ES2890952T3 - Procedimiento y dispositivo para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal de un vehículo ferroviario - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal, en particular de un tren de rodaje, de un vehículo ferroviario para la identificación de un estado de conducción actual del vehículo ferroviario, caracterizado por que, por medio de un observador de técnica de regulación (1), a partir de una señal de entrada (u) conocida o detectada mediante tecnología de medición y al menos una señal de medición (y) del vehículo ferroviario observado como sistema de referencia real observado (10), se reconstruyen y evalúan variables no medibles a través de un modelo de sistema (20) del vehículo ferroviario y que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal, comparándose la al menos una señal de medición (y) del vehículo ferroviario observado (10) y una señal de medición reconstruida (y) correspondiente del modelo de sistema (20), y rastreándose de forma recursiva la desviación detectada por medio de la comparación con un regulador, de manera que se minimiza la desviación detectada.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal de un vehículo ferroviario
La invención describe un procedimiento y un dispositivo para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal, en particular de un tren de rodaje, de un vehículo ferroviario para la identificación de un estado de conducción actual del vehículo ferroviario. Aparte de eso, la invención se refiere a un producto de programa informático.
Los cambios en el comportamiento dinámico longitudinal del tren de rodaje en los vehículos ferroviarios se deben a las condiciones de desgaste variables, los movimientos relativos entre los componentes individuales del tren de rodaje y las condiciones ambientales cambiantes, tales como, por ejemplo, la temperatura ambiente, la temperatura de los componentes individuales del tren de rodaje, la humedad y la contaminación. Los efectos mencionados tienen como consecuencia principalmente dos aspectos relevantes para la dinámica longitudinal. Por una parte, existen fluctuaciones en el coeficiente de fricción entre un disco de freno y un forro de freno asignado al disco de freno o entre una rueda y una zapata de freno asignada a la rueda. Por otra parte, existen fluctuaciones en el arrastre de fuerza entre una rueda o eje montado y el carril sobre el que se mueve el vehículo ferroviario. Las fluctuaciones en la dinámica longitudinal pueden ocurrir tanto en una fase de aceleración como en una fase de frenado del vehículo ferroviario.
Para ello, en el caso de los vehículos ferroviarios modernos se conoce prever una pluralidad de sensores y registrar fuerzas o momentos ejercidos durante un frenado o aceleración. El conocimiento de las fuerzas de aceleración o de frenado o de los momentos de aceleración o de frenado se puede utilizar para el control o la regulación del frenado o la aceleración, en particular para evitar condiciones de derrape (patinaje) o de bloqueo de las ruedas y para utilizar de manera eficaz el mayor arrastre de fuerza posible entre la rueda y el carril para el frenado o la aceleración. Sin embargo, prever una pluralidad de sensores en un vehículo ferroviario es caro y requiere trabajos de mantenimiento considerable, puesto que estos están expuestos a una amplia variedad de influencias ambientales.
En el caso de los vehículos ferroviarios, la determinación de una capacidad de frenado potencial se lleva a cabo habitualmente sobre la base de parámetros que representan el peor estado esperado del vehículo para poder garantizar en todo momento suficientes reservas de seguridad. Esto tiene la desventaja de que, eventualmente, la capacidad de frenado calculada puede resultar en restricciones de frenado que dificultan el funcionamiento rentable del vehículo ferroviario. Por ejemplo, si se supone una capacidad de frenado demasiado baja, esto puede dar como resultado una limitación de velocidad innecesaria en determinadas secciones de la vía.
Por el documento DE 102011 113 093 A1 se conoce un equipo de control para una instalación de frenado de un vehículo ferroviario, cuya instalación de frenado comprende un dispositivo de freno de fricción que depende del arrastre de fuerza. El equipo de control está diseñado para determinar un efecto de frenado ejercido durante un frenado basándose en una presión de frenado y al menos un parámetro adicional. Por ello, se pueden prescindir de sensores de fuerza de frenado o sensores de momento de frenado para la determinación del efecto de frenado. En particular, una deceleración, una velocidad del vehículo o al menos una velocidad de giro de la rueda se registra como un parámetro adicional para detectar, basándose en esto, la velocidad del vehículo o, en el caso de cambios de la velocidad de giro de la rueda, una aceleración o deceleración de la rueda asignada.
Por el documento WO 2015/128147 A1 se conoce un procedimiento con el que se posibilita una detección práctica de la capacidad de frenado. Esto se realiza por que se detecta un valor de medición de estado y, en el caso del cálculo de la capacidad de frenado, se utilizan este valor de medición de estado y al menos un valor de medición adicional. Esto puede ser, por ejemplo, el diámetro de la rueda o la masa del vehículo o una presión de aire en la suspensión neumática. El valor de medición adicional indica el estado del vehículo o de un componente de vehículo del vehículo.
