Система и способ оптимизации рейса для транспортного средства

Система и способ оптимизации рейса для транспортного средства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестные ссылки на родственные заявки

Данная заявка имеет приоритет предварительной заявки US 60/870562 от 18 декабря 2006 года. Кроме того, данная заявка является частичным продолжением находящейся на рассмотрении заявки US 11/385354 от 20 марта 2006 года.

Область техники

Настоящее изобретение относится к оптимизации работы транспортного средства, а более конкретно к мониторингу и управлению работой транспортного средства, чтобы повысить эффективность и одновременно не нарушать расписания движения.

Предшествующий уровень техники

Локомотивы - это комплексные системы с множеством подсистем, причем каждая подсистема взаимозависит от других подсистем. Машинист находится на борту локомотива, чтобы обеспечить надлежащую работу локомотива и соответствующую нагрузку в виде грузовых вагонов. Кроме обеспечения надлежащей работы локомотива машинист также отвечает за определение рабочих скоростей железнодорожного состава и сил, действующих в железнодорожном составе, частью которого являются локомотивы. Чтобы выполнять эту функцию, машинист, как правило, должен иметь большой опыт в управлении локомотивом и различными железнодорожными составами на указанной территории. Это знание необходимо для того, чтобы соблюдать предписанные рабочие скорости, которые могут варьироваться в зависимости от местоположения железнодорожного состава на железнодорожном пути. Более того, машинист также отвечает за обеспечение того, что силы в железнодорожном составе остаются в рамках допустимых пределов.

Тем не менее, чтобы обеспечить безопасную работу, машинист обычно не может управлять локомотивом так, чтобы потребление топлива минимизировалось для каждого рейса. Например, следует рассматривать другие факторы, которые могут включать в себя сигналы, отображающие окружающие условия машиниста, например шум/вибрацию, взвешенную комбинацию потребления топлива и выходную эмиссию и т.д. Это трудновыполнимо, поскольку, например, размер и нагрузка железнодорожных составов могут варьироваться, локомотивы и их характеристики расхода топлива отличаются, и погодные условия и условия движения варьируются. Машинисты могут более эффективно управлять железнодорожным составом, если они имеют средство для определения оптимального пути, по которому следует направлять железнодорожный состав в данный день, согласно требуемому расписанию (времени прибытия) при использовании минимально возможного количества топлива, несмотря на источники помех.

Кроме железнодорожных составов, имеющих локомотивы, работающие на одном типе топлива, преимущественно использовать железнодорожный состав/локомотив и другие транспортные средства, включающие в себя OHV (внедорожные транспортные средства) и морские транспортные средства, имеющие двигатели, которые работают на множестве видов топлива, в том числе, по меньшей мере, на одном дизельном топливе и, по меньшей мере, одном альтернативном топливе. Кроме преимуществ стоимости и доступности альтернативных видов топлива, характеристики каждого типа топлива и их относительные смеси при работе каждого транспортного средства могут быть включены в определение оптимального способа управления каждым транспортным средством так, чтобы следовать требуемому расписанию при минимизации общего количества используемого топлива или минимизации общей выходной эмиссии.

