BRPI0706036A2

BRPI0706036A2 - sistema, método e código de programa de computador para otimizar as operações ferroviárias levando-se em consideração os parámetros dos vagões ferroviários

Info

Publication number: BRPI0706036A2
Application number: BRPI0706036-0A
Authority: BR
Inventors: Wolfgang Daum; John Erik Hershey; David Michael Peltz; Glenn Robert Shaffer; Joseph Forrest Noffsinger; John Borntraeger; Ajith K Kumar
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2011-03-15
Also published as: RU2470814C2; RU2605648C2; RU2008110502A; JP2009537384A; JP2012136217A; US20100262321A1; RU2012124894A; EP2024217A2; AU2007253963A1; CA2622726A1; WO2007136947A2; US8473127B2; WO2007136947A3

Abstract

Sistema, método e código de programa de computador para otimizar as operações ferroviárias levando-se em consideração os parâmetros dos vagões ferroviários. Um método para melhorar a performance de um trem, o método incluindo determinar um parâmetro de vagão ferroviário para ao menos um vagão a ser inciuldo em um trem e gerar um plano de viagem do trem com base no parâmetro de vagão, de acordo com ao menos um critério operacional do trem.

Description

Sistema, método e código de programa de computador para otimizar as operaçõesferroviárias levando-se em consideração os parâmetros dos vagões ferroviários.

Este pedido de patente está baseado no pedido de patenteprovisório No. 60/802.147, depositado em 19 de Maio de 2006 e é uma "continuação emparte" do pedido de patente norte americano de número 11/385.354, depositado em 20de Março de 2006, o conteúdo do qual é aqui incorporado como referência e suatotalidade.

CAMPO DA INVENÇÃO

O campo da invenção se refere ao transporte ferroviário e,mais em particular, a identificação dos parâmetros dos vagões ou carros ferroviários parauso na melhoria das operações ferroviárias.

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 vagões de carga. 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 respeitem asvelocidades operacionais prescritas, as quais podem variar de acordo com a localizaçãodo trem ao longo da linha. Além disto, o operador também é responsável por assegurarque as forças internas ao trem permaneçam dentro dos limites aceitáveis.

Os pátios ferroviários são o centro nervoso do sistema detransportes ferroviários. Nos pátios ferroviários são realizados diversos serviços, porexemplo, a origem do frete, as trocas e finalizações, o estacionamento e a manutençãodas locomotivas, a montagem e a inspeção dos novos trens, os serviços nos trens queestão se deslocamento através das instalações, a inspeção e a manutenção dos vagões,e a guarda dos vagões. Os diversos serviços realizados em um pátio ferroviáriocompetem por recursos tais como o pessoal, os equipamentos, e espaço nas diversasinstalações, de forma que o gerenciamento eficiente de todo o pátio ferroviário é umaoperação complexa. A composição de novos trens geralmente envolve a montagem combase nas cargas rolantes que devem chegar a um dado destino assim como na potênciamotriz disponível para um dado trem. Tipicamente, quando da montagem de um trem, oposicionamento dos vagões ferroviários pode ser feito de forma aleatória. Maisespecificamente, a disposição dos vagões não é realizada com base em uma ordem aqual pode melhor otimizar as operações do trem. A otimização da viagem do trem podeser melhorada conhecendo-se informações tais como o peso dos vagões, a carga, o eixode rodas, as forças laterais e/ou verticais. Este tipo de informação auxiliar na otimizaçãode certos aspectos das operações do trem, tais como, mas não limitadas a, a otimizaçãodo consumo de combustível/velocidade para a aceleração, desaceleração, operaçãomelhorada do trem para os trens com tração distribuída e não distribuída, e/ou melhoriadas emissões.

Existe uma necessidade contínua em relação a melhoria doprocesso de montagem do trem e para melhorar os parâmetros operacionais dalocomotiva de um trem, de modo a reduzir os custos com o combustível e os tempos desobre transito. Uma solução, tal como aqui descrita, está no uso dos parâmetros dosvagões quando da composição do trem.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

As formas de realização de exemplo da invençãodescrevem um sistema, um método e um código de programa de computador paraidentificar os parâmetros dos vagões ferroviários para uso na melhoria das operações dotrem. Neste sentido, um método para melhorar a performance de um trem inclui umaetapa para determinar um parâmetro de um vagão ferroviário para ao menos um vagãoferroviário a ser incluído em um trem. Outra etapa compreende criar um plano de viagempara um trem, com base no parâmetro do vagão ferroviário, de acordo com ao menos umcritério operacional para o trem.

Em uma outra forma de realização de exemplo, é descritoum código de programa de computador para uso em um processador de modo amelhorar a performance do trem. O código de programa de computador inclui um módulode programa de computador para determinar um parâmetro de um vagão ferroviário deao menos um vagão do trem. Um outro módulo de programa de computador é destinadoa criar um plano de viagem otimizado com base no parâmetro do vagão de acordo comao menos um critério operacional para o trem.

Também é descrito um sistema para melhorar aperformance de um trem, através da determinação dos parâmetros do vagão. O sistemainclui um sistema de medição de um parâmetro do vagão ferroviário. Também é descritoum controlador central. Também é prevista uma rede de comunicação para permitir ascomunicações entre o sistema de medição e o controlador central. Os parâmetros dovagão são medidos e fornecidos para o controlador central, o qual então determina umperfil de montagem do trem para todos os vagões do trem e/ou um plano de viagem paraa missão do trem com base nos parâmetros do vagão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

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

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

- A figura 2 mostra um modelo simplificado do trem, o qual pode ser empregado;

- A figura 3 mostra uma forma de realização de exemplo dos elementos da presenteinvenção;

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

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

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

A figura 7 mostra um exemplo de um diagrama de fluxo da presente invenção;

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

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

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

A figura 11 mostra uma representação esquemática de um sistema par a identificarautomaticamente os parâmetros do carro ferroviário usados para melhorar asoperações do trem; e

A figura 12 mostra um diagrama de fluxo ilustrando as etapas para a identificaçãoautomática dos parâmetros do vagão ferroviário usados para melhorar as operaçõesdo trem.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

As formas de realização de exemplo da invençãosolucionam os problemas da arte através do fornecimento de um sistema, de um métodoe de um código de programa de computador para identificar os parâmetros de um vagãoferroviário para uso na melhoria das operações do trem. As pessoas com proficiência naarte irão perceber que um dispositivo, tal como um sistema de processamento de dados,incluindo uma CPU, uma memória, um dispositivo de entrada e saída l/O, umarmazenador de programa, um barramento de conexão e outros componentesapropriados, poderia ser programado, ou de qualquer forma projetado, para facilitar arealização, na prática, do método da invenção. Um tal sistema poderia incluir meiosapropriados de programa para executar o método da invenção.

