Detección de fallos en la suspensión de un vehículo ferroviario.

Un vehículo ferroviario, que comprende

- un cuerpo (102) de vagón y

- un sistema (103) de suspensión que comprende un tren (104) de rodaje que soporta dicho cuerpo (102) devagón,

y

- un dispositivo (109; 209; 309) de sensor y un dispositivo (107) de control;

caracterizado porque

- dicho dispositivo (109; 209; 309) de sensor captura un valor real de al menos una variable de estado, siendodicha variable de estado representativa de una relación espacial entre una primera parte (109.9; 209.9; 309.9) dereferencia de dicho dispositivo (109; 209; 309) de sensor asociada a una parte de dicho tren (104) de rodaje yuna segunda parte (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia de dicho dispositivo (109; 209; 309) de sensorasociada a dicho cuerpo (102) de vagón;

- dicho dispositivo (107) de control realiza un análisis de fallos de funcionamiento utilizando dicho valor real dedicha variable de estado, evaluando dicho análisis de fallos de funcionamiento el cumplimiento de al menos uncriterio de fallo de funcionamiento predeterminado;

- dicho dispositivo (107) de control proporciona una señal de fallo de funcionamiento si dicho análisis revela defallos de funcionamiento revela que se cumple dicho criterio de fallo de funcionamiento.

Detección de fallos en la suspensión de un vehículo ferroviario La presente invención se refiere a un vehículo ferroviario que comprende un cuerpo de vagón y un sistema de suspensión con un tren de rodaje que soporta el cuerpo de vagón. La presente invención se refiere además a un procedimiento para detectar un fallo de funcionamiento en un sistema de suspensión de un vehículo ferroviario de este tipo.

En vehículos ferroviarios modernos, se conoce generalmente detectar fallos de funcionamiento dentro del sistema de suspensión del vehículo ferroviario que tienen un efecto adverso en la estabilidad de marcha del vehículo ferroviario. Típicamente, se utilizan sensores de vibración o similares para capturar los valores reales de las variables de estado representativas de las aceleraciones que actúan sobre un componente específico del sistema de suspensión de un vehículo. Los datos obtenidos de esta manera se analizan a continuación para detectar situaciones con aceleraciones excesivas que actúan dentro del sistema de suspensión que son representativas de un fallo de funcionamiento del sistema de suspensión. Si se detecta una situación de fallo de funcionamiento de este tipo, se emiten las señales de advertencia de fallo de funcionamiento correspondientes para iniciar las contramedidas apropiadas para evitar situaciones peligrosas. Tales sistemas son conocidos por ejemplo a partir del documento WO 01/81147 A1.

Sin embargo, durante la operación de un vehículo ferroviario situaciones inaceptables y potencialmente peligrosas pueden no solo ser el resultado de un comportamiento vibratorio inapropiado del tren de rodaje del vehículo. Por ejemplo, los movimientos laterales excesivos del cuerpo de vagón con respecto al tren de rodaje pueden dar lugar a una violación de la envolvente cinemática definida para la vía específico que el vehículo está negociando. Para evitar este tipo de violaciones de la envolvente cinemática bajo ninguna circunstancia, por lo general, el contorno exterior del cuerpo de vagón y del sistema de suspensión de un vehículo ferroviario se adaptan específicamente al sistema de vías sobre el que el vehículo se va a poner en operación.

Aunque, por este medio, en un sistema de suspensión pasivo una violación de la envolvente cinemática de la vía respectiva se puede evitar efectivamente, este enfoque tiene la desventaja de que, por un lado, da generalmente como resultado un contorno exterior en su lugar restringido del cuerpo de vagón que reduce la capacidad de transporte del vehículo y, por otro lado, en una suspensión más bien rígida del cuerpo de vagón que es indeseable en términos de la comodidad de los pasajeros.

Existe un problema adicional para los sistemas de suspensión activos que comprenden, por ejemplo, un control de inclinación activo del cuerpo de vagón con respecto al tren de rodaje (es decir, un control del ángulo de inclinación o del ángulo de rodadura, respectivamente, del cuerpo de vagón sobre un eje de inclinación o eje de rodadura, respectivamente, que se extiende a lo largo de la dirección longitudinal del cuerpo de vagón) . En tales sistemas, por ejemplo, un fallo de funcionamiento del sistema de control de inclinación puede conducir a la introducción de excursiones excesivas en el cuerpo de vagón con respecto al tren de rodaje lo que conduce a violaciones de la envolvente cinemática. Lo mismo se aplica a un control de movimiento de balanceo activo del cuerpo de vagón.

