracterização da linha e do banco de dados.Um algoritmo é incorporado dentro do processador, com acesso as informações, demodo a criar um plano de viagem o qual otimiza a performance de veículo de acordo comuma ou mais critérios operacionais para o veículo.

Em uma outra forma de realiza da presente invenção, éfornecido um método para operar um veículo, sendo que o veículo inclui um motoroperado com ao menos um tipo de combustível. O método inclui determinar umalocalização do veículo, fornecer as informações acerca do terreno do veículo, earmazenar as informações características para cada tipo de combustível. Mais emparticular, o método inclui criar um plano de viagem o qual otimiza a performance doveiculo de acordo com um ou mais critérios operacionais para o veículo.

Em uma outra forma de realização da presente invenção, éprevisto um meio passível de ser lido pelo computador contendo instruções de programapara um método de operação de um veículo. O veículo inclui um motor operando aomenos um tipo de combustível. O método inclui determinar a localização do veículo,fornecer as informações acerca do terreno do veículo, e armazenar as informaçõescaracterísticas para cada tipo de combustível. Mais em particular, o meio passível de serlido por computador inclui um código de programa de computador para criar um plano deviagem o qual otimiza a performance do veículo, de acordo com um ou mais critériosoperacionais para o veículo.

BREVE DESCRIÇÃO DAS ILUSTRAÇÕES

Uma descrição mais específica das características dasinvenções aqui descritas será apresentada através de referências às formaspreferenciais de realização específicas, realizadas por meio de ilustrações encontradasno apêndice. Compreendendo que tais ilustrações apresentam apenas formaspreferenciais de realização para a presente invenção, de forma típica, e que portanto nãodevem ser consideradas como restritivas em escopo, as formas preferenciais derealização da presente invenção serão descritas e explicadas com precisão e detalhesadicionais e através do uso das ilustrações que as acompanham, nas quais:

- A figura 1 ilustra um diagrama de fluxos simplificado das formas preferenciais derealização da presente invenção;

- A figura 2 ilustra um modelo simplificado do trem que pode vir a ser utilizado;

A figura 3 ilustra um de uma forma preferencial exemplar de realização de elementosda presente invenção;

- A figura 4 ilustra uma forma preferencial exemplar de realização da presenteinvenção de uma curva de tempo com a razão de consumo de combustível pelotempo de viagem;

- A figura 5 ilustra uma forma preferencial exemplar de realização dá presenteinvenção de desagregação de segmentos para o planejamento de itinerários;

A figura 6 ilustra uma forma preferencial exemplar de realização da presenteinvenção de segmentação;

- A figura 7 ilustra um diagrama de fluxos exemplar de uma forma preferencial derealização para a presente invenção;

A figura 8 ilustra um exemplo de visor dinâmico a ser utilizado pelo operador;A figura 9 ilustra outro exemplo de visor dinâmico a ser utilizado pelo operador;

- A figura 10 ilustra mais outra ilustração exemplar de visor dinâmico a ser utilizadopelo operador; e

- A figura 11 ilustra uma forma de realização de exemplo dos elementos da presenteinvenção;

- A figura 12 ilustra um exemplo de visor dinâmico a ser utilizado pelo operador;

- A figura 13 ilustra outro exemplo de visor dinâmico a ser utilizado pelo operador;

- A figura 14 ilustra outro exemplo de visor dinâmico a ser utilizado pelo operador; e

A figura 15 é uma forma de realização de exemplo de um método da presenteinvenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

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

As formas de realização da presente invenção resolvem osproblemas da arte através do fornecimento de um sistema, de um método e de ummétodo implementado através de um computador, para determinar e implementar umaestratégia de condução de um trem incluindo uma consistência de locomotivasdeterminando uma solução para monitorar e controlar as operações do trem de modo amelhorar certos requisitos de parâmetros para critérios operacionais objetivos, ao mesmotempo em que satisfaz as restrições devidas à programação ou a agenda. As formas derealização da presente invenção também podem ser operadas quando a consistência delocomotivas se encontra em uma operação com tração distribuída. As pessoas comproficiência na arte irão perceber que um dispositivo, tal como um sistema deprocessamento de dados, incluindo uma CPU, uma memória, um dispositivo de entrada esaída l/O, um armazenador de programa, um barramento de conexão e outroscomponentes apropriados, poderia ser programado, ou de qualquer forma projetado,para facilitar a realização, na prática, do método da invénção. Tal sistema poderia incluirmeios apropriados de programa para executar os métodos destas formas de realização.

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

Falando de forma geral, os aspectos da presente invençãoensinam um método, um dispositivo e um programa para se determinar e implementaruma estratégia de condução de um trem, apresentando uma consistência delocomotivas, determinando uma solução para monitorar e controlar as operações do tremde modo a melhorar certos requisitos de parâmetros para critérios operacionais objetivos,ao mesmo tempo em que satisfaz as restrições devidas à programação ou a agenda.

Para facilitar o entendimento da presente invenção, esta será descrita, em diante, comreferência a uma sua implementação específica. As invenções são descritas dentro docontexto geral das instruções executáveis por um computador, tais como os módulos deprograma de computador, que são executados por um computador. De forma geral, osmódulos de programa de computador incluem rotinas, programas, objetos, componentes,estruturas de dados, etc., os quais realizam tarefas em particular ou que implementamtipos particulares de dados abstratos. Por exemplo, os programas de computadorconsubstanciam as formas de realização de exemplo da invenção e podem sercodificados através de diversas linguagens, para uso em plataformas diferentes. Nadescrição que segue, os exemplos da invenção podem ser descritos dentro do contextode um portal web o qual emprega um navegador web. Contudo, poderá ser percebidoque os princípios da invenção que formam a base das formas de realização de exemploda invenção podem ser igualmente implementados através de outros tipos de tecnologiasde programação de computador.

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

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

Ora serão descritas as formas de realização da presenteinvenção, fazendo-se referência aos desenhos. As formas de realização de exemplo dainvenção podem ser implementadas 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 1 apresenta uma ilustração de exemplo de umdiagrama de fluxo de uma forma de realização de exemplo da presente invenção. Talcomo ilustrado, as instruções são entradas ou inserções específicas para o planejamentode uma viagem tanto a bordo quanto a partir de um local remoto, tal como um centro deexpedição 10.

Tais informações inseridas incluem, mas não estão limitadas à posição dotrem, a descrição da consistência (tal como os modelos das locomotivas), a descrição dapotência da locomotiva, a performance da transmissão de tração da locomotiva, oconsumo de combustível pelo motor como uma função da potência útil transferida, asemissões do trem ou da locomotiva como uma função da velocidade pelo ajuste dapotência e das cargas dinâmicas, as características de refrigeração, a rota pretendidapara a viagem (grau de inclinação efetivo e curvatura como uma função dos marcosferroviários ou um componente de "grau de inclinação efetivo" para refletir a curvatura deacordo com o padrão para as práticas ferroviárias), o trem representado pela composiçãoe pela carga junto com os coeficientes de arrasto efetivo, os parâmetros desejados paraa viagem incluindo, mas não limitados a, o momento de início e a localização, o local dechegada, o tempo desejado de viagem, a identificação da tripulação (usuário e/ouoperador), o final do turno da tripulação e a rota.

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

O sistema de sinalização de linha determina a velocidadepermitida para o trem. Existem diversos tipos de sistemas de sinalização de linha e deregras operacionais associadas a cada um destes sinais. Por exemplo, alguns sinais sãocompostos por uma única luz (liga/desliga), alguns sinais são compostos por uma únicalente com diversas cores, e alguns sinais apresentam diversas luzes e cores. Estessinais podem indicar que a linha está livre e que o trem pode seguir com a velocidademáxima permitida.

Estes também podem indicar que é necessária uma velocidadereduzida ou uma parada. Esta velocidade reduzida pode precisar ser efetivadaimediatamente, ou em certo local (p. ex., antes do próximo sinal ou cruzamento).

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

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

Com base na especificação dos dados de entrada nasformas de realização de exemplo da presente invenção, é calculado um plano otimizadopara produzir um perfil de viagem 12, o qual minimiza o uso de combustível e/ou asemissões produzidas, sujeito às restrições dos limites de velocidade ao longo da rota econsiderando os horários de partida e de chagada. O perfil contém a velocidadeotimizada e os ajustes de potência (marcha de trabalho) otimizados do trem que segue,expressos como uma função da distância e/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 as decisões demudança de aceleração podem acontecer em períodos maiores ou menores, senecessário e/ou desejado, de modo a seguir um perfil otimizado de velocidade. Emsentido amplo, deve ficar evidente para uma pessoa com proficiência na arte que osperfis fornecem os ajustes de potência para o trem, tanto a nível do trem quanto a nívelda consistência e/ou a nível do trem individual. A potência compreende a força defrenagem, a força motriz e a força dos freios a ar. Em uma outra forma preferida derealização, ao invés de operar, de forma tradicional, com ajustes discretos para asmarchas de trabalho, a forma de realização de exemplo da presente invenção está apta aselecionar um ajuste contínuo da potência, o qual é determinado como sendo o otimizadopara o perfil selecionado.

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

O procedimento usado para computar o perfil ótimo podeser através de qualquer um dos métodos de computação para uma seqüência depotência a qual guia o trem 31, de modo 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 63 e tentarsegui-lo. Quando não existe nenhum plano previamente computado, os métodos paracalcular um novo incluem, mas não estão limitados a, calcular diretamente o perfil ótimoutilizando modelos de equações diferenciais os quais reproduzem, de forma aproximada,a movimentação física do trem. O ajuste envolve e seleção de uma quantidade defunções objetivas, usualmente uma soma ponderada (integral) das variáveis do modelo,as quais correspondem à taxa de consumo do combustível e de geração das emissões,mais um termo para penalizar uma variação excessiva da aceleração.