Falando de forma geral, o efeito técnico é identificar osparâmetros de um vagão e utilizar estes parâmetros para melhorar as operações dotrem. A invenção pode ser descrita dentro do contexto geral das instruções executáveispor um computador, tais como os módulos de programa de computador, que sãoexecutados por um computador. De forma geral, os módulos de programa decomputador podem incluir rotinas, programas, objetos, componentes, estruturas dedados, etc., os quais realizam tarefas em particular ou que implementam tiposparticulares 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.Contudo, poderá ser percebido que os princípios da invenção que formam a base dasformas de realização de exemplo da invenção podem ser igualmente implementadosatravés de outros tipos de tecnologias de programação de computador.

Ainda mais, os peritos na arte irão perceber que a invençãopode ser realizada, na prática, através de outras configurações de sistemas decomputador, incluindo os dispositivos portáteis ou hand-held, os sistemas demicroprocessadores, os dispositivos eletrônicos baseados em microprocessadores ouprogramáveis pelo usuário, minicomputadores, computadores de tipo mainframe, esimilares. A invenção também pode ser realizada na prática em ambientes decomputação descentralizados, nos quais as tarefas são realizadas por dispositivosremotos de processamento e os quais estão ligados através de uma rede decomunicação. Em um ambiente de computação descentralizado, os módulos doprograma podem estar localizados em meios de armazenamento de instruções decomputador, tanto locais quanto remotos, incluindo as memórias de armazenamento.

Além disto, um artigo manufaturado, tal como um disco prégravado ou outro produto de programa de computador similar, para uso em um sistemade processamento de dados, poderia incluir um meio de armazenagem e meios deprograma armazenados neste, de modo a direcionar o sistema de processamento dedados para permitir a realização, na prática, do método da invenção. Tais dispositivos eartigos manufaturados também recaem dentro do espírito e do escopo da invenção.

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. Apesar da primeira locomotiva ser normalmentevista como a locomotiva líder, os peritos na arte irão prontamente perceber que aprimeira locomotiva em uma consistência de diversas locomotivas pode estar fisicamentedisposta em uma posição posterior. Apesar de que uma consistência de locomotivas énormalmente 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 a, a posiçãodo trem, a descrição da consistência (tal como os modelos das locomotivas), a descriçãoda potência da locomotiva, a performance da transmissão de tração da locomotiva, oconsumo de combustível pelo motor como uma função da potência útil transferida, asemissões do trem ou da locomotiva como uma função da velocidade pelo ajuste dapotência e das cargas dinâmicas, as características de refrigeração, a rota pretendidapara a viagem (grau de inclinação efetivo e curvatura como uma função dos marcosferroviários ou um componente de "grau de inclinação efetivo" para refletir a curvatura deacordo com o padrão para as práticas ferroviárias), o trem representado pela composiçãoe pela carga junto com os coeficientes de arrasto efetivo, os parâmetros desejados paraa viagem incluindo, mas não limitados a, o momento de início e a localização, o local dechegada, o tempo desejado de viagem, a identificação da tripulação (usuário e/ouoperador), o final do turno da tripulação e a rota.

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

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

O sistema de sinalização pode fazer uma interface com osistema 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 asimilaridade 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 relativasa 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 9</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 10</formula>

A substituição do termo do combustível F em (1) pelo termo correspondente à produçãodas emissões. Por exemplo, para as emissões

<formula>formula see original document page 10</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 10</formula>

Os coeficientes da combinação linear dependem daimportância (peso) dado a cada um dos termos. Note-se que na equação (OP), u(t) é avariável de otimização que é a posição da marcha de trabalho contínua. Caso sejanecessária uma marcha de trabalho discreta, p. ex., para locomotivas antigas, a soluçãoda equação (OP) é tornada discreta, o que pode resultar em uma menor economia decombustível. Encontrar a solução de menor tempo (Ot1 é fixado em zero e <x2 é fixado emzero ou em um valor relativamente pequeno) é usado para encontrar a menor ligaçãopara o tempo de possível (Tf = Tmin). Neste caso, tanto u(t) quanto Tf são as variáveis deotimização. A forma preferida de realização soluciona a equação (OP) para diversosvalores de Tf com Tf > Tfmin com a3 fixado em zero. Neste último caso, Tf é tratado comouma restrição.

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

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

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

<formula>formula see original document page 11</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 oxido de nitrogênio (NOx)1 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 à 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 uma certa área geográficapode ser dimensionado de forma a incluir um valor máximo de emissão para cadaemissão regulamentada, incluindo no perfil o cumprimento de um padrão predeterminadode emissão necessário para aquela área. Tipicamente, e para uma locomotiva, estesparâmetros de emissão são determinados por, mas de forma não limitada a, a potência(marcha de trabalho), as condições ambientes, os método de controle do motor, etc.

Por projeto, cada locomotiva deve obedecer a uma agência(tais como, mas não limitadas a Agência de Proteção Ambiental (EPA), SindicatoInternacional dos Ferroviários (UIC), etc.) e/ou aos padrões de regulamentação paraemissões específicas dos freios, e assim, quando as emissões são otimizadas na formade realização de exemplo da presente invenção, esta será a quantidade de emissõestotais da missão para a qual não existe especificação hoje. Em qualquer momento, asoperações devem obedecer aos regulamentos federais da EPA, UIC, etc. Caso umobjetivo chave, durante uma missão, seja o de reduzir as emissões, a fórmula de controleotimizada, equação (OP), deve ser aditada de modo a levar em consideração esteobjetivo da viagem. Uma flexibilização chave no ajuste da otimização é o de que todos equaisquer objetivos da viagem possam variar de acordo com a região ou com a missão.Por exemplo, para um trem de alta prioridade, um tempo mínimo pode ser o únicoobjetivo em uma rota, devido a sua alta prioridade de trânsito. Como um outro exemplo, ageração das emissões pode variar de estado para estado, ao longo da rota planejadapara o trem.

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

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

Fazendo novamente referência a figura 1, uma vez que éiniciada 12 a viagem, são gerados os comandos de tração 14 de modo a colocar o tremem movimento. Dependendo do ajuste operacional para a forma de realização deexemplo da presente invenção, um comando é destinado a que a locomotiva siga ocomando otimizado de tração 16 de modo a atingir a velocidade otimizada. A forma derealização de exemplo da presente invenção obtém a velocidade real e as informaçõesde tração a partir da consistência 18 de locomotivas do trem. Devido as inevitáveisaproximações pelos modelos usados para a otimização, um cálculo em Ioop fechado dascorreções para a tração otimizada é obtido através do rastreamento da velocidadeotimizada desejada. Tais correções dos limites operacionais do trem podem ser feitas deforma automática ou através do operador, o qual sempre tem o comando final 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 as quais podem ser usadas para desenvolver os dados dafrota de locomotivas com relação às funções de transferência da eficiência. Os dados detoda a frota podem ser usados por ocasião da determinação do plano de viagem inicial, epodem ser usados na otimização da movimentação de toda a malha quando seconsidera a localização de diversos trens. Por exemplo, a curva relativa ao tempo dedeslocamento em relação ao uso de combustível, tal como ilustrada na figura 4, reflete acapacidade de um trem, em uma rota em particular e em um dado momento, atualizadapelo conjunto de médias capturadas para diversos trens similares na mesma rota.Destarte, uma instalação central de expedição que coleta as curvas como as da figura 4,a partir de diversas locomotivas, poderia utilizar estas informações para coordenar, deuma forma melhor, a movimentação geral dos trens a fim de que se consiga umavantagem ao nível de todo o sistema, em relação à economia de combustível oudeslocamento.

