BRPI0907071B1

BRPI0907071B1 - Método para controlar um sistema energizado

Info

Publication number: BRPI0907071B1
Application number: BRPI0907071-0A
Authority: BR
Inventors: Saravanan Thiyagarajan; James D. Brooks; Ramu Sharat Chandra; Ajith Kuttannair Kumar
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2020-09-29
Also published as: BRPI0907071A8; EP3718852A3; CN102036870B; AU2009225776A1; CN103010260A; EA025731B1; EP3718852A2; CN103010260B; WO2009117364A2; CN102036870A; WO2009117364A3; BRPI0907071A2; EA201001338A1; EP2262673A2; EP2262673B1

Abstract

MÉTODOS PARA CONTROLAR UM SISTEMA ENERGIZADO E MÉTODO PARA CONTROLAR UM SISTEMA ENERGIZADO SENDO DOTADO DE UMA PRIMEIRA UNIDADE DE GERAÇÃO DE ENERGIA E DE UMA SEGUNDA UNIDADE DE GERAÇÃO DE ENERGIA. As realizações da presente invenção se referem a métodos para controlar veículos e outros sistemas energizados (31), sendo que o método compreende os passos de criar um plano de missão (424), identificar um parâmetro desejado no plano de missão que seja pelo menos um que não possa ser obtido ou que exceda um limite predefinido (426), determinar se pelo menos um excede temporariamente o limite predefinido, identificar um parâmetro que possa ser obtido próximo ao parâmetro desejado, ou alertar pelo menos um de um operador e uma instalação de monitoramento remoto para realimentação no decorrer da ação a ser tomada (428); e operar o sistema energizado com base pelo menos em parte no plano de missão.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] As realizações da presente invenção se referem a métodos para controlar veículos e a outros sistemas energizados.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Determinados sistemas energizados (por exemplo, trens e outros veículos ferroviários, embarcações marítimas, unidades fixas de geração de energia energizada a diesel, e veículos de mineração, veículos agrícolas, e outros veículos fora de estrada) incluem uma unidade abastecida com combustível diesel como uma fonte de energia. Com relação aos sistemas de veículo ferroviário, a unidade abastecida com combustível diesel pode ser um motor de combustão interna a diesel que é alojado em uma locomotiva. A locomotiva pode ser parte de um trem que inclui outras locomotivas e uma pluralidade de carros ferroviários, como, por exemplo, carros de frete. As locomotivas são sistemas complexos com numerosos subsistemas, com cada subsistema sendo independente de outros sistemas.

[003] Usualmente, há um operador a bordo de uma locomotiva para assegurar a operação apropriada da locomotiva, e quando uma locomotiva está composta, o operador está usualmente a bordo de uma locomotiva guia. Uma “composição” de locomotiva é um grupo de locomotivas que são operadas ou controladas juntas para mover um trem. Além de assegurar as operações apropriadas da locomotiva, ou composição da locomotiva, o operador é também responsável por determinar as velocidades de operação do trem e das forças dentro do trem. Para executar essa função, o operador deve geralmente ter uma vasta experiência com a operação de locomotiva e de vários trens sobre o terreno especificado. Esse conhecimento é necessário para cumprir os parâmetros de operação exigidos, como, por exemplo, velocidades, emissões, e similares, que podem variar com o local do trem ao longo do trilho. Além disso, o operador é também responsável por assegurar que as forças no trem permaneçam dentro dos limites aceitáveis.

[004] Nas aplicações marítimas, um operador está usualmente a bordo de uma embarcação marítima para assegurar a operação apropriada da embarcação, e quando uma embarcação é composta, o operador usualmente está no controle de uma embarcação guia. Com relação às locomotivas citadas acima, a composição de uma embarcação é um grupo de embarcações que operam juntas na realização de uma missão combinada. Além de assegurar as operações apropriadas da embarcação, ou da composição de uma embarcação, o operador é também responsável por determinar as velocidades de operação da composição e das forças dentro da composição. Para executar essa função, o operador geralmente deve ter vasta experiência com a operação de embarcação e de várias composições a respeito do curso de água navegável ou da missão especifica. Esse conhecimento é necessário para cumprir com as velocidades de operação prescritas e com outros parâmetros da missão que podem variar com o local da embarcação no decorrer da missão. Além disso, o operador é também responsável para assegurar que as forças dentro da embarcação e entre a embarcação e no local da missão permaneçam dentro dos limites aceitáveis.

[005] Ao operar um trem, os operadores do trem tipicamente requerem os mesmos ajustes de encaixe ao operar o trem, que sucessivamente pode levar a uma grande variação no consumo de combustível e/ou na saída das emissões, como, por exemplo, mas não se restringindo a, NOx, CO2, etc., dependendo do número de locomotivas que estejam energizando o trem. Deste modo, o operador não pode operar as locomotivas de modo a minimizar o consumo de combustível e a saída das emissões é minimizada para cada viagem, uma vez que o tamanho e a carga dos trens variam e as locomotivas e suas disponibilidades de energia podem variar de acordo com o tipo de modelo.

[006] Contudo, com relação à locomotiva, mesmo com conhecimento para assegurar uma operação segura, usualmente o operador não pode operar a locomotiva de maneira que o consumo de combustível e as emissões sejam minimizadas para cada viagem. Por exemplo, devem ser considerados outros fatores que podem incluir a saída de emissões, as condições ambientais de operação como, por exemplo, ruído / vibração, uma combinação ponderada do consumo de combustível e saída de emissões, etc. Isso é difícil de realizar porque o tamanho e a carga dos trens variam, as locomotivas e suas características de combustível / emissões são diferentes, e as condições do tempo e do tráfego variam.

[007] Questões similares surgem quando operador tenta otimizar a velocidade de um trem. Apesar de um operador estar apto para operar várias configurações de trem, infelizmente, não é possível assegurar uma velocidade de missão otimizada uniforme sobre as várias configurações de trem. Além disso, ao estabelecer um plano de missão podem surgir situações em que seja inicialmente proporcionada uma informação inapropriada. Apesar de não ser prejudicial para a operação do trem, uma informação inapropriada pode resultar em um desempenho muito abaixo do desejado.

[008] O proprietário de um trem usualmente possui uma pluralidade de trens, em que os trens operam sobre uma rede de trilhos ferroviários. Uma vez que são requeridos operadores individuais para cada trem, com a variação do nível de habilidade de operador para operador, aumenta a importância da variação do número de fatores para assegurar a otimização do uso de combustível, da saída de emissões, e da velocidade, para assegurar o uso apropriado de todos os recursos na rede. Devido à integração de múltiplos trens percorrendo simultaneamente dentro da rede dos trilhos da estrada de ferro, ao efetuar uma programação devem ser considerados as questões relacionadas às operações de trem, os proprietários do trem irão se beneficiar de uma maneira de otimizar a eficiência de combustível e as saídas de emissão em tempo real de modo a economizar o consumo total de combustível, ao mesmo tempo em que minimizam a saída de emissões dos vários trens, e ao mesmo tempo em que atendem as restrições do tempo da viagem de missão.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[009] As realizações da invenção se referem a um sistema e a um método para controlar um sistema energizado. O método compreende a criação de um plano de missão para um sistema energizado quando um parâmetro desejado do plano de missão não pode ser obtido e/ou exceda um limite predefinido, de maneira que a seja realizada a eficiência de combustível, a saída de emissão, o desempenho do veículo, e/ou a infraestrutura e o desempenho da missão do ambiente do sistema energizado otimizados. O método também compreende identificar um parâmetro desejado antes de criar um plano de missão, em que o parâmetro desejado pode ser não obtenível e/ou viole um limite predefinido. É feita uma notificação para um operador de um sistema energizado e/ou para uma instalação de monitoramento remoto do parâmetro desejado.

[010] Em outra realização, o método compreende a criação de um plano de missão. É identificado um parâmetro desejado no plano de missão que não pode ser obtido e/ou que exceda um limite predefinido. É determinado se deve ser temporariamente (em um período não permanente de tempo) excedido o limite predefinido, identificar um parâmetro que possa ser obtido próximo ao parâmetro desejado, e/ou um alertar um operador e/ou uma instalação de monitoramento remoto para realimentação em um curso de ação a ser tomada.

[011] Outras realizações da invenção se referem a um método para controlar um sistema energizado pela otimização de uma variação de um modo de operação que um sistema energizado encontra durante a missão. O método compreende determinar tempo gasto pelo sistema energizado para entrar em uma variação de pelo menos um modo de operação antes de começar uma missão e/ou enquanto executa a missão. É fornecida uma notificação para um operador do sistema energizado e/ou para uma instalação de monitoramento remoto com relação ao tempo gasto pelo sistema energizado para entrar na variação de pelo menos um modo de operação enquanto executa a missão e/ou entra na variação do pelo menos um modo de operação antes de iniciar a missão.

[012] Em outra realização, o método compreende ajustar pelo menos um parâmetro de operação do sistema energizado para aproximar um ajuste de operação desejado. O método pode compreender adicionalmente determinar um limite mínimo de velocidade e criar um plano de missão usando o limite mínimo de velocidade.

[013] Outra realização está relacionada a um método para determinar um plano de missão com base em uma velocidade de referência alvo e/ou uma energia de referência alvo. O método compreende criar uma pluralidade com uma velocidade de referência alvo e/ou uma energia de referência alvo identificada para uma missão completa e/ou uma parte da missão. A velocidade de referência alvo e ou a energia de referência alvo é seguida ou seguida aproximadamente.

[014] Outra realização também se refere a um método para determinar um plano de missão com base em uma velocidade de referência alvo e/ou uma energia de referência alvo. Aqui, o método compreende determinar uma velocidade de referência alvo e uma energia de referência alvo. É criado um plano de missão com relação à velocidade de referência alvo e/ou a energia de referência alvo determinada para uma missão completa e/ou uma parte da missão. O sistema energizado é operado para fornecer energia próxima à velocidade de referência alvo.

[015] Outra realização também se refere a um método para minimizar uma variação em pelo menos um modo de operação de um sistema energizado proporcionado com um plano de missão. O método compreende criar um plano de missão original e identificar um período de tempo de operação na variação do pelo menos um modo de operação. É identificada a variação do pelo menos um modo de operação no plano de missão. O plano de missão é revisado para fornecer um ajuste de energia fora da variação do pelo menos um modo de operação durante um período que pelo menos um modo de operação está dentro de uma variação escolhida de um período de operação de energia.

[016] Outro método se refere a um método para controlar um sistema energizado tendo uma primeira unidade de geração de energia e uma segunda unidade de geração de energia, em que os ajustes de energia para a primeira unidade de geração de energia são desacoplados dos ajustes de energia para a segunda unidade de geração de energia. O método compreende desenvolver um plano de operação de energia que é independente de um ajuste de energia acoplada, determinar um ajuste de energia responsivo ao plano de operação de energia, e operar a primeira e/ou a segunda unidade de geração de energia com base no ajuste de energia determinado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[017] Será apresentada uma descrição mais específica da invenção brevemente descrita acima com relação às realizações especificas da mesma que estão ilustradas nos desenhos anexos. Deve ser compreendido que esses desenhos descrevem apenas as realizações típicas da invenção e, portanto, não devem ser considerados como limitadores do escopo da mesma, as realizações da invenção serão descritas e explicadas com especificidade e detalhe adicionais através do uso dos desenhos que as acompanham, nos quais: - a Figura 1 é um fluxograma ilustrando um método de otimização de viagem, de acordo com uma realização da presente invenção; - a Figura 2 descreve um modelo matemático simplificado de um sistema energizado que pode ser empregado com relação a presente invenção; - a Figura 3 é um diagrama esquemático de um sistema energizado; - a Figura 4 descreve uma realização de um uso de combustível / uma curva de tempo de viagem, - a Figura 5 descreve uma realização de uma decomposição de segmentação para planejamento de viagem; - a Figura 6 descreve outra realização de uma decomposição de segmentação para planejamento de viagem; - a Figura 7 é um fluxograma ilustrando um método de otimização de viagem, de acordo com outra realização da presente invenção; - a Figura 8 descreve uma realização de um monitor dinâmico para ser usado por um operador; - a Figura 9 descreve outra realização de um monitor dinâmico para ser usado por um operador; - a Figura 10 descreve outra realização de um monitor dinâmico para ser usado por um operador; - a Figura 11 descreve uma rede de trilhos de estrada de ferro com vários trens; - a Figura 12 é um fluxograma de um método para aperfeiçoar eficiência de combustível de um trem através de composição de energia de trem otimizada, de acordo com uma realização adicional da invenção; - a Figura 13 descreve um diagrama em bloco de elementos incluídos em um sistema para a composição de energia de trem otimizada; - a Figura 14 descreve um diagrama em bloco de uma função de transferência para determinar uma eficiência de combustível e emissões para um sistema energizado a diesel; - a Figura 15 é um fluxograma que descreve um método para determinar uma configuração de um sistema energizado a diesel tendo pelo menos uma unidade de geração de energia abastecida com combustível a diesel; - a Figura 16 descreve uma realização de um sistema de circuito fechado para operar um veículo ferroviário; - a Figura 17 descreve o sistema de circuito fechado da Figura 16 integrado com uma unidade de controle mestre; - a Figura 18 descreve uma realização de um sistema de circuito fechado para operar um veículo ferroviário integrado com outro subsistema operacional de entrada do veículo ferroviário; - a Figura 19 descreve outra realização de um sistema de circuito fechado com um conversor que pode comandar a operação do controlador mestre; - a Figura 20 descreve outra realização de um sistema de circuito fechado; - a Figura 21 é um fluxograma ilustrando um método para operar um sistema energizado, de acordo com uma realização da presente invenção; - a Figura 22 é um fluxograma ilustrando um método para operar um veículo ferroviário em um processo de circuito fechado, de acordo com uma realização da presente invenção; - a Figura 23 descreve um gráfico de tempo versus velocidade que compara as operações atuais com a operação de emissões otimizadas; - a Figura 24 descreve um padrão de modulação comparado a um determinado nível de encaixe; - a Figura 25 é um fluxograma ilustrando um método para determinar uma configuração de um sistema energizado a diesel; - a Figura 26 descreve um sistema para minimizar a saída de emissão; - a Figura 27 descreve um sistema para minimizar a saída de emissão de um sistema energizado a diesel; - a Figura 28 descreve um método para operar um sistema energizado tendo pelo menos uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel; - a Figura 29 descreve um diagrama de bloco de um sistema operando um sistema energizado a diesel tendo pelo menos uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel; - as Figuras 30 e 31 são fluxogramas que ilustram métodos respectivos para determinar um plano de missão para um sistema energizado, de acordo com duas realizações da presente invenção; - a Figura 32 é um fluxograma que ilustra um método para identificar um parâmetro desejado em um plano de missão que não pode ser obtido e/ou que exceda um limite predefinido; - a Figura 33 é um fluxograma que ilustra um método para otimizar uma variação de pelo menos um modo de operação de um sistema energizado proporcionado em um plano de missão; - a Figura 34 é um fluxograma que ilustra um método para otimizar uma variação de pelo menos um modo de operação de um sistema energizado proporcionado em um plano de missão; - a Figura 35 é um fluxograma que ilustra um método para determinar um plano de missão com base em um limite máximo de velocidade e/ou um limite mínimo de velocidade; - a Figura 36 é um fluxograma que ilustra um método para otimizar uma variação de um modo de operação proporcionado em um plano de missão de um sistema energizado; - a Figura 37 é um fluxograma que ilustra um método para determinar um plano de missão com base em um limite máximo de velocidade e/ou um limite mínimo de velocidade; - a Figura 38 é um fluxograma que ilustra um método para otimizar uma variação de um modo de operação de um sistema energizado proporcionado com um plano de missão; - a Figura 39 descreve um gráfico tridimensional de uma realização para proporcionar ajustes de energia desacoplados; - a Figura 40 descreve um gráfico tridimensional de outra realização para proporcionar ajustes de energia desacoplados; - a Figura 41 descreve um gráfico tridimensional que ilustra outra realização para proporcionar ajustes de energia desacoplados; - a Figura 42 descreve um fluxograma que ilustra uma realização para proporcionar ajustes de energia desacoplados; e - a Figura 43 descreve um fluxograma que ilustra outra realização para proporcionar ajustes de energia desacoplados.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[018] Será feita agora referência detalhada às realizações compatíveis com a invenção, cujos exemplos estão ilustrados nos desenhos que a acompanham. Sempre que possível, as mesmas referências numéricas usadas em todos os desenhos se referem à mesma parte ou a partes semelhantes. Apesar das realizações da presente invenção estarem descritas com relação aos veículos ferroviários, ou aos sistemas de transportes de estrada de ferro, especificamente trens e locomotivas tendo motores a diesel, as realizações da invenção são também aplicáveis para outros usos, como, por exemplo, mas não se restringindo aos veículos fora de estrada, embarcações marítimas, unidades fixas, e outros veículos como, por exemplo, veículos agrícolas e ônibus de transporte, que podem usar pelo menos um motor a diesel, ou um motor de combustão interna. Com essa finalidade, ao comentar uma missão específica, a mesma inclui uma tarefa ou uma exigência a ser realizada pelo sistema energizado a diesel. Portanto, com relação às aplicações nos veículos de transportes ferroviários, marítimos, veículos agrícolas, e veículos fora de estrada, isso pode se referir ao movimento do sistema de um local presente para uma destinação.

[019] No caso das aplicações fixas, como, por exemplo, mas não se restringindo a uma estação fixa de geração de energia ou rede de estações de geração de energia, uma missão específica pode se referir a uma quantidade de potência (por exemplo, MWh) ou outro parâmetro ou exigência a ser atendido por um sistema energizado a diesel. Do mesmo modo, as condições de operação de uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel podem incluir um ou mais de velocidade, carga, valor de abastecimento com combustível, cronometragem, e assim por diante. Além disso, apesar de serem descritos os sistemas energizados a diesel, técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que as realizações da invenção podem ser também utilizadas com sistemas não energizados a diesel, como, por exemplo, mas não se restringindo aos sistemas energizados com gás natural, sistemas energizados com biodiesel, etc.

[020] Ademais, conforme aqui descrito, tais sistemas não energizados a diesel, bem como os sistemas energizados a diesel, podem incluir vários motores, outras fontes de energia, e/ou fontes de energia adicionais, como, por exemplo, mas não se restringindo às fontes de bateria, fontes de tensão (como, por exemplo, mas não se restringindo aos capacitores), fontes químicas, fontes baseadas em pressão (como, por exemplo, mas não se restringindo mola e/ou expansão hidráulica), fontes de corrente elétrica (como, por exemplo, mas não se restringindo a indutores), fontes de inércia (como, por exemplo, mas não se restringindo dispositivos de volante), fontes de energia gravitacional e/ou fontes de energia térmica. Adicionalmente, a fonte de energia pode ser externa, como, por exemplo, mas não se restringindo a um sistema energizado eletricamente, como, por exemplo, uma locomotiva ou um trem em que a energia é fornecida extemamente de uma catenária suspensa, de um terceiro trilho, e /ou de bobinas de levitação magnética.

[021] Em um exemplo que envolve embarcações marítimas, uma pluralidade de rebocadores pode operar junta quando todos estiverem movendo a mesma embarcação maior, em que cada rebocador é ligado a tempo para realizar a missão de mover a embarcação maior. Em outro exemplo, uma única embarcação marítima pode ter uma pluralidade de motores. As aplicações em veículo fora de estrada (OHV) podem envolver uma frota de veículos que são dotados da mesma missão de mover a terra, do local “A” para o local “B”, em que cada OHV é ligado a tempo para realizar a missão. Com relação à estação fixa de geração de energia, uma pluralidade de estações pode ser agrupada junta para gerar energia coletivamente para um local e/ou propósito específico. Em outra realização, é proporcionada apenas uma estação, mas com uma pluralidade de geradores compondo a única estação. Em um exemplo que envolve veículos locomotivos, uma pluralidade de veículos energizados a diesel pode ser operada junta, em que todas móvel a mesma carga maior, por exemplo, uma pluralidade de carros ferroviários, e em que cada sistema é ligado a tempo para realizar a missão e mover a carga maior. Em outra realização, um veículo locomotivo pode ser mais de um sistema energizado a diesel.

[022] As realizações da invenção solucionam os problemas na técnica pelo provimento de um sistema, um método, e um método implementado de computador, como, por exemplo, um código de software de computador, para determinar um plano de missão para um sistema energizado quando um parâmetro desejado do plano de missão não possa ser obtido e/ou exceda um limite predefinido, de maneira que sejam realizados a eficiência otimizada de combustível, a saída das emissões, o desempenho do veículo, e/ou desempenho de missão ambiental ou infraestrutura do sistema energizado a diesel. Com relação às locomotivas, as realizações da presente invenção são também operáveis quando a locomotiva consiste de operações de energia distribuída.

[023] Técnicos no assunto irão reconhecer que o aparelho, como, por exemplo, um sistema de processamento de dados, incluindo uma CPU, uma memória, E/S, armazenamento de programa, um barramento de conexão, e outros componentes apropriados, pode ser programado ou projetado diferente para facilitar a prática do método da invenção. Tal sistema inclui um dispositivo de programa apropriado para executar o método da invenção.

[024] Ainda, um artigo de fabricação, como, por exemplo, um disco pré-gravado ou outro produto de programa de computador similar, para ser usado com o sistema de processamento de dados, pode incluir um meio de armazenamento e dispositivo de programa registrados no mesmo para direcionar o sistema de processamento de dados para facilitar a prática do método da invenção. Tal aparelho e artigos de fabricação também incidem no escopo da invenção.

[025] De modo geral, um efeito técnico é determinar um plano de missão para um sistema energizado quando um parâmetro desejado do plano de missão não pode ser obtido e/ou exceda um limite predefinido, de maneira que seja otimizada a eficiência de combustível, a saída de emissões, o desempenho do veículo, a infraestrutura e o desempenho da missão do ambiente do sistema energizado a diesel. Apesar de estar descrito um plano de missão acima, o termo “plano de missão” não é fornecido como uma limitação. Especificamente, o termo “plano de missão” engloba um plano de missão automático ou autônomo e/ou planejamento, um plano de missão manual e/ou planejamento, bem como uma combinação dos dois.

[026] Para facilitar a compreensão das realizações da invenção, em seguida serão explicadas as implementações especificas da mesma. As realizações da invenção podem ser descritas em um contexto geral de instruções executáveis de computador, tais módulos de programa, executados por qualquer dispositivo, como, por exemplo, mas não limitado a um computador, são projetados para aceitar dados, executar operações matemáticas e/ou lógicas determinadas usualmente em alta velocidade, em que podem ou não ser exibidos os resultados de tais operações. Geralmente, os módulos de programa incluem rotinas, programas, objetos, componentes, estruturas de dados, etc., que executam tarefas específicas ou executam tipos de dados abstratos específicos. Por exemplo, os programas de software que fundamentam as realizações da invenção podem ser codificados em linguagens de programação diferentes, para serem usadas com dispositivos ou plataformas diferentes. Na descrição que se segue, os exemplos da invenção podem ser descritos no contexto de um portal da web que empregue um navegador da web. Contudo, deve ser observado que os princípios que fundamentam as realizações da invenção podem ser também implementados com outros tipos de tecnologias de software de computador.

