ES2366148T3 - Dispositivo de medición del desplazamiento de un vehículo autoguiado. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de medición del desplazamiento de un vehículo autoguiado (VEH) que comprende a bordo: - un acelerómetro (101) provisto de dos ejes de medición (Acc1, Acc2) en un plano longitudinal (Py) definido por un primer eje (X) longitudinal que sigue un principal desplazamiento que se supone rectilíneo del vehículo y un segundo eje (Z) perpendicular al piso del vehículo, - una computadora (103) conectada a una señal de salida (S1, S2) asociada a cada eje de medición (Acc1, Acc2), dónde cada señal de salida (S1, S2) comprende una medición en proyección (Gacc1, Gacc2) de una resultante de la aceleración global del vehículo sobre el eje de medición asociado (Acc1, Acc2), caracterizado en que: - un segundo acelerómetro (102) esta provisto al menos de dos ejes de medición (Acc3, Acc4) en un plano horizontal (Pz) definido por el primer eje (X) y un tercer eje (Y) perpendicular al primer y al segundo eje (X, Z), - la computadora (103) se conecta a una señal de salida (S3, S4) asociada a cada eje de medición (Acc3, Acc4), dónde cada señal de salida (S3, S4) comprende una medición en proyección (Gacc3, Gacc4) de la resultante de la aceleración global del vehículo sobre el eje de medición asociado (Acc3, Acc4), - los ejes de medición (Acc1, Acc2; Acc3, Acc4) del primer y del segundo acelerómetro (101, 102) presentan en su plano respectivo (Py, Pz) un ángulo relativo (A1+A2, A3+A4) que es ajustable, de modo que la computadora (103) suministra a partir de las cuatro mediciones de proyección (Gacc1, Gacc2, Gacc3, Gacc4) al menos un valor de aceleración longitudinal (Gx) del vehículo a cada punto de un trayecto que comprende pendiente y curva.
Description
Dispositivo de medición del desplazamiento de un
vehículo autoguiado.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de medición del desplazamiento de un vehículo autoguiado
según el preámbulo de la reivindicación 1.
Varios métodos o dispositivos de medición del
desplazamiento, la velocidad o la aceleración de un vehículo son hoy
en día conocidos, en particular para los vehículos destinados al
transporte público, como una unidad vagón de un tren, de un metro,
un trolebús, un tranvía, un autobús o como cualquier otro vehículo
arrastrado por tracción por lo menos en una pista de rodamiento o en
un carril como un carril de guiado. En particular en el caso de un
vehículo autoguiado por un sistema de tráfico (señales ferroviarias,
autopilotado a bordo y/o a distancia del vehículo, etc.), las
precauciones para garantizar un autoguiado seguro (contra una
avería) y asegurado (para los pasajeros o las mercancías) es
indispensable cualquiera que sean las propiedades de recorrido del
vehículo. En este sentido, es primordial conocer bien en tiempo real
la posición, la velocidad (y la aceleración) del vehículo, en
particular para las situaciones donde el vehículo tiende a incurrir
en pérdidas de adherencia inevitables como durante un patinaje (en
el momento de una aceleración/tracción del vehículo) o de un bloqueo
de las ruedas (durante un frenado del vehículo) de eje de medición
libre o motriz.
Cuando el vehículo guiado dispone de un eje
libre de todo esfuerzo de tracción o frenado, el movimiento del
vehículo es dado directamente por la rotación del eje (o de una de
las ruedas asociadas a este eje).
No obstante, esta solución reduce la potencia de
tracción o de frenado, en consecuencia las posibilidades del
vehículo, es por eso que la mayoría de los sistemas no ofrecen ejes
libres.
