ES2274454T5 - Detección del descarrilamiento a través de la determinación de la velocidad de caída - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la detección de un estado de descarrilamiento de una rueda (RAD) de un vehículo ferroviario, en el que se mide la aceleración de la rueda (RAD) perpendicularmente a un plano de los carriles (s) con al menos un sensor de aceleración (SEN), caracterizado porque a partir de una señal de aceleración (BSI) generada por el sensor de aceleración (SEN) se determina por medio de integración sencilla (INT) sobre una ventana de tiempo de tamaño predeterminado una velocidad de caída (FAG) de la rueda (RAD) en la dirección del plano de los carriles (e) y con la ayuda de la velocidad de caída (FAG) determinada se verifica si existe un estado descarrilado.
Description
Detección del descarrilamiento a través de la determinación de la velocidad de caída
La invención se refiere a un procedimiento para el reconocimiento de un estado de descarrilamiento de un juego de ruedas de un vehículo ferroviario, en el que la aceleración del juego de ruedas se mide perpendicularmente a un plano del carril con un sensor de aceleración.
Una rueda o bien un juego de ruedas de un vehículo ferroviario puede estar sometido, por ejemplo, a aceleraciones cuasi estáticas, provocadas por un perfil del terreno, pero también a través de descarrilamientos. No obstante, para una detección del descarrilamiento solamente son interesantes las aceleraciones que están provocadas por movimientos del juego de ruedas perpendicularmente al plano de los carriles. A continuación, las aceleraciones que actúan perpendicularmente al plano de los carriles sobre los juegos de ruedas se designan como aceleraciones de caída. En este sentido, también las velocidades verticales que resultan a partir de estas aceleraciones se designan en este documento como velocidades de caída.
Tales aceleraciones de caída pueden ser provocadas en el cado de un descarrilamiento a través de la aceleración terrestre y a través de un muelle primario que se expande, estando determinado el punto final de este “movimiento de caída” de la rueda o bien del juego de ruedas habitualmente por una trayectoria fija.
Los sensores, que pueden medir la porción de corriente continua de la aceleración, no son suficientemente robustos para el empleo en vehículos ferroviarios. Los sensores robustos no pueden medir, sin embargo, la porción de corriente continua, poseen una frecuencia límite inferior. Por lo tanto, no se pueden detectar las modificaciones lentas de la aceleración. Además, las señales de medición presentan habitualmente una desviación, a la que están sujetos fenómenos de derivación. En el caso de utilización de sensores de aceleración robustos, no son las porciones casi estáticas de la aceleración del juego de ruedas sino en primer término los fenómenos de derivación y los acoplamientos electromagnéticos de baja frecuencia los que dan como resultado el desarrollo de las amplitudes de las señales de aceleración generadas.
Se conoce a partir del documento DE 199 53 577 C1 un procedimiento del tipo mencionado anteriormente. El documento conocido describe un procedimiento para el reconocimiento de un descarrilamiento de un vehículo unido a la vía. A tal fin, una aceleración de un componente del vehículo unido a la vía, que está directa o indirectamente en contacto con el carril, se determina verticalmente y/o transversalmente a una dirección de la marcha. La señal de aceleración es integrada dos veces sobre el tiempo y esta señal de aceleración integrada dos veces es comparada con un valor límite superior y/o inferior, existiendo un descarrilamiento en el caso de que se exceda o no se alcance el valor límite. Un procedimiento similar se conoce también a través del documento.
En estas formas de realización conocidas es un inconveniente sobre todo que a través de la integración doble se da una distancia muy mala entre ruido y señal. Así, por ejemplo, una integración sencilla puede reducir la distancia entre señal y ruido en 20 dB por década de la señal a integrar. A través de una integración doble se reduce la distancia entre señal y ruido ya en 40 dB por década. De esta manera, en el caso de una integración doble se amplifica una señal de interferencia de baja frecuencia en la medida de un factor 10 (20 dB) en una mayor medida que la señal útil propiamente dicha – la aceleración de caída. A través de la integración doble se plantean altos requerimientos a la electrónica de evaluación, con lo que se pueden ocasionar alto costes de fabricación. Además, con el procedimiento o bien el sistema conocido, en virtud de la electrónica de evaluación costosa necesaria, se pueden producir retrasos durante el reconocimiento de estados descarrilados.
Por lo tanto, un cometido de la invención consiste en crear una vía, que posibilita reconocer de una manera sencilla, de coste favorable así como rápida y con alta fiabilidad un descarrilamiento de un juego de ruedas.
