ES2244902T3 - Metodo y aparato para deteccion de error de ancho de pulso. - Google Patents
Metodo y aparato para deteccion de error de ancho de pulso.Info
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Abstract
Procedimiento para el reconocimiento de errores de anchura de impulso para un transmisor de impulsos, caracterizado por los siguientes pasos: establecimiento de la anchura de impulso de un impulso recibido, comparación de la anchura de impulso establecida con una anchura de impulso mínima (TPbmin), y registro de un error de anchura de impulso en el caso de que la comparación dé como resultado que la anchura de impulso establecida es menor que la anchura de impulso mínima (TPbmin).
Description
Método y aparato para detección de error de ancho
de pulso.
La invención se refiere a un procedimiento para
el reconocimiento de errores de anchura de impulso. El procedimiento
es especialmente apropiado para el reconocimiento de errores de
anchura de impulso en sistemas de seguridad de trenes y en especial
para transmisores de impulsos (de recorridos) en una SDMU (unidad de
medición de velocidad y distancia).
Los sistemas de seguridad de trenes son una parte
esencial de la técnica de seguridad de ferrocarriles. Los modernos
sistemas de seguridad de trenes permiten al conductor del vehículo
tractor la vista al frente ampliada en una gran distancia del tramo
situado delante del mismo y, de este modo, son una premisa para el
tráfico a alta velocidad. Los sistemas de seguridad de trenes y los
componentes participantes asumen con ello la responsabilidad de
seguridad. Un componente esencial es con ello la SDMU (unidad de
medición de velocidad y distancia).
La fig. 1 muestra la conexión de una SDMU 3 a la
estructura modular de un seguro de tren. Sobre el vehículo tractor
de un tren (ICE, TGV, tranvía, metro, etc.) se han dispuesto
diferentes unidades de abordo. En una primera unidad 1 se tratan las
funciones centrales de seguridad del tren. La unidad 1 tiene varios
puntos de enlace con otras unidades con estructura modular, entre
ellos la SDMU 3, una unidad 4 para la referencia de localización y
otros componentes 2. La SDMU 3 y la unidad 4 tienen además, en cada
caso, uno o varios puntos de enlace con puntos de referencia
dispuestos a lo largo de los raíles. Para la referencia de
localización éstos son, dependiendo de la arquitectura del sistema,
en el caso de LZB (influencia en el contorno poligonal), por ejemplo
puntos de cruce y, en el caso de ETCS (sistema europeo de control de
trenes), balizas.
La misión de la SDMU consiste en la medición
relativa de recorrido (localización en fino) para la referencia
posicional válida en cada caso y la medición de velocidad. Estos
datos deben ser facilitados por la SDMU con seguridad. La seguridad
de la información de recorrido y velocidad se consigue mediante la
indicación en cada caso de un intervalo de confianza alrededor del
valor nominal (valor estimativo) para el recorrido y la velocidad;
el valor verdadero (valor real) debe estar situado con una elevada
probabilidad definida dentro de este intervalo. Asimismo la SDMU
tiene la misión de establecer la aceleración, de reconocer la
dirección de marcha segura relativa y de establecer la parada.
La fig. 2 muestra una vista sinóptica sobre los
componentes de hardware de una SDMU.
La SDMU contiene 3 ordenadores SDMU paralelos
independientes (ordenadores básicos) para preparación previa y un
ordenador prioritario seguro con elector. Como ordenador seguro se
utiliza el sistema central. Como sensores pueden usarse radares
doppler (radar), transmisores de impulsos de recorrido (WIG) y
medidores de aceleración (Acc). Para futuras aplicaciones puede
usarse igualmente un GPS, una plataforma inercial, etc.
Todos los ordenadores SDMU acceden a través del
módulo (BG) distribuidor de sensores a los datos sensoriales de los
mismos sensores y a partir de ello establecen, con independencia de
los otros ordenadores SDMU, la información de recorrido y velocidad
y el intervalo de confianza para recorrido y velocidad. Los
ordenadores SDMU no intercambian datos entre ellos. La información
de recorrido y velocidad y los intervalos de confianza para
recorrido y velocidad se transmiten por 3 canales al ordenador
seguro (sistema central).
El módulo (BG) ordenador básico está estructurado
en formato de tarjeta europea y posee uno o más puntos de enlace
(IF) con el distribuidor de sensores. Recoge los datos en bruto
sensoriales, calcula según la ejecución de la SDMU los datos
odométricos y se comunica con el ordenador seguro del vehículo. El
ordenador básico está optimizado para el tratamiento de operaciones
rápidas de entrada/salida. Contiene para ello, por ejemplo, un
procesador (procesador C167), una memoria (DPRAM = memoria de acceso
aleatorio de doble puerto), una FPGA (red de puertas lógicas
libremente programable) y un punto de enlace (CAN) con el sistema
central y, dado el caso, uno o más puntos de enlace adicionales
(PC/104 IF) con ordenadores personales, etc.