En ausencia de eje libre y para evitar las
consecuencias vinculadas al patinaje/bloqueo de las ruedas en la
pérdida de adherencia de una de sus ruedas, existen varios
dispositivos y utilizan:
- o medios de medición totalmente independientes
de las ruedas, que permiten una medición de velocidad por vía óptica
o por medio de un radar con efecto Doppler. Estos dispositivos de
carácter costoso utilizan sin embargo la mayoría de las veces un
tacómetro suplementario para el funcionamiento a velocidad baja y a
la parada del vehículo, este último permite extraer la velocidad
angular de una rueda o el número de revoluciones de la rueda por
unidad de tiempo;
- o centrales de inercia que combinan
acelerómetros, girómetros y sistemas de localización terrestre como
un GPS. Éstos siguen siendo no obstante muy costosos debido a su
tecnología de alto nivel, la mayoría de las veces para aplicaciones
a los sistemas aeronáuticos;
- o, como en EP 0 716 001 B1, un sólo tacómetro
dispuesto en un eje y un medio para tener en cuenta un margen de
seguridad de los valores medidos en una o varias ruedas con el fin
de intentar compensar los efectos de un eventual patinaje/bloqueo de
las ruedas, lo que deteriora los resultados de la medición de
desplazamiento ya que sigue siendo todavía demasiado aproximado. De
esto se deduce también un anti-bloqueo de las ruedas
de compensación que puede ser brutal para un vehículo y sus
pasajeros o mercancías;
- o, como en US 2005/0137761 A1, un acelerómetro
embarcado en el vehículo y un tacómetro sobre un eje cuyas señales
de medición se conectan a una computadora central adaptada, aunque
no explícitamente descrita, para tener en cuenta los errores
introducidos en presencia de pérdida de adherencia y suministrando
la velocidad y la posición del vehículo sobre su recorrido. En
particular, el acelerómetro comprende dos ejes de medición con el
fin respectivamente de determinar una aceleración siguiendo una
dirección de trayectoria del vehículo, así como con el fin de
determinar y en consecuencia tener en cuenta en el cálculo del
desplazamiento una pendiente del vehículo con relación a un plano
horizontal. Los valores de las señales de medición del acelerómetro
y del tacómetro también se comparan a los valores umbrales de
velocidad que, en caso de rebasar un umbral, permiten indicar una
presencia de pérdida de adherencia (patinaje/bloqueo de las ruedas)
del vehículo. Aunque tomando en consideración los efectos de
pendiente sufridos por el vehículo, otros efectos vinculados a la
trayectoria del vehículo en dependencia del emplazamiento del
acelerómetro en el vehículo (y del posicionamiento de sus dos ejes
de medición) son inevitables, porque una unidad de transporte
ferroviario tiene la mayoría de las veces una geometría de carácter
longilíneo a lo largo del cual un solo acelerómetro y un tacómetro
colocados delante del vehículo no pueden asegurar un medio de
medición revelador de los efectos que actúan sobre el conjunto
completo del vehículo, tales como por ejemplo los efectos de
curvatura o de aceleración lateral.
El documento US 2002/0088904 A1 divulga un
sistema de localización que tiene acelerómetros en las tres
dimensiones con ángulos rectos entre éstos.
Todos estos dispositivos permiten así calcular
el movimiento de un vehículo guiado, no disponiendo de ejes libres
de todo esfuerzo de frenado y de tracción, circulando sobre una vía
de perfil cualquiera, sin embargo con una precisión bien inferior a
esta de un sistema "ideal" de eje libre, ya que no se pueden
liberar completamente de pérdidas de adherencia (patinaje y bloqueo
de las ruedas inducidos por los esfuerzos de tracción/frenado) así
como de los errores inducidos por aceleraciones laterales (curva,
inclinación) o incluso también verticales (pendiente).
Un objetivo de la presente invención es proponer
un dispositivo de medición del desplazamiento de un vehículo
autoguiado que presenta una mayor robustez de la medición, en
particular en el momento de una pérdida de adherencia y cualquiera
que sea el perfil de trayecto del vehículo en término de pendiente,
de curva y de inclinación.
Con este fin, un dispositivo de medición del
desplazamiento de un vehículo autoguiado que incluye a bordo dos
acelerómetros, cada uno provisto de dos ejes de medición y cuyas
señales de medición se acoplan a una computadora de desplazamiento,
se propone según la reivindicación 1.
Opcional, por lo menos un tacómetro puede
montarse sobre uno de los ejes del vehículo y también acoplarse con
las computadoras de procesamiento de datos resultantes así de todos
los captadores (acelerómetros y tacómetro). Las señales de medición
suministradas por el tacómetro pueden utilizarse para mejorar la
precisión del dispositi-
vo.
vo.
El dispositivo según la invención suministra, a
partir de las aceleraciones medidas por los ejes de medición, los
datos de velocidad y de desplazamiento longitudinal del vehículo
(por ejemplo a lo largo de una vía ferroviaria). Se puede asociar
con todo tipo de dispositivo embarcado susceptible de necesitar una
medición precisa y continua de la velocidad y del desplazamiento del
vehículo, independientemente de las condiciones de adherencia
raíl/rueda y cualquiera que sea el perfil del trayecto en términos
de pendiente, de curva y de inclinación.
Los acelerómetros y sus ejes de medición están
dispuestos de tal manera que permiten, a partir de las mediciones
realizadas en los distintos ejes de medición, calcular una
aceleración longitudinal, una aceleración lateral y una aceleración
en pendiente del vehículo, para a continuación determinar por
integración en el tiempo sobre los valores de aceleración, la
velocidad y el desplazamiento longitudinal del vehículo.
El dispositivo según la invención permite
también ventajosamente detectar con seguridad una inmovilización del
vehículo en su trayecto y producir a tal efecto una información de
velocidad nula a partir de las informaciones suministradas por los
captadores.
El dispositivo implica un medio de
auto-calibración y de autotest que permite, cuando
el vehículo esta inmóvil, comprobar el buen funcionamiento de los
captadores y por lo tanto garantizar con una gran seguridad los
datos puestos a disposición por otros sistemas embarcados.
Una utilización adaptada del dispositivo según
la invención cubre el ámbito de los vehículos guiados cualquiera que
sea su tipo de guiado (mecánico o inmaterial, es decir sin enlace
mecánico entre el suelo y el vehículo), en particular los trenes,
los metros, el tranvía o autobús, y cualquiera que sea el tipo de
rodamiento (ejes, bogies) con ruedas de hierro o neumáticas. Es
necesario anotar aquí que para esta categoría de vehículo de
geometría/bastidor longilíneo, los efectos de curvatura y de
pendiente no son insignificantes según la posición (o el desvío) de
los acelerómetros a bordo del vehículo. La invención permite
entonces superar ventajosamente estos efectos con el fin de
determinar más concretamente el desplazamiento del vehículo.