Los procedimientos de regulación de arrastre de fuerza existentes se basan en determinados supuestos con respecto a las condiciones de funcionamiento en cuanto a la contaminación del carril, las condiciones climáticas y similares y optimizan el arrastre de fuerza entre la rueda y el carril basándose en estos supuestos. Es cierto que de esta forma se pueden evitar altos valores de deslizamiento. Sin embargo, por regla general se enarena para la mejora de la adherencia entre la rueda y el carril. Esto, a su vez, da como resultado un mayor desgaste de las ruedas y los carriles de rodadura.
Por el documento WO 2015/136117 A1 se conoce un procedimiento en el que un arrastre de fuerza se optimiza en un modo y la potencia de deslizamiento se reduce en otro modo. En el caso de este último, se reduce la abrasión en la superficie de contacto entre la rueda y el carril de rodadura.
Estos procedimientos conocidos por el estado de la técnica dependen, con ello, del conocimiento de determinados parámetros. Por ello, dependiendo del tren de rodaje y de la estructura del tren de rodaje, eventualmente estos procedimientos pueden no emplearse. Debido a las condiciones de fricción que a veces cambian rápidamente, aparte de eso es necesaria una regulación manual basada en la experiencia de la fuerza de frenado o bien fuerza motriz para mantener las distancias de frenado y mantener bajo el desgaste de los ejes montados y carriles, así como de los componentes motrices y de frenado.
Por el documento WO 2006/113954 A1 se conoce un procedimiento en el que se detecta el deslizamiento real momentáneo entre al menos una rueda de un vehículo ferroviario y un carril durante un proceso de frenado, y además se predetermina un deslizamiento teórico entre la al menos una rueda y el carril, y la presión del cilindro de freno se varía correspondientemente a la desviación del deslizamiento real del deslizamiento teórico predeterminado de tal manera que la desviación entre el deslizamiento teórico y el real se acerque a cero o se minimice.
El documento DE 102012 004 892 A1 divulga un observador para un equipo de frenado de un vehículo ferroviario, comprendiendo el equipo de frenado al menos un actuador de freno accionado por presión, que está aguas arriba de un equipo de válvula de control. El observador está configurado para llevar a cabo una estimación de la presión del actuador aplicada al actuador del freno basándose en los datos de presión y los datos de excitación, representando los datos de presión al menos una presión presente aguas arriba del equipo de válvula de control y representando los datos de excitación una excitación del equipo de válvula de control.
El objetivo de la invención es especificar un procedimiento y un dispositivo con los cuales se puedan determinar los cambios en el comportamiento dinámico longitudinal de un vehículo ferroviario, en particular de un tren de rodaje, de una manera más sencilla e independiente de la estructura del tren de rodaje.
Este objetivo se resuelve a través de un procedimiento de acuerdo con las características de la reivindicación de patente 1, un producto de programa informático de acuerdo con las características de la reivindicación de patente 11 y un dispositivo de acuerdo con las características de la reivindicación de patente 12. Configuraciones ventajosas se deducen de las reivindicaciones de patente dependientes.
Se propone un procedimiento para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal, en particular de un tren de rodaje, de un vehículo ferroviario para la identificación de un estado de conducción actual del vehículo ferroviario. El procedimiento se caracteriza por que, por medio de un observador de técnica de regulación, a partir de una señal de entrada conocida o detectada mediante tecnología de medición y al menos una señal de medición adicional del vehículo ferroviario observado como sistema de referencia real observado, se reconstruyen y evalúan variables no medibles a través de un modelo de sistema del vehículo ferroviario y que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal, comparándose la al menos una señal de medición del vehículo ferroviario observado y una señal de medición reconstruida correspondiente del modelo de sistema, y rastreándose de forma recursiva la desviación detectada por medio de la comparación con un regulador, de manera que se minimiza la desviación detectada.
Al utilizar un observador de técnica de regulación, el procedimiento propuesto requiere solo unas pocas señales de medición. En particular, se pueden usar tales señales de medición que ya se usan en un control de freno o de accionamiento convencional. El procedimiento permite una caracterización de la dinámica del tren de rodaje en todos los escenarios de accionamiento y de frenado, tales como, por ejemplo, frenado a fondo, frenado de servicio y, en el caso de una resolución suficiente de la al menos una señal de medición, también la intervención antideslizante en el caso de un frenado dependiente del coeficiente de fricción.
La posibilidad de utilizar diversas señales de medición detectadas por sensores permite, según el tipo de construcción del tren de rodaje, implementar un diseño fácilmente accesible y, por lo tanto, de fácil mantenimiento y económico para la determinación de cambios en el comportamiento dinámico longitudinal. Debido al pequeño número de sensores necesarios para proporcionar la al menos una señal de medición y la posibilidad de posicionarlos de manera flexible, se puede minimizar el esfuerzo para los sensores y para el tendido de las líneas de conexión.
El procedimiento se puede usar para la medición de fluctuaciones en la dinámica longitudinal de vehículos ferroviarios, en particular para sus trenes de rodaje (por ejemplo, bogies) de trenes de pasajeros. Del mismo modo, es posible una aplicación en trenes de rodaje de vagones de mercancías, siempre que esté garantizado un suministro eléctrico para las unidades de sensor necesarias para proporcionar la al menos una señal de medición.
