ES2552711B2

ES2552711B2 - Procedimiento de caracterización de trayectorias encarriladas desconocidas recorridas por un móvil, y dispositivo utilizado

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Publication number: ES2552711B2
Application number: ES201430808A
Authority: ES
Inventors: Fernando LAMBÁS SEÑAS
Original assignee: Lambas Magron Adelina; Lambas Magron Clara; Salas Rojas Rocio
Current assignee: Lambas Magron Adelina; Lambas Magron Clara; Salas Rojas Rocio
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2016-11-08
Anticipated expiration: 2034-05-28
Also published as: ES2552711A1

Abstract

Procedimiento de caracterización de trayectorias encarriladas desconocidas recorridas por un móvil, y dispositivo utilizado.#El procedimiento, en el caso más completo, comprende las etapas de:#a) Generar una serie de parámetros característicos de cada tramo de la trayectoria durante un recorrido de reconocimiento del móvil.#b) Caracterizar la trayectoria mediante autocorrelación de desfase variable de la serie de parámetros característicos, obteniendo su periodicidad. Siendo el número de tramos del circuito N coincidente con la distancia entre dos máximos consecutivos de la función autocorrelación C(k).#c) Localizar la posición del móvil sobre la trayectoria mediante correlación de desfase variable de la trayectoria obtenida en la etapa b), con el movimiento del móvil sobre la misma.#d) Controlar automáticamente la velocidad del móvil en función de los parámetros obtenidos para cada tramo.#El equipo que ejecuta el procedimiento anterior, comprende un dispositivo de medida y control (DMC) incorporado al móvil, y un mando electrónico para el piloto (MEP) conectado con el dispositivo anterior vía radio.

Description

5 Simula una carretera o circuito de cameras, usualmente constituido por piezas montables entre si

Cada pista en este caso comprende una ranura flanqueada por ambos electrodos, ranura por la que se inserta y desliza una guia del vehiculo provista de las escobillas

Tradicionalmente la variation de la velocidad se ha conseguido variando, mediante un 10 reostato manejado por el usuario, la tension de alimentacion suministrada al motor del vehiculo

Por esta razon se necesita una pista por cada vehiculo, lo que perjudica la competitividad al tener las pistas morfologias diferentes (interior o exterior, peraltes, etc)

Modernamente se ha solventado este problema mediante el control digital

15 Este control se basa en incorporar en cada vehiculo un circuito decodificador/ regulador capaz de leer unas senales de control individualizadas que se inyectan mediante modulation de pulsos en la alimentacion suministrada a los vehiculos a traves de los electrodos de las pistas, alimentacion que en este caso pasa a ser continua e igual a la nominal de los motores, y comun para todas las pistas y vehiculos

20 La parte decodificadora del circuito de cada vehiculo interpreta los comandos dirigidos al mismo (nivel de velocidad, encender o apagar la iluminacion) y la parte reguladora los ejecuta, bien regulando la tension que llega al motor o conmutando la iluminacion

La individualization de las senales de control se realiza integrando en los comandos un codigo unico por vehiculo, de modo que, de todos los comandos para todos los vehiculos 25 inyectados en los electrodos de las pistas, cada vehiculo es capaz de discriminar los suyos

Esto permite la circulation de todos los vehiculos por todas las pistas, pudiendo elegir el trazado mas favorable y permitiendo los cambios de pista para adelantamientos mediante dispositivos electromecanicos adecuados de cambio de pista

La alimentacion y senales de control son suministradas desde una consola de control 30 microprocesada a la que se conectan los mandos que manejan los usuarios

Los dispositivos electromecanicos de cambio de pista son iguales a los tradicionales cambios de via o aguja de los trenes el6ctricos y se activan en el sentido adecuado al paso de cada vehiculo segun las ordenes que el usuario da a traves de su mando, y que son

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adecuadamente procesadas y transformadas en comandos por el control digital, concretamente en la consola

El control digital comprende tambien la implantacion de un sistema de localizacion de los vehlculos para sincronizar determinados eventos, como la seleccion en un sentido u otro de un cambio de via o pista para el mismo o la captura de un tiempo (cronometraje), con el paso de un vehlculo concreto y no con otro

En slots este sistema de localizacion se viene materializando mediante una red de sensores convenientemente distribuidos a lo largo del recorrido

Cuando un usuario genera un comando para su vehlculo que requiere una sincronizacion externa, por ejemplo un cambio de pista, el vehlculo recibe el comando y emite una serial que, al paso por un sensor cualquiera es recogida por este localizando al vehlculo, y sirve al control para sincronizar la accion correspondiente, por ejemplo la activacion del cambio de via para ese vehlculo sin afectar a los otros

La implementacion de estos sensores actualmente se basa en sistemas mecanicos y magnetomecanicos, donde un iman es activado por un sistema mecanico accionado al paso del vehlculo; o tambien por sistemas opticos, donde un fotodiodo detecta el haz emitido por otro fotodiodo emisor provisto en el vehlculo; o por sistemas electronicos mediante la variacion por derivacion en paralelo de resistencias ohmicas distribuidas por las pistas, con una resistencia montada en el vehlculo.

En el primero de los casos se tienen perdidas considerables de potencia tanto por rozamientos mecanicos como por los campos magneticos. En el segundo se producen errores por suciedad en los fotodiodos o por condiciones de iluminacion inadecuadas, y en el tercero se precisa igualmente dotar de sensores en pista al circuito para detectar el paso del vehlculo. Todos ellos presentan dos importantes inconvenientes: la incertidumbre de la posicibn de los vehlculos en el circuito hasta que pasan por un punto de deteccion o sensor en pista, y la necesidad de dotar al circuito de elementos adicionales que con el paso del tiempo y del uso se deterioran. Adicionalmente, cuando un vehlculo se sale de la pista, el sistema pierde su posicion, hasta que no vuelva a pasar por el proximo sensor.

En el caso de que este tipo de instalaciones de slot se utilicen para competicion, los

conductores tienen que entrenar previamente sin tener una referenda fiable de cuales

pueden ser los tiempos de referenda mlnimos a alcanzar por vuelta, salvo que se disponga

de datos historicos que tampoco son fiables al referirse a distintos repartos del peso entre

ejes, composicibn de las gomas de las ruedas y otras caracterlsticas de los distintos

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vehlculos. La utilization de simuladores como se hace en carreras de formula 1 queda excluida por coste, complejidad y numero de instalaciones fijas existentes.

En consecuencia, es un objetivo de la presente invention el disponer de un dispositivo que ejecute un procedimiento que permita caracterizar la trayectoria repetitiva del movil, sin utilization de ayudas externas.

Es otro objetivo de la presente invention el disponer de un dispositivo que ejecute un procedimiento de autolocalizacion del movil sobre la trayectoria previamente caracterizada, sin apoyos externos.

Y finalmente, es otro objetivo de la presente invention el poder, una vez caracterizada la trayectoria y autolocalizado el movil, realizar la conduction automatica del mismo en funcion de las caracterlsticas que se deseen; bien obtener la maxima velocidad media y tiempo mi'nimo por vuelta, bien asegurar un control de seguridad que impida que el movil abandone su trayectoria encarrilada.

Description de la invention

Para alcanzar los objetivos propuestos se ha concebido el procedimiento y dispositivo de la invention, que tiene una constitution optima para implementar una autolocalizacion efectiva de los moviles controlados digitalmente sobre una trayectoria cerrada y encarrilada a lo largo del recorrido que efectuan.