Se han previsto uno o dos módulos de distribución
de sensores que están estructurados en formato de tarjeta europea,
con alimentación de las señales desde los sensores a través del
panel posterior. Las señales sensoriales se llevan a un nivel
unitario en dependencia del tipo de sensor. De este modo se
garantiza que las modificaciones en los sensores permanezcan siempre
limitadas a los módulos de de distribución de sensores y no tengan
efectos sobre el ordenador básico.
Las señales de salida procedentes de transmisores
de impulsos con dos sistemas pueden estar afectados de errores.
Del documento US 4,660,046 se conoce un sistema
antibloqueo, en el que las revoluciones de las ruedas se detectan
mediante sensores de rueda. Se calculan el recorrido y la velocidad
sobre la base de la repetición de impulsos de los sensores. Los
intervalos de impulsos se utilizan para calcular valores actuales de
retardo y aceleración. Para evitar errores en el cálculo de la
velocidad se comparan valores de velocidad consecutivos.
La misión de la invención consiste en poner a
disposición un procedimiento para vigilar transmisores de
impulsos.
La misión es resuelta mediante un procedimiento
conforme a la reivindicación 1.
Un procedimiento conforme a la invención para el
reconocimiento de errores de anchura de impulso para un transmisor
de impulsos contiene los siguientes pasos: establecimiento de la
anchura de impulso de un impulso recibido, comparación de la anchura
de impulso establecida con una anchura de impulso mínima, y registro
de un error de anchura de impulso en el caso de que la comparación
dé como resultado que la anchura de impulso establecida es menor que
la anchura de impulso mínima.
El transmisor de impulsos es por ejemplo un
transmisor de impulsos de recorrido o un transmisor Hall. El
transmisor de impulsos está diseñado por ejemplo para dos o más
sistemas/vías. El procedimiento conforme a la invención puede
aplicarse a cada vía por separado, de tal modo que es posible una
aplicación múltiple para el caso en el que deban vigilarse todas las
vías. La implementación del procedimiento es posible mediante
hardware, software o hardware + software.
En una configuración especial del procedimiento,
el establecimiento de la anchura de impulso se produce por medio de
un contador, que se arranca cuando se recibe un flanco de un impulso
de 0 en 1 y se detiene cuando se recibe un flanco del impulso de 1
en 0.
Alternativamente el contador también puede
arrancarse cuando se recibe un flanco de un impulso de 1 a 0 y
detenerse cuando se recibe un flanco del impulso de 0 en 1.
Adicionalmente también puede estar disponible un
segundo contador, que se arranca cuando se recibe un flanco de un
impulso de 1 en 0 y se detiene cuando se recibe un flanco del
impulso de 0 en 1, el primer contador se arranca cuando se recibe
un flanco de un impulso de 0 en 1 y se detiene cuando se recibe un
flanco del impulso de 1 en 0, de tal manera que se vigile de forma
continuada todo el impulso recibido. Para cada contador se lleva a
cabo en cada caso una comparación de la anchura de impulso
establecida con una anchura de impulso mínima así como un registro
de un error de anchura de impulso en el caso de que la comparación
dé como resultado que la anchura de impulso establecida es menor que
la anchura de impulso mínima.
Como alternativa adicional puede estar disponible
un contador, que se arranque cuando se recibe un flanco cualquiera
de un impulso y se detenga al alcanzar un valor determinado o
cualquier flanco subsiguiente. Si no se ha alcanzado el valor
determinado la anchura de impulso establecida es menor que la
anchura de impulso mínima.
En una configuración adicional del procedimiento
la anchura de impulso mínima se calcula a partir de los parámetros
desfase mínimo, diámetro de rueda mínimo, velocidad máxima del
vehículo y número máximo de impulsos de recorrido por rotación de la
rueda. En especial se calcula la anchura de impulso mínima a partir
de (desfase mínimo x diámetro de rueda mínimo x Pi) / (velocidad
máxima del vehículo x número máximo de impulsos de recorrido por
rotación de la rueda x 180º). Mediante el uso de los parámetros
puede determinarse individualmente, por una parte, la anchura de
impulso mínima para cada tren. Por otra parte puede establecerse
durante la marcha, para diferentes impulsos a vigilar, en cada caso
una anchura de impulso mínima variada a bordo, por ejemplo adaptada
a la velocidad del vehículo. Cuanto más precisa sea la anchura de
impulso mínima más impulsos perturbadores pueden registrarse. En
lugar de un cálculo en línea la propia anchura de impulso mínima
puede estar ejecutada como parámetro ajustable, que se programa por
ejemplo durante la instalación de los dispositivos a bordo del tren
o de la SDMU.