Uma fórmula otimizada de controle é acertada paraminimizar a função quantitativa objetiva que é submetida às restrições incluindo, mas nãolimitada a, os limites de velocidade e os ajustes mínimo e máximo para a potência(aceleração). Dependendo dos objetivos do plano, a qualquer tempo, o problema podeser ajustado de forma flexível de modo a minimizar o consumo de combustível sujeito asrestrições das emissões e dos limites de velocidade, ou para minimizar as emissõessujeito às restrições de combustível e do horário de chegada. Também é possível ajustar,por exemplo, o objetivo de minimizar o tempo total de viagem sem as restrições relativasà quantidade total de emissões ou de uso de combustível, sendo que tal relaxamento dasrestrições poderia ser permitido ou necessário para a missão.Por todo este documento, são apresentados exemplos deequações e de funções objetivas destinadas a minimizar o consumo de combustível dalocomotiva. Estas equações e funções tem apenas o intuito de ilustração, posto quepodem ser empregadas outras equações e funções objetivas para otimizar o consumo decombustível ou para otimizar outros parâmetros operacionais do trem/locomotiva.

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

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

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

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

<formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 13</formula>

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

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

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

Uma função objetiva comumente empregada erepresentativa é a seguinte:

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

Os coeficientes da combinação linear dependem daimportância (peso) dado a cada um dos termos. Quando o veículo opera com diversostipos de combustível, é uma combinação da soma linear dos coeficientes do combustívelde cada tipo de combustível, como será descrito com maiores detalhes abaixo. Note-seque na equação (OP), u(t) é a variável de otimização que é a posição da marcha detrabalho contínua. Caso seja necessária uma marcha de trabalho discreta, p. ex., paralocomotivas antigas, a solução da equação (OP) é tornada discreta, o que pode resultarem uma menor economia de combustível. Encontrar a solução de menor tempo (ai éfixado em zero e a2 é fixado em zero ou em um valor relativamente pequeno) é usadopara encontrar a menor ligação para o tempo de possível (Tf = Tmin). Neste caso, tantou(t) quanto Tf são as variáveis de otimização. A forma preferida de realização soluciona aequação (OP) para diversos valores de Tf com Tf > Tfmin com a3 fixado em zero. Nesteúltimo caso, Tf é tratado como uma restrição.

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

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

ou quando se utiliza o tempo mínimo como o objetivo, tal restrição do ponto final deveaguardar, p. ex. o total de combustível consumido deve ser menor que aquele dentro dotanque, 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 (HC), de emissões de monóxido de carbono (CO) e/ou de emissõesde materiais particulados (PM). Um requisito em relação às emissões pode fixar um valormáximo para as emissões de NOx, de HC, de CO e/ou de PM. Outros limites deemissões podem incluir um valor máximo para uma emissão eletromagnética, tal comoum limite para a potência útil em rádio freqüência (RF), medida em watts, pararespectivas freqüências emitidas pela locomotiva. Ainda uma outra forma de emissão é oruído produzido pela locomotiva, tipicamente medido em decibéis (dB). Um requisito emrelação á emissão pode ser variável de acordo com o horário do dia, o período do ano,e/ou das condições atmosféricas tais como o clima ou o nível de poluentes na atmosfera.

É sabido que os regulamentos relativos às emissões podem variar geograficamenteatravés do sistema ferroviário. Por exemplo, uma área operacional, tal como uma cidadeou um estado, pode apresentar padrões específicos de emissões, e uma áreaoperacional adjacente pode apresentar padrões de emissões diferentes, por exemplouma menor quantidade de permitida de emissões ou uma taxa mais alta para um dadonível de emissão.

Deste modo, um perfil de emissão para certa áreageográfica pode ser dimensionado de forma a incluir um valor máximo de emissão paracada emissão regulamentada, incluindo no perfil o cumprimento de um padrãopredeterminado de emissão necessário para aquela área. Tipicamente, e para umalocomotiva, estes parâmetros de emissão são determinados por, mas de forma nãolimitada a, a potência (marcha de trabalho), as condições ambientes. os método decontrole do motor, etc. Por projeto, cada locomotiva deve obedecer aos padrões deemissão da EPA, e assim, quando as emissões são otimizadas na forma de realizaçãode exemplo da presente invenção, esta será a quantidade de emissões totais da missãopara a qual não existe especificação EPA hoje. Em qualquer momento, as operaçõesdevem obedecer aos regulamentos federais da EPA. Os peritos na arte irão prontamenteperceber que, uma vez que os motores a diesel são usados em outras aplicações,podem ser aplicáveis outros regulamentos. Por exemplo, as emissões de C02 sãoconsideradas nos tratados internacionais.

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

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

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

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

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

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

Durante as operações diárias, diversos eventos podem levara necessidade de se gerar ou modificar o plano atualmente em execução, quando sepretende manter os mesmos objetivos da viagem, para quando um trem não se encontradentro da sua agenda em relação ao encontro ou a passagem de outro trem, e esteprecisa recuperar o tempo. Utilizando os dados atuais de velocidade, tração e localizaçãoda locomotiva, é feita uma comparação entre o horário de chegada planejado e υ horáriode chegada 25 atualmente estimado (previsto). O plano 26 é ajustado com base nadiferença entre os horários, assim como na diferença entre os parâmetros (detectados oualterados pela expedição ou pelo operador). Este ajuste pode ser feito automaticamente,de acordo com a vontade da companhia ferroviária, em relação a como os desvios doplano devem ser tratados, ou propostas alternativas de forma manual, para o operadorembarcado ou a expedição decidirem a melhor forma de voltar ao plano. Sempre que umplano é atualizado, mas não os seus objetivos, tal como, mas não limitado ao temporestante para a chegada do mesmo, outras mudanças podem ser transformadas emfatores concorrentes, p. ex., mudanças nos novos limites de velocidade futuros, o quepoderia afetar a possibilidade de se retornar ao plano original. Em tais casos, se o planode viagem original não puder ser mantido, ou em outras 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 adiscricionariedade do operador ou da expedição, quanto de forma autônoma quando sãoexcedidos certos limites predefinidos, tais como os limites operacionais do trem. Porexemplo, se a execução do plano atual está atrasada mais que um valor predeterminado,tal como trinta minutos, a forma de realização de exemplo da presente invenção pode re-planejar a viagem de modo acomodar o atraso às custas de um aumento do consumo decombustível, tal como supra descrito, ou para alertar o operador e a expedição sobre oquanto de tempo pode ser recomposto ao todo (isto é, qual o tempo mínimo de chegadaou qual a quantidade máxima de combustível que pode ser economizada dentro darestrição de tempo). Também podem ser previstos outros gatilhos de re-planejamentocom base no combustível consumido ou na integridade da consistência de tração,incluindo, mas não limitado a, o horário de chegada, a perda de cavalos vapor devido auma falha do equipamento e/ou a um mau funcionamento temporário do equipamento(tal como por uma operação em estado muito aquecido ou muito frio) e/óu pela detecçãode erros na inserção 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 àperformance 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 deexemplo da presente invenção, sendo que a forma de realização de exemplo da presenteinvenção irá recalcular o plano de viagem do trem. A forma de realização dè 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 àsemissões e a economia de combustível. Tais informações também podem ser fornecidaspara a expedição para considerações similares, tanto na forma de uma lista simples comalternativas ou como uma pluralidade de curvas operacionais, tal como ilustrada na figura 4.

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

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

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

Também é previsto um elemento de caracterização do trem33 para fornecer as informações acerca de uma linha, principalmente as informações degrau e de elevação e de curvatura. Também podem ser incluídas, opcionalmente, asrestrições da linha, tal como a carga transportável pela linha. Estas restrições podem serpermanentes ou temporárias. O elemento de caracterização da linha 33 pode incluir umbanco de dados 36 embarcado de integridade da linha. Os sensores 38 são usados paramedir um esforço de tração 40 que está sendo aplicado pela consistência de locomotivas42, o ajuste da aceleração da consistência de locomotivas 42, as informações sobre aconfiguração da consistência de locomotivas 42, a velocidade da consistência delocomotivas 42, a configuração individual das locomotivas, a capacidade individual daslocomotivas, etc. Em uma forma de realização de exemplo, as informações deconfiguração da consistência de locomotivas 42 podem ser carregadas sem o uso de umsensor 38, mas são inseridas através de outros meios, tal como supra descrito. Além domais, também pode ser levada em consideração à saúde das locomotivas. Por exemplo,se uma locomotiva da consistência não está apta a operar acima da marcha de trabalho5, esta informação é usada quando da otimização do plano de viagem.

A informação do elemento Iocalizador também pode serusada para determinar um horário de chegada apropriado para o trem 31. Por exemplo,caso exista um trem 31 se movendo pela linha 34 na direção de um destino e nenhumtrem atrás deste, e o trem não tem um prazo determinado de chegada ligado a ele, oelemento localizador, incluindo mas não limitado a um equipamento automático por radiofreqüência de identificação de etiquetas (RF ΑΕΙ), expedição e/ou determinação porvídeo, pode ser usado para gabaritar a exata localização do trem 31. Além do mais, asentradas destes sistemas de sinalização podem ser usadas para ajustar a velocidade dotrem. Utilizando a banco de dados da linha no trem, descrito abaixo, bem como oelemento localizador, tal como um GPS, a forma de realização da presente invençãopode ajustar a interface do operador de modo a refletir o estado do sistema desinalização em uma dada localização da locomotiva. Em uma situação na qual osestados dos sinais pudessem indicar velocidades restritas à frente, o planejador podedecidir reduzir a velocidade do trem para reduzir o consumo de combustível.