El fundamento de la invention consiste en incorporar dentro del movil un giroscopo, un sensor de tension de pista y un dispositivo electronico microprocesado en serie con el motor del coche. En funcion de los datos recibidos del giroscopo y del sensor de tension de pista es capaz de reconocer y memorizar los parametros caracteristicos del trazado del circuito y conocer en todo momento cual es su position en el mismo. Lo novedoso de este sistema es que el movil es capaz de saber su position en la pista sin necesidad de sensores o balizas externos como utilizan los sistemas actuates. Ademas, el posicionamiento lo realiza con precision suficiente como para permitir la conduction automatica, es decir, sin pilotaje ni ayuda externa, controlando la velocidad del motor y los puntos de frenada idoneos, identificando la position de cambios de carril y entrada en las vias de servicio si los hubiera. Para ello, ademas de los sensores y de la electronica microprocesada, se le dota de un programa adecuado grabado en memoria no volatil que ejecuta una serie de algoritmos que se explican mas adelante.

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Se puede dotar al sistema de una red de radio que permita intercambiar informacion entre los moviles y los pilotos mediante una centralita de control que reciba de forma continua y precisa informacion de la posicion de los vehiculos, ya sean pilotados o no. Esto permite enviar a los moviles ordenes de ejecucion inmediata como paradas, limitation de velocidad y tambien parametros que definan la forma de conduction de cada tramo, tales como aceleracion y velocidad maxima. Esta informacion puede tener una parte publica y otra privada ya que, por ejemplo, los datos de puntos de frenado, velocidad de paso por curva etc conseguidos en entrenamientos de cameras de slot no es conveniente que sean conocidos por los competidores.

En circuitos con cruces de pistas se podra programar la election de trazado y cambios de carril. Al conocer la posicion de los vehiculos la centralita puede ejecutar algoritmos que eviten la colision de los vehiculos en puntos conflictivos.

La invention es, por tanto, un conjunto de sensores, electrdnica microprocesada y programa que realiza las siguientes funciones:

a) Generar una serie de parametros caracteristicos de cada tramo de la trayectoria durante un recorrido de reconocimiento repetitivo del movil, guardando dichos parametros para permitir al vehiculo posteriormente saber su posicion en el circuito con precision.

b) Caracterizar la trayectoria mediante autocorrelation de desfase variable de la serie de parametros caracteristicos, obteniendo su periodicidad.

c) Localizar la posicion del mdvil sobre la trayectoria mediante correlation de desfase variable de la trayectoria obtenida en la etapa b) con el movimiento del movil sobre la misma.

d) Controlar automaticamente la velocidad del movil en funcion de los parametros obtenidos para cada tramo, de forma que se consiga una conduccidn autorrieitica a velocidad optima sin salirse de pista. Tambien se pueden ejecutar las ordenes recibidas en caso de tener el movil conexion con el exterior.

5 De forma general consideramos una serie temporal como un conjunto de valores de un determinado fenomeno que varla en los perfodos de tiempo o en diferentes tramos consecutivos de la trayectoria que caracterizan un circuito.

Indicando de forma gen6rica con Y los valores del fenomeno caracterlstico y con un Indice n los periodos o tramos sucesivos, podemos notar la sucesion de valores como:

{Y(n):n = 1,2,3,...N} = Y1,Y2,Y3......YN (1)

10

En el caso de ser un circuito cerrado de N elementos, los valores se repetiran con una periodicidad igual al numero de elementos N de que se compone el circuito.

{Y(ri):n

1,2,3,... N,...} = Ylt Y2i Z3......Yn, Klf y2, r3

(2)

15 Si introducimos en la trayectoria un movil en un punto cualquiera y obtenemos la sucesion Z de valores del fenomeno observado, decimos que la nueva sucesion esta retrasada respecto a la anterior Y el valor k, que llamamos retardo o desfase entre ambas sucesiones.

r U(n): n = 1,2,3,... N,...} = Z1( Z2, Z3......ZN, Z1( Z2, Z3,...

i Z(n) = Y(n — K) (3)

v{Z(n): n = 1,2,3,... N,... j = Yi_k, Y2_K,..., Vjv_K, ii_K, Y2-K,...

20

A estas sucesiones aplicamos el analisis de series temporales basados en la funcion de autocorrelacion para determinar la periodicidad y el retardo entre ambas series.

Despues construiremos el correlograma, representacion grafica de la correlacion para diferentes desfases, donde observaremos la periodicidad al encontrar unos maximos en el 25 correlograma separados una distancia igual a la longitud de la serie de la variable que representa el circuito.

Si aumentamos progresivamente el desfase k observaremos que cuando las dos series estan enfrentadas obtenemos un maximo de correlacion entre ambas series. Este valor se repite periodicamente y alcanza el maximo cada vez que el desfase k es igual a un multiplo 30 del numero de elementos N del circuito.

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Para el proceso de calculo partimos de la funcion de autocorrelacion de desfase variable definida en la siguiente formula, donde Y es la variable caracteristica a correlar, n el numero de puntos de la serie y k el desfase entre las series

f 1V

C(k) - Y(ri)Y(n-K) < n

, k = 1,2,3,...

(4)

Esta funcion nos permite, eligiendo las variables caracteristicas, determinar la periodicidad de la serie y observar los puntos de maxima amplitud en el correlograma (representation grafica de esta funcion), donde estos valores maximos representan los puntos en que el desfase k entre ellas es cero.

En el correlograma observaremos unos valores maximos separados un multiplo del valor N. Esto nos va a permitir conocer la periodicidad durante el recorrido de reconocimiento repetitivo.

Aunque los procedimientos de autocorrelacion son conocidos para el analisis de todo tipo de series temporales, su aplicacion particular a la resolucion del problema que nos ocupa es novedosa por lo que, a riesgo de hacer algo extenso el texto, detallaremos los pasos necesarios de forma tal que sea entendido por un experto en la materia..

a) Generar una serie de parametros caracteristicos de cada tramo de la trayectoria durante un recorrido de reconocimiento repetitivo del movil.

Sea un circuito cerrado no simetrico formado por un numero M de carriles paralelos separados una distancia D.

Cada uno de los carriles lo dividimos en N tramos compuestos por una curva y la recta que le precede.

Cada curva esta definida por el arco de angulo 0 y radio de curvatura R, la recta que le precede por su longitud L. Haremos L=0 cuando la longitud de la recta sea menor que la resolucion de la medida.

5 Limitamos a RM el numero maximo de radios de curvatura posibles. Asignamos a cada radio de curvatura RD de indice K ( dentro del conjunto de numeros naturales) el valor correspondiente calculado a partir del radio de menor curvatura RO y la separation entre carriles D.

f RD(K) — RO + (K — 1) x D

< K e N (numeros naturales) (5)

v 0 < K < RM

10 Llamaremos / al indice del carril del circuito y j al indice de los tramos sucesivos que forman el carril.

Elegimos de forma arbitraria el origen en el tramo que contiene la recta mas larga y le asignaremos el valor j=1, tambien convenimos en asignar el indice i-1 al carril situado a la derecha del circuito en el sentido del movimiento.

15 Consideramos, para definir el circuito, los parametros caracteristicos con las siguientes series:

20

• S(i,j) serie de sentido de giro de las curvas.

• eoj) serie de angulos de las curvas.

• R(U) serie de radios de las curvas.

• L(i,j) serie de longitudes de las rectas que preceden a las curvas.

Se observa que debido a las caracteristicas del los valores de S, 0 y L son independientes del carril por el que circule el movil.

Consideramos el sentido de giro S como positivo e igual a 1 cuando el giro es a derechas y - 25 1 cuando es a izquierdas.

Si el circuito presenta simetria en la variable S, por ejemplo todas las curvas a la derecha, tendriamos que elegir otras de las series en el proceso de calculo para eliminar esta simetria.

Al ser un circuito cerrado no simetrico las series tienen una periodicidad N igual al numero 30 de tramos que lo componen.

imagen1

'S(i,j) = S(i,j mod N)

v / > /v • J = 0('i'J mod N^

J D (i — D Ci f **v» ^/7

#(£,;) = R(i,j mod N) k.L(i,y) = L(i J mod N)

(6)

i = indice _carril j = indicejtramo

M = numero_de_carriles_del_circuito N = numero_tramos_del_circuito

Con el objetivo de obtener datos para generar las series de parametros caracteristicos incorporamos el movil al circuito en cualquier carril, al que asignamos el indice x, y en cualquier tramo de la trayectoria de indice de tramos sucesivos k-j-K, siendo k el numero de 10 tramos de desfase con el origen prefijado para el circuito.