Este cometido se soluciona con un procedimiento del tipo mencionado al principio de acuerdo con la invención porque a partir de una señal de aceleración generada por el sensor de aceleración se calcula a través de una integración sencilla durante una ventana de tiempo de tamaño predeterminado una velocidad de caída de la rueda en la dirección del plano de los carriles y con la ayuda de la velocidad de caída calculada se verifica si existe un estado descarrilado.
Una ventaja de la invención consiste en simplificar esencialmente la determinación de un estado descarrilado a través de la determinación de la velocidad momentánea de caída por medio de la integración sencilla de la señal de aceleración. Puesto que a través de la integración sencilla se consigue una relación esencialmente mejorada entre señal y ruido con relación a la integración múltiple, se plantean también requerimientos más reducidos a la electrónica de evaluación. De esta manera, se posibilita una estructura sencilla y de coste más favorable de la electrónica de evaluación. Además, la solución de acuerdo con la invención permite una relación sencilla, exclusivamente con hardware, con lo que se puede elevar adicionalmente la fiabilidad de la detección del descarrilamiento.
En otra variante de la invención, se compara el valor de la velocidad de caída con una velocidad de caída límite, siendo reconocido un estado descarrilado en el caso de que se exceda la velocidad de caída límite.
De acuerdo con otra variante de la invención a partir de la curva de tiempo de la velocidad de caída se deduce un estado descarrilado.
En una forma de realización preferida de la invención, se genera la señal de aceleración en la zona de un cojinete axial.
Para mejorar la evaluación de la señal y para elevar la robustez del procedimiento contra las influencias de interferencia, se eliminan las porciones de interferencia de baja frecuencia que están contenidas en la señal de aceleración antes de la integración.
De una manera más favorable, para la eliminación de las porciones de interferencia se utiliza un filtro de paso alto.
Para poder reproducir correctamente la curva del movimiento de caída a través de la integración, se mantiene constante el tiempo de propagación del grupo de las porciones de frecuencia individuales de la señal de aceleración a integrar durante el filtrado.
De una manera más ventajosa, la integración de la señal de aceleración se realiza en cada caso en ventanas de tiempo consecutivas, donde el punto final de una ventana de tiempo forma el punto inicial de una ventana de tiempo siguiente.
La integración de la señal de aceleración se puede realizar, sin embargo, también en ventanas de tempo consecutivas, estando solapadas por secciones las ventanas de tiempo consecutivas entre sí.
En una forma de realización preferida de la invención, el sensor de aceleración está dispuesto en la zona de un cojinete axial de una rueda del vehículo ferroviario.
Además, puede estar previsto un filtro para la eliminación de porciones de interferencia de baja frecuencia, contenidas en la señal de aceleración, antes de la integración, siendo el filtro de una manera más favorable un filtro de paso alto.
Además, el filtro deja relaciones de fases esencialmente no influenciadas por porciones de frecuencia de la señal de aceleración.
Se pueden conseguir otras ventajas porque la unidad de evaluación está instalada para realizar la integración de la señal de aceleración en cada caso en ventanas de tiempo consecutivas, formando el punto final de una ventana de tiempo el punto inicial de una ventana de tiempo sucesiva.
En otra variante de la invención, la unidad de evaluación puede estar instalada también para realizar la integración de la señal de aceleración en cada caso en ventanas de tiempo consecutivas, estando solapadas por secciones las ventanas de tiempo sucesivas entre sí.
De una manera más ventajosa, en la zona de cada rueda del vehículo ferroviario está dispuesto un sensor de aceleración.
La invención junto con otras ventajas se explica en detalle a continuación con la ayuda de algunos ejemplos de realización no limitativos, que están representados en el dibujo. En éste se muestra de forma esquemática lo siguiente:
La figura 1 muestra un vehículo ferroviario con un dispositivo para la realización del procedimiento de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de un dispositivo de acuerdo con la invención.
La figura 3 muestra una curva de tiempo de una velocidad de caída del vehículo ferroviario en una ventana de tiempo en el caso de un descarrilamiento.
De acuerdo con la figura 1, para la realización del procedimiento de acuerdo con la invención para el reconocimiento de un estado descarrilado de un vehículo ferroviario en la zona de un bastidor giratorio DRE del vehículo ferroviario se genera una señal de aceleración. A tal fin, un dispositivo de acuerdo con la invención presenta un sensor de aceleración BSE, que puede estar dispuesto en un cojinete axial AXL de una rueda RAD o bien de un juego de ruedas del vehículo ferroviario. De una manera más favorable, en la zona de cada rueda RAD, por ejemplo en cada cojinete axial AXL, está dispuesto un sensor de aceleración BSE.