As informações do elemento localizador 30 também podemser usadas para alterar os objetivos do planejamento 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 combase em experiências passadas/conhecidas. Os peritos na arte irão prontamenteperceber que um tal planejamento e re-planejamento, o qual leva em consideração ascondições do tempo, as condições da linha, outros trens na linha, etc., pode ser levadoem consideração a qualquer momento durante a viagem, pelo que o plano de viagem éapropriadamente ajustado.

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

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

Em uma forma de realização de exemplo, a presenteinvenção está apta a quebrar uma viagem longa em pequenos segmentos ou trechos deuma forma esquemática especial. 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 figura4. O combustível consumido e/ou emissões/tempo de viagem associado a cadasegmento pode ser computado antes do trem 31 alcançar o trecho da linha. Um plano deviagem total pode ser gerado a partir dos perfis de condução gerados para cada trecho.

A forma de realização de exemplo da invenção distribui o tempo de viagem entre todosos trechos da viagem, de uma forma otimizada, de tal modo que o tempo de viagemrequerido é cumprido bem como o total de combustível consumido e/ou as emissões, emrelação a todos os trechos, é tão baixa quanto possível. Um exemplo de um segmento deviagem é ilustrado na figura 6 e descrito abaixo. As pessoas com proficiência na artepoderão perceber que, apesar de serem descritos trechos os segmentos, o plano deviagem pode compreender um único trecho que representa toda a viagem.

A figura 4 ilustra uma forma de realização de exemplo deuma curva do consumo de combustível em função do tempo de viagem. Comopreviamente citado, uma tal curva 50 é gerada quando do cálculo de um perfil otimizadoda viagem para diversos tempos de viagem para cada trecho. Isto é, para um dadotempo de viagem 51, o combustível consumido 52 é o resultado de um perfil detalhadode condução, calculado tal como supra descrito. Uma vez alocados os tempos de viagempara cada trecho, é determinado um plano de tração/velocidade para cada trecho a partirdas soluções previamente computadas. Caso existam quaisquer restrições de velocidadeem locais específicos dos segmentos, tais como, mas não limitados a uma mudança nolimite de velocidade, estes são indicados durante a geração do perfil otimizado daviagem. Se as restrições de velocidade mudam apenas em um segmento, a curva 50 doconsumo de combustível em função do tempo de viagem deve ser recalculada somentepara o segmento alterado. Isto reduz o tempo perdido para recalcular mais partes, outrechos, da viagem. Se a consistência de locomotivas ou o trem mudamsignificativamente ao longo da rota, p. ex., pela perda de uma locomotiva ou pelainserção ou retirada de um vagão, então os perfis de condução para todos os trechossubseqüentes devem ser recalculados, gerando novas instâncias da curva 50. Estasnovas curvas 50 poderão então ser usadas junto a novos objetivos agendados paraplanejar o restante da viagem.

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

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

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

As formas de realização de exemplo da presente invençãocapacitam os meios mais simples, e portanto mais rápidos, para acomodar as alteraçõesnos objetivos da viagem, as quais são a regra e não a exceção, nas operaçõesferroviárias. Em uma forma de realização de exemplo para se determinar uma viagemcom um consumo ótimo de combustível do ponto A ao ponto B, 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 descrito, as formas de realização de exemploda presente invenção podem empregar um ajuste, tal como o quanto ilustrado nodiagrama de fluxo mostrado na figura 5, e como no exemplo de 3 trechos mostrado nafigura 6. De acordo com o quanto ilustrado, uma viagem pode ser quebrada em dois outrês trechos T1, T2 e T3. Tal como aqui descrito, é possível considerar a viagem comoum único trecho. Tal como também aqui descrito, a limitação dos trechos pode resultarem trechos diferentes. Pelo contrário, os segmentos podem estar baseados em limitesespecíficos naturais ou da missão. Os planos de viagem otimizados são pré-computadospara cada trecho. Caso o objetivo da missão a ser cumprido seja o de consumo decombustível em função do tempo, são construídos os gráficos ou curvas do consumo decombustível em função do tempo, para cada trecho. Como aqui descrito, as curvaspodem estar baseadas em outros fatores (parâmetros) tal como supra descrito, sendoque estes fatores são objetivos a serem alcançados com o plano de viagem. Um de taisfatores pode ser a quantidade das emissões, quando podem ser consideradas asemissões em função da velocidade, e/ou podem ser consideradas as emissões emfunção da velocidade e da eficiência do consumo de combustível. Quando o tempo deviagem é o parâmetro que está sendo determinado, é calculado o tempo de viagem paracada trecho ao mesmo tempo em que é satisfeita a limitação relativa ao tempo total daviagem. A figura 6 ilustra os limites de velocidade para um exemplo de uma viagem 97 de200 milhas [cerca de 320 Km] com três trechos. Também estão ilustradas as mudançasde grau 98 através da viagem de 200 milhas. Também é mostrado um diagrama 99ilustrando as curvas para cada trecho da viagem relativas ao combustível empregado emfunção do tempo de viagem.

Utilizando o ajuste otimizado de controle previamentedescrito, o presente método de computação pode encontrar o plano de viagem com otempo de viagem especificado e com as velocidades inicial e final, de modo a satisfazertodos os limites de velocidade e as limitações de capacidade da 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. Uma flexibilidade chave é a depoder acomodar o tempo de parada desejado nas paradas e o de considerar asrestrições a chegadas e partidas mais cedo, por exemplo, em locais que apresentam asoperações em apenas uma linha férrea, quando os horários de chegada e de partida sãocríticos.

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

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

na qual Iarr(Di)1 Idep(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 Uip(Di) = Iarr(Di) + At1 o que elimina a segundadesigualdade acima. Supondo que para cada /' = 1,...,M é conhecida à 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 é dado por:

<formula>formula see original document page 25</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 ,...,M1 oqual pode ser reduzido como<formula>formula see original document page 26</formula>

desde que

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

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

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

o qual pode ser reduzido como:

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

desde que

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

na qual Fi(TijXjV) é o combustível utilizado na viagem otimizada de χ até Di, percorridano tempo t, com uma velocidade inicial ν em x.

Tal como supra descrito, uma forma exemplificativa depermitir um re-planejamento mais eficiente é o de construir a solução otimizada para umaviagem parada a parada para trechos particionados. Para a viagem de Dm até Di, comum tempo de percurso T1, escolhe-se um conjunto de pontos intermediários Dij, j=1.....Nm.Façamos Di0 = 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 27</formula>

na qual Fij(t, Vi^1, Vij) é o combustível empregado na viagem otimizada de DiJ.! até Dijlpercorrida em um tempo t, com velocidades inicial e final de Vi^1 e Vij. Além do mais, ty é otempo durante a viagem otimizada o qual corresponde à posição ou distância Dij. Pordefinição, tiNi - ti0 = Ti. Uma vez que o trem está parado em Dio e DiNi, vi0 = viNi = 0.

A expressão acima permite que a função F|(t) sejadeterminada, de forma alternativa, primeiramente determinando as funções FijQ1I á j <Nil e então encontrando TijlI < j < Nil e Vij < j < Nil o qual se reduz a N,

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

desde que

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

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

Com base na partição supra, uma solução sub otimizada dere-planejamento mais simples que aquela supra descrita é a de se restringir o re-planejamento para as ocasiões nas quais o trem se encontra nos pontos distantes DijlI ái < M,1 < j < Ni. No ponto Dij, a nova viagem otimizada de Dijaté Dm pode ser determinada

encontrando-se xik,j < k s Nil vik, j < k < Ni, e Tmn,i < m á M,1 < η < Nm, vmn, i < m < M11 < η< Nm, o qual se reduz a

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

desde que

<formula>formula see original document page 27</formula><formula>formula see original document page 28</formula>

na qual

<formula>formula see original document page 28</formula>

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

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

Seguir um perfil 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 uma velocidade constanteirá provavelmente aumentar a energia total requerida devido à necessidade de recompora energia dissipada pelos freios. Existe a possibilidade de que uma pouco de frenagemreduza o total de energia utilizada caso a perda pela frenagem adicional seja maior que acontrapartida obtida com a redução resultante pelas perdas de arrasto causadas pelafrenagem, através da redução da variação de velocidade.

Após terminar o re-planejamento a partir da coleção deeventos supra descritos, o novo plano otimizado de velocidade/marcha de trabalho podeser seguido utilizando o controle por Ioop fechado aqui descrito. Porém, em algumassituações, quando pode não existir tempo suficiente para executar o planejamentodecomposto em trechos supra descrito, e em particular quando existem restriçõescríticas de velocidade que devem ser respeitadas, é necessária uma alternativa. Asformas de realização de exemplo da presente invenção conseguem isto através de umalgoritmo referido como o "controle de cruzeiro inteligente" [smart cruise 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 31 por um terrenoconhecido. Este algoritmo assume o conhecimento sobre a posição do trem 31 ao longoda linha 34 em todos os momentos, assim como o conhecimento do grau e da curvaturada linha em função da posição. O método recai sobre um modelo massa/ponto para amovimentação do trem 31, cujos parâmetros podem ser estimados, de forma adaptada, apartir das medições on Iine do movimento do trem, tal 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 àsreduções do limite de velocidade, um perfil de ajuste da aceleração ideal ou da frenagemdinâmica o qual tenta um equilíbrio entre a minimização das variações de velocidade e afrenagem; e um mecanismo para combinar os dois últimos componentes de modo aproduzir um comando para a marcha de trabalho, empregando um Ioop de retorno davelocidade para compensar as disparidades entre os parâmetros modelados quando emcomparação com os parâmetros reais. O controle de cruzeiro inteligente pode acomodarestratégias, nas formas de realização de exemplo da presente invenção, as quais nãoativam os freios (isto é, a guia é sinalizada e assumida a realizar a frenagem necessária)ou uma variante que não ativa os freios.

