ES2874078T3 - Dispositivo y procedimiento para determinar la carga de vehículos - Google Patents

Abstract

Dispositivo para determinar la carga de vehículos, en particular de vehículos ferroviarios con al menos una carrocería (1) y al menos un chasis (2), en el que se prevé al menos un fuelle neumático (3) con al menos un sensor de presión (4), así como al menos un acelerómetro (5), y en el que el al menos un sensor de presión (4) y el al menos un acelerómetro (5) se conectan a al menos una unidad procesadora (6), en la que se determina la carga, caracterizado por que el al menos un fuelle neumático (3) se usa exclusivamente para determinar la carga.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo y procedimiento para determinar la carga de vehículos

La invención se refiere a un dispositivo para determinar la carga de vehículos, en particular de vehículos ferroviarios con al menos una carrocería y al menos un chasis, en el que se prevé al menos un fuelle neumático con al menos un sensor de presión, así como al menos un acelerómetro, y en el que el al menos un fuelle neumático y el al menos un acelerómetro se conectan a al menos una unidad procesadora.

Determinar con exactitud la carga de un vehículo, en particular de un vehículo ferroviario, es importante, por ejemplo, para poder frenar el vehículo en la proporción adecuada, es decir, para no aplicar ni muy poco ni demasiado par de frenado a las ruedas. Por ejemplo, los pasajeros de un vagón de pasajeros o de una unidad múltiple representan cargas que inciden sobre el chasis y las ruedas. Estas cargas presentan determinados tamaños y determinadas distribuciones sobre el vehículo. Asimismo, el cargamento de un vagón de mercancías incide como carga sobre el chasis y las ruedas o conjuntos de ruedas del vehículo.

Las válvulas de freno de carga se usan a menudo para ajustar la presión de frenado de un sistema de frenado de aire comprimido. Estas válvulas de freno de carga a menudo se conectan a suspensiones secundarias diseñadas como resortes neumáticos, así como a cilindros de freno. Dependiendo de la presión de aire en los resortes neumáticos, las presiones de los cilindros de freno se ajustan por medio de la válvula de freno de carga. De este modo, se obtiene un frenado dependiente de la carga.

Por ejemplo, el documento DE 40 11 205 A1 se conoce a partir de los antecedentes de la técnica. En dicho documento se describe una válvula de frenado dependiente de la carga que controla un freno neumático de un vehículo ferroviario. Se prevé una palanca giratoria que gira hacia afuera dependiendo de los estados de carga del vehículo ferroviario y, de acuerdo con el estado de carga, toca un primer borde o un segundo borde de un pistón de la válvula de frenado y ejerce fuerzas sobre el mismo. De este modo, se produce una fuerza de frenado proporcional a la carga del vehículo ferroviario.

Además, en el documento DE 102016 007 453 A1 se divulga un sensor de carga de un vehículo ferroviario que se usa para ajustar la presión de frenado. Este presenta una válvula de asiento con resorte, un disco, un mecanismo anular, otros componentes, así como cavidades. Los movimientos relativos de los componentes del sensor de carga se reducen por medio del mecanismo anular y por tanto se mejora la producción y la fiabilidad operativa del sensor de carga. Adicionalm ente, el documento WO 2008/007067 A1 muestra una válvula encargada de determinar de forma continua las cargas verticales de un vehículo ferroviario. La válvula se dispone entre un resorte y un elemento de guía en forma de cuña en un chasis y se mueve con dicho elemento de guía. De este modo, se reducen las influencias de los movimientos de dirección del chasis sobre la válvula o sobre la determinación de las cargas verticales. El documento US2013/274966 divulga un dispositivo encargado de determinar la carga de vehículos de acuerdo con los antecedentes de la técnica.

La invención se basa en el objetivo de especificar un dispositivo mejorado para determinar la carga con respecto a los antecedentes de la técnica. De acuerdo con la invención, este objetivo se consigue mediante un dispositivo del tipo mencionado al principio, en el que se usa el al menos un fuelle neumático para determinar exclusivamente la carga. De este modo, se puede renunciar a determinar la carga de un sistema de suspensión y se logra un aumento en la exactitud de la determinación de la carga. El aumento en la exactitud se debe al uso del acelerómetro, que registra las aceleraciones del vehículo. Las aceleraciones del vehículo se toman en consideración al determinar la carga. El aumento en la exactitud permite un ajuste exacto de la presión de frenado de un freno dependiente de la carga. De este modo, se reduce a su vez el desgaste de los frenos y por tanto, los costes de mantenimiento y reparación asociados con el mismo. Además, al usar el dispositivo de acuerdo con la invención, se puede prescindir de componentes de desgaste tales como la palanca giratoria o los elementos de guía.