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

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

Para os re-planejamentos iniciados de forma automática oumanual, as formas de realização de exemplo da presente invenção podem apresentarmais de um plano de viagem para o operador. Em uma forma de realização de exemplo,a presente invenção irá apresentar perfis diferentes para o operador, permitindo que ooperador selecione o horário de chegada e compreenda o impacto em relação asemissões e a economia de combustível. Tais informações também podem ser fornecidaspara a expedição para considerações similares, tanto 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. 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, mas são inseridas através de outros meios, tal como supra descrito. Alémdo mais, também pode ser levada em consideração a saúde das locomotivas. Porexemplo, se uma locomotiva da consistência não está apta a operar acima da marcha detrabalho 5, 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 de exemplo da presenteinvenção pode ajustar a interface do operador de modo a refletir o estado do sistema desinalização quando o estado do sinalizador indicar velocidades restritas à frente, oplanejador pode decidir reduzir a velocidade do trem para reduzir o consumo decombustível.

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 inda 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. 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 tre 31 se move ao longo da linha 34 na forma de uma solução deequações diferenciais não lineares derivadas da física com pressupostos de simplificaçãoque são fornecidos no algoritmo. O algoritmo 46 tem acesso ás informações do elementolocalizador 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 incluir gerar o plano inicialquando está envolvida uma longa distância, devido à complexidade do algoritmo deotimização do plano. Quando a distância total de um perfil de viagem excede um dadovalor, pode ser usado um algoritmo 46 para segmentar a missão, sendo que a missãopode ser dividida por marcos do caminho. Apesar de ser descrito apenas um algoritmo46, os peritos na arte irão prontamente perceber que pode ser usado mais de umalgoritmo, sendo que os algoritmos podem estar ligados entre eles. Os marcos podemincluir os locais naturais de parada dos trens 31, tais como, mas não limitados a, desvioslaterais nos 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 industrias 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 permanecia.

Em uma forma de realização de exemplo, a presenteinvenção está apta a quebrar uma viagem longa em pequenos segmentos ou trechos deuma forma esquemática especial. Cada trecho pode apresentar um comprimentoarbitrário, mas tipicamente é demarcado por pontos naturais tais como uma parada ouuma restrição significativa de velocidade, ou por marcos ferroviários chave os quaisdefinem as junções com outras rotas. Dada uma partição, ou segmento, selecionadodesta forma, é gerado em perfil de condução para cada trecho, como uma função dotempo de viagem como uma variável independente, tal como o quanto ilustrado na 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, e com relação à curva do consumo de combustível em função dotempo de viagem, uma tal curva 50 é gerada quando do cálculo de um perfil otimizado daviagem para diversos tempos de viagem para cada trecho. Isto é, para um dado tempode viagem 51, o combustível consumido 52 é o resultado de um perfil detalhado decondução, 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, um gráfico para ao menos uma comparação entre velocidade e tração emfunção da distância, velocidade, emissões e tração em função da distância, emissões emfunção da velocidade, emissões em função da tração, etc., é usado para se alcançar odestino com um consumo de combustível e/ou emissões mínimos dentro do temponecessário para a viagem. Existem diversas formas por meio das quais o plano deviagem é executado. Tal como esclarecido abaixo com maiores detalhes, em uma formade realização de exemplo, e quando em um modo de instrução [coaching mode], asinformações são apresentadas para o operador para que este as siga no intuito dealcançar a tração desejada e a velocidade determinada de acordo com o plano deviagem otimizado. Neste modo, as informações operacionais são condições operacionaissugeridas as quais o operador deve utilizar. Em uma outra forma de realização deexemplo, são realizadas a aceleração e a manutenção de uma velocidade constante.

Contudo, quando o trem 31 deve reduzir de velocidade, o operador é responsável pelaaplicação do sistema de freios 52. Em uma outra forma de realização de exemplo dapresente invenção, os comandos de aceleração e de frenagem são fornecidos conformenecessários para se seguir a trajetória desejada velocidade/distância. Apesar de descritoem relação a tração e velocidade, os outros parâmetros descritos acima podem ser osparâmetros utilizados quando no modo de instrução.

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 Τ1, T2 e T3. Tal como aqui descrito, é possível considerar a viagem comoum único trecho. Tal como também aqui descrito, a limitação dos trechos pode resultarem trechos diferentes. Pelo contrário, os segmentos podem estar baseados em limitesespecíficos naturais ou da missão. Os planos de viagem otimizados são pré-computadospara cada trecho. Caso o objetivo da missão a ser cumprido seja o de consumo decombustível em função do tempo, são construídos os gráficos ou curvas do consumo decombustível em função do tempo, para cada trecho. Como aqui descrito, as curvaspodem estar baseadas em outros fatores tal como supra descrito, sendo que estesfatores são objetivos a serem alcançados com o plano de viagem. 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 Di.....DM-i, e com horáriosde chegada e de partida, nestas paradas, limitados por:

<formula>formula see original document page 22</formula>chegada, a partira e o tempo mínimo de parada na ia parada, respectivamente.Assumindo que a otimização do combustível implica na minimização do tempo deparada, então tdep(Di) = tarr(Dj) + At, o que elimina a segunda desigualdade acima.

Supondo que para cada i = 1.....M é conhecida a viagem com otimização de combustívelde Dm até Dil para um tempo de deslocamento t, Tmin(i) < t s Tmax(i). A função F|(t) é o usode combustível que corresponde a esta viagem. Se o tempo de viagem de Dj.i até Dj éindicado por Tj, então o horário de chegada em Di é dado por:

<formula>formula see original document page 23</formula>

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

<formula>formula see original document page 23</formula>

desde que

<formula>formula see original document page 23</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 Di.! < 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 23</formula>

o qual pode ser reduzido como:

<formula>formula see original document page 23</formula>

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

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

Tal como supra descrito, uma forma exemplificativa depermitir um re-planejamento mais eficiente é o de construir a solução otimizada para umaviagem parada a parada para trechos particionados. Para a viagem de Dm até Dil comum tempo de percurso Til escolhe-se um conjunto de pontos intermediários Dijl j=1.....Nm.

