MXPA00002535A - Metodo para optimizar la operacion y orientacion de un tren - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para optimizar la operación de un tren, caracterizado porque comprende los pasos de:determinar las condiciones de posición, perfil del carril y fuerzas del tren;determinar, a partir de las condiciones determinadas, un conjunto de parámetros preliminares de operación de restricción del tren para que estén dentro de las restricciones operacionales y por lo menos uno de un conjunto de parámetros preliminares de operación optimizables del tren para minimizar las fuerzas del tren, para maximizar la eficiencia del combustible y para minimizar el tiempo al destino;ponderar y combinar el conjunto determinado de parámetros preliminares de operación del tren;y determinar los parámetros de operación del tren optimizados a partir de los parámetros preliminares de operación del tren ponderados y combinados.

Description

MÉTODO PARA OPTIMIZAR LA OPERACIÓN Y ORIENTACIÓN DE UN TREN La presente invención se refiere generalmente a una pantalla para locomotoras y más específicamente a un método para optimizar la operación de un tren y la orientación y su utilización con, por ejemplo, un Grabador de Eventos y Pantalla de Asistencia para Ingenieros ferroviarios (LEADER) . El Sistema LEADER es una versión mejorada en tiempo real del Analizador de Dinámica de Trenes (TDA) , una herramienta de orientación para ingenieros ferroviarios que ha estado vigente por mucho tiempo, ofrecida por el Grupo de Servicios de Dinámica de Trenes con Frenos de Aire de Nueva York. LEADER tiene la capacidad de desplegar una representación en tiempo real ó "en vivo" de un tren que se encuentra actualmente sobre su carril, las vías que le siguen, la interacción dinámica de los vagones y las locomotoras (tanto frontales como remotas) , y el estado actual del sistema de frenos neumático. Como una herramienta para los Ingenieros ferroviarios, LEADER permitirá el avistamiento del efecto de los cambios en la aceleración y la aplicación de los frenos a través del tren, proporcionando retroalimentación e información al Ingeniero ferroviario que no esté disponible en ese preciso momento. La información que el sistema LEADER ofrece, proporciona una oportunidad para una administración, tanto más segura, como más eficiente del tren, conduciendo a enormes beneficios económicos potenciales . El sistema LEADER tiene toda la información necesaria para predecir el estado futuro del tren, dada una gama de cambios de comando futuros (escenarios de lo que pasaría si...). Con esta capacidad, el sistema LEADER puede ayudar a las vías ferroviarias, para identificar e implementar un objetivo de operación deseado; maximizar el tiempo a los destinos, maximizar la eficiencia de combustible, minimizar las fuerzas del tren, (etc.) ó una combinación ponderada de estos mismos. El sistema LEADER efectuará cálculos, hacia el objetivo operacional y al estado actual del tren, para efectuar recomendaciones al Personal de las Locomotoras, para saber qué cambios de operación alcanzarán de mejor forma a estos objetivos. La funcionalidad TDA ha sido mejorada para ayudar a orientar al Ingeniero ferroviario, en cómo manejar de mejor forma que a sus trenes. Están mostrados unos diseños de simuladores con modelos matemáticos .en las Patentes Estadounidenses 4,041,283, 4,827,438 y 4,853,883. Se ha añadido una capacidad adicional para investigar accidentes por medio de reproducir los datos del grabador de eventos a través del TDA, monitoreado los parámetros físicos críticos. A través de los años en los que se han recolectado datos a partir de trenes instrumentados y experimentos de laboratorio, se permite que sean redefinidos los modelos utilizados por el TDA. Se muestra la recolección de datos a bordo para descarga en las Patentes Estadounidenses 4,561,057 ' y 4,794,548. - En tanto que cada vez más Ingenieros ferroviarios se han familiarizado con la pantalla del TDA a través de las sesiones de orientación, se hace aparente que una versión en tiempo real del TDA dentro de la cabina de una locomotora, puede ofrecer beneficios sustanciales en el manejo mejorado de un tren. El manejo mejorado de un tren puede a su vez, fomentar la seguridad y ciertos beneficios económicos. Los diseños más recientes de controladores de computadora a bordo están mostrados en la Patente Estadounidense 4,042,810, con una descripción de modelos matemáticos.

El sistema LEADER proporciona un control seguro y efectivo de un tren, a través de una pantalla ó control de los parámetros cambiantes dinámicamente. Este proporciona con precisión la velocidad del tren dentro de los límites de velocidad designados. Este mantiene las fuerzas de acoplamiento dentro del tren con los límites seguros, para evitar el descarrilamiento de los trenes. Este mantiene niveles seguros de fuerzas laterales entre las ruedas y las vías de todos los vagones, para evitar que los vagones se despeguen del carril y así, se descarrilen. Este proporciona un control para holgura creada por la inercia, tanto para los refuerzos, como para -los topes entre los vagones, para reducir daños a cargas valiosas y para evitar la separación potencial ó rupturas del tren. Este mantiene las detenciones y disminuciones de velocidad del tren, para evitar que tren entre en territorios no autorizados que puedan provocar accidentes con otros trenes en tráfico. Este determina el valor de la aceleración de la locomotora y la aplicación del freno del tren, para minimizar el consumo de combustible y el desgaste de las ruedas y de las zapatas del freno. Este monitorea el desempeño total de la locomotora, el desempeño del freno del tren y proporciona un anuncio si este desempeño es problemático. Este predice un tiempo estimado de arribo del tren hacia varios puntos de cambio, señaliza ubicaciones de los destinos finales para avisar al ingeniero y a los centros de control de tráfico de trenes. Este graba varios datos clave para qué sean después bajados y analizados para estudios operacionales e investigaciones de accidentes, así como para calificar a los ingenieros. Un método para optimizar la operación de un tren incluye a determinar las condiciones de posición, el perfil del carril y las fuerzas del tren, del' tren. Enseguida, un conjunto de parámetros preliminares de operación de restricción del tren, se determinan a partir de las condiciones determinadas. También, se determina al menos uno de un conjunto de parámetros preliminares de operación optimizar es del tren, para minimizar las fuerzas del tren, para maximizar la eficiencia del combustible y para minimizar el tiempo hacia el destino. El conjunto determinado de parámetros preliminares de operación del tren, son ponderados y combinados. Se determina los parámetros optimizados de operación del tren a partir de los parámetros preliminares de operación del tren, ponderados y combinados.

La determinación de cuál optimización deberá ser efectuada, es realizada a partir del carril y del perfil de posición del tren. Esto incluye a determinar la posición del tren, con respecto a una ó más colinas, valles, curvas, señalizaciones y acotamientos . El determinar los parámetros de operación optimizados, incluye a determinar el frenado dinámico e hidráulico. El frenado hidráulico es determinado individualmente en cada locomotora y vagón dentro del tren, que pueda ser controlado individualmente. El frenado dinámico e hidráulico para cada locomotora será determinado individualmente para cada locomotora. El frenado dinámico e hidráulico puede ser uno de un conjunto de parámetros preliminares de operación optimizables del tren, y serán ponderados y combinados con otros parámetros de operación preliminares del tren. La ponderación del frenado hidráulico y dinámico es una función de posición sobre el perfil del carril. Los parámetros de operación del tren incluyen a uno de los varios, frenado hidráulico del tren, frenado hidráulico de la locomotora, frenado dinámico de la locomotora y propulsión de la locomotora. Uno de los parámetros de operación optimizados del tren es el apagado ó el encendido de la propulsión de locomotoras individuales. Los parámetros de operación optimizados pueden ser desplegados y/ó puede ser controlados por el tren, para los parámetros de optimización determinados . El determinar los parámetros preliminares de operación de restricción del tren incluye a uno ó más de los, límite de velocidad, orden de disminución de velocidad, zona de velocidad restringida, requerimientos y autorizaciones, permisos de ocupación de carriles, boletines de operación generales, límites de remolque y límites de holgura creada por la inercia. Se determinan los parámetros preliminares optimizables del tren, utilizando las restricciones operacionales. .El método también incluye determinar las características del tren. Las características del tren para cada vagón, incluyen a una ó más de, la longitud, peso, posición del tren, descripción del equipo de frenos, tipos de soportes y áreas de desvío del viento. Las características para cada locomotora incluyen a una ó más de, la longitud, el peso, posición del tren, desempeño de la tracción, desempeño del frenado dinámico, consumo de combustible, en tanto se refiere a los valores de control de potencia y a las velocidades de la locomotora. La determinación de las fuerzas del tren incluye a determinar las fuerzas por las que pasa y a través de las cuales sufre el tren para seguir su carril. Esto incluye a determinar las fuerzas de acoplamiento y la holgura creada por la inercia a través del tren. La determinación de los parámetros preliminares de operación de restricción del tren incluyen a determinar los parámetros preliminares de operación del tren, para mantener las fuerzas de acoplamiento por debajo de un límite preestablecido. Sí la holgura creada por la inercia ha sido determinada, los parámetros de operación del ' tren optimizados son determinados . para alcanzar una aceleración cero dentro del tren. Sí la holgura creada por la inercia y las fuerzas de acoplamiento exceden los límites predeterminados, se notifica al operador. Si el operador no toma una acción apropiada, el tren es controlado con los parámetros de operación determinados. La determinación de las fuerzas incluye a determinar al menos un valor de los topes y los refuerzos en estado constante, topes y refuerzos transitorios, holgura creada por la inercia y relación de fuerzas laterales sobre verticales.