[027] Além disso, técnicos no assunto irão observar que as realizações da invenção podem ser praticadas com outras configurações de sistema de computador, incluindo dispositivos portáteis, sistemas de multiprocessador, eletrônicos de consumidor programável ou baseado em microprocessador, microcomputadores, computadores mainframes, e similares. As realizações da invenção podem também ser praticadas nos ambientes de computação distribuídos em que as tarefas são executadas por dispositivos de processamento remotos que são ligados através de uma rede de comunicações. Em um ambiente de computação distribuído, os módulos programáveis podem ser locados tanto no meio de armazenamento de computador local quanto remoto incluindo armazenamento de memória. Esses ambientes de computação locais e remotos podem estar inteiramente contidos dentro da locomotiva ou nas composições de locomotiva, ou não a bordo nos escritórios centrais ou a beira da estrada em que seja usada comunicação sem fio.

[028] Em todo esse documento é usado o termo “composição de locomotiva”. Conforme aqui usado, uma composição de locomotiva pode ser descrita como sendo dotada de uma ou mais locomotivas em sucessão, conectadas juntas de maneira a proporcionar capacidade de monitoramento e/ou de frenagem. Em muitos casos, as locomotivas são conectadas juntas não havendo carros de trens entre as locomotivas. O trem pode ter mais de uma composição de locomotiva em sua composição. Especificamente, pode haver uma composição guia e uma ou mais composições remotas, como, por exemplo, a meio caminho da linha dos carros e outra composição remota no final do trem. Cada composição de locomotiva pode ser dotada de uma primeira locomotiva e de locomotiva(s) de trilho. Apesar de uma primeira locomotiva ser usualmente vista como a locomotiva guia, técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que a primeira locomotiva em uma composição de locomotiva múltipla pode ser fisicamente locada em uma posição fisicamente rastejadora.

[029] Apesar de uma composição de locomotiva ser usualmente vista envolvendo locomotivas sucessivas, técnicos no assunto irão reconhecer prontamente que pode ser também reconhecido um grupo de locomotivas como uma composição mesmo quando as locomotivas são separadas por um ou mais carros de trilho, como, por exemplo, quando a composição de locomotiva é configurada para operação de energia distribuída, em que os comandos reguladores ou de frenagem são transmitidos da locomotiva guia para os trens remotos por uma ligação de rádio ou um cabo físico. Com essa finalidade, o termo composição de locomotiva não deve ser considerado um fator de limitação ao se comentar as locomotivas múltiplas dentro do mesmo trem.

[030] Conforme aqui descrito, a ideia de uma composição é também aplicável ao se referir a outros tipos de sistema energizados, incluindo, mas não se restringindo a, embarcações marítimas, veículos fora de estrada, e/ou usinas de energia fixas, que operam juntos de maneira a proporcionar monitoramento, geração de energia, e/ou capacidade de frenagem. Portanto, mesmo se aqui for usado o termo composição de locomotiva com relação a determinadas realizações ilustrativas, esse termo pode ser também aplicável a outros sistemas energizados. Do mesmo modo, pode haver sub-composições. Por exemplo, o sistema energizado a diesel pode ter mais de uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel. Por exemplo, uma usina de energia pode ter mais de uma unidade de energia elétrica a diesel em que a otimização pode estar no nível de sub-composição. Do mesmo modo, uma locomotiva pode ter mais de uma unidade de energia a diesel. Aqui, pode ser usado o termo “encaixe”. Apesar de um encaixe ser geralmente interpretado como ajustes reguladores de pré-ajuste, no contexto desta invenção o termo é definido para incluir ajustes reguladores de pré-ajuste e/ou uma aplicação de encaixe de resolução contínua, em que encaixe é qualquer valor regulador.

[031] Com relação aos desenhos, serão descritas as realizações da presente invenção. As realizações da invenção podem ser implementadas de várias maneiras, incluindo como um sistema (incluindo um sistema de processamento de computador), um método (incluindo um método computadorizado), um aparelho, um meio legível de computador, um produto de programa de computador, uma interface de usuário gráfica, incluindo um portal da web, ou uma estrutura de dados fixada de maneira tangível em uma memória legível de computador. Estão descritas abaixo várias realizações da invenção.

[032] As realizações da presente invenção se referem a um método para controlar um trem, outro veículo, ou outro sistema energizado, e a sistema otimizador de viagem 12 que implementa o método para controlar um trem, outro veículo, ou outro sistema energizado. (O sistema 12 é geralmente aplicável para controlar a missão de um sistema energizado, e não se limita ao controle de veículos em viagens).

[033] A Figura 1 é um fluxograma que ilustra um método para controlar um sistema energizado através da otimização de viagem / missão. As Figuras 3 e 7 ilustram vários elementos de um sistema energizado (por exemplo, um trem) que inclui um sistema otimizador de viagem ou missão 12 configurado para realizar o método ilustrado na Figura 1. Conforme ilustrado, são inseridas instruções específicas para planejar uma viagem seja a bordo ou a partir de um local remoto, como, por exemplo, um centro de despacho 10. Tal informação inserida inclui, mas não se limita a, posição de trem, descrição da composição (como, por exemplo, modelos de locomotiva), descrição da energia de locomotiva, desempenho da transmissão de tração de locomotiva, consumo de combustível de motor como uma função de energia de entrada, características de resfriamento, a rota da viagem pretendida (incluindo informação referente ao graus de trilho específico e a curvatura como função de marco, e/ou um componente de “grau efetivo” para refletir a curvatura que segue as práticas de estrada de ferro padrão), o trem representado pela composição do carro e carga juntamente com coeficientes de arrasto eficazes, os parâmetros desejados de viagem incluindo, mas não se limitando a, tempo e local de partida, tempo de viagem desejado, identificação da tripulação (usuário e/ou operador), tempo de expiração da troca de tripulação e rota.

[034] Esses dados podem ser fornecidos para a locomotiva 42 (ver Figura 3) de várias maneiras, como, por exemplo, mas não se limitando a, a entrada manual desses dados por um operador na locomotiva 42 por meio de um monitor a bordo, inserindo um dispositivo de memória como, por exemplo, um cartão rígido e/ou flash drive USB contendo os dados em um receptáculo a bordo da locomotiva, e transmitindo a informação por via de uma comunicação sem fio de uma central um local à beira da estrada 41, como, por exemplo, um dispositivo de sinalização de trilho e/ou um dispositivo à beira da estrada, para a locomotiva 42. As características de carga da locomotiva 42 e do trem 31 (por exemplo, arrasto) podem também alterar durante a rota (por exemplo, altitude, temperatura ambiente, e condição dos trilhos e dos carros ferroviários), e o plano pode ser atualizado para refletir tais alterações conforme necessário por quaisquer dos métodos comentados acima e/ou por uma coleção autônoma em tempo real das condições do trem / da locomotiva. Isso inclui, por exemplo, as alterações nas características da locomotiva ou trem detectadas pelo equipamento de monitoramento a bordo ou não da(s) locomotiva(s) 42.

[035] O sistema de sinal de trilho determina a velocidade permitida do trem. Há muitos tipos de sistemas de sinal de trilho e de regras de operação associadas com cada sinal. Por exemplo, alguns sinais são dotados de uma única luz (liga / desliga), alguns sinais são dotados de uma única lente com várias cores, e alguns sinais são dotados de várias luzes e de várias cores. Esses sinais podem indicar que o trilho está desimpedido e que o trem pode prosseguir em uma velocidade máxima permitida. Os mesmos podem também indicar que é requerida uma velocidade reduzida ou uma parada. Pode ser necessário que essa velocidade reduzida seja alcançada imediatamente, ou em um determinado local (por exemplo, antes do próximo sinal ou cruzamento).

[036] O status de sinal é comunicado para o trem e/ou para o operador por vários meios. Alguns sistemas são dotados de circuitos no trilho e de boinas de coleta indutivas nas locomotivas. Outros sistemas são dotados de sistemas de comunicação sem fio. Os sistemas de sinal podem também requerer que o operador inspecione visualmente o sinal tome as medidas apropriadas.

[037] O sistema de sinalização de trilho pode interfacear com o sistema de sinal a bordo e ajustar a velocidade da locomotiva de acordo com as entradas e as regras de operação apropriadas. Para os sistemas de sinal que requerem que o operador inspecione visualmente o status de sinal, a tela do operador irá apresentar as opções de sinal apropriadas para que o operador entre com base no local do trem. O tipo de sistemas de sinal e as regras de operação, como uma função da localização, podem ser armazenados em uma base de dados a bordo 63.

[038] Com base na especificação da entrada de dados no sistema otimizador de viagem, é computado um plano ótimo que minimiza o uso de combustível e/ou as emissões produzidas sujeitas às restrições de limite de velocidade ao longo da rota com tempos e partida e de término desejados para produzir um perfil de viagem 12a. O perfil contém os ajustes de velocidade e energia (encaixe) ótimos que o trem deve seguir, expressos como uma função de distância e/ou tempo, e tais limites de operação de ter, incluindo, mas não se limitando a, energia de encaixe máxima e ajustes de freio, e limites de velocidade como uma função da localização, e o combustível esperado usado e as emissões geradas. (Portanto, conforme deve ser observado, o perfil de viagem é ajustado ou listado dos ajustes de controle de um trem ou de outro veículo para implementar ou seguir um plano de viagem). Em uma realização, o valor do ajuste de encaixe é selecionado para obter decisões de alteração reguladoras a cada 10 a 30 segundos. Técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que as decisões de alteração reguladoras podem ocorrer em uma duração mais longa ou mais curta, se necessário e/ou desejado para seguir um perfil de velocidade ótimo. Em um sentido mais amplo, é evidente para técnicos no assunto que os perfis fornecem ajustes de energia para o trem, seja no nível do trem no nível da composição, e/ou no nível de trem individual. A energia compreende energia de frenagem, energia de monitoramento, e energia de freio pneumático. Em outra realização, em vez de operar nos ajustes de energia de encaixe discreta tradicional, pode ser selecionado um ajuste de energia contínuo, determinado como ótimo para o perfil selecionado. Assim, por exemplo, se um perfil ótimo especificar um ajuste de encaixe de 6.8, em vez de operar no ajuste de encaixe 7 (presumindo um ajuste de encaixe discreto de, por exemplo, 6, 7, 8 e assim por diante), a locomotiva 42 pode operar em 6.8. A permissão de tais ajustes de energia intermediários pode trazer benefícios adicionais de eficiência, conforme descrito abaixo.

[039] O procedimento usado para computar o perfil ótimo pode ser qualquer número de métodos para computar uma sequência de energia que aciona o trem 31 para minimizar o combustível e/ou as emissões sujeitas à operação da locomotiva e às restrições de escalação, conforme resumido abaixo. Em alguns casos, o perfil ótimo requerido pode estar próximo o suficiente de um perfil anteriormente determinado, devido à similaridade da configuração do trem, das condições da rota e ambientais. Nesses casos pode ser suficiente procurar a trajetória motriz dentro da base de dados 63 e tentar seguir a mesma. Quando nenhum plano anteriormente computado é adequado, os métodos para computar um novo plano incluem, mas não se limitam a, calcular diretamente o perfil ótimo usando os modelos de equação diferenciais que se aproximam das propriedades físicas do movimento do trem. O planejamento envolve a seleção de uma função objetiva quantitativa, comumente uma soma pesada (integral) das variáveis de modelo que correspondem à taxa de consumo de combustível e das emissões geradas mais um termo para penalizar a variação reguladora excessiva.

[040] É ajustada uma formulação de controle ótima para minimizar a função objetiva quantitativa sujeita às restrições incluindo, mas não limitado a, limites de velocidade e ajustes de energia (regulador) mínima e máxima e emissões máxima cumulativas e instantâneas. Dependendo dos objetivos do planejamento a qualquer tempo, a questão pode ser implementada de maneira flexível para minimizar o combustível sujeito às restrições nas emissões e limites de velocidade, ou para minimizar as emissões, sujeitas às restrições no uso de combustível e tempo de chegada. É também possível estabelecer, por exemplo, um objetivo para minimizar o tempo total de viagem sem limitar as emissões totais ou o uso de combustível, em que tais relaxamentos das restrições sejam permitidos ou requeridos para a emissão.

[041] Por todo documento são apresentadas equações de funções objetivas para minimizar o consumo de combustível da locomotiva. Essas equações e funções são apenas para ilustração porque podem ser empregadas outras equações e funções objetivas para otimizar o consumo de combustível ou para otimizar outros parâmetros de operação de locomotiva / trem.

[042] Matematicamente, o problema a ser solucionado pode ser expresso mais precisamente. As propriedades físicas são expressas por:

em que x é a posição do trem, v sua velocidade e t é o tempo (em milhas, milhas por hora, e minutos ou horas, conforme apropriado) e u é a entrada do comando de encaixe (regulador). Ademais, D indica a distância a ser percorrida, Tf o tempo de chegada desejado na distância D ao longo do trilho, Te é o esforço de tração produzido pela composição de locomotiva, Ga é o arrasto gravitacional que depende da extensão do trem, da composição do trem, e do terreno no qual o trem está situado, e R é o arrasto dependente de velocidade líquida da composição de locomotiva e da combinação de trem. As velocidades inicial e final podem ser também especificadas, mas sem perda de generalidade são tomadas como sendo zero (por exemplo, o trem parado no início e no fim). Finalmente, o modelo é prontamente modificado para incluir outras dinâmicas importantes como, por exemplo, o retardo entre uma alteração no regulador, u, e o esforço de tração resultante ou frenagem. Usando esse método, é instituída uma formulação de controle ótima para minimizar a função objetiva quantitativa sujeita às restrições incluindo, mas não se limitado a, limites de velocidade e ajustes de energia (regulador) mínima e máxima. Dependendo dos objetivos de planejamento a qualquer momento, a questão pode ser instituída de maneira flexível para minimizar o combustível sujeito às restrições nas emissões e limites de velocidade, ou para minimizar as emissões, sujeitas às restrições no uso de combustível e tempo de chegada.

[043] É também possível implementar, por exemplo, um objetivo para minimizar o tempo total de viagem sem restrições nas emissões totais ou no uso de combustível em que tal relaxação de restrições são permitidas ou requeridas para a emissão. Todas essas medidas de desempenho podem ser expressas como uma combinação linear de qualquer do que se segue:

- Minimizar o consumo total de combustível

Minimizar o Tempo de Viagem

- Minimizar a manobra reguladora (entrada de constante de posição em peças)

- Minimizar a manobra reguladora (entrada contínua) É possível substituir o termo de combustível F em (1) com um termo correspondente à produção das emissões. Por exemplo, para as emissões

-Minimizar a produção total das emissões. Nessa equação E é a quantidade de emissões em gm/HP-hr para cada encaixe (ou ajustes de energia). Além disso, pode ser feita uma minimização com base em um peso total de combustível e de emissões.

[044] Portanto, uma função objetiva comumente usada e representativa é:

[045] Os coeficientes da combinação linear dependem da importância (peso) fornecida para cada termo. Deve ser observado que na equação (OP), u(t) é a variável de otimização que é a posição de encaixe continuo. Se for requerido um encaixe discreto, por exemplo, para locomotivas mais antigas, a solução para a equação (OP) é discretizada, o que pode resultar em economias de combustível mais baixa. O encontro de uma solução de tempo mínimo (a1 ajustado para zero e a2 ajustado para zero ou um valor relativamente pequeno) é usado para encontrar um limite inferior para o tempo de viagem que pode ser alcançado (Tf = Tfmin). Nesse caso, tanto u(t) quanto Tf são variáveis de otimização. Em uma realização, a equação (OP) é solucionada para vários valores de Tf = com Tf>Tfmin com a3 ajustado para zero. No último caso, Tf é tratado como uma restrição.

[046] Para aqueles familiarizados com as soluções para tais questões ótimas, pode ser necessário adicionar as restrições, por exemplo, os limites de velocidade ao longo do caminho:

ou ao usar o tempo mínimo como o objetivo, no qual uma restrição de ponto final deva parar, por exemplo, o consumo total de combustível deve ser menor do que o que está no tanque, por exemplo, por via

Aqui, WF é o combustível remanescente no tanque em Tf. Técnicos no assunto irão reconhecer prontamente que a equação (OP) pode estar também em outras formas e que aquela apresentada acima é uma equação para uso na realização da presente invenção. Por exemplo, técnicos no assunto irão reconhecer prontamente que é requerida uma variação da equação (OP) em que são usados múltiplos sistemas de energia, a diesel e/ou não, para proporcionar múltiplos impulsos, como, por exemplo, mas não se limitando aqueles usados ao operar uma embarcação marítima.

[047] A referência às emissões no contexto da realização da presente invenção diz respeito verdadeiramente às emissões cumulativas produzidas na forma de óxidos de nitrogênio (NOx), óxidos de carbono (COx, hidrocarbonetos não queimados (HC), matéria particulada (MP), etc. Contudo, outras emissões podem incluir, mas não estão limitadas a um valor máximo de emissão eletromagnética, como, por exemplo, um limite em saída energizada frequência de rádio (RF), medida em watts, para as frequências respectivas emitidas pela locomotiva. Ainda outra forma de emissão no ruído produzido pela locomotiva, produzido tipicamente em decibéis (dB). Uma exigência de emissão pode ser variável com base em um período do dia, um período do ano, e/ou nas condições atmosféricas como, por exemplo, o tempo ou o nível de poluição na atmosfera. As regulagens de emissão podem variar geograficamente através de um sistema de estrada de ferro. Por exemplo, uma área de operação como, por exemplo, uma cidade ou estado pode ter objetivos de emissão específicos, e uma área adjacente pode ter objetivos de emissão diferentes, por exemplo, uma quantidade inferior de emissões permitidas ou uma taxa mais alta cobrada para um determinado nível de emissões.

[048] Portanto, pode ser adaptado um perfil de emissão para uma determinada área para incluir os valores máximos de emissão para cada emissão regulada no perfil para atender um objetivo de emissão predeterminado requerido para aquela área. Tipicamente, para uma locomotiva, esses parâmetros de emissão são determinados, mas não limitados, pelo ajuste de energia (regulador), pelas condições ambientes, e pelo método de controle de motor. Pelo projeto, toda locomotiva deve atender os padrões de emissão EPA, e, portanto, em uma realização da presente invenção que otimiza as emissões isso pode se referir às emissões totais de missão, para as quais não há especificação EPA atual. A operação da locomotiva de acordo com o plano de viagem otimizado atende sempre aos padrões de emissão EPA. Técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que devido os motores a diesel serem usados em outras aplicações, podem ser também aplicáveis outros regulamentos. Por exemplo, em determinados tratados internacionais são consideradas as emissões de CO2.

[049] Se for um objetivo durante uma missão de viagem reduzir as emissões, a formulação de controle ótimo, a equação (OP) deve ser emendada para considerar esse objetivo de viagem. Uma flexibilidade chave no planejamento de otimização é que qualquer objetivo ou todos os objetivos de viagem possam variar por região geográfica ou por missão. Por exemplo, para um trem de alta prioridade, o tempo mínimo pode ser o único objetivo em uma rota devido ao seu tráfego de alta prioridade. Em outro exemplo, a saída de emissão pode variar de estado para estado ao longo da rota do trem planejada.

[050] Para solucionar o problema de otimização resultante, em uma realização, uma questão de controle ótimo dinâmico no domínio de tempo é transcrita para uma questão equivalente de programação matemática estática com N variáveis de decisão, em que o número “N” depende da frequência na qual são feitos os ajustes reguladores e de frenagem durante a viagem. Para questões típicas, esse N pode estar na casa dos milhares. Por exemplo, supondo que um trem esteja percorrendo um trecho de 172 milhas (276.8 quilômetros) de trilho no sudoeste dos Estados Unidos. Utilizando o sistema otimizador de viagem, pode ser realizada uma economia de 7,6% no combustível usado ao comparar uma viagem determinada e seguida usando o sistema otimizador de viagem versus um regulador acionador atual / histórica de velocidade em que a viagem foi determinada por um operador. É realizada a economia aperfeiçoada porque o sistema otimizador de viagem produz uma estratégia de acionamento tanto com menor perda de arrasto quanto pouca ou nenhuma perda de frenagem em comparação ao plano de viagem de outro operador.

[051] Para realizar a otimização acima descrita tratável de maneira computacional, pode ser empregado um modelo matemático simplificado do trem, como, por exemplo, aquele ilustrado na Figura 2 e as equações comentadas acima. Conforme ilustrado, são consideradas determinadas especificações de ajuste, como, por exemplo, mas não se limitando a, informação sobre a composição, a informação da rota, a informação do trem, e/ou informação da viagem para determinar um perfil, como, por exemplo, um perfil otimizado. Tais fatores incorporados no perfil incluem, mas não se limitam a, velocidade, distância remanescente na missão, e/ou combustível usado. Conforme aqui comentado, outros fatores que podem ser incluídos no perfil são ajuste de encaixe e tempo. Um possível refinamento no perfil ótimo é produzido pelo acionamento de um modelo mais detalhado com a sequência de energia ótima gerada, para testar se são violadas outras restrições térmicas, elétricas e mecânicas. Isso leva a um perfil modificado com velocidade versus distância que é próximo a uma viagem que pode ser alcançada sem danificar o equipamento da locomotiva ou do trem, isto é, satisfazendo as restrições implícitas adicionais como, por exemplo, os limites térmicos e elétricos na locomotiva e nas forças entre os carros no trem. Técnicos no assunto irão prontamente reconhecer como as equações aqui comentadas são utilizadas com a Figura 2.

[052] Voltando à Figura 1, uma vez que a viagem tenha iniciado em 12a, são gerados os comandos de energia 14 para inserir o plano de missão no movimento. Dependendo do planejamento operacional do sistema otimizador de viagem, um comando é para a locomotiva seguir o comando de energia otimizado 16 de maneira a alcançar a velocidade ótima. O sistema otimizador de viagem obtém a velocidade atual e a informação de energia 18 da composição de locomotiva do trem. Devido às aproximações inevitáveis nos modelos usados para a otimização, é obtido um cálculo de circuito fechado de correções para energia otimizada para rastrear a velocidade ótima desejada. Tais correções dos limites da operação de trem podem ser feitas automaticamente ou pelo operador, que sempre tem o controle final do trem.

[053] Em alguns casos, o modelo usado na otimização pode diferir significativamente do trem atual. Isso pode ocorrer por muitas razões, incluindo, mas não se limitando às coletas ou arranjos de carga extra, as locomotivas que podem se tornar inoperáveis na rota, e erros na base de dados inicial 63 ou na entrada de dados pelo operador. Por essas razões, é adequado o sistema de monitoramento que usa dados do trem em tempo real para estimar os parâmetros da locomotiva e/ou do trem em tempo real 20. Os parâmetros estimados são então comparados aos parâmetros presumidos usados quando a viagem foi inicialmente criada 22. Com base em quaisquer diferenças nos valores presumidos e estimados, a viagem pode ser replanejada 24, se resultar em economia suficientemente grande a partir de um novo plano.

