ES2240264T3 - Sistema y procedimiento de control semiautomatico para vehiculos. - Google Patents
Sistema y procedimiento de control semiautomatico para vehiculos.Info
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Abstract
Sistema de control semiautomático para un vehículo con: un dispositivo (1) para la introducción manual de una primera especificación de velocidad de desplazamiento (vd1), caracterizado por un dispositivo de control automático (2) para la determinación automática de una segunda especificación de velocidad de desplazamiento (vd2) conforme a condiciones marco almacenadas en un dispositivo de almacenamiento (5) y un sistema de inferencia (3), al que se suministra la primera y la segunda especificación de velocidad de desplazamiento (vd1, vd2), que a partir de ello determina la especificación de velocidad de desplazamiento con el valor menor y la emite como velocidad de desplazamiento teórica (vdteor) a un dispositivo de regulación de velocidad (4) para la regulación de la velocidad del vehículo.
Description
Sistema y procedimiento de control semiautomático
para vehículos.
La presente invención se refiere a un sistema y
procedimiento de control semiautomático para vehículos según el
preámbulo de la reivindicación 1 a 3.
En la realización de desplazamientos con
vehículos, particularmente de vehículos en tráfico ferroviario,
deben tenerse en cuenta numerosas condiciones marco para la
determinación de comandos de control como aceleraciones, frenados o
la especificación de velocidades teóricas. Las condiciones marco
son, por ejemplo, un horario general, peculiaridades temporales (por
ejemplo, debido a obras), dispositivos de señalización,
especificaciones de una central de dirección, la topografía del
trayecto, influencias meteorológicas y condiciones marco específicas
del vehículo como, por ejemplo, la masa del vehículo o la masa del
tren, la potencia máxima y la velocidad máxima. Además, pueden
aprovecharse los grados de libertad remanentes para optimizar el
funcionamiento, por ejemplo, respecto a un consumo de energía mínimo
o a un desgaste mínimo.
Por tanto, para ayudar a un conductor de vehículo
se ofrece el uso de un sistema de control semiautomático.
Tradicionalmente, para ello se conocen dos
categorías distintas de sistemas de control:
Un ejemplo de un curso de control de este tipo se
muestra en la Fig. 4. En el caso de sistemas de control de este
tipo, por un lado, se calculan de forma automática acciones de
control o datos de control automáticos en un dispositivo de control
mediante condiciones marco predeterminadas (etapa S41a), y se
indican al conductor del vehículo como propuestas de decisión en un
dispositivo de indicación (etapa S42a).
En la etapa S41m el conductor del vehículo
introduce datos de control en un dispositivo de introducción,
pudiendo tener en cuenta o no las propuestas de decisión indicadas
para los datos de control. Conforme a los datos de control
introducidos se realiza el control del vehículo en la etapa
S42m.
El curso del control en un sistema de control de
este tipo se muestra en la Fig. 5. En el caso de sistemas de control
de este tipo se aplican directamente las acciones de control
automáticas. En la etapa S51 se calculan automáticamente datos de
control para el vehículo mediante condiciones marco predeterminadas.
En la etapa S53 estos datos de control calculados automáticamente se
emiten directamente al dispositivo de control del vehículo, sin que
el conductor del vehículo tenga acceso a estos datos de control. A
pesar de ello, sin embargo, existe para el conductor del vehículo la
posibilidad de intervenir manualmente en situaciones importantes
para la seguridad (casos de emergencia) mediante una introducción de
datos de control (etapa S52).
La primera categoría de sistemas de control, es
decir, sistemas de control manuales con medios auxiliares se
encuentra principalmente en realizaciones actuales de un
funcionamiento optimizado en cuanto a energía.
Por ejemplo, en "Development of an
on-board energy saving train operation system for
the shinkansen electric railcars" de Shinobu Yasukawa, Shinichiro
Fujita, Takehisa Hasebe y Koichi Sato en Quarterly Reports of RTRI,
Tokio, 28(2-4):54-62; 1987, y
en "Rechnergestützte energiesparende Fahrweise im Regelbetrieb"
de Gerhard Voss y Dirk Sanftleben en
"ETR-Eisenbahntechnische Rundschau",
47(1): 25-31, 1998 se describe un sistema de
control manual, en el que se proponen al conductor de vehículo
puntos temporales para el inicio de fases de rodadura mediante un
indicador digital. El documento mencionado en primer lugar da a
conocer, adicionalmente, la indicación de propuestas de velocidad,
pudiendo realizarse la emisión de estas informaciones a un
dispositivo de indicación, por ejemplo, una pantalla.