Hacemos con el movil un recorrido de reconocimiento repetitivo a una velocidad lineal v conocida y constante, durante un numero n de tramos.

Elegiremos n como un numero par mayor que el doble de los N tramos esperados que componen los carriles del circuito dando como minimo dos vueltas al circuito. El objeto es 15 tener la seguridad de que tenemos datos suficientes para realizar el proceso de calculo de la funcion de autocorrelacion para determinar la periodicidad del circuito como describiremos con detalle en el apartado b).

Podemos resumir las condiciones del recorrido realizado por el circuito:

Durante el recorrido, gracias a un dispositivo electronico incorporado en el movil hemos 20 medido el tiempo transcurrido entre la entrada y la salida de cada una de las curvas fc' y entre la entrada y la salida de las rectas fr'que la preceden.

v — Constante n > 2N

(7)

0 < x ^ M N,M 6 N

5 Tambien, merced al giroscopo que incorpora, hemos medido las velocidades angulares w' en las curvas. Como criterio consideramos positivas las velocidades angulares en los giros hacia la derecha y negativas en los giros a la izquierda.

Con estas medidas obtenemos las siguientes series correspondientes al carril x del circuito que siendo k el indice de los tramos sucesivos que la componen.

10

• tr'(x, k) serie de los tiempos de las rectas que preceden a las curvas.

• tc'(x, k) serie de los tiempos de las curvas.

• u)'(x, k) serie de las velocidades angulares de las curvas.

Notamos con el simbolo prima las variables medidas durante el recorrido de reconocimiento.

r {tr'(x, k)\k = 1,2,..., n} = tr\, tr'2,... tr'n {tc'(x,k)\ k = 1,2, ...,n} = tc\,tc'2, ...tc'n {(i)'(x,k)-.k = 1,2, ...,n} = oi\,a)'2l ...o)'n

n> N

x = numero_carril k = numero_tramo_medido n = numero_tramos_medidos v N = numero_tramos _del_circuito

(8)

15 En el proceso de calculo utilizaremos las funciones valor absoluto abs, parte entera int, modulo mod y redondeo a un multiplo red de un numero definidas a continuacion. La aplicaremos a una variable Y siendo myel valor del que la variable sera multiplo entero.

r

abs(Y) = \Y\={

Y, Y> 0

-Y, Y < 0

int(Y) — |KJ = max{k E M\k <Y)

(9)

Y

mod(Y,mY) = Y —

lmY\

red(Y,mY) = [K,my] = -

imagen2

mod(Y,mY) < — my

2 bnYl

. . VW WW , MVr / •— n / II

v 2 \Lmy

5 El objetivo es aproximar los valores obtenidos a multiplos del menor valor posible. Por ejemplo, si el angulo minimo posible de una curva es 30° y obtenemos un valor calculado del angulo 9 entre 165° y 194 0 a 9 se le asigna el valor de 180°

A partir de estas series de datos medidos definidos en (8) podemos calcular otras como la longitud de las rectas /r'que utilizaremos en el apartado d),el sentido de giro en las curvas 10 s', el angulo girado 9'y radio r'e fndice K de cada una de ellas

imagen3

(10)

imagen4

imagen5

oj'{x,k) > o

a)'(x,k) < 0

(11)

imagen6

(12)

imagen7

imagen8

5 Calculamos el indice del radio de curvatura K en cada una de las curvas de la trayectoria por el carril x que utilizaremos posteriormente en el proceso de detection del numero de carril.

(

<

v

K{x,k) =

r(x, k) — R0 D

+ 1

0 <K^RM K 6 N mkk = 1

D = separacidnjcarriles R0 = rad.io_menor_curvatura

(14)

({KXx.ky.k

1,2.....n} = K\,K’2,-K'n

<

v

K\x, k)

r’(x, k) — R0 _

+ 1 ,mk

(15)

10 Con los valores de las series obtenidas s' y Q' vamos a calcular a continuacion la periodicidad de las series basada en la funcion de autocorrelacion.

b) Caracterizar la trayedoria mediante autocorreladon de desfase variable de la serie de parametros caradensticos, obteniendo su periodiddad.

15 Recordamos la formula del coeficiente de autocorrelacion (4) como el sumatorio de los productos de los elementos de la una serie y la misma desfasada una distancia k. Este producto es maximo cuando el desfase k=0, repitiendose este maximo cada vez que las series esten enfrentadas, es decir cuando el desfase sea multiplo del numero de tramos del circuito N.

20

C(/c) = —'S' Y(n) Y(n — k) nz_i

n

k = 0,1,2,...,-

5 En la formula, sustituimos el producto de los pares de elementos Y(n) Y(n - k) por la funcion /(Y(n), Y(n - k)) aqul definida

CQc)

n

k - 0,1,...,:

1, Y(n) = Y(n - k)

2

/(nn),y(n-K)) = g; y(n)#n„_K)

(16)

Aplicamos lo anterior a una o varias de las series obtenidas de parametros caracteristicos 10 calculados en (11), (12) y (13).

Tambien podemos utilizar una definicion equivalente de C(k)

imagen9

V n : X(ri) = X(n — K) 3 n : X(n) * X(n - k)

(17)

15 Con los n valores correspondientes al sentido de la curva s, angulo girado 9 e indice K del radio de curvatura r calculados en (14), (12) y (11) calculamos los coeficientes de correlacion C(k) para los desfases k.

20 Para el sentido de la curva s el valor de Cs(k) sera:

r

Cs(x) =

n

imagen10

n Z_i

fc=i

f(s'(x, k),s'(x,k- k))

f(s’(x, k), s'(x, k~K)) = {l’

s’(x, k) = s'(x, k — k) s'(x,k) ^ s'(x,k — k)

v

K = 0,1,

n

'2

(18)

Para el angulo de la curva 9 el valor de Cs(k) sera:

(

C6(k) = f(6'(x, k),e\x,k

\

n

2

~ V /(0 '(*» &), 0 '(*, k - k))

n 2—i

k=1

siendo

_ f 1, 0'(*>&) = 0'(x,k — k)

~K"~l0, Q'(x,k) * e\x,k-k)

para

n

k = 0,1,

(19)

5 Utilizando la definition (15) podemos obtener los valores de la funcion como:

r

<

imagen11

V k : s'(x,k) = s'(x,k — k) 3 k : s'(x, k) =£ s'(x, k — k)

\

n

K = 0,1,

(20)

rn = fi, v k ■. e'(x,k) = eix.k - k)

< eW to, 3 k:d'(x,k)*9Xx,k-k) (21)

Para cada valor de k obtenemos para cada una de las variables un coeficiente Cy(k) obteniendo un coeficiente final C(k) conjuncion logica de los anteriores.

C(K) = Cs(K)ACe(K) (22)

La periodicidad de la serie es la diferencia de los indices de dos elementos consecutivos de 10 la serie C(k) distintos de cero.

'{c(k):k = 0,1,2,...,^] = C,

<

1, V k ■ k mod N = 0

(23)

C(k) =

0, 3 k • k mod N =£ 0

5 El numero de tramos del circuito N coincide con la distancia entre dos maximos consecutivos de la serie C(k)

Una vez conocidos el numero de tramos de que se compone el circuito y el desfase entre el punto fijado como origen j=1 y el punto de entrada del movil al circuito de indice k haremos una indexacion de las series, con el criterio de que el indice igual a 1 sea el del tramo en 10 que la recta que precede a la curva sea de mayor longitud, mismo criterio que utilizamos en la definicion del circuito.

Con las series medidas (8) y el desfase ya conocido k correspondientes al carril x del circuito que asignaremos como j el indice de los tramos sucesivos haremos la indexacion de:

15 • tr(x,j) serie de los tiempos de las rectas que preceden a las curvas.