[054] Outras razões pelas quais uma viagem pode ser replanejada incluem diretivos provenientes de um local remoto, como, por exemplo, um despacho, e/ou uma solicitação de alteração pelo operador nos objetivos a serem consistentes com os objetivos de planejamento de movimento global. Os objetivos de planejamento de movimento global podem incluir, mas não se limitam a outras escalas, permitindo a dissipação de escapamento de um túnel, as operações de manutenção, etc. Outra razão pode ser devido a uma degradação a bordo de um componente. As estratégias para replanejar podem ser agrupadas em ajustes incrementais ou principais, dependendo da gravidade da interrupção, conforme comentado mais detalhadamente abaixo. Em geral, um “novo” plano pode ser derivado de uma solução para a equação (OP) da questão de otimização descrita acima, mas frequentemente podem ser encontradas soluções próximas mais rápidas, conforme aqui descrito. Em operação, a locomotiva 42 irá continuamente monitorar a, eficiência e do sistema e atualizar continuamente o plano de viagem com base na eficiência atual medida, sempre que tal atualização aperfeiçoar o desempenho da viagem. As computações de replanejamento podem ser realizadas inteiramente dentro da(s) locomotiva(s) ou completa ou parcialmente movidas para um local remoto, como, por exemplo, um despacho ou instalações de processamento à beira da estrada em que é usada a tecnologia sem fio para comunicar os planos para a locomotiva 42. Em uma realização, o sistema otimizador de viagem pode também gerar tendências de eficiência que podem ser usadas para desenvolver os dados da frota de locomotiva com relação às funções de transferência de eficiência. Os dados amplos de frota podem ser usados ao determinar o plano de viagem inicial, e podem ser usados para compensação da otimização de rede ampla ao considerar os locais de uma pluralidade de trens. Por exemplo, o combustível de tempo de viagem usa a curva de compensação do uso de combustível de tempo de viagem, conforme ilustrado na Figura 8, como comentado em detalhes abaixo, reflete uma capacidade de um trem em uma rota específica em um tempo corrente, atualizada das médias em conjunto coletadas para muitos trens similares na mesma rota. Portanto, uma instalação de despacho central que coleta curvas do tipo da figura 8 de muitas locomotivas pode usar essa informação para melhor coordenar os movimentos gerais do trem para alcançar uma vantagem ampla de sistema no uso de combustível ou produtividade operacional. Conforme descrito acima, técnicos no assunto irão reconhecer que podem ser usados vários tipos de combustível, como, por exemplo, mas não limitado ao combustível diesel, combustíveis marítimos pesados, óleo de palma, biodiesel, etc.

[055] Além disso, conforme ilustrado acima, técnicos no assunto irão reconhecer que podem ser usados vários dispositivos de armazenamento de energia. Por exemplo, a quantidade de energia retirada de uma fonte específica, como, por exemplo, um motor a diesel e baterias, poderiam ser otimizados de maneira que seja obtida a eficiência máxima de combustível / emissão, que pode ser uma função objetiva. Como ilustração adicional, vamos supor que a demanda de energia seja 2000 cavalos força (HP), em que as baterias podem suprir 1500 HP e o motor podem suprir 4400 HP. O ponto ótimo pode ser quando as baterias estão suprindo 1200 HP e o motor está suprindo 200 HP.

[056] Similarmente, a quantidade de energia pode também se basear na quantidade de energia armazenada e na necessidade de energia no futuro. Por exemplo, se houver uma demanda alta de energia, a bateria pode ser descarregada em uma taxa inferior. Por exemplo, se forem armazenados 1000 cavalos-força-hora (HP hora) na bateria e a demanda for de 4400 HP para as próximas 2 horas, pode ser ótimo descarregar a bateria em 800 HP para a próxima 1,25m e obter 3600 HP do motor para essa duração.

[057] Muitas ocorrências nas operações diárias podem conduzir a uma necessidade de gerar ou modificar um plano de execução correntemente, em que seja desejado manter os mesmos objetivos de viagem, por exemplo, quando um trem não está no horário para um encontro planejado ou passar com outro trem e precisa fazer hora. Usando a velocidade, a energia e o local atuais, da locomotiva, é feita uma comparação entre um tempo de chegada planejado e o tempo de chegada (previsto) estimado correntemente 25. Com base em uma diferença nos tempos, bem como nas diferenças nos parâmetros (detectados ou alterados pelo despacho ou pelo operador), o plano é ajustado 26. Esse ajuste pode ser feito automaticamente de acordo com a vontade de uma companhia de estrada de ferro para saber como lidar com tais partidas do plano, ou podem ser propostas alternativas manualmente para o operador a bordo e despachante para decidirem conjuntamente a melhor maneira de retornar ao plano. Sempre que um plano é atualizado, no caso em que os objetivos originais (como, por exemplo, mas não se limitando ao tempo de chegada) permanecem os mesmos, as alterações adicionais podem ser fatoradas simultaneamente, por exemplo, novas alterações do limite de velocidade futura, que podem alterar a viabilidade de sempre recuperar o plano original. Em tais exemplos, se não puder ser mantido o plano e viagem original, ou, em outras palavras, o trem não puder atender os objetivos do plano de viagem original, conforme aqui comentado, podem ser apresentados outros planos de viagem para o operador e/ou para a instalação remota, ou despacho.

[058] Pode também ser feito um replanejamento 24, ou um ajuste para um plano 26, conforme ilustrado na Figura 1, quando desejado para alterar os objetivos originais. Tal replanejamento pode ser feito nos tempos pré- planejados fixos, manualmente a critério do operador ou despachante, ou de maneira autônoma quando forem excedidos os limites predefinidos como, por exemplo, os limites de operação do trem. Por exemplo, se a execução do plano corrente estiver funcionando atrasado por mais de um limite especificado, como, por exemplo, trinta minutos, a realização da presente invenção pode replanejar a viagem para acomodar o retardo à custa do aumento do uso de combustível, conforme descrito acima, ou alertar o operador e o despachante qual o tempo disponível (por exemplo, qual o tempo mínimo para ir e o combustível máximo que pode ser economizado dentro de uma restrição de tempo). Podem ser considerados outros gatilhos para replanejar com base no consumo de combustível ou na saúde da composição de energia, incluindo, mas não se limitando ao tempo de chegada, a perda de cavalos-força devido à degradação do equipamento (como, por exemplo, operando quente demais ou frio demais), e/ou detecção de erros de planejamento gerais, como, por exemplo, na carga de trem presumida. Isto é, se a alteração refletir dano no desempenho da locomotiva para a viagem corrente, os mesmos podem ser fatorados para os modelos e/ou equações usadas na otimização.

[059] As alterações nos objetivos do plano podem também surgir da necessidade de coordenar as ocorrências em que o plano para um trem compromete a habilidade de outro trem de satisfazer os objetivos e a decisão em um nível diferente, por exemplo, o escritório de despacho, se requerido. Por exemplo, a coordenação dos encontros e as passagens podem ser também otimizadas através das comunicações de trem para trem. Assim, por exemplo, se um trem sabe que está atrás da escalação para alcançar uma locomotiva para um encontro e/ou passagem, as comunicações do outro trem podem notificar o trem atrasado (e/ou despachar). O operador pode então inserir a informação do atraso no sistema otimizador de viagem, em que o sistema irá recalcular o plano de viagem do trem.

[060] O sistema otimizador de viagem pode também ser usado em um nível alto, ou nível de rede, para permitir um despacho para determinar qual o trem que deve diminuir a velocidade ou acelerar se for o caso de uma restrição de programação de encontro / passagem não puder ser atendida. Conforme aqui comentado, isso é realizado pelos trens que transmitem dados no despacho para priorizar de que maneira cada trem deve alterar seu objetivo de planejamento. Uma escolha pode ser baseada na escalação, nos benefícios da economia de combustível e/ou na saída de emissão, dependendo da situação.

[061] Portanto, conforme aqui explicado, pode ser realizado um replanejamento 24, ou um ajuste para um plano 26, conforme ilustrado na Figura 1, independente do despacho ou coordenado com o despacho. Além disso, conforme aqui descrito, pode ser iniciado um replanejamento, em todo ou em parte, com base na informação recebida no sistema energizado do despacho ou na informação originada de outras fontes, como, por exemplo, mas não se restringindo a outro sistema energizado que passe próximo e/ou um dispositivo ou equipamento a beira da estrada.

[062] Com relação a um trem 31, um exemplo se refere a uma situação em que o despacho 60 determina que o operador de trem tenha inserido uma informação incorreta para otimizar um plano de missão. Nesse exemplo, quando a informação é inserida pelo operador, como, por exemplo, mas não se limitando a, um plano de controle e/ou monitor 68, para gerar um plano de viagem otimizado, a informação é transmitida para o despacho 60, que está distante do trem. É usado um sistema de comunicação com fio e/ou sem fio 47 para se comunicar com o despacho 60. O despacho verifica a informação. O despacho pode ser individual em um local remoto ou um sistema remoto tendo um processador que possa determinar se a informação fornecida é correta para a missão pretendida. Se a informação for correta, o plano de viagem / missão originalmente gerado usando a informação incorreta pode ser ajustado, replanejado ou revisto de outro modo usando informação nova, correta e/ou corrigida (informação atualizada coletivamente). A fonte dessa segunda informação pode ser proveniente do despacho e/ou de qualquer outro sistema que possa fornecer atualizações de informação para o trem. A verificação e, se requerido, o replanejamento, pode ocorrer antes do início da missão, e/ou enquanto a missão é processada.

[063] As alterações para o plano de missão otimizado podem também ser feitas quando a informação atualizada tem uma direção na missão implementada correntemente. Um exemplo de quando tal informação atualizada pode ser usada inclui, mas não se limita a, quando o trem está executando de maneira diferente daquela contemplada com um plano de missão corrente, por exemplo, o desempenho do trem degrada em algum ponto ao mesmo tempo em que é seguido um plano de missão original. A alteração no desempenho pode ser também atribuída à capacidade de operação degradada de uma infraestrutura de trilho (ou infraestrutura de rota), alteração da tripulação, intervalo, se o operador decidir operar o trem manualmente e então retornar ao controle para operação autônoma, etc. Em outro exemplo, a informação atualizada é recebida de pelo menos um de outro trem, como, por exemplo, através da comunicação entre trem, de um dispositivo à beira da estrada, e/ou de outra fonte localizada. Quando a informação está sendo transferida de trem para trem, quando o trem de transmissão tenha necessitado da informação. Essa informação pode incluir, mas não se restringe a, informação informada com base no trilho que o trem de transmissão tenha atravessado recentemente e/ou informação retransmitida para o trem de transmissão quando estava em comunicação com o despacho para transmitir para outros trens que não possam se comunicar com o despacho devido a uma interrupção de comunicação. Em ainda outro exemplo, tal informação atualizada pode incluir uma alteração no objetivo da missão, por exemplo, o trem é reclassificado a partir de um nível de prioridade alta para um nível de prioridade baixa. Em que o trem está operando com outros trens (como, por exemplo, mas não limitado a, trilhos de múltiplas seções em uma rede de interseção da estrada de ferro) a informação atualizada pode proporcionar otimização adicional da missão particular do trem para assegurar que todos os trens que usam a mesma rede de estradas de ferro sejam operados com segurança e em que sejam realizados os retardos prolongados para qualquer trem, como, por exemplo, tendo que esperar muito tempo em um local de encontro e de passagem.

[064] O replanejamento pode ser realizado a bordo do trem, mesmo quando o despacho não está ciente da informação que leva à ocorrência do replanejamento. Em tal situação, o despacho é subsequentemente informado do replanejamento.

[065] Para qualquer replanejamento iniciado manual ou automaticamente, as realizações da presente invenção podem apresentar para o operador mais de um plano de viagem / missão. Em uma realização, o sistema otimizador apresenta perfis diferentes para o operador, permitindo que o operador selecione o tempo de chegada e compreenda o impacto de combustível e/ou emissão correspondente. Tal informação pode ser também fornecida para o despacho para consideração similar, ou como uma lista simples de alternativas ou uma pluralidade de curvas de compensação conforme ilustrado na Figura 4.

[066] O sistema otimizador de viagem pode ser informado e adaptado para alterações chaves no trem e na composição de energia, que podem ser incorporadas ou no plano atual e/ou nos planos futuros. Por exemplo, um dos disparadores comentados acima é perda de cavalo força. Ao construir cavalo força ao longo do tempo, ou após uma perda de cavalo força ou ao iniciar uma viagem, é utilizada lógica de transição para determinar quando o cavalo força desejado é alcançado. Essa informação pode ser armazenada na base de dados da locomotiva 61 para ser usada na otimização ou das viagens futuras ou na viagem atual na eventualidade de uma nova perda de cavalo força.

[067] Do mesmo modo, em um modo similar em que estão disponíveis múltiplos impulsos, cada impulso pode precisar ser controlado de maneira independente. Por exemplo, uma embarcação marítima pode ter muitos elementos de produção de força, ou impulsos, como, por exemplo, mas não limitado aos propulsores. Cada propulsor pode precisar ser controlado de maneira independente para produzir a saída ótima. Portanto, utilizando a transição lógica, o sistema otimizador de viagem pode determinar qual propulsor deve operar com base no que foi aprendido anteriormente e pela adaptação para as alterações chaves na operação da embarcação marítima. Conforme observado acima, a Figura 3 descreve vários elementos que podem ser parte de um sistema otimizador de viagem, de acordo com uma realização da invenção. É proporcionado um elemento locador 30 para determinar um local do trem 31. O elemento locador 30 pode ser um sensor GPS, ou um sistema de sensores, que determine um local do trem 31. Exemplos de tais outros sistemas incluem, mas não se limitam a, dispositivos à beira da estrada, como, por exemplo, identificadores de identificação de equipamento automático de frequência de rádio (RF AEI), despacho e/ou determinação de vídeo. Outro sistema pode incluir o(s) tacômetro(s) a bordo de uma locomotiva e as distâncias calculadas a partir de um ponto de referência. Conforme comentado anteriormente, pode ser também proporcionado um sistema de comunicação sem fio 47 para permitir as comunicações entre os trens e/ou com um local remoto, como, por exemplo, o despacho 60. A informação sobre o local de viagem pode ser também transferida de outros trens.

[068] É também proporcionado o elemento de caracterização de trilho 33, que fornece informação sobre um trilho, principalmente grau e elevação e informação de curvatura. O elemento de caracterização de trilho 33 pode incluir a bordo uma base de dados da integridade do trilho 36. Os sensores 38 são usados para medir um esforço de tração 40 sendo arrastada pela locomotiva 42, o ajuste regulador da composição de locomotiva 42, a informação da configuração da composição de locomotiva 42, a velocidade da composição de locomotiva 42, a configuração individual da locomotiva, a capacidade individual da locomotiva, etc. Em uma realização, a informação da configuração da composição de locomotiva 42 pode ser carregada sem usar um sensor 38, mas é inserida de outras maneiras, conforme comentado acima. Além disso, pode ser também considerada a saúde das locomotivas na composição. Por exemplo, se uma locomotiva na composição não puder operar acima de um nível de encaixe de energia 5, essa informação é usada ao otimizar o plano de viagem.

[069] A informação proveniente de um elemento locador pode também ser usada para determinar um tempo de chegada apropriado do trem 31. Por exemplo, se houve um trem 31 se movendo ao longo de um trilho 34 em direção a um destino e não houver nenhum trem seguindo atrás do mesmo, e o trem não tiver nenhum prazo fixo de chegada para seguir, o elemento locador, incluindo, mas não limitado a, identificadores RF AEI, despacho, e/ou determinação de vídeo, pode ser usado para aferir o local exato do trem 31. Além disso, as inserções a partir desses sistemas de sinalização podem ser usadas para ajustar a velocidade do trem. Usando a base de dados de trilho a bordo, comentada abaixo, e o elemento locador, como, por exemplo, um GPS, o sistema otimizador de viagem pode ajustar a interface com o operador para refletir o estado do sistema de sinalização no local determinado da locomotiva. Em uma situação em que os estados de sinal devem indicar as velocidades restritivas antecipadamente, o planejador pode decidir diminuir a velocidade do trem para preservar o consumo de combustível.

[070] A informação proveniente do elemento locador 30 pode ser também usada para alterar os objetivos do planejamento como uma função de distância ou de destino. Por exemplo, devido às incertezas inevitáveis sobre o congestionamento ao longo da rota, podem ser empregados objetivos de tempo “mais rápido” na parte inicial de uma rota como uma salvaguarda contra atrasos que estatisticamente ocorrem posteriormente. Se em uma determinada viagem não ocorrer esse atraso, podem ser modificados os objetivos em uma parte posterior da viagem para explorar o tempo de inatividade de construção que foi acumulado anteriormente, e, por meio disso, recuperar parte da eficiência do combustível. Pode ser invocada uma estratégia similar com relação às emissões dos objetivos restritivos, por exemplo, a aproximação de uma área urbana.

[071] Em um exemplo da estratégia de retenção, se for planejada uma viagem de Nova York para Chicago, o sistema pode ter uma opção de operar o trem em uma velocidade mais baixa ou no começo da viagem ou no meio da viagem. Em uma realização, o sistema otimizador de viagem otimiza o plano de viagem para permitir operação de diminuição da velocidade no final da viagem uma vez que as restrições não conhecidas, como, por exemplo, mas não limitado às condições do estado atmosférico e a manutenção do trilho, podem desenvolver e se tomarem conhecidas durante a viagem. Outra consideração, se as áreas tradicionalmente congestionadas forem conhecidas, o plano é desenvolvido com uma opção para ter mais flexibilidade ao redor dessas regiões tradicionalmente congestionadas. Portanto, o sistema otimizador de viagem pode também considerar a ponderação / penalidade como uma função de tempo / distância para o futuro e/ou com base em experiência conhecida / passada. A qualquer momento durante a viagem, o planejamento e o replanejamento podem considerar as condições do estado atmosférico, as condições do trilho, outros trens no trilho, etc., em que o plano de viagem é adequadamente ajustado.

[072] A Figura 3 também descreve outros elementos que podem ser parte do sistema otimizador de viagem 12. O sistema otimizador de viagem 12 é configurado para computar um plano de viagem otimizado para o trem 31 com base nos parâmetros que envolvem a locomotiva 42, o trem 31, o trilho 34, e os objetivos da missão acima descritos. O sistema otimizador de viagem compreende um processador 44 que é operável para receber informações do elemento locador 30, do elemento de caracterização de trilho 33, e dos sensores 38. (O processador 44 pode ser uma unidade de controle de propósito geral no trem ou específico para o sistema otimizador de viagem 12). Um algoritmo 46 (programa de computador) opera dentro do processador 44 para implementar determinados elementos funcionais do sistema otimizador de viagem. Em uma realização, o plano de viagem é estabelecido com base nos modelos para comportamento de trem à medida que o trem 31 se move ao longo do trilho 34 como uma solução as equações diferenciais não lineares derivadas das propriedades físicas com as suposições de simplificação que são proporcionadas no algoritmo. O sistema otimizador de viagem 12 tem acesso à informação do elemento locador 30, do elemento de caracterização de trilho 33, e/ou dos sensores 38 para criar um plano de viagem que minimize (ou pelo menos reduza) o consumo de combustível de uma composição de locomotiva 42, que minimize (ou pelo menos reduza) as emissões de uma composição de locomotiva 42, estabeleça um tempo de viagem desejado, assegurar tempo de operação da tripulação apropriado a bordo da composição de locomotiva 42, e/ou otimizar de outro modo um parâmetro de operação do trem ou de outro veículo. Em uma realização, é também proporcionado um elemento controlador 51 (e/ou outro acionador ou operador). Conforme aqui comentado, o elemento controlador 51 é usado para controlar o trem à medida que o mesmo segue o plano de viagem. Em uma realização adicionalmente aqui comentada, o elemento controlador 51 decide automaticamente a operação do trem. Em outra realização, o operador pode ser envolvido com o direcionamento do trem para seguir o plano de viagem.

[073] Uma característica de uma realização do sistema otimizador de viagem é a habilidade de criar inicialmente e modificar rapidamente “em tempo real” qualquer plano que esteja sendo executado. Isso inclui a criação do plano inicial quando está envolvida uma longa distância, devido à complexidade do algoritmo de otimização do plano. Quando uma extensão total de um perfil de viagem excede uma determinada distância, pode ser usado um algoritmo 46 para segmentar a missão, em que a missão pode ser dividida pelos pontos do trajeto. Apesar de ser comentado apenas um único algoritmo 46, técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que pode ser usado mais de um algoritmo (e/ou que pode um mesmo algoritmo pode ser executado várias vezes) em que os algoritmos podem ser conectados juntos. Os pontos de trajeto podem incluir locais naturais em que o trem 31 para, como, por exemplo, mas não se limitando a desvios em que está programado a ocorrência de um encontro com o tráfego oposto (ou passar com um trem atrás do trem atual) em uma estrada de ferro com um único trilho, ou desvios de pátios ou de indústrias em que os carros devam ser coletados e postos a caminho, e os locais de trabalho planejados. Em tais pontos de trajeto, pode ser requerido que o trem 31 esteja no local em um tempo programado e seja parado ou se mova com velocidade em uma variação especificada. O tempo de duração da chegada para a partida nos pontos do trajeto é chamada “tempo de permanência”.

[074] Em uma realização, o sistema otimizador de viagem é capaz de fracionar uma viagem mais longa em segmentos menores em uma maneira sistemática especial. Cada segmento pode ser de algum modo arbitrário em extensão, mas é tipicamente selecionado em um local natural como, por exemplo, uma parada ou restrição significativa de velocidade, ou em marcos que definem as conexões com outras rotas. Devido à divisão, ou segmento, selecionado dessa maneira, é criado um perfil de acionamento para cada segmento de trilho como uma função do tempo de viagem tomado como uma variável independente, como, por exemplo, ilustrado na Figura 4. A compensação do combustível usado / tempo de viagem associada a cada segmento pode ser computada antes do trem 31 alcançar aquele segmento de trilho. Pode ser criado um plano de viagem total a partir dos perfis de acionamento criados para cada segmento. A realização da invenção distribui tempos de viagem entre todos os segmentos da viagem em uma maneira ótima de modo que o tempo total de viagem requerido seja atendido e o consumo total de combustível em todos os segmentos seja o menor possível. Uma viagem de três segmentos está descrita na Figura 6 e comentada abaixo. Contudo, técnicos no assunto irão reconhecer que apesar dos segmentos serem comentados, o plano e viagem pode compreender um único segmento que representa a viagem completa.

