METODO Y SISTEMA PARA DETERMINAR UNA PLURALIDAD DE COMPONENTES DE CARGA SOBRE RUEDA.
Un método para determinar una pluralidad de componentes de carga (Fi) en una rueda,
que comprende las etapas de:
proporcionar sobre la rueda una pluralidad de sensores (gj) con los cuales sea posible detectar las deformaciones y las tensiones en la mencionada rueda; y
medir esencialmente en forma simultánea una primera pluralidad de valores de sensores (ej) de al menos algunos de los sensores (gj), en donde el numero de sensores (gj), en donde los valores de los sensores se miden en forma esencialmente simultánea, son al menos tres; y
determinar una segunda pluralidad de componentes de carga (Fi) al menos basados parcialmente en los valores de los sensores medidos (ej); en donde el método está adaptado para ser ejecutado en una rueda de tren; y en donde el método está adaptado para determinar la mencionada segunda pluralidad de componentes de carga, de forma que los mencionados componentes de carga determinados sean componentes de la carga (Fi) que actúan sobre una rueda de tren en un punto de contacto entre la rueda del tren y un carril;
caracterizado porque:
el vector (F) de componente de la carga comprende los mencionados componentes de la carga (Fi);
el vector (e) del valor del sensor comprende los mencionados valores (ej) del sensor medido, los cuales dependen de la posición angular de la rueda del tren; y porque:
la etapa de determinación de la segunda pluralidad de los componentes (Fi) de carga comprende la resolución de un sistema de ecuaciones que incluye la determinación de una matriz (B) de determinación de los componentes de carga, de forma tal que el mencionado vector (F) de los componentes de carga sea igual o aproximado al producto de la matriz (B) de determinación de los componentes de carga y el mencionado vector (e) del valor del sensor; y porque:
la mencionada primera pluralidad de los valores (ej) de los sensores es un número mayor que la mencionada segunda pluralidad de los componentes de la carga (Fi), de forma que quede hiperdeterminado el mencionado sistema de ecuaciones
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W06062739EP.
Solicitante: INTERFLEET TECHNOLOGY AB.
Nacionalidad solicitante: Suecia.
Dirección: P.O. BOX 35,171 11 SOLNA.
Inventor/es: ANDERSSON, LARS, SUNDVALL,PAUL, OGREN,MARIA.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 4 de Noviembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01L5/16B
- G01M17/10 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01M ENSAYO DEL EQUILIBRADO ESTATICO O DINAMICO DE MAQUINAS O ESTRUCTURAS; ENSAYO DE ESTRUCTURAS O APARATOS, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR. › G01M 17/00 Ensayos de vehículos (ensayos de estanqueidad G01M 3/00; ensayos de las propiedades elásticas de carcasas o chasis, p. ej. ensayos de torsión G01M 5/00; ensayos de alineación de los dispositivos de iluminación delantera de vehículos G01M 11/06; ensayos de motores G01M 15/00). › Suspensiones, ejes o ruedas.
Clasificación PCT:
- G01L5/16 G01 […] › G01L MEDIDA DE FUERZAS, TENSIONES, PARES, TRABAJO, POTENCIA MECANICA, RENDIMIENTO MECANICO O DE LA PRESION DE LOS FLUIDOS (pesado G01G). › G01L 5/00 Aparatos o métodos para la medida de fuerzas, del trabajo, de la potencia mecánica o del par, especialmente adaptados a fines específicos. › para la medida de varios componentes de la fuerza.
- G01L5/20 G01L 5/00 […] › para la medida del empuje lateral de las ruedas.
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Fragmento de la descripción:
Método y sistema para determinar una pluralidad de componentes de carga sobre una rueda.
Campo técnico
La invención está relacionada con un método y un sistema para determinar una pluralidad de componentes de carga sobre una rueda.
Antecedentes
Se han sugerido varios métodos para determinar las cargas que actúan sobre una rueda de tren.
