ES2708207T3 - Procedimiento para frenar un vehículo - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para operar un vehículo, el cual presenta los siguientes pasos del procedimiento: - determinación de la masa total del vehículo en función de: - una aceleración del vehículo, y - una fuerza de tracción aplicada para acelerar el vehículo; - formación y/o reducción de una fuerza de frenado para frenar el vehículo en función de su masa total, caracterizado porque la fuerza de frenado se incrementa o se reduce linealmente a lo largo del tiempo, donde el gradiente es proporcional a la masa total del vehículo.
Description
DESCRIPCION
Procedimiento para frenar un vehiculo
La invencion hace referencia a un vehiculo y a un procedimiento para operar el vehiculo.
La norma DIN 13452-1 establece un valor limite para una variacion de la aceleracion durante un frenado de servicio de un vehiculo ferroviario del transporte urbano de pasajeros en 1,5 m/s3. Los pasajeros perciben las variaciones de aceleracion mas elevadas como un tiron inercial. Para mantener el valor limite del tiron inercial requerido, la variacion de la fuerza de frenado en un vehiculo vacio se regula de modo que el valor limite del tiron inercial se alcance de forma precisa. Si la variacion de la fuerza de frenado no se adapta en funcion de la carga, entonces el valor limite no se alcanza en el caso de un vehiculo cargado. De este modo, un vehiculo cargado presenta un recorrido de frenado prolongado en comparacion con un vehiculo vacio, tambien en el caso de la fuerza de frenado maxima, de forma proporcional con respecto al peso de la carga.
Los documentos US 6249 735 B1, WO 03/029764 A1 y DE 10 2006 025 329 B3 describen procedimientos para determinar una fuerza de frenado de un vehiculo en funcion de la masa del vehiculo.
El objeto de la presente invencion consiste en reducir el recorrido de frenado de un vehiculo, observando al mismo tiempo un valor limite predeterminado para la variacion de la velocidad durante el proceso de frenado.
Dicho objeto se soluciona a traves de los objetos de las reivindicaciones independientes 1 y 11. En las caracteristicas de las reivindicaciones dependientes se indican perfeccionamientos y variantes de la invencion. Un procedimiento segun la invencion para operar un vehiculo, en particular un vehiculo ferroviario del transporte de pasajeros, en particular del transporte urbano de pasajeros, comprende los pasos del procedimiento:
- determinacion de la masa total real del vehiculo en funcion de:
- una aceleracion del vehiculo, y
- una fuerza de traccion aplicada para acelerar el vehiculo;
- formacion y/o reduccion de una fuerza de frenado para frenar el vehiculo en funcion de su masa total.
En base a la fuerza de traccion que actua sobre el vehiculo resulta la aceleracion del vehiculo. La fuerza de frenado varia en el tiempo al inicio y al final del proceso de frenado. La variacion en el tiempo de la fuerza de frenado tiene lugar en funcion de la masa total del vehiculo determinada. De este modo, la fuerza de frenado se constituye y/o se reduce en particular de modo que no se supere un valor limite predeterminado para un tiron inercial.
La masa total del vehiculo es el peso total del vehiculo al instante de la determinacion, multiplicado por la aceleracion de la gravedad local. La masa total se compone de la masa en vacio del vehiculo y de la masa de la carga. La aceleracion esta predeterminada del modo deseado.
Naturalmente pueden considerarse otros parametros en la determinacion de la masa total. Por tanto, segun un primer perfeccionamiento de la invencion, la determinacion de la masa total del vehiculo tiene lugar en funcion de fuerzas externas que actuan sobre el vehiculo. Estas son en particular fuerzas a modo de pesos que actuan sobre el vehiculo y/o fuerzas de friccion que actuan sobre el vehiculo. Las fuerzas externas se denominan tambien como fuerzas condicionantes.
Entre las fuerzas a modo de peso que actuan sobre el vehiculo se encuentra en particular una fuerza orientada hacia abajo que actua sobre el vehiculo. Si el vehiculo se encuentra en un plano inclinado, para una aceleracion dada del vehiculo puede aplicarse una fuerza aumentada orientada hacia arriba respecto a la fuerza orientada hacia abajo, asi como reducida al minimo cuesta abajo. Las fuerzas de friccion son por ejemplo una fuerza de friccion por rodamiento que actua sobre el vehiculo y/o una fuerza de resistencia del flujo que actua sobre el vehiculo.