[075] A Figura 4 descreve uma realização de uma curva 50 de uso de combustível / tempo de viagem. Conforme anteriormente mencionado, tal curva 50 é criada ao calcular um perfil de viagem ótimo para vários tempos de viagem para cada segmento. Isto é, para um determinado tempo e viagem 49, o combustível usado 53 é o resultado de um perfil de acionamento detalhado computado conforme descrito acima. Uma vez que sejam alocados tempos de viagem para cada segmento, é determinado um plano de energia / velocidade para cada segmento a partir das soluções anteriormente computadas. Se houver quaisquer restrições de ponto de tráfego na velocidade entre os segmentos, como, por exemplo, mas não limitado à alteração em um limite de velocidade, as mesmas são equiparadas durante a criação do perfil de viagem ótimo. Se as restrições de velocidade alterar em apenas um único segmento, a curva de uso de combustível / tempo de viagem 50 deve ser re- computado para apenas o segmento alterado. Isso reduz o tempo para ter que recalcular mais partes, ou segmentos, da viagem. Se a composição de locomotiva ou do trem alterar significativamente ao longo da rota, por exemplo, da perda de uma locomotiva ou aceleração ou partida dos carros, então os perfis de acionamento para todos os segmentos subsequentes devem ser re- computados, criando, assim, novos exemplos da curva 50. Essas novas curvas 50 serão então usadas juntamente com novos objetivos de escala para planejar a viagem remanescente.

[076] Uma vez que seja criado um plano de viagem conforme comentado acima, é usada uma trajetória de velocidade e de energia versus distância para alcançar um destino com o uso de combustível mínimo e/ou emissões no tempo de viagem requerido. Há várias maneiras para executar o plano de viagem. Conforme fornecido abaixo em maiores detalhes, em uma realização, quando em um modo de “treinamento” do operador, a informação é exibida para o operador para que o operador siga para alcançar a energia requerida e a velocidade determinada de acordo com o plano de viagem ótimo. Nesse modo, a informação de operação inclui as condições de operação sugeridas que devem ser usadas pelo operador. Em outra realização, a aceleração e a manutenção de uma velocidade constante são executadas de maneira autônoma. Contudo, quando a velocidade do trem 31 deve ser diminuída, o operador é responsável pela aplicação de um sistema de frenagem 52. Em outra realização, os comandos para energização e frenagem são fornecidos conforme requerido para seguir o caminho da velocidade - distância desejada.

[077] São usadas estratégias de controle de realimentação para fornecer correções para a sequência de controle de energia no perfil para corrigir eventualidades, como, por exemplo, mas não limitado às variações de carga do trem ocasionadas pela flutuação dos ventos frontais de e/ou dos ventos de cauda. Outro erro desse tipo pode ser ocasionado por um erro nos parâmetros do trem, como, por exemplo, mas não limitado à massa e/ou arrasto do trem, quando comparado às suposições no plano de viagem otimizado. Pode ocorrer um terceiro tipo de erro com informação contida na base de dados do trilho 36. Outro possível erro pode envolver diferenças de desempenho não modeladas devido ao motor da locomotiva, a redução da capacidade térmica do motor de tração, e/ou outros fatores. As estratégias de controle de realimentação comparam a velocidade atual como uma função da posição para a velocidade no perfil ótimo desejado. Com base na diferença, é adicionada uma correção no perfil de energia ótimo para acionar a velocidade atual em direção ao perfil ótimo. Para assegurar regulagem estável, pode ser fornecido um algoritmo de compensação que filtra as velocidades de realimentação para as correções de energia de maneira que seja assegurada a estabilidade do desempenho fechado. A compensação pode incluir compensação dinâmica padrão conforme usada por técnicos no assunto do projeto de sistema de controle para atender os objetivos de desempenho.

[078] O sistema otimizador de viagem fornece os meios mais simples e, portanto, mais rápidos para acomodar as alterações nos objetivos da viagem, que é a regra, e não a exceção nas operações da estrada de ferro. Em uma realização, para determinar a viagem ótima de combustível do ponto “A” para o ponto “B” em que há paradas ao longo do caminho, e para atualizar a viagem para o remanescente da viagem uma vez que a viagem tenha começado, pode ser usado um método de decomposição sub-ótimo para encontrar um perfil de viagem ótimo. Usando os métodos de modelagem, o método de compensação pode encontrar o plano de viagem com o tempo de viagem especificado e as velocidades inicial e final, de maneira a satisfazer todos os limites de velocidade e as restrições da capacidade da locomotiva quando há paradas. Apesar do comentário que se segue estar direcionado para a otimização do uso de combustível, o mesmo pode ser também aplicado para otimizar outros fatores, como, por exemplo, mas não limitado às emissões, escalação, conforto da tripulação, e impacto de carga. O método pode ser usado no início no desenvolvimento de um plano de viagem, e, principalmente, para adaptar as alterações nos objetivos após o início de uma viagem.

[079] Conforme comentado acima, as realizações da presente invenção podem empregar um planejamento conforme ilustrado no fluxograma ilustrativo descrito na Figura 5, e um de três segmentos descrito em detalhes na Figura 6. Conforme ilustrado, a viagem pode ser fracionada em dois ou mais segmentos, T1, T2 e T3. (Conforme observado acima é possível considerar q viagem como um segmento único). Conforme aqui comentado, os limites do segmento podem não resultar em segmentos iguais. Em vez disso, o segmento pode usar limites naturais ou específicos de missão. Os planos de viagem ótimos são pré-computados para cada segmento. Se o uso de combustível versus tempo de viagem for o objetivo de viagem a ser alcançado, são construídos combustíveis versus curvas de tempo de viagem para cada segmento. Conforme aqui comentado, as curvas podem ser baseadas em outros fatores, em que os fatores são os objetivos a serem alcançados com um plano de viagem. Quando o tempo de viagem é o parâmetro sendo determinado, o tempo de viagem para cada segmento é computado ao mesmo tempo em que satisfaz as restrições de tempo de viagem totais. A Figura 6 ilustra os limites de velocidade 97 para uma viagem de 200 milhas (321.9 quilômetros) de três segmentos. Também estão ilustradas as alterações de grau 98 durante a viagem de 200 milhas (321.9 quilômetros). É também ilustrado um gráfico combinado 99 ilustrando as curvas para cada segmento da viagem do combustível usado durante o tempo de viagem.

[080] Usando o planejamento de controle ótimo anteriormente descrito e os métodos de computação aqui descritos, o sistema otimizador de viagem pode gerar o plano de viagem com tempo de viagem especificado e velocidades finais, de maneira a satisfazer todos os limites de velocidade e as restrições da capacidade da locomotiva quando há paradas. Apesar do comentário detalhado que se segue ser direcionado ao uso de combustível otimizado, o mesmo pode ser também aplicado para otimizar outros fatores conforme aqui comentado, como, por exemplo, mas não se limitando às emissões. Uma flexibilidade chave é acomodar o tempo de permanecia desejado nas paradas e considerar as restrições na chegada e partida antecipadas em um local como requerido, por exemplo, nas operações de trilho único em que o tempo para estar na ou obter por um desvio seja crítico.

[081] As realizações da presente invenção uma viagem ótima de combustível da distância D0 para DM, percorrida no tempo T, com M-1 de paradas intermediárias em D1,..., DM-1 e com os tempos de chegada e de partida nessas paradas restritos por:

em que

são a chegada, a partida, e o tempo mínimo de parada na primeira parada, respectivamente. Presumindo que o combustível ótimo implica na minimização do tempo de parada, portanto

qUe elimina a segunda desigualdade acima. Supondo que para cada i=1,...,M, a viagem de ótima de combustível de DM a Di para o tempo de viagem t, Tmin(i) ≤ t ≤ Tmax(i), é conhecido. Permitindo que Fi(t) seja o uso de combustível correspondente a essa viagem. Se o tempo de viagem de Dj-i para Dj for indicado como Tj, então o tempo de chegada em Di é fornecido por:

em que

é definido como zero. A viagem ótima de combustível de Do para DM para o tempo de viagem T é então obtido encontrando Ti, i=1 ,...,M, que minimiza

[082] Uma vez que a viagem esteja em andamento, a preocupação é re-determinar a solução ótima de combustível para o remanescente de uma viagem (originalmente de DO para DM no tempo de viagem T) à medida que a viagem é transcorrida, mas em que os distúrbios impedem a solução ótima de combustível. Permitindo que a distância vigente e a velocidade sejam x e v, respectivamente, em que Di-1< x ≤ Di Ainda, permitindo que o tempo vigente desde o início da viagem seja tact. Então a solução ótima de combustível para o remanescente da viagem de x a DM, que retém o tempo de chegada original em DM, é obtida encontrando

qUe minimiza

Aqui,

é o combustível usado da viagem ótima de x a Di, percorrida no tempo t, com a velocidade inicial em x de v.

[083] Conforme comentado acima, uma maneira para possibilitar um replanejamento mais eficiente é construir uma solução ótima para uma viagem de parada a parada a partir dos segmentos divididos. Para a viagem de DM a Di com o tempo de viagem Ti, deve ser escolhido um conjunto de pontos intermediários Dij, j = 1,...,Ni-1 Deixar Di-1.e DiNi= Di Então o uso decombustível para a viagem ótima de Di-1 a Di como

em que fij (t,vi,j-1, Vij) é o uso de combustível para a viagem ótima de Di,j-1 a Dij percorrida no tempo t, com velocidades inicial e final de Vi,j-1 e Vij. Além disso tj é o tempo na viagem ótima correspondente à distância Dij. Por definição tiNi – ti0 = Ti- Uma vez que o trem é parado em Di0 e DiN, vi0 = ViN= 0

[084] As expressões acima possibilitam que a função Fi(t) seja alternativamente determinada pela primeira determinação das funções fij(.),1≤ j ≤ Ni então encontrando

e Vij, 1 ≤ j ≤ Ni que minimiza

[085] Escolhendo Dij (por exemplo, como as restrições de velocidade ou pontos de encontro), vmax (i,j) – vmin (i,j) ser minimizado, minimizando, assim, o domínio sobre o qual fij() precisa ser conhecido.

[086] Com base na divisão acima, uma abordagem de replanejamento sub-ótimo mais simples do que a descrita acima é restringir o replanejamento para os tempos quando o trem nos pontos de distância Dij,1 ≤ i ≤ M,1 ≤ j ≤ Ni‘ No ponto Dij, a nova viagem otima de Dij a DM pode ser determinada encontrando

e

que minimiza

sujeito a

[087] Uma simplificação adicional é obtida pelo aguardo da re- computação de Tm,i < m ≤ M até que seja alcançado o pondo de distância Di. Dessa maneira, nos pontos Dij entre DM e Di, a minimização acima precisa apenas ser realizada sobre Tik, j< k ≤ Ni, vik,j <k < Ni é aumentada conforme necessário para acomodar qualquer tempo de viagem atual mais longo do que planejado de Di-1 a Dij. Esse aumento é compensado posteriormente, se possível, pela re-computação de Tm,i <m ≤ M no p0nt0 de distância Di.

[088] Com relação à configuração de circuito fechado descrita acima, o total de energia de entrada requerida para mover um trem 31 do ponto A para o ponto B consiste da soma de quatro componentes, especificamente, a diferença na energia cinética entre os pontos A e B; a diferença na energia potencial entre os pontos A e B; a perda de energia devido à fricção e outras perdas arrasto, e a energia dissipada pela aplicação dos freios. Presumindo que as velocidades inicial e final seja igual (por exemplo, fixa), o primeiro componente é zero. Além disso, o segundo componente é independente da estratégia de acionamento. Portanto, é suficiente para minimizar a soma dos dois últimos componentes.

[089] O seguimento de um perfil de velocidade constante minimiza a perda de arrasto. O seguimento de um perfil de velocidade constante também minimiza a entrada de energia total quando não é preciso frenagem para manter a velocidade constante. Contudo, se for requerida a frenagem para manter a velocidade constante, a aplicação da frenagem apenas para manter velocidade constante irá provavelmente aumentar a energia total requerida devido à necessidade de prover a energia dissipada pelos freios. Existe uma possibilidade de que alguma frenagem possa realmente reduzir o uso total de energia se a perda de freio adicional for maior do que o deslocamento pela diminuição resultante na perda de arrasto ocasionada pela frenagem, pela redução da variação da velocidade.

[090] Após o término de um replanejamento de uma coleção de eventos descritos acima, o novo encaixe ótimo / plano de velocidade pode ser seguido usando o controle de circuito fechado aqui descrito. Contudo, em algumas situações, pode não haver tempo suficiente para realizar o planejamento decomposto do segmento acima descrito, e particularmente quando há restrições de velocidade críticas que devam ser respeitadas, é preciso uma alternativa. As realizações da presente invenção realizam isso com um algoritmo referido como “controle de cruzeiro inteligente”. O algoritmo de controle de cruzeiro inteligente é uma maneira eficiente de gerar, no volante, uma prescrição sub-ótima de eficiência de energia (portanto, eficiência de combustível) para acionar o trem 31 sobre um terreno conhecido. Esse algoritmo presume conhecimento da posição do trem 31 ao longo do trilho 34 em todos os momentos, bem como conhecimento do grau e curvatura do trilho versus posição. O método confia em um modelo ponto-massa para o movimento do trem 31, cujos parâmetros podem ser avaliados de maneira adaptável nas medições em linha do movimento do trem conforme descrito anteriormente.

[091] O algoritmo de controle de cruzeiro inteligente tem três componentes principais, especificamente, um perfil de limite de velocidade modificado que serve como um guia de energia eficiente (e/ou emissões eficientes ou qualquer outra função objetiva) ao redor das reduções do limite de velocidade; um regulador ideal ou um perfil de ajuste de freio dinâmico que tenta equilibrar entre a variação de minimização de velocidade e a frenagem; e um mecanismo para combinar os últimos dois componentes para produzir um comando de encaixe, empregando um circuito de realimentação de velocidade para compensar os desacordos dos parâmetros modelados ao comparar com os parâmetros reais. O controle de cruzeiro inteligente pode acomodar estratégias nas realizações da presente invenção que não faz frenagem ativa (por exemplo, o acionador é sinalizado e presumido para proporcionar a frenagem exigida) ou uma variante que faz frenagem ativa.

[092] Com relação ao algoritmo de controle de cruzeiro que não controla a frenagem dinâmica, os quatro componentes são um perfil de limite de velocidade modificado que serve como um guia de eficiência de energia em torno das reduções de limite de velocidade, deve ser aplicado um sinal de notificação direcionado para notificar o operador ao frear, um perfil regulador ideal que tenta equilibrar entre minimizar as variações de velocidade e notificar o operador para aplicar frenagem, um mecanismo que emprega um circuito de realimentação para compensar os de acordos dos parâmetros do modelo para parâmetros reais.

[093] As realizações do sistema otimizador de viagem também incluem uma abordagem para identificar valores de parâmetro chaves do trem 31. Por exemplo, com relação à estimativa da massa de trem, um filtro Kalman e pode ser utilizada uma abordagem de quadrados mínimos recursivos para detectar erros que podem se desenvolver com o tempo.

[094] A Figura 7 é um diagrama esquemático, ilustrando o fluxo de informação entre os elementos, de uma realização do sistema otimizador de viagem. Conforme comentado anteriormente, uma instalação remota, como, por exemplo, um despacho 60, pode fornecer informação. Conforme ilustrado, tal informação é fornecida para um elemento de controle executivo 62. Também fornecido para o elemento de controle executivo 62 é a informação proveniente de uma base de dados de modelagem de locomotiva 63 (“Modelos de Locomotiva”), informação de um trilho e/ou uma base de dados de segmento 36 (incluindo, por exemplo, acompanhar informação do trilho e informação de limite de velocidade, e avaliação de parâmetros de trem, como, por exemplo, mas não se limitando aos coeficientes de peso e de arrasto do trem), e tabelas de taxa de combustível de um avaliador de taxa de combustível 64. O elemento de controle executivo 62 supre informação para o sistema otimizador de viagem 12, que é descrito mais detalhadamente na Figura 1. Uma vez que o plano de viagem tenha sido calculado, o plano é suprido para um aconselhador de acionamento, acionador / operador, ou elemento controlador 51. O plano de viagem é também suprido para o elemento de controle executivo 62 de maneira que possa comparar a viagem quando são fornecidos outros dados novos.

[095] Conforme comentado acima, o elemento controlador 51 pode ajustar automaticamente uma energia de encaixe, ou um ajuste de encaixe pré-estabelecido ou uma energia de encaixe contínuo ótima. Além de suprir um comando de velocidade para o trem 31, é proporcionado um monitor 68 de maneira que o operador possa ver o que o planejador recomendou. O operador também tem acesso a um painel / estação de controle 69. Através do painel de controle 69 o operador pode decidir se aplica ou não o encaixe recomendado de energia. Com essa finalidade, o operador pode limitar uma energia alvo recomendada. Isto é, a qualquer momento o operador sempre tem autoridade final sobre qual ajuste de energia a composição de locomotiva irá operar. Isso inclui decidir se aplica ou não a frenagem se o plano de viagem recomendar a diminuição da velocidade do trem 31. Por exemplo, se operar em território escuro, ou em que a informação proveniente do equipamento a beira da estrada não possa transmitir eletronicamente informação para um trem e em vez disso operar sinais visuais de visualização do equipamento a beira da estrada, o operador insere comandos baseados nas informações contidas na base de dados de trilho e nos sinais visuais provenientes do equipamento a beira da estrada. Baseado no funcionamento do trem 31, a informação referente à medição de combustível é fornecida para o avaliador de taxa de combustível 64. Uma vez que a medição direta dos fluxos de combustível não é tipicamente disponível em uma composição de locomotiva, toda informação no consumo de combustível até agora dentro de uma viagem e projeções para planos ótimos seguintes futuros é realizada usando os modelos das características físicas como aqueles usados no desenvolvimento dos planos ótimos. Por exemplo, tais previsões podem incluir, mas não se limitam ao uso do cavalo força total e características de combustível conhecidas e características de emissões para derivar o combustível cumulativo usado e as emissões geradas.

[001] O trem 31 é também dotado de um elemento locador 30 como, por exemplo, um sensor GPS, conforme comentado acima. A informação é fornecida para o avaliador dos parâmetros do trem 65. Tal informação pode incluir, mas não se limita, aos dados dos sensores GPS, dados de tração / esforço de frenagem, dados de status de frenagem, e quaisquer alterações nos dados da velocidade. Com a informação referente à informação do grau e limite de velocidade, é suprida a informação dos coeficientes de peso e de arrasto para o elemento de controle executivo 62.

[096] As realizações da presente invenção podem também permitir o uso de energia variável contínua por todo o planejamento de otimização e implementação de controle de circuito fechado. Em uma locomotiva convencional, a energia é tipicamente quantizada para oito níveis discretos. As locomotivas modernas podem realizar variação contínua no cavalo força, que pode ser incorporado nos métodos de otimização anteriormente descritos. Com energia contínua, a locomotiva 42 pode também otimizar as condições de operação, por exemplo, pela minimização das cargas auxiliares e perdas de transmissão de energia, e regiões de cavalo força de sintonização fina de eficiência ótima, ou para os pontos de margens de emissões aumentadas, O exemplo inclui, mas não se limita à minimização das perdas do sistema de resfriamento, ao ajuste das voltagens alternadoras, ao ajuste das velocidades de motor, e redução do número de eixos de roda energizados. Ademais, a locomotiva 42 pode usar a base de dados de trilho a bordo 36 e as exigências de desempenho previstas para minimizar as cargas e as perdas de transmissão de energia para fornecer eficiência ótima para o consumo / emissões de combustível alvo. Os exemplos incluem, mas não se limitam a redução de um número de eixos de roda energizados em terreno plano e ao pré-resfriamento do motor da locomotiva antes de entrar em um túnel.

[097] As realizações do sistema otimizador de viagem podem também usar a base de dados de trilho a bordo 36 e o desempenho previsto para ajustar o desempenho da locomotiva, como, por exemplo, para assegurar que o trem tenha velocidade suficiente à medida que se aproxima de um morro e/ou de um túnel. Por exemplo, isso pode ser expresso como uma restrição de velocidade em um local específico que se toma parte da geração de plano ótima criada para solucionar a equação (OP). Adicionalmente, o sistema otimizador de viagem pode incorporar regras de manuseio de trem, como, por exemplo, mas não se limitando às taxas de inclinação de esforço de tração e às taxas de inclinação de esforço de frenagem. As mesmas podem ser diretamente incorporadas na formulação do perfil de viagem ótimo ou alternativamente incorporadas no regulador de circuito fechado usado para controlar a aplicação de energia para alcançar a velocidade alvo.

[098] Em uma realização, o sistema otimizador de viagem é apenas instalado em uma locomotiva guia da composição do trem. Apesar das realizações da presente invenção não dependerem de dados ou de interações com outras locomotivas, podem ser integradas com um gerenciador de composição, conforme ilustrado na Patente No. US 6,691,957 e na Patente No. US 7,021,588 (pertencentes ao Cessionário e incorporadas ao presente à guisa de referência), e/ou uma funcionalidade otimizadora de composição para aperfeiçoar a eficiência. Não é impedida a interação com múltiplos trens, conforme ilustrado pelo exemplo do despacho que arbitra dois trens “otimizados de maneira independente” aqui descritos.

[099] Os trens com os sistemas de energia distribuída podem ser operados em modos diferentes. Um modo é aquele em que todas as locomotivas no trem operam no mesmo comando de encaixe. Dessa maneira, se a locomotiva guia estiver comandando a rotação - N8, todas as unidades no trem serão comandadas para gerar a rotação - energia N8. Outro modo de operação é o controle “independente”. Nesse modo, as locomotivas ou conjuntos de locomotivas distribuídas por todo o trem podem ser operadas em energias automobilísticas de frenagem diferentes. Por exemplo, à medida que o trem alcança o cume de uma montanha, as locomotivas-guia (no declive abaixo da montanha) podem ser postas em frenagem, ao mesmo tempo em que as locomotivas no meio ou no fim do trem (no declive acima da montanha) podem estar em rotação. Isso é feito para minimizar as forças de tensão nos acopladores mecânicos que conectam os carros ferroviários e as locomotivas. Tradicionalmente, a operação do sistema de energia distribuída no modo “independente” requer que o operador comande manualmente cada locomotiva remota ou conjunto de locomotivas por via de um monitor na locomotiva guia. Usando das características físicas baseados no modelo de planejamento, a informação instituída no trem, a base de dados de trilho a bordo, as regras de operação a bordo, o sistema de determinação de local, controle de energia/freio de circuito fechado em tempo real, e a realimentação do sensor, o sistema pode operar automaticamente o sistema de energia distribuída no modo “independente”.

[0100] Ao operar na energia distribuída, o operador em uma locomotiva guia pode controlar as funções das locomotivas remotas nas composições remotas por via de um sistema de controle, como, por exemplo, o elemento de controle de energia distribuída. Portanto, ao operar na energia distribuída, o operador pode comandar cada composição de locomotiva para operar em um nível de energia de encaixe diferente (ou uma composição pode estar em movimento e outra pode estar em frenagem), em que cada locomotiva individual na composição de locomotiva opera na mesma energia de encaixe. Na realização, com o sistema otimizador de viagem instalado no trem e em comunicação com o elemento de controle de energia distribuída, quando o nível da energia de encaixe para uma composição de locomotiva remota é desejada conforme recomendado pelo plano de viagem otimizado, o sistema otimizador de viagem irá comunicar esse ajuste de energia para as composições de locomotiva remotas para implementação. Conforme comentado acima, o mesmo se aplica à frenagem.