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

Também na forma de realização da presente invenção estáincluída uma solução para identificar valores do parâmetro chave do trem 31. Porexemplo, com relação à estimativa da massa do trem podem ser utilizados um filtroKalman1 uma expansão das séries de Taylor com variação e dependência do tempo, euma solução com recurso do último quadrado, para detectar os erros que podemaparecer durante o transcorrer do tempo.

A figura 7 ilustra um diagrama de fluxo da presenteinvenção. Tal como previamente descrito, uma instalação remota, tal como umaexpedição 60, pode fornecer informações. Como ilustrado, tais informações sãofornecidas para um elemento de controle executivo 62. Também fornecidas para oelemento de controle executivo 62 são as informações de modelagem do banco dedados 63 da locomotiva, as informações do banco de dados da linha 36 tais como, masnão limitadas a, informações sobre os graus da linha e as informações sobre os limitesde velocidade da linha, os parâmetros estimados do trem tais como, mas não limitados a,o peso do trem e os coeficientes de arrasto, e as tabelas das taxas de consumo decombustível a partir de um avaliador das taxas 64. O elemento de controle executivo 62fornece informações para o planejador 12, o qual está descrito com maiores detalhes nafigura 1. Uma vez que tenha sido calculada a viagem, o plano é fornecido para umelemento 51 controlador ou condutor e visualizador da condução. O plano de viagemtambém pode ser fornecido para o elemento de controle executivo 62 de forma que estepode comparar a viagem quando outros novos dados sejam fornecidos.

Tal como supra descrito, o elemento de condução 51 podeajustar, de forma automática, uma marcha de trabalho, tanto um ajuste pré-estabelecidopara a marcha de trabalho quanto um a marcha de trabalho contínua otimizada. Emadição ao fornecimento de um comando de velocidade para a locomotiva 31, é fornecidoum visor 68 para que o operador possa ver qual o plano que está sendo recomendado. Ooperador também tem acesso ao painel de controle 69. Por meio do painel de controle69, o operador pode decidir se deve aplicar a marcha de trabalho recomendada. Paraesta finalidade, o operador pode limitar uma potência limite ou alvo. Isto é, a qualquertempo o operador sempre tem a decisão final em relação ao ajuste da potência com oqual a consistência de locomotivas irá operar. O plano de viagem pode ser modificado(não mostrado) com base no conhecimento das informações de sinalização e dalocalização de outros trens no sistema. Esta informação poderia ser obtida a partir desistemas de controle da posição/velocidade da malha ferroviária e pare deste pode residirforma do trem. Por exemplo, um de tais sistemas pode incluir um sistema dito ControlePositivo do Trem (PTC - Positive Train Control), o qual é um sistema integrado deinformações, comunicação, controle e comando destinado a controlar os movimentos dotrem com segurança, precisão e eficiência. De forma similar, o operador poderia limitar apotência com base nas informações de sinalização acima. Isto inclui decidir se devem seraplicados os freios caso o plano de viagem recomende a redução da velocidade do trem31. Por exemplo, quando se opera em um território negro, ou quando um equipamentomarginal não consegue transmitir eletronicamente as informações para o trem e ao invésdo operador ter que ver os sinais visuais dos equipamentos marginais, o operador insereos comandos com base nas informações contidas no banco de dados da linha e nossinais visuais do equipamento marginal. Baseado em como o trem 31 está funcionando,as informações relativas às medições do combustível são fornecidas para o avaliador ouestimador da taxa de consumo de combustível 64. Uma vez que a medição direta dofluxo de combustível não é tipicamente possível em uma consistência de locomotivas,todas as informações sobre o combustível até então consumido durante a viagem, bemcomo as projeções para o futuro seguindo o plano otimizado, são realizadas utilizando osmodelos físicos calibrados tais como aqueles utilizados 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 31 também apresenta um dispositivo Iocalizador 30,tal como um sensor GPS, tal como supra descrito. As informações são fornecidas para oavaliador 65 dos parâmetros do trem. Tais informações podem incluir, mas não estãolimitadas aos dados do sensor GPS, aos dados dos marcos ferroviários, aos dados dosesforços de tração/frenagem, aos dados sobre a situação dos freios, velocidade equaisquer variações nos dados sobre a velocidade. Junto às informações relativas aograu de inclinação e as informações sobre os limites de velocidade, as informaçõesrelativas ao peso do trem e aos coeficientes de arrasto são fornecidas para o elementode controle executivo 62.

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

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

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

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

Tradicionalmente, a operação de um sistema de tração distribuída no modo"independente" requer que o operador comande manualmente cada locomotiva remota,ou cada conjunto de locomotivas, através de uma tela na locomotiva líder. Usando omodelo de plano baseado na física, as informações de ajuste do trem, o banco de dadosda linha a bordo, a regras de operação a bordo, o sistema de determinação dalocalização, o controle de tração/frenagem em tempo real e em Ioop fechado, e o retornodos sensores, o sistema pode automaticamente operar o sistema de tração distribuída nomodo "independente". Ainda mais, e em uma consistência de locomotivas, a locomotivaremota pode solicitar mais potência da locomotiva líder mesmo que a locomotiva líderesteja operando com um ajuste de potência baixo. Por exemplo, quando um trem estáem passando por uma montanha, a locomotiva líder pode estar na descida da montanha,assim precisando de menos potência, enquanto que a locomotiva remota ainda seencontra subindo a montanha, assim precisando de mais potência.

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

As formas de realização de exemplo da presente invençãopodem ser usadas em consistências nas quais as locomotivas não são contíguas, isto é,com uma ou mais locomotivas à frente, com outras no meio e outras na traseira do trem.

Tais configurações são chamadas de potência ou tração distribuída, sendo que aconexão padrão entre as locomotivas é substituída por um canal ou link de rádio, ouatravés de um cabo auxiliar para conectar externamente as locomotivas. Quando emoperação como potência distribuída, o operador na locomotiva líder pode controlar asfunções operacionais das locomotivas remotas na consistência através de um sistema decontrole, tal como um elemento de controle de potência distribuída. Em particular, equando se opera na forma de tração distribuída, o operador pode comandar cadaconsistência de locomotivas para operar com uma marcha de trabalho diferente (ou umaconsistência poderia estar tracionando enquanto outra poderia estar freando), sendo quecada locomotiva individual dentro da consistência de locomotivas opera com a mesmamarcha de trabalho.

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

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

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

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

As figuras 8, 9 e 10 mostram exemplos de ilustrações dastelas dinâmicas para uso pelo operador. De acordo com a figura 8, é fornecido 72 umperfil de viagem. Dentro do perfil, é fornecida a localização 73 da locomotiva. Sãotambém fornecidas algumas informações tais como o comprimento do trem 105 e onúmero de carros ferroviários 106 no trem. São também fornecidos elementos relativosao grau de inclinação 107 da linha, a curvatura e os elementos marginais 108, incluindo alocalização de pontes 109, e a velocidade do trem 110. A tela 68 permite que o operadorveja tais conformações e também veja onde o trem se encontra ao longo da rota. Sãofornecidas as informações relativas à distância e/ou ao tempo estimado de chegada paraalguns locais tais como cruzamentos 112, sinais 114, mudanças de velocidade 116,marcos terrestres 118 e destinos 120. É também prevista uma ferramenta degerenciamento do tempo de chegada 125 de modo a permitir ao usuário determinar aeconomia de combustível que está sendo conseguida durante a viagem. O operador tema capacidade de alterar os horários de chegada e presenciar como isto irá afetar aeconomia de combustível. Como aqui descrito, aquelas pessoas com proficiência na arteirão perceber que a economia de combustível é apenas um exemplo de somente umobjetivo que pode ser revisto através da ferramenta de gerenciamento. Neste sentido, edependendo do parâmetro que está sendo visto, os outros parâmetros (ou fatores, taiscomo as emissões), aqui descritos podem ser vistos e avaliados pela ferramenta degerenciamento que está visível ao operador. Ainda mais, as comparações ou gráficos,relativos à ao menos um entre combustível e/ou emissões, também podem sermostradas, apesar de não ilustradas. Ao operador também são fornecidas informaçõesacerca de por quanto tempo a tripulação está operando no trem. Nas formas derealização de exemplo, as informações concernentes ao tempo e à distância tanto podemser ilustradas de acordo com o tempo e/ou com a distância até um evento em particulare/ou uma localização, quanto podem fornecer o tempo total transcorrido.

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

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

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

As informações críticas sobre a situação da viagem sãomostradas na tela, e indicam o atual grau de inclinação que o trem encontra 88, tantopela locomotiva líder, por um local qualquer ao longo do trem ou como uma média emrelação ao comprimento do trem. Também são mostradas a distância até entãopercorrida do plano 90, o total acumulado de combustível usado 92, qual ou a quedistância está planejada a próxima parada 94, o horário de chegada atual e o projetado96 e o horário esperado para a próxima parada. A tela 68 também mostra o máximo detempo possível até o destino que é possível a partir dos planos computados disponíveis.Se for necessária uma chegada mais tardia, pode ser realizado um re-planejamento. Osdados do plano delta mostram a situação do combustível e a agenda à frente ou atrás doplano otimizado atual. Os números negativos indicam menos combustível ouadiantamento em comparação com o plano, os números positivos significam maiscombustível ou atraso em comparação com o plano, e tipicamente movimentações emdireção oposta (reduzir a velocidade para economizar o combustível causa um atraso dotrem, e vice versa).