El dispositivo según la invención permite así
calcular el movimiento de un vehículo guiado, no disponiendo de ejes
libres de todo esfuerzo de frenado y de tracción, circulando sobre
una vía de perfil cualquiera, conservando una precisión equivalente
a la de un sistema con eje libre, evitando al mismo tiempo las
pérdidas de adherencia (patinaje y bloqueo de las ruedas inducidos
por los esfuerzos de tracción/frenado) y los errores inducidos por
las aceleraciones laterales (curvatura) y verticales
(pendiente).
Un conjunto de subreivindicaciones presenta
también las ventajas de la invención.
Ejemplos de realización y de aplicación se
proporcionan con la ayuda de las siguientes figuras que
describen:
Figura 1 un vehículo provisto de un dispositivo
de medición de desplazamiento del vehículo autoguiado según la
invención,
Figura 2 un esquema de definición de los planos
vinculados al vehículo en desplazamiento,
Figura 3 un esquema para tener en cuenta el
efecto de pendiente sobre el dispositivo,
Figura 4 un esquema para tener en cuenta el
efecto de curvatura sobre el dispositivo.
La figura 1 representa un vehículo VEH provisto
de un dispositivo de medición del desplazamiento del vehículo
autoguiado según la invención y puede estar asociada con la figura 2
que viene a clarificar cómo se definen los planos vinculados al
vehículo en desplazamiento de acuerdo con las aceleraciones sufridas
por el vehículo y medidas por dos acelerómetros 101, 102. Las
figuras 3 y 4 muestran la disposición de los ejes de medición Acc1,
Acc2, Acc3, Acc4 de los acelerómetros de acuerdo a los planos
elegidos en función al tipo de aceleración Gx, Glat, Gpes
(desplazamiento longitudinal, efecto de curvatura y/o de pendiente)
sufrido por el vehículo en una referencia ortonormal [X, Y, Z]
centrada sobre los acelerómetros y cuyo eje X indica la dirección de
trayectoria longitudinal del
vehículo.
vehículo.
El dispositivo de medición de desplazamiento
(posición instantánea Dx) del vehículo autoguiado VEH comprende a
bordo:
- un acelerómetro 101 provisto de dos ejes de
medición Acc1, Acc2 en un plano longitudinal Py definido por un
primer eje X longitudinal siguiendo un principal desplazamiento VEx
que se supone rectilíneo del vehículo y de un segundo eje Z
perpendicular al piso del vehículo,
- una computadora 103 conectada a una señal de
salida S1, S2 asociada a cada eje de medición Acc1, Acc2, donde cada
señal de salida S1, S2 incluye una medición en proyección ortogonal
Gacc1, Gacc2 de una resultante de aceleración global del vehículo
sobre el eje de medición asociado Acc1, Acc2,
- un segundo acelerómetro 102 que esta provisto
de al menos dos ejes de medición Acc3, Acc4 en un plano horizontal
Pz definido por el primer eje X y un tercer eje Y perpendicular al
primer y al segundo eje X, Z,
- La computadora 103 está conectada a una señal
de salida S3, S4 asociada con cada eje de medición Acc3, Acc4, donde
cada señal de salida S3, S4 comprende una medida en proyección
Gacc3, Gacc4 de la resultante de la aceleración global del vehículo
sobre el eje de medición asociado Acc3, Acc4,
- El conjunto de ejes de medición Acc1, Acc2;
Acc3, Acc4 del primer y del segundo acelerómetro 101, 102 presentan
en su plano respectivo Py, Pz un ángulo relativo A1+A2, A3+A4 que es
ajustable por consiguiente ajustado, de forma que la computadora 103
suministra a partir de las cuatro mediciones de proyección Gacc1,
Gacc2, Gacc3, Gacc4 por lo menos un valor instantáneo de aceleración
longitudinal Gx del vehículo a cada punto de un trayecto que
comprende pendiente y curva. En otras palabras, el valor de
aceleración longitudinal Gx es un valor exacto de aceleración
teniendo en cuenta los efectos de pendiente y de curvatura. Del
mismo modo, una pérdida de adherencia que lleva a falsear una
medición de aceleración que sería deducida de la rotación de los
ejes, puede compensarse aquí idealmente.