Façamos Dio = Dm e DiNi = Di. Então, expressa-se o uso de combustível para a viagemotimizada de Dm até Di como

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

na qual Fij(t, V1^1, Vij) é o combustível empregado na viagem otimizada de Dy^ até Dijlpercorrida em um tempo t, com velocidades inicial e final de Vi j.! e Vij. Além do mais, ty é otempo durante a viagem otimizada o qual corresponde à posição ou distância Dij. Pordefinição, tiNi - tj0 = Ti. Uma vez que o trem está parado em Di0 e DiNi, vi0 = vjNi = 0.

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

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

desde que

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

Através da escolha de Dij (p. ex., nas restrições develocidade ou nos pontos de encontro), Vmax(Ij) - vmin(i,j) pode ser reduzido, assimreduzindo o domínio em relação ao qual FijQ 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 Dijl a nova viagem otimizada de Dij até Dm pode ser determinadaencontrando-se xik,j < k < Nll vik, j < k < Nil e xmn,i < m < M11 < η < Nm, vmn, i < m < M11 < η< Nm, o qual se reduz a

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

na qual

<formula>formula see original document page 25</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 < Ni, 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 a 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 a fricção e outras perdas de arraste; e da energiadissipada durante a aplicação dos freios. Assumindo que as velocidades inicial e finaldevem ser iguais (ps estacionárias), o primeiro componente é zero. Além do mais, osegundo componente é independente da estratégia de condução. Assim, é suficienteminimizar a soma dos dois componentes restantes.Seguir um perfil de velocidade constante minimiza as perdaspelo arraste. Seguir um perfil de velocidade constante também minimiza a demanda totalde energia posto que os freios não são necessários para se manter uma velocidadeconstante. Porém, se os freios são necessários para se manter uma velocidadeconstante, a aplicação dos freios exatamente para se manter uma velocidade constanteirá provavelmente aumentar a energia total requerida devido à necessidade de recompora energia dissipada pelos freios. Existe a possibilidade de que uma pouco de frenagemreduza o total de energia utilizada caso a perda pela frenagem adicional seja maior que acontrapartida obtida com a redução resultante pelas perdas de arrasto causadas pelafrenagem, através da redução da variação de velocidade.

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

Na forma de realização de exemplo da presente invençãotambém está incluída uma solução para identificar valores do parâmetro chave do trem 31.

Por exemplo, com relação a estimativa da massa do trem podem ser utilizados umfiltro Kalman, uma expansão das séries de Taylor com variação e dependência do tempo,e uma 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. Isto inclui decidir quando aplicar os freioscaso o plano de viagem recomende reduzir a velocidade do trem 31. Por exemplo,quando se opera em um território negro, ou quando um equipamento marginal nãoconsegue transmitir eletronicamente as informações para o trem e ao invés do operadorter que ver os sinais visuais dos equipamentos marginais, o operador insere oscomandos com base nas informações contidas no banco de dados da linha e nos sinaisvisuais do equipamento marginal. Baseado em como o trem 31 está funcionando, asinformações relativas às medições do combustível são fornecidas para o avaliador ouestimador da taxa de consumo de combustível 64. Uma vez que a medição direta dofluxo de combustível não é tipicamente possível em uma consistência de locomotivas,todas as informações sobre o combustível até então consumido durante a viagem, bemcomo as projeções para o futuro seguindo o plano otimizado, são realizadas utilizando osmodelos físicos calibrados tais como aqueles utilizados 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 as informações relativas aograu de inclinação e as informações sobre os limites de velocidade, as informaçõesrelativas ao peso do trem e aos coeficientes de arrasto são fornecidas para o elementode controle executivo 62.

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

As 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 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 a 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 a aplicação dos freios. Quando em operação comopotência distribuída, o problema de otimização previamente descrito pode ser aumentadopara permitir graus adicionais de liberdade, sendo que cada unidade remota pode sercontrolada, de forma independente, a partir da unidade líder. O valor desta está em quepodem ser incorporados objetivos e restrições adicionais, relativos 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 quedas locomotivas remotas, que ainda não alcançaram o pico da montanha,podem ter que permanecer na condição motriz.

As figuras 8, 9 e 10 mostram exemplos de ilustrações dastelas dinâmicas para uso pelo operador. De acordo com a figura 8, é fornecido 72 umperfil de viagem. Dentro do perfil, é fornecida a localização 73 da locomotiva. Sãotambém fornecidas algumas informações tais como o comprimento do trem 105 e onúmero de carros ferroviários 106 no trem. São também fornecidos elementos relativosao grau de inclinação 107 da linha, a curvatura e os elementos marginais 108, incluindo alocalização de pontes 109, e a velocidade do trem 110. A tela 68 permite que o operadorveja tais conformações e também veja onde o trem se encontra ao longo da rota. Sãofornecidas as informações relativas à distância e/ou ao tempo estimado de chegada paraalguns locais tais como cruzamentos 112, sinais 114, mudanças de velocidade 116,marcos terrestres 118 e destinos 120. É também prevista uma ferramenta degerenciamento do tempo de chegada 125 de modo a permitir ao usuário determinar aeconomia de combustível que está sendo conseguida durante a viagem. O operador tema capacidade de alterar os horários de chegada 127 e presenciar como isto irá afetar aeconomia de combustível. Como aqui descrito, aquelas pessoas com proficiência na arteirão perceber que a economia de combustível é apenas um exemplo de somente umobjetivo que pode ser revisto através da ferramenta de gerenciamento. Neste sentido, edependendo do parâmetro que está sendo visto, os outros parâmetros (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 a 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 as formas de realização deexemplo 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 emampéres de tração para as locomotivas elétricas DC). É fornecido um indicador 74 paramostrar a velocidade ótima atual no plano que está sendo executado, assim como umgráfico de aceleração para suplementar a leitura em mph/minuto. Os novos dadosimportantes para a execução do plano otimizado se encontram no centro da tela,incluindo um tráfico 76, de tipo com curva flutuante, com a velocidade e o ajuste damarcha de trabalho otimizados em função da distância, comparados com o histórico atualdestas variáveis. Na forma de realização de exemplo, a localização do trem é derivadautilizando o elemento localizador. Tal como ilustrado, a localização é fornecida através daidentificação de quão distante o trem se encontra em relação ao seu destino final, deuma posição absoluta, de um destino inicial, de um ponto intermediário e/ou de umaentrada do operador.

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

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

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 medidorna tela) que permite que o operador veja quando o trem irá chegar em 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).

Falando de forma genérica, as operações do trem podemser melhoradas com base no conhecimento dos parâmetros do vagão em relação aosvagões que compõem o trem. Estes parâmetros podem incluir o peso, o número deeixos, o tipo e as características dos acoplamentos, os limites de velocidade, a cargaaxial, a fricção, a resistência ao ar, ar cargas axiais nas rodas, e as cargas laterais notrilho. Por sua vez, os parâmetros individuais dos vagões podem afetar a capacidade decarga do trem. Por exemplo, um conjunto de vagões com pouca carga no centro do trem,com vagões muito carregados através destes, pode levar a um maior potencial dedescarrilamento quando da aceleração ou em uma curva. Ainda mais, o conhecimentosobre a carga total permite a otimização da velocidade em relação ao consumo decombustível do trem e das emissões do trem. Além disto, o conhecimento dosparâmetros dos vagões também pode resultar em uma expedição mais rápida do pátioferroviário.