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

Outras características que podem ser incluídas nas formasde realização de exemplo da presente invenção incluem, mas não estão limitadas a,permitir a geração de registros de dados e de relatórios. Estas informações podem serarmazenadas no trem e baixadas para um sistema não embarcado em algum momento.Os downloads podem acontecer por via manual e/ou através de uma transmissão semfio. Estas informações também podem ser vistas por um operador através de uma tela nalocomotiva. Os dados podem incluir informações tais como, mas não limitadas a, asentradas do operador, o tempo pelo qual o sistema está operacional, o combustíveleconomizado, o desequilíbrio da quantidade de combustível nas locomotivas do trem, ajornada do trem fora de curso, os problemas de diagnóstico do sistema tal como o maufuncionamento de um sensor GPS.

Posto que os planos devem levar em consideração o tempode trabalho permitido para a tripulação, as formas.de realização de exemplo da presenteinvenção podem levar em consideração estas informações durante o planejamento daviagem. Por exemplo, caso o máximo de tempo que a tripulação possa operar seja deoito horas, então a viagem deve ser conformada de modo a incluir locais de parada paraque uma nova tripulação possa substituir a tripulação atual. Tais locais específicos deparada podem incluir, mas não estão limitados a, os pátios ferroviários, os locais 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 as formas de realização de exemplo da presenteinvenção, o trem pode operar uma pluralidade de operações. Em um conceitooperacional, uma forma de realização de exemplo da presente invenção pode fornecer oscomandos para comandar a propulsão, os freios dinâmicos. O operador então realizatodas as outras funções do trem. Em um outro conceito operacional, uma forma derealização de exemplo da presente invenção pode prever os comandos somente paracomandar a propulsão. O operador então realiza a frenagem dinâmica e todas as demaisfunções.

Em mais um outro conceito operacional, uma forma de realização de exemploda presente invenção pode prever os comandos da propulsão, da frenagem dinâmica eda aplicação dos freios a ar. O operador então realiza todas as demais funções do trem.

Apesar de que nas formas de realização de exemplo dapresente invenção são descritos com relação aos veículos ferroviários, especificamentetrens e locomotivas que apresentam motores a diesel, as formas de realização deexemplo também podem ser aplicadas para outros usos, tais como, mas não limitados a,veículos fora de estrada, embarcações navais e unidades estacionárias, ou qualquer umque possa usar um motor a diesel. Neste sentido, quando se descreve uma missãoespecífica, esta inclui uma tarefa ou um requisito a serem cumpridos pelo sistema depropulsão a diesel. Portanto, em relação às aplicações ferroviárias, navais ou fora deestrada, esta pode se referir ao movimento do sistema do local atual até um destino. Nocaso de aplicações estacionárias, tais como, mas não limitadas às usinas estacionáriasde geração de energia, ou ás redes de usinas de geração de energia, uma missãoespecífica pode se referir a potência (p. ex., MW/h) ou outros parâmetros ou requisitos aserem satisfeitos pelo sistema acionado a diesel. Da mesma forma, a condiçãooperacional da unidade de geração de energia a partir do diesel pode incluir um ou maisentre velocidade, carga, custo do combustível, tempo, etc.

Em um exemplo que envolve as embarcações navais, umapluralidade de rebocadores podem estar operando junto sendo que todos estãomovimentando o mesmo barco grande, sendo que cada rebocador está conectado notempo para realizar a missão de mover o grande barco. Em uma outra forma derealização de exemplo, uma única embarcação naval pode apresentar uma pluralidadede motores. O veículo fora de estrada (OHV) podem compreender uma frota de veículosos quais tem a mesmo missão de se moverem pela terra, do local A para o local B,sendo que cada OHV está ligado no tempo para realizar a missão.

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

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

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

A figura 11 ilustra uma outra forma de realização dapresente invenção, incluindo um sistema 10' para operar um veículo 31'. O veículo podeincluir um trem 31' com uma ou mais consistências de locomotivas 42', tal como ilustradona figura 11, um veículo fora de estrada (OHV), uma embarcação naval, ou qualquerveículo similar que compreende um motor que opera com uma pluralidade de tipos decombustíveis. A pluralidade de tipos de combustíveis inclui um ou mais combustíveisbaseados no diesel e um ou mais combustíveis alternativos. Mais em particular, cadacombustível alternativo pode incluir um entre biodiesel, óleo de palmeira, e óleo desemente de nabo silvestre [rape]. Desta forma, e apesar das figuras 11-14 ilustrarem umsistema 10' para operar um trem 31' com uma ou mais consistências de locomotivas 42',o sistema pode ser aplicado, de forma similar, aos OHVs e ás embarcações navais.

O sistema inclui um elemento Iocalizador 30' paradeterminar a localização de uma consistência de locomotivas 42'. O elemento Iocalizadorpode ser um sensor GPS, ou um sistema de sensores, o qual determina a localizaçãode trem 31'. Exemplos de tais outros sistemas incluem, mas não estão limitados a,dispositivos marginais, tal como equipamentos automáticos por radio freqüência deidentificação de etiquetas (RF AEI), expedição e/ou determinação por vídeo. Outrossistemas podem incluir o tacômetro a bordo de uma locomotiva e cálculos de distância apartir de um ponto de referencia. Também pode ser previsto um sistema de comunicaçãosem fio 47' de modo a permitir as comunicações entre os trens e/ou com uma localidaderemota, tal como a expedição. As informações acerca da localização da viagem tambémpodem ser transferidas de outros trens.

O sistema 10' ainda inclui um elemento de caracterização do trem 33' para fornecer as informações acerca do terreno 34' (isto é, da linha), daconsistência de locomotivas 42'. O elemento de caracterização da linha 33' pode incluirum banco de dados 36' embarcado de integridade da linha. Os sensores 38' são usadospara medir um esforço de tração 40' que está sendo aplicado pela consistência delocomotivas 42', o ajuste da aceleração da consistência de locomotivas 42', asinformações sobre a configuração da consistência de locomotivas 42', a velocidade daconsistência de locomotivas 42', a configuração individual das locomotivas, a capacidadeindividual das locomotivas, etc. Em uma forma de realização de exemplo, as informaçõesde configuração da consistência de locomotivas 42' podem ser carregadas sem o uso deum sensor 38', em cujo caso as informações de configuração podem ser inseridasatravés de um dispositivo de entrada de dados. O dispositivo de entrada de dados podeestar ligado ao processador 44' para transferir as informações características de cadatipo de combustível, dentre a pluralidade de tipos de combustíveis, para o processador,incluindo ao menos um entre a eficiência do combustível, as características dasemissões, os respectivos volumes dos tanques, a disponibilidade do custo, e adisponibilidade de localização. O dispositivo de entrada de dados pode fornecer asinformações características de cada um dentre a pluralidade de tipos de combustíveisdesde um entre uma localidade remota, um dispositivo marginal, e um usuário através deum ingresso manual de dados. Além das informações características de cada um dentrea pluralidade de tipos de combustíveis, a saúde das locomotivas da consistência tambémpode ser levada em consideração. Por exemplo, caso uma das locomotivas dentro daconsistência de locomotivas não está apta a operar acima de um nível de potência 5 damarcha de trabalho (quando se usa um tipo específico de combustível), esta informaçãoé utilizada para otimizar o plano de viagem.

A informação do elemento Iocalizador 30' também pode serusada para determinar um horário de chegada apropriado para o trem 31'. Por exemplo,caso exista um trem 31' se movendo pela linha 34' na direção de um destino e nenhumtrem atrás deste, e o trem não tem um prazo determinado de chegada ligado a ele, oelemento Iocalizador 30', incluindo mas não limitado a um equipamento automático porradio freqüência de identificação de etiquetas (RF AEI), expedição e/ou determinação porvídeo, pode ser usado para gabaritar a exata localização do trem 31'. Além do mais, asentradas de dados destes sistemas de sinalização podem ser usadas para ajustar avelocidade do trem. Utilizando o banco de dados embarcado sobre a linha, descritoabaixo, bem como o elemento localizador, tal como um GPS, a forma de realização dapresente invenção pode ajustar a interface do operador de modo a refletir o estado dosistema de sinalização em uma dada localização da locomotiva. Em uma situação naqual os estados dos sinais pudessem indicar velocidades restritas à frente, o planejadorpode decidir reduzir a velocidade do trem para reduzir o consumo de combustível.

As informações do elemento localizador 30' também podemser usadas para alterar os objetivos do planejamento 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.

O banco de dados 36', ilustrado na figura 11, ainda pode serusado para armazenar as informações características para cada um dentre a pluralidadede tipos de combustíveis. Tais informações características para cada tipo de combustívelpara cada consistência de locomotivas inclui um ou mais entre a eficiência docombustível, a taxa de emissões, o volumo do respectivo tanque de combustível, Adisponibilidade de custo, a disponibilidade de localização, e qualquer outra característicade cada tipo de combustível relevante para a otimização da performance da consistênciade locomotivas.