El determinar las fuerzas también incluye a determianr las fuerzas ejercidas por una pendiente y la resistencia al volcamiento sobre el carril por el cual se sigue. Los parámetros preliminares de operación optimizables del tren son determinados para mantener que la pendiente no exceda un grado determinado de resistencia al volcamiento y de fuerza ejercida. Son determinados unos parámetros preliminares optimizables del tren para detenerse a una distancia mínima de la fuerza de resistencia de volcamiento determinada y fuerza ejercida por la pendiente. El método para determinar los parámetros de operación optimizables, para detenerse 'a una distancia mínima, es repetido hasta que el tren se ha detenido los parámetros preliminares de operación optimizables y de restricción del tren son determinados para adherirse a las restricciones de velocidad de señalización. El método para adiestrar a un ingeniero ferroviario, dentro de un tren en movimiento incluye a desplegar en las condiciones del tren y una situación a la cual responda el ingeniero. La contestación del ingeniero es determinada y la pantalla de las condiciones del tren se cambia en respuesta a la contestación del ingeniero. La pantalla también puede cambiarse para reflejar las condiciones del tren resultante a partir de la contestación del ingeniero. La pantalla también puede sugerir una respuesta a la situación desplegada y la pantalla puede ser cambiada para reflejar las condiciones del tren resultantes a partir de la respuesta sugerida. La contestación del ingeniero es grabada, relacionándose a la situación desplegada. La -contestación del ingeniero es comparada con la respuesta a la situación sugerida. El ingeniero es calificado a partir de la comparación de la contestación del ingeniero con la respuesta sugerida a esa situación. La respuesta del tren para la contestación del ingeniero, en tanto ésta se refiere a la situación desplegada, también es grabada. El método de adiestramiento también puede incluir a determinar el nivel de calificación del ingeniero, , antes de adiestrarlo a partir de las entradas del ingeniero. El nivel de calificación del ingeniero y una identificación de ingeniero pueden ser ingresadas por medio de utilizar u dispositivo codificado. El ingeniero es calificado basándose en la respuesta determinada y así, el nivel de' calificación es actualizado, basándose en la calificación determinada. También puede ser controlado el acceso a los controles de la locomotora, utilizando un identificador de usuarios y determinando el nivel de calificación del usuario. El sistema es habilitado si el nivel de calificación del usuario cumple con los requerimientos de la locomotora. La identificación del usuario y los niveles de calificación pueden ser ingresados por medio del dispositivo codificado previamente discutido. El sistema de control, por ejemplo, la pantalla, puede ser personalizado utilizando el identificador del usuario y/ó el nivel de calificación.

Breve Descripción de los Dibujos La Fig. 1 es una vista en diagrama del sistema de calibración de energía, de acuerdo con los principios de la presente invención. La Fig. 2 es un diagrama de bloques de los componentes del sistema de la pantalla de ayuda de locomotora y del grabador de eventos, de acuerdo con los principios de la presente invención. La Fig. 3 es un diagrama de flujo del control de frenado y del sistema de propulsión de vagón por vagón, de acuerdo con los principios de la presente invención.

La Fig. 4 es un diagrama de flujo del control de frenado y del sistema de propulsión, de acuerdo con los principios de la presente invención. La Fig. 5 es una pantalla LEADER que incorpora los principios de la presente invención. La Fig. 6 es un diagrama de bloques con información de flujo procedente del tren, para la pantalla que incorpora los principios de la presente invención. La Fig. 7 es un diagrama de flujo de la posición y la determinación, de acuerdo "con los principios de la presente invención. La Fig. 8 es un diagrama de flujo de la optimización de combustible, utilizando el valor de aceleración, de acuerdo con los principios de la presente invención. La Fig. 9 es un diagrama de flujo del ahorro de combustible, utilizando el apagado/encendido de locomotora . La Fig. 10 es un diagrama de flujo para calibrar una pendiente, de acuerdo con los principios de la presente invención. La Fig. 11 es un diagrama de flujo de la alerta de fuerza excesiva, de acuerdo que los principios de la presente invención.

La Fig. 12 es un diagrama de flujo de la corrección de fuerza relacionada con la holgura, de acuerdo con los principios de la presente invención.

La Fig. 13 es un diagrama de flujo del cálculo de distancia de detención, de acuerdo con los principios de la presente invención. La Fig. 14 es un diagrama de flujo de un adiestramiento/calificación de trabajo, de acuerdo con los principios de la presente invención. La Fig. 15 es un diagrama de flujo para controlar el acceso a los controles de la locomotora, de acuerdo que los principios de la presente invención.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas El sistema LEADER que opera sobre el principio de conservación de energía, cinética y potencial, como se ilustra en la Fig. 1. Algunos eventos incrementan la cantidad de energía cinética ó potencial dentro del sistema, mientras que otros eventos la reducen. El quemar combustible convierte la materia a energía (movimiento a través de los caballos de fuerza y el calentamiento) , mientras que el frenado convierte la energía cinética en calor, deteniendo al tren. La energía cambia el estado pero, la suma total de energía dentro del sistema, debe ser una constante. Un ' tren en movimiento. está convirtiendo constantemente combustible a energía, convirtiendo la energía cinética en energía potencial que viaja hacia arriba en contra de la gravedad, convírtiendo la energía potencial en energía cinética en descenso, y retirando la energía cinética en la forma de calor procedente de la fricción y de los sistemas de frenado dinámico. Los modelos matemáticos del Sistema LEADER, monitorean los parámetros y efectúan los cálculos basándose en el estado de energía actual, del tren, para -crear una pantalla en tiempo real de la dinámica del tren. La potencia del sistema LEADER se encuentra en su capacidad para proporcionar información que permita al personal, controlar de una mejor manera al tren, minimizando la pérdida de energía. La pérdida de energía a través del sobrefrenado representa un combustible innecesariamente consumido. La energía impartida hacia la carga del tren representa un daño potencial a la carga, al equipo y a la vía. Ambos fenómenos son indeseables y localizables a través del sistema LEADER.

El sistema LEADER está comprendido por un número de subsistemas, cada uno con tareas específicas. La Fig. 2 muestra una arquitectura genérica del sistema LEADER. La interfaz del usuario del Sistema LEADER es la pantalla en tiempo real que muestra del estado actual del tren, como se muestra en la Fig. 5. Se establece una comunicación por radio entre la locomotora principal, las locomotoras de arrastre que están en la parte consistente principal y las locomotoras que están en la parte consistente remota, para reportar los parámetros necesarios procedentes de cada una de estas locomotoras, necesarios para efectuar los cálculos del sistema LEADER. La información de consistencia es ingresada a través del teclado de la pantalla en tiempo real, una fuente de comunicación alámbrica (una computadora portátil ó un dispositivo de almacenamiento portátil) ó a través de una comunicación por radio en vía lateral. La posición es determinada a partir de sensores de movimiento en las ruedas y de un Sistema de Posicionamiento Global (GPS) . El Concentrador de Entrada/Salida (I/O) reúne a todos los diferentes parámetros de locomotora necesarios para los cálculos algorítmicos del sistema LEADER y los reportes de información para la Computadora LEADER. El Procesador.