Resulta ventajoso que el al menos un fuelle neumático esté dispuesto cerca del centro de gravedad de carrocería, en particular si un eje longitudinal de fuelle neumático se desplaza a través del centro de gravedad de carrocería. Esta medida reduce los pares de torsión que generan las fuerzas introducidas en el fuelle neumático desde la carrocería. En consecuencia, la influencia de las relaciones de presión en el fuelle neumático debido a estos pares de torsión y, por tanto, la influencia en la determinación de la demanda de aire solo tiene lugar en proporciones insignificantes.

Se obtiene un modo de realización ventajoso cuando el al menos un acelerómetro se dispone cerca del al menos un fuelle neumático, en particular cuando el eje longitudinal de fuelle neumático se desplaza a través del al menos un acelerómetro. Esta medida tiene la ventaja de registrar las aceleraciones del vehículo que se producen cerca del fuelle neumático. De este modo, las influencias de las aceleraciones del vehículo sobre las relaciones de presión en el fuelle neumático, que distorsionan la determinación de la carga, se pueden registrar con la mayor exactitud posible y excluir mediante cálculo de la determinación de la carga.

A continuación, la invención se explica con más detalle con referencia a ejemplos de modo de realización.

Se muestra a modo de ejemplo:

Fig. 1: una vista lateral de una variante de realización a modo de ejemplo de un fuelle neumático de acuerdo con la invención,

Fig. 2: una representación esquemática de un vehículo ferroviario con un primer vagón, un segundo vagón y un tercer vagón, en el que se dispone entre una carrocería y un chasis una variante de realización a modo de ejemplo de un dispositivo de acuerdo con la invención para determinar la carga,

Fig. 3: un esquema de presión de aire para un conector de un fuelle neumático de acuerdo con la invención, y

Fig. 4: un diagrama de flujo de un procedimiento de acuerdo con la invención para determinar la carga.

Una variante de realización a modo de ejemplo mostrada en la Fig. 1 de un fuelle neumático 3 de un dispositivo de acuerdo con la invención para determinar la carga de un vehículo ferroviario se conecta a un pistón de desenrollado 7, en el que se prevé un amortiguador de impacto 8 y se dispone alrededor de un eje longitudinal de fuelle neumático 9. El fuelle neumático 3 se atornilla a una carrocería 1 del vehículo ferroviario mostrado en la Fig. 2 mediante una placa superior 10, un primer agujero de fijación 12 con una primera rosca, así como mediante un primer tornillo no representado. El fuelle neumático 3 se atornilla a un chasis 2 mostrado en la Fig. 2 mediante una placa base 11, un segundo agujero de fijación 13 con una segunda rosca, así como un segundo tornillo no representado. Los movimientos relativos entre la carrocería 1 y el chasis 2 provocan cambios en las presiones de aire dentro del fuelle neumático 3. Asimismo, se producen como resultado movimientos del pistón de desenrollado 7 con respecto a la placa superior 10. El amortiguador de impacto 8 protege el pistón de desenrollado 7 y la placa superior 10 de los daños que se pueden producir cuando el pistón de desenrollado 7 y la placa superior 10 chocan entre sí.

La Fig. 2 muestra un vehículo ferroviario con un primer vagón 14 que comprende una carrocería 1 y un chasis 2. El chasis 2 presenta un primer par de ruedas 17, un segundo par de ruedas 18, así como un bastidor de chasis 33 y se dispone debajo de la carrocería 1. Se prevé una suspensión secundaria 34 entre el chasis 2 y la carrocería 1 que se monta en el bastidor de chasis 33. Un primer intercambio de vagón 19 conecta el primer vagón 14 con un segundo vagón 15, y un segundo intercambio de vagón 20 conecta el primer vagón 14 con un tercer vagón 16. En la Fig. 2, se representa un estado del vehículo ferroviario en el que el mismo se encuentra detenido en un plano horizontal.