[0101] As realizações da presente invenção podem ser usadas com as composições nas quais as locomotivas não são contiguas, por exemplo, com uma ou mais locomotivas na dianteira e outras no meio e/ou na parte traseira do trem. Tais configurações são chamadas de “energia distribuída”, em que a conexão padrão entre as locomotivas é substituída por ligação de rádio ou por cabo auxiliar para ligar as locomotivas extemamente. Ao operar na energia distribuída, o operador em uma locomotiva guia pode controlar as funções de operação das locomotivas remotas na composição por via de um sistema de controle, como, por exemplo, um elemento de controle de energia distribuída. Especificamente, ao operar na energia distribuída, o operador pode comandar cada composição de locomotiva para operar em um nível de energia de encaixe diferente (ou uma composição pode estar em movimento e outra pode estar em frenagem), em que cada composição de locomotiva individual opera na mesma energia de encaixe.

[0102] Em uma realização, com o sistema otimizador de viagem instalado no trem e em comunicação com o elemento de controle de energia distribuída, quando é desejado um nível de energia de encaixe para uma composição de locomotiva remota conforme recomendado pelo plano de viagem otimizado, o sistema otimizador de viagem comunica esse ajuste de energia a composição de locomotiva remota para implementação. Conforme comentado abaixo, o mesmo se aplica à frenagem. Ao operar com energia distribuída, o problema de otimização anteriormente descrito pode ser ampliado para permitir maior liberdade, naquele “each” das unidades remotas podem ser controladas de maneira independente da unidade guia. O valor disso é que os objetivos ou restrições adicionais relacionadas às forças no trem podem ser incorporados na função de desempenho, presumindo que esteja também incluído o modelo para refletir nas forças do trem. Portanto, as realizações da presente invenção podem incluir o uso de controles reguladores múltiplos para melhor gerenciamento das forças no trem bem como o consumo e as emissões de combustível.

[0103] Em um trem que utiliza um gerenciador de composição, a locomotiva guia em uma composição de locomotiva pode operar em ajuste de energia de encaixe diferente de outras locomotivas naquela composição. As outras locomotivas na composição operam no mesmo ajuste de energia de encaixe. O sistema otimizador de viagem pode ser utilizado em combinação com o gerenciador de composição para comandar os ajustes de energia de encaixe para a locomotiva na composição. Portanto, com base no sistema otimizador de viagem, uma vez que o gerenciador de composição divide uma composição de locomotiva em dois grupos, a saber, a locomotiva guia e as unidades de trilho, a locomotiva guia será comandada para operar em determinada energia de encaixe e as locomotivas de trilho são comandadas para operar em outra determinada energia de encaixe. Em uma realização, o elemento de controle de energia distribuída pode ser o sistema e/ou o aparelho em que está operação esteja alojada.

[0104] Do mesmo modo, quando é usado um otimizador de composição com uma composição de locomotiva, o sistema otimizador de viagem pode ser usado em combinação com o otimizador de composição para determinar energia de encaixe para cada locomotiva na composição de locomotiva. Por exemplo, suponha que um plano de viagem recomende um ajuste de energia de encaixe 4 para a composição de locomotiva. Com base na posição do trem, o otimizador de composição irá obter essa informação e então determinar o ajuste de energia de encaixe para cada locomotiva na composição. Nessa implementação, é aperfeiçoada a eficiência do ajuste dos ajustes de energia de encaixe sobre os canais de comunicação dentro do trem. Além disso, conforme comentado acima, a implementação dessa configuração pode ser realizada utilizando o sistema de controle distribuído.

[0105] Ademais, conforme anteriormente comentado, as realizações da presente invenção podem ser usada para correções contínuas e o replanejamento com relação ao uso de frenagem pela composição do trem usa com base nos itens futuros de interesse, como, por exemplo, mas não se limitando aos cruzamentos de estrada de ferro, alterações de grau, aproximação de desvios, aproximação de área de estação rodoviária, e aproximação de estações de combustível, em que cada locomotiva na composição pode compreender uma opção diferente de frenagem. Por exemplo, se o trem estiver chegando a um morro, a locomotiva guia pode precisar entrar em uma condição de frenagem, enquanto as locomotivas remotas, que não alcançaram o pico do morro devem permanecer em um estado de movimento.

[0106] As figuras 8, 9 e 10 são ilustrações de monitores dinâmicos 68 para serem usados pelo operador, de acordo com várias realizações da presente invenção. Conforme ilustrado na figura 8, um perfil de vigem 72 pode ser fornecido como parte de um monitor dinâmico 68 é proporcionado um local 73 da locomotiva dentro do perfil. É fornecida informação quanto à extensão do trem 105 e o número de carros 106 no trem. São também fornecidos os elementos de exibição referentes ao grau de trilho 107, dos elementos da curva e da beira da estrada 108, incluindo local de ponte 109, e velocidade de trem 110. O monitor 68 permite que o operador veja tal informação e veja também em que o trem está ao longo da rota. É fornecida informação referente à distância e/ou o tempo avaliado de chegada a tais locais como os cruzamentos 112, aos sinais 114, às alterações de velocidade 116, aos marcos 118, e aos destinos 120. É também proporcionada uma ferramenta de gerenciamento de tempo de chegada 125 para permitir que o usuário determine a economia de combustível realizada durante a viagem. O operador pode variar os tempos de chegada 127 e assistir como isso afeta a economia de combustível. Conforme aqui comentado, técnicos no assunto irão reconhecer que a economia de combustível é um exemplo de apenas um objetivo que pode ser revisto com uma ferramenta de gerenciamento. Com essa finalidade, dependendo do parâmetro sendo visto, outros parâmetros aqui comentados podem ser vistos e avaliados com a ferramenta de gerenciamento que é visível para o operador. O operador também recebe informação sobre o tempo em que a tripulação está operando no trem. Nas realizações, a informação do tempo e da distância pode ser ilustrada o tempo e/ou a distância até uma ocorrência e/ou um local específicos, ou pode fornecer uma passagem de tempo total.

[0107] Conforme ilustrado na figura 9, um monitor fornece informação sobre os dados da composição 130, um gráfico de ocorrências e de situação 132, e uma ferramenta de gerenciamento de tempo de chegada 124, e chaves de ação 136. É também fornecida informação similar conforme comentado acima no monitor. O monitor 68 também fornece chaves de ação 138 para permitir que o operador replaneje, bem como desengate 140 o sistema otimizador de viagem.

[0108] A figura 10 descreve outra realização do monitor. Os dados típicos de uma locomotiva moderna que inclui um status de freio pneumático 71, velocímetro análogo com inserção digital 74, sendo visível a informação sobre o esforço de tração em libras (ou amps de tração para as locomotivas DC). É proporcionado um indicador 74 para ilustrar a velocidade ótima vigente no plano que está sendo executada, bem como um gráfico acelerômetro para suplementar a saída de impulsos no mph / minuto. No centro da tela estão novos dados importantes para a execução ótima do plano, incluindo um gráfico de faixa giratória 76 com velocidade e ajuste de encaixe ótimo versus distância comparado ao histórico vigente dessas variáveis. Nessa realização, o local do trem é derivado usando o elemento locador. Conforme ilustrado, o local é fornecido identificando a distância do trem de seu destino final, uma posição absoluta, e um destino inicial, um ponto intermediário, e/ou uma entrada de operador.

[0109] O gráfico de faixa fornece uma revisão nas alterações na velocidade requerida para seguir o plano ótimo, que é útil no controle manual, e monitora o plano versus o atual durante controle automático. Conforme aqui comentado, como no modo de treinamento, o operador pode seguir ou o encaixe ou a velocidade sugerida pelas realizações da presente invenção. A barra vertical fornece um gráfico do encaixe desejado e atual, que são exibidos digitalmente abaixo do gráfico de faixa. Quando é utilizada a energia de encaixe contínua, conforme comentada acima, o monitor irá simplesmente virar para o discreto mais próximo equivalente. O monitor pode ser um monitor analógico de maneira que seja exibido um equivalente analógico ou uma porcentagem ou cavalo força atual / esforço de tração.

[0110] É exibida na tela informação crítica no status de viagem, e ilustra o grau vigente encontrado pelo trem 88, seja pela locomotiva guia, um local em outro lugar ao longo do trem ou uma média sobre a extensão do trem. Também são exibidos uma distância percorrida até o momento no plano 90, combustível cumulativo usado 92, em que a parada seguinte é planejada 94 (e/ou uma distância para a próxima parada planejada), e o tempo de chegada vigente e projetado 96 para a parada seguinte. O monitor 68 também ilustra o tempo máximo possível para o destino possível com os planos computados disponíveis. Se for requerida uma chegada mais tarde, deve ser realizado um replanejamento. Os dados do plano delta ilustram o status para combustível e planeja antecipadamente ou anteriormente o plano ótimo vigente. Os números negativos significam menos combustível ou inicial comparado ao plano, números positivos significam mais combustível ou posterior comparado ao plano, e tipicamente troca em direções opostas (diminuindo a marcha para economizar combustível torna o trem atrasado e oposto).

[0111] A qualquer momento, esses monitores 68 fornecem uma captura instantânea ao operador do local do trem com relação ao plano de acionamento instituído presentemente. Esse monitor é apenas para propósitos ilustrativos, porque há várias outras maneiras de exibir / de transportar essa informação para o operador e/ou o despacho. Com essa finalidade, a informação acima descrita pode ser misturada para proporcionar uma exibição diferente daquelas descritas.

[0112] Outras características que podem ser incluídas no sistema otimizador de viagem incluem, mas não se limitam a permissão para a geração de arquivos de transações e relatórios de dados. Essa informação pode ser armazenada no trem e carregada para um sistema fora de bordo em algum momento. Os carregamentos podem ocorrer por via manual e/ou por transmissão sem fio. Essa informação pode ser também visualizada pelo operador por via do monitor da locomotiva. Os dados podem incluir informação como, por exemplo, mas não se limitando às entradas do operador, o tempo operacional do sistema, combustível economizado, desequilíbrio de combustível através das locomotivas no trem, jornada do trem fora do curso, e emissões de diagnóstico do sistema como, por exemplo, se um sensor GPS estiver enguiçado.

[0113] Uma vez que os planos de viagem devem também considerar o tempo de operação permitido para a tripulação, as realizações da presente invenção podem considerar tal informação à medida que a viagem é planejada. Por exemplo, se o tempo máximo em que uma tripulação pode operar for de oito horas, então a viagem é programada para incluir um local de parada para substituição da tripulação. Tal local de parada especificado pode incluir, mas não se limita às áreas de trilho, aos locais de encontro / passagem, e assim por diante. Se, à medida que a viagem prossegue, o tempo de viagem precisar ser excedido, o sistema otimizador de viagem pode ser cancelado pelo operador para atender aos critérios conforme determinado pelo operador. Finalmente, independente das condições de operação do trem (por exemplo, carga alta, velocidade baixa, e condições de distância do trem), o operador permanece no controle para comandar uma condição de velocidade e/ou de operação do trem.

[0114] Usando o sistema otimizador de viagem, o trem pode operar em várias maneiras / configurações operacionais. Em um conceito operacional, o sistema otimizador de viagem pode proporcionar comandos para comandar a propulsão e a frenagem dinâmica. O operador então lida com todas as outras funções do trem. Em outro conceito operacional, o sistema otimizador de viagem pode proporcionar comandos para comandar apenas a propulsão. O operador então lida com a frenagem dinâmica e todas as outras funções do trem. Em ainda outro conceito operacional, o sistema otimizador de viagem pode proporcionar comandos para comandar propulsão, frenagem dinâmica, e aplicação do freio pneumático. O operador então lida com todas as ouras funções do trem.

[0115] O sistema otimizador de viagem pode ser também usado para notificar o operador dos itens de interesse futuros e/ou das ações a serem providenciadas. Especificamente, usando a lógica de previsão das realizações da presente invenção, as correções contínuas e o replanejamento otimizado para o plano de viagem, e/ou a base de dados de trilho, o operador pode ser notificado dos cruzamentos, dos sinais, das alterações de grau, das ações de frei, dos desvios, das áreas de trilho, das estações de combustível vindouras, etc. Essa notificação pode ser audível e/ou através da interface com o operador.

[0116] Especificamente, usando as características físicas com base no modelo de planejamento, a informação de planejamento do trem, a base de dados de trilho a bordo, as regras de operação a bordo, o sistema de determinação de local, e a energia de circuito fechado em tempo real / controle de freio, e realimentação de sensor, o sistema apresenta e/ou notifica ao operador as operações requeridas. A notificação pode ser visual e/ou audível. Os exemplos incluem notificação dos cruzamentos que requerem que o operador ative a buzina e/ou sino da locomotiva, e notificação dos cruzamentos “silenciosos” que não requerem que o operador ative a buzina ou o sino da locomotiva.

[0117] Em outra realização, usando as características físicas baseadas no modelo de planejamento comentado acima, a informação de planejamento do trem, a base de dados de trilho a bordo, as regras de operação a bordo, o sistema de determinação de local, energia fechada em tempo real / controle de freio, e realimentação do sensor, o operador pode receber informação (por exemplo, uma medida no monitor) que permita que o operador veja quando o trem irá chegar a vários locais, conforme ilustrado na figura 9. O sistema permite que o operador ajuste o plano de viagem (por exemplo, tempo de chegada alvo). Essa informação (tempo de chegada avaliado atual ou informação necessária para derivar fora de bordo) pode também ser comunicada para o centro de despacho par permitir que o despachante ou sistema de despacho ajuste os tempos de chegada alvos. Isso permite que o sistema ajuste e otimize rapidamente para a função alvo apropriada (por exemplo, trocando a velocidade e o uso de combustível).

[0118] A Figura 11 descreve uma realização de uma rede de trilhos de estrada de ferro com vários trens. Na rede da estrada de ferro 200, é desejável obter uma eficiência de combustível e tempo de chegada otimizados toda a rede de múltiplas interações 210, 220, 230 e dos trens 235, 236, 237. Conforme ilustrado, os trilhos múltiplos 210, 220, 230 estão ilustrados com um trem 235, 236, 237 em cada trilho respectivo. Apesar das composições de locomotiva 42 estarem ilustradas como parte dos trens 235, 236, 237, técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que qualquer trem é dotado apenas de uma única composição de locomotiva tendo uma única locomotiva. Conforme aqui descrito, uma instalação remota 240 pode estar também envolvida no aperfeiçoamento da eficiência de combustível e na redução das emissões de um trem através de uma composição de energia de trem. Isso pode ser realizado com um processador 245, como, por exemplo, um computador, situado como uma instalação remota 240. Em outra realização pode ser usado um dispositivo portátil 250 para facilitar o aperfeiçoamento da eficiência de combustível do trem 235, 236, 237 através da composição de energia de trem otimizada. Tipicamente, em qualquer dessas abordagens, a configuração do trem 235, 236, 237 ocorre usualmente em uma elevação, uma área de trilho, e assim por diante, quando o trem está sendo juntado.

[0119] Alternativamente, conforme comentado abaixo, o processador 245 pode estar situado no trem 235, 236, 237 ou a bordo de outro trem, em que o planejamento do trem pode ser realizado usando entradas de outro trem. Por exemplo, se um trem tiver completado uma missão recentemente sobre os mesmos trilhos, a entrada da missão do trem pode ser suprida para o trem vigente quando o mesmo está executando e/ou está prestes a começar sua missão. Portanto, a configuração do trem pode ocorrer no tempo de operação do trem, e mesmo durante o tempo de operação. Por exemplo, os dados de configuração em tempo real podem ser utilizados para configurar as locomotivas do trem. Tal exemplo é fornecido acima com relação ao uso de dados de outro trem. Outro exemplo vincula o uso de outros dados associados à otimização de viagem do trem conforme comentado acima. Adicionalmente, o planejamento do trem pode ser realizado usando a entrada de várias fontes, como, por exemplo, mas não se limitando ao sistema de despacho, um sistema à beira da estrada 270, um operador, um sistema em tempo real fora de linha, um planejamento externo, uma rede distribuída, uma rede local, e/ou uma rede centralizada.

[0120] A figura 12 é um fluxograma que descreve uma realização de um método para aperfeiçoar a eficiência de combustível e reduzir a saída de emissão através da composição de energia do trem. Conforme descrito acima, para minimizar o uso de combustível e as emissões ao mesmo tempo em que preserva o tempo de chegada, podem ser minimizadas a aceleração e a frenagem ajustada. As emissões indesejadas podem ser também minimizadas pela energização de um conjunto mínimo de locomotivas. Por exemplo, em um trem com várias locomotivas, ou composições de locomotiva, energizando um conjunto mínimo de locomotivas em um ajuste de energia mais alto ao mesmo tempo em que coloca as locomotivas remanescentes em estado inativo, de espera não energizado, ou um modo de partida - parada automático do motor (“AESS”) conforme comentado abaixo irá reduzir as emissões. Isso se deve pelo menos parcialmente às emissões de escapamento após os dispositivos de tratamento nas locomotivas (por exemplo, conversores catalíticos) estarem em uma temperatura abaixo da qual as mesmas operam otimamente, quando as locomotivas estão operando em ajustes de energia inferiores (por exemplo, encaixe 1 a 3). Portanto, usando o número mínimo de locomotivas ou de composições de locomotiva para fazer a missão a tempo, operando em ajustes de energia alto irá permitir que os dispositivos de tratamento de emissão de escapamento operem em temperaturas ótimas, reduzindo, assim as emissões adicionais.

[0121] O método ilustrado no fluxograma 500 na Figura 12 proporciona a determinação de uma carga de trem, em 510. Quando o motor é usado em outra aplicação, a carga é determinada com base na configuração do motor. A carga de trem plano de operação de energia ser determinada com um avaliador de carga, ou de carga de trem 560, conforme ilustrado na figura 13. Em uma realização, a carga de trem é avaliada com base na informação obtida conforme descrito em um resumo da composição de trem 480, conforme ilustrado na Figura 11. Por exemplo, o resumo da composição de trem 480 pode estar contido no processador 245 (ilustrado nas Figuras 11 e 13), em que o processador 245 avalia, ou pode ser no papel em que um operador faz a avaliação. O resumo da composição de trem 480 pode incluir informação como, por exemplo, o número de carros, o peso do carro, o conteúdo do carro, a idade do carro, etc. Em outra realização, a carga do trem é avaliada usando os dados históricos, como, por exemplo, mas não se limitando às missões anteriores do trem fazendo a mesma viagem, e configurações similares do carro de trem. Conforme comentado acima, o uso dos dados históricos pode ser realizado com um processador ou manualmente. Em ainda outra realização, a carga de trem é avaliada com o uso de uma regra prática ou de dados de tabela. Por exemplo, o operador que configura o trem 235, 236, 237 pode determinar a carga de trem requerida com base nas diretrizes estabelecidas, como, por exemplo, mas não limitado ao número de carros no trem, aos tipos de carros no trem, ao peso dos carros no trem, na quantidade de produtos sendo transportados pelo trem. A mesma determinação de regra prática pode ser também realizada usando o processador 245.

[0122] Voltando à Figura 12, é descrita a identificação de um tempo e/ou duração de missão para o sistema energizado a diesel, em 520. Com relação aos motores usados em outra aplicação, a identificação do tempo e/ou duração de missão para o sistema energizado a diesel pode ser igualada para definir o tempo de missão dentro do qual é esperado que a configuração do motor realize a missão. É feita uma determinação sobre uma quantidade mínima total de energia requerida com base na carga de trem, em 530. A locomotiva é selecionada para satisfazer a energia mínima requerida ao mesmo tempo em que produz eficiência de energia aperfeiçoada e/ou saída de emissão minimizada, em 540. A locomotiva pode ser selecionada com base em um tipo de locomotiva (baseada em seu motor) necessária e/ou um número de locomotivas (baseado em um número de motores) necessárias. Similarmente, com relação aos motores a diesel em outras aplicações de energia, como, por exemplo, mas não limitado às estações de energia marítimas, OHV, e fixas, cujas unidades múltiplas são usadas para realizar uma única missão pretendida para a aplicação específica.

[0123] Com esse fim, o determinador de tempo de missão de viagem 570, conforme ilustrado na figura 13 pode ser usado para determinar o tempo da missão com base na informação tal como, mas não limitado às condições atmosféricas, as condições do trilho e assim por diante. A composição da locomotiva pode ser baseada nos tipos de locomotivas necessárias, como uma função da saída de energia ou de outra maneira, e/ou um número mínimo de locomotivas necessárias. Por exemplo, com base nas locomotivas disponíveis, é feita uma seleção das locomotivas que acabaram de atender a energia total requerida. Com essa finalidade, como um exemplo, se estiverem disponíveis 10 locomotivas, é feita uma determinação da saída de energia a partir de cada locomotiva. Com base nessa informação, são selecionados o menor número e tipo de locomotivas necessárias para atender às exigências de energia totais. Por exemplo, as locomotivas podem ter classificação de cavalo força (HP) ou classificação de esforço de tração (TE) inicial diferente. Além da energia total requerida, pode ser determinada a distribuição de energia e do tipo de energia no trem. Por exemplo, para limitar as forças acopladoras máximas em trens pesados, as locomotivas podem ser distribuídas dentro do trem. Outra consideração é a capacidade da locomotiva. Pode ser possível colocar quatro locomotivas DC na extremidade de cabeça de um trem; contudo, quatro unidades DC com o mesmo HP não podem ser usadas na extremidade de cabeça, uma vez que as forças tirantes totais podem exceder os limites designados.

[0124] Em outra realização, a seleção das locomotivas pode não ser baseada apenas na redução do número de locomotivas usadas em um trem. Por exemplo, se a exigência de energia total for minimamente atendida por cinco locomotivas disponíveis ao comparar também com o atendimento da exigência de energia pelo uso de três das locomotivas disponíveis, são usadas as cinco locomotivas em vez das três. Em vista dessas opções, técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que pode ser selecionado um número mínimo de locomotivas de um conjunto sequencial (e aleatório) das locomotivas disponíveis. Tal abordagem pode ser usada quando o trem 235, 236, 237 já está juntado e é decidido no tempo de operação e/ou durante uma missão em que as locomotivas remanescentes não são usadas para energizar o trem 235, 236, 237, conforme comentado detalhadamente abaixo.

[0125] Ao juntar o trem 235, 236, 237, se o trem 235, 236, 237 requerer energia de retomo, a locomotiva com incremento 255, ou as locomotivas, podem ser adicionadas (ver Figura 11). Contudo, essa locomotiva adicional 255 é isolada para minimizar o uso de combustível, a saída de emissão, e a variação de energia, mas pode ser usada para proporcionar energia de retomo no caso de uma locomotiva de operação se tornar inoperável, e/ou proporcionar energia adicional para realizar a viagem dentro de um tempo de missão estabelecido. A locomotiva isolada 255 pode ser colocada em um modo AESS para minimizar o uso de combustível ao mesmo tempo em que a locomotiva está disponível quando necessário. Em uma realização, se for proporcionada uma locomotiva de retorno, ou isolada, 255, seu tamanho (por exemplo, peso) pode ser considerado ao determinar a carga do trem.