Un método utilizado frecuentemente comprende el equipar cada rueda con unas configuraciones de medidores de deformaciones, denominados como puentes de Wheatstone. Se proporcionan dos de tales puentes para la fuerza vertical y se proporciona un puente para la fuerza lateral. Las señales están desacopladas basándose en el emplazamiento de los medidores de las deformaciones. El equipo de acondicionamiento de la señal está situado en la rueda y está conectado a la rueda por medio de un dispositivo de un anillo deslizante. Puesto que la fuerza vertical no se mide directamente, se utiliza una pieza de dispositivo físico analógico, un conformador de "Q", para obtener la fuerza a partir de las señales medidas. En este método se encuentran varios inconvenientes. Las ruedas tienen que tener una banda curvada para obtener la separación de las fuerzas de rodadura laterales y verticales. Esto significa que tienen que proporcionarse unas ruedas fabricadas especiales para la prueba. Además de ello, los discos interior y exterior de la rueda tienen que estar equipados con instrumentos. Esto significa que los discos de la rueda tienen que proporcionarse con agujeros para transferir la señal entre el lado interior y el lado exterior. Tales operaciones pueden poner en compromiso la integridad estructural de la rueda, acortando su vida útil, y convertirla en inútil para una operación normal después de haber finalizado las pruebas.
Se puede encontrar un conocido método para determinar las cargas de una rueda de tren, por ejemplo, en los documentos DE3114499A1 y EP580969A1.
El documento DE1079348 describe un método en el cual se colocan dos medidores de deformación sobre una rueda de tren, uno en cada lado de la misma, y opuestos entre sí. Se establecen los valores de calibración correspondientes a las relaciones entre las deformaciones y los ángulos de la rueda para los medidores de las deformaciones en las cargas verticales y laterales. Se proporcionan dos ecuaciones con las relaciones entre las deformaciones medidas, los valores de la calibración y las cargas reales. Aunque una realización sugiere el uso de pares medidores adicionales de las deformaciones para una provisión secuencial de los valores medidos, en cualquier punto dado en el tiempo se utilizan solo dos medidores de deformación situados en el mismo emplazamiento radial y angular (en coordenadas angulares) de la rueda, para el cálculo de las cargas. Esto da lugar a que el sistema sea sensible a la interferencia, y a los niveles de ruido, resultando con ello la aparición de un riesgo de resultados erróneos. Además de ello, tal como en la solución descrita anteriormente, el interior así como el exterior del disco de la rueda tienen que estar equipados con instrumentos, se da lugar a la necesidad de operaciones estructurales perjudiciales en la rueda.
El artículo de Otter D E y otros titulado "Diseño para los conjuntos de ruedas de medida de la carga de la siguiente generación", Procedimientos del IEEE/ASME, Conferencia Conjunta de Ferrocarriles, St. Louis, 21-23 de Mayo, 1991, páginas 37-42, expone el diseño de un conjunto de ruedas de ferrocarril con medidores de deformación, que tiene una precisión significativamente mejorada.
En general, en la mayor parte de los métodos conocidos, la salida de los medidores será generalmente una combinación de todas las características presentadas en la rueda y en el sistema eléctrico utilizado para la medición, así como también las perturbaciones. En general, con respecto a cada carga a determinar, existe una necesidad de mejorar la separación de las medidas que pertenecen a esta carga con respecto al resto de las señales.
Sumario
Es un objeto de la invención el proporcionar un método de prueba de las cargas en una rueda, que es fácil de ejecutar, y que proporciona unos resultados fiables a determinar.
Es también un objeto de la invención el proporcionar un método de prueba de las cargas en la rueda que pueda ejecutarse con la utilización de una rueda de cualquier tipo conocido sin tener que ejecutarse en la rueda operaciones estructuralmente perjudiciales.
Es también un objeto de la invención el proporcionar un método de prueba de las cargas en la rueda que tenga una baja sensibilidad a la interferencia de señales.
Estos objetos se alcanzan con un método tal como el definido en la reivindicaron 1, y con un sistema según se define en la reivindicación 10.