Em uma outra forma de realização de exemplo, asinformações acerca dos dados da carga também podem ser incluídas nos parâmetrosdos vagões. Estas informações poderiam incluir a quantidade e o tipo de carga. Porexemplo, suponha um vagão transportando um líquido. Se o vagão não estiver cheio,então a movimentação do líquido pode ter um efeito no total das forças que podem seraplicadas sobre as rodas ou nos engates. Esta informação também pode ser usada paraotimizar as operações do trem. Da mesma forma, suponha-se um vagão transportandoum material perigoso. Uma vez que pode ser necessário obedecer a certos limites develocidade, esta informação também pode ser usada para otimizar as operações dotrem. Quando os dados da cara não estão disponíveis, pode ser usado um sensor paradetectar uma variação nas cargas, tais como as mudanças nas cargas percebidas emum vagão parcialmente carregado com um líquido. Em operação, é reduzida avelocidade do trem e é medida a mudança na carga do eixo. Em uma outra forma derealização de exemplo, uma rampa de carga, tal como uma rampa de carga encontradaem um pátio ferroviário, é introduzida no trajeto do vagão no qual é medida a alteraçãoda carga no eixo. Conhecendo-se o deslocamento do líquido e como este afeta a cargano eixo, este pode ser transformado em um fator de modo a garantir que sejamestabelecidos os limites máximos de aceleração e de desaceleração para as rotinas deotimização do trem supra descritas.

Em uma outra forma de realização de exemplo, co umsensor que detecta a carga no eixo, uma mudança inesperada na carga do eixo podeilustrar um deslocamento inesperado da carga. Utilizando um sistema de análise deassinatura, pode-se fazer a distinção entre os deslocamentos de líquido e as quedas decargas presas, tais como, mas não limitadas a, uma caixa solta. O sistema de analise porassinatura poderia detectá-las devido a um espectro de alta freqüência, posto que amovimentação de um líquido deveria apresentar um espectro de freqüências mais largo.

O fornecimento das características do vagão para acomposição e o manifesto de um trem poderia vantajosamente, e de forma automática,reduzir o tempo de composição do pátio ferroviário, bem como permitir uma otimizaçãogeral do pátio ferroviário, sendo que o deslocamento pode ser feito entre o tempo deajuste, no qual os vagões são dispostos de uma forma otimizada e em geral tem de serredistribuídos, assim aumentado o tempo do pátio ferroviário. O tempo total de ajustepode ser deslocado para o tempo de movimentação do trem. O fornecimento dascaracterísticas do vagão permite a geração do manifesto do trem com detalhes dascaracterísticas dos vagões e o envio para a tripulação, a expedição e a descarga. Ofornecimento das características do vagão permite que a caracterização da carga dosvagões do trem seja formulada em relação ao peso, resistência, performance em curvas,permite a otimização da condução do trem com ou sem DP, permite colocar juntos osvagões no trem e não organizar o pátio assim aumentando a capacidade de tráfico damalha, permite que seja reduzida a possibilidade de descarrilamentos devido aoconhecimento da carga e da performance do vagão através do ajuste dos parâmetros decondução do trem tais como a aceleração, a desaceleração e a velocidade, permite quea performance do vagão seja um fator Iimitativo a ser inserido em relação à velocidadedo trem/otimização do consumo de combustível e/ou melhoria das emissões, podepermitir o uso de uma tripulação de um homem, e permite a otimização do controle decruzeiro.

São aqui descritos um sistema e um método decaracterização de um vagão ferroviário, os quais determinam automaticamente osparâmetros do vagão, tais como o peso, a carga, a tensão axial na roda, e as forçaslaterais e verticais. Os parâmetros do vagão podem ser fornecidos durante a composiçãode trem em um pátio ferroviário, tam como na rampa de composição, nos trilhos ou emdesvios. Os parâmetros do vagão podem ser usados para a caracterização do manifestodo trem e podem estar vinculados com ferramentas de eficiência ferroviária, tais como ocontrole de cruzeiro para permitir a otimização de emissões/consumo de combustívelpara a aceleração e/ou melhoria das emissões, desaceleração, condução melhorada dotrem para trens com DP ou sem DP. Os parâmetros do vagão podem permitir que arelação do consumo de combustível em função da velocidade seja otimizada, através daconsideração das restrições de condução do trem as quais podem limitar a velocidade, aaceleração ou a desaceleração, tanto para trens DP [com potência distribuída] quantopara trens sem DP. Os parâmetros do vagão podem permitir que seja determinado umdeslocamento entre o tempo do trem na linha e o tempo de composição do trem no pátio,de modo a melhorar a eficiência geral na entrega das mercadorias. Os parâmetros dovagão podem ser usados para fornecer os dados do manifesto do trem, o qual incorporaas características de performance do vagão, em resposta ao peso e as cargas e forçaslateral, axial e vertical no eixo. Tal como aqui descrito, a determinação dos parâmetros dovagão pode ser realizada de forma automática.

Certos tipos de vagões podem ser susceptíveis ao vento e aresistência do ar. Por exemplo, vagões de transporte de madeira não carregadosapresentam grandes superfícies que podem agir como velas, o que afeta o movimentodo vagão. Em um aspecto, um parâmetro medido do vagão pode incluir determinar ofator de resistência ao vento do vagão. Deste modo, o tipo do vagão e o correspondentefator de resistência do ar e/ou os parâmetros de medição da resistência do ar podem serincluídos nos dados de medição, tal como através de um observador visual do vagãodurante o procedimento de medição.

Na forma de realização ilustrada na figura 11, os parâmetrosde vagão para o vagão 200 podem ser obtidos no pátio ferroviário 205, no qual osparâmetros tais como o peso do vagão e as forças das rodas podem ser medidosquando este atravessa uma determinada porção da linha 216, tal como uma porçãoretilínea ou uma porção curva. É fornecido um sistema de medição 215 dos parâmetrosdo vagão (ou sistema de medição), e este pode incluir um sensor a bordo 220 e/ou umsensor não embarcado 225, tal como sensores de força, para medir as forças aplicadasna linha, nas rodas, na suspensão e/ou em uma combinação entre estes. Podem serincluídos outros sensores como detectores de deflexão, molas, medidores a laser, etc. Osistema de medição 215 pode incluir um módulo de coleta de dados 230 para coletar osdados medidos e este pode estar em comunicação, através de um transceptor 235, comocontrolador geral 240, tal como a expedição do vagão, o sistema decomposição/manifesto do trem, e pode fornecer os dados das medições para o sistemade expedição da malha, assim como para o sistema de otimização davelocidade/consumo de combustível do trem. O sistema de medição também pode estarem comunicação com, e fornecer as informações das medições para, uma unidadeportátil de coleta de dados 245, uma locomotiva 250 através do transceptor dalocomotiva 255, uma unidade eletrônica marginal 260, e um sensor não embarcada 225.