Сущность изобретения

Согласно одному варианту осуществления изобретения предложена система управления железнодорожным составом, имеющим один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов. В варианте осуществления система содержит элемент определения местоположения железнодорожного состава. Также предусмотрен элемент характеристики железнодорожного пути, чтобы предоставлять информацию о железнодорожном пути. Система также имеет процессор, обеспечивающий прием информации от элемента определения местоположения и элемента характеристики железнодорожного пути. Также предусмотрен алгоритм, который осуществляется в рамках процессора, имеющего доступ к информации, чтобы создавать план рейса, который оптимизирует рабочие характеристики локомотивного состава в соответствии с одним или более рабочими критериями для железнодорожного состава.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения также предложен способ управления железнодорожным составом, имеющим один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов. Способ содержит этапы определения местоположения железнодорожного состава на железнодорожном пути, определения характеристик железнодорожного пути, и дополнительно создания плана рейса на основе местоположения железнодорожного состава, характеристик железнодорожного пути и рабочих режимов локомотивного состава в соответствии, по меньшей мере, с одним рабочим критерием для железнодорожного состава.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения предложен компьютерный программный продукт для управления железнодорожным составом, имеющим вычислительный процессор и один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов. Компьютерный программный продукт содержит программный модуль для создания плана рейса на основе местоположения железнодорожного состава, характеристик железнодорожного пути и рабочих условий локомотивного состава в соответствии, по меньшей мере, с одним рабочим критерием для железнодорожного состава.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения также предложен способ управления железнодорожным составом, имеющим один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов, причем план рейса разработан для железнодорожного состава. Способ содержит этап определения значения мощности для локомотивного состава на основе плана рейса. Способ также управляет локомотивным составом при заданном значении мощности. Собирают данные по фактической скорости железнодорожного состава, фактическом значении мощности локомотивного состава и/или местоположении железнодорожного состава. Фактическая скорость железнодорожного состава, фактическое значение мощности локомотивного состава и/или местоположение железнодорожного состава сравнивают с заданным значением мощности.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения дополнительно предложен способ управления железнодорожным составом, имеющим один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов, причем план рейса разработан для железнодорожного состава на основе предполагаемых рабочих параметров железнодорожного состава и/или локомотивного состава. Способ содержит этап оценки рабочих параметров железнодорожного состава и/или рабочих параметров локомотива. Способ дополнительно содержит этап сравнения оцененных рабочих параметров железнодорожного состава и/или рабочих параметров локомотивного состава с предполагаемыми рабочими параметрами железнодорожного состава и/или рабочими параметрами локомотивного состава.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения дополнительно предложен способ управления железнодорожным составом, имеющим один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов, где план рейса разработан для железнодорожного состава на основе требуемого параметра. Способ содержит этапы определения рабочих параметров железнодорожного состава и/или локомотивного состава, определения требуемого параметра на основе определенных рабочих параметров и сравнения определенного параметра с рабочими параметрами. Если определена разница из сравнения определенного параметра с рабочими параметрами, способ дополнительно содержит корректировку плана рейса.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения дополнительно предложен способ управления железнодорожной системой, имеющей один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов. Способ содержит этапы определения местоположения железнодорожного состава на железнодорожном пути и определения характеристик железнодорожного пути. Способ дополнительно содержит этап формирования плана движения, по меньшей мере, для одного из локомотивов на основе местоположений железнодорожной системы, характеристики железнодорожного пути и/или рабочего режима локомотивного состава, чтобы минимизировать потребление топлива посредством железнодорожной системы.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения дополнительно предложен способ управления железнодорожной системой, имеющей один или более локомотивных составов, причем каждый локомотивный состав содержит один или более локомотивов. С этой целью способ содержит этапы определения местоположения железнодорожного состава на железнодорожном пути и определения характеристик железнодорожного пути. Способ дополнительно содержит этап предоставления управления поступательным движением для локомотивного состава, чтобы минимизировать потребление топлива посредством железнодорожной системы.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложена система управления транспортным средством, причем транспортное средство включает в себя двигатель, работающий, по меньшей мере, на одном типе топлива. Система включает в себя элемент определения местоположения транспортного средства, и элемент характеристик железнодорожного пути, чтобы предоставлять информацию по территории нахождения транспортного средства. Более конкретно, система содержит базу данных, чтобы сохранять информацию характеристик для каждого типа топлива, и процессор, обеспечивающий прием информации из элемента определения местоположения, элемента характеристик железнодорожного пути и базы данных. В рамках процессора с доступом к информации осуществлен алгоритм, чтобы создавать план рейса, который оптимизирует рабочие характеристики транспортного средства в соответствии с одним или более рабочими критериями для транспортного средства.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ управления транспортным средством, причем транспортное средство включает в себя двигатель, работающий, по меньшей мере, на одном типе топлива. Способ включает в себя этапы определения местоположения транспортного средства, предоставления информации о территории транспортного средства и сохранения информации характеристик для каждого типа топлива. Более конкретно, способ включает в себя этап создания плана рейса, который оптимизирует рабочие характеристики транспортного средства в соответствии с одним или более рабочими критериями для транспортного средства.

