BR112021005135A2 - sistema de reconhecimento da posição ao longo de um trem de um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem associado a um veículo ferroviário - Google Patents

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Abstract

SISTEMA DE RECONHECIMENTO DA POSIÇÃO AO LONGO DE UM TREM DE UM DISPOSITIVO MECATRÔNICO DE CONTROLE DE FRENAGEM ASSOCIADOS A UM VEÍCULO FERROVIÁRIO. É descrito um sistema de reconhecimento da posição ao longo de um trem de um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem associado a um veículo ferroviário, compreendendo: - um suporte de sustentação e fixação (200) instalado em um veículo ferroviário; - uma codificação binária de identificação (203) da posição ao longo do trem, que é relatada no referido suporte de sustentação e fixação (200); - um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem (300) adaptado para ser fixado ao citado suporte de sustentação e fixação (200), compreendendo um dispositivo de leitura óptica (301) disposto de maneira a detectar a mencionada codificação binária de identificação (203); com o dispositivo mecatrônico de controle de frenagem (300) determinando sua posição ao longo do trem de acordo com a codificação binária (203) lida pelo dito dispositivo de leitura óptica (301).

Description

SISTEMA DE RECONHECIMENTO DA POSIÇÃO AO LONGO DE UM TREM DE UM DISPOSITIVO MECATRÔNICO DE CONTROLE DE FRENAGEM ASSOCIADO A UM VEÍCULO FERROVIÁRIO CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção está relacionada, em geral, ao campo dos sistemas de frenagem ferroviária, e em particular a invenção se refere a um sistema de reconhecimento da posição ao longo de um trem de um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem associado a um veículo ferroviário.
ESTADO DA ARTE ANTERIOR
[002] No mundo ferroviário, comumente são utilizados dispositivos mecatrônicos que integram porções mecânicas, pneumáticas e eletrônicas baseadas em microprocessadores, sendo portanto equipados com software. Quando esses dispositivos mecatrônicos são utilizados para frenagem, eles estão presentes em quantidades pelo menos iguais ao número de veículos ferroviários que compõem o trem, ou seja, um para cada veículo ferroviário, até um máximo de dois dispositivos para cada veículo ferroviário.
[003] Normalmente, o código do software é igual para todos os dispositivos mecatrônicos instalados no mesmo trem, a menos que existam parâmetros cujo valor é específico para a posição do próprio dispositivo ao longo do trem.
[004] A definição de “posição do próprio dispositivo ao longo do trem” na presente descrição significa a posição do veículo ferroviário, no qual o dispositivo está instalado, em relação ao trem inteiro. Por exemplo, considerando-se um trem composto por 10 veículos ferroviários, a determinação da posição consistirá em avaliar em qual veículo o dispositivo está colocado em relação a outros veículos ferroviários, por exemplo, de acordo com a direção de movimento. O dispositivo pode estar posicionado, por exemplo, no primeiro, no segundo, no terceiro, etc. veículo ferroviário do trem, de acordo com a direção do movimento. Além disso, diversos dispositivos podem estar presentes em um veículo do mesmo trem, por exemplo, um para cada truque (bogie, ou conjunto de rodas), e portanto a definição da posição do dispositivo dependerá de qual truque e qual veículo corresponde à localização linear do próprio dispositivo ao longo do trem.
[005] Exemplos não exclusivos de parâmetros podem ser:
- A tara e o valor da carga total do veículo ferroviário do trem em que está instalado o dispositivo, com base nos quais a força de frenagem é calculada para atingir a desaceleração necessária; - Os parâmetros das curvas com combinação, ou seja, com combinação da força de frenagem pneumática e da força de frenagem regenerativa eletrodinâmica; - Os parâmetros relativos à configuração dos protocolos de comunicação; e - Os parâmetros relativos à operação do sistema antitravamento.
[006] Adicionalmente, um dispositivo mecatrônico de frenagem pode ser instalado em diferentes trens, usando o mesmo código de software, porém em uma configuração diferente. Por exemplo, o mesmo trem pode compreender diferentes números de veículos ferroviários, caso em que o mesmo software precisará ser configurado de maneira diferente.
[007] Alguns dos parâmetros de configuração de software são usados por módulos de software, cuja funcionalidade pode ser classificada de acordo com os níveis de segurança SIL > 1 de acordo com os padrões europeus EN50126, EN50128, EN5S0129. Nesse caso, o processo de reconhecimento da posição do dispositivo ao longo do trem deve ser adaptado para o mesmo nível de segurança. Em outras palavras, a codificação usada para o reconhecimento deve ser provida com uma série de símbolos adicionais para garantir que um possível erro de codificação ou de leitura seja reconhecido com uma probabilidade relativa ao nível SIL (Safety Integrity Level - Nível de Integridade de Segurança) identificado.