• tc(x, j) serie de los tiempos de las curvas.

• ui(x, j) serie de las velocidades angulares de las curvas.

Notamos con minusculas los parametros caracteristicos finales calculados para el circuito.

imagen12

(24)

f{tc(x,j):j = 1,2, ...,N} = tcr, tc2,... tcn

imagen13

tc'(x,k + K) , k<K

tc'(x, k + K- N), k > k

(25)

r{(o(x,j):j = 1,2,...,yv} = U)r,U)2, -(On

imagen14

'(o'(x,k + K) , k<K

a)'(x,k + k - N), k>K

5 Y de las calculadas en (10), (11), (12) y (13)

r{lr{x,j): j = 1,2,..., N} = lrt, lr2l..., Irn . / .-v (lr'(x,k + k) , k < k { “ llr'(x, k + K-N), k> k: (27)

r {s(x,j)\j = = Si,s2, ...,sn

< ( .. (s'(x, k + k) , k < k S{X,J) ~{s'(xlk + K-N), k> k <: (28)

r{e(x,jy.j = 1,2, = elte2l ...,en

H n(v A _ (d'(.X,k+K) , k<K y'J) l d'(x,k + K-N), k> K <: (29)

r{r(x,j)\j = 1,2 = rllr2,...,m

* ? -n (r'(x,k + K) , k < k r^ = Ux,k + K-N). k > K <: (30)

'{K{x,jy.j = 1,2, ...,/V] = KltK2l ...,Kn

n_ (K'(x,k + K) , k<K K,J) 1K\x,k + K-N), k>K: (31)

v

Observamos que por ser un circuito de carriles paralelos y equidistantes las longitudes de las rectas y los angulos y sentido de giro son iguales e independientes del carril por el que se circule. Por ello vemos que de las series anteriores solo podemos utilizar el radio de 10 curvatura para discriminar el carril por el que circulamos.

Una vez conocido los tramos de que se compone el circuito calculamos el numero maximo de carriles posibles y el carril por el que circulamos.

Partimos de la serie K(xJ) (31) de indices de los radios de curvatura y de la serie (o(xj) (26) obtenida para conseguir el numero de carriles posibles a la derecha c+

f {c+(x,j):j = 1,2, ...,n} = c+1( c+2, -, c*n

imagen15

(32)

RM = numero jradiosjposibles

5

Hacemos lo mismo para ver el numero de carriles posibles a la a la izquierda c~

( {c (x,jy. j = 1,2,..., n} = c~x, c~2, -, cn

imagen16

(33)

v RM = numero_radios_posibles

Calculamos el mmimo de cada una de las dos series c+ y c~. La suma de los dos valores nos indica el numero de carriles posibles, ademas de por el que circulamos, que pueden 10 existir en el circuito.

Por otro lado asignamos al carril por el que circulamos x el valor del minimo numero de carriles a la derecha c+ mas uno. Este numero no tiene por que coincidir con el valor minimo del indice del radio de curvatura K para dicho carril.

15

c) Localizar la posicion del movil sobre la trayectoria mediante correlacion de desfase variable de la trayectoria obtenida en la etapa b) con el movimiento del movil sobre la misma.

Una vez determinadas las caracteristicas de las posibles trayectorias por los carriles del 20 circuito vamos a ver el metodo de localizacion del movil cuando se incorpora en cualquier punto de la trayectoria en un circuito ya conocido.

Para ello se proponen dos metodos:

• Metodo de correlacion de desfase variable de las series que vamos obteniendo con la progresion del movil a lo largo de la trayectoria

C+ = min{c+(x,y')}

C = min{c"(x,y)}

(34)

numero_carriles_posibles = NC = C+ + C~ + 1

numero_carril — x = C+ + 1

(35)

5 • Metodo de reduction sucesiva de los puntos de posible localization del movil en la

progresion de este a lo largo de la trayectoria

Incorporamos el movil a un circuito cerrado, formado por un numero M de carriles de N tramos cada uno, del cual conocemos sus parametros caracteristicos y aplicamos uno de los 10 dos metodos para hacer la localization del movil.

cl) Metodo de correlacion con desfase variable

Este primer metodo consiste en determinar la position Pm,„ obteniendo la funcion de correlacion con desfase variable k las series de parametros medidos con las series que caracterizan el circuito.

15 Calcularemos las funciones de correlacion para estas series cuyo numero de elementos n ira aumentando progresivamente.

C (n, k) =

n

k = 1,2,3,...-

n = 1,2,3,...

(36)

Iremos formando una matriz en la que cada fila representa los valores de C(n,K) al paso por los tramos sucesivos n=1,2,3,....

/C(l,l) C(l,2)

c = I C(2,1) C(2,2)

\C (n, 1) C (n, 2)

... C(l,/c)\

... C(2,k) (37)

... C(n,K)J

Llegaremos a un punto donde la suma de los elementos de la funcion de correlacion sea igual a 1. En este punto habremos llegado a la localization del tramo n en que se encuentra 25 el movil.

px,Y = jP(x,n + fc), 3! k: (n, k) = 1, min |n G M: C (n, k) = 1 j (38)

5 K

Para obtener el valor X del carril x por el que circulamos aplicamos el proceso ya descrito en (32), (33), (34) y (35) segun vamos avanzando por el circuito.

10 c2) Metodo de reduction

Cuando incorporamos el movil al circuito lo podemos hacer en cualquier posicion PKy , luego partimos de una situation inicial en que cualquier punto es posible que representaremos como una matriz de dimension M x N con todos sus elementos iguales a la unidad. En el caso de las variables s y 0, independientes del carril, el valor inicial se representa por una 15 matriz fila de n elementos iguales a la unidad.

Llamamos (X,Y) coordenadas reales de la posicion del movil y (x,y) coordenadas posibles de la posicion del movil

' C0; = (l 1 ... 1)

CoO‘) = l V j = 1....N

n i ... i

_ i i ... i

°° i,J ~ I : : ;

\1 1 ... 1

<C0(i,j) = 1 v i = 1 V j = 1 ,..,N

(39)

20 Segun vamos superando los tramos del recorrido por cualquier carril carril x obtenemos sucesivos valores del sentido de la curva s, angulo de giro 6 a partir de la velocidad angular ui aplicando (11) y (12). Estas dos variables son independientes del numero de carril por el que se circula.

's(x, 1), s(x, 2), s(x, 3),..., s(l, N) s{x,y) = s(l, y)

' e(xli),e(x,2),e(x,3),..,e(i,N)

&(x,y) = 6(1, y)

5 Tambien calcularemos los indices de los radios de curvatura K a partir del radio r aplicando (13) y (14). Esta variable nos va a dar ademas informacion sobre el numero de carril por el que circula el movil.

, K(2,l), K (2,2).....K'(2,N)

Para calcular el tramo en que estamos, en el momento de superar cada uno de los tramos, 10 calculamos los elementos de la matriz Cs(n,j) y Ce(nJ) para los valores de sentido de giro s y angulo girado 0:

c(n,j)

l,s(x,n) = s(x,j + n - 1) 0,s'(x,n) = s(x,j + n - 1) = 1,2, ..,N

<

Cs(n,j) = Cs(n — 1,/) A c(n,j) j =

(42)

n = 1,2,3,...

_ |P(x,j + n), 3!j: Cg(n,j) = 1, minjn e N:^Cs(n,j) = 1 j

l Y=j+n 1

(43)

r rl,6>'(x,n) = 6(x,j + n - 1)

cyn,)) - |q;0'(Xjn) = £(xj + n_ i)

; = 1,2,3.....N

* Ce(n,;) = Cg(n — 1,;) A c(n,;)

; = 1,2,3, ...,N

< n = 1,2,3,...

rX,Y

< P(x,j + n),

3!;: Cg(n,j)

= 1, min Y = j + n

N

ne M: ^c0(n,;) = 1 ;=i

(44)

5 Cuando llegamos a un punto n de la trayectoria donde se cumple la condicion de que E/=i ^ (*W) = 1 en cualquiera de las variables analizadas, podemos decir que hemos llegado a una posicion conocida y unica del numero de tramo para situar el movil en la trayectoria y su valor es Y = j + n

Si repetimos la operation para el indice del radio de curvatura K, variable de la que depende 10 el numero de carril por el que circulamos.