Por un vehículo ferroviario se entiende generalmente un vehículo sobre rieles, tal como una locomotora, un tren automotor, un coche automotor, un tranvía, un vehículo subterráneo, un vagón, tal como un coche de pasajeros o bien de viajeros y/o de mercancías.
Un freno utilizado para la deceleración del vehículo ferroviario puede actuar sobre un disco de freno de una rueda o de un eje montado o sobre la superficie de rodadura de una rueda (freno de zapata). A este respecto, el freno se puede conectar operativamente a una rueda, a un eje montado o a una pluralidad de ruedas. El freno puede estar constituido a partir de una pluralidad de componentes o elementos, en particular el freno puede comprender un disco de freno, al menos un forro de freno que actúa con el disco de freno, una pinza de freno que está conectada operativamente al forro de freno, así como un generador de fuerza. La pinza de freno puede estar conectada de forma pivotante a una consola por medio de dos puntos de apoyo, estando dispuestos los dos puntos de apoyo a una distancia de apoyo el uno del otro. El disco de freno presenta un eje de giro, que presenta una distancia respecto al primero (más cercano) de los dos puntos de apoyo, pudiendo denominarse esta distancia como dimensión de instalación. A este respecto, por la dimensión de instalación se puede entender una distancia horizontal con respecto a la instalación. La consola puede estar conectada firmemente a un chasis del vehículo ferroviario.
Se puede realizar un accionamiento del freno en respuesta a una señal de freno. La señal de freno puede representar una señal de solicitud de freno o una señal de una solicitud de freno. En el caso de un accionamiento del freno, un elemento de fricción del freno, por ejemplo, el forro de freno o la zapata de freno, puede contrarrestar una fuerza que actúa cuando la rueda gira en la dirección de la circunferencia de rueda o bien del movimiento de rueda de la rueda o del eje montado del vehículo ferroviario. De esta manera, se puede generar un momento de frenado desde el forro de freno sobre el disco de freno y, por lo tanto, sobre la rueda o desde la zapata de freno sobre la rueda.
El freno puede formar parte de una instalación de frenado neumática, en particular una electroneumática, o de una instalación de frenado hidráulica, en particular una electrohidráulica. Un freno de este tipo puede comprender varios frenos tal como se ha descrito anteriormente. El freno también puede ser un freno de accionamiento eléctrico, en el que una corriente de frenado eléctrica se convierte en una fuerza de frenado para el accionamiento de elementos de fricción.
De manera conveniente, la señal de entrada se alimenta no solo al sistema de referencia real observado, sino adicionalmente al modelo de sistema, para que el modelo de sistema, que imita al sistema de referencia real observado, pueda reconstruir la señal de medición del modelo de sistema.
En una configuración conveniente, la señal de entrada y/o la al menos una señal de medición se registran en uno o varios de los siguientes componentes del vehículo ferroviario: en una caja de vagón; en un tren de rodaje del vehículo ferroviario; (en al menos un bogie del vehículo ferroviario;) en al menos un eje montado del vehículo ferroviario. El registro de la al menos una señal de medición con un respectivo sensor de medición se puede realizar, con ello, en diferentes puntos del vehículo ferroviario, por ejemplo, aquellos puntos que, según el tipo de construcción del vehículo ferroviario o tren de rodaje, son especialmente de fácil acceso y/o están protegidos frente a las influencias ambientales. Por ello, el dispositivo se puede implementar de una manera particularmente económica y de fácil mantenimiento.
De manera conveniente, está previsto que la al menos una señal de medición se registre simultáneamente en lados opuestos del tren de rodaje o de la caja de vagón o del eje montado. La combinación de dos unidades de sensor en puntos lateralmente opuestos del tren de rodaje o de la caja de vagón o del eje montado posibilita separar claramente las influencias de un recorrido en curva de los efectos dinámicos longitudinales de un frenado o aceleración del vehículo ferroviario.
Como la señal de entrada se pueden procesar una presión de freno de un actuador de freno o una corriente de frenado para la generación de una fuerza de frenado que ralentiza el vehículo ferroviario. La fuerza de frenado puede surgir entonces en función de una fuerza normal generada al presionar un forro de freno o una zapata de freno movidos por el actuador de freno sobre un disco de freno o sobre una rueda, y de un coeficiente de fricción. Por ello, es posible detectar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal durante un proceso de frenado.
Si como la señal de entrada se procesa una fuerza motriz o una corriente de motor para la generación de una fuerza que acelera el vehículo ferroviario, entonces se puede evaluar un escenario de accionamiento en el que se acelera el vehículo ferroviario.
Como la al menos una señal de medición se puede registrar una pluralidad de variables de medición diferentes con la ayuda de uno o varios sensores de medición. Del mismo modo, es posible una combinación de señales de medición iguales o diferentes.
Por ejemplo, como la al menos una señal de medición se puede registrar una velocidad de giro o un cambio en la velocidad de giro de al menos un eje montado. El registro de tecnología de medición de una velocidad de giro o cambio de velocidad de giro posibilita una determinación de alta precisión de las variables que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal, puesto que la velocidad de giro o cambio de velocidad de giro están directamente relacionados mecánicamente con las variables que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal.