La carrocería 1 presenta un eje vertical de carrocería 21 y el chasis 2 un eje vertical de chasis 22. En el estado mostrado del vehículo ferroviario, el eje vertical de carrocería 21 y el eje vertical de chasis 22 se entrecruzan y se alinean paralelamente entre sí. En el eje vertical de carrocería 21 se encuentra un centro de gravedad de carrocería 23, y en el eje vertical de chasis 22 un centro de gravedad de chasis 24. El centro de gravedad de carrocería 23 y el centro de gravedad de chasis 24 tienen en el estado mostrado las mismas posiciones horizontales del vehículo ferroviario. En consecuencia, en el estado representado del vehículo ferroviario, un centro de gravedad general 25 del primer vagón 14 se coloca horizontalmente de la misma manera que el centro de gravedad de carrocería 23 y el centro de gravedad de chasis 24.

Entre la carrocería 1 y el chasis 2 se dispone un fuelle neumático 3 de un dispositivo para determinar la carga. En el estado mostrado del vehículo ferroviario, un eje longitudinal de fuelle neumático 9 se desplaza a través del centro de gravedad de carrocería 23, del centro de gravedad de chasis 24, así como del centro de gravedad general 25 y, por tanto, paralelamente al eje vertical de carrocería 21, así como al eje vertical de chasis 22. La carrocería 1 ejerce fuerzas de peso, fuerzas que se deben a una carga útil del primer vagón 14 y otras fuerzas que pueden actuar en todas las direcciones espaciales sobre el fuelle neumático 3. En el estado mostrado del vehículo ferroviario, debido a la posición del fuelle neumático 3 con respecto al centro de gravedad de carrocería 23, al centro de gravedad de chasis 24 y al centro de gravedad general 25, la fuerza de peso de la carrocería 1 actúa y, si los pasajeros se distribuyen de manera uniforme en la carrocería 1, la fuerza debida a la carga útil actúa sobre el fuelle neumático 3 libre de par de torsión.

El fuelle neumático 3 se llena de aire comprimido y presenta una conexión a un sistema de aire comprimido del vehículo ferroviario. Un esquema de aire comprimido correspondiente se representa en la Fig. 3.

Un sensor de presión 4, que se conoce a partir de los antecedentes de la técnica y en particular también para resortes neumáticos, registra las presiones de aire que actúan en el fuelle neumático 3. La presión de aire dentro del fuelle neumático 3, multiplicada por un área de sección transversal 26 del fuelle neumático 3, indica con gran exactitud las fuerzas de la carrocería 1 mencionadas anteriormente (fuerza de peso y fuerza de la carga útil) y, por tanto, una carga sobre el chasis 2.

Sin embargo, se pueden producir cambios en la posición del centro de gravedad de carrocería 23, del centro de gravedad de chasis 24 y del centro de gravedad general 25, por ejemplo, cuando el vehículo ferroviario está en movimiento, que influyen o distorsionan, es decir causan errores referentes a, la determinación de la carga por medio del fuelle neumático 3 y el sensor de presión 4. Además, las aceleraciones o fuerzas del vehículo en las direcciones longitudinal y transversal pueden actuar sobre el fuelle neumático 3 y también causar errores al determinar la carga. Por este motivo, justo debajo del fuelle neumático 3, se dispone un acelerómetro 5, que está diseñado como un sensor piezoeléctrico conocido a partir de los antecedentes de la técnica, en un lado superior del bastidor de chasis 33 o entre la carrocería 1 y el chasis 2. El acelerómetro 5 registra las aceleraciones del vehículo con respecto a la traslación en tres direcciones espaciales, a partir de las cuales se pueden detectar y compensar errores al determinar la carga mediante cálculo. El acelerómetro 5 se dispone cerca del fuelle neumático 3, y el eje longitudinal de fuelle neumático 9 se desplaza a través del acelerómetro 5. Por lo tanto, el acelerómetro 5 indica con gran exactitud las aceleraciones del vehículo que actúan sobre el fuelle neumático 3. En consecuencia, el balance mediante cálculo de errores debidos a los errores descritos anteriormente se lleva a cabo con gran precisión.

El sensor de presión 4 y el acelerómetro 5 se conectan a una unidad procesadora 6 en la que se determina la carga, a través de trayectos de conducción no mostrados, con el fin de transmitir señales de presión (formadas a partir de las presiones de aire registradas) y señales de aceleración (formadas a partir de las señales de aceleración registradas). La unidad procesadora 6 se dispone en la carrocería 1. Sin embargo, como alternativa de acuerdo con la invención, esta también se puede prever, por ejemplo, en el chasis 2. De acuerdo con la invención, se puede concebir además que las señales de presión y las señales de aceleración se transmitan por medio de una conexión de radio.