Un problema adicional que puede surgir con tales sistemas de suspensión activos es que, por ejemplo, un fallo de funcionamiento del sistema de control de inclinación puede conducir a la introducción de excursiones laterales opuestas del cuerpo de vagón con respecto al tren de rodaje delantero y al tren de rodaje trasero. Una situación de este tipo, debido a la cinemática específica de un sistema de inclinación de este tipo, daría lugar a una carga de torsión del cuerpo de vagón que conduce a la descarga indeseada de algunas de las ruedas de los trenes de rodaje y, en consecuencia, a un aumento considerable del riesgo de descarrilamiento.

El Documento JP-A-2000-071982 desvela el preámbulo de las reivindicaciones independientes 1 y 11.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un vehículo ferroviario como se describe anteriormente que, al menos en cierta medida, supera las desventajas anteriores. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un vehículo ferroviario que proporciona tanto, una alta capacidad de transporte, así como una gran comodidad para os pasajeros al tiempo que garantiza una operación segura y fiable en cualquier circunstancia. Por último, un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para la detección del fallo de funcionamiento en un sistema de suspensión que permite la realización de un vehículo de este tipo.

Los objetos anteriores se consiguen a partir de un vehículo ferroviario de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 por las características de la parte caracterizadora de la reivindicación 1. Los objetos anteriores se consiguen aún más a partir de un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 11 por las características de la parte caracterizadora de la reivindicación 11.

La presente invención se basa en la enseñanza técnica de que una operación seguro y fiable de un vehículo ferroviario que proporciona una alta capacidad de transporte, así como una gran comodidad para los pasajeros, mientras que al mismo tiempo reduce el riesgo de violaciones inadvertidas de la envolvente cinemática de una vía dada sea negociado o que la reducción del riesgo de descarrilamiento se pueda lograr mediante la implementación de un sistema de supervisión que supervisa de la relación espacial entre una primera parte de referencia predefinida

asociada al tren de rodaje y una segunda parte de referencia predefinida asociada al cuerpo de vagón. El seguimiento de esta relación espacial permite realizar un análisis de fallos de funcionamiento identificando la presencia de una situación de fallo de funcionamiento cuando se sobrepasa un nivel de riesgo predefinido para una violación de la envolvente cinemática o un nivel de riesgo predefinido para un riesgo de descarrilamiento. En una situación de fallo de funcionamiento de este tipo, se puede emitir una señal de fallo de funcionamiento que, a su vez, se puede utilizar para iniciar contramedidas predefinidas para reducir significativamente este nivel de riesgo por debajo de un valor dado.

Se apreciará que, en el sentido de la presente invención, la relación espacial entre el tren de rodaje y el cuerpo de vagón se puede definir en uno o más de los seis grados de libertad (DOF) disponibles en el espacio. Por otra parte, el movimiento relativo entre el tren de rodaje y el cuerpo de vagón en uno o más de estos grados de libertad se puede considerar en el análisis de fallos de funcionamiento. Más precisamente, se puede considerar cualquier cambio en la posición (es decir, el movimiento en cualquiera de los tres grados de libertad de traslación) , así como cualquier cambio en la orientación (es decir, el movimiento en cualquiera de los tres grados de libertad de rotación) (solo o en una combinación arbitraria) en el análisis de fallos de funcionamiento.

El estudio del sistema para una situación de fallo de funcionamiento de este tipo permite la realización de sistemas de suspensión activos con un control activo de la relación espacial entre el tren de rodaje y el cuerpo de vagón. Un control activo de este tipo permite, por una parte, maximizar el contorno exterior y, en consecuencia, la capacidad de transporte del cuerpo de vagón dado que la relación espacial del cuerpo de vagón con respecto al tren de rodaje (y, en consecuencia, con respecto a la envolvente cinemática) se puede adaptar activamente a una envolvente cinemática dada. Por otra parte, un sistema de suspensión activo de este tipo se puede optimizar en términos de la comodidad de los pasajeros dado que su rigidez y características de amortiguación se pueden adaptar activamente a la situación actual de marcha del vehículo. Gracias al estudio de fallo de funcionamiento de acuerdo con la invención, ambas ventajas se consiguen sin aumentar el riesgo de una violación de la envolvente cinemática o del riesgo de descarrilamiento.