В другом варианте осуществления предложен машиночитаемый носитель, содержащий программные инструкции для способа управления транспортным средством. Транспортное средство содержит двигатель, работающий, по меньшей мере, на одном типе топлива. Способ включает в себя этапы определения местоположения транспортного средства, предоставления информации о территории транспортного средства и сохранения информации о характеристиках для каждого типа топлива. Более конкретно, машиночитаемый носитель включает в себя компьютерный программный продукт, чтобы создавать план рейса, который оптимизирует рабочие характеристики транспортного средства в соответствии с одним или более рабочими критериями для транспортного средства.

Краткое описание чертежей

Более подробное описание изобретения представлено ниже, со ссылками на конкретные варианты осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах, которые не ограничивают область применения изобретения и на которых:

Фиг.1 изображает блок-схему последовательности этапов способа, согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 - упрощенную модель железнодорожного состава, которая может быть использована согласно изобретению;

Фиг.3 - вариант осуществления настоящего изобретения;

Фиг.4 - вариант кривой расхода топлива/времени движения, согласно изобретению;

Фиг.5 - вариант сегментационного разложения для планирования рейса, согласно изобретению;

Фиг.6 - вариант осуществления сегментации, согласно изобретению;

Фиг.7 - блок-схему последовательности этапов способа варианта осуществления настоящего изобретения;

Фиг.8 - вариант осуществления динамического дисплея для использования машинистом, согласно изобретению;

Фиг.9 - другой вариант осуществления динамического дисплея для использования машинистом, согласно изобретению;

Фиг.10 - еще один вариант осуществления динамического дисплея для использования машинистом, согласно изобретению;

Фиг.11 - вариант осуществления системы, согласно изобретению;

Фиг.12 - вариант осуществления динамического дисплея для использования машинистом, согласно изобретения;

Фиг.13 - другой вариант осуществления динамического дисплея для использования машинистом, согласно изобретению;

Фиг.14 - еще один вариант осуществления динамического дисплея для использования машинистом, согласно изобретению;

Фиг.15 - блок-схему последовательности этапов способа настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

Ниже приводится подробное описание вариантов осуществления изобретения, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах.

Согласно изобретению разрешаются проблемы в данной области техники посредством создания системы, способа и машинореализованного способа определения и реализации стратегии управления железнодорожным составом, имеющим локомотивный состав, определения подхода, чтобы отслеживать и управлять работой железнодорожного состава, чтобы улучшать определенные требования по параметрам целевых рабочих критериев при удовлетворении ограничений по расписанию и скорости. Варианты осуществления настоящего изобретения также применимы, когда локомотивный состав работает в режиме распределенной мощности. Специалистам в данной области техники ясно, что устройство, такое как система обработки данных, включающая в себя ЦП, запоминающее устройство, механизмы ввода-вывода, устройство хранения программ, соединительную шину и другие соответствующие компоненты, может быть запрограммировано или иным образом запроектировано так, чтобы упрощать практическое применение способа варианта осуществления изобретения. Эта система должна включать в себя соответствующее программное средство для выполнения способа варианта осуществления изобретения.

Также изделие, такое как записанный диск или другой аналогичный компьютерный программный продукт для использования с системой обработки данных, включает в себя носитель и программу способа, записанную на него, для направления системы обработки данных, чтобы упрощать практическое применение способа варианта осуществления изобретения. Эти устройства и изделия также попадают в рамки духа и области применения изобретения.

В общих чертах варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют способ, устройство и программу для определения и реализации стратегии управления железнодорожным составом, имеющим локомотивный состав, определения подхода для того, чтобы отслеживать и управлять работой железнодорожного состава так, чтобы улучшать определенные требования по параметрам целевых рабочих критериев при удовлетворении ограничений по расписанию и скорости. Чтобы упростить понимание вариантов осуществления настоящего изобретения, оно описывается далее со ссылкой на конкретные реализации. Варианты осуществления изобретения описываются в общем контексте машиноисполняемых команд, таких как программные модули, исполняемые посредством компьютера. Программные модули, в общем, включают в себя процедуры, программы, объекты, компоненты, структуры данных и т.д., которые выполняют отдельные задачи или реализуют отдельные абстрактные типы данных. Например, программные приложения, которые лежат в основе вариантов осуществления изобретения, могут быть закодированы на различных языках для использования на различных платформах обработки. В нижеследующем описании варианты осуществления изобретения поясняются в контексте веб-портала, который использует веб-браузер. Тем не менее, следует понимать, что принципы, лежащие в основе вариантов осуществления изобретения, могут быть использованы также с другими типами технологий вычислительных программ.