Principalmente, el dispositivo según la
invención utiliza por lo tanto dos acelerómetros 101, 102 biaxiales
fijados en la caja del vehículo y destinados a medir una aceleración
longitudinal y una aceleración lateral del vehículo. El vehículo
está sometido a tres fuerzas que producen una aceleración
longitudinal Gx (desplazamiento del vehículo sometido a los
esfuerzos de tracción/frenado), una aceleración lateral Glat (la
curvatura de la trayectoria induce a una aceleración centrífuga) y
una aceleración vertical Gpes debida a la gravedad que se ejerce en
presencia de una pendiente (la pendiente de la trayectoria). El
primer acelerómetro 101 cuyos dos ejes Acc1, Acc2 están situados en
el plano vertical Py y el segundo acelerómetro 102 cuyos dos ejes
Acc3, Acc4 están situados en el plano horizontal Pz, van a permitir
medir una resultante de las aceleraciones (longitudinales,
laterales, gravedad) proyectadas sobre cada uno de los cuatro ejes
de medición. Los ángulos entre los diferentes ejes de medición de
los acelerómetros son conocidos y fijos después del ajuste. La
computadora 103 soluciona un sistema compuesto de cuatro ecuaciones
con el fin de determinar cuatro incógnitas en la posición Dx del
vehículo, a saber, un ángulo de pendiente Ax de trayectoria, un
ángulo de aceleración lateral Ay (resultante de la fuerza centrípeta
debida a la velocidad del vehículo y dependiente del radio de
curvatura R de la trayectoria así como del desvío del acelerómetro
con relación al centro del vehículo), un valor de la aceleración
lateral Glat y el valor de la aceleración longitudinal Gx. Por
integraciones sucesivas sobre la duración del trayecto, la
computadora 103 determina la velocidad longitudinal Vx y el
desplazamiento longitudinal Dx del vehículo VEH sobre su trayecto
para cualquier pendiente y curva COURB.
Si es necesario, el dispositivo según la
invención se completa con un tacómetro 108 para mejorar la precisión
de la medición precedente de la velocidad Vx y de la distancia
recorrida Dx. El tacómetro 108 se fija en uno de los ejes R1a, R2a,
R1b, R2b del vehículo VEH y su/sus señales de salida STb se
transmiten a la computadora 103. La computadora 103 evalúa un
desplazamiento DxT y una velocidad VxT a partir de la/las señales de
medición del tacómetro. La computadora efectúa una comparación entre
los resultados de la medición de desplazamiento resultantes del
tacómetro y los resultantes de los acelerómetros. Cuando para estos
valores medidos, una divergencia de medición es inferior a un
umbral, los valores de medición se reajustan en los resultantes del
tacómetro. En el caso contrario (valor superior a un umbral), no hay
corrección de los resultados procedentes de las mediciones de los
acelerómetros.
Como se representa en la figura 1, una
información de velocidad nula Op puede también entregarse con
seguridad por la computadora 103 a partir de informaciones Im que
proceden de un equipamiento del vehículo (señal de inmovilización,
indicador de velocidad nula, etc.) o venir determinada por el
dispositivo según la invención misma. Para esta determinación, la
computadora 103 trata las informaciones procedentes del tacómetro y
de los acelerómetros.
Cuando el dispositivo determina una velocidad
nula y, gracias a las particularidades del montaje propuesto de los
acelerómetros, el dispositivo tiene también la capacidad ventajosa
de aplicar una función de autotest. Esta función de autotest permite
evaluar las correcciones necesarias que hay que aportar a las
mediciones de los acelerómetros (después
auto-calibración) y de identificar los defectos de
funcionamiento de los acelerómetros. La multiplicidad de los ejes de
medición aporta una redundancia muy ventajosa de varias mediciones
(debidas a los dos acelerómetros biaxiales) y permite por una
comprobación periódica la fiabilidad de los acelerómetros (por
ejemplo a cada parada en estación) de garantizar las mediciones de
test (y por tanto de desplazamiento ulterior) con una probabilidad
muy débil de error, haciéndolas compatibles con las exigencias de
seguridad de un sistema seguro tal como se requiere en el ámbito
ferroviario.
De la consecuencia de esta descripción, se hace
referencia a las dos figuras 3 y 4.
Al considerar los ejes de medición Acc1, Acc2
del primer acelerómetro 101 (ver figura 3 donde por deseo de
claridad, la aceleración lateral Glat voluntariamente ha sido
omitida), los componentes de las mediciones de proyección Gacc1,
Gacc2 por adición de las proyecciones de las aceleraciones Gx, Glat,
Gpes sobre cada uno de los ejes Acc1, Acc2 del acelerómetro 101
son:
Del mismo modo, considerando los ejes de
medición Acc3, Acc4 del segundo acelerómetro 102 (véase figura 4
dónde por deseos de claridad, la aceleración de pendiente Gpes
voluntariamente ha sido omitida), los componentes de las mediciones
de proyección Gacc3, Gacc4 por adición de las proyecciones de las
aceleraciones Gx, Glat, Gpes sobre cada uno de los ejes Acc3, Acc4
del acelerómetro 102 son:
Como las ecuaciones (1) a (4):
- el ángulo A1 en el plano Py entre el eje X y
el eje Acc1
- el ángulo A2 en el plano Py entre el eje X y
el eje Acc2
- el ángulo A3 en el plano Pz entre el eje X y
el eje Acc3
- el ángulo A4 en el plano Pz entre el eje X y
el eje Acc4
- el ángulo Ax de trayectoria del vehículo en el
plano Py (es decir el ángulo entre la horizontal y el eje X)
- la distancia del desvío Dx entre el centro del
vehículo y el punto de fijación de los acelerómetros 101, 102
embarcados sobre el vehículo
- el ángulo Ay vinculado al radio de curvatura R
en el plano Py.