[008] Já existem soluções do estado da arte que permitem que o dispositivo de frenagem identifique sua posição ao longo do trem.
[009] A figura 1 ilustra uma dessas soluções conhecidas. Em particular, um conector 101, por exemplo, fêmea, está fixado a um suporte de fixação 102 de um dispositivo mecatrônico, tal suporte estando normalmente fixado ao corpo do veículo, e um conector macho correspondente 103 está fixado a um dispositivo mecatrônico 104, na posição do conector fêmea 101.
[010] Neste exemplo, o dispositivo mecatrônico 104 está baseado em um sistema com microprocessador 106. O conector macho 103 está eletricamente conectado a uma porta de entrada digital 105 do sistema com microprocessador 106, onde todos os pinos 107 do conector macho, exceto um, estão conectados a resistores de pul/-up (resistores que garantem uma voltagem positiva) 108 ligados a uma fonte de alimentação do sistema com microprocessador, e um pino 109 do conector macho está conectado ao terra do sistema com microprocessador.
[011] O conector fêmea 101, permanentemente montado no suporte de fixação 102 no trem, codifica as informações de posição no modo binário, onde os pinos que indicam o "zero lógico" estão conectados ao pino do conector fêmea correspondente ao pino do conector macho aterrado, com os pinos que indicam o “nível lógico um” sendo deixados desconectados, permitindo que os resistores de pu//-up conectados ao conector macho gerem o “nível lógico um”.
[012] Com base no que foi descrito, a figura 1 mostra, a título de exemplo, uma codificação binária, de cima para baixo, igual a 1001110, ou 142 em decimal.
[013] Este método, embora muito difundido, apresenta várias desvantagens.
[014] Uma primeira desvantagem é a possível oxidação dos contatos a longo prazo, levando a leituras falsas ao longo do tempo.
[015] Uma segunda desvantagem é a fragilidade do conector macho, cujos pinos podem ser danificados durante a instalação do dispositivo mecatrônico. Assim, um dos dois conectores deve ficar “flutuando” parcialmente em relação à sua posição nominal, a fim de absorver as tolerâncias de encaixe durante a instalação.
[016] Uma terceira desvantagem é a baixa contagem de pinos dos conectores que devem ser usados neste tipo de aplicação. Isto torna virtualmente impossível adicionar um número adicional de bits de detecção de erro adequados para um nível de segurança SIL 4 correspondente a uma probabilidade de 10º de erro não reconhecido.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[017] Um dos objetivos da presente invenção é prover uma solução que reduz falsas leituras, mesmo ao longo do tempo e com desgaste, o que reduz possíveis danos durante a instalação do sistema, e permite adicionar bits para detecção de erro de modo a ser possível obter um nível de segurança SIL 4 adequado.
[018] Em suma, o sistema proposto pode ser capaz de reconhecer o trem no qual ele está instalado e / ou a frota a qual pertence. Tal sistema pode ser usado em um sistema mecatrônico de frenagem para autoconfigurar um software paramétrico com o qual ele está equipado.
[019] O sistema proposto é, em outras palavras, um sistema sem contato baseado em códigos de software.
[020] Os objetivos acima citados e outras vantagens são alcançados, de acordo com um aspecto da invenção, por um sistema de reconhecimento da posição ao longo de um trem de um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem associado a um veículo ferroviário tendo as características definidas na reivindicação 1. Formas de incorporação preferidas da invenção estão definidas nas reivindicações dependentes, cujo conteúdo é destinado a ser parte integrante da presente descrição.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[021] As características funcionais e estruturais de algumas das formas de incorporação preferidas de um sistema de reconhecimento da posição ao longo de um trem de um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem associado a um veículo ferroviário, de acordo com a invenção, serão agora descritas. É feita referência aos desenhos anexos, em que: - A figura 1 ilustra uma solução de acordo com o estado da arte anterior; - A figura 2A ilustra, a título de exemplo, em uma vista frontal e uma vista lateral, um suporte de sustentação e fixação do sistema de reconhecimento da posição ao longo de um trem de um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem associado a um veículo ferroviário, e um exemplo de codificação binária; e - A figura 2B ilustra, a título de exemplo, em uma vista frontal e uma vista lateral, um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem do sistema de reconhecimento da posição, ao longo de um trem, de um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem associado a um veículo ferroviário.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[022] Antes de serem explicadas em detalhes uma pluralidade de formas de incorporação da invenção, deve ser esclarecido que a invenção não está limitada em sua aplicação aos detalhes de construção e à configuração dos componentes apresentados na descrição a seguir ou ilustrados nos desenhos. A invenção pode assumir outras formas de incorporação e pode, na prática, ser implementada ou alcançada de diferentes maneiras. Também deve ser entendido que a fraseologia e a terminologia têm finalidades descritivas e não devem ser interpretadas como restritivas. O uso de "inclui" e "compreende", e suas variações, deve ser entendido como abrangendo os elementos descritos abaixo e seus equivalentes, bem como elementos adicionais e seus equivalentes.