Более того, специалистам в данной области техники следует понимать, что варианты осуществления изобретения могут быть реализованы на практике с другими конфигурациями вычислительных систем, включая "карманные" устройства, многопроцессорные системы, основанную на микропроцессорах или программируемую бытовую электронную аппаратуру, мини-компьютеры, мейнфреймы и т.п. Варианты осуществления изобретения могут быть реализованы на практике в распределенных вычислительных окружениях, в которых задачи выполняются удаленными обрабатывающими устройствами, которые связаны через сеть связи. В распределенном вычислительном окружении программные модули могут быть расположены на носителе локального или удаленного компьютера, включая устройства памяти. Эти локальные и удаленные вычислительные окружения могут полностью находиться в локомотиве или в соседних локомотивах в составе, или не на борту, т.е. в перегонных либо центральных офисах, где используются средства беспроводной связи.

В данном документе используется термин «локомотивный состав». При использовании в данном документе локомотивный состав может быть описан как имеющий один или более размещенных друг за другом локомотивов, сцепленных вместе, чтобы предоставлять возможность движения и/или торможения. Локомотивы сцепляются вместе, при этом нет железнодорожных вагонов между локомотивами. Железнодорожный состав может иметь более одного локомотивного состава в своей структуре. В частности, может быть ведущий локомотивный состав и более одного удаленного локомотивного состава, например, в середине линии вагонов и другой удаленный локомотивный состав в конце железнодорожного состава. Каждый локомотивный состав может иметь первый локомотив и замыкающий локомотив(ы). Кроме того, хотя состав обычно рассматривается как размещенные друг за другом локомотивы, специалистам в данной области техники ясно, что составная группа локомотивов также может быть распознана как состав даже, по меньшей мере, при одном вагоне, разделяющем локомотивы, например, когда состав сконфигурирован для распределенного управления мощностью, при этом команды регулировки дросселя и торможения передаются с ведущего локомотива в удаленные задние части посредством линии радиосвязи или физического кабеля. Поэтому термин «локомотивный состав» не должен считаться ограничивающим фактором при описании нескольких локомотивов в одном железнодорожном составе.

Изобретение может быть реализовано множеством способов, в том числе как система (включая систему обработки), способ (включая компьютеризированный способ), устройство, машиночитаемый носитель, компьютерный программный продукт, графический пользовательский интерфейс, включающий в себя веб-портал, или структуру данных, материально размещенную в машиночитаемом запоминающем устройстве. Некоторые варианты осуществления изобретения рассматриваются ниже.

На фиг.1 показана блок-схема последовательности этапов варианта осуществления настоящего изобретения. Вводятся команды, конкретные для планирования рейса, либо на борту, либо из удаленного места, такого как диспетчерский центр 10. Входная информация включает в себя, но не только, местоположение железнодорожного состава, описание локомотивного состава (такое, как модели локомотивов), описание тяговой мощности локомотива, эффективность тяговой трансмиссии локомотива, потребление моторного топлива как функция от выходной мощности, характеристики охлаждения, заданный маршрут рейса (фактический уклон и кривизна железнодорожного пути как функция столбов с указанием числа миль либо компонент "фактического уклона", чтобы отражать кривизну, соответствующую стандартной железнодорожной практике), железнодорожный состав, представленный посредством структуры и загрузки вагонов вместе с действующими коэффициентами уклонов, требуемые параметры рейса, в том числе, но не только, время и место начала пути, место окончания, время движения, идентификация экипажа (пользователя и/или машиниста), время смены экипажа и маршрут рейса.