LEADER, una plataforma de computadora con capacidad de procesamiento alta que utiliza un Sistema Operativo en Tiempo Real (RTOS) , efectúa entonces los cálculos requeridos por los algoritmos del sistema LEADER y así, se actualiza la pantalla en tiempo real. Todos estos subsistemas se combinan para formar al Sistema LEADER. Cada locomotora dentro de un tren LEADER requerirá como mínimo, al Concentrador de entrada/salida con una capacidad de comunicación con un extremo frontal. El Procesador LEADER y la Pantalla de Despliegue son requeridos solamente para la locomotora principal. La decisión de equipar a todas- las locomotoras con una instalación completa LEADER (Procesador, Pantalla. en añadidura al Concentrador de Entrada Salida) debe estar basada en la capacidad de las Vías para designar permanentemente a una locomotora como principal ó de remolque, dentro de sus tareas. El desarrollo de los sistemas LEADER empezó hace ya más de 20 años con sus primeros esfuerzos para crear Al Analizador de Dinámica de Trenes (TDA) , un modelo matemático de computadora utilizado para predecir las fuerzas dentro del tren. Las técnicas de modelación de dinámica de trenes y .los algoritmos modalizados dentro del TDA, están descritos en la Patente Estadounidense 4,041,283. El sistema LEADER proporciona un número de características únicas que están disponibles debido al conocimiento comprensivo del sistema LEADER, del estado del tren. Muchas de estas características permiten que la Vía siga y promueva políticas de operación, por medio de programar límites dentro del Sistema LEADER, de tal manera que cuando estos límites sean extendidos, el sistema LEADER alerte audible y/ó visiblemente al personal con esta situación. La Fig. 5 muestra una Pantalla LEADER "congelada". Cada característica del sistema LEADER es identificada por medio de un. bloque que señala la ubicación de pantalla apropiada. Las secciones siguientes utilizan el mismo número de párrafo, en tanto el bloque de identificación detalla la operación de cada característica. La Pantalla LEADER mostrada en la Fig. 5, representa una configuración en particular para la pantalla de la información del sistema LEADER. El formato de pantalla puede ser personalizado a petición del cliente, por medio de añadir información, retirar información, cambiar el esquema de color, reordenar la posición de las secciones de información, y/ó variar tamaño de cualquier gráfico en particular. En las siguientes descripciones de características acerca de la Pantalla LEADER, el término función será utilizado para describir la representación de la magnitud de un parámetro particular, a lo largo de la longitud del tren, variando a través del tiempo. .1 Perfil del Carril La porción superior de la Pantalla LEADER muestra el perfil del carril en tres vistas. La consistencia del tren es representada por medio diferentes bloques en color para las unidades de locomotora y para los vagones. La longitud del tren desplegado es proporcional a la longitud del tren real. Las marcas de señalización en kilómetros son representadas por medio de líneas que corren verticalmente a través de la porción del perfil del carril de la pantalla. .2 Vista Horizontal del Carril La vista horizontal del perfil del carril muestra la pendiente en la cual, el tren está ubicado actualmente y la pendiente del perfil del carril para un número de kilómetros siguientes. La Vista Horizontal del perfil del carril mostrará la posición del tren completo sobre carril, tanto para la posición actual, como para la forma geográfica (subida ó bajada), como un segmento vertical del perfil del carril en tiempo real. .3 Representación de Curvatura del Carril La gráfica superior de la sección del perfil del carril está hecha de bloques que representan la curvatura del carril. Un bloque por encima de la línea de división, representa una curva hacia la derecha, un bloque por debajo de la línea de división representa a una curva hacia la izquierda. Mientras más largo sea el bloque, más larga será la curva. Mientras más alto sea el bloque, más pronunciada será la curva. .4 Vista Elevada/Información Complementaria Justo por encima de la vista horizontal, está la vista elevada. Esta vista incorpora los símbolos para representar las estructuras del carril, tales como cruces, señales, puentes, túneles y acotamientos . .5 Fuerzas dentro del Tren Directamente debajo del tren representado sobre la pantalla LEADER, está la porción de la pantalla dedicada a mostrar las fuerzas dentro del tren.' Todas las fuerzas dentro del tren son desplegadas como un gráfico que traza a cada vagón dentro del tren. Al seguir cada punto sobre cada una de las funciones de fuerza hacia arriba de la pantalla, este intersectará con un punto sobre tren, en donde presentará actualmente un nivel en particular de fuerza. Están representados tres tipos de fuerzas en dos gráficas diferentes. Las dos gráficas pueden ser identificadas como las funciones de fuerza de magnitud de topes/refuerzos y la función de relación de fuerza Lateral dividida entre Vertical (L/V) .

La gráfica de fuerza de topes/refuerzos representa las fuerzas de refuerzo ó como a una función por encima de una línea en 0 kilos-libras y las fuerzas de tope como una función por debajo de la línea 0 kilos-libras. Las fuerzas de los topes y de los refuerzos pueden ser divididas en dos categorías, estado constante y transitorio. Las fuerzas en estado constante están mostradas, en general, por una función suave, que cambia relativamente despacio. Las fuerzas transitorias de los topes y de los refuerzos (corrimiento de entrada/corrimiento de salida, ó fuerzas inducidas por holgura) son mostradas por medio de "picos" de fuerza que viajan a través del tren.- El sistema LEADER calcula con precisión y despliega a ambos. Las fuerzas .inducidas por holgura representan a las transferencias de momento entre los vagones, resultando en daños potenciales de la carga y de los vagones. La gráfica de relación de fuerzas Lateral sobre Vertical (L/V) , está mostrada por encima de la gráfica de fuerzas de topes/refuerzos. Las fuerzas L/V aparecen en los vagones, en tanto estos atraviesan curvas dentro de su carril. .6 Presión del Tubo de Freno/Presiones de los Cilindros de Freno Directamente por debajo de las gráficas de fuerza, están dos funciones que representan a la presión del tubo de freno a través del tren y a la presión de cilindro del freno a través del tren. De nuevo, estas funciones trazan una posición dentro de la representación del tren por debajo directamente. Puesto que las funciones son representaciones en tiempo real del sistema de frenos, es posible monitorear una aplicación de los frenos ó liberación, en tanto ésta viaje a través del tren completo. .7 Información de Trayectoria/Telemetría Las secciones central inferior y derecha inferior de la pantalla tienen la información de trayectoria en tiempo real y de estado, desplegadas en formato gráfico de barras, tanto digitales, como analógicas. La siguiente lista contiene a los parámetros mostrados actualmente en la Pantalla LEADER: Las secciones están numeradas para coincidir con los bloques de identificación de la Fig. 5. .7.1 In ormación de Extremo rontal Posición es una representación digital de la posición marcada en millas de la locomotora de extremo frontal. Pendiente es la pendiente de la vía en la posición de la locomotora de extremo frontal. Curvatura es la pendiente de curvatura del carril en la posición de la locomotora del extremo frontal. .7.2 La Velocidad es mostrada como una lectura digital seguida por una gráfica de barras analógicas que representa la velocidad de la locomotora de extremo frontal en cada instante en el tiempo. La gráfica de barras se convertirá de un color normal, de verde a rojo, "si es que es excedido el límite de velocidad. .7.3 La Aceleración está mostrada como una lectura digital seguida por una gráfica de barras analógica que representa la aceleración de la locomotora de extremo frontal en cada instante dentro del tiempo. .7.4 El Límite de Velocidad Actual, está mostrado como una lectura digital del límite de velocidad para la posición actual de la locomotora de extremo frontal. .7.5 Valor de la Válvula de Alimentación, es la presión en la cual está puesta la válvula de alimentación, desplegada en libras por pulgada cuadrada (psi) . .7.6 Combustible, es la cantidad de combustible consumido desde que fue reinicializado el contador por última vez. .7.7 Longitud de Consistencia, es una lectura digital de la longitud de la consistencia mostrada en metros . .7.8 Tiempo, es la lectura digital del tiempo actual .7.9 Reducción del Tubo de Frenos, (ó Orden de Frenos EP) . Esta gráfica tiene dos papeles; uno para trenes equipados con frenos neumáticos convencionales y otra para trenes equipados con Frenos EP. En Convencional, la gráfica es una lectura digital seguida por una gráfica de barras analógicas que representan la reducción de presión del tubo de frenos en la locomotora de extremo frontal, en cada instante dentro del tiempo. El Sistema LEADER tiene la capacidad de soportar a trenes equipados con Sistemas de Frenos EP en lugar de válvulas de desplazamiento convencionales. En un tren equipado con Frenos EP, la gráfica es una lectura digital seguida por una gráfica de barras analógicas que representan al porcentaje de frenos ordenados para el Sistema EP. .7.10 Fuerzas de la Barra de Remolque, es una lectura digital seguida por una gráfica de barras analógicas que representan la fuerza instantánea de la barra de remolque de la locomotora. .7.11 Razón de Consumo de Combustible, es una lectura digital seguida por una gráfica de barras analógicas que representan a la razón instantánea de consumo de combustible del tren completo, mostrado en Litros Por Hora (LPH) . .8.1 Alerta de Velocidad Excesiva, es una alerta audible y/ó visual que aparecerá en la Pantalla LEADER, cuando la velocidad de la locomotora exceda al límite de velocidad para la posición de carril actual. La restricción de velocidad para el carril puede ser modificada para reflejar órdenes de tráfico lento para una sección de la vía. Se muestra una marca sobre la gráfica de indicación de velocidad que representa al límite de velocidad actual. .8.2 Reducción Mínima de Frenos Neumáticos Segura, es de interés para la operación segura del tren. En tanto son aplicadas y liberadas las aplicaciones del freno, el estado de carga del sistema de frenos neumático puede convertirse de tal manera, que ocurra una liberación no deseada de los frenos si la siguiente aplicación de los frenos requerida, no es lo suficientemente profunda. El sistema LEADER calculará el nivel seguro de aplicación de frenos y desplegará visualmente una meta en la gráfica de barras de Reducción de Frenos. Si la aplicación de frenos requerida no es lo suficientemente profunda, será generada una alerta visual por medio de la pantalla LEADER. .8.3 Consumición, es una medida de cómo el tren está siendo movido con respecto a la eficiencia de combustible. La consumición es calculada y desplegada en litros/miles-toneladas-kilómetros. La pantalla del sistema LEADER esté equipada con cuatro teclas de función en la parte inferior de la pantalla. La definición de cada tecla de función está mostrada en la representación de la tecla sobre el panel de cristal líquido (LCD) , directamente por encima de éste. Las teclas de función permiten el ingreso del usuario al sistema, el acceso a varios menús de configuración e inicialización, e información de consulta procedente del sistema LEADER . El sistema LEADER es capaz de operar en tres modos- operativos, cada uno construyéndose sobre el modo anterior. Los tres modos avanzan en el sistema LEADER desde una pantalla en tiempo real proporcionando pasivamente, información para el ingeniero ferroviario (modo de solo información) para un sistema LEADER que sugerirá al ingeniero ferroviario, cómo administrar de mejor manera al tren (modo de asistencia al conductor) y finalmente, para un sistema de control que es capaz de emitir, ambos para controlar óptimamente a la locomotora (modo de piloto automático) .