El ángulo Ay se calcula por Arctg (Lx/R), por lo
tanto en primera aproximación Lx/R visto que el valor del radio de
curvatura R es habitualmente más elevado que la distancia de desvío
Lx.
La resolución del sistema formado por las cuatro
ecuaciones (1) a (4) depende de técnicas matemáticas que no son
descritas aquí y cuyo objetivo es calcular las cuatro variables Gx,
Glat, Ax y Ay con arreglo a las mediciones de los valores de
aceleración Gacc1, Gacc2, Gacc3, Gacc4 del que dispone la
computadora 103.
No obstante la resolución del sistema se
simplifica ventajosamente en ciertas hipótesis particulares de
disposición de los acelerómetros 101, 102.
Entre estas hipótesis, se pueden elegir los
ángulos relativos A1+A2, A3+A4 cada uno definiendo un ángulo
ortogonal, es decir: A1+A2 = 90º y A3+A4 = 90º. Así, el dispositivo
según la invención puede prever que por lo menos uno de los ángulos
relativos A1+A2, A3+A4 sea ortogonal.
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El dispositivo según la invención se realiza de
tal modo que cada ángulo relativo A1+A2, A3+A4 esta de hecho
subdividido (o puede subdividirse) en un primer y un segundo ángulo
A1, A2 y respectivamente A3, A4 correspondientes a los ángulos de
proyección entre los cuatro ejes de medición Acc1, Acc2, Acc3, Acc4
del primer y del segundo acelerómetro 101, 102 y el primer eje X
(eje longitudinal que sigue un principal desplazamiento que se
supone rectilíneo del vehículo).
Bajo este aspecto, es también muy ventajoso
elegir los ángulos A1, A2, A3, A4 tales como A1=A2 y A3=A4, y en
particular tales como A1 =A2=A3=A4 = 45º.
Con referencia a la elección de los ángulos A1,
A3, es también posible atribuirles valores ajustables que permiten
estimar lo mejor posible los efectos de pendiente o de curvatura sin
perjudicar a la precisión de la medición de la aceleración
longitudinal.
A título de ejemplo, si se elige la opción, para
la cual los ángulos de proyección A1, A2; A3, A4 de cada
acelerómetro son iguales, es decir A1=A2 y A3=A4, el sistema de
ecuaciones anterior se convierte en:
La resolución de este sistema permite determinar
fácilmente las cuatro incógnitas buscadas y definidas por las
variables Gx, Glat, Ax, Ay, después por la integración sobre una
duración de desplazamiento al deducir la velocidad longitudinal Vx y
la posición Dx asociada al trayecto del vehículo:
El dispositivo según la invención permite por lo
tanto que la computadora 103 suministre un valor de ángulo de
pendiente Ax, de un ángulo Ay de aceleración lateral (es decir que
representa la rotación de la aceleración lateral en el punto de
fijación del montaje del acelerómetro con relación a lo que estaría
en el centro del vehículo para el radio de curvatura R) en cada
punto del trayecto que incluye pendiente y curva.
Por extensión, la computadora 103 suministra una
velocidad Vx y una posición Dx en cada punto del trayecto que
incluye pendiente y curva integrando sucesivamente el valor de
aceleración longitudinal Gx del vehículo.
Como se describió anteriormente, el dispositivo
puede también incluir:
- un tacómetro 104 dispuesto al menos en un eje
del vehículo y que suministra un valor taquimétrico de velocidad VxT
y de posición DxT del vehículo,
- los valores taquimétricos VxT, DxT y los
valores de velocidad y de posición Vx, Dx obtenidos y
respectivamente suministrados por la computadora 103 se proporcionan
a un comparador 106 incluido en la computadora 103,
- el comparador 106 determina las divergencias
entre categorías de valores de velocidad y de posición, y si éstas
están debajo de un umbral predefinido, un reajuste de los valores de
velocidad y de posición Vx, Dx suministrados por la computadora 103
en cada punto del trayecto que incluye pendiente y curva se efectúa
sobre los valores taquimétricos VxT, DxT. Si las divergencias están
debajo del umbral, se inhibe el reajuste.
Esta posibilidad de reajuste presenta un aumento
de la precisión de medición de velocidad y de desplazamiento basado
en una simple medición suplementaria de velocidad y del
desplazamiento proporcional al radio de la rueda.
El dispositivo según la invención puede también
incluir un medio de detección de velocidad nula 107 del vehículo que
esta comprendido o acoplado a la computadora 103 y al tacómetro 104.
Éste comprende por lo menos un correlador de los valores de
velocidad y posición Vx, Dx suministrados por la computadora 103 y
de los valores taquimétricos correspondiente VxT, DxT.
De este hecho, se realiza una función de
detección de velocidad nula muy segura o:
- tomando en consideración una información
externa al dispositivo puesto a disposición por uno de los
dispositivos del vehículo (por ejemplo por medio de una señal
interna de vehículo inmovilizado,...)