Эти данные могут предоставляться в локомотив 42 рядом способов, таких как, но не только, ручной ввод машинистом в локомотиве 42 посредством бортового дисплея, вставка запоминающего устройства, такого как плата жесткого диска и/или USB-диска, содержащего данные, в приемник на борту локомотива, и передача информации посредством беспроводной связи из центрального или перегонного участка 41, такого как устройство передачи путевых сигналов и/или перегонное устройство, в локомотив 42. Характеристики нагрузки на локомотив 42 и железнодорожный состав 31 (к примеру, сопротивление) также могут изменяться в ходе маршрута (к примеру, с высотой над уровнем моря, температурой окружающей среды и состоянием железнодорожных путей и вагонов), и план может обновляться, чтобы отражать эти изменения, как требуется посредством любого из способов, описанных выше, и/или посредством автономного сбора в реальном времени режимов локомотивов/железнодорожного состава. Это включает в себя, например, изменения характеристик локомотива или железнодорожного состава, обнаруженные посредством оборудования мониторинга на борту или не на борту локомотива(ов) 42.

Система путевых сигналов определяет допустимую скорость железнодорожного состава. Предусмотрено множество типов систем путевых сигналов и правил управления, связанных с каждым из сигналов. Например, некоторые сигналы имеют один источник света (включено/выключено), некоторые сигналы имеют одну линзу с несколькими цветами, а некоторые сигналы имеют несколько источников света и цветов. Эти сигналы могут указывать на то, что железнодорожный путь свободен, и железнодорожный состав может продолжать движение на максимальной допустимой скорости. Они также могут указывать, что требуется снижение скорости или остановка. Снижение скорости может потребоваться быть выполненным немедленно или в определенном месте (к примеру, перед следующим сигналом или переездом).

Состояние сигнала сообщается в железнодорожный состав и/или машинисту посредством различных средств. Некоторые системы имеют схемы на железнодорожном пути и индуктивные воспринимающие катушки на локомотивах. Другие системы имеют системы беспроводной связи. Системы сигналов также могут требовать, чтобы машинист визуально определял сигнал и предпринимал соответствующие действия.

Система передачи сигналов может взаимодействовать с бортовой системой сигналов и регулировать скорость локомотива согласно входным данным и соответствующим правилам управления. Для систем сигналов, которые требуют того, чтобы машинист визуально определял состояние сигналов, экран машиниста предоставляет соответствующие варианты сигналов, чтобы машинист вводил на основе местоположения железнодорожного состава. Тип системы сигналов и правил управления, в качестве функции от местоположения, может быть сохранен в бортовой базе 63 данных.

На основе данных спецификаций, вводимых в вариант осуществления настоящего изобретения, вычисляют оптимальный план рейса, который минимизирует расход топлива и/или производимые выбросы, в соответствии с ограничениями предела скорости вдоль маршрута и требуемым временем начала и окончания, чтобы сформировать профиль 12 рейса. Профиль содержит параметры оптимальной скорости и мощности (положения контроллера управления), которым следует железнодорожный состав, выражаемые как функция от расстояния и/или времени с начала рейса, рабочие пределы железнодорожного состава, в том числе, но не только, настройки максимальной мощности, задаваемой положением контроллера, и торможения, пределы скорости как функция от местоположения и ожидаемого потребляемого топлива и произведенных выбросов. В варианте осуществления значение установки положения контроллера управления выбирается так, чтобы получать решения об изменении управления дросселем примерно каждые 10-30 секунд. Специалисты в данной области техники должны признавать, что решения об изменении управления дросселем могут приниматься с более короткими или длинными продолжительностями, если требуется, и/или желательно следовать оптимальному профилю скорости. В более широком смысле специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что профили предоставляют настройки мощности железнодорожного состава на уровне железнодорожного состава, на уровне локомотивного состава и/или на уровне отдельного железнодорожного состава. Мощность включает в себя мощность торможения, мощность приведения в движение и мощность пневматического тормоза. В другом предпочтительном варианте вместо оперирования традиционными дискретными установками мощности, задаваемой положением регулятора, вариант осуществления настоящего изобретения допускает выбор непрерывной установки мощности, задаваемой как оптимальная для выбираемого профиля. Таким образом, если оптимальный профиль задает, например, установку положения контроллера управления в 6, 8 вместо функционирования при положении контроллера управления в 7, локомотив 42 может функционировать при 6, 8. Предоставление таких промежуточных установок мощности позволяет обеспечивать дополнительные преимущества по эффективности, как описано ниже.