La fuerza de friccion por rodamiento se produce por ejemplo entre las ruedas del vehiculo y los railes sobre los que se desplaza el vehiculo. En particular en el caso de un desplazamiento en esquinas o curvas, esa fuerza de rodamiento por friccion se incrementa, ya que una pestana de la rueda de una o de varias ruedas del vehiculo, externas a la curva, puede dar contra un flanco de un rail externo a la curva, de la via. Tambien en el caso de un trayecto recto, una pestana de la rueda del vehiculo puede dar contra un flanco de un rail de la via del vehiculo, en particular cuando el vehiculo se balancea mucho. Tanto la fuerza orientada hacia abajo, como tambien la friccion por rodamiento, dependen de la masa total del vehiculo. La resistencia al flujo de un vehiculo, en cambio, depende de la
velocidad del vehiculo, con respecto al aire que se encuentra alrededor del vehiculo. La misma depende de la masa total del vehiculo.
Para la determinacion de la fuerza orientada hacia abajo y/o de la friccion por rodamiento, el vehiculo ferroviario presenta por ejemplo un receptor GPS, para determinar la posicion del vehiculo ferroviario. En una memoria del vehiculo estan almacenados datos del trayecto con angulos de inclinacion y/o radios de las curvas. Ademas, el vehiculo presenta una unidad de ordenador para evaluar los datos del trayecto. De manera alternativa, para la determinacion de la inclinacion pude proporcionarse tambien un sensor de inclinacion y/o para la determinacion del radio de una curva esta proporcionado un sensor de aceleracion transversal.
Si se acelera un vehiculo a partir del estado detenido, debe superarse primero una fuerza de arranque. En un perfeccionamiento, para determinar la masa total del vehiculo, se determina la fuerza de traccion aplicada para la aceleracion, en un proceso de aceleracion, a partir del estado detenido del vehiculo, en particular despues de que fuese superada la fuerza de arranque, por ejemplo despues de que el vehiculo ha superado una velocidad minima predeterminada, por ejemplo 2km/h. La determinacion de la fuerza de traccion aplicada para la aceleracion termina por ejemplo al alcanzarse o superarse una velocidad maxima predeterminada, o despues de una duracion predeterminada de la aceleracion. Una ventana de tiempo tipica para ello se ubica por ejemplo en 3,5 s. Ese proceso, segun un perfeccionamiento, se repite en cada nuevo proceso de aceleracion a partir del estado detenido, cuando las puertas del vehiculo detenido se han abierto. Debido a ello es posible que se modifique la carga del vehiculo. Si las puertas permanecen cerradas usualmente no varia la carga del vehiculo.
Se determina la fuerza de traccion aplicada para la aceleracion del vehiculo, en particular en funcion del par de rotacion generado, de los motores de accionamiento del vehiculo. El par de accionamiento de un motor de accionamiento puede deducirse por ejemplo mediante su corriente del motor. De manera alternativa, se predetermina la fuerza de traccion aplicada para acelerar el vehiculo a traves de la posicion de una palanca de control del vehiculo. La aceleracion en si misma puede tener lugar en base a la variacion de la velocidad de la senal de un indicador del numero de revoluciones en un carro de rodamiento del vehiculo.
Si la masa total del vehiculo supera un valor umbral predeterminado, puede emitirse una senal, en particular al conductor del vehiculo. Ademas, mediante la masa total instantanea puede calcularse la masa de la carga y eventualmente puede emitirse, cuando la masa en vacio del vehiculo es conocida. En funcion de la carga puede estimarse la cantidad de los pasajeros transportados y eventualmente puede emitirse. La masa en vacio esta predeterminada o, segun la invencion, se determina en el estado vacio del vehiculo, por ejemplo al salir del deposito, y se almacena en una memoria.
Al inicio y/o al final del proceso de frenado del vehiculo, una fuerza de frenado para frenar el vehiculo se incrementa y/o se reduce en funcion de su masa total a lo largo del tiempo, donde la variacion en el tiempo de la fuerza de frenado se ubica en un intervalo de magnitud constante, predeterminada, con un valor maximo y un valor minimo proporcional al valor maximo, donde el valor maximo aumenta al aumentar la masa total del vehiculo, que se incrementa. La distancia del valor maximo y minima esta predeterminada. El estado del intervalo depende de la masa total del vehiculo.
El objeto consiste en seleccionar una variacion en el tiempo de la fuerza de frenado para el frenado del vehiculo, de modo que el tiron inercial, por tanto la variacion en el tiempo de la aceleracion que actua sobre los pasajeros, se mantiene practicamente de forma constante en el valor maximo permitido, por tanto, por ejemplo, en un intervalo predeterminado, entre 1,4 m/s3 y 1,5 m/s3. El valor minimo de ese intervalo predeterminado es mayor que cero, el valor maximo se toma por ejemplo en base a la normativa.