[0126] Portanto, conforme comentado acima mais detalhadamente, a determinação da energia mínima necessária para energizar o trem 235, 236, 237 pode ocorrer em um tempo de operação do trem e/ou durante uma operação (ou missão). Nesse exemplo, uma vez que seja feita uma determinação quanto à energia do trem otimizada e as locomotivas ou as composições de locomotiva 42 no trem 235, 236, 237 sejam identificadas para proporcionar a energia requerida necessária, a(s) locomotiva(s) adicionais 225 não identificadas para uso são coladas no modo de inércia, ou AESS.

[0127] Em uma realização, a operação total da missão pode ser fracionada em várias seções, ou segmentos, como, por exemplo, mas não se limitado a pelo menos 2 segmentos, como, por exemplo, um segmento A e um segmento B, conforme ilustrado na Figura 11. Com base na quantidade do tempo gasto para completar qualquer segmento, a energia de retorno proporcionada pela locomotiva isolada 255 é disponibilizada se for necessária energia com incremento para atender o objetivo de missão de viagem. Com essa finalidade, a locomotiva isolada 255 pode ser utilizada para um segmento de viagem específico para levar o trem 235, 236, 237 de volta à tabela e então desligá-lo para segmentos subsequentes, se o trem 235, 236, 237 permanecer na escala.

[0128] Portanto, em operação, a locomotiva guia pode colocar a locomotiva 255 proporcionada para energia a ser incrementada em um modo isolado até que a energia seja necessária. Isso pode ser realizado pelo uso de modems ou comunicações sem fio de um operador, usualmente na locomotiva guia, para a locomotiva isolada 255. Em outra realização, a locomotiva opera em uma configuração de energia distribuída e a locomotiva isolada 255 já está integrada na configuração energia distribuída, mas está inativa, e é ligada quando é requerida a energia adicional. Em ainda outra realização, o operador coloca a locomotiva isolada 255 em um modo apropriado.

[0129] Em uma realização, o planejamento inicial das locomotivas, com base na carga e tempo de missão do trem, é atualizado pelo otimizador de viagem, conforme descrito acima, e são feitos os ajustes para o número e tipo de locomotivas. Como uma ilustração, considere uma composição de locomotiva 42 de três locomotivas tendo energia máxima disponível relativa de 1, 1.5 e 0,75, respectivamente. (A energia disponível relativa é relativa a uma locomotiva de “referência”, que é usada para determinar a energia de composição total. Por exemplo, no caso de uma locomotiva de referência ‘3000HP’, a primeira locomotiva é dotada de 3000 HP, a segunda de 4500HP, e a terceira de 22250HP). Suponha que a missão seja fracionada em sete segmentos. Devido ao cenário acima, as combinações que se seguem são disponível e podem ser ajustadas para a carga de seção de trilho: 0,75, 1,1.5, 1.75, 2.25, 2.5, 3.25, que é a combinação dos ajustes HP relativos máximos para a composição.

[0130] Portanto, para cada ajuste HP relativo respectivo acima mencionado, para o ajuste 0,75 a terceira locomotiva está ligada e a primeira e segunda locomotivas estão desligadas, para 1 a primeira locomotiva está ligada e a segunda e terceira locomotivas estão desligadas, etc. Em uma realização, o otimizador de viagem seleciona a carga máxima requerida e ajusta por via das solicitações de encaixe ao mesmo tempo em que minimiza uma superposição de ajustes de energia. Portanto, se um segmento solicitar entre 2 e 2.5 (vezes 3000 HP) então a locomotiva 1 e a locomotiva 2 são usadas enquanto a locomotiva 3 está ou no modo inerte ou de espera, dependendo do tempo que esteja no segmento e do tempo de reinicio da locomotiva.

[0131] Em outra realização, pode ser executada uma análise para determinar uma troca entre a saída de emissão e os ajustes de energia da locomotiva para maximizar a operação de encaixe mais alto em que as emissões do escapamento após os dispositivos de tratamento são otimizadas. Essa análise pode também considerar um dos parâmetros comentados acima referentes à otimização da operação do trem. Essa análise pode ser realizada para uma operação de missão completa, os segmentos de uma operação de missão, e/ou combinações dos dois.

[0132] A figura 13 descreve um diagrama em bloco dos elementos incluídos em um sistema para composição de energia de trem otimizada, de acordo com uma realização da presente invenção. Conforme ilustrado e comentado acima, é proporcionado um avaliador de carga de trem 560. É também proporcionado um determinador de tempo de missão de viagem 570. É também proporcionado um processador 245. Conforme comentado acima, apesar de direcionado em um trem, podem ser usados elementos similares para outros motores não sendo usados dentro de um veículo ferroviário, como, por exemplo, mas não limitado aos veículos fora de estrada, embarcações marítimas, e unidades fixas. O processador 245 calcula a quantidade total de energia requerida para energizar o trem 235, 236, 237 com base na carga total do trem determinada pelo avaliador de carga de trem 560 e um tempo de missão de viagem determinado pelo determinador de tempo de missão de viagem 570. É feita também uma determinação de um tipo de locomotiva necessária e/ou um número de locomotivas necessárias, com base em cada saída de energia de locomotiva, para alcançar minimamente a quantidade total mínima de energia requerida com base na carga de trem e no tempo de missão de viagem.

[0133] O determinador de tempo de missão de viagem 570 pode segmentar a missão em uma pluralidade de segmentos de missão, como, por exemplo, um segmento A e um segundo segmento B, conforme comentado acima. A quantidade total de energia pode então ser determinada individualmente para cada segmento da missão. Conforme adicionalmente comentado acima, uma locomotiva adicional 255 é parte do trem 235, 236, 237 e é proporcionada par energia de retomo. A energia da locomotiva de retomo 255 pode ser usada de maneira incremental à medida que é identificada uma solicitação, como, por exemplo, mas não se limitando ao provimento de energia para levar o trem 235, 236, 237 de volta na escala para um segmento de viagem específico. Nessa situação, o trem 235, 236, 237 é operado para alcançar e/ou atender o tempo de missão de viagem.

[0134] O avaliador de carga de trem 560 pode avaliar a carga de trem com base na informação contida no resumo de composição do trem 480, dados históricos, uma avaliação de regra prática, e/ou dados de tabela. Além disso, o processador 245 pode determinar uma troca entre a saída de emissão e os ajustes de energia de locomotiva para maximizar a operação de encaixe mais alta em que as emissões de escapamento após os dispositivos de tratamento serem otimizados.

[0135] A Figura 14 descreve um diagrama em bloco de uma função de transferência para determinar uma eficiência de combustível e emissões para um sistema energizado a diesel. Tais sistemas energizados a diesel incluem, mas não se limita às locomotivas, às embarcações marítimas, OHV, e/ou as estações de geração fixas. Conforme ilustrado, a informação referente à energia de entrada 580 (como, por exemplo, energia, calor improdutivo, etc.) e a informação sobre um processo de tratamento posterior 583 são proporcionadas para uma função de transferência 585 (“’f(x,y)”). A função de transferência 585 utiliza essa informação para determinar uma eficiência de combustível 587 e saída de emissão 590 ótimas.

[0136] A Figura 15 descreve uma realização de um método para determinar uma configuração de um sistema energizado a diesel tendo pelo menos uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel. Conforme ilustrado no fluxograma 600, o método inclui determinar uma energia mínima requerida de um sistema energizado a diesel para realizar uma missão específica, em 605. Uma condição de operação da unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel é determinada de maneira que a exigência de energia mínima seja atendida ao mesmo tempo em que produz pelo menos um consumo de energia mais baixo e/ou emissões mais baixas para o sistema energizado a diesel, como em 610. Conforme comentado acima, o método ilustrado no fluxograma 600 é aplicável para várias unidades de geração de energia abastecida com combustível diesel, como, por exemplo, mas não se limitando às locomotivas, às embarcações marítimas, OHVs, e/ou às unidades de geração fixas. Adicionalmente, esse fluxograma 600 pode ser implementado usando um programa de software de computador que pode residir em um meio legível de computador.

[0137] A Figura 16 descreve uma realização de um sistema de circuito fechado para operar um veículo ferroviário. Conforme ilustrado, o sistema inclui um otimizador 650, um conversor 652, um veículo ferroviário 653, e pelo menos uma saída 654 de coleta de informação específica, como, por exemplo, mas não limitado à velocidade, emissões, esforço de tração, cavalo força, e uma técnica modificadora de fricção (por exemplo, aplicação de areia). A saída 654 pode ser determinada por um sensor 656 que é parte do veículo ferroviário 653, ou em outra realização independente do veículo ferroviário 653. A informação inicialmente derivada da informação gerada do otimizador de viagem 650 e/ou de um regulador é fornecida para o veículo ferroviário 653 através do conversor 652. Os dados de locomotiva coletados pelo sensor 656 do veículo ferroviário é então comunicado de volta para o otimizador 650 sobre um caminho de comunicação de circuito fechado 657.

[0138] O otimizador 650 determina as características de operação para pelo menos um fator que deva ser regulado, como, por exemplo, velocidade, combustível, emissões, etc. O otimizador 650 determina pelo menos um de ajuste de energia e/ou de torque com base em um valor otimizado determinado. O conversor 652 é proporcionado para converter informação sobre energia, torque, velocidade, emissões, uma técnica de modificação de fricção (como, por exemplo, mas não se limitando a aplicação de areia), planejamento, configurações, etc. para uma forma adequada para aplicar nas entradas de controle para o veículo ferroviário 653, usualmente uma locomotiva. Especificamente, essa informação ou dados pode ser convertida para em sinal elétrico.

[0139] Conforme comentado adicionalmente em detalhes abaixo, o conversor 652 pode interfacear com qualquer um da pluralidade de dispositivos, como, por exemplo, um controlador mestre, um controlador de locomotiva de controle remoto, um controlador de acionamento de energia distribuída, um modem de linha de ter, uma entrada analógica, etc. A Figura 17 descreve o sistema de circuito fechado integrado com a unidade de controle mestre ou controlador 651. O conversor, por exemplo, pode desconectar ou desabilitar seletivamente a saída do controlador mestre (ou acionador) 651. (Normalmente, o controlador mestre 651 é usado por um operador para comandar a locomotiva, com relação à energia, cavalo força, esforço de tração, implementação de uma técnica de modificação de fricção (como, por exemplo, mas não se limitando a aplicação de areia), frenagem (incluindo pelo menos um da frenagem dinâmica, freios pneumáticos, etc.), propulsão, e assim por diante. Técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que o controlador mestre pode ser usado para controlar tanto os comutadores rígidos quanto os comutadores baseados em software usados no controle de locomotiva). Uma vez que o controlador mestre 651 seja desconectado, o conversor 652 então gera sinais de controle no lugar do controlador mestre 651. A desconexão do acionador 651 pode ser por fios elétricos, comutadores software, um processo de seleção de entrada configurável, etc. Um dispositivo de comutação 655 está ilustrado para realizar essa função. Especificamente, a entrada do controle operador do controlador mestre 651 é desconectada.

[0140] Apesar da Figura 17 descrever um controlador mestre 651, o mesmo é específico para uma locomotiva. Técnicos no assunto irão reconhecer que em outras aplicações, como, por exemplo, aquelas descritas acima, outros dispositivos podem proporcionar uma função equivalente àquela do controlador mestre conforme usado em uma locomotiva. Por exemplo, é usado um pedal acelerador em um OHV ou barramento de transporte, e é usado um controle de estímulo em um gerador. Com relação às embarcações marítimas, pode haver vários produtores de força (por exemplo, propulsores), em ângulos / orientações diferentes, que são controlados em uma maneira de circuito fechado.

[0141] Conforme comentado acima, pode ser usada a mesma técnica para outros dispositivos, como, por exemplo, um controlador de locomotiva de controle, um controlador de acionamento de energia distribuída, um modem de linha de trem uma entrada analógica, etc. Apesar de não ilustrado, técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que o conversor pode usar do mesmo modo esses dispositivos e suas conexões associadas na locomotiva para aplicar os sinais de controle de entrada na locomotiva. O sistema de comunicação 657 para esses outros dispositivos pode ser com ou sem fio. Especificamente, o conversor pode interfacear com os dispositivos (como, por exemplo, um controlador de acionamento, um modem, etc.) em vez do controlador mestre 651.

[0142] A Figura 18 descreve uma realização de um sistema de circuito fechado para operar um veículo ferroviário integrado com outro subsistema operacional de entrada do veículo ferroviário. Por exemplo, o controlador de acionamento de energia distribuída 659 pode receber entradas de várias fontes 661 (como, por exemplo, mas não se limitando ao operador, às linhas de trem e aos controladores de locomotiva) e transmitir a informação para as locomotivas nas posições remotas. O conversor 652 pode fornecer informação diretamente para a entrada do controlador DP 659 (como uma entrada adicional) ou fracionar uma das conexões de entrada e transmitir a informação para o controlador DP 659. É proporcionado um comutador 655 para direcionar como o conversor 652 fornece informação para o controlador 659 conforme comentado acima. O comutador 655 pode ser um comutador baseado em software e/ou um comutador com fio. Adicionalmente, o comutador 655 não é necessariamente um comutador de dois modos. O comutador pode ter uma pluralidade de direções de comutação com base no número de sinais que esteja controlando.

[0143] Em outra realização, o conversor pode comandar a operação do controlador mestre, conforme ilustrado na Figura 23. O conversor 652 tem um dispositivo mecânico para mover o acionador 651 automaticamente com base nos sinais elétricos recebidos do otimizador 650.

[0144] Os sensores 656 são proporcionados a bordo da locomotiva para coletar dados de condição de operação 654, como, por exemplo, velocidade, emissões, esforço de tração, cavalo força, etc. A informação de saída de locomotiva dos sensores 656 é então fornecida para o otimizador 650, usualmente através do veículo ferroviário 653, completando, assim, o sistema de circuito fechado.

[0145] A Figura 20 descreve outro sistema de circuito fechado, mas em que o operador está no circuito. O otimizador 650 gera a característica de energia / operação requerida para o desempenho ótimo. A informação é comunicada para o operador 647, através de uma interface de máquina humana (HMI) e/ou monitor 649 ou coisa parecida. A informação pode ser comunicada de várias formas incluindo áudio, texto ou mapas, ou exibidor de vídeo. Nesse caso, o operador 647 pode operar o controlador mestre ou pedais ou outro acionador 651 para seguir o nível de energia ótimo.

[0146] Se o operador seguir o plano, o otimizador exibe continuamente a operação seguinte requerida. Se o operador não seguir o plano, o otimizador pode recalcular / reotimizar o plano, dependendo no desvio e da duração do desvio de energia, da velocidade, da posição, da emissão, etc. do plano. Se o operador não puder atender um plano otimizado até um ponto em que a reotimização do plano não seja possível ou em que o critério de segurança tenha sido ou pode ser excedido, em uma realização o otimizador pode tomar o controle do veículo para assegurar operação otimizada, anunciar uma necessidade de considerar o plano de missão otimizado, ou simplesmente registrar a ocorrência para análise e/ou uso futuro. Em tal realização, o operador pode retomar o controle desengatando manualmente o otimizador.

[0147] As realizações aqui descritas podem ser também usadas em que um sistema energizado seja parte de uma frota e/ou de uma rede de sistemas energizados. A Figura 21 ilustra um fluxograma 320 que descreve uma realização de um método para operar um sistema energizado tendo pelo menos uma unidade de geração de energia, em que o sistema energizado pode ser parte de uma frota e/ou de uma rede de sistemas energizados. A avaliação de uma característica de operação de pelo menos uma unidade de geração de energia está descrita em 322. A característica de operação é comparada a um valor desejado relacionado a um objetivo de missão, em 324. A característica de operação é ajustada de maneira autônoma para atender um objetivo de missão, em 326. Conforme aqui comentado, o ajuste autônomo pode ser executado usando uma técnica de circuito fechado.

[0148] A Figura 22 ilustra um fluxograma 660 que descreve uma realização de um método para gerar um veículo ferroviário em um processo de circuito fechado. O método inclui determinar um ajuste otimizado para uma composição de locomotiva, em 662. O ajuste otimizado pode incluir um ajuste para qualquer variável de planejamento como, por exemplo, mas não se limitando a pelo menos um nível de energia, emissões de torque otimizadas, e/ou outras configurações de locomotiva. O nível de energia otimizado e/ou o ajuste de torque é convertido para um sinal de entrada que pode ser reconhecido para a composição de locomotiva, em 664. É determinada pelo menos uma condição operacional da composição de locomotiva quando é aplicado pelo mesmo um do nível de energia otimizado e do ajuste de torque otimizado, em 667. A pelo menos uma condição operacional é comunicada para um otimizador dentro de um circuito de controle fechado, para uso adicional na otimização de pelo menos um nível de energia e de ajuste de torque, em 668.

[0149] Conforme descrito acima, o método ilustrado no fluxograma 660 pode ser executado usando um código de software de computador tendo um ou mais módulos de software de computador. Portanto, para os veículos ferroviários que inicialmente podem não ter a habilidade de utilizar o(s) método(s) aqui descrito(s), podem ser acessados os meios eletrônicos contendo os módulos de software de computador por um computador no VT de maneira que os módulos de software podem ser carregados no veículo ferroviário para implementação. Os meios eletrônicos não devem ser considerados limitados, uma vez que podem também ser carregados quaisquer módulos de software de computador através de um sistema de transferência de meio eletrônico, incluindo um sistema de transferência com ou sem fio, como, por exemplo, mas não se limitando ao uso da Internet para realizar a instalação.

[0150] As locomotivas produzem emissões em taxas baseadas nos níveis de encaixe. Na realidade, um nível de encaixe inferior não resulta necessariamente em uma emissão mais baixa por saída de unidade, por exemplo, gm/HP-hr, e o contrário é também verdadeiro. Tais emissões podem incluir, mas não se limitam aos particulados, escapamento e calor. Similarmente, os níveis de ruído de uma locomotiva podem também variar com base nos níveis de encaixe, em particular os níveis de frequência de ruído. Portanto, quando as emissões são aqui mencionadas, técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que as realizações da invenção podem também ser aplicadas para reduzir os níveis de ruído produzido por um sistema energizado a diesel. Portanto, mesmo que tanto as emissões e o ruído sejam aqui várias vezes descritos, o termo emissões deve ser lido como também incluindo ruído.

[0151] Quando um operador solicita um nível de cavalo força específico, ou nível de encaixe, o operador espera que a locomotiva opere em uma determinada energia de tração ou de esforço de tração. Em uma realização, para minimizar a saída de emissão, a locomotiva pode comutar entre os níveis encaixe / energia / velocidade de motor mantendo, ao mesmo tempo, a média de energia de tração desejada pelo operador. Por exemplo, suponha que o operador solicite ajuste de energia 4 ou 2000 HP. Então a locomotiva pode operar no encaixe 3 durante um determinado período, por exemplo, um minuto, e então se mover para o encaixe 5 por um período e então de volta para o encaixe 3 por um período em que a média produzida de energia corresponda ao encaixe 4. A locomotiva se move para o encaixe 5 porque a saída de emissão da locomotiva nesse ajuste de encaixe já é conhecida como sendo menor do que quando no encaixe 4. Durante todo o tempo em que a locomotiva está se movendo entre os ajustes de encaixe, a média ainda é o encaixe 4, portanto, ainda é realizada a energia de tração desejada pelo operador.

[0152] O tempo para cada encaixe é determinado por vários fatores, como, por exemplo, mas não limitado às emissões em cada encaixe, aos níveis de energia em cada encaixe, e à sensibilidade do operador. Técnicos no assunto irão imediatamente reconhecer que as realizações da invenção são operáveis quando a locomotiva está sendo operada manualmente, e/ou quando a operação é automaticamente realizada, como, por exemplo, mas não limitado a quando é controlada por um otimizador, e durante a regulagem de velocidade baixa.

[0153] Em outra realização, são usados os múltiplos pontos de ajuste. Esses pontos de ajuste podem ser determinados considerando vários fatores como, por exemplo, mas não se limitando ao ajuste de encaixe, à velocidade de motor, à energia, e aos ajustes de controle de motor. Em outra realização, quando são usadas as locomotivas múltiplas, mas podem ser operadas em ajustes de encaixe / energia diferentes, os ajustes de encaixe / energia são determinados como uma função do desempenho e/ou tempo. Quando as emissões estão sendo reduzidas, outros fatores que podem ser considerados para uma troca incluem, mas não se limitam à eficiência de combustível e ruído. Do mesmo modo, se for desejado reduzir o ruído, podem ser consideradas emissões e a eficiência de combustível. Pode ser aplicada uma análise similar se a eficiência de combustível for o que deva ser aperfeiçoado.

[0154] A Figura 23 descreve uma realização de uma velocidade versus gráfico de tempo comparando as operações vigentes com a operação otimizada de emissões. A alteração de velocidade comparada à velocidade desejada pode ser minimizada arbitrariamente. Por exemplo, se o operador decidir mover de uma velocidade (S1) para outra velocidade (S2) dentro de um período desejado, isso pode ser alcançado com desvios insignificantes.

[0155] A Figura 24 descreve um padrão de realização que resulta na manutenção de um encaixe e/ou cavalo força desejados constantes. O tempo em cada encaixe depende do número de locomotivas e do peso dos três e de suas características. Essencialmente, a inércia do trem é usada para integrar a energia / esforço de tração para obter uma velocidade desejada. Por exemplo, se o trem for pesado, o tempo entre as transições dos encaixes de 3 a 5 (e vice-versa) no exemplo pode ser grande, em outro exemplo, se o número de locomotiva para um determinado trem for grande, os períodos entre as transições precisam ser menores. Especificamente, a modulação de tempo e/ou oscilação irá depender das características do trem e/ou da locomotiva.

[0156] Conforme anteriormente comentado, a saída de emissão pode ser baseada em uma distribuição de encaixe presumida, mas não se espera que o operador / estrada de ferro tenha essa distribuição total. Portanto, é possível reforçar a distribuição de encaixe durante um período de tempo, sobre muitas locomotivas durante um período de tempo, e/ou para uma frota de locomotivas durante um período de tempo. Sendo provido dos dados de emissão, o otimizador de viagem aqui descrito compara o ajuste de encaixe / energia deseja com a saída de emissão com base nos ajustes de encaixe / energia e determina o ciclo de encaixe / energia para atender a velocidade requerida ao mesmo tempo em que minimiza a saída de emissão. A otimização pode ser explicitamente usada para gerar o plano, ou o plano pode ser modificado para reforçar, reduzir, e/ou atender as emissões requeridas.

[0157] A figura 25 descreve um fluxograma 700 de uma realização de um método para determinar uma configuração de um sistema energizado a diesel tendo pelo menos uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel. O fluxograma 700 proporciona a determinação de uma energia mínima, ou nível de energia, requerido de um sistema energizado a diesel a fim de realizar uma missão especificada, em 702. Uma saída de emissão com base na energia mínima, ou nível de energia requerido é determinado, em 704. É também descrito o uso de pelo menos outro nível de energia que resulte em uma saída de emissão inferior em que a energia resultante total é próxima da energia requerida, em 706. Portanto, em operação, pode ser usado o nível de energia requerido com pelo menos outro nível de energia, e/ou podem ser usados dois níveis de energia, não incluindo o nível de energia desejado. No segundo exemplo, conforme descrito acima, se o nível de energia desejado for o encaixe 4, os dois outros níveis de energia usados podem inclui o encaixe 3 e o encaixe 5.