De manera alternativa o adicional, como la al menos una señal de medición se puede procesar una expansión de un componente que transmite una fuerza longitudinal, en particular una barra de tracción/de empuje o un pivote o un enlace lemniscático o una guía de eje montado. Las expansiones se pueden registrar, por ejemplo, a través de una tira de medición y otras unidades de sensor conocidas.
De manera alternativa o adicional, como la al menos una señal de medición se puede procesar un recorrido de resorte en una o varias fases de suspensión. Los recorridos de resorte se pueden registrar, por ejemplo, con la ayuda de unidades de sensores ópticos, una medición de cable Bowden o machos de solenoide de trabajo inductivo.
La evaluación de las variables que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal comprende, de acuerdo con una configuración conveniente, una comparación de las variables de los sucesivos trenes de rodaje o cajas de vagón o ejes montados. De este modo, la información de los trenes de rodaje o las cajas de vagón o los ejes montados que marchan hacia delante en la dirección de marcha del vehículo ferroviario, tales como, por ejemplo, las condiciones cambiantes con respecto al contacto entre la rueda y el carril, se puede procesar como una predicción para los siguientes trenes de rodaje o cajas de vagón o ejes montados. Por medio de una comparación de los resultados de sucesivos trenes de rodaje o cajas de vagón o ejes montados, se puede detectar si los cambios en el comportamiento dinámico longitudinal se deben a la vía o si son causados por el vehículo. Los cambios en el comportamiento dinámico longitudinal que se producen con un retraso de tiempo en varios trenes de rodaje o cajas de vagón o ejes montados indican influencias en el lado de la vía. Estos incluyen, por ejemplo, cambios relacionados con la meteorología en el coeficiente de fricción durante el contacto entre la rueda y el carril. Los cambios en el comportamiento dinámico longitudinal, que, por el contrario, solo se producen en el caso de trenes de rodaje o cajas de vagón o ejes montados individuales, indican que el tren de rodaje o la caja de vagón o el eje montado en cuestión influyen en el vehículo.
Con ello, el procedimiento permite una supervisión continua con respecto al desgaste de las ruedas o de las unidades de freno, puesto que los cambios en el comportamiento dinámico longitudinal se registran y graban (se pueden registrar y grabar) ininterrumpidamente.
El procedimiento es particularmente adecuado para aquellos vehículos ferroviarios en los cuales están presentes condiciones ambientales cuasi-estáticas o se conoce el curso temporal cualitativo de los cambios. Aunque preferentemente se puede utilizar en particular para trenes de rodaje y ejes montados de trenes de pasajeros, del mismo modo es posible una aplicación en trenes de rodaje de vagones de mercancías, siempre que esté asegurado un suministro eléctrico al dispositivo para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal, en particular la unidad de control y la al menos una unidad de sensor.
Aparte de eso, el procedimiento crea un producto de programa informático, que se puede cargar directamente en la memoria interna de una unidad de control digital y comprende secciones de código de software, con las cuales se realizan las etapas del procedimiento descrito en el presente documento cuando el producto se ejecuta en la unidad de control. El producto de programa informático puede estar representado en forma de un CD-ROM, de un DVD, de un lápiz USB o de otros medios de almacenamiento. El producto de programa informático también puede estar presente en forma de una señal que se puede cargar a través de una red (inalámbrica o cableada).
Aparte de eso, la invención crea un dispositivo para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal, en particular de un tren de rodaje, de un vehículo ferroviario para la identificación de un estado de conducción actual del vehículo ferroviario. El dispositivo comprende una unidad de control y al menos una unidad de sensor para proporcionar una respectiva señal de medición. La unidad de control está configurada para reconstruir y para evaluar, por medio de un observador de técnica de regulación, a partir de una señal de entrada conocida o detectada mediante tecnología de medición y la al menos una señal de medición del vehículo ferroviario observado como sistema de referencia real observado, variables no medibles a través de un modelo de sistema del vehículo ferroviario y que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal. La unidad de control está configurada además para comparar la al menos una señal de medición del vehículo ferroviario observado y una señal de medición reconstruida correspondiente del modelo de sistema y para rastrear de forma recursiva la desviación detectada por medio de la comparación con un regulador, de manera que se minimiza la desviación detectada.
El dispositivo de acuerdo con la invención presenta las mismas ventajas que las que se han descrito anteriormente en relación con el procedimiento de acuerdo con la invención.
En resumen, la presente invención prevé la combinación de diferentes señales de sensor en un observador de técnica de regulación. Por medio del observador de técnica de regulación, es posible identificar claramente el estado de conducción actual del vehículo ferroviario a través de la síntesis de una señal de entrada conocida o detectada mediante tecnología de medición y al menos una señal de medición, así como una estimación basada en modelos de la dinámica del vehículo ferroviario. La dinámica del tren de rodaje del vehículo ferroviario detectada mediante el enfoque basado en modelos se adapta de forma recursiva a través de una calibración con las señales de medición registradas mediante tecnología de medición, de manera que la dinámica calculada se correlaciona con la dinámica real del vehículo ferroviario. El procedimiento permite una caracterización de la dinámica del tren de rodaje en todos los escenarios de accionamiento y de frenado, tales como, por ejemplo, frenado a fondo, frenado de servicio así como intervención antideslizante en el caso de un frenado dependiente del coeficiente de fricción.