A figura 11 ainda ilustra um processador 44' de modo aoperar para receber as informações do elemento Iocalizador 30', do elemento decaracterização da linha 33' e do banco de dados 36'. Com o processador 44' recebendoas informações, um algoritmo 46', o qual opera dentro do processador 44', com acessoàs informações cria um plano de viagem o qual otimiza a performance da consistência delocomotivas 42' de acordo com um ou mais critérios operacionais para a consistência delocomotivas. Tais critérios operacionais podem incluir o horário de partida, o horário dechegada, as restrições no limite de velocidade ao longo da linha da consistência delocomotivas, a taxa de emissões e as restrições relativas a taxa de milhagem ao longo dalinha da consistência de locomotivas, e qualquer outro critério pertinente à viagem. Oalgoritmo 46' é utilizado para calcular um plano de viagem otimizado com base nosparâmetros que envolvem a locomotiva 42', o trem 31', a linha 34' e os objetivos damissão. O algoritmo 46' pode criar um plano de viagem com base nos modelos docomportamento do trem conforme o trem 31' se move ao longo da linha 34', na forma deuma solução de equações diferenciais não lineares derivadas da física, compressupostos de simplificação que são fornecidos no algoritmo. O algoritmo 46' temacesso ás informações do elemento Iocalizador 30', do elemento de caracterização dalinha 33', do banco de dados 36' e/ou dos sensores 38'.

Para os veículos navais, o processador 44' poderia nãolevar em consideração as informações do elemento de caracterização da linha 33', umavez que a topografia da linha não é aplicável em relação à trajetória de um veículo naval.

Contudo, o banco de dados 36' poderia incluir as restrições relativas às emissõessonoras para cada localização, incluindo as áreas portuárias e não portuárias, com basenas informações de localização do elemento Iocalizador 33'. O algoritmo 46' para osveículos navais pode criar um plano de viagem de modo a minimizar o consumo total decombustível para todos os tipos de combustíveis sujeito as restrições de emissãosonoras em cada região, por exemplo. Para os veículos fora de estrada, o elemento decaracterização 33' pode fornecer informações para a topografia do curso predeterminadodo veículo fora de estrada e o banco de dados 36' pode incluir as restrições relativas aemissão e ao deslocamento total (milhagem) em cada local, tal como supra descrito paraas locomotivas.

Na forma de realização de exemplo, o algoritmo 46' cria umplano de viagem que minimiza o consumo total de combustível para todos os tipos decombustível da consistência de locomotivas 42', sujeito aos critérios operacionais para aconsistência de locomotivas, incluindo os limites para a taxa de emissões na viagem, porexemplo. Por exemplo, o algoritmo 46' pode criar um plano de viagem para minimizar oconsumo total de combustível, para cada tipo de combustível dentre a pluralidade detipos de combustíveis da consistência de locomotivas 42', sujeito a uma taxa máxima deemissões de 5,5 g-HP-h, em adição aos outros critérios operacionais supra descritos.Mais em particular, o algoritmo 46' cria um plano de viagem que minimiza o total decombustível consumido de cada um dos tipos dentre a pluralidade de tipos decombustível, senso que o total de combustível consumido inclui a soma ponderada comcoeficientes ponderados para cada respectivo combustível consumido dentre cadarespectivo tipo de combustível. De acordo com as equações descritas nas formas préviasde realização, o total de combustível consumido pode ser calculado utilizando umaequação pela taxa de milhagem por combustível, expressa como:

F = k1*F1 + k2*F2 + ...

na qual F é a eficiência total do combustível (taxa no tempo) para toda a pluralidade detipos de combustíveis, F1 e F2 são as respectivas eficíêncías dos combustíveis para oscombustíveis No 1 e No 2, e ^ e k2 são os respectivos coeficientes ponderados para oscombustíveis No 1 e No 2. Apesar de ser dada a taxa temporal de eficiência docombustível, esta pode ser convertida na taxa de eficiência de combustível por distânciae o total de combustível consumido pode, desta forma, ser calculado integrando F emrelação a distância de toda a viagem.

Minimizando o consumo total de combustível para cada tipode combustível, o algoritmo 46' determina cada respectivo coeficiente ponderado paracada respectivo tipo de combustível para o plano de viagem que minimiza o totalconsumido de combustível para a pluralidade de tipos de combustíveis da consistênciade locomotivas 42'. Por exemplo, quando a consistência de locomotivas 42' opera comos combustíveis No 1 e No 2, o algoritmo 46' pode criar um plano de viagem queminimiza o total do combustível consumido para a consistência de locomotivas 42'através da determinação de um coeficiente ponderado para o combustível No 1 comosendo de 0,3 e um coeficiente ponderado para o combustível No 2 como sendo de 0,7.Cada coeficiente ponderado para cada tipo de combustível depende de diversos fatores,incluindo as respectivas taxas de emissão de combustível, o período do ano, aviabilidade do custo, a confiabilidade do sistema quando opera com cada tipo decombustível, os respectivos volumes dos tanques de combustível, e da viabilidade dalocalização. Os coeficientes ponderados variam com a taxa de emissão do combustíveluma vez que a viagem em particular e o critério operacional podem envolver umaparticular taxa de emissão alta ou baixa com base na localização, e por conseqüência arespectiva taxa de emissão do combustível é considerada quando se avalia o coeficienteponderado. A disponibilidade da localização e o período do ano são considerados umavez que um combustível em particular pode ser fartamente disponível durante umaestação em particular ou dentro de uma região em particular, mas pode ser escasso emuma outra região ou estação. Tal como ilustrado na figura 3, o respectivo volume dotanque de combustível é levado em consideração uma vez que cada respectivocombustível é mantido em respectivos tanques 27, 37 e os seus respectivos níveis devolume 29, 39 nestes tanques, ligados às taxas de milhagem, indicam a faixa decombustível restante para o respectivo combustível. O algoritmo 46' compara a faixarestante para um combustível em particular com a distancia até a parada futura daconsistência de locomotivas quando calcula cada coeficiente ponderado, e se estecombustível está disponível para ser reabastecido em cada parada em particular.

Em uma forma de realização de exemplo, o algoritmo 46'cria um plano de viagem que minimiza o total das emissões por cada tipo de combustíveldentre a pluralidade de tipos de combustíveis da consistência de locomotivas 42', sujeitoao critério operacional para a consistência de locomotivas, incluindo os limites para ataxa de milhagem na viagem, por exemplo. Por exemplo, o algoritmo 46' pode criar umplano de viagem para minimizar as emissões para cada tipo de combustível dentre apluralidade de tipos de combustíveis da consistência de locomotivas 42', sujeito a umataxa de milhagem máxima de 10 mpg, em adição aos outros critérios operacionais supradescritos. Mais em particular, o algoritmo 46' cria um plano de viagem que minimiza ototal das emissões de cada um dos tipos dentre a pluralidade de tipos de combustível,senso que as emissões incluem a soma ponderada com coeficientes ponderados paracada respectiva emissão dentre cada respectivo tipo de combustível. De acordo com asequações descritas nas formas prévias de realização, o total das emissões emanadaspode ser calculado utilizando uma equação pela taxa de emissão, expressa como:

E = i-i*Ei + i2*E2 + ...

na qual E é a taxa total de emissão (taxa no tempo ou taxa na distância) para toda apluralidade de tipos de combustíveis, Ei e E2 são as respectivas taxas de emissão paraos combustíveis No 1 e No 2, e h e i2 são os respectivos coeficientes ponderados para oscombustíveis No 1 e No 2.

Minimizando o total da emissão emanada para cada tipo decombustível, o algoritmo 46' determina cada respectivo coeficiente ponderado para cadarespectivo tipo de combustível para o plano de viagem que minimiza o total da emissãopara a pluralidade de tipos de combustíveis da consistência de locomotivas 42'. Porexemplo, quando a consistência de locomotivas 42' opera com os combustíveis No 1 eNo 2, o algoritmo 46' pode criar um plano de viagem que minimiza o total de emissãopara a consistência de locomotivas 42' através da determinação de um coeficienteponderado para o combustível No 1 como sendo de 0,8 e um coeficiente ponderado parao combustível No 2 como sendo de 0,2. Cada coeficiente ponderado para cada tipo decombustível depende de diversos fatores, incluindo as respectivas taxas de milhagem, operíodo do ano, a viabilidade do custo, a confiabilidade do combustível, os respectivosvolumes dos tanques de combustível, e da viabilidade da localização, em termos da suadisponibilidade bruta em função de cada restrição local ou regional, incluindo asrestrições ás emissões em cada local. Os coeficientes ponderados variam com a taxa demilhagem uma vez que a viagem em particular e o critério operacional podem envolveruma particular limite para a taxa de milhagem alta ou baixa, e por conseqüência arespectiva taxa de milhagem do combustível é considerada quando se avalia ocoeficiente ponderado.

A disponibilidade da localização e o período do ano sãoconsiderados uma vez que um combustível em particular pode ser fartamente disponíveldurante uma estação em particular ou dentro de uma região em particular, mas pode serescasso em uma outra região ou estação. Tal como ilustrado na figura 11, o respectivovolume do tanque de combustível é levado em consideração uma vez que cadarespectivo combustível é mantido em respectivos tanques 27', 37' e os seus respectivosníveis de volume 29', 39' nestes tanques, ligados às taxas de milhagem, indicam a faixade combustível restante para o respectivo combustível. O algoritmo 46' compara a faixarestante para um combustível em particular com a distancia até a parada futura daconsistência de locomotivas quando calcula cada coeficiente ponderado, e se estecombustível está disponível para ser reabastecido em cada parada em particular.