La fuerza de frenado, segun la invencion, se eleva y/o se reduce a lo largo del tiempo durante el proceso de frenado, aproximadamente de forma lineal. La inclinacion de las lineas de la fuerza de frenado, marcada a lo largo del tiempo, es esencialmente proporcional a la masa total instantanea del vehiculo. La misma se calcula nuevamente en particular antes de cada frenado o bien despues de cada determinacion de la masa total del vehiculo, por tanto, en particular despues de una variacion de la masa total del vehiculo.
Para realizar el procedimiento segun la invencion, un vehiculo segun la invencion, en particular un vehiculo ferroviario del transporte urbano de pasajeros, comprende una unidad de ordenador que es adecuada y que esta disenada de forma correspondiente para calcular una masa total instantanea del vehiculo ferroviario en funcion de cualquier aceleracion, predeterminada, del vehiculo ferroviario, y de una fuerza de traccion aplicada para acelerar el vehiculo ferroviario. Ademas, la unidad de ordenador es adecuada para calcular una fuerza de frenado para frenar el vehiculo, en particular una variacion en el tiempo de la fuerza de frenado - una formacion y/o reduccion de la fuerza de frenado y, de modo correspondiente, un aumento de la fuerza de frenado que se asocia a esto, y/o una disminucion de la fuerza de frenado, en funcion de la masa total del vehiculo ferroviario. El sistema de frenado del vehiculo, de manera correspondiente, es adecuado para frenar el vehiculo ferroviario en funcion de la masa total instantanea del vehiculo ferroviario, calculada por la unidad de ordenador, y con respecto a ello, para aplicar la
fuerza de frenado calculada por la unidad de ordenador, en particular para realizar la formacion en el tiempo y/o la reduccion de la fuerza de frenado calculada por la unidad de ordenador.
La invencion admite numerosas formas de ejecucion. La misma se explica en detalle mediante el siguiente ejemplo de realizacion.
La aceleracion instantanea a del vehiculo con una velocidad minima predeterminada Vmin resulta de:
hacia abajo Fh, la resistencia debida a las curvas Fk, la masa en vacio mleer, la carga mzul y la parte de las masas rotativas en la masa en vacio del vehiculo krot.
vmin asciende por ejemplo aproximadamente a 2-3 km/h. En el caso de una velocidad v < vmin del vehiculo deberia considerarse eventualmente la asi llamada fuerza de arranque.
Fw depende de la friccion por rodamiento Fr = (mleer mzul)*g*g*sin a, con el coeficiente de rozamiento g, y de la resistencia al flujo del vehiculo. La resistencia al avance depende del vehiculo. Para la misma, de manera aproximada, y derivado de la formula de Davis, es valido: Fw = (mleer+mzul)*(ki+k2*v)+k3*v2 (2). ki a k3 son constantes de resistencia al avance, especificas del vehiculo, que fueron determinadas por ejemplo en un ensayo de desaceleracion libre, o que sencillamente fueron estimadas, v es la velocidad instantanea del vehiculo. Los coeficientes estan almacenados en una memoria del vehiculo, adecuada para ello.
Para Fh es valido en cambio: Fh = (mleer+mzul)*g*sin a (3), en donde es g la gravitacion y a es el angulo de inclinacion del trayecto, debajo del vehiculo. De este modo, Fh depende de la masa total instantanea del vehiculo. a es positivo en el caso de un trayecto ascendente en la direccion de marcha del vehiculo.
La resistencia debida a las curvas Fk depende por ejemplo del ancho de la via, de la masa total del vehiculo y del radio de las curvas. La misma puede no considerarse en trayectos de arranque despues de paradas.
De este modo, a partir de la ecuacion (1) resulta
La velocidad real/velocidad instantanea del vehiculo v > vmin, en el caso de un diametro de la rueda conocido, se determina por ejemplo mediante un indicador del numero de revoluciones. De manera alternativa pueden emplearse tambien para ello datos de GPS. Son conocidos otros metodos para determinar una velocidad de un vehiculo, y estan comprendidos aqui. A continuacion, en base a ello se determina la aceleracion a. La fuerza de traccion Fz requerida se conoce por ejemplo a partir de la desviacion de una palanca de control. El angulo de inclinacion a puede leerse a partir de una base de datos del trayecto, mediante datos de GPS.
Naturalmente, las formulas presentadas son validas solo hasta una velocidad maxima predeterminable vmax << velocidad de la luz c, por ejemplo hasta vmax < 1000km/h. Un vehiculo ferroviario del transporte urbano de pasajeros usualmente alcanza velocidades inferiores a 200 km/h.