La frase "medición substancialmente en forma simultánea" significa en este caso que los valores se obtienen a partir de varios sensores, de forma tal que la rotación de la rueda a partir del instante en el cual se obtiene el primer valor hasta el instante en el cual se obtiene el último valor tiene un valor máximo. Preferiblemente, la rueda gira con un valor no mayor de 30 grados desde el instante en el cual se obtiene el primer valor hasta el instante en que se obtiene el último valor. Esto proporcionará información que podría ser útil para determinar los componentes de la carga. Si la ruega gira en un valor no superior a 15 grados desde el instante en que se obtiene el primer valor y el instante en que se obtiene el último valor, será más elevada la utilidad de la información. Para obtener unos resultados fiables, la rueda no deberá girar un valor superior a 15 grados desde el instante en que se obtiene el primer valor hasta el instante en que se obtiene el último valor.
Mediante la medida de los valores de los sensores esencialmente en forma simultánea de al menos tres sensores en distintos emplazamientos angulares distintos de la rueda, se puede obtener una "imagen" del campo de las deformaciones en la rueda. Esto proporcionará una base fiable para la determinación de los componentes de la carga. Además de ello, puesto que los valores de las medidas se obtienen a partir de una pluralidad de emplazamientos angulares y/o radiales de la rueda, los valores que sean demasiado bajos para ser útiles en las soluciones conocidas, podrán ser utilizados en la técnica de la invención. Así mismo, la técnica de la invención no necesita ruedas de prueba diseñadas especialmente para poder obtener unos valores mayores de las medidas.
Un problema específico que se ha encontrado al utilizar la tecnología conocida de medidas es que en relación con los componentes de carga que actúan en el punto de contacto entre la rueda y el carril, que son en general los más relevantes de medir, las deformaciones y las tensiones en la rueda que proceden de cargas tales como la rotación y la temperatura son difíciles o imposibles de separar de las cargas de interés. Por tanto, éstas con frecuencia generan errores. En la técnica de la invención, en el caso general, estas cargas pueden medirse con un emplazamiento adecuado del sensor, y separarse perfectamente entre si, así como también de las cargas puntuales de contacto. En el caso en donde todos los sensores están situados en el mismo radio, las cargas rotacionalmente simétricas no pueden separarse obviamente entre sí, pero pueden todavía separarse de las fuerzas en el punto de contacto de la rueda-carril.
Así mismo, puede gestionarse el caso de cargas cuasi-estáticas, sin ninguna suposición de la simetría rotacional, dentro del alcance de la invención. Tales cargas pueden ser desplazamientos del equipo debidos a la fabricación no perfecta del equipo o bien un montaje defectuoso del equipo sobre la rueda, cargas de temperatura homogéneas (si por ejemplo el sol ha estado brillando sobre solo una parte de la rueda), etc.
Las tecnologías de medida conocidas requieren una muy buena precisión en la fijación de los sensores a la rueda, lo cual requiere tiempo y consumo de recursos, ya que cada sensor tiene que fijarse con frecuencia a la rueda varias veces antes de que se considere que está colocado suficientemente bien. Si no se mantiene la preescisión, se introducirán errores inaceptables en el sistema. Con la invención la precisión de colocación de los sensores requiere que sea suficiente solo hasta un nivel en el cual los sensores se coloquen de una forma que pueda capturar los campos de las deformaciones procedentes de las cargas en forma satisfactoria. Tal como se ha descrito anteriormente, también las cargas...