En una configuración adicional del procedimiento
se calcula la anchura de impulso mínima a partir de (desfase mínimo
x duración actual del periodo) / 180º. En lugar de la duración
actual de periodo puede usarse como referencia también la duración
de periodo del impulso recibido en último lugar o la duración de
periodo del penúltimo impulso, en cada caso deduciendo un valor que
tiene en cuenta un aumento intermedio máximo posible del número de
revoluciones.
En una configuración adicional del procedimiento
se establece la anchura de impulso de cada impulso recibido, se
compara cada anchura de impulso establecida con una anchura de
impulso mínima, en donde el valor de la anchura de impulso mínima
puede variar de impulso a impulso, y se registra un error de anchura
de impulso en el caso de que una comparación dé como resultado que
la anchura de impulso establecida es menor que la anchura de impulso
mínima correspondiente. Mediante el seguimiento adaptativo y la
adaptación de la anchura de impulso mínima, por ejemplo a la
velocidad actual, puede realizarse una vigilancia más precisa de la
anchura de impulso.
Una FPGA conforme a la invención con un programa
especial para el reconocimiento de errores de anchura de impulso
para un transmisor de impulsos contiene instrucciones sobre el
establecimiento de la anchura de impulsos de un impulso recibido,
para comparar la anchura de impulso establecida con una anchura de
impulso mínima y para registrar un error de anchura de impulso en el
caso de que la comparación dé como resultado que la anchura de
impulso establecida es menor que la anchura de impulso mínima.
Un producto de programa de ordenador conforme a
la invención para el reconocimiento de errores de anchura de impulso
para un transmisor de impulsos contiene instrucciones sobre el
establecimiento de la anchura de impulso de un impulso recibido,
para comparar la anchura de impulso establecida con una anchura de
impulso mínima y para registrar un error de anchura de impulso en el
caso de que la comparación dé como resultado que la anchura de
impulso establecida es menor que la anchura de impulso mínima.
Las instrucciones están escritas por ejemplo en
el lenguaje de programación C++.
El producto de programa de ordenador puede estar
archivado en un soporte de datos, por ejemplo un
CD-ROM.
Qué funciones están materializadas en la FPGA y
cuáles mediante un producto de programa de ordenador es indiferente
para la implementación de la invención. Con relación a esto también
es posible una combinación de ambas. En consecuencia, la invención
también puede estar materializada a partir de una combinación entre
hardware y software.
Una SDMU con al menos dos ordenadores básicos, en
donde cada ordenador básico contiene al menos un procesador y/o una
FPGA, está caracterizada porque cada FPGA y/o cada procesador están
cargados con un programa especial, que ofrece instrucciones para
establecer la anchura de impulso de un impulso recibido, para
comparar la anchura de impulso establecida con una anchura de
impulso mínima y para registrar un error de anchura de impulso en el
caso de que la comparación dé como resultado que la anchura de
impulso establecida es menor que la anchura de impulso mínima.
Un dispositivo conforme a la invención para el
reconocimiento de errores de anchura de impulso para un transmisor
de impulsos contiene un contador y un circuito de valoración, en
donde el contador establece la anchura de impulso de un impulso
recibido y el circuito de valoración compara la anchura de impulso
establecida con una anchura de impulso mínima y registra un error de
anchura de impulso en el caso de que la comparación dé como
resultado que la anchura de impulso establecida es menor que la
anchura de impulso mínima.
El contador está materializado por ejemplo en
software o hardware. El circuito de valoración está materializado
por ejemplo en software y/o hardware. Contiene por ejemplo un
procesador o una parte del mismo, por ejemplo una parte del
procesador disponible en un ordenador básico de una SDMU, un
igualador, por ejemplo un comparador, lógica de circuito y/o
instrucciones de software.
En una configuración especial de la invención se
lleva a cabo el reconocimiento de errores de anchura de impulso,
adicionalmente a otro reconocimiento de errores y/o vigilancia para
un transmisor de impulsos, por ejemplo a un reconocimiento de
errores de cadencia sincrónica y/o un reconocimiento de errores de
repetición de impulsos.
De las reivindicaciones subordinadas y de la
siguiente descripción pueden deducirse configuraciones ventajosas de
la invención.