\newpage
\global\parskip1.000000\baselineskip
- determinando una parada del vehículo por
filtrado de las informaciones de velocidad y de desplazamiento Vx,
Dx suministrados por la computadora 103. Esta determinación puede
ser correlacionada así con los datos taquimétricos VxT, Dxt
correspondientes.
- a raíz de estos tratamientos, si el vehículo
se asegura que realmente esta parado, el dispositivo pone a
disposición una información denominada de velocidad nula.
Una función denominada de autotest puede
entonces ventajosamente utilizar la información denominada de
velocidad nula. Cuando esta información se proporciona válidamente,
significa que el vehículo es inmóvil y por lo tanto las
aceleraciones longitudinales y laterales son entonces nulas.
El test asociado consiste así en verificar que
los valores de medición suministrados por los acelerómetros 101, 102
verifican el sistema de ecuaciones (1), (2), (3), (4) anteriormente
dado que se reduce entonces a:
Un ejemplo de resolución de este sistema se da
aquí en la hipótesis particular de disposición de los acelerómetros,
por el cual los ángulos de proyección A1, A2; A3, A4, son iguales
por pares en cada uno de los planos Py, Pz, es decir que A1=A2 y
A3=A4:
De las dos últimas ecuaciones (3) y (4) se
pueden deducir las relaciones siguientes (5) y (6):
Por transcripción del término Sin (Ax) en las
ecuaciones (1) y (2), es posible entonces verificar los valores
medidos de las aceleraciones proyectadas Gacc1, Gacc2 del primer
acelerómetro 101 con los resultados del cálculo ante-
rior.
rior.
Las aceleraciones proyectadas Gacc3, Gacc4 del
segundo acelerómetro 102, se verifican por la ecuación (5). En una
primera aproximación, es legítimo considerar que las inclinaciones
tienen poca influencia sobre la medición, lo que generalmente es el
caso, por ejemplo en el momento de los estacionamientos en el garaje
o de las paradas en estación.
Con el fin de precisar la verificación de las
aceleraciones proyectadas Gacc3, Gacc4 del segundo acelerómetro 102
es no obstante también posible leer un valor de la inclinación a
partir de un banco de datos.
Por estas verificaciones y seleccionando un
umbral de filtrado, se pueden determinar factores de corrección a
aportar a las mediciones resultantes de los acelerómetros. En el
caso del segundo acelerómetro 102, es posible sacar provecho
ventajosamente del proceso lento de desviación de los acelerómetros
antes de modificar sus factores de corrección. Estos factores de
corrección se aplicarán en respuesta a una confirmación obtenida
después de varias paradas. Este número de paradas es ajustable en
función de la precisión retenida. Esto permite
auto-calibrar el dispositivo según la invención.
El segundo umbral elegido más elevado que el
primer umbral puede también definirse para declarar el dispositivo
según la invención fuera de funcionamiento.
Con el fin de realizar la función de autotest,
el dispositivo según la invención comprende:
- un medio de auto-calibración
105 de los acelerómetros 101, 102 activable si el medio de detección
de velocidad nula confirma una parada del vehículo,
- el medio de auto-calibración
que trata las medidas resultantes de los acelerómetros 101, 102 y
dadas por una unidad de cálculo de aceleraciones 104 (ella misma
recibe las mediciones resultantes de los acelerómetros 101, 102 y
que se incluyen en la computadora 103),
- el medio de auto-calibración
calibra las mediciones en correspondencia con los valores nulos de
la aceleración longitudinal Gx y lateral Glat del vehículo.
El medio de auto-calibración 105
tiene un primer modo de control para verificar la igualdad de los
valores de medición Gacc3, Gacc4 sobre el segundo acelerómetro 102 y
un medio de recálculo del ángulo de pendiente Ax a partir del cual
los valores de medición Gacc1, Gacc2 del primer acelerómetro 101 se
verifican por medio de un segundo modo de control. Así pues, la
verificación se vuelve muy fiable y aún más si el ángulo de
pendiente puede evaluarse y confirmarse en redundancia por una
información conocida externa al dispositivo.
Para esta realización relacionada con la función
de autotest descrita anteriormente, más allá de un primer umbral de
error procedente de los resultados del medio de
auto-calibración 105, los factores de correcciones
resultantes del medio de auto-calibración 105 se
retransmiten entonces a la unidad de cálculo 104 (más generalmente,
la computadora 103 de desplazamiento).
Del mismo modo, más allá de un segundo umbral de
error menos seguro que el primer umbral procedente de los resultados
del medio de auto-calibración 105, se activa un
indicador de fallo de medición a bordo.
Un modelo simplificado de evaluación de una
probabilidad de fallo de la función denominada de autotest puede así
realizarse considerando que a la parada del vehículo, las medidas
efectuadas sobre los ejes de medición acc1, acc2, acc3, acc4 de los
acelerómetros 101, 102 se obtienen en redundancia.