En el modo de solo información, el ingeniero ferroviario hace todas las decisiones y solamente activa los diferentes sistemas de control en un modo manual. El sistema LEADER proporciona formación al ingeniero que no esté disponible actualmente para éste, para que lo utilice el manejar a los diferentes sistemas de control de la locomotora. En el modo de asistencia al conductor el sistema LEADER determina y despliega los valores óptimos del acelerador y potencia de freno dinámico de la locomotora y los valores de control de frenos de los vagones y de la locomotora. Estos valores son determinados por las locomotoras de extremo frontal y las locomotoras controladas remotamente. Estas recomendaciones son valores deseados desplegados al ingeniero ferroviario, el cual puede entonces elegir mover manualmente varios controles para alcanzar estos valores. En el modo de piloto automático, los valores derivados del sistema LEADER son utilizados para controlar automáticamente la potencia y los sistemas de freno de la locomotora, el sistema de frenos del tren de cada vagón y los sistemas auxiliares que efectúan el movimiento del tren. El ingeniero ferroviario da servicio a un supervisor operativo con la capacidad de pasar por alto manualmente al piloto automático. El piloto automático también puede ser efectuado por medio de enlaces de comunicación entre el sistema LEADER y el centro de control de tráfico central de vías de ferrocarril. El sistema LEADER podría recibir y activar una gran variedad de comandos recibidos desde el centro de control de tráfico central. Esta información recibida pudiera incluir a impedir órdenes de disminución de velocidad, cambios en el límite de velocidad, aspectos de las señales venideras, etc. El sistema LEADER puede proporcionar actualizaciones de estado para el centro de control, incluyendo a ' la velocidad actual del tren, a la posición de carril actual, fallas detectadas ó disfunciones en el equipo, tiempo estimado de arribo, etc. El control de tráfico puede utilizar esta información para manejar un movimiento completamente seguro y efectivo de tráfico de trenes, bajo su control. La pantalla de la Fig. 5 está producida por medio del diagrama de flujo de la Fig. 6. Las bases de datos de perfil del carril incluyen al perfil ó topología del carril incluyendo las pendientes, curvas, señalizaciones de kilometraje, nombres de pueblos, coordenadas absolutas de latitud y longitud. Además de las características físicas del perfil del carril, también son tomadas en cuenta las señales venideras, órdenes de disminución de velocidad, límite de velocidad y posición de las zonas de restricción de velocidad. El sistema LEADER incluye la capacidad de comunicación entre la locomotora y el despachador central, de tal manera de que puedan ser cargadas órdenes nuevas en el sistema y en tiempo real. El sistema LEADER también incluye a contadores múltiples de distancia para ayudar al ingeniero ferroviario en navegar a través de varias zonas de restricción de velocidad. El sistema LEADER tiene la capacidad de iniciar, detener, reinicializar' y alertar al personal, acerca de una condición arbitraria de múltiples contadores, mostrados en la pantalla LEADER. Así pues, dependiendo de la longitud del tren, el tren puede estar en múltiples zonas al mismo tiempo . Son necesarias varias condiciones físicas y características del tren para los métodos que serán descritos más adelante. La información de consistencia ó características del tren incluyen a la longitud de vagón, peso del vagón, posición de la consistencia del vagón, descripción del equipo de frenos, tipos de soportes, áreas de desvío del viento. Este también incluye a la información acerca de la locomotora, incluyendo la longitud de la locomotora, peso y posición de la consistencia, desempeño de tracción, desempeño de frenado dinámico, consumo de combustible, al referirse a los valores de control de potencia y a las velocidades de la locomotora. La base de datos de perfil de carril y la información de consistencia pueden ser cargadas externamente por el ingeniero ó por medio de enlaces de comunicación con el centro de control de tráfico central de vías de ferrocarril. Similarmente, la información acerca de la consistencia puede ser derivada automáticamente de los controladores individuales que están en las locomotoras, en los vagones, durante el encendido, tal y como se describe en las Solicitudes de Patentes Estadounidenses 08/837,113 presentada el 14 de Abril de 1997 y 08/689,813 presentada el 14 de Agosto de 1996. Otra información que pueda ser cargada puede incluir a las restricciones operativas para límites de velocidad anormales y órdenes de disminución de velocidad especiales, zonas de restricción de velocidad, requerimientos y autorizaciones, permisos de ocupación de carriles, boletines operativos generales, designaciones de señales venideras, tiempo deseado de arribo, ubicación del destino final, y límite de autoridad ó posiciones de carril en las que el tren se mueve sin' que tenga la posibilidad de interferencia con el movimiento de los trenes que estén en el área. La base de datos de perfil del carril, la posición y la información de consistencia son utilizadas para elaborar el perfil del carril en la vista horizontal, vista de curvatura y vista elevada, y son provistos hacia la pantalla del sistema LEADER.