Juntos, estes sistemas podem compartilhar informações através de ma rede decomunicação, sendo que os elementos podem se comunicar uns com os outros paratrocar informações. Tais comunicações podem ser fornecidas através de acoplamentossem fio, tal como via RF ou comunicação em infravermelho, ou podem ser por cabos, talcomo através da comunicação física entre o vagão e a locomotiva 250.

Em uma outra forma de realização, o sistema de medição215 pode ser implementado fora do pátio ferroviário, tal como em um desvio afastado dopátio ferroviário. Os dados das medições podem, portanto, ser obtidos após o trem terdeixado o pátio ferroviário 205 e os dados das medições podem ser alimentados na rede265 e no controlador central 240 após a montagem do trem no pátio para uma açãoposterior.

Em um aspecto da invenção, o controlador central 240 podeincluir um processador 270 para processar os dados medidos fornecidos para um tremde modo a realizar um fator de otimização da aceleração/desaceleração para garantirque os parâmetros operacionais do trem levem em conta estas limitações. Neste caso, aaceleração/desaceleração da composição otimizada do vagão pode ser aumentada parareduzir o tempo da missão, dado um parâmetro opcional de otimização. No caso dostrens com potência distribuída (DP), o esforço de tração normal reduzido (TE) dasunidades da parte de trás do trem pode casar melhor com o das unidades da frente comoresultado dos dados de medição fornecidos para os vagões do trem.

Em uma outra forma de realização de exemplo, é previstoum sistema 300 de análise da assinatura, ou de um padrão. Este sistema 300 pode serparte ou estar em comunicação com o controlador 240. Tal como descrito acima, osistema de análise da assinatura 300 pode ser usado para diferenciar entre odeslocamento de líquidos e a queda de uma carga fixada.

Em adição, os dados de medição previamente capturadospodem ser usados para se determinar uma performance não usual do vagão, tal comoum grande atrito na roda, o que pode ser atribuído a problemas nos mancais, através dacomparação dos dados atuais com os dados das medições previas. Isto permite que sejarealizada a manutenção antes de engatar o vagão no trem.

Vantajosamente, o sistema pode prover à capacidade demudança da composição do trem no pátio contra o tempo de movimentação do trem, acapacidade de otimizar os ajustes de potência das locomotivas dos trens, tal como paraos trens com DP1 a capacidade de adicionar mais vagões para uma dada potência dalocomotiva com base em uma carga do vagão antecipada ou prevista, a capacidade deotimizar os ajustes de consumo de combustível/velocidade, e de fornecer os diagnósticosdo vagão, tais como excesso de atrito, pontos achatados nas rodas, etc.

Em um aspecto da invenção, o sensor a bordo pode incluirum sensor de peso, tal como uma balança, ou um sensor de deflexão de mola no vagãoferroviário. O sensor não embarcado 225 pode incluir um medidor de força na linha 210sobre a qual o trem trafega. Em um aspecto da invenção, o peso pode ser medidoquando da aceleração ou da desaceleração do um vagão sobre a linha com a carga defricção conhecida (desaceleração) ou com aplicação de tração (aceleração) tal comodeterminada através do uso de um acelerômetro no vagão.

Para as secções de medição nos trilhos curvos, o sensor abordo 220 pode incluir um detector de força para detectar a força nas rodas, tais como ospadrões de força vertical, axial e/ou horizontal. Em uma forma de realização, o sensorembarcado 220 pode incluir um sensor de deflexão (movimento) o qual monitora umaroda quando esta passa por uma curva; por exemplo, através da observação da reduçãode velocidade quando se passa por uma curva e pode incluir um sensor de calor paradetectar o calor dissipado quando se passa por uma curva. O sensor não embarcado 225pode incluir um medidor de força no trilho 210 para detectar a deflexão da roda e/ou ummedidor de força em uma mudança de trilho sobre a qual o trem está se deslocando.

Para as medições feitas em secções retilíneas, o sensor abordo 220 inclui um detector de força para detectar as forças que atuam na roda, talcomo um acelerômetro ou um medidor de força vertical, axial e/ou horizontal. O sensornão embarcado 225 inclui um medidor de força/acelerômetro no trilho, um medidor dedeflexão/acelerômetro do trilho, e/ou um medidor de força na mudança de linha. Em umaoutra forma de realização, o sensor a bordo 220 pode incluir um sensor de deflexão(movimento) o qual monitora a roda quando em um trilho reto, calculado através daobservação da redução de velocidade quando esta passa por uma parte retilíneapredeterminada e que pode incluir um sensor de calor para detectar o calor dissipadoquando em uma parte retilínea.

A coleta de dados pode ser realizada pelo sistema de coletade dados 230 e bordo, ou pode ser realizada de forma remota, tal como através do usode uma unidade portátil de coleta de dados 245. A rede 265 pode incluir um ou maisdentre os seguintes tipos de rede: por cabos, sem fio, em tempo real, com transferênciade dados em pacotes, armazena e envia, manda dados (quando os dados estãodisponíveis), pega dados (insta a ação tanto em tempo real quanto em atraso), e/ou deentrada manual.

Em outras formas de realização, a leitura dos dados dasmedições pelo sistema pode ser realizada de forma eletrônica com equipamentosconectados ao controlador central 240, tal como o sistema de pátio/expedição, eletrônicacom conexão manual, eletrônica com leitura e entrada manual para outros sistemas, deforma mecânica com equipamentos conectados ao controlador central 240, tal como osistema de pátio/expedição, mecânica com conexão manual, mecânica com leitura eentrada manual para outros sistemas. A identificação doa vagões para uso pelo sistemapode ser inserida manualmente no sistema ou através do identificador do vagão 280, oqual pode incluir uma etiqueta eletrônica, uma etiqueta de radio freqüência, e/ou umcódigo de barras.