Процедура, используемая для вычисления оптимального профиля, может включать в себя любое число способов вычисления последовательности мощности, которая приводит железнодорожный состав 31, чтобы минимизировать топливо и/или выбросы с учетом ограничений по функционированию локомотива и расписанию, как указано ниже. В некоторых случаях требуемый оптимальный профиль может быть достаточно близко к ранее определенному профилю, вследствие похожести конфигурации железнодорожного состава, маршрута и окружающих условий. В этих случаях может быть полезным провести поиск траектории управления в базе 63 данных и попытаться проследовать ей. Когда ни один ранее вычисленный план не подходит для использования, способы вычисления нового плана включают в себя, но не только, непосредственное вычисление оптимального профиля с помощью моделей дифференциальных уравнений, которые аппроксимируют физику движения железнодорожного состава. Настройка затрагивает выбор количественной целевой функции, обычно взвешенной суммы (интеграла) переменных модели, которые соответствуют скорости потребления топлива и формирования выбросов плюс показатель пенализации за чрезмерное изменение положения дросселя.

Формулировка оптимального управления задана так, чтобы минимизировать количественную целевую функцию с учетом ограничений, включающих в себя, но не ограниченных этим, ограничения скорости и минимальные и максимальные установки мощности (дросселя). В зависимости от целей планирования в любое время проблема может быть гибко установлена так, чтобы минимизировать потребление топлива с учетом ограничений на выбросы и пределов скорости либо минимизировать выбросы с учетом ограничений на потребление топлива и время прибытия. Также можно установить цель, чтобы, например, минимизировать общее время движения без ограничений на общие выбросы или потреблением топлива, при этом такое ослабление ограничений разрешено или требуется для задачи.

В документе предоставлены уравнения и целевые функции для минимизации потребления топлива локомотива. Эти уравнения и функции служат только для иллюстрации, поскольку для того чтобы оптимизировать потребление топлива или оптимизировать другие рабочие параметры локомотива/железнодорожного состава, могут быть использованы другие уравнения и целевые функции.

Математически проблема, которая должна быть разрешена, может быть сформулирована более точно. Физические основы выражаются посредством уравнений:

где: x - местоположение железнодорожного состава, v - его скорость, t - время (в милях, милях в часах и минутах или в часах, как требуется), u - входная команда положения контроллера (управления дросселем). Дополнительно, D обозначает расстояние, которое должно быть пройдено, T_f - требуемое время прибытия на расстояние D по железнодорожному пути, T_e - тяговое усилие, формируемое для локомотивного состава, G_a - гравитационное сопротивление, которое зависит от длины железнодорожного состава, структуры железнодорожного состава и территории, на которой находится железнодорожный состав, и R - зависимое от чистой скорости сопротивление комбинации локомотивного состава и железнодорожного состава. Начальная и конечная скорость также может быть указана, но без потери общности принимается в данном случае равной нулю (железнодорожный состав остановлен в начале и конце рейса). Модель легко модифицируется так, чтобы включать в себя другие важные факторы динамики, такие как запаздывание между изменением управления дросселя u и результирующим тяговым или тормозным усилием. Используя эту модель, формулировка оптимального управления задана так, чтобы минимизировать количественную целевую функцию с учетом ограничений, включающих в себя, но не ограниченных этим, ограничения скорости и минимальные и максимальные установки мощности (дросселя). В зависимости от целей планирования в любое время проблема может быть установлена так, чтобы минимизировать потребление топлива с учетом ограничений на выбросы и пределов скорости либо минимизировать выбросы с учетом ограничений на потребление топлива и время прибытия.

Также можно установить цель, чтобы, например, минимизировать общее время движения без ограничений на общие выбросы или потребление топлива, при этом такое ослабление ограничений разрешено или требуется для задачи. Все эти показатели могут быть выражены как линейная комбинация любого из следующего:

1. - минимизация общего расхода топлива

2. - минимизация времени движения

3. - минимизация переходов из одного положения контроллера управления в другое (кусочно-линейные постоянные входные данные)

- минимизация переходов из одного положения контроллера управления в другое (постоянные входные данные)

Заменим член топлива F в (1) на член, соответствующий формированию выбросов. Например, для выбросов - минимизация общего потребления выбросов. В этом уравнении E - это количество выбросов в граммах на лошадиную силу-час (гр/л.с./час) для каждого из положений контроллера управления (или установок мощности). Помимо этого, минимизация может быть выполнена на основе взвешенной суммы топлива и выбросов.