[0158] Conforme descrito, são proporcionados para o sistema otimizador de viagem os dados de saída de emissão com base na velocidade de encaixe. Se uma determinada velocidade de encaixe produzir uma alta quantidade de emissão, o otimizador de viagem pode funcionar por oscilação entre os ajustes de encaixe que produzem quantidades inferiores de saída de emissão de maneira que a locomotiva irá evitar operar em um encaixe específico ao mesmo tempo em que ainda atende a velocidade do ajuste de encaixe evitado. Por exemplo, aplicando o mesmo exemplo fornecido acima, se o encaixe 4 for identificado como um ajuste operacional não tão ótimo devido à saída de emissão, mas os encaixes 3 e 5 produzem saídas de emissão inferior, o otimizador de viagem pode oscilar entre o encaixe 3 e 5 em que essa média de velocidade equipara a velocidade realizada no encaixe 4. Portanto, ao mesmo tempo em que proporciona velocidade associada ao encaixe 4, a saída total de emissão é menor do que a saída de emissão esperada no encaixe 4.

[0159] Portanto, ao operar nessa configuração, apesar das restrições de velocidade impostas com base na definição das limitações do encaixe não serem verdadeiramente seguidas, pode ser aperfeiçoada a saída total de emissão sobre uma missão completa. Especificamente, apesar de uma região impor que os veículos ferroviários não excedam o encaixe 5, o otimizador de viagem pode determinar que seja preferível a oscilação entre o encaixe 6 e 4 para alcançar o encaixe 5 do limite de velocidade, mas ao mesmo tempo também aperfeiçoar a saída de emissão, porque as saídas de emissão para a combinação de encaixe 6 e 4 são melhores do que ao operar no encaixe 5 uma vez que ou o encaixe 4 ou o encaixe 6 ou ambos são melhores do que o encaixe 5.

[0160] A figura 26 ilustra um sistema 722 para minimizar a saída de emissão, o nível de ruído, etc. de um sistema energizado a diesel tendo pelo menos uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel, ao mesmo tempo em que mantém uma velocidade específica. O sistema 722 inclui um processador 725 para determinar um mínimo de energia requerida de um sistema energizado a diesel, como, por exemplo, o trem 31, para realizar uma missão especificada. O processador 725 pode também determinar quando alternar entre dois níveis de energia. É usado um dispositivo de determinação 727 para determinar uma saída de emissão com base no mínimo de energia requerida. É também incluído um controlador de nível de energia 729 para alternar entre os níveis de energia para alcançar a energia mínima requerida. O controlador de nível de energia 729 funciona para produzir uma saída de emissão inferior ao mesmo tempo em que a média total de energia resultante é próxima da energia mínima requerida.

[0161] A Figura 27 ilustra um sistema 730 para minimizar uma ou mais saídas (por exemplo, saída de emissão e saída de ruído) de um sistema energizado a diesel tendo pelo menos uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel, ao mesmo tempo em que mantém uma velocidade específica. O sistema inclui o dispositivo de determinação 727 para determinar um nível de energia requerido pelo sistema energizado a diesel a fim de realizar uma missão especificada. O dispositivo de determinação 727 pode também determinar uma saída de emissão com base no nível de energia requerido. O sistema também inclui um dispositivo de comparação de emissão 731. O dispositivo de comparação de emissão 731 compara as saídas de emissão para outros níveis de energia com a saída de emissão com base no nível de energia requerido. A saída de emissão da unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel, como, por exemplo, um trem 31, é reduzida com base no nível de energia requerido pela alternação entre dois outros níveis de energia que produzem saída de emissão menor do que o nível de energia requerido, em que a alternação entre pelo menos dois outros níveis de energia produz uma média de nível de energia próxima ao nível de energia requerido ao mesmo tempo em que produz uma saída de emissão menor do que a saída de emissão do nível de energia requerido. Conforme aqui descrito, a alternação dos níveis de energia dessa maneira pode simplesmente resultar no uso de pelo menos outro nível de energia. Portanto, apesar de caracterizada com uma operação alternada, esse termo não significa ser limitado. Com essa finalidade, o sistema 730 pode incluir um dispositivo (não ilustrado) para alternar entre os pelo menos dois níveis de energia e/ou usar pelo menos outro nível de energia.

[0162] Apesar dos exemplos acima ilustrarem oscilação entre dois níveis de encaixe para atender um terceiro nível de encaixe, técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que podem ser usados mais de dois níveis de encaixe ao tentar atender um nível de encaixe desejado específico. Portanto, podem ser incluídos três ou mais níveis de encaixes na oscilação para alcançar um nível líquido desejado específico para aperfeiçoar as emissões ao mesmo tempo em que ainda atende as exigências de velocidade. Adicionalmente, um dos níveis de encaixe que são alternados pode incluir o nível de encaixe desejado. Portanto, em um mínimo, o nível de encaixe desejado e outro nível de encaixe podem ser dois níveis de energia que são alternados.

[0163] A Figura 28 descreve um fluxograma 800 que ilustra uma realização de um método para operar um sistema energizado a diesel tendo pelo menos uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel, para atender pelo menos um objetivo de missão. O objetivo de missão pode incluir considerar pelo menos uma das emissões totais, da emissão máxima, do consumo de combustível, velocidade, confiabilidade, desgaste, forças, energia, tempo de missão, tempo de chegada, tempo de pontos intermediários, e/ou distância de frenagem. O objetivo da missão pode também incluir outros objetivos com base na missão específica do sistema energizado diesel. Por exemplo, conforme comentado acima, um objetivo de missão de uma locomotiva é diferente do sistema de geração de energia fixa. Portanto, o objetivo da missão é baseado no tipo de sistema energizado a diesel que é utilizado com o método do fluxograma 800.

[0164] O método do fluxograma 800 compreende avaliar uma característica de operação do sistema energizado a diesel, em 802. A característica de operação pode incluir pelo menos uma das emissões, velocidade, cavalo força, modificador de fricção, esforço de tração, saída de energia total, tempo de missão, consumo de combustível, armazenamento de energia, e/ou condição de uma superfície na qual opera o sistema energizado a diesel. O armazenamento de energia é importante quando o sistema energizado a diesel é um sistema híbrido tendo, por exemplo, uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel como seu sistema principal de geração de energia, e um elétrico, hidráulico, ou outro sistema de geração de energia como seu sistema de geração de energia secundário. Com relação à velocidade, essa característica de operação pode ser também subdividida com relação à velocidade de variação de tempo e velocidade de variação de posição.

[0165] A característica operacional pode também se basear em uma posição do sistema energizado a diesel quando usado em combinação com pelo menos outro sistema energizado a diesel. Por exemplo, em um trem ao visualizar cada locomotiva como um sistema energizado a diesel, uma composição de locomotiva pode ser utilizada com um trem. Portanto, haverá uma locomotiva guia e uma locomotiva remota. Para essas locomotivas que estão em uma posição de trilho, são também envolvidas as considerações do modo de trilho. A característica operacional pode também ser baseada em uma condição ambiental, como, por exemplo, mas não se limitando à temperatura e/ou pressão.

[0166] O método do fluxograma 800 também compreende comparar a característica de operação com um valor desejado para satisfazer o objetivo da missão, em 804. O valor desejado pode ser determinado de pelo menos uma da característica operacional, capacidade do sistema energizado a diesel, e/ou pelo menos uma característica de projeto do sistema energizado a diesel. Com relação às características do projeto do sistema energizado a diesel, há várias unidades de locomotivas em que variam as características de projeto. O valor desejado pode ser determinado em um local remoto, como, por exemplo, mas não limitado à estação de monitoramento remota, e/ou em um local que é parte do sistema energizado a diesel.

[0167] O valor desejado pode ser baseado em um local e/ou tempo de operação do sistema energizado a diesel. Da mesma maneira como a característica de operação, o valor desejado é também baseado em pelo menos uma das emissões, velocidade, cavalo força, modificador de fricção, esforço de tração, condições ambientais incluindo pelo menos um de temperatura e pressão, tempo de missão, consumo de combustível, armazenamento de energia, e/ou condição de uma superfície na qual opera o sistema energizado a diesel. O valor desejado pode também determinado com base em um número de unidades de geração de energia abastecida com combustível diesel que sejam ou uma parte do sistema energizado a diesel e/ou uma parte de uma composição, ou no nível de sub-composição conforme descrito acima.

[0168] O método da Figura 28 compreende adicionalmente ajustar a característica de operação para corresponder ao valor desejado com um sistema de controle de circuito fechado que opera em um processo de realimentação para satisfazer o objetivo de missão, em 806. O processo de realimentação pode incluir os princípios de realimentação prontamente conhecidos aos técnicos no assunto. Em geral, mas não sendo considerado uma limitação, o processo de realimentação recebe informação e faz determinações com base na informação recebida. A abordagem de circuito fechado permite a implementação do método do fluxograma 800 sem interferência externa. Contudo, se requerido, devido às preocupações com segurança, é fornecido uma anulação de manual. A característica de operação pode ser ajustada com base em uma condição ambiental. Conforme descrito acima, o método do fluxograma 800 pode ser também implementado em um código de software de computador em que o código de software de computador pode residir em um meio legível de computador.

[0169] A Figura 29 descreve um diagrama em bloco de um sistema 810 para operar um sistema energizado a diesel tendo pelo menos uma unidade de geração de energia abastecida com combustível diesel. O sistema 810 inclui um sensor 812 que é configurado para determinar pelo menos uma característica de operação do sistema energizado a diesel. Em uma realização, é proporcionada uma pluralidade de sensores 812 para coletar características de operação de vários locais no sistema energizado a diesel e/ou vários subsistemas dentro do sistema energizado a diesel. Técnicos no assunto irão também reconhecer que o sensor 812 pode ser um dispositivo de entrada de operação. Portanto, o sensor 812 pode coletar características de operação, ou informação, a respeito das emissões, da velocidade, do cavalo força, do modificador de fricção, do esforço de tração, das condições ambientais incluindo pelo menos um de temperatura e pressão, tempo de missão consumo de combustível, armazenamento de energia, e/ou a condição de uma superfície na qual opera o sistema energizado a diesel. Um processador 814 está em comunicação com o sensor 812. É proporcionado um dispositivo gerador de referência 816 que é configurado para identificar a característica preferida de operação. O dispositivo gerador de referência 816 está em comunicação com o processador 814. Quando é usado o termo “em comunicação”, técnicos no assunto irão prontamente reconhecer que a forma da comunicação pode ser facilitada através de um sistema / dispositivo de comunicação com fio e/ou através de sistema / dispositivo de comunicação sem fio. 0 dispositivo gerador de referência 816 pode ser remoto do sistema energizado a diesel, pode ser parte do sistema energizado a diesel, ou as duas coisas (isto é, parte do dispositivo 816 pode ser remota, outra parte pode ser local).

[0170] O processador 814 é equipado / programado com um algoritmo 818 que opera em um processo de realimentação para comparar a característica de operação com a característica de operação preferida, para determinar uma característica de operação desejada. É também proporcionado um conversor 820, em comunicação de circuito fechado com o processador 814 e/ou algoritmo 818, para implementar a característica de operação desejada. O conversor 820 pode ser um controlador mestre, um controlador de controle remoto, um controlador de energia distribuída, e/ou um modem de linha de trem. Especificamente, quando o sistema energizado a diesel é um sistema de locomotiva, o conversor pode ser um controlador de locomotiva de controle remoto, um controlador de locomotiva de energia distribuída, e um modem de linha de trem.

[0171] Conforme adicionalmente ilustrado, o sistema 810 pode incluir um segundo sensor 821. O segundo sensor é configurado para medir pelo menos uma condição ambiental, cuja informação é fornecida para o algoritmo 818 e/ou o processador 814 para determinar uma característica de operação desejada. Conforme descrito acima, os exemplos de uma condição ambiental incluem, mas não se limitam à temperatura e pressão.

[0172] Outra realização se refere a um método para controlar as operações de um trem. O método pode ser também aplicado para controlar outros veículos ou outros sistemas energizados. De acordo com o método, o trem é controlado com base em um plano de missão otimizado, tipicamente para redução do uso de combustível e/ou redução de saída de emissões. Para calcular o plano de missão, devem ser realizadas as etapas que se seguem. Primeiro, são recebidos os dados de rota e os dados do trem, por exemplo, de uma base de dados ou de outro modo. Os dados de rota incluem dados relativos a uma ou mais características de um trilho no qual o trem deva percorrer ao longo de uma rota e os dados se referem a pelo menos um limite de velocidade ao longo da rota. Os dados do trem se referem a uma ou mais características do trem. O plano de missão é criado a bordo do trem a qualquer momento durante o percurso do trem ao longo da rota. O plano de missão é criado em um primeiro ponto ao longo da rota com base nos dados recebidos, e cobre pelo menos um segmento da rota que se estende para um segundo ponto mais afastado ao longo da rota do que o primeiro ponto. O plano de missão é criado para cobrir todo o segmento com base nas, ou indiferente às características geográficas diferentes ou outras características da rota ao longo do segmento para o qual os dados estão disponíveis. Isso significa: (i) o plano de missão considera todas as características geográficas diferentes ou outras características do segmento de rota para as quais os dados estão disponíveis, e (ii) o plano de missão é criado indiferente às características geográficas especificas ou outras características da rota ao longo do segmento. Portanto, é criado um plano de missão para esse segmento quaisquer que sejam as características geográficas conhecidas ou outras características de rota ao longo do segmento de rota.

[0173] Outra realização se refere a um método para operar um veículo. O método compreende receber dados de rota e dados de veículo naquele veículo. Os dados de rota incluem dados referentes a uma ou mais características de uma rota ao longo da qual o veículo percorre, e os dados de veículo se referem a uma ou mais características do veículo. O método compreende adicionalmente a criação a bordo do veículo de um plano de missão a qualquer momento durante o percurso do veículo ao longo da rota. O plano de missão é criado em um primeiro ponto ao longo da rota com base nos dados recebidos e cobre pelo menos um segmento da rota que se estende para um segundo ponto mais afastado ao longo da rota do que o primeiro ponto. O plano de missão é criado para cobrir todo o segmento com base nas, e indiferente às características geográficas diferentes ou outras características da rota ao longo do segmento para o qual os dados estão disponíveis. O método compreende adicionalmente controlar o veículo de acordo com o plano de missão à medida que o veículo percorre ao longo do segmento de rota. O plano de missão é configurado para reduzir o uso de combustível do veículo e/ou reduzir as remissões produzidas pelo veículo ao longo do segmento de rota.

[0174] Depois de criar o plano de missão é determinado se o plano de missão está correto para atender pelo menos um objetivo da missão do veículo. Se for determinado que o plano de missão esteja correto para atender pelo menos um objetivo de missão, o método compreende adicionalmente atualizar os dados que foram usados para criar o plano de missão. O plano de missão é então revisado com base nos dados atualizados recebidos, para atender o pelo menos um objetivo de missão. Depois de revisar o plano de missão, o método também compreende operar o sistema energizado com base no plano de missão revisado.

[0175] Como deve ser observado, qualquer descrição aqui referente a um “plano de viagem” pode ser também aplicada a um “plano de missão”, uma vez que um plano de viagem é uma espécie de um plano de missão, isto é, um plano de viagem é um plano de missão para um veículo. O mesmo se aplica de modo geral para “viagem” e “missão”, isto é uma viagem é uma espécie particular de missão.

[0176] A Figura 30 um fluxograma ilustrando uma realização de um método para controlar um sistema energizado, por exemplo, pela determinação de um plano de missão para um sistema energizado (o sistema energizado tendo pelo menos uma unidade de geração de energia principal) quando um parâmetro desejado de um plano de missão não possa ser obtido e/ou exceda um limite predefinido. O método do fluxograma 400 inclui identificar um parâmetro desejado antes de criar um plano de missão, em que o parâmetro não possa ser obtido e/ou viole um limite predefinido, em 402. (O parâmetro “desejado" é um parâmetro específico que o sistema e/ou o operador gostaria de alcançar ou atender). Um operador do sistema energizado e/ou de uma instalação de monitoramento remota são notificados do parâmetro desejado, em 404. É feita uma determinação se o limite predefinido deva ser ou não excedido e/ou se identifica ou não um parâmetro que possa ser obtido próximo ao parâmetro desejado, em 406. O plano de missão pode ser criado, em 408. Portanto, ao invés da criação antecedente de um plano de missão que envolva um parâmetro que não possa ser obtido ou que viole um limite predefinido, é criado um plano excedendo o limite ou usado um parâmetro que possa ser obtido próximo ao parâmetro que não pode ser obtido. “Próximo” significa um parâmetro mais próximo em valor ao parâmetro que não possa ser obtido que ainda pode ser obtido.

[0177] O operador e/ou a instalação de monitoramento remota pode ser notificado se deve ou não exceder o limite predefinido e/ou identificar um parâmetro que possa ser obtido próximo ao parâmetro desejado. O operador e/ou a instalação de monitoramento remota pode remover o limite predefinido de maneira que o plano de missão seja viável, e/ou funcional, e/ou modificar pelo menos um parâmetro desejado para tornar o plano de missão viável, e/ou funcional, em 410. Ao notificar o operador e/ou a instalação de monitoramento remota, os mesmos podem ser informados que é inevitável exceder o limite predefinido em uma determinada região de uma missão. O operador e/ou a instalação de monitoramento remota pode ser informado de pelo menos um parâmetro para modificar para produzir o plano de missão.

[0178] O plano de missão criado pode ser implementado em que seja excedido o limite predefinido e/ou é usado o parâmetro que pode ser obtido próximo ao parâmetro desejado, em 412. É feita uma determinação se deve ou não exceder o limite predefinido e/ou se identifica ou não um parâmetro que possa ser obtido próximo ao parâmetro desejado quando o plano de missão pode ser realizado próximo a um objetivo pretendido do plano de missão, em 414.

[0179] Pode também ser feita uma determinação com relação se o parâmetro desejado tem ou não pelo menos um de um limite rígido e um limite flexível, em 416. Isso pode resultar no limite predefinido ser temporariamente excedido quando o parâmetro desejado tem um limite flexível, em 418. O método também compreende determinar um período de tempo e/ou uma condição para exceder temporariamente o parâmetro desejado quando o parâmetro desejado tem um limite flexível, em 420. Adicionalmente, o método pode compreender determinar o parâmetro que pode ser obtido próximo ao parâmetro desejado sem exceder o limite rígido, em 421. “Limite rígido” se refere a um limite que não pode ser excedido pelo mesmo, de acordo com uma ou mais regras ou restrições operacionais. “Limite flexível” se refere a um limite que não deve ser excedido exceto possivelmente sob determinadas circunstancias ou condições.

[0180] O parâmetro desejado pode incluir, mas não se limita a pelo menos um caractere associado a pelo menos um elemento do sistema energizado de um parâmetro associado com um plano de missão sendo executado pelo plano de missão. O parâmetro desejado pode incluir, mas não se limita ao limite regulador, um limite de taxa de freio, uma velocidade de início para uma missão e/ou um segmento da missão, e uma velocidade final para a missão e/ou o segmento da missão, um tempo de operação para a missão e/ou do segmento da missão, um ajuste de velocidade desejado em um ponto definido na missão, um ajuste de encaixe de início para a missão e/ou o segmento da missão, um ajuste de encaixe de terminal para a missão e/ou o segmento da missão, e/ou frenagem dinâmica.

[0181] Em um exemplo, que pretende ser ilustrativo e não limitativo, o parâmetro desejado é um tempo de operação para a missão. Se for identificado que o tempo de operação de missão possa não ser obtido, porque o sistema energizado está muito longe de um ponto final da missão para alcançar o ponto final dentro dos limites de velocidade designados. Pode ser possível alcançar o tempo de operação de missão excedendo os limites de velocidade designados, mas isso violaria o limite predefinido, a saber, os limites de velocidade. É então feita uma determinação se (i) identifica ou não um parâmetro que possa ser obtido próximo ao parâmetro desejado, por exemplo, chegar ao ponto final da missão no tempo mais próximo ao tempo de operação de missão desejado que não requeira limites de velocidades excedentes, ou (ii) se excede os limites de velocidade designados. É então criado um plano de missão com base nessa determinação.

[0182] As etapas de identificação do plano de missão, identificando o parâmetro desejado, e determinando se excede ou não o limite predefinido e/ou identifica um parâmetro que pode ser obtido próximo ao parâmetro desejado (ou quaisquer duas dessas etapas) pode ser realizada usando uma implementação de controle de circuito fechado sem intervenção de operador.

[0183] A Figura 31 é um fluxograma de outra realização de um método para controlar um sistema energizado, por exemplo, pela determinação de um plano de missão para um sistema energizado tendo pelo menos uma unidade de geração de energia principal quando um parâmetro desejado do plano de missão não possa ser obtido e/ou exceda um limite predefinido. O método do fluxograma 422 compreende a criação de um plano de missão, em 424. É identificado um parâmetro desejado no plano de missão que não pode ser obtido e/ou excede um limite predefinido, em 426. É feita uma determinação se o limite predefinido deva ou não ser excedido, se identifica um parâmetro que possa ser obtido próximo ao parâmetro desejado, e/ou se alerta um operador e/ou uma instalação de monitoramento remoto para realimentar em um modo de ação a ser tomado, em 428.

[0184] O plano de missão pode ser revisto com base em se o limite predefinido deva ser ou não temporariamente excedido e/ou identificar um parâmetro que possa ser obtido próximo ao parâmetro desejado, em 430. Pode ser feita uma determinação se o parâmetro desejado tem um limite rígido e/ou um limite flexível, em 432. Exceder temporariamente o limite predefinido quando o parâmetro desejado tiver um limite flexível pode ser realizado, em 434. Adicionalmente, pode ser feita uma determinação de um período de tempo e/ou uma condição para exceder temporariamente o parâmetro desejado quando o parâmetro desejado tiver um limite flexível, em 436. Quando está presente um limite rígido, pode ser feita uma determinação quanto à obtenção de um parâmetro próximo ao parâmetro desejado sem exceder o limite rígido, em 438. Pode ser identificado um segundo parâmetro desejado no plano de missão (e/ou uma função de um componente de um sistema energizado a ajustar) quando o parâmetro desejado no plano de missão não possa ser obtido e/ou exceda um limite predefinido, e/ou ajustar o segundo parâmetro desejado no plano de missão e/ou a função de um componente do sistema energizado para realizar o plano de missão, em 439.

[0185] Em outra realização, o operador é alertado para a presença de um parâmetro que ou não pode ser obtido e/ou excede um limite predefinido. O operador pode então determinar se permite que o sistema exceda temporariamente o limite, ou por um período de tempo ou sobre uma região do espaço e/ou da duração de missão. Alternativamente, o operador pode decidir modificar outro parâmetro que torne a missão viável e/ou operável. Por exemplo, no caso de um trem puxado por uma composição de locomotiva energizada a diesel, pode ser impossível satisfazer uma restrição de que a taxa de encaixe de alteração seja menor do que 1000 encaixes por hora se for especificado que a viagem seja completada em 2 horas. Nesse caso, o operador pode ser alertado e pode decidir relaxar a taxa de encaixe de restrição de alteração para outro encaixe, como, por exemplo, 1500 encaixes por hora. Essa abordagem é equivalente à identificação de um parâmetro próximo a um parâmetro desejado. Em outro exemplo, o operador pode alterar o tempo de viagem para tal tempo desejado conforme permitido pela restrição na taxa de encaixe de alteração a ser atendida. Isso é equivalente à alteração de outro parâmetro de maneira que a missão original se tome viável e/ou operável. Em outro exemplo, o operador pode permitir que a restrição da taxa de encaixe seja excedida ou por uma pequena quantidade de tempo ou em uma seção específica do trilho.