Em outras formas de realização de exemplo, a configuraçãodo sistema de medição pode incluir o despacho manual do pátio com entrada eletrônicados dados, o despacho manual do pátio com entrada manual dos dados, o despachoeletrônico do pátio com entrada manual dos dados, o despacho eletrônico do pátio comentrada eletrônica dos dados, preparação manual do manifesto, preparação eletrônica domanifesto, sistema de rede manual com os dados do sistema de pátio manual por cálculomanual/consulta/eletrônico, sistema de rede manual com os dados do sistema de pátioeletrônico por cálculo manual/consulta/eletrônico, sistema de rede eletrônico com osdados do sistema de pátio manual por cálculo manual/consulta/eletrônico, sistema derede eletrônico com os dados do sistema de pátio eletrônico por cálculomanual/consulta/eletrônico, otimizador manual de viagem com os dados do sistema depátio manual por cálculo manual/consulta/eletrônico, otimizador manual de viagem comos dados do sistema de pátio eletrônico por cálculo manual/consulta/eletrônico,otimizador eletrônico de viagem com os dados do sistema de pátio manual por cálculomanual/consulta/eletrônico, otimizador eletrônico de viagem com os dados do sistema depátio eletrônico por cálculo manual/consulta/eletrônico, otimizador de viagem manualcom os dados de um sistema manual na via/no desvio/na mudança de linha com cálculomanual/consulta/eletrônico, otimizador de viagem manual com os dados de um sistemaeletrônico na via/no desvio/na mudança de linha com cálculo manual/consulta/eletrônico,otimizador de viagem eletrônico com os dados de um sistema manual na via/nodesvio/na mudança de linha com cálculo manual/consulta/eletrônico, e/ou otimizador deviagem eletrônico com os dados de um sistema eletrônico na via/no desvio/na mudançade linha com cálculo manual/consulta/eletrônico.

Os dados das medições capturados pelo sistema podem serusados para controlar a operação de um trem de modo a limitar um parâmetrooperacional, equalizar os parâmetros operacionais, relaxar os parâmetros operacionais,otimizar os parâmetros operacionais antes da viagem/para a composição, otimizar osparâmetros operacionais em tempo real, otimizar os parâmetros operacionais para todo odeslocamento, otimizar os parâmetros operacionais para seções do deslocamento,otimizar os parâmetros operacionais a partir de uma única entrada, otimizar osparâmetros operacionais a partir de conjuntos de entradas de dados múltiplos, e/ouotimizar os diagnósticos e a manutenção do vagão.

As fontes de dados utilizadas para armazenar os dados nosistema podem incluir as unidades eletrônicas 260 marginais, os dispositivos eletrônicosdo vagão, tais como a unidade de coleta 230, a locomotiva 250 e/ou o controlador central240, tal como um sistema de pátio ou de despacho. Os receptores de dados utilizadospara receber os dados das medições podem incluir receptores offline, sistemas dalocomotiva online, sistema de pátio online, sistema de pátio offline, sistema de despachoonline, sistema de despacho offline, equipamentos marginais online, equipamentosmarginais offline, otimizador de rede online, otimizador de rede offline e/ou os sistemasde bilhetagem. As técnicas de otimização que podem ser usadas para processar osdados de modo a gerar os parâmetros operacionais otimizados podem incluir orelaxamento com aproximação sucessiva, séries de Taylor com seqüência no tempo,redes neurais, transformações, experiência baseada em tabelas de consulta, técnicasbaseadas na primeira força principal, filtragem de Kalman.

Em uma forma de realização, é previsto um local remoto, talcomo mas não limitado a um centro regional e/ou nacional 310, para manter um bancode dados nacional 320 sobre as informações dos vagões. O banco de dados nacional320,pode ser usado como uma fonte na montagem de um trem. Este também pode serusado para as analises por modelo. Devido ao tipo de informação fornecida, este bancode dados 320 também pode ser usado por agencias do governo com o objetivo desatisfazer requisitos de transporte e/ou em problemas de segurança. As informações dobanco de dados nacional são comunicadas entre e próprio e o controlador 240. Quando ocontrolador 240 obtém uma nova informação, a informação do banco de dados nacional320 é atualizada. As comunicações entre o controlador 240 e o banco de dados nacional320 podem ser protegidas, tal como mas não limitado a, por criptografia e/ou por meio detécnicas de autenticação. Em uma outra forma de realização, pode existir umapluralidade de bancos de dados regionais os quais se comunicam uns com os outros, talcomo supra descrito em relação as comunicações do banco de dados nacional com ocontrolador 240. Em uma forma de realização de exemplo, a rede 265, através da qualocorrem as comunicações, pode ser protegida contra ataques clandestinos de agentesexternos.A figura 12 mostra um diagrama de fluxo ilustrando asetapas para identificar os parâmetros do vagão ferroviário usados na melhoria dasoperações do trem. As pessoas com proficiência na arte irão prontamente perceber queestas etapas no diagrama de fluxo 330 podem ser feitas de modo automático ou deforma autônoma. As etapas incluem determinar um parâmetro de vagão do vagão dotrem, etapa 335, e criar um plano de viagem baseado no parâmetro de vagão, de acordocom ao menos um critério operacional para o trem, etapa 340. Etapas adicionais podemincluir localizar um vagão no trem com base em ao menos um parâmetro de vagão. Alemdo mais, e tal como descrito acima, a ordem dos vagões no trem pode ser estabelecidacom base nos parâmetros de vagão. Também como descrito acima, estas etapas, etapas335 e/ou 334, podem ser implementadas utilizando um código de programa decomputador e/ou uma outra técnica implementada em um processador.

Em uma outra forma de realização de exemplo,equipamentos para a leitura de etiquetas (AEI) automáticos e marginais, os quais fazemparte do sistema de classificação ferroviário, são usados para ler as informações,usualmente as informações do manifesto, dos vagões. Os sistemas de classificaçãoprecisam apresentar um manifesto confiável de modo a realizar as tarefas de escolha eenvio dos vagões. Muitos sistemas pegam estes manifestos de bancos de dados emuma rede corporativa. Após o trem ter sido composto, uma lista dos vagões do trem éatualizada em um banco de dados pelo pessoal de pátio e/ou pelos sistemas AEI.

Portanto, as informações podem ser lidas dos vagões conforme estes passam pelosleitores de etiqueta AEI1 normalmente uma vez que todo o trem tenha passado. Na formade realização de exemplo, as informações lidas são transmitidas para a locomotiva, maisespecificamente para o otimizador de viagem, no qual as informações são usadas paraatualizar um plano de viagem e/ou para uso na geração de um plano de viagem futuro.

As informações podem ser atualizadas conforme os vagões são adicionados e/ouretirados nos destinos finais.

Apesar da invenção ter sido descrita com referência a umaforma de realização de exemplo, ficará claro aos peritos na arte que podem ser feitasdiversas mudanças, omissões e/ou adições , bem como que elementos desta podem sersubstituídos por equivalentes sem com isto escapar do espírito e do escopo da invenção.

Ainda mais, podem ser feitas diversas modificações de modo a adaptar um material emparticular ou uma situação em particular aos ensinamentos da invenção, sem com istoescapar do escopo desta. Portanto, pretende-se que a invenção não seja limitada pelaforma particular de realização, descrita como a melhor forma contemplada de realizaçãoda invenção, mas que a invenção deva incluir todas as formas de realização que recaemdentro do escopo das reivindicações em anexo. Além do mais, à menos que sejaespecificamente declarado, qualquer uso dos termos primeiro, segundo, etc., não indicaqualquer ordem ou importância, mas ao invés disto, os termos primeiro, segundo, etc.,são usados para distinguir um elemento de outro.