Apesar da figura 11 ilustrar os respectivos tanques 27', 37'para os respectivos tipos de combustível, cada tanque 27', 37' pode ser usado paraguardar tipos de combustíveis diferentes em momentos diferentes durante a viagem dalocomotiva. Cada tanque de combustível 27', 37' pode incluir sensores para cada tipo decombustível. Em uma forma de realização de exemplo, cada sensor pode ser usado paraidentificar qual o tipo de combustível dentro de cada tanque 27', 37' em ocasiõesdiferentes. Os sensores podem incluir sensores que identificam um tipo de combustíveldentro de cada tanque 27', 37' de combustível com base nas informações fornecidaspara a locomotiva 10', incluindo sensores manuais, informações sobre o tipo decombustível transmitidas eletronicamente da fonte de combustível, tal como umaferroviária ou de uma locomotiva adjacente, e as informações sobre a localização quandoo tanque 27', 37' de combustível está senso enchido. O processador 44' pode incluir asinformações sobre o tipo de combustível para cada local no qual ocorre oreabastecimento. Os sensores Aida podem identificar o tipo de combustível dentro decada tanque 27', 37' de combustível com base nas propriedades do tipo de combustívelque está dentro de cada tanque 27', 37' de detectado pela locomotiva. Tais propriedadespodem incluir as propriedades físicas de cada tipo de combustível, incluindo aviscosidade e a densidade, por exemplo, ou as propriedades químicas de cada tipo decombustível, incluindo o valor do combustível, por exemplo. Estas propriedades paracada tipo de combustível podem ser detectadas por sensores ou dispositivos dentro dalocomotiva. Os sensores ainda podem identificar o tipo de combustível dentro de cadatanque 27', 37' de combustível com base nas características da performance dalocomotiva, tais como a performance do motor da locomotiva por exemplo, ao mesmotempo em que avaliam as propriedades de alimentação e de saída para cada tipo decombustível para o motor. Por exemplo, para que o motor da locomotiva produza 1000HP, o regulador de combustível deve incluir uma necessidade de alimentação docombustível

A armazenado de 200 galões, mas uma necessidade do combustível B de250 galões. Desta forma, o tipo de combustível dentro de cada tanque 27', 37' de podeser identificado através da avaliação da alimentação de combustível armazenado e dascaracterísticas de saída com as características do motor da locomotiva, por exemplo.

Através do algoritmo 46' que cria um plano de viagem edetermina cada coeficiente ponderado para cada combustível em particular, para apluralidade de tipos de combustíveis, cada coeficiente ponderado pode ser armazenadono banco de dados 36' para uma recuperação futura quando a consistência delocomotivas 42' reinicia a viagem. Em adição, os coeficientes ponderados podem sercompartilhados com outras consistência de locomotivas similares com a mesmapluralidade de combustíveis e realizando viagens similares de modo a minimizar oconsumo total de combustível.

Em adição, o algoritmo 46' pode criar um plano de viagemestabelecendo um tempo desejado de viagem, e/ou assegurando um tempo de operaçãoapropriado pra a tripulação a bordo da consistência de locomotivas 42'. Em uma formade realização de exemplo, também é previsto um condutor, ou elemento controlador 51'.Como aqui descrito, o elemento de controle 51' é usado para controlar o trem conformeeste segue o plano de viagem. Em uma forma de realização de exemplo também aquidescrita, o elemento de controle 51' faz com que o trem opere a partir de decisõesautônomas. Em uma outra forma de realização de exemplo, o operador pode serenvolvido na condução do trem para que este siga o plano de viagem.

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

Em uma forma de realização de exemplo, a presenteinvenção está apta a quebrar uma viagem longa em pequenos segmentos ou trechos deuma forma esquemática especial. 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. Pelo fato de que o algoritmo 46' cria um perfil deviagem dentro de cada seguimento, os coeficientes ponderados para o total docombustível consumido ou para o total de emissões emanadas para cada tipo decombustível, dentre a pluralidade de combustíveis em cada respectivo seguimento,variam dentro do comprimento do seguimento.

Em adição, e tal como ilustrado nas figuras 12-14, umelemento de interface do usuário 68' é ligado ao processador e mostra, de forma seletiva,o cvolume de cada respectivo tipo de combustível dentre a pluralidade de tipos decombustíveis. Na figura 12, o elemento de interface do usuário 68' pode fazer a seleçãoentre diversos tipos de combustíveis utilizando um botão de seleção 123', e ver aeconomia para cada combustível em particular em uma dada porção de gerenciamentodo tempo de chagada 125' do mostrador 68'. Na figura 13, o usuário pode fazer aseleção entre os diversos tipos de combustíveis utilizando o botão de seleção 139' e vera economia projetada para cada combustível em particular na porção de gerenciamentodo tempo de chagada 134' do mostrador 68'. Em adição, o usuário pode selecionar qualentre os tipos de combustíveis é o primário e qual o secundário. Após designar oscombustíveis primário e secundário, o usuário pode apertar o botão de seleção primáriado combustível 79' para ver a projeção da milhagem restante 81' do combustível primárioem seu respectivo tanque, e a quantidade de combustível primário atrás/adiante do planode viagem, na porção delta do combustível 82'. Ainda mais, o usuário pode apertar obotão de seleção do combustível secundário 80' de modo a ver a projeção da milhagemrestante 81' do combustível secundário em seu respectivo tanque, e a quantidade decombustível secundário atrás/adiante do plano de viagem, na porção delta docombustível 82'. Para verificar as projeções pás as misturas entre os combustíveisprimário e secundário, o usuário pode apertar o botão de seleção da mistura decombustível 78'. Os outros elementos do sistema 10', aqui não descritos, e indicadoscom a sua notação primária, são similares aos elementos pertencentes as formas préviasde realização supra, e não necessitam de maiores descrições.

Os outros elementos do sistema 10', aqui não descritos, eindicados com a sua notação primária, são similares aos elementos pertencentes asformas prévias de realização supra, e não necessitam de maiores descrições.

Uma outra forma de realização da presente invençãodescreve um método para operar um veículo. O veículo pode incluir um trem 31' comuma ou mais consistências de locomotivas 42', tal como o quanto ilustrado na figura 11,um veículo fora de estrada (OHV), uma embarcação marítima, ou qualquer outro veículosimilar, incluindo os acionados por motores com uma diversidade de combustíveis. Apluralidade de tipos de combustíveis inclui um ou mais entre os combustíveis baseadosno diesel, e um ou mais entre os combustíveis alternativos. Mais em particular, cadacombustível alternativo pode incluir um entre biodiesel, óleo de palmeira, e óleo desemente de nabo silvestre. Desta forma, um método para operar um trem 31' com umaou mais consistências de locomotivas 42' pode ser aplicado, de forma similar, nos OHVse nas embarcações marítimas.

Cada consistência de locomotivas 42' inclui um motor queopera com uma pluralidade de tipos de combustíveis. O método inclui determinar alocalização da consistência de locomotivas 42', fornecer as informações acerca doterreno (isto é, da linha) 34' da consistência de locomotivas 42', e armazenar asinformações características para cada tipo de combustível. Mais em particular, o métodoinclui criar um plano de viagem o qual otimiza a performance da consistência delocomotivas de acordo com um ou mais critérios operacionais para a consistência delocomotivas. As informações características para cada tipo de combustível para cadaconsistência de locomotivas incluem ao menos uma entre a eficiência do combustível, aeficiência das emissões, o volume dos respectivos tanques de combustível, a viabilidadedo custo, e a viabilidade da localização.

A criação de um plano de viagem inclui minimizar o total decombustível consumido de cada tipo de combustível pela consistência de locomotivas.Mais em particular, minimizar o total de combustível consumido de cada tipo decombustível inclui minimizar uma soma ponderada, apresentando coeficientesponderados, de cada respectivo tipo de combustível consumido dentre a pluralidade detipos de combustíveis. Em adição, o método inclui determinar os respectivos coeficientesponderados para o plano de viagem os quais minimizam o total do combustívelconsumido para cada tipo de combustível pela consistência de locomotivas.

A figura 15 ilustra uma forma de realização do método 200para operar ao menos um veículo 31', no qual cada veículo 31' inclui um motor operandocom pelo menos um tipo de combustível. O método começa (bloco 201) com adeterminação (bloco 202) da localização do veículo, seguido do fornecimento (bloco 204)das informações acerca do terreno de cada veículo. Em adição, o método 200 incluiarmazenar (bloco 206) as informações características para cada tipo de combustível, ecriar (bloco 208) um plano de viagem o qual otimiza a performance de cada veículo deacordo com um ou mais critérios operacionais para o veículo, antes do final (bloco 210).

Com base nas especificações supra, uma forma derealização de exemplo da presente invenção pode ser implementada utilizando umaprogramação de computador ou técnicas de engenharia incluindo softwares decomputador, firmware, hardware ou qualquer combinação ou sub conjunto destes, sendoque o efeito técnico é o de se otimizar a performance de um veículo de acordo com umou mais critérios operacionais. Um tal programa resultante, apresentando meios emcódigo passíveis de serem lidos por um computador, pode ser incorporado ou fornecidodentro de uma ou mais mídias passíveis de serem lidas por um computador, assimproduzindo um produto programa de computador, isto é, um artigo de manufatura, deacordo com a invenção. Por exemplo, a mídia passível de ser lida por um computadorpode ser, por exemplo, um drive rígido (disco rígido), um disquete, um disco óptico, umafita magnética, uma memória em semicondutor tal como uma memória de somenteleitura (ROM), etc., ou pode ser qualquer meio que transmita/receba tal como a Internetou outra rede ou canal de comunicação. O artigo de manufatura contendo o código decomputador pode ser feito e/ou usado através da execução do código diretamente de ummeio, através da copia do código de um meio para outro, ou através da transmissão docódigo dentro de uma rede.