Los cálculos de la dinámica de tren LEADER utilizan una combinación de mediciones instrumentadas en la locomotora y si están disponibles, desde los vagones y un cálculo de computadora basado en las leyes de física fundamentales, . ingeniería mecánica, junto con varias derivaciones empíricas. Estas mediciones y cálculos son utilizados para facilitar la retroalimentación estimada requerida. Las mediciones incluyen a los valores de aceleración y/ó frenado dinámico en la locomotora, presiones de control de varios sistemas de control de frenos de aire de la locomotora, velocidad de la locomotora e incremento de la rotación de las ruedas. Este también incluye las presiones de control de frenos al final del tren y presiones de frenos para los vagones individuales disponibles. La potencia producida y/ó anticipada dentro del sistema de tracción de las locomotoras y deslizamiento de las ruedas de las locomotoras. La activación de las polveras de la locomotora y la bocina y/ó campanas. La posición del carril absoluta y el tiempo del día también son ingresados. Esto es en añadidura a la información de consistencia y al perfil del carril previamente descrito . A partir de ésta información, el sistema LEADER calcula el estado constante y transitorio de la magnitud de fuerza de topes/refuerzos y ' su posición dentro de la consistencia, magnitud de relación de fuerza lateral sobre vertical y posición dentro de la consistencia, magnitud de la presión de frenos y posición dentro de la consistencia y magnitud de la presión del cilindro de frenos y posiciones dentro de la consistencia. Estos cuatro parámetros son entonces trazados en símbolos de tren y en posiciones actuales de perfil del carril, y son provistos a la pantalla del sistema LEADER.. Se muestra un diagrama de flujo para determinar la posición en la Fig. 7. Son derivadas tres diferentes fuentes de información, ponderadas y combinadas como un estimado de posición. Una primer fuente de información es transmitida hacia el tren. Esto está disponible a partir de un sistema de posicionamiento geográfico (GPS), el cual es utilizado para detectar la latitud y longitud precisas de la cabeza del tren. Otro sistema comercialmente disponible utiliza a unos transponedores empotrados por debajo del tren a intervalos separados. La locomotora equipada con un transceptor, activa a los transponedores, en tanto estos pasan sobre éste. El transponedor transmite entonces un mensaje codificado, el cual cuando es descifrado, proporciona la posición del carril. Como otra alternativa, el ingeniero ferroviario puede ingresar las señales de kilometraje, las cuales pueden ser entonces comparadas .en contra de la base de datos del carril, para determinar la posición. El diagrama de flujo de la Fig. 7 también indica dos métodos de incremento para estimar la posición. Un indicador de razón de giro proporciona una señal que es utilizada para indexarse en contra de la base de datos del carril, para producir un estimado de la posición. Otro método es un contador de impulsos de final de eje, el cual detecta el viaje de distancia e incremento efectuado por la locomotora y es utilizado para indexar la base de datos del carril a una posición estimada. El indicador de razón de giro y el contador de impulsos de final de eje operarán para incrementarse desde la posición previamente medida. Todas estas tres posiciones estimadas son entonces ponderadas y combinadas para producir el último estimado de la posición, para ser utilizado en la pantalla y en varios cálculos basados en el perfil del carril. El sistema LEADER también tiene la capacidad de determinar si sus cálculos que no son precisos. Por ejemplo, si existe un error en la distancia real recorrida en contra de la distancia calculada recorrida, esto puede acaparar la atención del operador. Esto permite que el operador cambie las funciones de ponderación si así. lo desea, dentro del algoritmo. Estos errores en los algoritmos pueden ser mediciones erróneas, información de consistencia errónea, fallas en los sistemas de frenos de los vagones y/ó fallas en los sistemas de propulsión. Aún si la capacidad para identificar la fuente específica del error, por lo menos una notificación de que el error existe, permitirá que el operador y el sistema hagan decisiones más inteligentes. El sistema LEADER se integra con los sistemas de frenos electroneumáticos (EP) para proporcionar el frenado en un vagón, basándose en el vagón. Esto puede ser utilizado para maximizar la eficiencia del combustible, minimizar las fuerzas dentro del tren y/ó minimizar el tiempo al destino. Al combinar el conocimiento de la posición y el estado del tren, el control de los frenos individuales mejora adicionalmente el desempeño del frenado. Por ejemplo, los controladores de frenos EP que están en cada vagón, pueden ser ordenados para aplicar los frenos en los vagones adelante de un cierto punto, en tanto el tren vaya cuesta arriba y no aplique los frenos de los vagones que están por debajo del punto más alto de la colina. Esto elimina que los vagones que están en el lado cuesta arriba sean detenidos con sus propios frenos, hasta que estos lleguen al punto más alto de la colina. El control de vagones individuales está ilustrado en el diagrama de flujo de la Fig. 3. El proceso empieza cuando sistema LEADER monitorea el perfil del carril. Si existe una característica geográfica de interés, este procede a identificar la posición del tren, relativa a la característica geográfica de interés. Si no es así, este regresa al monitoreo de perfil del carril. Las características gráficas de interés pueden incluir a colinas, valles, curvas, señales ó acotamientos. Esto son ejemplos de características de interés que pueden beneficiarse del frenado individual de vagones. Después de identificar la posición del tren relativa a la característica geográfica, es determinada la identidad de cuáles vagones están en la característica geográfica de interés. Esto se determina utilizando datos de serie para cada vagón, para ordenar e identificar a los vagones. La serialización de vagones puede ser determinada utilizando el proceso descrito en la Solicitud de Patente Estadounidense Copendiente 08/873, 113, presentada el 14 de Abril de 1997. Después de identificar la posición del vagón relativa a la característica geográfica de interés, se hace una decisión para saber si es posible la optimización. Si no es así, éste regresa al sistema LEADER para monitorear el perfil del carril. Si es posible la optimización, se determinan los parámetros operativos para las restricciones operacionales. Como ha sido discutido previamente, estos pueden incluir a límites en las fuerzas ó en de velocidad. Enseguida, los parámetros ponderados optimizados procedentes del usuario, son derivados tomando en cuenta las restricciones operacionales. Ejemplos del método de optimización pueden ser, maximizar la eficiencia del combustible, minimizar las fuerzas dentro del tren ó minimizar los tiempos al destino. También, de igual manera pueden ser ponderadas la afinidad con los frenos dinámicos y afinidad con los frenos neumáticos. Estas son determinadas por medio del usuario. Estos factores ponderados son combinados y proporcionados al parámetro ponderado optimizado procedente del paso del usuario. Si se desea todo esto, la ponderación para el parámetro no deseado puede ser dada como cero. Los parámetros ponderados optimizados son entonces utilizados para calcular los parámetros opera-tivos optimizados, por ejemplo, a qué vagón frenar y qué nivel de frenado es necesario. Los comandos apropiados son enviados a los frenos de sistema electroneumático (EP) de cada vagón. Esto puede incluir al identificador del vagón y al nivel de frenado transmitido sobre el enlace de comunicación que pasa a través del tren. Para las locomotoras, esto puede incluir al frenado dinámico y neumático, así como la propulsión. Si algunos vagones no están equipados con el sistema de frenos EP, el único control del tren es a través del tubo de frenado hacia los vagones individuales, así como los frenos y el acelerador de la locomotora. Así pues, tiene que ser controlada la maxi ización de la eficiencia del combustible, la minimización de las fuerzas dentro del tren y la minimización del tiempo al destino a través del tubo del acelerador y de los frenos. Si los vagones no tienen frenos controlados individualmente, los parámetros operativos optimizados son determinados en el nivel de sistema, como se ilustra en la Fig. 4. Debe notarse que aún si no es posible la optimización, los diagramas de flujo de las Figs. 3 y 4 pueden también operarse para identificar la posición del tren y la posición de los vagones individuales y así, determinar si los límites de restricción han sido ó serán alcanzados. Si existe una anticipación en que estos serán alcanzados, entonces es efectuado el cálculo de los parámetros operativos de restricción. Es efectuado el cálculo de cuáles son los vagones que serán frenados y qué nivel de frenado es necesario, así como el cálculo de los comandos de la locomotora. Estos comandos son entonces emitidos a las locomotoras y vagones individuales. Alternativamente, el control de frenado y de propulsión es efectuado en el nivel de sistema.