Reivindicaciones:
1. Un método para determinar una pluralidad de componentes de carga (Fi) en una rueda, que comprende las etapas de:
- proporcionar sobre la rueda una pluralidad de sensores (gj) con los cuales sea posible detectar las deformaciones y las tensiones en la mencionada rueda; y
- medir esencialmente en forma simultánea una primera pluralidad de valores de sensores (ej) de al menos algunos de los sensores (gj), en donde el numero de sensores (gj), en donde los valores de los sensores se miden en forma esencialmente simultánea, son al menos tres; y
- determinar una segunda pluralidad de componentes de carga (Fi) al menos basados parcialmente en los valores de los sensores medidos (ej); en donde el método está adaptado para ser ejecutado en una rueda de tren; y en donde el método está adaptado para determinar la mencionada segunda pluralidad de componentes de carga, de forma que los mencionados componentes de carga determinados sean componentes de la carga (Fi) que actúan sobre una rueda de tren en un punto de contacto entre la rueda del tren y un carril;
caracterizado porque:
- el vector (F) de componente de la carga comprende los mencionados componentes de la carga (Fi);
- el vector (e) del valor del sensor comprende los mencionados valores (ej) del sensor medido, los cuales dependen de la posición angular de la rueda del tren; y porque:
- la etapa de determinación de la segunda pluralidad de los componentes (Fi) de carga comprende la resolución de un sistema de ecuaciones que incluye la determinación de una matriz (B) de determinación de los componentes de carga, de forma tal que el mencionado vector (F) de los componentes de carga sea igual o aproximado al producto de la matriz (B) de determinación de los componentes de carga y el mencionado vector (e) del valor del sensor; y porque:
- la mencionada primera pluralidad de los valores (ej) de los sensores es un número mayor que la mencionada segunda pluralidad de los componentes de la carga (Fi), de forma que quede hiperdeterminado el mencionado sistema de ecuaciones.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la matriz (B) de determinación de los componentes de la carga se selecciona de forma que F = Be es la solución sea la solución de mínimos cuadrados para el sistema de ecuaciones lineales hiperdeterminado de e = AF, en donde la matriz A contiene los valores del sensor relacionados con los componentes de la carga individuales.
3. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la determinación al menos parcialmente sobre la base de los valores (ej) del sensor medido, el ángulo de la rueda (
4. El método de acuerdo con la reivindicación 3
en donde se determina el ángulo de la rueda (
5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el numero de sensores, cuyos valores del sensor (ej) están medidos esencialmente en forma simultánea, en al menos ocho.
6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde todos los sensores (gj) están provistos sobre el mismo lado de la rueda.
7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos un sensor (gj) comprende dos elementos de sensor (gja. gjb), por lo que un elemento del sensor (gja) está orientado en la dirección radial de la rueda, y el otro (gjb) está orientado en la dirección circunferencial.
8. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos algunos de los sensores están provistos a lo largo de un círculo, cuyo centro coincide esencialmente con el centro de la rueda.
9. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos algunos de los sensores están conectados a un dispositivo eléctrico (2) en el eje de la rueda, comprendiendo el dispositivo eléctrico (2) una unidad de radio (2c), comprendiendo el método la etapa de transmitir información al menos parcialmente basándose en los valores del sensor hacia un receptor de radio (4).
10. Un sistema para determinar una pluralidad de componentes (Fi) de carga sobre una rueda,
en donde el sistema comprende, sobre la rueda, una pluralidad de sensores (gj), con los cuales es posible detectar las deformaciones o tensiones en la mencionada rueda;
estando adaptado el sistema para medir esencialmente en forma simultánea una primera pluralidad de los valores de los sensores (ej) de al menos algunos de los sensores (gj), en donde el numero de sensores (gj), cuyos valores de los sensores (ej) se miden esencialmente en forma simultánea, es al menos de 3; y en donde:
el sistema está adaptado para determinar una segunda pluralidad de componentes de carga, al menos basados parcialmente sobre los valores (ej) de los sensores medidos, y en donde:
la mencionada rueda s una rueda de tren; y el sistema está adaptado para determinar la mencionada segunda pluralidad de componentes de carga (Fi), de forma que los mencionados componentes de carga determinados sean componentes de carga (Fi) que actúan sobre la rueda de tren en un punto de contacto entre la rueda de tren y un carril; caracterizado porque tiene:
- un vector (F) de componentes de carga que comprende los mencionados componentes de carga (Fi);
- un vector (e) del valor del sensor, que comprende los mencionados valores (ej) del sensor medidos, los cuales son dependientes de la posición angular de la rueda del tren; porque:
- el sistema está adaptado para determinar la segunda pluralidad de los componentes de carga (Fi) por los medios de resolución de un sistema de ecuaciones, el cual incluye la determinación de una matriz (B) de determinación de los componentes de carga, de forma tal que el mencionado vector (F) de los componentes de carga sea igual o aproximado por el producto de la matriz (B) de determinación de los componentes de la carga y el mencionado vector (e) del valor del sensor, y porque:
- la mencionada primera pluralidad de los valores de los sensores (ej) es un número mayor que la mencionada segunda pluralidad de los componentes de carga (Fi), de forma que el mencionado sistema de ecuaciones esté hiperdeterminado.
11. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 10, que está adaptado para seleccionar la matriz (B) de determinación de los componentes de carga, de forma que F = Be sea una solución de mínimos cuadrados para el sistema de ecuaciones lineales hiperdeterminadas de e = AF, en donde la matriz A contiene valores de los sensores relacionados con los componentes individuales de la carga.
12. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 ú 11, adaptado para determinar, al menos parcialmente, sobre la base de los valores (ej) de los sensores medidos, el ángulo de la rueda (
13. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 12, adaptado para determinar el ángulo de la rueda (
14. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 - 13, en donde el numero de sensores, cuyos valores de los sensores (ej) están medidos esencialmente en forma simultánea, es al menos de ocho.
15. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 - 14, en donde todos los sensores (gj) están provistos sobre el mismo lado de la rueda.
16. Un sistema de acuerdo con la reivindicaciones 11-17, en donde al menos un sensor (gj) comprende dos elementos de sensor (gja, gjb), por lo que un elemento (gja) del sensor está orientado en la dirección radial de la rueda, y el otro (gjb) está orientado en la dirección en la dirección circunferencial.
17. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10-16, en donde al menos algunos de los sensores están provistos a lo largo de un círculo, cuyo centro coincide esencialmente con el centro de la rueda.
18. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10-17, en donde al menos algunos de los sensores están conectados a un dispositivo eléctrico (2) en el eje de la rueda, en donde el dispositivo eléctrico (2) comprende una unidad de radio (2c), adaptada para transmitir información al menos basada parcialmente sobre los valores del sensor hacia un receptor de radio (4).
19. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10-17, en donde al menos algunos de los sensores están conectados a un dispositivo eléctrico (2) sobre una parte del vehículo que esté conectada a la rueda en donde estén colocados los sensores, por ejemplo, en el eje de la rueda, en donde el dispositivo eléctrico (2) comprende una unidad de radio (2c), adaptado para transmitir información al menos parcialmente, basándose en los valores de los sensores a un receptor de radio (4).
20. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 17, en donde las señales de los sensores colocados y enfrentados entre sí a través del círculo se restan entre sí.
21. Un sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10-20, en donde:
el sistema está configurado para recoger los valores de los sensores durante un periodo de tiempo, y el sistema está configurado para utilizar los valores de los sensores recogidos para determinar la frecuencia de la rotación de la rueda; y el sistema está configurado para utilizar la información de la frecuencia de rotación de la rueda, en combinación con los valores de los sensores recogidos en el proceso de determinación al menos de una posición angular de la rueda.
22. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde al menos algunos de los sensores están conectados a un dispositivo eléctrico (2) sobre una parte del vehículo que está conectado rígidamente la rueda, en donde están colocados los sensores, por ejemplo, en el eje de la rueda, en donde el dispositivo eléctrico (2) comprende una unidad de radio (2c), comprendiendo el método la etapa de transmitir información basada al menos parcialmente en los valores de los sensores hacia un receptor de radio (4).
23. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el método comprende la etapa de:
- restar las señales de los sensores situados en forma opuesta entre sí a través del círculo entre sí.
24. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9 ó 22 ó 23, comprendiendo además la etapa de:
- determinación de la frecuencia de la rotación de la rueda antes de determinar una posición angular de la rueda.
25. Un método de acuerdo con la reivindicación 24, comprendiendo además las etapas de:
recoger los valores de los sensores durante un periodo de tiempo, y utilizar los valores de los sensores recogidos para determinar la frecuencia de la rotación de la rueda; y
utilizar la información de la frecuencia de rotación de la rueda en combinación con los valores de los sensores recogidos, para determinar al menos una posición angular de la rueda.
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