Claims

1. Método para melhorar a performance de um trem, ométodo compreendendo:a) determinar um parâmetro de vagão ferroviário para ao menos um vagão a serincluído em um trem; eb) gerar um plano de viagem do trem com base no parâmetro de vagão, de acordo comao menos um critério operacional do trem.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual oparâmetro de vagão inclui ao menos um entre o peso, a carga axial, a fricção, aresistência do ar, as cargas axiais da roda, as cargas verticais e as cargas laterais.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, aindacompreendendo determinar a localização de um vagão dentro do trem com base em aomenos um parâmetro de vagão.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, aindacompreendendo otimizar ao menos um entre a velocidade em função do consumo decombustível do trem e as emissões geradas pelo trem com base em ao menos umparâmetro de vagão.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, aindacompreendendo comunicar os dados do parâmetro de vagão para um banco de dadoscentral e remoto.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, aindacompreendendo proteger as comunicações de e para o banco de dados central e remoto.

7. Método, de acordo com a reivindicação 2, aindacompreendendo determinar se uma alteração na carga do eixo é causada por ao menosum entre o deslocamento de um líquido ou o deslocamento de uma carga fixa.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, aindacompreendendo reduzir o tempo de composição do trem no pátio com base em umparâmetro de vagão.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, aindacompreendendo determinar uma caracterização de carga do vagão no trem com baseem ao menos um entre o peso, a resistência e a performance em curva.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, aindacompreendendo otimizar a performance operacional de ao menos um entre um trem detração distribuída e um trem de tração não distribuída, com base em um parâmetro devagão.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, aindacompreendendo fornecer uma pluralidade de vagões, sendo que a ordem pela qual osvagões são arranjados no trem está baseada nos parâmetros de vagão.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1, aindacompreendendo operar o trem com base em um plano de viagem criado.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, no qual aetapa de determinar um parâmetro de vagão ferroviário ainda compreende determinarum parâmetro de vagão ferroviário quando este atravessa uma porção determinada dalinha férrea.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, aindacompreendendo determinar um dado de um vagão através da leitura das informaçõescontidas em uma etiqueta de identificação fixada no vagão.

15. Código de programa de comutador, para uso em umprocessador, para melhorar a performance do trem, o código de programa decomputador compreendendo:a) um módulo de programa de computador para determinar um parâmetro de vagãoferroviário para ao menos um vagão do trem; eb) um módulo de programa de computador para gerar um plano de viagem do trem combase no parâmetro de vagão, de acordo com ao menos um critério operacional dotrem.

16. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 15, no qual o parâmetro de vagão inclui ao menos um entre o peso, a cargaaxial, a fricção, a resistência do ar, as cargas axiais da roda, as cargas verticais e ascargas laterais.

17. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 15, ainda compreendendo um módulo de programa de computador paradeterminar a localização de um vagão dentro do trem com base em ao menos umparâmetro de vagão.

18. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 15, ainda compreendendo um módulo de programa de computador paraotimizar ao menos um entre a velocidade em função do consumo de combustível do treme as emissões geradas pelo trem com base em ao menos um parâmetro de vagão.

19. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 15, ainda compreendendo um módulo de programa de computador paracomunicar os dados do parâmetro de vagão para um banco de dados central e remoto.

20. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 19, ainda compreendendo um módulo de programa de computador paraproteger as comunicações de e para o banco de dados central e remoto.

21. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 16, ainda compreendendo um módulo de programa de computador paradeterminar se uma alteração na carga do eixo é causada por ao menos um entre odeslocamento de um liquido ou o deslocamento de uma carga fixa.

22. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 15, ainda compreendendo um módulo de programa de computador paradeterminar uma caracterização de carga do vagão no trem com base em ao menos umentre o peso, a resistência e a performance em curva.

23. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 15, ainda compreendendo um módulo de programa de computador paraotimizar a performance operacional de ao menos um entre um trem de tração distribuídae um trem de tração não distribuída, com base em um parâmetro de vagão.

24. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 15, ainda compreendendo um módulo de programa de computador parafornecer uma pluralidade de vagões, sendo que a ordem pela qual os vagões sãoarranjados no trem está baseada nos parâmetros de vagão.

25. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 15, ainda compreendendo um módulo de programa de computador paraoperar o trem com base em um plano de viagem criado.

26. Código de programa de comutador, de acordo com areivindicação 15, ainda compreendendo um módulo de programa de computador paradeterminar um dado de um vagão através da leitura das informações contidas em umaetiqueta de identificação fixada no vagão.

27. Sistema para melhorar a performance de um trematravés da determinação dos parâmetros de vagão, o sistema compreendendo:a) um sistema para a medição de um parâmetro de vagão;b) um controlador central;c) uma rede de comunicação para permitir as comunicações entre o sistema demedição e o controlador central;d) sendo que o parâmetro de vagão medido e fornecido ao controlador centraldetermina ao menos um entre um perfil de composição do trem para todos os vagõesdo trem e um plano de viagem para a missão do trem, baseado nos parâmetros devagão.

28. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, no qual osistema de medição de parâmetro ainda compreende ao menos um sensor a bordo e umsensor não embarcado para determinar os parâmetros de vagão.

29. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, no qual osensor a bordo e o sensor não embarcado determinam ao menos um entre o peso, acarga axial, a fricção, a resistência do ar, as cargas axiais da roda, as cargas verticais eas cargas laterais.

30. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, aindacompreendendo ao menos um entre um banco de dados remoto e uma unidade portátilde coleta de dados.

31. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, no qual arede de comunicação realiza as comunicações entre ao menos um entre o sistema demedição, o controlador central, o banco de dados remoto, a unidade portátil de coleta dedados, um dispositivo marginal, o sensor não embarcado e a locomotiva.

32. Sistema, de acordo com a reivindicação 30, no qual arede de comunicação é uma rede de comunicação protegida.

33. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, no qual ocontrolador central ainda compreende um processador.

34. Sistema, de acordo com a reivindicação 30, no qual obanco de dados remoto compreende os dados dos parâmetros de vagão para umapluralidade de vagões.

35. Sistema, de acordo com a reivindicação 27, aindacompreendendo:a) um sinal identificador fixado ao vagão;b) um leitor do sinal identificador localizado próximo a uma linha, sobre a qual o vagãoestá colocado para se comunicar com o sinal para reunir as informações dos sinais;c) sendo que o controlador central está em comunicação com o leitor do sinalidentificador e as informações associadas com o sinal identificador são usadas parase determinar as características do vagão.

36. Sistema, de acordo com a reivindicação 35, no qual asinformações associadas com o sinal identificador são fornecidas para o otimizador deviagem para uso na determinação do plano de viagem.