A continuación se explica un ejemplo de ejecución
de la invención con ayuda de la figura 3.
La fig. 3 muestra un diagrama con amplitudes de
las señales de dos sistemas de un transmisor de impulsos.
El reconocimiento de errores de anchura de
impulso comprueba todos los sistemas/vías (a continuación por
ejemplo dos) de un transmisor de impulsos, por ejemplo de un
transmisor de impulsos de recorrido o Hall, con independencia entre
ellos por si se ha bajado por debajo de una anchura de impulsos
mínima T_{PBmin}. En el caso del reconocimiento de errores de
anchura de impulso se mide el tiempo entre dos flancos de cualquier
polaridad de un sistema / una vía y se comprueba si se ha bajado por
debajo del tiempo para la anchura de impulso mínima T_{PBmin}.
El desfase mínimo (solape de las señales de ambos
sistemas) PV_{min} de los dos sistemas/vías de un transmisor de
impulsos de recorrido/Hall se indica siempre en las especificaciones
del fabricante. La duración de periodo mínima T_{min} se produce
en el caso de velocidad o número de revoluciones máximos.
Debido a que nunca debe bajarse por debajo de
PV_{min}, se aplica para cualquier duración de periodo T \geq
T_{min}:
T_{Pvmin} =
PV_{min} /360^{o} \ \text{*} \
T_{min}
PV_{min} comporta normalmente al menos 30º
(T_{Pvmin} = 1/12 T_{min}), para garantizar un funcionamiento y
un reconocimiento de dirección de marcha seguros.
De este modo se calcula el tiempo mínimo para la
anchura de impulso T_{Pbmin} de un impulso de recorrido:
T_{PBmin} = 2
\ \text{*} \ T_{Pvmin} = 2 \ \text{*} \ PV_{min} /360^{o} \ \text{*}
\
T_{min}.
Todos los impulsos inferiores a T_{PBmin}
tienen que estar provocados por errores o perturbaciones en el
transmisor de impulsos de recorrido/Hall, las líneas de unión o los
suministros de corriente (picos en el suministro de tensión).
La vigilancia funciona igualmente en el caso de
sólo un sistema/vía, si se conoce lo grande que es la relación de
digitación mínima (duración del nivel alto con relación al nivel
bajo).
Cálculo a modo de ejemplo de la mínima anchura de
impulso permitida T_{PBmin} para diámetro de rueda mínimo,
velocidad máxima y número máximo de impulsos de recorrido por
rotación de rueda:
\newpage
| Datos prefijados: | |
| Desfase mínimo | PV_{min} = 30º (T_{Pbmin} = 1/6 T_{min}) |
| Diámetro de rueda mínimo | RD_{min} = 0,700 m |
| Velocidad máxima del vehículo | V_{max} = 500 km/h = 138,89 m/s |
| Nº máx. impulsos recorrido por rotación de rueda | I_{max}=200 |
La frecuencia máxima del transmisor de impulsos
de recorrido/Hall se calcula a partir de:
WIGf_{max} =
I_{max} \text{*} \ V_{max}/RD_{min} \ \text{*} \ \pi) = 12.631
Hz
De aquí se obtiene la duración de periodo mínima
T_{min} de la señal del transmisor de impulsos de recorrido/Hall
de un sistema:
T_{min} =
1/WIGf_{max} = (RD_{min} \ \text{*} \ \pi)/(V_{max} \ \text{*} \
I_{max}) = 79,17 \ \mu
s
En consecuencia se obtiene T_{PBmin} si se
supone un solape mínimo de 30º de los dos sistemas/vías de:
T_{PBmin} =
1/6 \ T_{min} = 13,19 \ \mu
s
Todos los impulsos de recorrido que sean
inferiores a 13,19 \mus no pueden estar generados por el
transmisor de impulsos de recorrido. El reconocimiento de errores de
anchura de impulso hace patente un error si uno de los dos
sistemas/vías emite impulsos de recorrido, que poseen una anchura de
impulso inferior a la mínima anchura de impulso permitida
T_{PBmin} = 13,19 \mus.
El reconocimiento de errores de anchura de
impulso materializado en la SDMU en una FPGA reconoce un error de
anchura de impulso, en el caso de una anchura de impulso de
recorrido inferior a 12,8 \mus. La vigilancia de la anchura de
impulso se realiza siempre, es decir, incluso en caso de parada se
comprueba si se producen impulsos de recorrido cortos.
Con cada flanco de impulso de recorrido de un
sistema se arranca un contador sincronizado a una alta frecuencia
(resolución 200 ns). Si en el plazo de 12,8 \mus aparece el
siguiente flanco en el mismo sistema/vía, se emite un error de
anchura de impulso. La vigilancia en 12,8 \mus (2^{6} * 200 ns)
se ha elegido por motivos de simplificar la materialización.