[023] Em uma forma de incorporação, o sistema de reconhecimento da posição ao longo de um trem de um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem, associado a um veículo ferroviário do referido trem, compreende um suporte de sustentação e fixação 200 instalado em um veículo ferroviário. Esse suporte de sustentação e fixação 200 está ilustrado, a título de exemplo, na figura 2A.
[024] O sistema de reconhecimento compreende ainda uma codificação binária de identificação 203 da posição ao longo do trem, que é relatada no mencionado suporte de sustentação e fixação. A expressão "relatado no mencionado suporte" significa, na presente descrição, que a codificação pode ser obtida diretamente no suporte de sustentação e fixação, ou pode ser obtida em outro elemento 201 que será então ligado a esse suporte de sustentação e fixação, por exemplo, através de meios de fixação 202.
[025] Observando agora a figura 2B, o sistema de reconhecimento compreende ainda um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem 300 adaptado para ser fixado ao dito suporte de sustentação e fixação 200.
[026] O dispositivo mecatrônico de controle de frenagem 300 compreende um dispositivo de leitura óptica 301 disposto de modo a detectar a referida codificação binária de identificação. O dispositivo de leitura óptica 301 pode ser fixado, por exemplo, ao dispositivo mecatrônico de controle de frenagem 300 através de meios de fixação 303.
[027] O dispositivo mecatrônico de controle de frenagem 301 determinará sua posição ao longo do trem de acordo com a codificação binária de identificação 203 que será lida pelo citado dispositivo de leitura óptica 301.
[028] Em outras palavras, a detecção da codificação binária de identificação 203 pelo dispositivo mecatrônico de controle de frenagem 300 pode estar baseada em um sistema de codificação sem contato, em particular baseado em um sistema de varredura óptica.
[029] A codificação pode compreender um código óptico provido no suporte de sustentação e fixação 200 fixado a um veículo ferroviário. Em um exemplo não exclusivo, tal código óptico pode ser composto por "zeros lógicos" e "uns lógicos", que podem ser obtidos, por exemplo, por meio de símbolos reflexivos 204 que representam o "zero lógico" e por símbolos opacos não reflexivos 205 que representam o "um lógico", conforme mostrado na figura 2A. O referido código óptico também pode ter a forma de um vetor ou matriz.
[030] Os símbolos reflexivos e opacos podem ser obtidos, por exemplo, através de usinagem feita diretamente sobre o suporte de fixação, ou, a título de exemplo, por meio de uma placa impressa 201 adequadamente fixada ao suporte de fixação, ou ainda, de maneira exemplificativa, por meio de uma placa impressa e perfurada, com os orifícios representando, por exemplo, mas não exclusivamente, os “uns lógicos”. Este último caso está ilustrado na figura 2A, onde é mostrada uma solução baseada em uma matriz 8 x 2.
[031] O dispositivo mecatrônico de controle de frenagem pode incluir um circuito com microprocessador. Neste caso, o dispositivo de leitura óptica 301 pode estar conectado eletricamente a uma porta de entrada lógica de tal circuito com microprocessador.
[032] Além disso, como pode ser visto na figura 2B, o dispositivo de leitura óptica pode ser fixado em uma ranhura 302 do referido dispositivo mecatrônico, de modo a ser capaz de ler a codificação binária de identificação exibida no suporte de sustentação e fixação
200.
[033] A partir da mencionada ranhura 302, um vetor ou uma matriz de dispositivos iluminantes e opto-sensíveis 304, em um número correspondente ao número de bits codificados pelo vetor ou pela matriz relatada no suporte de fixação, pode iluminar e ler os códigos relatados. Para evitar interferência óptica, o software de gerenciamento de vetor ou matriz pode ativar um dispositivo de iluminação opto-sensível a cada vez. Para evitar o envelhecimento prematuro dos dispositivos de iluminação opto-sensíveis, a varredura pode ser realizada, por exemplo, mas não exclusivamente, apenas durante o estado de inicialização do trem, e possivelmente ser repetida com um período muito longo.
[034] A codificação binária de identificação pode vantajosamente incluir pelo menos um símbolo adicional provido de modo a permitir a detecção de um erro de leitura. O número de símbolos adicionais para detecção de erros e seu processo de codificação podem permitir o reconhecimento de erros durante o processo de leitura de acordo com o nível de segurança SIL > 1 descrito pelas normas EN50126, EN50128, EN50129.
[035] O sistema de reconhecimento pode ser usado para identificar a localização do mencionado dispositivo mecatrônico em um conjunto de múltiplos dispositivos mecatrônicos localizados em um contexto de instalação finito. Em outras palavras, os dispositivos mecatrônicos do sistema de reconhecimento podem ser mais de um, e estarem instalados no mesmo trem.