De este modo, se puede lograr un sistema de suspensión de vehículo activo que cumple sofisticados requisitos de seguridad. Los componentes que cooperan en el análisis de fallos de funcionamiento se pueden proporcionar de una manera redundante y/o pueden estar provistos de instalaciones de pruebas funcionales fiables (por ejemplo, circuitos de prueba que... [Seguir leyendo]

1. Un vehículo ferroviario, que comprende

- un cuerpo (102) de vagón y

- un sistema (103) de suspensión que comprende un tren (104) de rodaje que soporta dicho cuerpo (102) de vagón, y

- un dispositivo (109; 209; 309) de sensor y un dispositivo (107) de control;

caracterizado porque

- dicho dispositivo (109; 209; 309) de sensor captura un valor real de al menos una variable de estado, siendo dicha variable de estado representativa de una relación espacial entre una primera parte (109.9; 209.9; 309.9) de referencia de dicho dispositivo (109; 209; 309) de sensor asociada a una parte de dicho tren (104) de rodaje y una segunda parte (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia de dicho dispositivo (109; 209; 309) de sensor asociada a dicho cuerpo (102) de vagón;

- dicho dispositivo (107) de control realiza un análisis de fallos de funcionamiento utilizando dicho valor real de dicha variable de estado, evaluando dicho análisis de fallos de funcionamiento el cumplimiento de al menos un criterio de fallo de funcionamiento predeterminado;

- dicho dispositivo (107) de control proporciona una señal de fallo de funcionamiento si dicho análisis revela de fallos de funcionamiento revela que se cumple dicho criterio de fallo de funcionamiento.

2. El vehículo ferroviario de acuerdo con la reivindicación 1, en el que

- dicho vehículo ferroviario define una dirección longitudinal, una dirección transversal y una dirección de la altura;

- dicha variable de estado es representativa de un desplazamiento transversal entre dicha primera parte (109.9; 209.9; 309.9) de referencia y dicha segunda parte (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia en dicha dirección transversal y/o

- dicha variable de estado es representativa de un desplazamiento de guiñada angular entre dicha primera parte (109.9; 209.9; 309.9) de referencia y dicha segunda parte (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia sobre dicha dirección de la altura.

3. El vehículo ferroviario de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que

- dicho dispositivo (109; 209; 309) de sensor y/o dicho dispositivo (107) de control proporcionan una adaptación de dicho análisis de fallos de funcionamiento a un estado de marcha real de dicho vehículo ferroviario;

- dicho estado de marcha real está, en particular, definido por una velocidad de marcha de dicho vehículo y/o una dirección de marcha de dicho vehículo y/o una geometría de la vía de una vía negociada actualmente por dicho vehículo;

- dicha geometría de la vía está, en particular, definida por al menos uno de una curvatura de dicha vía, un peralte de dicha vía y una torsión de dicha vía.

4. El vehículo ferroviario de acuerdo con la reivindicación 3, en el que

- dicho dispositivo (109; 209; 309) de sensor comprende una unidad (114) de sensor del estado de marcha que captura un valor real de una variable del estado de marcha;

- dicha variable del estado de marcha es representativa de dicho estado real de marcha de dicho vehículo ferroviario;

- dicho dispositivo (107) de control ejecuta dicho análisis de fallos de funcionamiento como una función de dicho valor real de dicha variable del estado de marcha proporcionado por dicha unidad de sensor del estado de marcha y/o

- dicho dispositivo (109) de sensor modifica su comportamiento de captura de dicha variable de estado como una función de dicho valor real de dicha variable del estado de marcha.

5. El vehículo ferroviario de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, en el que

- dicho dispositivo (109) de sensor comprende una unidad (109.9) de sensor de la variable de estado que captura de dicho valor real de dicha variable de estado en una dirección de detección;

- dicha unidad (109.9) de sensor de la variable de estado tiene un comportamiento de captura en dicha dirección de detección, en particular, una sensibilidad en dicha dirección de detección, que varía como una función de dicho estado de marcha real de dicho vehículo ferroviario;

- dicha unidad (109.9) de sensor de la variable de estado, en particular, al menos en sección, tiene características de captura lineales y/o esféricas.