Un elemento esencial de la presente invención es el reconocimiento de que se pueden conseguir resultados de medición especialmente fiables y representativos, cuando la dirección de actuación de los sensores de aceleración BSE se extiende esencialmente perpendicular a la dirección de la marcha, es decir, perpendicularmente a un plano de los carriles s. En el dibujo se representa la dirección de la marcha del vehículo ferroviario con una flecha FAR, extendiéndose la dirección de actuación de los sensores de aceleración BSE perpendicularmente sobre el plano del dibujo. Por la dirección de actuación de un sensor de aceleración BSE se entiende en este documento la dirección en la que el sensor puede registrar de una manera preferida fuerzas de aceleración y puede suministrar señales.
Los sensores de aceleración BSE pueden estar configurados, por ejemplo, como sensores piezoeléctricos, en los que de una manera conocida un cristal piezoeléctrico está dispuesto entre dos placas de condensador que se extienden paralelas entre sí. Si se emplea este tipo de sensores, entonces puesto que las dos placas de condensador se extienden esencialmente perpendiculares a la dirección de la marcha del vehículo ferroviario, se puede conseguir una coincidencia de la dirección de actuación de los sensores de aceleración con la dirección de la marcha. Evidentemente se pueden utilizar también otros sensores de aceleración, que se basan en otros mecanismos. Tales sensores son conocidos en el técnico en gran número y, por lo tanto, no se explican en detalle en este lugar.
La señal de aceleración generada por el sensor de aceleración BSI se transmite de acuerdo con la reivindicación 2 a una unidad de evaluación ASW, pudiendo realizarse la transmisión de la señal de aceleración BSI desde los sensores de aceleración BSE a la unidad de evaluación ASW a través de líneas eléctricas, cables de fibra de vidrio o sin hilos, por ejemplo a través de radio o Blue Tooth. La unidad de evaluación puede ser un microprocesador o bien un procesador de señales programado de una manera correspondiente, pero se da prioridad, en una forma de realización preferida de la invención, por razones de una seguridad elevada, a una realización según la técnica puramente de hardware de la unidad de valuación ASW.
A partir de la señal de aceleración se calcula en la unidad de evaluación ASW por medio de integración sencilla INT a través de una ventana de tiempo de tamaño predeterminado la velocidad de caída FAG de la rueda RAD o bien del juego de ruedas en la dirección del plano de los carriles s. En este caso, se puede realizar la integración de la señal de aceleración BSI en cada caso en ventanas de tiempo consecutivas o bien en intervalos de tiempo consecutivos, pudiendo formar el punto final de una ventana de tiempo el punto inicial de una ventana de tiempo siguiente. Además, también es posible que ventanas de tiempo consecutivas se solamente parcialmente entre sí. En principio, entre dos ventanas de tiempo consecutivas puede existir también un intervalo de tiempo.
La integración de la señal de aceleración BSI se puede realizar de forma digital o integral. Los circuitos y los procedimientos para la integración numérica o bien analógica de una señal sobre un intervalo de tiempo predeterminado son conocidos por el técnico en gran número y, por lo tanto, no bien explicarse en detalle en este lugar.
Después del cálculo de la velocidad de caída actual FAG de la rueda RAD en la ventana de tiempo considerada o bien del juego de ruedas considerado se compara esta velocidad con una velocidad de caída límite GFG, siendo reconocido un estado descarrilado en el caso de que se exceda esta velocidad de caída límite. Puesto que la velocidad de caída límite calculada en la ventana de tiempo considerada adopta, en el caso de un descarrilamiento, valores que no se pueden alcanzar nunca en un estado normal (por ejemplo, en el caso de paso por cambios de agujas) -en el funcionamiento normal las diferencias de altura producidas con respecto a la aceleración a altas velocidades son demasiado pequeñas- se puede determinar un descarrilamiento con una probabilidad muy alta. De esta manera, el valor de la integral de la señal de aceleración sobre la ventana de tiempo considerada en el caso de un descarrilamiento adopta valores, que no se pueden alcanzar en el funcionamiento normal.
Por lo tanto, por una parte, con la ayuda del valor de la integral determinado, cuyos límites superior e inferior están fijados a través de la ventana de tiempo considerada, de la señal de aceleración se puede deducir un descarrilamiento. Pero por otra parte, se puede deducir también un descarrilamiento a partir de la curva de la velocidad de caída como función del tiempo en el intervalo de tiempo considerado.