[036] A codificação binária de identificação também pode ser provida para indicar um tipo de trem e / ou a frota à qual esse trem pertence, adicionalmente ou alternativamente para indicar a posição do dispositivo ao longo do trem. Assim, o sistema de reconhecimento também pode ser utilizado para identificar o tipo de trem e / ou a frota à qual o referido trem pertence.
[037] O conhecimento da codificação e da posição pode ser utilizado pelo dispositivo mecatrônico de controle de frenagem para autoconfigurar os parâmetros de software necessários para a operação correta do dispositivo mecatrônico de controle de frenagem.
[038] Os parâmetros podem ser, a título de exemplo, entre outros, aqueles já descritos anteriormente: - A tara e o valor da carga total do veículo ferroviário do trem em que está instalado o dispositivo; - Os parâmetros das curvas com combinação; - Os parâmetros relativos aos protocolos de comunicação; e - Os parâmetros relativos à operação do sistema antitravamento.
[039] As vantagens da presente solução são as seguintes: - Não há partes mecânicas expostas que possam ser danificadas durante a sua instalação; - Não há contatos que possam se oxidar e causar leituras imprecisas; e - Um número muito maior de símbolos pode ser obtido do que com os conectores convencionais para este tipo de uso.
[040] Vários aspectos e formas de incorporação de um sistema de reconhecimento da posição ao longo de um trem de um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem associado a um veículo ferroviário, de acordo com a invenção, foram descritos.
Deve ser entendido que cada forma de incorporação pode ser combinada com qualquer outra forma de incorporação.
A invenção, além disso, não está limitada às formas de incorporação descritas, mas pode ser variada dentro do escopo definido pelas reivindicações anexas.

Claims (9)

Reivindicações
1. SISTEMA DE RECONHECIMENTO DA POSIÇÃO AO LONGO DE UM TREM DE UM DISPOSITIVO MECATRÔNICO DE CONTROLE DE FRENAGEM [A1], associado a um veículo ferroviário do referido trem, caracterizado por compreender: - um suporte de sustentação e fixação (200) instalado em um veículo ferroviário; - uma codificação binária de identificação (203) da posição ao longo do trem, que é relatada no referido suporte de sustentação e fixação (200); - um dispositivo mecatrônico de controle de frenagem (300) adaptado para ser fixado ao citado suporte de sustentação e fixação (200), compreendendo um dispositivo de leitura óptica (301) disposto de maneira a detectar a mencionada codificação binária de identificação (203); com o dispositivo mecatrônico de controle de frenagem (300) determinando sua posição ao longo do trem de acordo com a codificação binária (203) lida pelo dito dispositivo de leitura óptica (301).
2. SISTEMA DE RECONHECIMENTO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a codificação binária de identificação (203) ser composta por símbolos binários ópticos (204, 205), com a mencionada codificação binária de identificação (203) estando na forma de um vetor ou uma matriz.
3. SISTEMA DE RECONHECIMENTO, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o dispositivo mecatrônico de controle de frenagem (300) incluir um circuito com microprocessador, com o referido dispositivo de leitura óptica (301) estando eletricamente conectado a uma porta de entrada lógica do mencionado circuito com microprocessador.
4. SISTEMA DE RECONHECIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o citado dispositivo de leitura óptica (301) estar fixado em uma ranhura do dito dispositivo mecatrônico (300) de modo a ler a referida codificação binária de identificação (203).
5. SISTEMA DE RECONHECIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a codificação binária de identificação (203) incluir pelo menos um símbolo adicional disposto de modo a permitir a detecção de um erro de leitura.
6. SISTEMA DE RECONHECIMENTO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o número de símbolos adicionais para detecção de erro e seu processo de codificação permitirem o reconhecimento de erros durante o processo de leitura de acordo com o nível de segurança SIL > 1 descrito pelas normas EN50126, EN50128.
7. SISTEMA DE RECONHECIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o citado sistema de reconhecimento ser usado para identificar a posição do dito dispositivo mecatrônico (300) em um conjunto de diversos dispositivos mecatrônicos localizados em um contexto de instalação acabado.
8. SISTEMA DE RECONHECIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a codificação binária de identificação (203) estar ainda disposta de maneira a indicar um tipo de trem e / ou a frota à qual o referido trem pertence, com o sistema de reconhecimento sendo também utilizado para identificar o tipo de trem e / ou a frota à qual o trem pertence.
9. SISTEMA DE RECONHECIMENTO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o conhecimento da codificação e da posição ser usado pelo dispositivo mecatrônico de controle de frenagem para autoconfigurar os parâmetros de software necessários para a operação correta do dispositivo mecatrônico de controle de frenagem.
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