6. El vehículo ferroviario de acuerdo con la reivindicación 5, en el que

- dicha unidad (109.9; 209.9; 309.9) de sensor de la variable de estado comprende un elemento (109.9) de

detección y un elemento (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia asociado;

- dicho elemento (109.9; 209.9; 309.9) de detección captura un valor representativo de al menos una distancia entre dicho elemento (109.9; 209.9; 309.9) de detección y dicho elemento (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia como dicho valor real de dicha variable de estado en dicha dirección de detección;

- dicho elemento (109.9; 209.9; 309.9) de detección forma dicha primera parte de referencia o dicha segunda parte de referencia y dicho elemento de referencia forma la otra de dicha primera parte de referencia y dicha segunda parte de referencia;

- dicho elemento (109.9; 209.9; 309.9) de detección y dicho elemento (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia están dispuestos de tal manera que, al menos en dicha dirección de detección, una posición relativa entre dicho elemento (109.9; 209.9; 309.9) de detección y dicho elemento (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia varía como una función de dicho estado de marcha real de dicho vehículo ferroviario para proporcionar dicha variación en dicho comportamiento de captura en dicha dirección de detección;

- dicho elemento (109.9; 209.9; 309.9) de detección y dicho elemento (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia están, en particular, dispuestos a una distancia, en particular, a una distancia a lo largo de dicha dirección longitudinal, desde un eje de guiñada definido por dicho sistema (103) de suspensión entre dicho tren (104) de rodaje y dicho cuerpo (102) de vagón.

7. El vehículo ferroviario de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que

- dicho dispositivo (109; 209, 309) de sensor comprende al menos un sensor (109.9, 209.9, 309.9) de distancia;

- dicho al menos un sensor (109.9; 209.9; 309.9) de distancia captura al menos un valor representativo de una distancia entre dicha primera parte de referencia y dicha segunda parte de referencia;

- dicho al menos un sensor (109.9; 209.9; 309.9) de distancia está, en particular, diseñado en la forma de un interruptor de proximidad.

8. El vehículo ferroviario de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que

- dicho cuerpo (102) de vagón está soportado en dicho tren (104) de rodaje a través de un sistema (104.4) de muelles secundario de dicho sistema (103) de suspensión;

- dicha primera parte de referencia y dicha segunda parte de referencia están dispuestas cinemáticamente paralelas a al menos una parte de dicho sistema (104.4) de muelles secundario;

- en particular, dicha primera parte de referencia está conectada a una primera parte de dicho tren (104) de rodaje y dicha segunda parte de referencia está conectada a una segunda parte de dicho tren (104) de rodaje, en particular a un travesaño soportado a través de una parte de dicho sistema de muelles secundario sobre dicha primera parte de dicho tren (104) de rodaje, o dicha segunda parte de referencia está conectada a dicho cuerpo de vagón;

- en particular, dicha primera parte de referencia y/o dicha segunda parte de referencia están integradas en un componente de dicho sistema (104.4) de muelles secundario, en particular en un muelle neumático de dicho sistema de muelles secundario;

9. El vehículo ferroviario de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que

- dicho sistema (103) de suspensión comprende un dispositivo (106.3) de ejercer fuerza;

- dicho dispositivo (106.3) de ejercer fuerza, bajo el control de dicho dispositivo (107) de control, ejerce una fuerza dentro de dicho sistema (103) de suspensión, influyendo dicha fuerza en dicha al menos una variable de estado;

- dicho dispositivo de ejercer fuerza modifica particularmente su operación como una función de dicha señal de fallo de funcionamiento, en particular, dicho dispositivo de ejercer fuerza conmuta a un modo de operación desactivado en respuesta a dicha señal de fallo de funcionamiento;

- dicho dispositivo (106.3) de ejercer fuerza está particularmente adaptado para ejercer, en dicho modo de operación desactivado, una fuerza de reposición dentro de dicho sistema de suspensión, actuando dicha fuerza de reposición para restablecer dicho cuerpo (102) de vagón en una posición neutra predeterminada con respecto a dicho tren (104) de rodaje.

10. El vehículo ferroviario de acuerdo con la reivindicación 9, en el que

- dicho dispositivo de ejercer fuerza comprende un dispositivo (106.3) de accionamiento, en particular un actuador de inclinación que ajusta el ángulo de inclinación de dicho cuerpo (102) de vagón sobre un eje de inclinación que discurre en una dirección longitudinal de dicho vehículo, y/o

- dicho dispositivo de ejercer fuerza comprende un dispositivo de amortiguación, en particular, un dispositivo de amortiguación de guiñada, que amortigua los movimientos entre dicho tren de rodaje y dicho vagón y/o

- dicha primera parte de referencia y/o dicha segunda parte de referencia están integradas en un componente de dicho dispositivo (106.3) de ejercer fuerza, en particular en un dispositivo (106.3) de accionamiento de dicho dispositivo de ejercer fuerza.