Calculamos los elementos de la matriz CK(n,iJ) , para el primer punto n donde se cumpla la condicion de que 2ij=i^(n, i,j) = 1 a partir de los valores de los indices # y j obtendremos los X, Y correspondientes al carril y al numero de tramo por los que circulamos.

c(n, i,j)

1, K{i, n) = K (i,j + n — 1) 0,K (i,n) = K(i,j + n— 1)

7 = 1,2.....N

' CK(n, i,j) = CK(n— 1, i, j) A c (n, i,j)

i = 1,2,... ,M

\

n = 1,2,3,...

(46)

P{i,j + n),

Px.Y = '

V

3! i,j\ CK(n,i,j) = 1,

min

' M,N

n€ N' ^ CK{n,i,j) = 1

U=i

X = i r = j + n

(47)

15 El primero de los valores (43) y (45) que cumpla la condicion nos va a dar el numero de tramo y por el que circula el movil. Una vez determinado el tramo Y podemos analizar si en ese momento ya existe una condicion para saber el numero de carril, si no fuese asi continuaremos el recorrido hasta que se cumpla

Px,y =

\P(i,Y + ri), 3! i: CK(n, i, Y) = 1, min

injne N:^CK(n,i,Y) = 1 j

X = i

A partir de este momento conocemos la posicion del movil sobre el circuito y nos limitaremos 20 a comprobar en los tramos sucesivos con (43) que el sincronismo no se ha perdido.

5 d) Controlar la velocidad del movil en funcidn de los parametros obtenidos para cada tramo, y/o ejecutar las drdenes recibidas en caso de tener el movil conexion con el exterior.

Una vez conocida la position del movil en la trayectoria podemos calcular la velocidad maxima del circuito en cada curva y aplicar a cada tramo las velocidades adecuadas.

Partimos de la formula de la velocidad maxima que puede alcanzar un vehiculo en curva.

10

v

vmax

gR

M

sena + p cosa cosa — p sena

(49)

Siendo R el radio de curvatura ae\ angulo del peralte, p el coeficiente de rozamiento y g la aceleracion de la gravedad.

Si consideramos que el peralte es cero nos queda

Knax — Vg g R

(50)

15 En la parte recta de los tramos, conocidas la velocidad de entrada y la velocidad maxima de la curva podemos calcular la distancia de frenada d

mg pd

\mvf

2

1

-- mvi 2 1

2

<

V

d =

vf

- v<

2gp

(51)

Donde m es la masa del movil y vt ,vf las velocidades inicial y final.

Estos valores limites podran ser modificados en cada momento si el movil dispone de un 20 sistema de comunicacion capaz de recibir ordenes de respuesta inmediata.

Las distintas etapas que se acaban de describir se implementaran en funcion de la aplicacion de que se trate. En un circuito de “slot”, la etapa c) es imprescindible ya que las salidas de pista son continuas. En sistemas de conduccion automatica en tamano real, dicha funcion no tiene sentido.

25 Observese que el procedimiento propuesto siempre permite caracterizar una trayectoria simple por el metodo de autocorrelacion de desfase variable. En el caso de varias pistas

5

10

15

20

25

30

posibles, paralelas y con posibilidad de cruce, el calculo se complica y es preciso recurrir a condiciones de contorno de los indices para obtener elementos adicionales de calculo.

Breve descripcion de los dibujos

Para complementar la descripcion que antecede, y con objeto de ayudar a una mejor comprension de la invencion, se va a proceder a realizar una descripcion detallada de una realization preferida del dispositivo de la invencion aplicado a coches de “slot”, en base a un juego de pianos que se acompanan a esta memoria descriptiva y en donde, con caracter orientativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.

La figura 1 muestra un diagrama de bloques del dispositivo de medida y control (DMC).

La figura 2 muestra una vista en planta del vehiculo de slot (sin carroceria) sobre los carriles de guia y alimentation, en un punto de cambio de carril.

La figura 3 muestra el circuito de “slot” de 7 tramos cuya trayectoria se va a caracterizar.

La figura 4 muestra las curvas posibles para 8 carriles.

La figura 5 muestra las curvas posibles para 6 carriles.

La figura 6 muestra el correlograma obtenido durante el recorrido de reconocimiento.

La figura 7 muestra los parametros de frenado antes de curva.

La figura 8 muestra el paso por una curva peraltada.

En las anteriores figuras, las referencias numericas corresponden a las siguientes partes y elementos: 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1. Regulador de tension y protecciones electricas

2. Multiprocesador

3. Memoria volatil y de programa

4. Reloj en tiempo real

5. Sensor de tension en pista

6. Control de motor por modulation de pulsos ( PWM )

7. Sensor de velocidad angular del vehiculo

8. Transmisor-receptor de radio

9. Carriles pista

5

10

15

20

25

30

10. Motor

Description detallada de una realization preferida

Las figuras 1 a 8 muestran la instalacion en el interior de un vehiculo a escala de “slot” de un dispositivo electronico de medida, proceso y control compuesto por multiprocesador, memoria, sensor de tension de pista, sensor de medida de velocidad angular (MEMS) o giroscopo, y controlador de potencia por modulacion de ancho de pulso (PWM) del motor de corriente contlnua de impulsion.

Este dispositivo adquiere datos en tiempo real de la velocidad angular del vehiculo, los procesa para el calculo de las velocidades maximas de entrada y salida de cada tramo y los transmite al mando de control a traves de un enlace de radio.

El sistema controla la potencia del motor con los comandos recibidos de un mando a distancia o directamente de los resultados del proceso de los datos obtenidos.

Este proceso se puede realizar de forma automatica o controlada con un mando manejado por el piloto en el juego.

Hardware

El sistema consiste en un dispositivo de medida y control (DMC) en el interior de cada vehiculo y un mando electronico para el piloto ( MEP) conectados en red via radio.

Dispositivo de medida y control (DMC)

El DMC esta compuesto por los siguientes elementos interconectados (verfigura 1):

1. Regulador de tension y protecciones electricas

2. Multiprocesador

3. Memoria volatil y de programa

4. Reloj en tiempo real

5. Sensor de tension en pista

6. Control de motor por modulacion de pulsos ( PWM )

7. Sensor de velocidad angular del vehiculo

8. Transmisor-receptor de radio

5

10

15

20

25

30

1) Regulador de tension y protecciones electricas

El sistema esta preparado para trabajar con tensiones en pista de 6V a 30V protegido contra inversion de polaridad y con la regulation de tension necesaria para los elementos que lo componen.

2) Multiprocesador

El sistema multiprocesador esta capacitado para realizar hasta ocho procesos simultaneos que permiten la medida de los sensores, proceso de datos, transmision de datos, reception de comandos y control del motor en tiempo real.

3) Memoria volatil y de programa

Memoria volatil para el proceso de datos y no volatil reprogramable para el almacenamiento del programa, constantes y parametros del circuito.

4) Reloj en tiempo real

Unidad para el control temporal de las series de medidas basada en la base de tiempos del procesador capaz de medir con precision mayor del milisegundo los tiempos de cada vuelta al circuito.

5) Sensor de tension en pista

Medida de la tension en pista en el punto donde se encuentra el vehiculo con carga del motor o sin ella para determinar la calidad de la pista y la tension disponible en cada tramo.

6) Control de motor por modulacion de pulsos (PWM)

Unidad de control de potencia del motor para su giro y frenado mediante modulacion de pulsos basado en un puente de transistores MOSFET.