Los cálculos y la optimización de las Figs. 3 y cuatro son conducidos, no solamente para la posición actual del tren, sino que también previendo seguir al perfil del carril. Esto es utilizado para determinar lo que cambie dentro de las condiciones del tren, resultando en cambiar el perfil del carril y la posición. Sin esta capacidad de previsión, no se alcanza totalmente la optimización completa. También, afectará la anticipación de una condición en disminución ó en incremento dentro del perfil del carril y la posición del tren, manteniendo al tren dentro de los límites de restricción. Los controles proporcionales de la potencia de tracción de la locomotora y de los frenos dinámicos incluyen a subsistemas para administrar un efecto de empuje de locomotora y esfuerzos de frenado eléctrico. El control proporcional de los subsistemas de frenado de aire de la locomotora, incluyen tanto a la aplicación, como la liberación de los frenos de locomotora independientes y de los frenos del vagón individual ó del tren. La activación/desactivación de los sistemas de control de locomotora auxiliares, incluyen al control de polveras, de la bocina y de las campanas. Como un subconjunto de la optimización de las Figs. 3 y 4, ó como un sistema independiente, se describe en la Fig. 8 la optimización del combustible a través del valor de aceleración, incluyendo al reposo. Las locomotoras operan en una máxima eficiencia a ciertas aceleraciones. Mientras que son necesarias múltiples locomotoras para remolcar un tren sobre ciertas áreas, otras áreas dentro del mismo territorio puede no requerir a todas las locomotoras en operación. El sistema LEADER tiene el conocimiento del estado actual del tren, la capacidad de locomotoras, la consistencia del tren y el perfil del carril venidero. Utilizando este conocimiento,' el sistema LEADER puede determinar la combinación óptima de valores de aceleración en la locomotora, para maximizar la eficiencia. El valor puede ser desde reposo hasta los marcadores 1-8. La información acerca de la consistencia del tren, la información de la locomotora, el perfil del carril y los comandos actuales de aceleración son utilizados por los algoritmos de procesamiento del sistema LEADER para determinar el estado del tren. La determinación es entonces hecha para saber si los valores de aceleración son óptimos para la eficiencia de combustible. Si así lo son, no se requiere ningún procesamiento adicional. Si no lo son, entonces se determina un valor de aceleración óptimo recomendado. Este valor es entonces desplegado al personal. En un modo semiauto ático, la respuesta del personal es determinada y si el personal selecciona el valor óptimo, no se efectúa ningún procesamiento adicional. Si el personal no selecciona el valor óptimo, entonces el sistema seleccionará automáticamente al valor óptimo. Así pues, se consigue la optimización de combustible a través del valor de aceleración. Como una extensión adicional de la optimización, utilizando los valores de aceleración, está la capacidad para ahorrar combustible a través de apagar y volver a encender las locomotoras. Ya sobre, el curso de operación de un tren de carga, por ejemplo, un tren de carbón operando en círculo, una porción del tiempo de operación del tren es gastada moviéndolo totalmente vacío. La cantidad de energía requerida durante la transportación con carga, determinará generalmente el número de caballos de fuerza de las locomotoras del tren. Todos los trenes son operados generalmente durante ambos movimientos, cargado y vacío, en dicho tren, aún cuando el movimiento del tren vacío no pudiera requerir de todas sus locomotoras para su propulsión. Con la capacidad del sistema LEADER para prevenir y calcular los caballos de fuerza requeridos para una cierta sección de un movimiento, es posible apagar una locomotora no necesaria y ahorrar suficiente combustible. El sistema LEADER puede entonces continuar previendo y determinando si será y cuándo será necesaria potencia adicional. Este ordenará a los motores para qué se reinicien con un tiempo de calentamiento apropiado para que estén disponibles cuando se requiera. El diagrama de flujo de dicha operación esta ilustrado en la Fig. 9. Son ingresados al sistema LEADER unos parámetros operativos definidos por ' el usuario. El sistema LEADER prevé para calcular cuantos caballos de fuerza determinados serán requeridos para navegar a través de las siguientes sección de la vía. Entonces se hace una determinación para saber si está disponible suficiente potencia. Si no es así, entonces se determina sí está disponible cualquier locomotora para encenderse. Si no es así, el sistema regresa al principio. Si existe, entonces una ó más de las locomotoras disponibles son encendidas para proporcionar los caballos de fuerza apropiados. Sí está disponible suficiente potencia en caballos de fuerza, entonces se hace una determinación para saber sí una ó más de las locomotoras pueden ser apagadas para el requerimiento de potencia. Si no es así, entonces el sistema regresa. Sí una ó ' más locomotoras pueden ser apagadas, entonces serán apropiadamente apagadas una ó más locomotoras. Este sistema es reiterado continuamente, monitoreado la vía en la que se sigue y ajustando el número de locomotoras que son apagadas ó encendidas. Otra limitación en las capacidades para controlar las fuerzas dentro del tren y la eficiencia de combustible, es que en la mayoría de los trenes, aún cuando los frenos de carga puedan ser aplicados gradualmente, estos no pueden ser liberados gradualmente. Una vez que un freno es liberado por los ingenieros ferroviarios, el freno se liberará completamente. Después de que es iniciada la aplicación del freno, éste puede tomar hasta un minuto ó más para aplicar totalmente los frenos a través de un tren que tenga, por ejemplo, 100 vagones. Una liberación total del sistema de frenos también tomará un minuto ó más. El tiempo requerido depende de la longitud del tren y el tipo específico de las válvulas de los frenos de los vagones. Así, se enfrenta un problema común por los ingenieros ferroviarios para determinar la cantidad de freno para aplicar. Si un ingeniero se está moviendo hasta una pendiente que requiera la aplicación del freno para mantener una velocidad segura, deberá hacerse una aplicación suficiente para evitar que el tren gane mucha velocidad. Si se aplican mucho los frenos, el tren puede disminuir su velocidad y eventualmente detenerse ó atascarse. Idealmente, se aplica suficientemente el freno para calibrar el efecto de la pendiente. Si se aplican mucho los frenos, existen dos opciones. Los frenos pueden ser liberados- y reaplicados, lo cual tomará dos ó más minutos. Esto puede, resultar en que el tren gane mucha velocidad antes de que los frenos sean reaplicados y consiguientemente entrar a un "desbocamiento". La otra alternativa es la de aplicar la propulsión de potencia de la locomotora para compensar la aplicación excesiva del freno. Esto es conocido como "frenar con potencia". A pesar de resultar en un control razonable de la velocidad del tren, esto incrementa el costo de energía, el consumo de combustible y el desgaste al sistema de frenos. El sistema LEADER mide la velocidad del tren, tiempo, posición y perfil del carril, la aceleración de la locomotora y los valores de control del freno y así, el tren determina la aplicación óptima del freno, requerida para mantener una velocidad segura. La velocidad segura puede ser optimizada en combinación con un nivel de fuerza longitudinal y lateral, la holgura creada por la inercia mínima y el uso de combustible. Al utilizar la modelación dinámica de un tren de carga estándar, junto con las mediciones y las bases de datos, el sistema LEADER predice los valores de control de freno que serán requeridos para mantener la velocidad ó para optimizar la velocidad con otras fuerzas y con el 'uso de combustible. Dependiendo del modo de operación, los ' valores predichos del freno pueden ser transportados a la pantalla del sistema LEADER para implementarse por medio de un ingeniero ó para controlarse directamente por el sistema LEADER. Un diagrama de flujo para optimizar el frenado de un tren, para mantenerlo en una pendiente está ilustrado en la Fig. 10. El sistema LEADER monitorea la velocidad actual del tren (V) y la posición del carril (XLOC) . El sistema LEADER determina la pendiente promedio (G) sobre la distancia siguiente que será recorrida, X. El sistema LEADER determina las fuerzas de resistencia de volcamiento del tren promedio (FR) sobre la distancia siguiente recorrida, X. En base al peso del tren ( ) , LEADER calcula la fuerza ejercida por el tren por medio de la pendiente (FG) , FG = WG. Si la pendiente promedio (G) va cuesta abajo, el sistema LEADER computa la fuerza de frenado (FB) requerida para calibrar la pendiente (G) , FB = (FG + FR) . En base a la fuerza de frenado calculada (FB) requerida, el sistema LEADER determina los valores de control del freno para conseguir esta fuerza de frenado. Si la pendiente promedio no va cuesta abajo, el sistema LEADER computa la fuerza de propulsión requerida para mantener la velocidad (V) . En base a la fuerza de propulsión requerida para mantener la velocidad, LEADER calcula los valores de aceleración del tren para conseguir ésta fuerza. Los valores de control ó los valores de aceleración requeridos para alcanzar la fuerza, serán entonces utilizados con una determinación para saber si existe algún control automático. Si no se ha seleccionado el control automático, los valores son desplegados. Se hace una determinación para saber si ha respondido del personal a los valores presentados en pantalla. Si es así, entonces el sistema regresa al principio. Si no es así, se produce una exhortación. Esta exhortación puede ser un control automático ó de alerta. Si es seleccionado el control automático, entonces son actuados los valores apropiados. La pendiente en calibración puede también ser parte de la rutina de optimización de las Figs. 3, 4, 8 y/ó 9. Las fuerzas longitudinales que, sí han excedido el límite del sistema acoplado, resultarán en que el tren se separe. El remolcar un tren largo cuesta arriba en contra de la gravedad y soportar la fricción en los ejes de los vagones, puede producir una aceleración ó fuerza dentro de los acoplamientos, lo cual no es seguro. La determinación ó fuerzas' no seguras están descritas en el diagrama de flujo de la Fig. -11. El sistema LEADER determina las fuerzas que están utilizando sus algoritmos normales. Los niveles de fuerza actuales incluyen a los