Um perito na arte da ciência da computação estará apto acombinar o software criado tal como descrito com um hardware de computadorapropriado de propósito geral ou de propósito especial, tal como um microprocessador,de modo a criar um sistema de computador ou um sub sistema de computador queincorpore o método da invenção. Um dispositivo para a fabricação, uso ou venda dainvenção pode ser um ou mais sistemas de processamento incluindo, mas não limitadosa, uma unidade central de processamento (CPU), uma memória, dispositivos dearmazenamento, canais e dispositivos de comunicação, servidores, dispositivos de l/O,ou quaisquer sub componentes de um ou mais dos sistemas de processamento,incluindo software, firmware, hardware ou qualquer outra combinação ou sub conjuntodeste, o qual incorpore a invenção.

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

Claims

1. Sistema para operar ao menos um veículo, cada veículoincluindo um motor operando com ao menos um tipo de combustível, o sistemacaracterizado pelo fato de compreender:um banco de dados para armazenar informações das características de cada um deditos ao menos um tipo de combustível;um processador que opera de modo a receber as informações de dito banco dedados; e- um algoritmo incorporado dentro do processador, com acesso às informações de ditobanco de dados de cada ao menos um tipo de combustível para criar um plano deviagem o qual otimiza a performance do ao menos um veículo de acordo com um oumais critérios operacionais para o dito ao menos um veículo.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, aindacaracterizado pelo fato de compreender:um elemento Iocalizador para determinar a localização do veículo;um elemento de caracterização para fornecer informações acerca do terreno de ditoao menos um veículo;sendo que dito o dito processador opera de modo a receber as informações de ditobanco de dados, de dito elemento Iocalizador e de dito elemento de caracterização;e sendo que o dito algoritmo incorporado dentro do dito processador tem acesso adita informações de dito banco de dados, de dito elemento Iocalizador e de ditoelemento de caracterização de modo a gerar um plano de viagem o qual otimiza aperformance do ao menos um veículo de acordo com um ou mais critériosoperacionais para o dito ao menos um veículo.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato no qual o dito veículo compreende um entre um trem apresentando uma oumais consistências de locomotivas, um veículo fora de estrada (OHV) ou um veículonaval.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato no qual as ditas informações características para cada um de dito ao menos umtipo de combustível para cada veículo compreende ao menos a eficiência do combustível,a eficiência das emissões, os respectivos volumes nos tanques, a disponibilidade docusto e a disponibilidade da localização.

5. Sistema, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato no qual o dito algoritmo gera um plano de viagem de modo a minimizar o totalde combustível consumido de dito ao menos um tipo de combustível de dito ao menosum veículo.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato no qual o dito plano de viagem minimiza o total de combustível consumido dedito ao menos um tipo de combustível de acordo com um critério operacional de dito aomenos um veículo compreendendo ao menos limite para a taxa de emissão.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato no qual a dita minimízação do total de combustível consumido de dito ao menosum tipo de combustível compreende minimizar a soma ponderada, apresentandocoeficientes ponderados, de cada respectivo combustível consumido de dito ao menosum tipo de combustível; e sendo que o dito algoritmo determina cada respectivocoeficiente ponderado para o dito plano de viagem o qual minimiza o total de combustívelconsumido de cada ao menos um tipo de combustível para cada ao menos um veículo.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizadopelo fato no qual cada um de dito ao menos um coeficiente ponderado para cada um dedito respectivo ao menos um tipo de combustível depende de ao menos um entre a taxade emissões, a disponibilidade de custo, a confiabilidade do combustível, os respectivosvolumes do tanque de combustível, e a disponibilidade da localização para cadarespectivo tipo de combustível.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizadopelo fato no qual o dito ao menos um coeficiente ponderado para uma viagem emparticular e o dito ao menos um veículo são armazenados em dito banco de dados paraserem recuperados em seguida quando o dito ao menos um veículo reinicia a ditaviagem.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato no qual a dita Viagem compreende uma pluralidade de trechos, esendo que o dito ao menos um coeficiente ponderado em cada respectivo trecho varia deacordo com o tamanho do trecho.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato no qual o dito algoritmo gera um plano de viagem de modo aminimizar o total das emissões de dito ao menos um tipo de combustível de dito aomenos um veículo.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato no qual o dito plano de viagem minimiza o total das emissõespara cada um de dito ao menos um tipo de combustível, de conformidade com um critériooperacional de dito ao menos um veículo, o qual compreende ao menos um limite para ataxa de milhagem do combustível.

13. Sistema, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato no qual a dita minimização do total das emissões de dito aomenos um tipo de combustível compreende minimizar a soma ponderada, apresentandocomponentes ponderados, de cada uma das respectivas emissões para cadaponderado para o dito plano de viagem, o qual minimiza o total de combustívelconsumido de cada ao menos um tipo de combustível para cada ao menos um veículo.30. Meio passível de ser lido por computador, contendoinstruções para um método de operação de ao menos um veículo, cada veículo incluindoum motor operando com ao menos um tipo de combustível, o método caracterizado pelofato de compreender determinar a localização do veículo, fornecer informações acercado terreno do dito ao menos um veículo, armazenar as informações das característicaspara cada um de dito ao menos um tipo de combustível, o meio passível de ser lido porcomputador compreendendo: um código de programa de computador para gerar umplano de viagem o qual otimiza a performance do ao menos um veículo de acordo comuma ou mais critérios operacionais de dito ao menos um tipo de combustível para o ditoao menos um veículo.combustível entre o dito ao menos um tipo de combustível; e sendo que o dito algoritmodetermina cada respectivo coeficiente ponderado para o dito plano de viagem o qualminimiza o total das emissões para cada um de dito ao menos um tipo de combustível dedito ao menos um veículo.

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato no qual cada um de dito ao menos um coeficiente ponderadopara cada um de dito ao menos um respectivo tipo de combustível depende de ao menosum entre a eficiência do combustível, a disponibilidade de custo, a confiabilidade docombustível, o respectivo volume do tanque de combustível e da disponibilidade delocalização para cada respectivo tipo de combustível.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato no qual o dito ao menos um tipo de combustível compreende aomenos um combustível baseado em diesel e ao menos um combustível alternativo.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 15,caracterizado pelo fato no qual o dito ao menos um combustível alternativo compreendeum entre biodiesel, óleo de palmeira, óleo de semente de nabo silvestre.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, aindacaracterizado pelo fato de compreender um dispositivo de entrada em comunicaçãocom o processador para transferir as ditas informações das características de dito aomenos um tipo de combustível para o processador, as ditas informações dascaracterísticas compreendendo aó menos um entre a eficiência do combustível, aeficiência das emissões, o volume do respectivo tanque, a disponibilidade de custo e adisponibilidade de localização.

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 17,caracterizado pelo fato no qual o dispositivo de entrada compreende as ditasinformações das características de dito ao menos um tipo de combustível fornecido emao menos um entre uma localidade remota, um dispositivo à beira da estrada e umusuário.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, aindacaracterizado pelo fato de compreender um elemento de interface com o usuário ligadoao processador.

20. Sistema, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato no qual o elemento de interface com o usuário mostra, de formaseletiva, o volume de cada respectivo ao menos um tipo de combustível já empregadodurante a viagem e a previsão da milhagem futura restante para cada respectivo aomenos um tipo de combustível.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, aindacaracterizado pelo fato de compreender um elemento controlador para direcionar, deforma autônoma, o trem para seguir o plano de viagem.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato no qual um operador direciona o trem para seguir o plano deviagem.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato no qual o algoritmo atualiza, de forma autônoma, o plano deviagem conforme o trem avança na viagem.

24. Método para operar ao menos um veículo, cada veículoincluindo um motor operando com ao menos um tipo de combustível, o métodocaracterizado pelo fato de compreender:a) determinar a localização do veículo;b) fornecer informações acerca do terreno do dito ao menos um veículo;c) armazenar as informações das características para cada um de dito ao menos umtipo de combustível;d) gerar um plano de viagem baseado em ditas informações acerca do terreno e dasinformações das características para cada tipo de combustível que otimiza aperformance do ao menos um veículo de acordo com uma ou mais critériosoperacionais para o dito ao menos um veículo.

25. Método, de acordo com a reivindicação 24,caracterizado pelo fato no qual o dito veículo compreende um entre um tremapresentando uma ou mais consistências de locomotivas, um veículo fora de estrada(OHV) ou um veículo naval.

26. Método, de acordo com a reivindicação 25,caracterizado pelo fato no qual as ditas informações características para cada um dedito ao menos um tipo de combustível para cada veículo compreende ao menos aeficiência do combustível, a eficiência das emissões, os respectivos volumes nostanques, a disponibilidade do custo e a disponibilidade da localização.

27. Método, de acordo com a reivindicação 26,caracterizado pelo fato no qual gerar um plano de viagem compreende minimizar o totalde combustível consumido de dito ao menos um tipo de combustível de dito ao menosum veículo.

28. Método, de acordo com a reivindicação 27,caracterizado pelo fato no qual a dita minimização do total de combustível consumido dedito ao menos um tipo de combustível compreende minimizar a soma ponderada,apresentando coeficientes ponderados, de cada respectivo combustível consumido dedito ao menos um tipo de combustível.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, aindacaracterizado pelo fato de compreender determinar o dito respectivo coeficiente