Este circuito controla la velocidad del motor mediante pulsos de area variable de amplitud igual a la tension del circuito.

La medida de la tension en pista permite corregir la potencia entregada al motor cambiando el ancho del pulso para mantener el area constante en las zonas en que existan variaciones de la tension de pista respecto a la nominal.

De esta forma conseguimos que el error en la velocidad del vehiculo cuando recibe la orden de viajar a velocidad constante sea inferior al 5%

5

10

15

20

25

30

La posibilidad de cortocircuito del motor con una resistencia minima permite utilizar la fuerza contraelectromotriz para la funcion de frenado.

7) Sensor de velocidad angular del vehlculo

Sensor de medida de velocidad angular del vehiculo de 0-2000 grados/seg de rango de tipo MEMS con resolution de un °/seg.

Su funcion es localizar las entradas y salidas en los tramos curvos y dar el valor de la velocidad angular real en los tramos curvos de la trayectoria.

8) Transmisor-receptor de radio

La transmision de los datos obtenidos y la reception de los comandos se realiza a traves de una red en la banda ISM 2.4 Ghz. segun especificaciones IEEE 802.15.4 y que cumple las normativas FCC, IC y CE que permite su utilization legal sin licencia.

Este dispositivo se situa fisicamente en el chasis del vehiculo entre las trencillas de toma de corriente y el motor de impulsion ( Figura 2)

Mando electronico para el piloto ( MEP)

El mando permite transmitir al DMC los comandos del piloto para la regulation de velocidad, ordenes de cambio de pista y control de otros elementos auxiliares como por ejemplo la iluminacion del vehiculo.

Este mando recibe los datos de telemetria que son utilizados para configurar las curvas de respuesta del mando.

Software

El dispositivo incorpora un programa capaz de leer los diferentes sensores controlar el motor, transmitir datos, recibir ordenes y ejecutar los algoritmos descritos en el apartado Description de la invention.

A modo de ejemplo veremos a continuation el proceso de calculo en las distintas fases descritas cuando el vehiculo es situado en un circuito de slot.

a) Generar una serie de para metros caracterlsticos de cada tramo de la trayectoria durante un recorrido de reconocimiento repetitivo del movil.

Sea un circuito de slot (figura 3) formado por seis carriles paralelos separados una distancia D, dividido en siete tramos formados por una curva y la recta que le precede.

5 Las caracteristicas de las pistas con las que se ha disenado el circuito y el recorrido de de prueba son los siguientes:

10

• Radio menor de curvatura R0=247 mm

• Distancia de separation entre carriles D=99 mm

• Numero de radios posibles RM=8

• Radios de curvatura RD en mm

{RD(K):K = 1,2,3, ...8} = 247,346,445,544,643,742,841,940

• Numero de carriles M= 6

• Numero de tramos N= 7

Si el numero de carriles es igual al maximo de los radios posibles solo puede existir un radio de curvatura posible a la derecha y otro a la izquierda ( Figura 4)

Tabla 1

Radios posibles en los carriles M=8

M: K+ K-

1: a 1 8

2: b 2 7

3: c 3 6

4: d 4 5

5: e 5 4

6: f 6 3

7: 9 7 2

8: h 8 1

Al ser el numero de carriles seis existen dos radios posibles a la derecha y otros dos a la izquierda para cada carril (Figura 5)

10

Tabla 2

Radios posibles en los carriles M=6

M: K+ K+ K' 1C

1: a 1 3 6 8

2: b 2 4 5 7

3: c 3 5 4 6

4: d 4 6 3 5

5: e 5 7 2 4

6: f 6 8 1 3

Realizamos un recorrido de reconocimiento a velocidad constante tomando un numero de 15 medidas de la velocidad angular w superior al doble de los tramos esperados a una tasa de muestreo constante segun las condiciones del recorrido (7).

Velocidad del recorrido= 1 m/s

Tasa de muestreo = 200 muestras/s

Numero de tramos medidos=16 n > 2N

20 Los parametros caracteristicos del circuito definidos en (6) para el circuito de la figura 1 seran:

5

Tabla 3

Parametros reales caracteristicos del circuito

j: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

s: -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1

0: 150 180 240 120 240 30 180 150 180 240 120 240 30 180 150 180

R: 545 446 743 446 446 644 743 545 446 743 446 446 644 743 545 446

L: 5860 2070 1720 4140 1380 1960 690 5860 2070 1720 4140 1380 1960 690 5860 2070

Situamos el movil en un punto de indice (x,k) siendo x el carril y k=j-K+1 el tramo del circuito y hacemos el recorrido de reconocimiento y obtenemos los valores de numero de 10 muestras en rectas nr y curvas nc asi como la velocidad angular w

Para el ejemplo se han considerado los valores teoricos con un error aleatorio del 5%

Tabla 4

Medidas brutas

k: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

nr': 869 284 403 143 1207 422 347 836 287 392 138 1183 434 361 869 284

nc': 197 374 69 468 288 282 648 188 392 68 477 288 294 642 197 374

00': 135 134 89 -80 -111 135 -81 130 131 90 -78 -105 131 -79 135 134

15 Calculamos los tiempos de recorrido en curvas y rectas fr'y tc'en milesimas de segundo a partir de la velocidad y el nuimero de muestras

Tabla 5

Medidas brutas

k: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

tr': 4345 1420 2015 715 6035 2110 1735 4180 1435 1960 690 5915 2170 1805 4345 1420

to': 985 1870 345 2340 1440 1410 3240 940 1960 340 2385 1440 1470 3210 985 1870

co': 135 134 89 -80 -111 135 -81 130 131 90 -78 -105 131 -79 135 134

20 Aplicando las funciones definidas en (9) y (14) calculamos los valores de los parametros caracterlsticos del circuito (10), (11), (12), (13) y (15).

Consideramos el valor intermedio 0 el angulo de la curva antes de aplicar la funcion de redondeo a un multiplo de 30° haciendo mg=30°, minimo angulo de los tramos curvos posibles .Una vez aplicada obtenemos en angulo 9' en el que se ve que los angulos son 25 multiplos del valor minimo.

5 De igual manera procedemos para obtener el valor redondeado del fndice K'siendo mk=1

Tabla 6

Parametros calculados caracterlsticos del circuito

k: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

lr': 4350 1420 2020 720 6040 2110 1740 4180 1440 1960 690 5920 2170 1810 4350 1420

s': 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1

e: 132 250 30 187 159 190 262 122 256 30 186 151 192 253 132 250

6': 120 240 30 180 150 180 240 120 240 30 180 150 180 240 120 240

r': 424 428 644 716 516 424 707 441 437 637 735 546 437 725 424 428

K': 3 3 5 6 4 3 6 3 3 5 6 4 3 6 3 3

5 b) Caracterizar la trayectoria mediante autocorrelation de desfase variable de la serie de parametros caractensticos, obteniendo su perioditidad.

Con las series obtenidas s' y 6' calculamos las funciones Cs(k) y C6(k) basadas en la funcion de correlacion (18) y (19) o (20) y (21)

Tabla 7

10 Funcion de correlacion de los parametros del circuito

k: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

S: 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1

0: 120 240 30 180 150 180 240 120 240 30 180 150 180 240 120 240

s': 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1

0': 120 240 30 180 150 180 240 120 240 30 180 150 180 240 120 240

K: 0 1 2 3 4 5 6 7

Cs: 1 0 0 0 0 0 0 1

C e: 1 0 0 0 0 0 0 1

Las funciones Cs(k) y C6(k) segun (23) tienen la propiedad de repetir su valor cada N elementos. 32La distancia entre maximos consecutivos de estas series es igual al numero de tramos N

15 En el caso que nos ocupa, se observa en el correlograma de la figura 6 como la funcion autocorrelacion toma un maximo para valores 4 y 11 del numero de tramos (en el resto es cero), por lo que el numero de tramos de que consta el circuito (periodicidad) sera de 11 - 4 = 7

Buscaremos entre los siete tramos que componen la serie el de mayor longitud, en este 20 caso se trata del tramo de mdice k=5 .