topes/refuerzos en estado constante, a los topes/refuerzos transitorios y a la relación de fuerza lateral sobre vertical. Estas son comparadas con los límites establecidos por la vía del ferrocarril. Si éstas fuerzas calculadas están por fuera de los límites, se hace entonces una determinación para saber si el sistema está en control automático ó no lo está. Si está en un control automático, entonces son activados los comandos para actuar sobre las fuerzas. Si no está dentro de un control automático, entonces se proporciona al usuario una alerta. La respuesta del personal es entonces determinada. Si el personal afecta al valor requerido, entonces el sistema regresa.. Si el personal no activa el valor requerido, entonces se proporciona una exhortación. Esta exhortación puede ser, de nuevo, alguna clase de alarma visual ó indicación, ó un control automático. Si no están por afuera de los límites, el cálculo de fuerzas del sistema LEADER es continuado. También, esta información puede ser utilizada como el diagrama de flujo de las Figs. 3 y 4, co o- un valor ponderado ó por sí mismo para conseguir un frenado óptimo. Este puede ser utilizado para controlar el frenado, así como para controlar la propulsión. Por medio de ajustar el sistema de propulsión, puede ser controlada la fuerza ejercida al remolcar. En añadidura a las fuerzas de acoplamiento producidas por el remolque entre los vagones, existe una holgura creada por la inercia que puede romper al acoplador ó dañar el sistema de acoplamiento. Existen típicamente de 4-6 pulgadas de un movimiento libre sin restricciones en el acoplamiento y aún a su velocidad relativa de 1-2 millas por hora, pueden crear grandes fuerzas. La predicción y el control de la holgura creada por la inercia son ilustrados en el diagrama de flujo de la Fig. 12. El sistema LEADER mide la velocidad del tren, el tiempo, la posición del carril y los perfiles del carril, la aceleración de la locomotora y los valores de frenado para minimizar las fuerzas relacionadas con la holgura. Al utilizar las técnicas de modelación dinámica de trenes de carga estándar, el sistema LEADER calcula las fuerzas de acoplamiento y las condiciones de holgura a través del tren. Enseguida, éste determina sí está ocurriendo la holgura creada por la inercia. Si no es así, los valores existentes de aceleración y de fr-eno son utilizados en la pantalla ó para el control del tren. Si está ocurriendo la holgura creada por la inercia, junto con las mediciones y la información de la base de datos almacenada, el sistema LEADER predice los valores de control de frenos y del tren que minimizarán los cambios de momento entre los vagones de carga. A través de la experimentación, se ha descubierto que la magnitud de las fuerzas relacionadas con la holgura pueden ser minimizadas efectivamente, por medio de mantener la aceleración del tren cerca de cero, en tanto esté ocurriendo la holgura creada por la inercia. El sistema LEADER determina la multitud de la aplicación de potencia de la locomotora ó de la aplicación del sistema de frenos requerido para mantener la aceleración del tren cerca de cero. Siguiente a la determinación, es saber si está activado el control automático. Si es así, entonces se actúa el extremo de la aceleración para los valores calculados, para minimizar la holgura creada por la inercia. Si no es así, el sistema LEADER despliega los valores de aceleración y/ó frenado para minimizar la holgura creada por la inercia. Enseguida, se mide la respuesta del personal. Si el personal establece la aceleración y/ó los frenos al valor deseado, entonces el . sistema regresa al principio. Si no es así, se inicia una exhortación. De nuevo, esta puede hacer una alarma ó indicador de que ellos no han respondido, ó puede ser un control automático. Los valores de control de cálculo pueden ya sea, ser entregados al ingeniero ferroviario por medio de la pantalla LEADER para implementarse ó pueden ser puestos los valores de control completos. Los trenes que tienen algunos ó todos los vagones con frenos electroneumáticos, la holgura creada por la la locomotora podrá ser controlada solo con el conducto de frenado de propulsión y freno o en combinación con frenos electroneumáticos en los vagones individuales enviando señales a- cada vagón para nivelar el desgaste dentro de la constante. Además de proporcionar información o controlar el tren dentro de los límites de velocidad, o para optimizar el desempeño del tren, también es importante proporcionar información con respecto a la habilidad para detenerse de manera segura. El sistema LEADER usa la medición del , sistema de velocidad, tiempo, localización de la tracción y características, aceleración de la locomotora y establecimientos de control de freno y vagón que se requiere para detener el tren en su localización de vía actual. El LEADER usa técnicas de modelo dinámica de tren de carga estándar, acopladas con las mediciones en una base de datos para predecir precisamente la distancia requerida para detener el tren en su locación de vía presente. La distancia de detención predicha puede remitir al ingeniero ferroviario y a la pantalla del sistema LEADER y al equipo de control auxiliar de los sistemas internos ó externos a la locomotora. Si la distancia de detención predicha indica que la locomotora entrará a una zona restringida al menos de que se inicie una detención, el equipo de control auxiliar puede inducir automáticamente la aplicación de frenos requerida para someter al tren a una detención segura. La Fig. 13 muestra un diagrama de flujo para los cálculos de distancia de detención. El sistema LEADER monitorea la velocidad actual del tren (V) y la posición del carril (XLOC) . Este establece un período de tiempo de integración, DT = 1 seg., inicializa la distancia de detención, XSTOP = 0 e inicializa el tiempo de detención, TSTOP = 0. Basándose en la posición del carril (XLOC) , la velocidad (V) y el tren, el sistema LEADER calcula las fuerzas de retardo impartidas al tren (FR) debidas a las inclinaciones, curvas y efectos de resistencia al volcamiento, en el Tiempo = TSTOP. Basándose en la aplicación del freno totalmente, el sistema LEADER calcula las presiones decidiendo de frenos dentro del tren, en el Tiempo = TSTOP. Las fuerzas de retardo del freno del tren (FB) de los cálculos de sistema LEADER, procedentes de las presiones de los cilindros de frenos y el equipo de los frenos de los vagones, en Tiempo = TSTOP. Basándose en las leyes de Newton de movimiento y en el peso del tren (W) , LEADER calcula la desaceleración del tren en Tiempo = TSTOP, A=K* (FB+FR)/W. LEADER integra la aceleración calculada para determinar la velocidad en Tiempo = TSTOP, V=V+A*DT. LEADER integra la velocidad para determinar la distancia de detención y la posición del carril en Tiempo = TSTOP, XSTOP = XSTOP + V*DT. XLOC = XLOC +V*DT. TSTOP = TSTOP + DT. Enseguida, se determina sí la velocidad V = 0. Si es así, LEADER despliega la distancia de detención XSTOP. Si no es así, este regresa al principio del ciclo de cálculo. La capacidad del sistema LEADER para proporcionar información y para grabar información, permite el adiestramiento ó calificación del ingeniero ferroviario. Como se ilustra la Fig. 14, el adiestramiento puede ser efectuado por medio de proporcionar parámetros de adiestramiento de vías ferroviarias al sistema LEADER. El sistema LEADER puede proporcionar información en pantalla de retroalimentación para la pantalla del sistema LEADER de figuras, para reglas de operación o situaciones. La contestación del ingeniero puede ser ^entonces grabada por medio del sistema LEADER. La pantalla LEADER puede entonces proporcionar el resultado de la entrada con las correcciones o modificaciones sugeridas. El sistema LEADER también tiene la capacidad de almacenar el historial del recorrido y las respuestas del operador. Esta información puede ser bajada y utilizada en un símbolo, sistema de computadora personal o portátil. Esta información puede ser comparada en contra de las respuestas deseables, para calificar al ingeniero. A pesar de que dichas calificaciones han sido efectuadas históricamente en sistemas de adiestramiento, los datos de la vida real proporcionan un mejor valor para calificarse. Esta información puede también ser utilizada para la administración y el manejo del tren, análisis de desempeño, investigación de accidentes y estudios operativos generales. El acceso al control de las locomotoras puede ser determinado por medio de leer un identificador de usuario y detectar si el usuario está calificado para utilizar la pieza de equipo en particular. Esta información puede estar en un dispositivo codificado, al cual el usuario de la locomotora deberá insertar en el sistema, antes de que el sistema sea accionado. Esta ilustrado en la Fig. 15 un diagrama de flujo del sistema. Se lee el identificador del usuario. Se hace entonces una determinación para saber si el usuario, a través de su identificador ó a través de su nivel de calificación, está aprobado para ese equipo ó locomotora en particular. Si el ingeniero no lo está, el sistema es deshabilitado. Puede establecerse una alarma si así se desea. Si el ingeniero esta calificado ó aprobado para el equipo, se graba el identificador del usuario. La pantalla y/ó 'los sistemas pueden ser personalizados para este usuario, si así se desea. Si no es así, este paso puede ser eliminado. El paso final de un usuario mejorado es el de habilitar los sistemas para su uso. El dispositivo codificado que incluye al identificador del usuario y su calificación, también puede ser utilizado con el adiestrador de la Fig. 14. Esta sesión de adiestramiento puede determinar su nivel, a partir del identificador del usuario, antes de la sesión de adiestramiento. Dependiendo de los resultados y de la calificación, este nivel de usuario puede ser actualizado. Así, el dispositivo puede traer siempre el nivel de calificación más reciente del usuario. A pesar de que la presente invención ha sido descrita e ilustrada detalladamente, debe ser claramente entendido que se efectúa lo mismo a manera de ilustración y de ejemplo solamente y no debe tomarse en forma limitativa. La esencia y campo de la presente invención no deberán ser limitados solamente por los términos de las reivindicaciones adjuntas. Se hace constar que, con lo relativo a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitada, para llevar a cabo la presente invención, es el que resulta claro a partir de la presente, descubriéndose la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes.