Puede conseguirse una mejora del reconocimiento
de errores de anchura de impulso si el valor para T_{PBmin} se
calcula a partir de los cuatro parámetros PV_{min} (desfase
mínimo), RD_{min} (diámetro de rueda mínimo), V_{max} (velocidad
máxima del vehículo) e I_{max} (número máximo de impulsos de
recorrido por rotación de rueda) y se transmite como parámetro al
reconocimiento de errores de anchura de impulso.
Puede conseguirse una mejora adicional si
correlativamente se transmite la duración de periodo T, y de allí se
determina T_{Pbmin}. Si no se dispone de la duración de periodo
actual puede transmitirse en su lugar la última duración de periodo
T, deduciendo un valor para el máximo aumento posible del número de
revoluciones.
Claims (10)
1. Procedimiento para el reconocimiento de
errores de anchura de impulso para un transmisor de impulsos,
caracterizado por los siguientes pasos: establecimiento de la
anchura de impulso de un impulso recibido, comparación de la anchura
de impulso establecida con una anchura de impulso mínima
(T_{Pbmin}), y registro de un error de anchura de impulso en el
caso de que la comparación dé como resultado que la anchura de
impulso establecida es menor que la anchura de impulso mínima
(T_{Pbmin}).
2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
caracterizado porque el establecimiento de la anchura de
impulso se produce por medio de un contador, que se arranca cuando
se recibe un flanco de un impulso de 0 en 1 y se detiene cuando se
recibe un flanco del impulso de 1 en 0.
3. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
caracterizado porque la anchura de impulso mínima
(T_{Pbmin}), en el caso de transmisores de impulsos con más de un
sistema, se calcula a partir de los parámetros desfase mínimo
(T_{Pvmin}), diámetro de rueda mínimo, velocidad máxima del
vehículo y número máximo de impulsos de recorrido por rotación de la
rueda.
4. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
caracterizado porque la anchura de impulso mínima
(T_{Pbmin}), en el caso de transmisores de impulsos con más de un
sistema, se calcula a partir de (desfase mínimo (T_{Pvmin}) x
diámetro de rueda mínimo x Pi)/(velocidad máxima del vehículo x
número máximo de impulsos de recorrido por rotación de la rueda x
180º).
5. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
caracterizado porque la anchura de impulso mínima
(T_{Pbmin}), en el caso de transmisores de impulsos con más de un
sistema, se calcula a partir de (desfase mínimo (T_{Pvmin}) x
duración de periodo actual)/180º.
6. Procedimiento conforme a la reivindicación 1,
caracterizado porque se establece la anchura de impulso de
cada impulso recibido, se compara cada anchura de impulso
establecida con una anchura de impulso mínima (T_{Pbmin}), en
donde el valor de la anchura de impulso mínima (T_{Pbmin}) puede
variar de impulso a impulso, y se registra un error de anchura de
impulso en el caso de que una comparación dé como resultado que la
anchura de impulso establecida es menor que la anchura de impulso
mínima correspondiente.
7. Red de puertas lógicas libremente programable
(FPGA) con un programa especial para el reconocimiento de errores de
anchura de impulso para un transmisor de impulsos,
caracterizada por instrucciones para ejecutar los pasos de
procedimiento según la reivindicación 1.
8. Producto de programa de ordenador para el
reconocimiento de errores de anchura de impulso para un transmisor
de impulsos, caracterizado por instrucciones para ejecutar
los pasos de procedimiento según la reivindicación 1.
9. Dispositivo para la determinación de posición
y velocidad (SDMU) con al menos dos ordenadores básicos, en donde
cada ordenador básico contiene al menos un procesador y/o una FPGA,
caracterizado porque cada FPGA y/o cada procesador están
cargados con un programa especial, que contiene instrucciones para
ejecutar los pasos de procedimiento según la reivindicación 1.
10. Procedimiento para el reconocimiento de
errores de anchura de impulso para un transmisor de impulsos,
caracterizado por un contador y un circuito de valoración, en
donde el contador establece la anchura de impulso de un impulso
recibido y el circuito de valoración compara la anchura de impulso
establecida con una anchura de impulso mínima y registra un error de
anchura de impulso en el caso de que la comparación dé como
resultado que la anchura de impulso establecida es menor que la
anchura de impulso mínima.
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| US5960377A (en) * | 1996-09-16 | 1999-09-28 | Chrysler Corporation | Speed calculation derived from distance pulses utilizing acceleration |
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2003
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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