La invención se explica con más detalle a continuación mediante un ejemplo de realización. Muestran:
la figura 1 una representación esquemática de un diagrama de bloques de un observador de técnica de regulación, como se emplea en el procedimiento de acuerdo con la invención;
la figura 2 una representación gráfica que muestra una comparación de un coeficiente de fricción real y de un coeficiente de fricción detectado por medio del procedimiento de acuerdo con la invención en función del tiempo; y
la figura 3 un gráfico, el cual muestra una velocidad longitudinal de traslación dependiente del tiempo del vehículo ferroviario en función de la curva del coeficiente de fricción mostrada en la figura 2.
El procedimiento descrito a continuación para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal se emplea en el caso de un vehículo ferroviario que no se muestra con más detalle en las figuras. Un vehículo ferroviario de este tipo presenta uno o varios miembros que están conectados de forma móvil los unos a los otros. Está previsto un dispositivo de acoplamiento para conectar los miembros del vehículo. Según la configuración del vehículo ferroviario, cada miembro del vehículo puede presentar dos trenes de rodaje, en los cuales en cada caso está previsto al menos un eje montado. Como alternativa, un vehículo ferroviario con dos miembros del vehículo también puede presentar tres trenes de rodaje, en los cuales en cada caso está previsto al menos un eje montado. Habitualmente, un tren de rodaje comprende dos ejes montados. Sobre los ejes montados de los trenes de rodaje están previstos en cada caso ruedas, que corren sobre un carril.
En el vehículo ferroviario puede estar prevista una pluralidad de unidades de sensor (de forma abreviada: sensores). El vehículo ferroviario puede presentar, por ejemplo, uno o varios sensores para la determinación de la velocidad del vehículo y/o una aceleración o deceleración del vehículo ferroviario en la dirección longitudinal del vehículo. La aceleración puede ser una aceleración positiva como consecuencia de una fuerza que acelera el vehículo ferroviario o una aceleración negativa como consecuencia de una fuerza de frenado que ralentiza el vehículo ferroviario. La aceleración (positiva o negativa) puede ser una aceleración general del vehículo ferroviario. Si un sensor de aceleración está montado en un respectivo miembro del vehículo, la aceleración también puede ser la respectiva aceleración (positiva o negativa) del respectivo miembro del vehículo. La aceleración puede ser, por ejemplo, una deceleración que se produce en un tren de rodaje o en una caja de vagón del vehículo ferroviario. La aceleración se puede determinar basándose en los datos de velocidad. La deceleración se puede inferir de una evolución temporal y/o un cambio en la velocidad del vehículo. A este respecto, la deceleración se puede determinar por que la evolución de la velocidad se observa en períodos de tiempo que son más cortos que la duración de una aceleración (positiva o negativa). Por lo tanto, puede estar previsto que esté asignado al menos un sensor de aceleración a cada miembro del vehículo y/o a cada tren de rodaje. Dichos sensores están previstos frecuentemente para la supervisión de las condiciones de conducción, de manera que los sensores ya existentes se puedan usar para determinar la aceleración (positiva o negativa).
Para determinar la velocidad del vehículo, por ejemplo, puede estar prevista una instalación de radar, un equipo de sensor óptico y/o un equipo de comunicación para recibir datos de satélite, al cual se puede conectar o pueden estar conectados un equipo de control del vehículo ferroviario.
Aparte de eso, pueden estar previstos sensores para la determinación de velocidades de giro y cambios de velocidad de giro de al menos un eje montado. La determinación de la velocidad de giro de rueda se puede usar, por ejemplo, para la determinación de un efecto de frenado y ya está instalada en muchos vehículos ferroviarios. Del mismo modo, es imaginable que la velocidad del vehículo se determine basándose en los datos de velocidad de giro de rueda. A este respecto, una velocidad asignada a la rueda asignada o al eje de rueda asignado, por ejemplo, una velocidad de rotación o una velocidad de rueda, se puede determinar a partir de los datos de velocidad de giro de rueda asignados a ruedas o ejes montados individuales. Además de los datos de velocidad de giro de rueda, se puede tener en cuenta el radio de la rueda.
A partir de un cambio en la velocidad de giro de rueda de al menos un eje montado, por ejemplo, se puede inferir una aceleración (positiva o negativa) en el caso de un eje montado asignado o un eje de rueda asignado.
Un vehículo ferroviario de este tipo puede estar provisto de unidades de sensor para el registro de movimientos de cabeceo de componentes individuales alrededor del eje transversal del vehículo. Preferentemente, las unidades de sensor de este tipo están asignadas a un respectivo eje transversal del vehículo. Por ejemplo, se pueden usar para ello sensores de aceleración, los cuales registran una aceleración alrededor del eje transversal del vehículo.