De acuerdo con la invención, es además concebible que el eje longitudinal de fuelle neumático 9 no se desplace a través del centro de gravedad de carrocería 23 o a través del centro de gravedad general 25, por ejemplo, si dos chasis 2 están dispuestos debajo de la carrocería 1. En dicha disposición, se aprovechan al menos en parte las ventajas descritas anteriormente del dispositivo de acuerdo con la invención para determinar la carga. Los errores al determinar la carga debidos a una distancia entre el fuelle neumático 3 y el centro de gravedad de carrocería 23 o el centro de gravedad general 25, que se pueden rastrear hasta esta disposición, se compensan calculando las aceleraciones del vehículo registradas por el acelerómetro 5.

Adicionalmente, es concebible de acuerdo con la invención disponer más de un fuelle neumático 3 y más de un acelerómetro 5 entre la carrocería 1 y el chasis 2 y determinar la carga en base a un primer cálculo de valor medio con las presiones de aire registradas por los fuelles neumáticos 3 y un segundo cálculo de valor medio con las aceleraciones del vehículo medidas por los acelerómetros 5.

La Fig. 3 muestra un esquema de presión de una parte de un sistema de aire comprimido de un vehículo ferroviario conocido a partir de los antecedentes de la técnica, al que se conecta una variante de realización a modo de ejemplo de un dispositivo de acuerdo con la invención para determinar la carga. Un fuelle neumático 3, que también se representa y describe en la Fig. 1 y en la Fig. 2, se suministra con aire comprimido, cuyas relaciones de presión se ajustan o influyen mediante una válvula de rebose 27 y una válvula de reducción de presión 28. El fuelle neumático 3 se conecta a la válvula de reducción de presión 28 y a la válvula de rebose 27 mediante una primera línea de presión 29. La válvula de reducción de presión 28 y la válvula de rebose 27 se disponen de forma secuencial a lo largo de la primera línea de presión 29 y están diseñadas según los antecedentes de la técnica.

Además, la primera línea de presión 29 se conecta a una segunda línea de presión 30. Una ramificación de la primera línea de presión 29 con la segunda línea de presión 30 se conforma directamente en el área del fuelle neumático 3. Un sensor de presión 4, también mostrado en la Fig. 2, que registra las presiones de aire del fuelle neumático 3, se conecta a la segunda línea de presión 30. De acuerdo con la invención, también es concebible disponer el sensor de presión 4, como se muestra en la Fig. 2, directamente sobre el fuelle neumático 3. El sensor de presión 4 se conecta a una unidad procesadora 6 representada en la Fig. 2 mediante trayectos de conducción no mostrados. Las presiones de aire se convierten en señales de presión en el sensor de presión 4 y se transmiten a la unidad procesadora 6. En la unidad procesadora 6 se determina mediante cálculo la carga descrita en relación con la Fig. 4, en base a las señales de presión o a las presiones de aire, así como a otras señales.

Mediante la primera línea de presión 29 y la segunda línea de presión 30, el fuelle neumático 3 se conecta a una válvula de freno de carga 31 conocida a partir de los antecedentes de la técnica que, a su vez, se conecta de forma neumática a un cilindro de freno no representado de una pinza de freno de un freno por fricción del vehículo ferroviario. La válvula de freno de carga 31 influye en la presión del cilindro de freno o en la fuerza de frenado del freno por fricción y, por tanto, en una desaceleración del vehículo ferroviario. Adicionalmente, la desaceleración del vehículo ferroviario se establece al determinar mediante cálculo la carga en la unidad procesadora 6, que se conecta a un aparato de control de freno 32 mostrado en la Fig. 4.

