ITMI952362A1 - Sistema rilevatore di posizione per veicoli guidati - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di Brevetto d’invenzione Industriale dal titolo:

"SISTEMA RILEVATORE DI POSIZIONE PER VEICOLI GUIDATI"

La presente invenzione si riferisce ad un sistema rilevatore di posizione per veicoli guidati.

Tutti i veicoli guidati come quelli ferroviari,quelli usati entro grandi fattorie o altri mezzi di trasporti}stanno migliorando se il loro sistema di basculazione, il loro sistema di controllo della velocità, controllo della marcia di.un veicolo senza conducente, ecc. ecc. utilizza un sistema rilevatore della posizione. L'obiettivo dell'installazione di un sistema di basculazione è quello di ottenere una riduzione dei tempi di viaggio e del confort di marcia sperimentato dal viaggiatore. La basculazione produce nel veicolo un sollevamento addizionale nelle curve che permette di entrare in esse ad una maggiore velocità.

I sistemi convenzionali di basculazione sono basati sul rilevamento della curva in tempo reale mediante 1'incorporazione nel sistema di sensori dinamici come giroscopi e accelerometri.

L'azionamento della basculazione viene adeguata ai segnali raccolti-in ogni istante.Questo metodo di funzionamento provoca sul sistema una serie di inconvenienti cerne quelli citati nel seguito:

- L'azionamento del veicolo è sempre ritardata a causa della necessità di captare preventivamente la curva e distinguerla da una perturbazione o irregolarità della strada ferrata.

- I movimenti di basculazione risultano bruschi per la necessità di ricuperare il tempo perduto nel rilevamento della curva.

- L'attuazione è sottoposta a continue correzioni di regolazione che provocano disorientamento e sconforto nel viaggiatore.

- La basculazione non tiene conto dei parametri fondamentali della curva che si sta eseguendo che sono: raggio di curvatura, sollevamento delle rotaie, lunghezze delle curve di transizione, ecc. Questo ha per conseguenza un effetto di molestia del passeggero dato che la legge di inclinazione che segue il veicolo non si adatta in modo ottimale al passeggero.

La richiedente ha rilevato che il problema fondamentale da risolvere in un sistema di basculazione è corredato alla mancata conoscenza della posizione reale del veicolo nella traiettoria del sistema veicolo/conducente.Per questo la richiedente ha sviluppato un sistema di rilevamento della posizione basato sulla conoscenza della posizione del veicolo del treno nella strada ferrata e su una conoscenza preliminare del tracciato corrispondente alla traiettoria realizzata.

Il sistema dell'invenzione identifica in qualsiasi momento la velocità lineare di marcia e la posizione assoluta dei veicoli su una traiettoria nota.

Il metodo di calcolo della posizione assoluta del veicolo è basato sulla misura della variazione incrementale della posizione dello stesso corretta nelle curve mediante la trasmissione dei segnali dinamici del veicolo che sono sensibili alle caratteristiche delle curve percorse.

Le Figure illustrano:

- La Figura 1 è uno schema a blocchi del sistema dell'invenzione; - La Figura 2 è una rappresentazione in coordinate cartesiane di uno schema di una curva di un tracciato da percorrere con il veicolo;

- La Figura 3 è una rappresentazione comparativa fra la curva della Figura 2 e la curva reale ottenuta per una realizzazione pratica del sistema;

- La Figura 4 è una rappresentazione comparativa fra la curva della Figura 2 e la curva reale ottenuta per un'altra realizzazione pratica del sistema.

Viene descritto nel seguito un esempio di realizzazione pratica, non limitativa, della presente invenzione.Non vengono esclusi in assoluto altri modi di realizzazione nei quali si introducano modifiche accessorie che non ne alterino il suo fondamento; al contrario la presente invenzione include anche tutte le sue varianti.

Nella Figura 1 si notano:

- Un modulo di memoria (1) nel quale sono presenti le informazioni del percorso che il veicolo può realizzare. Si divide il percorso in tratti, identificando ogni tratto con i suoi parametri (posizione assoluta, raggio (R)del tratto, lunghezza del tratto).

- Un gruppo (2)di sensori,per esempio due, che misurano tre parametri dinamici:

- Captatore sensibile alla marcia in curva (3), per esempio un sensore di misura della velocità angolare in curva del veicolo (velocità angolare del veicolo rispetto ad un asse perpendicolare al piano del movimento).La velocità angolare in curva del veicolo può essere ottenuta indirettamente con i dati provenienti da captatori che si basano sulla misura delle accelerazioni laterali, spostamenti laterali degli elementi di sospensione, ecc..