Claims (40)

1. REIVINDICACIONES Un método para optimizar la operación de un tren, caracterizado porque comprende: determinar las condiciones de posición, perfil del carril y fuerzas del tren; determinar, a partir de las condiciones determinadas, un conjunto de parámetros preliminares operativos de restricción del tren para que estén dentro de las restricciones operacionales y al menos uno de un conjunto de parámetros preliminares de operación optimizables del tren, para minimizar las fuerzas del tren, para maximizar la eficiencia de combustible y para minimizar el tiempo al destino; ponderar y combinar al conjunto determinado de parámetros preliminares operativos del tren; y determinar los parámetros operativos del tren optimizados a partir de los parámetros operativos del tren preliminares ponderados y combinados .
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye determinar a partir de la posición del tren y del perfil del carril, si es que debe ser efectuada la optimización .
3. El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque el determinar si debe ser efectuada la optimización, incluye a determinar la posición del tren con respecto a una o más colinas, valles, curvas, señales y acotamientos .
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye determinar parámetros operativos optimizados, incluyendo a determinar el frenado dinámico e hidráulico.
5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque determinar el frenado hidráulico, incluye a determinar individualmente al frenado hidráulico para cada locomotora y vagón que esté en el tren, que pueda ser controlado individualmente.
6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque determinar los parámetros operativos optimizables, incluye determinar individualmente al frenado y la propulsión para cada locomotora.
7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye determinar el frenado dinámico e hidráulico como parámetros preliminares operativos optimizables del tren, ponderarlo y combinando cada uno de los frenados dinámico e hidráulico, con los conjuntos determinados de parámetros preliminares de operación del tren.
8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque se pondera al frenado dinámico e hidráulico como una función de posición y de perfil del carril.
9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los parámetros de operación del tren, incluyen a uno o más de los, fren do hidráulico en el tren, frenado hidráulico de locomotora, frenado dinámico de locomotora y propulsión de locomotora.
10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye desplegar los parámetros de operación optimizados.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye controlar al tren dentro de sus parámetros de operación optimizados determinados.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el tren incluye a más de una locomotora y uno de los parámetros de operación optimizados del tren incluyen a apagar ó volver encender el sistema de propulsión de 10 las locomotoras individuales.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por determinar los parámetros preliminares de operación de restricción del tren en uno ó más límites de velocidad, órdenes 15 de disminución de velocidad, zonas de restricción de velocidad, requerimientos y autorizaciones, permisos de ocupación de carril, boletines de operación general, límites de remolque y límites de holgura creada por la 20 inercia.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los parámetros preliminares de operación optimizables del tren son determinados, utilizando restricciones 25 operacionales .
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye determinar las características del tren que incluyen, para cada vagón, una ó más de la longitud, peso, posición dentro del tren, descripción del equipo de frenos, tipos de soportes y áreas de desvío de viento .
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye características 10 del tren que incluyen, para cada locomotora, a uno ó más de la longitud, peso, posición del tren, desempeño de tracción, desempeño del frenado dinámico, consumo de combustible, al relacionarse a los valores de control de 15 potencia y a las velocidades de la locomotora.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación I, caracterizado porque al determinar las fuerzas del tren, se incluye a determinar las fuerzas experimentadas por y a través del tren, 20 para seguir al perfil del carril.
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el determinar los parámetros preliminares de operación de restricción del tren, incluye determinar los 25 parámetros preliminares de operación del tren para mantener las fuerzas de acoplamiento por debajo de un límite establecido.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el determinar las fuerzas, incluye determinar las fuerzas acoplamiento y la holgura creada por la inercia a través del tren.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado por determinar los parámetros de operación del tren optimizados si es que la holgura creada por la inercia ha ' sido determinada, incluye a determinar los parámetros -operación del tren que alcancen la aceleración cero ántre los vehículos en .el tren.
21. 21. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el determinar las fuerzas, incluye a determinar al menos uno de los topes/refuerzos en estado constante, topes y refuerzos transitorios, holgura creada por la inercia y relación de fuerza lateral sobre vertical .
22. 22. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el determinar las fuerzas, incluye a determinar las fuerzas ejercidas por una inclinación y por la resistencia al volcamiento sobre el carril en que sigue.
23. 23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque incluye determinar a los parámetros preliminares de operación optimizables del tren, para mantener una inclinación desde una fuerza determinada de resistencia al volcamiento y una fuerza ejercida 10 por la inclinación.
24. 24. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque incluye determinar los parámetros preliminares de operación optimizables del tren para detenerse en una 15 distancia mínima, desde la fuerza de resistencia al volcamiento determinada y la fuerza ejercida por la inclinación.
25. 25. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye a determinar los 20 parámetros preliminares de operación optimizables del tren para detenerse en una distancia mínima.
26. 26 El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el método es repetido hasta que el tren se detenga.
27. 27 El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye determinar los parámetros operación optimizables y de restricción del tren, para adherirse a la > restricción de velocidad señalizada.
28. 28. Un método para adiestrar a un ingeniero 10 ferroviario dentro de un tren en movimiento, caracterizado porque comprende: desplegar en el tren una condición a la -cual, deberá responder el ingeniero; determinar la contestación del ingeniero; 15 y cambiar la pantalla en respuesta a la contestación del ingeniero.
29. 29 El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque la pantalla es cambiada 20 para reflejar la condición actual resultante a partir de la contestación del ingeniero.
30. 30 El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque incluye a desplegar una respuesta sugerida a la situación desplegada
31. 31. El método de conformidad con la reivindicación 30,- caracterizado porque la pantalla es cambiada para reflejar la condición resultante a partir de la respuesta sugerida.
32. 32. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque incluye a grabar la contestación del ingeniero, en como ésta se relacione a la situación desplegada.
33. 33. El método de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque incluye a comparar la contestación del ingeniero a una respuesta sugerida para la situación.
34. 34. El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque incluye calificar al ingeniero a partir de la combinación de la contestación del ingeniero a una respuesta sugerida para la situación.
35. 35. El método de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque incluye a grabar la respuesta del tren a la contestación del ingeniero, en tanto ésta se relacione con la situación desplegada.
36. 36. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque incluye determinar el nivel de calificación del ingeniero, y automáticamente calificar al ingeniero en base a la respuesta determinada y se actualiza el nivel de calificación. -
37. 37. El método de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque incluye repetir el proceso para situaciones adicionales.
38. 38. Un método para controlar el acceso a los controles de una locomotora, caracterizado porque comprende: ingresar un identificador de usuario; determinar los niveles de calificación del usuario por el identificador de usuario; y habilitar los sistemas si es que los niveles de calificación del usuario, cumplen cor. los requerimien os de la locomotora.
39. 39. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque incluye personalizar los sistemas de control, basándose en el identificador del usuario.
40. 40. El método de conformidad con la reivindicación 38, caracterizado porque el identificador del usuario y el nivel de calificación son ingresados por medio del usuario, utilizando un dispositivo codificado.