De acuerdo con la figura 3, una modificación en la curva de tiempo de la velocidad de caída FAG dentro del intervalo de integración, que está en la representación mostrada aquí aproximadamente en un segundo, puede corresponder con un valor predeterminado a un descarrilamiento. La curva de tiempo de la velocidad de caída FAG representada en la figura 3 se obtiene, como ya se ha mencionado anteriormente, a través de integración una vez de la aceleración BSI, estando dirigida la dirección de actuación de sensor de aceleración correspondiente BSE, considerada desde el plano de los carriles, hacia “arriba”, de manera que se produce un movimiento de caída del vehículo ferroviario en la dirección del plano de lo carriles como velocidad “negativa” en la curva. Naturalmente, la dirección de actuación del sensor de aceleración BSE podría apuntar también en la dirección del plano de los carriles s, resultando entonces una curva de la velocidad de caída FAG representada en la línea cero NUL.
El extremo del movimiento de caída del vehículo ferroviario se caracteriza por un mínimo MIN de la curva de tiempo. El mínimo MIN corresponde en el caso de descarrilamiento temporalmente a la incidencia del vehículo ferroviario sobre el carril. A continuación, en virtud de la aceleración que actúa hacia arriba debido a la incidencia sobre el carril, se produce un valor positivo de la velocidad de caída.
Por otro lado, la unidad de evaluación ASW puede presentar un filtro FIL para la eliminación de interferencias de baja frecuencia antes de la integración, que son provocadas, por ejemplo, por fenómenos de desviación y por dispersiones electromagnéticas de baja frecuencia, para mejorar la relación entre la señal y el ruido. Para conseguir una separación nítida de la señal útil y de la señal de interferencia, se utiliza de una manera preferida un filtro con una transición rápida desde su zona de bloqueo a su zona de paso. Los filtros con una transición rápida desde una zona de bloqueo a una zona de frecuencia de paso pueden modificar las posiciones de las fases entre las porciones individuales de la frecuencia de la señal a integrar. Esto puede tener como consecuencia que la curva del movimiento de caída a través de integración no se pueda reconstruir ya de forma correcta.
Por este motivo, de una manera preferida se utiliza un filtro que no modifica las relaciones de fases de las porciones de frecuencia individuales entre sí contenidas en la señal. Esta condición se cumple, por ejemplo, para filtros de Bessel o bien para filtros FIR. De una manera más preferida, el filtrado de la señal se lleva a cabo con un paso alto que corresponde a la familia de los filtros de Bessel. Para aplicaciones críticas para la seguridad se da prioridad a filtros de Bessel frente a los filtros FIR, puesto que los filtros FIR comparables presentan un tiempo de reacción más alto.
En resumen, se puede decir que una gran ventaja del procedimiento de acuerdo con la invención es que es muy ligero, se puede realizar también con una técnica de hardware y es muy adecuado para aplicaciones críticas para la seguridad.
Claims (10)
- REIVINDICACIONES1.- Procedimiento para la detección de un estado de descarrilamiento de una rueda (RAD) de un vehículo ferroviario, en el que se mide la aceleración de la rueda (RAD) perpendicularmente a un plano de los carriles (s) con al menos un sensor de aceleración (SEN), caracterizado porque a partir de una señal de aceleración (BSI) generada por el sensor de aceleración (SEN) se determina por medio de integración sencilla (INT) sobre una ventana de tiempo de tamaño predeterminado una velocidad de caída (FAG) de la rueda (RAD) en la dirección del plano de los carriles (s) y con la ayuda de la velocidad de caída (FAG) determinada se verifica si existe un estado descarrilado.
- 2.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la velocidad de caída determinada se compara con una velocidad de caída límite (GFG), siendo reconocido un estado descarrilado en el caso de que se exceda la velocidad de caída límite (GFG).
- 3.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque a partir de la curva de tiempo de la velocidad de caída (FAG) se deduce un estado descarrilado.
- 4.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la señal de aceleración (BSI) es generada en la zona de un cojinete axial (ALA) de una rueda (RAD) del vehículo ferroviario.
- 5.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las porciones de interferencia de baja frecuencia, contenidas en la señal de aceleración (BSI) son eliminadas antes de la integración (INT) por medio de un filtrado (FIL).
- 6.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque para la eliminación de las porciones de interferencia se utiliza un filtrado de paso alto.
- 7.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las relaciones entre las fases de las porciones de frecuencia de la señal de aceleración (BSI) a integrar se mantienen durante el filtrado (FIL).
- 8.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la integración (INT) de la señal de aceleración (BSI) se lleva a cabo en cada caso en ventanas de tiempo consecutivas, formando el punto final de una ventana de tiempo el punto inicial de una ventana de tiempo consecutiva.
- 9.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la integración de la señal de aceleración (BSI) se realiza en cada caso en ventanas de tiempo consecutivas, estando solapadas al menos por secciones entre sí las ventanas de tiempo sucesivas.
- 10.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque en la zona de cada rueda (RAD) del vehículo ferroviario se genera una señal de aceleración (BSI).
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