Queste variabili sono correlate fra loro fisicamente e matematicamente, per la qual cosa la disposizione del sensore o la sua natura può essere qualsiasi sempre che la sua applicazione sia quella indicata.

- Un captatore di posizione relativa (4) per misurare la variazione della posizione del veicolo e la sua velocità assoluta nella direzione di marcia.A titolo di esempio,questo sensore è disposto in una o in varie ruota/e del veicolo,potendo esso essere in questo caso un encoder che misura l’angolo di rotazione della ruota rispetto al telaio del veicolo.Da questa misura si ottiene direttamente la variazione della posizione del veicolo.La velocità assoluta nella direzione di marcia viene ottenuta facendo passare il segnale suddetto attraverso un convertitore di frequenzatensione o anche, attraverso un contatore di inpulsi ad intervalli di tempo costanti.

- Un’unità di controllo CPU (5)del processo con potenza di calco-10 sufficiente per valutare gli algoritmi di controllo che il sistema richiede e per fornire i dati necessari (d),per esempio, la posizione e la velocità.

Il sistema fondamentale può essere completato e migliorato con altri due elementi la cui installazione è opzionale.Verranno aggiunti uno o l'altro di essi, entrambi o nessuno, in funzione della possibilità della sua utilizzazione. Sebbene non siano essenziali per il funzionamento del sistema, il loro uso migliora la robustezza e facilità di utilizzazione del sistema finale.

Questi sono:

- Dispositivo di captazione dei pali di segnalazione (6).Questo dispositivo rileva una serie di pali di segnalazione disposti lungo la traiettoria da percorrere e in punti dei quali si conosce la posizione assoluta esatta.Quando il dispositivo rileva un palo di segnalazione, informa direttamente la CPU (5) del sistema e essa ricerca nella sua memoria (1)quale è la posizione assoluta corrispondente. I pali di segnalazione utilizzati possono essere attivi (con collegamento elettrico ad una sorgente di alimentazione esterna o interna)e/o passivi (senza collegamento elettrico ad alcuna sorgente di alimentazione).

- GPS (global positioning System) (7). I sistemi GPS sono dispositivi che sono adatti per rilevare la posizione assoluta di un ricevitore disposto in qualsiasi punto della terra.Per questo utilizzano le informazioni provenienti dai.satelliti che girano attorno alla terra in orbite non geostazionarie.Quando il veicolo è fermo, le informazioni fomite da un ricevitore GPS permettono di ottenere un valore iniziale.

Viene descritto nel seguito un esempio di realizzazione pratica di funzionamento.

Il veicolo inizia a marciare partendo da.una posizione assoluta iniziale che è stata ottenuta in modo automatico (fine della corsa,palo di segnalazione, sistema GPS, per esempio) o manuale (da tastiera).Nel seguito l'unità di controllo (5) utilizza le informazioni trasmesse dal sensore di posizione relativa (4)per aggiornare la posizione assoluta del veicolo.La misura di questo sensore (4)può essere influenzata da varie fonti di errore, che sono per esempio: usura della ruota di misura, variazioni del diametro della ruota, variazioni del percorso che segue la ruota, slittamenti nelle fasi di trazione e frenatura del veicolo, ecc..

Questo provoca il fatto che la misura di posizione assoluta ottenuta con il sensore di posizione (4) non sia completamente esatta.Per migliorare la precisione, il sistema prevede algoritmi destinati a correggere la posizione del veicolo calcolata con le informazioni del misuratore della posizione.Questi algoritmi di correzione sono basati sull’identificazione/parametrizzazione delle curve reali attraverso le analisi dei dati dinamici di funzionamento risultanti dai segnali provenienti dei sensori (3), (4) e dalla sua comparazione con i ciati teorici del percorso registrati precedentemente nel modulo della memoria (1).

Questa analisi comprende una regolazione dell’andamento nelle coordinate cartesiane del segnale rilevato dai sensori (3), (4)di una curva reale in base all'andamento teorico della detta curva che è registrato nella memoria (1).Questa regolazione può essere basata sull'ottenimento dell'errore minimo fra le due curve,quella teorica e quella sperimentale, secondo le coordinate.

Nel seguito sono indicati come esempio due metodi di regolazione che possono essere utilizzati.Uno di essi è basato sulla regolazione del centro di gravità e l'altro è basato sulla regolazione della curva di transizione:

- Metodo 1: regolazione del centro di gravità (Figure 2 e 3).