Corregimos el desfase y hacemos una indexation de los tramos aplicando (24), (25), y (26) de los valores medidos

Tabla 8

Medidas brutas re-indexadas

i: 1 2 3 4 5 6 7

tr: 5915 2170 1805 4345 1420 2015 715

tc: 1440 1470 3210 985 1870 345 2340

00: -105 131 -79 135 134 89 -80

5 Igualmente para los valores calculados a partir de ellos (27), (28), (29), (30) y (31)

Tabla 9

Parametros caracteristicos del circuito re-indexados

j: 1 2 3 4 5 6 7

Ir: 5920 2170 1810 4350 1420 2020 720

s: -1 1 -1 1 1 1 -1

0: 150 180 240 120 240 30 180

r: 546 437 725 424 428 644 716

K: 4 3 6 3 3 5 6

Donde;

10 Ir : longitud recta previa

s : sentido de giro de la curva r : radio de la curva K : indice de radio de curvatura

A partir de la serie de indices K aplicamos (32) y (33) para obtener el numero maximo de 15 carriles posible a derecha e izquierda.

Tabla 10

Calculo del numero maximo de carriles

i: 1 2 3 4 5 6 7

CO: -105 131 -79 135 134 89 -80

K: 4 3 6 3 3 5 6

c+: 2 2 2 4

c": 3 5 5

Aplicando (34) y (35) obtenemos

20 • Numero de carriles posibles = 6

• Numero de carril actual =3

5 Una vez conocidas las caracteristicas del circuito vamos a analizar el metodo de sincronizacion al incorporar el movil en cualquier carril y tramo de este. En el ejemplo incorporamos el movil en el carril de indice tres y en el tramo de indice cuatro.

c1) Metodo de correlacion con desfase variable

En este metodo, cada vez que superamos un tramo del circuito, hacemos con los valores de 10 s'„ y 9'„ hasta ese momento conocidos la correlacion de estos con los valores caracteristicos

de los siete tramos del circuito s y 9 obtenidos en el apartado b), Recordemos que estos valores son independientes del carril por el que se circule.

Continuamos el proceso hasta alcanzar el primer valor de £C(m,/c) = 1 segun (38) para n=3, obteniendo el indice j=4 que nos indica el numero de tramo en curso es Y=j+n=7

15 Tabla11

Serie de correlacion de desfase variable del sentido de giro

: j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

: s -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1

: s' 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1

n: S'l 1 EC(n, k)

1: C(1,K) 0 1 0 1 1 1 0 4

: S'2 1 1

2: C(2,k) 0 0 0 1 1 0 0
2

: s's 1 1 1

3: C(3,k) 0 0 0 1 0 0 0 1

Tabla 12

Serie de correlacion de desfase variable del angulo de la curva

: j 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

: e 150 180 240 120 240 30 180 150 180 240 120 240 30 180

: 6' 120 240 30 180 150 180 240 120 240 30 180 150 180 240

n: 6'i 120 EC(n, k)

1: C(1,K) 0 0 0 1 0 0 0
1

20

Observamos que para el valor de s', sentido del angulo girado, obtenemos el valor del tramo despues de recorrer tres tramos. Si consideramos, en este ejemplo, tambien el angulo girado 9' el valor del tramo en que nos encontramos se reconoce despues de recorrer el primer tramo n=1 entonces obtenemos para el tramo en curso el valor Y=j+n=5

5 c2) Metodo de reduction

Este metodo, equivalente al anterior, consiste en partir de una posicion inicial en la que el movil se puede incorporar en cualquier carril y tramo representado por una matriz con todos sus elementos iguales a uno e ir haciendo cero los puntos en que no es posible estar segun vamos avanzando por el circuito.

10 Para las variables s' y O' la matriz es una matriz fila de 7 elementos igual a los tramos del circuito y para el indice de los radios de curvatura una matriz de dimension 6 * 7 correspondiente al numero de carriles M y de tramos N (42),(43),(44) y (45)

Tabla 13

Matriz de posicion en tramo con el sentido de giro s

: k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

: s -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1

: s’ 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1

n: S’o ZC(n,k)

0: C(0,k) 1 1 1 1 1 1 1 8

: S’-i 1

1: C(1,k) 0 1 0 1 1 1 0 4

: s-2 1 1

2: C(2,k) 0 0 0 1 1 0 0
2

: s’3 1 1 1

3: C(3,k) 0 0 0 1 0 0 0 1

Tabla 14

Matriz de posicion en tramo con el angulo de la curva 0

: k 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

: e 150 18 24 12 24 30 18 150 180 240 120 24 30 18



: 0 0 0 0 0 0 0

: 0' 120 24 30 18 15 18 24 120 240 30 180 15 180 24



: 0 0 0 0 0 0 0

n: S'o ZC(n, k)

0: C(0,k ) 1 1 1 1 1 1 1 8


: 120

1: C(1,k 0 0 0 1 0 0 0
1

: ) .

5 Se observa en el ejemplo que para la variable s se detecta el valor del tramo al pasar el tercer tramo que nos indica que el tramo en que nos encontramos despues de la sincronizacion es el tramo Y=j+n=7 mientras que para 0 lo conseguimos al pasar primer tramo encontrandonos en el tramo Y=j+n=5 despues de la sincronizacion.

Hacemos el mismo proceso para la matriz de 6 * 7 de los indices de los radios de curvatura 10 K para cada uno de los carriles y tramos. (46) (47)

Tabla 15

Matriz de posicion en carril con el Indice del radio de curvatura

k: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

s': 1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 1 -1 -1 1 -1

K’: 3 3 5 6 4 3 6 3 3 5 6 4 3 6

s: -1 1 -1 1 1 1 -1

K(ij): 6 1 8 1 3 3 8

5: 2 7 2 6 4 7

4: 3 6 3 3 5 6

3: 4 5 4 4 6 5

2: 5 4 5 3 7 4

1: 6 3 6 2 8 3

K’o: zcm.i)

C(O.ij): 1 1 1 1 1 1 1 8

1
1
1
1
1
1
1: 8

1
1
1
1
1
1
1: 8

1
1
1
1
1
1
1: 8

1
1
1
1
1
1
1: 8

1
1
1
1
1
1
1: 8


: 48

K'i: 3 zca,i,n

C(1,i,j): 0 0 0 0 1 1 0 2

0
0
0
0
0
0
0
0

0: 1 0 1 1 0 0 3

1: 0 0 0 0 0 0
1

0
0
0
0: 1 0 0 1

0
0: 1 0 0 0 1 2


: 9

K'2: 3 3

C(2,i,j): 0 0 0 0 1 0 0 1

0
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0: 1 0 0 0 1

0
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
0
0
0
0
0

0
0
0
0
0
0
0
0


: 2

K'3: 3 3 5 ZC(3,i,j)

: 0 0 0 0 0 0 0 0

: 0 0 0 0 0 0 0 0

C(3,i,j): 0 0 0 1 0 0 0 1

: 0 0 0 0 0 0 0 0

: 0 0 0 0 0 0 0 0

: 0 0 0 0 0 0 0 0

: 1

5 Vemos que el carril X=3 por el que circula se detecta al pasar el tercer tramo. El tramo en que nos encontramos despues de la sincronizacion sera Y=j+n= 7

Hemos utilizado de forma independiente las variables s, 9 y K. Si utilizamos conjuntamente los criterio vemos en la tabla 14 que en la primera curva la variable 9 determina que la posicion es el indice de tramo k=4, si consultamos la tabla 15 veremos que en la primera 10 curva en el tramo cuatro solo es posible que el vehiculo circule por el carril x=3. En este supuesto habremos encontrado el carril y el tramo ( X,Y) cuando nos encontramos en el tramo Y=j+n=5 (48)

Una vez sincronizado el movil, mientras no se pierda de forma accidental el sincronismo, veremos que el valor de la suma de las posiciones posibles se mantiene igual a uno.