Aparte de eso, el vehículo ferroviario puede estar provisto de al menos una unidad de sensor, la cual registra un recorrido de resorte en las respectivas fases de suspensión de un miembro del vehículo del vehículo ferroviario. Los sensores de este tipo pueden estar implementados ópticamente, por medio de medición de cable Bowden o a través de machos de solenoide inductivos.
Por medio de sensores de fuerza longitudinal, por ejemplo, galgas extensométricas, se pueden detectar expansiones de componentes que transmiten fuerzas longitudinales. Una unidad de sensor de este tipo puede estar asignada a una respectiva barra de tracción/de empuje, un respectivo pivote o enlace lemniscático o una respectiva guía de eje montado.
Aparte de eso, pueden estar previstos sensores de presión de frenado o sensores de corriente de frenado y/o sensores de efecto de frenado tales como sensores de fuerza de frenado o de momento de frenado asignados al tren de rodaje o a los equipos de freno de fricción, dispuestos en el tren de rodaje, de un dispositivo de freno de fricción que depende del arrastre de fuerza. En general, se puede considerar que un sensor de presión de frenado o un sensor de corriente de frenado está asignado a un equipo de freno de fricción si es capaz de registrar una presión de frenado o una corriente de frenado que acciona individualmente el equipo de freno de fricción. Se puede considerar que un sensor de fuerza de frenado o un sensor de momento de frenado están asignados a un equipo de freno de fricción o a un eje montado que se va a frenar a través del equipo de freno de fricción si es capaz de registrar una fuerza de frenado ejercida por el equipo de freno de fricción o un momento de frenado correspondiente.
Por medio del observador de técnica de regulación que se describe a continuación, es posible proyectar las estructuras del tren de rodaje, que a menudo son diferentes en una composición del tren de un vehículo ferroviario, con un algoritmo uniforme basado en modelos. Se puede asegurar una estimación clara de la dinámica del tren de rodaje del vehículo ferroviario a través de una combinación de una pluralidad de señales de medición.
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de la estructura básica de un observador de técnica de regulación 1, con cuya ayuda se lleva a cabo el procedimiento para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal del vehículo ferroviario. De una manera conocida por el experto, el observador de técnica de regulación 1 se compone de un modelo de sistema 20 del vehículo ferroviario así como de una unidad 26 para la ponderación del resultado de comparación del modelo de sistema 20 y un sistema de referencia real observado 10. La dinámica del sistema de referencia real observado 10, es decir, del vehículo ferroviario observado, está influenciada por una señal de entrada u, que se alimenta al sistema de referencia real observado 10 en una primera entrada 11. La señal de entrada u es una señal medible. En el caso de un frenado del vehículo ferroviario con frenos de fricción, la señal de entrada u puede corresponder a una presión de freno de la instalación/equipo de frenado. Si el frenado se realiza con la ayuda de un freno eléctrico, entonces la señal de entrada puede ser una corriente de frenado para la generación de una fuerza de frenado que ralentiza el vehículo ferroviario. Por el contrario, si se debiera registrar un cambio en el comportamiento dinámico longitudinal debido a una aceleración, entonces la señal de entrada u puede ser una fuerza motriz o una corriente de motor para la generación de la fuerza que acelera el vehículo ferroviario.
La dinámica del sistema de referencia real observado 10 se ha descrito a través de los estados x. A este respecto, x puede ser un vector con una pluralidad de estados diferentes. Puesto que el sistema de referencia real observado 10 está provisto de al menos una unidad de sensor, tal como se ha descrito anteriormente, al menos una señal de medición y se pone a disposición en una salida 13. A este respecto, y puede ser un vector cuyo número de entradas vectoriales corresponde al número de señales de medición (reales). Las señales de medición registradas a este respecto pueden tener su origen en unidades de sensor del mismo y/o de un tipo diferente.
El sistema de referencia real observado 10, es decir, el vehículo ferroviario, se puede estimular, aparte de eso, a través de perturbaciones z no medibles. Estas perturbaciones z no medibles se alimentan al sistema de referencia 10 en una segunda entrada 12. Como variable de perturbación z se entiende todas aquellas influencias que influyen en el coeficiente de fricción entre la rueda y el carril y/o entre el forro de freno y el disco de freno y/o la zapata de freno y la rueda. Esto también incluye aquellas influencias que influyen en el radio de fricción, es decir, el punto de ataque de un forro de freno en el disco de freno. Aparte de eso, un peso total cambiante como consecuencia de un estado de carga cambiante del sistema de referencia 10, es decir, del vehículo ferroviario, puede ocurrir como una variable de perturbación z.