Lungo il tracciato esiste un certo numero di curve che, a causa delle loro caratteristiche, fondamentalmente perché superano una soglia prefissata di raggio, sono state assunte come curve di correzione.Di esse si conosce il loro raggio di curvatura (R), la lunghezza delle curve di transizione, di ingresso (Lti) e di uscita (Ltf) e la lunghezza della cuiva (Lcu)come si rileva nella Figura 2 (curva teorica (ct))propriamente detta, nella quale le ordinate sono l'inverso del raggio (I/R) e le ascisse le sue lunghezze che indicano la posizione assoluta (Pa).

In base ai dati della curva citati precedentemente è possibile ottenere il centro di gravità (edg)della figura rispetto ad un asse,per esempio, l'asse delle ordinate.

Il veicolo sta rilevando in un qualsiasi momento i segnali provenienti dal sensore di rilevamento della curva (3)che misura la velocità angolare della curva (phidot) e del captatore di posizione (4)che indica la velocità di marcia (vel)ad intervalli di spostamento (delta) costante.Quando il veicolo si approssima ad una curva con correzione e con i dati prevenienti dai sensori/ captatori (3), (4) si agisce generando i valori della rappresentazione della curva reale (cr) con i valori reali del raggio di curvatura e della posizione.Questa operazione viene effettuata per tutti i carpioni raccolti nel tracciato nel quale si suppone che sia la curva con correzione con un margine di spostamento in avanti e all'indietro della curva,vale a dire il campione dei dati si ampia un poco in avanti rispetto alla curva e termina un poco dopo (zona m).Nella Figura 3 è possibile osservare la comparazione fra l'andamento della misura reale (cr) e i dati teorici (et)di una curva nella quale la posizione assoluta del veicolo è in avanti rispetto a quella teorica.

Nel proseguimento e dopo aver superato tutta la curva di correzione, si calcola il centro di gravità (cdgr)della curva reale matematica rispetto all'inizio mediante una funzione matematica convenzionale.

Questo valore del centro di gravità (cdgr)viene raffrontato con il valore teorico (edgt) che è registrato nella memoria.

La differenza fra il valore reale e quello teorico dimensiona lo sfasamento (corr) fra la posizione reale del veicolo e quella teorica:

corr = edgr - edgt

Prima che il dato della posizione assoluta del veicolo sia aggiornato con la nuova posizione si realizza un controllo di sicurezza: il valore assoluto della correzione (corr)deve essere inferiore ad un valore di correzione di soglia (corr.um).Nel caso che non sia così, la correzione (corr)viene eguagliata al valore della correzione di soglia, con il segno di "corr".

Una volta superato questo controllo verrà ripristinato il valore della posizione assoluta (pos.abs)nel seguente modo:

pos.abs = pos.abs - corr

Il valore della posizione assoluta verrà controllato ripartendo da questo nuovo valore.

- Metodo 2:regolazione della curva di transizione.

Questa variante si basa sulla regolazione della curva di transizione, tanto in ingresso come in uscita. Supponiamo il caso della Figura 4 nella quale il veicolo si sposta in avanti rispetto al tracciato teorico.

Ora l'algoritmo di correzione dovrà calcolare il valore di corr: corr = cdgr - cdgt

basandosi su una regolazione in funzione dell'errore minimo fra la curva reale e una rampa parallela a quella della curva teorica. Il metodo è esattamente eguale al precedente salvo che, nella parte del calcolo, "cdg - cdgr" è la distanza presente fra il riferimento delle misure e la posizione in ascisse del centro di gravità dalla rampa parallela (rp) alla rampa teorica (rt) che stabilisce il minimo errore di regolazione con la curva reale (cr).

Se il sistema è dotato di un dispositivo di riconoscimento di pali di segnalazione (6)verrà eseguito il seguente processo in parallelo al precedente:

1 - Si riconosce il passaggio per un palo di segnalazione e si determina il riferimento dello stesso.

2 - Con il riferimento del palo si consulta la banca dati dei pali di segnalazione nella memoria (1)e si ottiene la posizione assoluta associata al palo in questione (pos.bal).

3-Il valore della posizione assoluta del veicolo sarà, a partire da questo momento, il valore della posizione assoluta associata al palo:

pos.abs = pos.bal

Se il sistema incorpora a sua volta un GPS (7) si potrà effettuare un processo analogo al precedente o un processo di sicurezza per rendere ridondante l'informazione attuale. I passi da eseguire sono i seguenti:

1 - Quando il veicolo è fermo si elaborano le informazioni ricevute dal GPS (longitudine e latitudine della posizione del veicolo)durante un centro lasso di tempo e si calcola una media delle coordinate di longitudine e latitudine.