Para mantener el tiron inercial por debajo de un valor limite predeterminado, el frenado de un vehiculo ferroviario, por lo tanto, se introduce lentamente de modo correspondiente, elevando solo lentamente la fuerza de frenado. Ademas, el frenado es guiado lentamente, reduciendo lentamente la fuerza de frenado al finalizar el frenado. A traves del procedimiento segun la invencion, la fuerza de frenado puede regularse de modo que el frenado tiene lugar con una variacion de la aceleracion de frenado, proxima al valor limite.
En cambio, si el peso total del vehiculo no es conocido, usualmente el frenado se introduce y/o es guiado aumentando y/o reduciendo la fuerza de frenado de manera que el valor maximo predeterminado para la variacion de la aceleracion de frenado se alcanza solamente en el caso de un vehiculo vacio, ya que la fuerza de frenado se regula en el caso de una masa en vacio conocida del vehiculo vacio. No obstante, si el vehiculo esta cargado, debido a lo cual se incrementa la masa del vehiculo, resulta a partir de ello una prolongacion del recorrido de frenado, en comparacion con un frenado en donde se alcanza el valor limite predeterminado para la variacion de la aceleracion de frenado.
Para el tiron inercial R aplica:
Este depende de la masa total del vehiculo y de la variacion de la fuerza de frenado dFB/dt. Para mantener constante el tiron inercial, por ejemplo en el caso de un Rmax = 1,3 m/s3 preferente, la variacion en el tiempo de la fuerza de frenado debe adaptarse en funcion de la carga. Suponiendo que durante la formacion de la fuerza de frenado y/o de la reduccion de la fuerza de frenado, durante la introduccion y/o el guiado de un proceso de frenado, no se presentan variaciones significativas de la resistencia al avance, de la fuerza
orientada hacia abajo o de la resistencia debida a curvas, aplica: ' " 1 (5). Si ha sido determinada la masa total del vehiculo, la variacion en el tiempo de la fuerza de frenado puede regularse de modo
que se alcanza el valor limite 
abren las puertas y pasajeros suben o bajan, variando con ello la carga y, por tanto, tambien la masa total del vehiculo.
Claims (9)
1. Procedimiento para operar un vehiculo, el cual presenta los siguientes pasos del procedimiento:
- determinacion de la masa total del vehiculo en funcion de:
- una aceleracion del vehiculo, y
- una fuerza de traccion aplicada para acelerar el vehiculo;
- formacion y/o reduccion de una fuerza de frenado para frenar el vehiculo en funcion de su masa total, caracterizado porque la fuerza de frenado se incrementa o se reduce linealmente a lo largo del tiempo, donde el gradiente es proporcional a la masa total del vehiculo.
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la determinacion de la masa total del vehiculo tiene lugar ademas en funcion de:
- fuerzas externas que actuan sobre el vehiculo.
3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, caracterizado porque la determinacion de la masa total del vehiculo tiene lugar en funcion de:
- fuerzas a modo de pesos que actuan sobre el vehiculo y/o
- fuerzas de friccion que actuan sobre el vehiculo.
4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque para la determinacion de la masa total real del vehiculo es conocida la masa en vacio mieer del vehiculo y la carga real mzui se calcula segun la
siguiente formula:
Con la aceleracion a, la fuerza de traccion Fz, la parte conocida de las masas rotativas de la masa en vacio del vehiculo krot, la velocidad instantanea v del vehiculo, el angulo de inclinacion del trayecto a, la gravitacion g y constantes de resistencia al avance ki a k3, especificas del vehiculo.
5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la formacion y/o la reduccion de una fuerza de frenado para frenar el vehiculo tiene lugar segun la siguiente formula: 
con la masa en vacio conocida mleer del vehiculo, la parte conocida de
las masas rotativas de la masa en vacio del vehiculo krot, la carga real mzui y el valor limite del tiron inercial predeterminado
6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la determinacion de la masa total real del vehiculo tiene lugar en el caso de un proceso de aceleracion a partir del estado detenido del vehiculo.
7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la determinacion de la fuerza de traccion aplicada para acelerar el vehiculo se deduce en funcion de la posicion de una palanca de control del vehiculo.
8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la determinacion de la fuerza de traccion aplicada para acelerar el vehiculo tiene lugar en funcion de una corriente del motor, de un motor del vehiculo.
9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque en el caso de superarse un valor umbral predeterminado para una masa total del vehiculo predeterminada, se emite una senal.
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