Общераспространенная и репрезентативная целевая функция, таким образом, следующая:

(OP)

Коэффициенты линейной комбинации будут зависеть от важности (весового коэффициента), присвоенной каждому из членов. Когда транспортное средство работает в режиме с несколькими видами топлива, член F топлива является линейной суммарной комбинацией эффективностей топлива каждого вида, используемого транспортным средством, как описано более детально ниже. Отметим, что в уравнении (OP) u(t) - это переменная оптимизации, которая является постоянной позицией положения контроллера управления. Если требуется дискретное положение контроллера управления, к примеру, для старых локомотивов, решение уравнения (OP) дискретизируется, что может приводить к меньшей экономии топлива. Нахождение решения с минимальным временем (α₁ и α₂ приравниваются нулю) используется для того, чтобы найти нижние границы, предпочтительный вариант осуществления служит для решения уравнения (OP) для различных значений T_f с α₃, приравненным нулю. Для тех, кто знаком с решениями проблем оптимизации, могут быть необходимы ограничения присоединения, к примеру пределы скорости в пути:

0≤v≤SL(x)

Либо при использовании минимального времени в качестве цели должно содержаться ограничение конечной точки, например общее потребленное топливо должно быть меньше того, что находится в баке, к примеру, посредством уравнения:

где: W_F - топливо, оставшееся в баке в момент T_f. Специалистам в данной области техники ясно, что уравнение (OP) также может быть представлено в других формах и что вышеуказанная форма является уравнением для использования в примере настоящего изобретения.

Ссылка на эмиссию (выбросы) в контексте варианта осуществления настоящего изобретения фактически относится к накопленным выбросам, формируемым в форме оксидов азота (NOx), оксидов углерода (COx), несгоревших углеводородов (HC) и твердых частиц (PM) и т.д. Тем не менее, другие выбросы могут включать в себя, но не только, максимальное значение электромагнитных излучений, например предел радиочастотной (RF) выходной мощности, измеренной в ваттах, для соответствующих частот, излучаемых локомотивом. Еще одна форма эмиссии - это шум, создаваемый посредством локомотива, типично измеряемый в децибелах (дБ). Требование к выбросам может варьироваться в течение времени дня, времени года и/или атмосферных условий, таких как погода либо уровень загрязнения атмосферы. Нормы выбросов могут варьироваться географически в железнодорожной системе. Например, рабочая зона, такая как город или государство, может иметь заданные целевые показатели выбросов, а соседняя зона может иметь другие целевые показатели выбросов, например меньший объем допустимых выбросов или меньшая плата за данный уровень выбросов.

Соответственно, профиль выбросов для данной географической зоны может быть скорректирован так, чтобы включать в себя значения максимальной эмиссии (выбросов) для каждого из регулируемых значений, включенных в профиль, чтобы удовлетворять предварительно определенным целевым показателям, требуемым для этого региона. Типично для локомотива эти параметры определяются посредством, но не только, настройки мощности (положения контроллера управления), условий окружающей среды, способа регулирования двигателя и т.д. По конструкции каждый локомотив должен соответствовать стандартам по выбросам EPA, и, таким образом, в варианте осуществления настоящего изобретения, который оптимизирует выбросы, это может относиться к общим для задачи выбросам, для которых нет текущих технических требований EPA. Работа локомотива согласно оптимизированному плану рейса всегда совместима со стандартами выбросов EPA. Специалистам в данной области техники ясно, что поскольку дизельные двигатели используются в других применениях, то также возможны другие нормы. Например, выбросы CO₂ упоминаются в международных соглашениях.

Если ключевая цель заключается в том, чтобы снизить выбросы, оптимальная формула управления, уравнение (OP), корректируется, чтобы учитывать эту цель. Ключевая гибкость при оптимизации заключается в том, что любые или все цели рейса могут варьироваться по географическому региону или задаче. Например, для высокоприоритетного железнодорожного состава минимальное время может быть единственной целью на маршруте вследствие приоритета железнодорожного состава. В другом приме