[0186] Em todos os exemplos descritos acima, técnicos no assunto irão reconhecer que essas realizações podem ser implementadas com um código de software de computador, com um processador configurado para residir em um meio legível de computador.

[0187] Por exemplo, em outra realização, conforme ilustrado na Figura 32, é proporcionada uma instrução legível de computador, e/ou algoritmo, ilustrado como um fluxograma 440, que quando executada leva o processador a identificar um parâmetro desejado no plano de missão que não pode ser obtido e/ou exceda um limite predefinido. O software então alerta o operador para a situação, conforme comentado acima, em 442. É recebido um comando de realimentação de um operador e/ou uma instalação de monitoramento remoto, em 444. Com base na realimentação do operador, o processador, agindo sob o controle do código de software, revisa e/ou replaneja o plano de missão, em 446.

[0188] Técnicos no assunto irão reconhecer que o plano de missão realizado ao implementar as realizações desta invenção, se original ou uma versão replanejada, pode resultar em um plano de missão que seja menos otimizado do que originalmente desejado. Contudo, o plano de missão resultante é um plano que é funcional / alcançável considerando que o plano de missão desejado pode não ser funcional pelos motivos comentados acima.

[0189] A Figura 33 é um fluxograma que ilustra uma realização de um método para controlar um sistema energizado pela otimização de uma variação de pelo menos um modo de operação do sistema energizado conforme proporcionado em um plano de missão. Esse método pode ser usado, por exemplo, para manter um sistema energizado acima de uma velocidade mínima para, por exemplo, evitar perda. O método também pode ser usado para reduzir o tempo que um sistema energizado permanece em um ajuste regulador inativo ou neutro como parte de um plano de missão otimizado, para reduzir a probabilidade de um operador perceber que o sistema energizado está “flutuando” ao longo de uma rota (por exemplo, viajar em um automóvel ajustado neutro pode resultar em uma percepção de que o operado não esteja inteiramente no controle do veículo).

[0190] Conforme descrito acima, a otimização pode envolver maximizar ou minimizar o pelo menos um modo de operação, ou alguma coisa entre o mesmo. O uso do termo “otimizar” não pretende limitar a variação do modo de operação, em vez disso, pretende identificar que o valor pode ser ajustado por várias razões / fatores. O método do fluxograma 1400 inclui determinar um período de tempo que o sistema energizado entra em uma variação de pelo menos um modo de operação, em 1402. (“Entrar em uma variação” significa entrar no modo de operação ou chegar dentro de uma determinada variação ou limite do modo de operação). Isso é feito antes de iniciar uma missão e/ou ao mesmo tempo executar a missão. Enquanto executa a missão, um operador do sistema energizado e/ou uma instalação de monitoramento remoto é notificado do tempo que o sistema energizado entra na variação do pelo menos um modo de operação, em 1403. Alternativamente, ou, além disso, antes de iniciar a missão, um operador do sistema energizado e/ou de uma instalação de monitoramento remoto é notificado do tempo que o sistema energizado entra na variação do pelo menos um modo de operação, novamente em 1403. A instalação de monitoramento remoto pode ser um despachante, estação ferroviária, etc. Em geral, a instalação de monitoramento remoto é um local afastado de um sistema energizado. Notificar o operador e/ou a instalação de monitoramento remoto pode também incluir notificar operador e/ou a instalação de monitoramento remoto do ajuste do parâmetro de operação do sistema energizado para aproximar um ajuste de operação desejado.

[0191] Determinar a quantidade de tempo do sistema energizado na variação do modo de operação também inclui determinar uma quantidade de tempo gasto em um modo de energia de monitoramento baixo e/ou modo de energia de frenagem baixo. (Pode ser considerado qualquer outro modo de operação). O parâmetro de operação do sistema energizado pode ser ajustado para aproximar um ajuste de operação desejado, em 1404. A aproximação do ajuste de operação desejado pode incluir várias aproximações. Por exemplo, pode ser selecionado um ajuste próximo a um ajuste de operação desejado. Em outro exemplo, os ajustes de operação múltiplos podem ser comutados entre em que a média está próxima ao ajuste de parâmetro desejado.

[0192] A figura 34 é um fluxograma ilustrando outra realização de um método para controlar um sistema energizado pela otimização de uma variação de pelo menos um modo de operação do sistema energizado conforme proporcionado em um plano de missão. O método do fluxograma 1406 compreende ajustar o parâmetro de operação do sistema energizado para aproximar um ajuste de parâmetro desejado, em 1408. O parâmetro de operação pode incluir, mas não se limitar à taxa de combustível, um consumo de combustível específico, e cavalo força. O ajuste do parâmetro de operação pode incluir, mas não se limitar à taxa de combustível para minimizar o modo de operação de energia baixa de um sistema energizado. O ajuste do parâmetro de operação pode também incluir ajustar os parâmetros de operação para aproximar um modo de energização desejado. Exatamente como com relação ao ajuste de parâmetro desejado comentado acima, é possível que várias aproximações se aproximem do modo de energização desejado. Além disso, ajustar o parâmetro de operação pode incluir ajustar automaticamente e/ou de maneira autônoma o parâmetro de operação para um valor diferente quando é detectado o modo de operação.

[0193] O método da Figura 34 pode também compreender determinar um tempo que o sistema energizado entra em uma variação do modo de operação antes de começar uma missão e/ou enquanto executa a missão, em 1410. Um operador do sistema energizado e/ou uma instalação de monitoramento remoto é notificado do tempo que o sistema energizado entra na variação do modo de operação ao mesmo tempo em que executa a missão e/ou irá entrar na variação do pelo menos um modo de operação antes de começar a missão, em 1412. O ajuste de um parâmetro de operação pode também incluir ajustar automaticamente ou de maneira autônoma o parâmetro de operação e criar um plano de missão com base no parâmetro de operação ajustado.

[0194] A figura 35 é um fluxograma 1414 que ilustra um método para determinar um plano de missão baseado em um limite máximo de velocidade e/ou um limite mínimo de velocidade. O método do fluxograma 1414 compreende um limite mínimo de velocidade, em 1418. Um limite mínimo de velocidade pode já ser proporcionado, sob os regulamentos de um sistema de transporte relevante ou de outra maneira. Um plano de missão é criado usando o limite mínimo de velocidade, em 1420. O limite mínimo de velocidade é também determinado usando um limite de velocidade inferior como uma função de um limite de velocidade superior, em um limite de velocidade inferior como um valor constante por toda uma missão e/ou uma parte de uma missão. Além disso, determinar o limite mínimo de velocidade pode significar ter um limite mínimo de velocidade já proporcionado.

[0195] A figura 36 é um fluxograma 1422 ilustrando um método para determinar um plano de missão com base em pelo menos uma velocidade de referência alvo e/ou uma energia de referência alvo. O método do fluxograma 1422 compreende criar um plano de missão com pelo menos uma velocidade de referência alvo e uma energia de referência alvo identificadas para pelo menos toda uma missão e uma seção da missão, em 1424. A velocidade de referência alvo e a energia de referência alvo são seguidas e/ou aproximadamente seguidas, em 1428.

[0196] A figura 37 é um fluxograma 1430 ilustrando um método para determinar um plano de missão baseado em pelo menos uma velocidade de referência alvo e uma energia de referência alvo. O método do fluxograma 1430 compreende determinar um perfil de velocidade de referência e/ou uma energia de referência alvo, em 1432. É criado um plano de missão com a velocidade de referência alvo e/ou uma energia de referência alvo determinada para uma missão completa e/ou uma seção de uma missão, em 1433. O sistema energizado é operado para proporcionar energia próxima à velocidade de referência alvo, em 1434. É estabelecida uma velocidade alvo e/ou uma energia alvo, em 1436. Quando o sistema energizado é operado a velocidade alvo e/ou a energia alvo é seguida de modo a proporcionar energia próxima à velocidade de referência alvo.

[0197] A Figura 38 é um fluxograma 1444 ilustrando um método para minimizar uma variação de um modo de operação de um sistema energizado proporcionado com um plano de missão. O método do fluxograma 1444 compreende criar um plano de missão original tendo um período de tempo de operação na variação de pelo menos um modo de operação, em 1446. Em um exemplo, o modo de operação está em um ajuste inativo ou neutro. A variação do modo de operação no plano de missão é identificada, em 1448. O plano de missão é revisado para proporcionar um ajuste de energia externo na variação de pelo menos um modo de operação durante um período do pelo menos o modo de operação está dentro de uma variação escolhida de um período de operação, em 1450. No exemplo indicado, o ajuste de energia pode ser um ajuste regulador positivo (propulsão) ou negativo (frenagem) para um lado inativo / neutro. O plano de missão é também revisado para calcular a média do ajuste de energia externa da variação de pelo menos um modo de operação sobre uma parte maior do plano de missão, em que uma energia resultante para a parte maior do plano de missão está próxima ao plano de missão original, em 1452. A energia resultante pode ser também considerada uma energia total. A identificação da variação do modo de operação pode ser determinada considerando o tempo que o sistema energizado entra na variação do modo de operação.

[0198] As realizações descritas da Figura 33 a 38 podem ser também implementadas com um código de software de computador operável com um processador e configuradas para residirem em um meio legível de computador.

[0199] As Figuras de 39 a 43 se referem a um método para controlar um sistema energizado independente de um ajuste de energia acoplado no sistema energizado. Se o sistema energizado for um trem, por exemplo, o trem pode incluir uma composição de locomotivas e uma pluralidade de carros ferroviários não energizados. As locomotivas são conectadas umas nas outras (pelo menos as locomotivas adjacentes) através de cabos de unidade (MU) múltiplos, e são tipicamente operadas juntas através de um único comando de energia que é inserido na locomotiva e então comunicado para todas as locomotivas rebocadas. O plano de missão pode ser estabelecido para operar com níveis reguladores ou de energia tradicionais, como, por exemplo, mas não se limitando a 8 níveis de energia discretos variando entre o encaixe 1 e o encaixe 8. Contudo, no(s) método(s) ilustrado nas Figuras de 39 a 42, pode ser realizada uma missão otimizada se o controlador não estiver restrito para seguir apenas os níveis de energia acoplada tradicional. Os comandos de energia para cada locomotiva podem ser desacoplados dos níveis acoplados tradicionais. Podem ser aplicadas várias abordagens para desacoplar os níveis de energia. Portanto, apesar de estarem descritas abaixo algumas realizações, essas abordagens não devem ser consideradas limitativas.

[0200] Em que há duas ou mais unidades de geração de energia, como, por exemplo, mas não se limitando à locomotiva guia e uma pluralidade de locomotivas de trilho em um trem, uma abordagem pode permitir que os comandos de encaixe guia e de trilho difiram por um determinado número de encaixes, como, por exemplo, mas não se limitando a um encaixe. A figura 39 é um gráfico tridimensional que ilustra uma realização de uma variação entre o encaixe guia 2450 e o encaixe de trilho 2452. A primeira área 2454 está descrita representando a operação normal do sistema energizado. Uma segunda área 2456 representa a operação de uma realização da presente invenção. Se for requerida mais energia e os encaixes guia e de trilho vigentes forem idênticos, ou o encaixe guia ou o encaixe de trilho pode ser aumentado até certo ponto, como, por exemplo, mas não se limitando a um encaixe, e então o outro é aumentado nas solicitações subsequentes para mais energia. Similarmente, para o caso em que é requerida menos energia, pode ser aplicada a lógica contrária.

[0201] A Figura 40 descreve um gráfico tridimensional ilustrando outra realização para proporcionar ajustes de energia desacoplados. Conforme ilustrado, pode ser desenvolvido um procedimento (e/ou mapa) de operação de ajuste de energia 2458, como, por exemplo, no espaço bidimensional. Determinadas restrições são incluídas ao desenvolver o mapa. Por exemplo, apesar de não se considerado como uma limitação, o mapa pode ser gerado pela minimização do uso do combustível para cada nível de energia desejado, da saída de emissão para cada nível de energia desejado, uma alteração na energia entre os ajustes de encaixe, um desvio de encaixe máximo do comando guia para o comando de encaixe de trilho, etc. O mapa pode ser adicionalmente diferente para aumentar e diminuir caso de energia e pode ser uma função de um parâmetro de operação como, por exemplo, mas não se limitando ao ajuste de energia vigente, velocidade vigente, etc. Além disso, o plano de operação de encaixe pode ser uma função da exigência de energia futura esperada.

[0202] A Figura 41 descreve um gráfico tridimensional que ilustra outra realização para proporcionar ajustes de energia desacoplada. Conforme ilustrado, podem ser empregadas todas as combinações de encaixe 2460 com várias restrições, como, por exemplo, mas não se limitando à minimização de combustível para uso para um nível de energia desejado, saída de emissão para um nível de energia desejado, uma alteração na energia entre os ajustes de encaixe, um desvio máximo de encaixe do comando não guia para o comando de encaixe de trilho, digressão máxima de encaixe, tempo mínimo para alterar os ajustes de energia, e uma resposta passageira desejada. Esse mapeamento pode ser também uma função de um parâmetro de operação, do plano de missão, e do histórico do caminho do encaixe anterior.

[0203] Os exemplos descritos da Figura 39 à Figura 41 podem utilizar um eixo geométrico adicional de liberdade quando é usada energia distribuída (DP) para uma abordagem de gerenciamento de energia de composição, O encaixe de comando de locomotiva DP pode ser independente dos comandos tanto da locomotiva guia quanto das locomotivas rebocadas e podem ser usadas várias restrições, conforme descrito, para equilíbrio de carga e outras considerações de manuseio de trem.

[0204] Adicionalmente, para os casos em que as locomotivas rebocadas em uma determinada composição são conectadas a uma locomotiva guia por cabos MU independentes ou por alguma outra forma de comunicação, como, por exemplo, mas não se limitando às comunicações que usam frequência de rádio como, por exemplo, usadas com as unidades de energia distribuída, são obtidos os eixos geométricos adicionais de liberdade e empregados métodos similares.

[0205] A Figura 42 é um fluxograma 2400 que ilustra um método para controlar um sistema energizado, em que os comandos reguladores para o sistema energizado são desacoplados dos ajustes regulares predefinidos. O método do fluxograma 2400 compreende identificar pelo menos uma característica para minimizar e/ou pelo menos uma restrição para um plano de operação de energia, em 2402. O plano de operação de energia é desenvolvido responsivo a uma característica e/ou a uma restrição, em 2404. É determinado pelo menos um ajuste de energia que é responsivo ao plano de operação de energia, em 2406. Pode ser determinada uma pluralidade de ajustes reguladores responsivos a todas as partes, de um plano de missão, em 2408. Conforme descrito acima, a característica pode incluir, mas não se limita a um ajuste máximo de energia, um ajuste mínimo de energia, taxa de queima de combustível para um nível de energia desejado, alteração máxima no ajuste de energia, tempo mínimo para alterar entre um primeiro e um segundo ajuste de energia, resposta transitória desejada, etc.

[0206] A Figura 43 é um fluxograma ilustrando outra realização de um método para controlar um sistema energizado em que os comandos reguladores para o sistema energizado são desacoplados dos ajustes reguladores predefinidos. O método do fluxograma 2410 compreende desenvolver um plano de operação de energia que é independente de um ajuste de energia acoplada, em 2412. É determinado um ajuste de energia responsivo ao plano de operação de energia, em 2414. O método também compreende identificar uma característica, um parâmetro e/ou uma restrição para o plano de operação de energia, em 2416. Quando o plano de operação de energia é estático, o ajuste regulador ou de energia pode variar na resposta para vários ajustes de energia, em que a variação pode incluir aumentar e/ou diminuir o ajuste regulador. Conforme comentado acima com relação à figura 42, pode ser imposta uma restrição de ajuste de energia ao desenvolver o plano de operação de energia, em 2418. Pode ser usada uma limitação e/ou restrição para equilibrar uma carga do sistema energizado e/ou lidar com as características do sistema energizado, em 2420. Quando o sistema energizado está em um sistema de transporte de trilho, o sistema de transporte de estrada de ferro é operado em um modo de distribuição de energia em que o desenvolvimento do plano de operação de energia e/ou a determinação do ajuste de energia é estabelecido para o modo de energia distribuída, em 2422.

[0207] Os métodos ilustrados na Figura 42 e na Figura 43 são aplicáveis a uma operação de trem em um modo de energia distribuída e àquela configuração como uma linha de trem. Com relação à linha de trem, os métodos são aplicáveis tanto às linhas de trem com fio quanto às linhas de trem sem fio. Conforme descrito acima com relação à Figura 39 à Figura 40, ao operar no modo de energia distribuída, é proporcionado um quarto eixo geométrico para o encaixe de energia distribuída, resultando, assim, em mais um grau de liberdade. Com o controlador automático, pode ser usada uma restrição para equilibrar uma carga de um sistema energizado e/ou para controlar uma característica de manuseio do sistema energizado. Além disso, quando sob controle automático ou autônomo, a locomotiva guia, ou uma primeira locomotiva, pode operar com um controle regulador analógico, ou, mais especificamente, é livre para operar em ajustes reguladores desacoplados dos ajustes reguladores pré-ajustados. As locomotivas de trilho podem ainda operar usando os ajustes reguladores fixos padrões. Portanto, o ajuste regulador para a segunda unidade está em resposta ao ajuste regulador da locomotiva guia. Contudo, o ajuste regulador para a segunda locomotiva pode também ser ajustada independente da primeira locomotiva.

[0208] Em uma realização como, por exemplo, mas não se limitando a uma pluralidade de locomotivas operando como uma composição e/ou sendo parte individualmente de um trem, existem forças de acoplamento em junções de acoplamento, ou conectores. Essas forças também existem em que a locomotiva é acoplada a um carro ferroviário. Ao determinar os ajustes reguladores responsivos à missão, pode ser fornecida a consideração na seleção desses ajustes para as forças de acoplamento esperadas a serem exercidas.

[0209] Com relação aos outros métodos aqui descritos, aqueles descritos na Figura 42 e na Figura 43, e quaisquer variações dos mesmos, podem ser também implementadas com um código de software de computador operável com um processador e configuradas para residir em um meio legível de computador. Além disso, apesar de ser usado um trem para explicar as operações de energia distribuída, a energia distribuída é também aplicável a outros grupos de sistemas energizados.

[0210] Ao mesmo tempo em que foram aqui descritas as realizações da invenção, técnicos no assunto devem compreender que podem ser feitas várias alterações, omissões e/ou adições e equivalentes nos elementos da mesma sem se afastar do escopo da invenção. Além disso, podem ser feitas muitas modificações para adaptar uma situação ou material específico aos ensinamentos da invenção sem se afastar do escopo da mesma. Portanto, a invenção não pretende estar limitada à realização específica descrita como o melhor modo contemplado para realizar a invenção, mas a invenção inclui todas as realizações que incidem no escopo das reivindicações anexas. Além disso, a menos declarado especificamente qualquer uso dos termos primeiro, segundo, etc. não indica qualquer ordem ou importância, mas em vez disso os termos primeiro, segundo, etc., são usados para distinguir um elemento de outro.

Claims

1. MÉTODO (422) PARA CONTROLAR UM SISTEMA ENERGIZADO (12), compreendendo a etapa de: criar um plano de missão (424) que um ou mais parâmetros desejados de um sistema energizado (12) em função de pelo menos um de distância ou tempo durante uma viagem do sistema energizado (12), os parâmetros desejados incluindo uma ou mais configurações do sistema energizado (12) que controle o movimento do sistema energizado (12) durante a viagem, o sistema energizado (12) controlado durante a viagem, de modo que os parâmetros reais que são usados para controlar o movimento do sistema energizado (12) sejam baseados nos parâmetros desejados do plano de missão; sendo o método caracterizado por compreender ainda as etapas de: identificar, com um processador, pelo menos um dos parâmetros no plano de missão que seja diferente dos parâmetros obtidos pelo sistema energizado (12) ou em excesso de um limite predefinido (426) associado ao sistema energizado (12); e controlar o sistema energizado (12) de tal modo que um ou mais dos parâmetros reais do sistema energizado (12) excede, em um período transiente de tempo, o limite predefinido durante o desarme quando o pelo menos um dos parâmetros é pelo menos um diferente dos parâmetros obtidos pelo sistema energizado (12) ou em excesso do limite predefinido.

2. MÉTODO (422), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que são executadas pelo menos duas criações (424) do plano de missão, identificar o parâmetro desejado (426), e controlar o sistema energizado (12), usando uma implementação de controle de circuito fechado sem intervenção do operador.

3. MÉTODO (422), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente revisar (430) o plano de missão quando o sistema energizado (12) é controlado, de forma que um ou mais dos parâmetros reais exceda, em um período transiente de tempo, o limite predefinido ou que um ou mais parâmetros alternativos que podem ser obtidos pelo sistema energizado (12) sejam identificados.

4. MÉTODO (422), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente determinar se o limite predefinido é um limite tolerante (432) que pode ser excedido, em um período transiente de tempo, pelo sistema energizado (12).

5. MÉTODO (422), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente identificar (439) pelo menos um de um segundo parâmetro desejado no plano de missão ou uma função de um componente de um sistema energizado (12) para controlar quando o parâmetro desejado no plano de missão for pelo menos um de um limite predefinido que não pode ser atingido ou excedente pelo sistema energizado (12), e controlar pelo menos um do segundo parâmetro desejado no plano de missão ou a função do componente do sistema energizado para executar o plano de missão.

6. MÉTODO (422), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o parâmetro desejado compreende pelo menos um dentre um limite regulador, um limite de índice de freio, uma velocidade, um tempo de operação para pelo menos um dentre uma viagem ou um segmento de viagem, uma configuração do regulador ou uma configuração de freio.

7. MÉTODO (422), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a geração do plano de missão inclui a formação da planta de missão de modo que controlar o sistema energizado (12) de acordo com os parâmetros desejados resulte em pelo menos um dentre: redução de consumo de combustível ou redução de geração de emissões pelo sistema energizado (12) durante a viagem controlada pelo sistema energizado (12) de acordo com parâmetros como localização e tempo inicial, localização final, tempo de viagem desejado, rota, velocidade, emissões, massa do trem e/ou arrasto do trem, peso do trem ou coeficiente de arrasto; e em que a revisão do plano de missão resulta em um plano de missão revisado que inclui parâmetros desejados revisados e o controle do sistema energizado (12) de acordo com os parâmetros revisados desejados resulta no aumento de consumo de combustível ou no aumento de geração de emissões em relação ao controle do sistema energizado (12) usando os parâmetros desejados do plano de missão.