11. Un procedimiento para detectar el fallo de funcionamiento en un sistema de suspensión de un vehículo ferroviario con un cuerpo (102) de vagón y un sistema (103) de suspensión que comprende un tren (104) de rodaje que soporta dicho cuerpo (102) de vagón, y un dispositivo (109; 209; 309) de sensor y un dispositivo (107) de control, caracterizado por

- capturar un valor real de al menos una variable de estado, siendo dicha variable de estado representativa de una relación espacial entre una primera parte (109.9; 209.9; 309.9) de referencia asociada a dicho tren (104) de rodaje y una segunda parte de referencia (109.5 a 109.8, 209.5, 309.5) asociada a dicho cuerpo (102) de vagón, y

- realizar un análisis de fallos de funcionamiento utilizando dicho valor real de dicha variable de estado, evaluando dicho análisis de fallos de funcionamiento el cumplimiento de al menos un criterio de fallo de funcionamiento predeterminado;

- proporcionar una señal de fallo de funcionamiento si dicho análisis de fallo de funcionamiento revela que dicho criterio de fallo de funcionamiento se cumple.

12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que

- dicho vehículo ferroviario define una dirección longitudinal, una dirección transversal y una dirección de la altura;

- dicha variable de estado es representativa de un desplazamiento transversal entre dicha primera parte (109.9; 209.9; 309.9) de referencia y dicha segunda parte (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia en dicha dirección transversal y/o

- dicha variable de estado es representativa de un desplazamiento de guiñada angular entre dicha primera parte (109.9; 209.9; 309.9) de referencia y dicha segunda parte (109.5 a 109.8; 209.5; 309.5) de referencia sobre dicha dirección de la altura.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11 o 12, en el que

- una adaptación de dicho análisis de fallos de funcionamiento a un estado de marcha real de dicho vehículo ferroviario es proporcionada;

- dicho estado de marcha real está, en particular, definido por una velocidad de marcha de dicho vehículo y/o una dirección de marcha de dicho vehículo y/o una geometría de la vía de una vía negociada actualmente por dicho vehículo;

- dicha geometría de la vía está, en particular, definida por al menos uno de una curvatura de dicha vía, un peralte de dicha vía y una torsión de dicha vía.

14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el que

- un valor real de una variable del estado de marcha es capturado;

- dicha variable del estado de marcha es representativa de dicho estado real de marcha de dicho vehículo ferroviario;

- dicho análisis de fallos de funcionamiento es ejecutado como una función de dicho valor real de dicha variable del estado de marcha y/o

- se modifica un comportamiento de captura de dicha variable de estado como una función de dicho valor real de dicha variable del estado de marcha.

15. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que

- dicho sistema (103) de suspensión comprende un dispositivo (106.3) de ejercer fuerza;

- dicho dispositivo (106.3) de ejercer fuerza ejerce una fuerza dentro de dicho sistema (103) de suspensión, influyendo dicha fuerza en dicha al menos una variable de estado;

- dicho dispositivo (106.3) de ejercer fuerza modifica particularmente su operación como una función de dicha señal de fallo de funcionamiento, en particular, dicho dispositivo (106.3) de ejercer fuerza conmuta a un modo de operación desactivado en respuesta a dicha señal de fallo de funcionamiento;

- dicho dispositivo (106.3) de ejercer fuerza es particularmente un dispositivo de accionamiento siendo, en particular, ser un actuador de inclinación que ajusta un ángulo de inclinación de dicho cuerpo (102) de vagón sobre un eje de inclinación que discurre en una dirección longitudinal de dicho vehículo; y/o

- dicho dispositivo de ejercer fuerza es particularmente un dispositivo de amortiguación siendo, en particular, un dispositivo de amortiguación de guiñada, que amortigua los movimientos entre dicho tren (104) de rodaje y dicho cuerpo (102) de vagón y/o

- dicha primera parte de referencia y/o dicha segunda parte de referencia están integradas en un componente de dicho dispositivo (106.3) de ejercer fuerza, en particular, en un dispositivo (106.3) de accionamiento de dicho dispositivo de ejercer fuerza.