La Fig. 4 representa una variante de realización de un procedimiento de acuerdo con la invención para determinar la carga de un vehículo ferroviario como diagrama de flujo. Las presiones de aire del fuelle neumático 3 se registran mediante un sensor de presión 4 de un fuelle neumático 3 mostrado en la Fig. 1, en la Fig. 2 y en la Fig. 3. Las aceleraciones del vehículo en tres direcciones espaciales con respecto a la traslación se registran mediante un acelerómetro 5 también representado en la Fig. 2. Las presiones de aire registradas se convierten en señales de presión y las aceleraciones del vehículo registradas en señales de aceleración. Las señales de presión y las señales de aceleración se transmiten a una unidad procesadora 6, también mostrada en la Fig. 2. La determinación de la carga se realiza mediante cálculo en la unidad procesadora 6. Las aceleraciones del vehículo se usan en tres conjuntos de impulsos con respecto a las tres direcciones espaciales que, como se conoce a partir de los antecedentes de la técnica, indican relaciones entre un producto de una masa y una aceleración por una parte y una suma de fuerzas externas como ecuaciones, por otra parte. Las fuerzas externas se determinan a partir de los tres conjuntos de impulsos mediante transformaciones matemáticas adecuadas. Las fuerzas externas describen errores descritos al determinar la carga en relación con la Fig. 2. La presión de aire del fuelle neumático 3 se multiplica por un área de sección transversal 26 mostrada en la Fig. 2, con lo que se forma una fuerza de fuelle. De esta fuerza de fuelle, se restan las fuerzas externas, con lo que se forma una fuerza resultante. Esta fuerza resultante indica una carga de una fuerza de peso de una carrocería 1 mostrada en la Fig. 2 y su carga útil.

La unidad procesadora 6 se conecta mediante trayectos de conducción correspondientes a un aparato de control de freno 32, en el que las presiones de frenado de un freno por fricción del vehículo ferroviario y, por tanto, las desaceleraciones del vehículo ferroviario se ajustan en base a la fuerza resultante y a otros parámetros.

De acuerdo con la invención, también es concebible que la unidad procesadora 6 forme parte del aparato de control de freno 32 o que la carga se determine en el propio aparato de control de freno 32.

Lista de referencias

1 carrocería

2 chasis

3 fuelle neumático

4 sensor de presión

5 acelerómetro

6 unidad procesadora

7 pistón de desenrollado

8 amortiguador de impacto

9 eje longitudinal de fuelle neumático

10 placa superior

11 placa base

12 primer agujero de fijación

13 segundo agujero de fijación

14 primer vagón

15 segundo vagón

16 tercer vagón

17 primer par de ruedas

18 segundo par de ruedas

19 primer intercambio de vagón

20 segundo intercambio de vagón

21 eje vertical de carrocería

22 eje vertical de chasis

23 centro de gravedad de carrocería

24 centro de gravedad de chasis

25 centro de gravedad general

26 área de sección transversal

27 válvula de rebose

28 válvula de reducción de presión

29 primera línea de presión

30 segunda línea de presión

31 válvula de freno de carga

32 aparato de control de freno

33 bastidor de chasis

34 suspensión secundaria

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para determinar la carga de vehículos, en particular de vehículos ferroviarios con al menos una carrocería (1) y al menos un chasis (2), en el que se prevé al menos un fuelle neumático (3) con al menos un sensor de presión (4), así como al menos un acelerómetro (5), y en el que el al menos un sensor de presión (4) y el al menos un acelerómetro (5) se conectan a al menos una unidad procesadora (6), en la que se determina la carga, caracterizado por que el al menos un fuelle neumático (3) se usa exclusivamente para determinar la carga.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el al menos un fuelle neumático (3) se dispone cerca de un centro de gravedad de carrocería (23), en particular por que un eje longitudinal de fuelle neumático (9) se desplaza a través del centro de gravedad de carrocería (23).

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por que el al menos un acelerómetro (5) se dispone cerca del al menos un fuelle neumático (3), en particular por que el eje longitudinal de fuelle neumático (9) se desplaza a través del al menos un acelerómetro (5).

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 2 o 3, caracterizado por que el al menos un fuelle neumático (3) y el al menos un acelerómetro (5) se disponen en un área entre la al menos una carrocería (1) y el al menos un chasis (2).

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 2, 3 o 4, caracterizado por que la al menos una unidad procesadora (6) se dispone en la al menos una carrocería (1).

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 o 5, caracterizado por que el al menos un fuelle neumático (3) se conecta a un sistema de aire comprimido del vehículo.

7. Procedimiento para determinar la carga por medio del dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5 o 6, caracterizado por que las presiones de aire del al menos un fuelle neumático (3) se miden por medio del al menos un sensor de presión (4), así como las aceleraciones del vehículo se miden por medio del al menos un acelerómetro (5), por que las señales de presión y las señales de aceleración se transmiten a la al menos una unidad procesadora (6), y por que las cargas del vehículo se determinan en la al menos una unidad procesadora (6) a partir de las presiones de aire y las aceleraciones del vehículo.