2 - Con le coordinate mediate si consulta la banca dati della memoria del sistema e si associa a tali coordinate un valore della posizione assoluta del veicolo (pos.gps).

3 - Si calcola la correzione (corr)come la differenza fra il valore della posizione attuale (pos.abs)e la posizione ottenuta tramite il GPS (pos.gps).

corr = (pos.abs-pos.gps)

4 - Se il valore di correzione è inferiore ad un valore di soglia per le correzioni del GPS (corr - um.gps) si assumerà come valido il dato della posizione attuale (pos.abs).Questo valore di soglia è strettamente legato alla precisione del GPS. In caso contrario si procederà a sostituire il valore attuale della posizione (pos.abs) con quello del GPS (pos.gps).

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema rilevatore di posizione per veicoli guidati, caratterizzato dal fatto che presenta: a) un gruppo di memoria nel quale è registrata ogni traiettoria prestabilita divisa in tratti identificati tramite i suoi parametri teorici di posizione assoluta, lunghezza e raggio, e nel quale si prestabiliscono le curve di correzione; b) almeno un captatore sensibile alla marcia in curva ed un captatore di posizione relativa i cui segnali sono inviati a: c) un'unità di controllo che partendo dai detti segnali stabilisce un andamento di variazione dei parametri reali delle curve di correzione e realizza una regolazione basata sull'ottenimento dell'errore minimo degli andamenti delle coordinate ottenuti partendo dai parametri teorici e dai parametri reali,determinando la posizione assoluta reale del veicolo.
2. 2. Sistema rilevatore di posizione per veicoli guidati secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che il captatore sensibile alla marcia in curva è un sensore di misura della velocità angolare in curva del veicolo e il captatore di posizione relativa fornisce l'informazione per misurare la variazione della posizione del veicolo e la sua velocità dissoluta nella direzione di marcia.
3. 3. Sistema rilevatore di posizione per veicoli guidati secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che cada curva di correzione: a) è divisa in curva di transizione di ingresso, la curva e una curva di transizione di uscita, generando una curva teorica nelle coordinate, essendo i suoi parametri teorici l'inverso dei suoi raggi di curvatura in ordinate e la sue lunghezze in ascisse; b) si calcola il centro di gravità dell'area della curva teorica; c) si genera una curva reale nelle stesse coordinate della curva teorica,partendo dai parametri reali calcolati partendo dall'informazione fornita dal sensore di rilevamento della curva e dal captatore della posizione relativa; d) si calcola il centro di gravità dell'area della curva reale; e) si ricava la differenza di valore dei dati del centro di gravità della curva teorica e della curva reale, il valore della detta differenza servendo per correggere il dato di posizione assoluta.
4. 4. Sistema rilevatore di posizione per veicoli guidati secondo la prima e seconda rivendicazione, caratterizzato dal fatto che cada, curva di correzione: a) è divisa in curva di transizione di ingresso, la curva e una curva di transizione di uscita,generando una curva teorica nelle coordinate, essendo i suoi parametri teorici l'inverso dei suoi raggi di curvatura in ordinate e le sue lunghezze in ascisse; b) si calcola la posizione sulle ascisse del centro di gravità della rampa teorica corrispondente alla curva di transizione; c) si genera una curva reale, nelle stesse coordinate della curva teorica, partendo dai parametri reali calcolati tramite le informazioni fomite dal sensore di rilevamento della curva e dal captatore di posizione relativa; d) si calcola la posizione in ascisse del centro di gravità di una rampa regolata nella curva di transizione reale e parallela alla rampa teorica; e) si calcola la differenza di valore fra le posizioni in ascisse dei dati fra i centri di gravità della rampa teorica e della rampa regolata, il valore di detta differenza essendo usato per correggere il dato di posizione assoluta.
5. 5. Sistema rilevatore di posizione per veicoli guidati secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che si prevedono: a) una serie di pali di segnalazione collocati lungo la traiettoria da percorre e in punti dei quali si conosce la posizione assoluta; b) mezzi di riconoscimento del passaggio del veicolo sul palo.
6. 6. Sistema rilevatore di posizione per veicoli guidati secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che è previsto un dispositivo che rileva la posizione assoluta del veicolo via satellite.