El modelo de sistema 20 representa un modelo del comportamiento dinámico del sistema de referencia 10, es decir, del vehículo ferroviario. El modelo de sistema 20 puede estar formado, por ejemplo por un software. El modelo de sistema 20, como el sistema de referencia 10, se controla a través de la señal de entrada u. La señal de entrada u se alimenta al modelo de sistema 20 en una primera entrada 21. El modelo de sistema 20 detecta valores para la al menos una señal de medición reconstruida y, la cual se pone a disposición en una primera salida 22, por ejemplo, asimismo como vector. Una entrada vectorial en cada caso reconstruida de la señal de medición y está asignada a una entrada vectorial detectada mediante tecnología de medición de la señal de medición y del sistema de referencia 10.
Dado que el modelo de sistema 20 por lo general no puede proyectar la dinámica completa del sistema de referencia 10 y además el sistema de referencia 10 está influenciado por las variables de perturbación z no medibles, el comportamiento dinámico del modelo de sistema 20 se desvía a priori del comportamiento real del sistema de referencia 10. Por esta razón, se realiza una comparación de la al menos una señal de medición reconstruida y (es decir, sus entradas vectoriales) con la al menos una señal de medición y detectada mediante tecnología de medición (es decir, las entradas vectoriales asignadas), que se pone a disposición en la salida 13 del sistema de referencia 10. Estas dos señales de medición se alimentan a un comparador 25, el cual efectúa una substracción. La desviación (yy) se alimenta a una unidad 26 para la ponderación del resultado de la comparación. El retorno ponderado con L de la desviación (y-y) se pone a disposición del modelo de sistema 20 en una segunda entrada 24. La ponderación a través de la unidad 26 se realiza de tal manera que el comportamiento de la señal de medición reconstruida calculado por el modelo de sistema 20 y después de un cierto tiempo coincide con la al menos una señal de medición y realmente medida, es decir, la desviación se vuelve cero después de un cierto tiempo. Este proceso se automatiza y se lleva a cabo de forma recursiva.
En una segunda salida 23 del modelo de sistema 20 se pueden leer entonces las variables dinámicas deseadas X, las cuales representan el comportamiento dinámico longitudinal del vehículo ferroviario. Estas son, por ejemplo, variables no medibles, tales como, por ejemplo, velocidades así como coeficientes de fricción entre la rueda y el carril así como entre el forro de freno y el disco de freno, fuerzas de frenado y momentos de frenado y similares. Aparte de eso, en una tercera salida 27 del modelo de sistema 20 se pueden leer las variables de perturbación z.
Las figuras 2 y 3 muestran, mediante resultados de simulación, el resultado del procedimiento mediante un proceso de frenado. A este respecto, la figura 2 muestra la curva del coeficiente de fricción |j(t) entre el forro de freno y el disco de freno en función del tiempo t. La figura 3 muestra el cambio en la velocidad longitudinal v(t) en función del mismo período de tiempo. Está representado un período de tiempo desde t = 30 s hasta t = 80 s. Se parte de la base de que el eje montado de un vehículo ferroviario se frena con una presión de frenado constante dentro del período de tiempo de t = 35 s hasta t = 80 s. Las curvas zj, Xv representadas en las figuras 2 y 3 con una línea continua muestran en cada caso las evoluciones temporales del modelo de vía, mientras que las líneas representadas de manera discontinua representan los valores calculados Z^, X» del modelo de sistema 20. En este ejemplo, se parte de la base de que, además de la velocidad de giro del eje montado w, se mide la velocidad longitudinal de traslación v de un eje montado, es decir, están a disposición como señales de medición y en la salida 13 del sistema de referencia 10.
La figura 2 muestra la evolución temporal del coeficiente de fricción j entre el forro de freno y el disco de freno, como surge debido a influencias fluctuantes durante el frenado con presión de freno constante. La fluctuación representada del coeficiente de fricción real (línea continua) se proyecta mediante el retorno de la desviación descrita anteriormente (y-y) y el diseño seleccionado (a través de simulación numérica, ensayos o cálculo) de la unidad 26 para la ponderación del resultado de la comparación por el modelo de sistema. La velocidad longitudinal v como uno de los estados x del sistema de referencia 10 y como una de las variables x que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal del modelo de sistema 20 está ilustrada en la figura 3. El retorno de la desviación (y-y) de la señal de medición y medida disponible en la salida 13 y de la señal de medición reconstruida y en la primera salida 22 del modelo de sistema da como resultado que el movimiento calculado por el modelo de sistema 20 se correlacione con el comportamiento real del sistema.
El efecto del coeficiente de fricción j reducido entre t = 40 s y t = 70s da como resultado que la velocidad longitudinal v disminuya menos rápidamente en el intervalo de tiempo mencionado, lo cual da como resultado un recorrido de frenado más largo y, por lo tanto, puede representar un riesgo para la seguridad.
En el ejemplo mostrado, la aplicación del procedimiento permite determinar la presión de frenado necesaria sobre la base del coeficiente de fricción j calculado entre el forro de freno y el disco de freno, que es necesario para el mantenimiento de un recorrido de frenado prescrito. Esta determinación se realiza en una unidad de control, cuya configuración y procedimiento no es objeto de la presente invención.
Además, el conocimiento del coeficiente de fricción |j permite extraer conclusiones sobre el estado de desgaste del forro del freno, lo cual posibilita un mantenimiento preventivo condicional.