Suponiendo un intervalo de tiempos T entre dos
paradas del vehículo: la probabilidad de fallo Pr de la función de
autotest aplicada a los dos ejes de medición Acc1, Acc2 en el plano
Py se define por:
Dónde las tasas de fallo respectivas
\lambdaacc1 y \lambdaacc2 de los ejes de medición Acc1 y Acc2 de
los acelerómetros biaxiales se suponen cada una igual a un valor
comúnmente admitido de 10^{-5} en el ejemplo de cálculo
siguiente:
Parece por tanto que si el vehículo se detiene
periódica y frecuentemente, el dispositivo permite garantizar un
nivel de confianza de los datos medidos que se requiere para la
seguridad exigida en el ámbito ferroviario.
Conforme a esta evaluación de una probabilidad
de fallo de la función denominada de autotest, el dispositivo según
la invención puede entonces comprender un medio de evaluación de
probabilidad de fallo activable entre dos paradas del vehículo y que
emplean una medición en redundancia sobre los ejes de medición de
los acelerómetros. Este medio de evaluación puede integrarse en el
medio de auto-calibración 105 anteriormente
descrito.
Por fin, el dispositivo según la invención puede
también opcionalmente comprender un detector de pérdida de
adherencia del vehículo (en caso de patinaje o de bloqueo de las
ruedas) acoplado al menos a uno de los primeros y segundos
acelerómetros 101, 102 biaxiales para los cuales las medidas de
desplazamiento pueden asociarse a los valores externos (pendiente,
curvatura de un banco de datos o dadas por un sistema de balizaje de
trayectoria, etc). En caso de divergencia de estos datos, se puede
detectar un riesgo de pérdida de adherencia del vehículo y por
extensión complementar la información proporcionada por el sistema
de detección de velocidad nula (rueda bloqueada, pero el vehículo en
movimiento).
El detector de pérdida de adherencia del
vehículo puede también, cuando proceda, acoplarse al menos a un
tacómetro 108 del eje del vehículo en adición de uno de los primer y
segundos acelerómetros 101, 102 para comparar sus datos de medición
de movimiento angular y respectivamente de desplazamiento
longitudinal. De esta forma, la función de detección de velocidad
nula puede entonces volverse aún más segura.
- X:
- eje longitudinal (de desplazamiento) del vehículo
- Y:
- eje perpendicular al eje X y en el plano del piso del vehículo
- Z:
- eje perpendicular al piso del vehículo
- Px:
- plan ortogonal al eje X y determinado por los ejes Y, Z
- Py:
- plan ortogonal al eje Y y determinado por los ejes X, Z
- Pz:
- plan ortogonal al eje Z y determinado por los ejes X, Y
- Gpes:
- aceleración de la gravedad = 9.81 m/s2
- Gx:
- aceleración longitudinal del vehículo según el eje X
- Glat:
- aceleración lateral del vehículo en el punto de los acelerómetros en el vehículo
- Vx:
- velocidad longitudinal según el eje X
- Dx:
- posición/desplazamiento longitudinal según el eje X
- VxT:
- velocidad longitudinal otorgada por el tacómetro
- DxT:
- desplazamiento longitudinal otorgado por el tacómetro
- Acc1:
- primer eje de medición del acelerómetro 101
- Acc2:
- segundo eje de medición del acelerómetro 101
- Acc3:
- primer eje de medición del acelerómetro 102
- Acc4:
- segundo eje 2 de medición del acelerómetro 102
- A1:
- ángulo en el plano Py entre el eje X y el eje Acc1
- A2:
- ángulo en el plan Py entre el eje X y el eje Acc2
- A3:
- ángulo en el plan Pz entre el eje X y el eje Acc3
- A4:
- ángulo en el plan Pz entre el eje X y el eje Acc4
- Ax:
- ángulo de trayectoria del vehículo en el plano Py (es decir ángulo entre la horizontal y el eje X)
- Lx:
- distancia del desvío entre el centro del vehículo y el punto de fijación de los acelerómetros 101, 102
- Ay:
- ángulo vinculado al radio de curvatura en el plano Py. Ay se calcula por Arctg (Lx/R), por lo tanto en primera aproximación Lx/R
- Vx:
- velocidad longitudinal del vehículo según el eje X.
Claims (15)
1. Dispositivo de medición del desplazamiento de
un vehículo autoguiado (VEH) que comprende a bordo:
- un acelerómetro (101) provisto de dos ejes de
medición (Acc1, Acc2) en un plano longitudinal (Py) definido por un
primer eje (X) longitudinal que sigue un principal desplazamiento
que se supone rectilíneo del vehículo y un segundo eje (Z)
perpendicular al piso del vehículo,
- una computadora (103) conectada a una señal de
salida (S1, S2) asociada a cada eje de medición (Acc1, Acc2), dónde
cada señal de salida (S1, S2) comprende una medición en proyección
(Gacc1, Gacc2) de una resultante de la aceleración global del
vehículo sobre el eje de medición asociado (Acc1, Acc2),
caracterizado en que:
- un segundo acelerómetro (102) esta provisto al
menos de dos ejes de medición (Acc3, Acc4) en un plano horizontal
(Pz) definido por el primer eje (X) y un tercer eje (Y)
perpendicular al primer y al segundo eje (X, Z),
- la computadora (103) se conecta a una señal de
salida (S3, S4) asociada a cada eje de medición (Acc3, Acc4), dónde
cada señal de salida (S3, S4) comprende una medición en proyección
(Gacc3, Gacc4) de la resultante de la aceleración global del
vehículo sobre el eje de medición asociado (Acc3, Acc4),
- los ejes de medición (Acc1, Acc2; Acc3, Acc4)
del primer y del segundo acelerómetro (101, 102) presentan en su
plano respectivo (Py, Pz) un ángulo relativo (A1+A2, A3+A4) que es
ajustable, de modo que la computadora (103) suministra a partir de
las cuatro mediciones de proyección (Gacc1, Gacc2, Gacc3, Gacc4) al
menos un valor de aceleración longitudinal (Gx) del vehículo a cada
punto de un trayecto que comprende pendiente y curva.
2. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores,
por el cual por lo menos uno de los ángulos
relativos (A1+A2, A3+A4) es ortogonal.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores,
por el cual cada ángulo relativo (A1+A2, A3+A4)
se subdivide en un primer y un segundo ángulo (A1, A2; A3, A4)
correspondiente a los ángulos de proyección entre los cuatro ejes de
medición (Acc1, Acc2, Acc3, Acc4) del primer y del segundo
acelerómetro (101, 102) y del primer eje (X).
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
por el cual los ángulos de proyección (A1=A2;
A3=A4) de cada acelerómetro son iguales.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores,
por el cual la computadora (103) suministra en
cada punto del trayecto, que incluye pendiente y curva, un valor de
aceleración lateral (Glat), del ángulo de pendiente (Ax), un ángulo
de aceleración lateral (Ay) que resulta de la fuerza centrifuga
debida a la velocidad del vehículo y que depende de un radio de
curvatura (R) de la trayectoria así como de un desvío del
acelerómetro con relación al centro del vehículo.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores,
por el cual la computadora (103) suministra una
velocidad (Vx) y una posición (Dx) a cada punto del trayecto que
comprende pendiente y curva integrando sucesivamente el valor de
aceleración longitudinal (Gx) del vehículo.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores,
que consta de:
- un tacómetro (104) que está dispuesto al menos
sobre un eje del vehículo y suministra un valor taquimétrico de
velocidad (VxT) y de posición (DxT) del vehículo,
- los valores taquimétricos (VxT, DxT) obtenidos
y los valores de velocidad y de posición (Vx, Dx) suministrados por
la computadora (103) se proporcionan a un comparador (106),
- el comparador (106) determina las divergencias
entre categorías de valores de velocidad y de posición, y si éstas
están debajo de un umbral predefinido, se efectúa un reajuste de los
valores de velocidad y de posición (Vx, Dx) obtenidos por la
computadora (103) en cada punto del trayecto que comprende pendiente
y curva sobre los valores taquimétricos (VxT, DxT).
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
que comprende un medio de detección de velocidad
nula (107) del vehículo acoplado a la computadora (103) y al
tacómetro (104) e incluye por lo menos un correlador de los valores
de velocidad y de posición (Vx, Dx) suministrados por la computadora
(103) y de los valores taquimétricos (VxT, DxT).
9. Dispositivo según las reivindicaciones 5 y 8,
que consta de:
- un medio de auto-calibración
(105) de los acelerómetros (101, 102) es activable, si el medio de
detección de velocidad nula confirma una parada del vehículo,
- el medio de auto-calibración
que trata de las mediciones resultantes de los acelerómetros 101,
102 y otorgadas por una unidad de cálculo de aceleraciones 104
incluida en la computadora 103
- el medio de auto-calibración
calibra las mediciones en correspondencia con los valores nulos de
aceleración longitudinal (Gx) y lateral (Glat) del vehículo.
10. Dispositivo según la reivindicación 4 y
9,
por el cual el medio de
auto-calibración (105) tiene un primer modo de
control para verificar la igualdad de los valores de medición
(Gacc3, Gacc4) sobre el segundo acelerómetro (102) y un medio de
recálculo del ángulo de pendiente (Ax) a partir del cual los valores
de medición (Gacc1, Gacc2) del primer acelerómetro (101) son
verificados por medio del segundo modo de control.
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 9 o 10,
por el cual más allá de un primer umbral de
error procedente de los resultados del medio de
auto-calibración, son transmitidos los factores de
correcciones resultantes del medio de
auto-calibración a la computadora (103).
12. Dispositivo según la reivindicación 11,
por el cual más allá del segundo umbral de
error, de menor seguridad que el primer umbral, que proviene de los
resultados del medio de auto-calibración, se activa
un indicador de avería de medición a bordo.
13. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 7 a 12,
que incluye un medio de evaluación de la
probabilidad de fallo activables entre dos paradas del vehículo y
empleando una medición en redundancia sobre los ejes de medición de
los acelerómetros.
14. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores,
que comprende un detector de pérdida de
adherencia del vehículo acoplado al menos a uno de los primer y
segundos acelerómetros.
15. Dispositivo según la reivindicación 14,
por el cual el detector de pérdida de adherencia
del vehículo se acopla al menos a un tacómetro en adición de uno de
los primer y segundos acelerómetros.
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