15 d) Controlar la velocidad del movil en funcidn de los parametros obtenidos para cada tramo, y/o ejecutarlas ordenes recibidas en caso de tener el movil conexion con el exterior

Cuando el movil reconoce el carril y tramo en que se encuentra, mientras no reciba ordenes en contra, procedera a aplicar en cada tramo las velocidades optimas en cada tramo calculadas segun las formulas (49) y (50).

20 Considerando un valor del coeficiente de rozamiento ju=1,2 y un angulo de peralte a=0 obtenemos la aceleracion maxima Amax y la velocidad maxima Vmax para cada indice de radio de curvatura K, y la velocidad angular maxima wmaxpara cada curva (verfigura 8).

Este valor sera fijado como consigna para que el procesador controle la potencia del motor del movil, en funcion de los datos recibidos del sensor de velocidad angular para que este 25 limite no sea superado.

Tabla 16

K: Amax (m/S2) Vmax (m/s) oo (rad) oo (°)

1: 11,76 1,708 6.9 395

2: 11,76 2,020 5.8 334

3: 11,76 2,290 5.1 294

4: 11,76 2,532 4.6 266

5: 11,76 2,752 4.3 245

6: 11,76 2,956 4.0 228

7: 11,76 3,147 3.7 214

8: 11,76 3,327 3.5 203

5 Una vez superada la curva 7 punto a (figura 3), si no se reciben ordenes en contra, el movil se pondra a la velocidad maxima que permita el motor hasta alcanzar el punto f en que tiene que frenar (ver figura 7) para cumplir la condicion anterior en el punto b entrada de la curva 1 (51), volviendo a acelerar a partir del punto c.

5

REIVINDICACIONES

15

20

1. Procedimiento de caracterizacion de trayectorias encarriladas desconocidas recorridas por un movil, caracterizado por comprender las siguientes etapas:

a) Generar una serie de parametros caracterfsticos de cada tramo de la trayectoria durante un recorrido de reconocimiento repetitivo del movil a una velocidad v, conocida y constante, durante un numero de tramos n par y superior al doble del numero maximo de tramos esperado, al menos de alguno de los siguientes parametros;

• S(iJ) serie de sentido de giro de las curvas.

• Q(i,j) serie de angulos de las curvas.

• R(U) serie de radios de las curvas.

• L(iJ) serie de longitudes de las rectas que preceden a las curvas.

b) Caracterizar la trayectoria mediante autocorrelacion de desfase variable de la serie de al menos algun parametro caracterfstico, obteniendo su periodicidad, segun las formulas generales de la autocorrelacion,

(

imagen17

(16)

n

K = 0,1,

2

imagen18

Y(ri) = Y (n - k) Y(ii)*Y(n — k)

Siendo la periodicidad de la serie de parametros que caracteriza la trayectoria la diferencia de los indices de dos elementos consecutivos de la serie C(k) distintos de cero.

Claims

jc(jc): k = 0,1,2, = C0,C1,C2,...Cn

<

V

C(k) =

:

V k : k mod N = 0 3 k : k mod N 0

(23)

5 2. Procedimiento de caracterizacion de trayectorias encarriladas desconocidas

recorridas por un movil de acuerdo con la revindication 1, caracterizado por comprender la siguiente etapa adicional,

10

15

c1) Localizar la posicion del movil sobre la trayectoria mediante correlacion de desfase variable de la trayectoria obtenida en la etapa b) con el movimiento del movil sobre la misma, determinando la posicion Pm,„ mediante la obtencion de la funcion de correlacion con desfase variable k de las series de parametros medidos con las series que caracterizan el circuito.

Calcularemos las funciones de correlacion para estas series cuyo numero de elementos n ira aumentando progresivamente.

f

C(n, k)

. n ■

<

/((K),K(n

n

k = 1,2,3,...- n = 1,2,3,...

yj.f1. Y (n) = Y(n — k)

(0, Y(n) * Y(n - k)

(36)

Llegaremos a un punto donde la suma de los elementos de la funcion de correlacion sea igual a 1. En este punto habremos obtenido la localizacion del tramo n en que se encuentra el movil.

5

10

15

20

25

Px y = |p(x,n + k), 3! k\ (tl,k) = 1, minjnG = 1 j (38)
3. Procedimiento de caracterizacion de trayectorias encarriladas desconocidas recorridas por un movil de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por comprender la siguiente etapa adicional,

c2) Localizar la posicion del movil sobre la trayectoria mediante el metodo de reduction sucesiva de los puntos de posible localization del movil en la progresion de este a lo largo de la trayectoria. Cuando se incorpora el movil al circuito puede hacerlo en cualquier posicion Px,y , luego partimos de una situation inicial en que cualquier punto es posible que representaremos como una matriz de dimension M x N con todos sus elementos iguales a la unidad. En el caso de las variables s y Q, independientes del carril, el valor inicial se representa por una matriz fila de n elementos iguales a la unidad.

Llamamos (X,Y) coordenadas reales de la posicion del movil y {x,y) coordenadas posibles de la posicion del movil

vC0 (ij) = 1V i = y V j = 1,..,N

Segun vamos superando los tramos del recorrido por cualquier carril carril x obtenemos sucesivos valores del sentido de la curva s, angulo de giro d a partir de la velocidad angular w aplicando (11) y (12). Estas dos variables son independientes del numero de carril por el que se circula.

CQj = { 1 1 - 1)

C00') = 1 V j = 1,..,N (1 1 ...

"n!::J

(39)

Se han de calcular tambien los indices de los radios de curvatura K a partir del radio r aplicando (13) y (14). Esta variable nos va a dar ademas information sobre el numero de carril por el que circula el movil.

\K'(M, 1, K'(M, 2),...,K'{M,N)

Si repetimos la operation para el indice del radio de curvatura K, variable de la que depende el numero de carril por el que circulamos, y calculamos los elementos de la matriz CK(n,i,j) , para el primer punto n donde se cumpla la condicion de que Zfj=iCK(n,i,j) = 1 a partir de los valores de los indices / y j obtendremos los X, Y correspondientes al carril y al numero de tramo por los que circulamos.

El primero de los valores (43) y (45) que cumpla la condicion nos va a dar el numero de tramo y por el que circula el movil. Una vez determinado el tramo Y podemos analizar si en ese momento ya existe una condicion para saber el numero de carril, si no fuese asi continuaremos el recorrido hasta que se cumpla la condicibn;

' K(1,Y),K (1,2),... ,K'(1,N) , K (2,1), K'(2,2).....K‘(2,N)

(41)

imagen1

(47)

X = i Y =j + n

r

imagen2

P(i, Y + n), 3! i: CK(n, i, Y) = 1,

X = i

A partir de este momento se conoce la posicion del movil sobre el circuito y sera suficiente comprobar comprobar, en los tramos sucesivos con (43), que el sincronismo no se ha perdido.

Ejemplar para el expediente

MINISTERIO r , ,

DEINDUSTRIA, ENERGfA | *?ficiiia EsPaftola

YTURISMO L de Patentes y Marcas

CONTESTACION A OBJECIONES Y/O OPOSICIONES EN FASE DE EXAMEN PREVIO

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FECHA DE ENTRADA: I £ 2 0 JUL. 2016 j LE T R /

* —z. * » r

1. IDENTIFICACION DE LA SOLICITUD

N° DE SOLICITUD: P

FECHA DE PRESENTAClON:

A/AoioajAL 'lolii 3o
2. IDENTIFICACION DEL SOLICITANTE (SI HAY VARIOS, INDIQUESE EL PRIMERO)

APELLIDOS Y NOMBRE/DENOMINAClON SOCIAL
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□ CONTESTACION OPOSICIONES. N° PAGINAS:

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OFICINA ESPANOLA DE PATENTES Y MARCAS (OEPM) Paseo de la Castellana, 75 - 28071 Madrid (Espana)

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