La información detectada de este modo a partir de ejes montados o trenes de rodaje o cajas de vagón que marchan hacia delante se puede poner a disposición de manera adecuada como una predicción para los siguientes ejes montados o trenes de rodaje o cajas de vagón. Esta evaluación se realiza asimismo en una unidad de control y no es objeto de la presente consideración. Por medio de una comparación de los resultados de sucesivos ejes montados o trenes de rodaje o cajas de vagón, se hace evidente entonces si se trata de influencias relacionadas con la vía o de efectos del vehículo. Los cambios que se detectan con un retraso de tiempo en varias unidades de sensor indican influencias en el lado de la vía. Por el contrario, las fluctuaciones que solo ocurren en el caso de unidades de sensor individuales indican influencias en el vehículo.
Lista de referencias
I Observador de técnica de regulación
10 Sistema de referencia real observado
I I Primera entrada para la señal de entrada u
12 Segunda entrada para señal de perturbación z
13 Salida para señal de medición y
20 Modelo de sistema
21 Primera entrada para la señal de entrada u
22 Primera salida para la señal de medición reconstruida y
23 Segunda salida para la(s) variable(s) observadas x
24 Segunda entrada
25 Comparador
26 Unidad para la ponderación del resultado de la comparación
27 Tercera salida para la(s) variable(s) de perturbación reconstruida(s) z
u Señal de entrada
y Señal de medición
x Variable de estado
y Señal de medición reconstruida
x Variable de estado reconstruida
z Variable de perturbación
z Variable de perturbación reconstruida

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal, en particular de un tren de rodaje, de un vehículo ferroviario para la identificación de un estado de conducción actual del vehículo ferroviario, caracterizado por que, por medio de un observador de técnica de regulación (1), a partir de una señal de entrada (u) conocida o detectada mediante tecnología de medición y al menos una señal de medición (y) del vehículo ferroviario observado como sistema de referencia real observado (10), se reconstruyen y evalúan variables no medibles a través de un modelo de sistema (20) del vehículo ferroviario y que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal, comparándose la al menos una señal de medición (y) del vehículo ferroviario observado (10) y una señal de medición reconstruida (y) correspondiente del modelo de sistema (20), y rastreándose de forma recursiva la desviación detectada por medio de la comparación con un regulador, de manera que se minimiza la desviación detectada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la señal de entrada (u) se alimenta adicionalmente al modelo de sistema (20).
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la señal de entrada (u) y/o la al menos una señal de medición (y) se registran en uno o varios de los siguientes componentes:
- una caja de vagón;
- un tren de rodaje del vehículo ferroviario;
- al menos un bogie del vehículo ferroviario;
- al menos un eje montado del vehículo ferroviario.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que la al menos una señal de medición (y) se registra simultáneamente en lados opuestos del tren de rodaje o del bogie o del eje montado.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como la señal de entrada (u) se procesa una presión de freno de un actuador de freno o una corriente de frenado para la generación de una fuerza de frenado que ralentiza el vehículo ferroviario.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como la señal de entrada (u) se procesa una fuerza motriz o una corriente de motor para la generación de una fuerza que acelera el vehículo ferroviario.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como la al menos una señal de medición (y) se procesa una velocidad de giro o cambio en la velocidad de giro de al menos un eje montado.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como la al menos una señal de medición (y) se procesa una expansión de un componente que transmite una fuerza longitudinal, en particular una barra de tracción/de empuje o un pivote o un enlace lemniscático o una guía de eje montado.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como la al menos una señal de medición (y) se procesa un recorrido de resorte en una o varias fases de suspensión.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la evaluación de las variables que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal comprende una comparación de las variables de los sucesivos trenes de rodaje o cajas de vagón o ejes montados.
11. Producto de programa informático, que se puede cargar directamente en la memoria interna de una unidad de control digital y comprende secciones de código de software, con las cuales se realizan las etapas de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores cuando el producto se ejecuta en la unidad de control.
12. Dispositivo para determinar cambios en el comportamiento dinámico longitudinal, en particular de un tren de rodaje, de un vehículo ferroviario para la identificación de un estado de conducción actual del vehículo ferroviario, que comprende una unidad de control y al menos una unidad de sensor para proporcionar una respectiva señal de medición (y), estando configurada la unidad de control para reconstruir y para evaluar, por medio de un observador de técnica de regulación (1), a partir de una señal de entrada (u) conocida o detectada mediante tecnología de medición y la al menos una señal de medición (y) del vehículo ferroviario observado como sistema de referencia real observado (10), variables no medibles a través de un modelo de sistema (20) del vehículo ferroviario y que caracterizan el comportamiento dinámico longitudinal, estando configurada la unidad de control además para comparar la al menos una señal de medición (y) del vehículo ferroviario observado (10) y una señal de medición reconstruida (y) correspondiente del modelo de sistema (20) y para rastrear de forma recursiva la desviación detectada por medio de la comparación con un regulador, de manera que se minimiza la desviación detectada.
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