La segunda categoría de sistemas de control, es
decir, sistemas de control completamente automáticos se aplica hasta
ahora, sobre todo, en investigaciones experimentales. Así, por
ejemplo, en "Einfluss der Fahrtechnik auf den Energieverbrauch
eines Personenzug" de Bozetech Sula en Elektrische Bahnen,
88(4): 192-198, 1990 se muestra una
comparación entre funcionamiento manual y automático, es decir,
sistemas de control manuales y completamente automáticos. Para ello,
mediante pruebas se constató que el funcionamiento que ahorra más
energía puede obtenerse en el caso de un sistema de control
completamente automático. Para el control se usa un optimizador de
desplazamiento con un regulador de velocidad, un dispositivo para un
frenado dirigido, y un dispositivo para el control de programa del
desplazamiento. En el marco de estas investigaciones se ha
constatado que un desplazamiento con "medios auxiliares", es
decir, una indicación de propuesta mediante el optimizador de
desplazamiento, es proporcionalmente exigente al desplazamiento para
el conductor del vehículo, puesto que es necesario un seguimiento
muy estrecho de los aparatos de medición y marcaje de kilometraje.
Además, en un funcionamiento manual correspondiente a las propuestas
no puede llegarse a un escalonamiento fino conforme a la posición
aparecida.
En la solicitud de patente europea EP 0755840 A1
se da a conocer un procedimiento y un dispositivo para la
optimización del funcionamiento de un vehículo, preferiblemente, un
vehículo ferroviario. A este respecto, se aplican ambas categorías
de sistemas de control mencionadas anteriormente. Se almacenan en un
dispositivo de cálculo datos de ruta fijos antes y/o durante el
desplazamiento. Durante el desplazamiento, se muestran datos de
estado dinámicos mediante el alejamiento y/o velocidad del vehículo
y se suministran al dispositivo de cálculo. A partir de estos datos
se realiza un cálculo de una recomendación para un funcionamiento
optimizado en cuanto a energía y/o con el menor desgaste posible. El
resultado del cálculo se muestra al conductor del vehículo en un
dispositivo de indicación. Como posibilidad también se indica que
estos resultados de cálculo se usen directamente para el control de
un accionamiento del vehículo, para obtener un sistema de control
completamente automático en el que el conductor del vehículo puede
intervenir por motivos de seguridad, pero no debe intervenir en caso
de funcionamiento regular.
Normalmente, en todos los sistemas de control, el
desplazamiento se supervisa mediante dispositivos de seguridad. Así,
por ejemplo, en el documento mencionado anteriormente "Development
of an on-board energy saving train operation system
for the shinkansen electric railcars" se describe una supervisión
de la velocidad, en la que en caso de superar una velocidad máxima
permitida (valor umbral) puede introducirse un frenado automático a
una velocidad inferior a este valor umbral.
En el caso de los sistemas de control manuales
tradicionales con medios auxiliares descritos anteriormente se ha
detectado como problemático que el conductor del vehículo, que ya
debe tener en cuenta numerosas condiciones marco e instrumentos de
indicación, debe asumir y procesar informaciones adicionales. Esto
conduce a una carga adicional. Además, un funcionamiento calculado
optimizado se realiza sólo de forma insuficiente, debido a fallos de
lectura y retrasos en el tiempo que suceden forzosamente. Además,
estos medios auxiliares del sistema de control manual son
considerados como desmotivadores para el conductor del vehículo, en
la medida en que este se siente tutelado por las propuestas de
decisión.
Las desventajas de este tipo ya no existen en un
sistema de control completamente automático, como por ejemplo se
propone en el documento EP 0755840 A1. En el documento JP 56078306
también se da a conocer un sistema de este tipo. En el documento
citado anteriormente "Einfluss der Fahrtechnik auf den
Energieverbrauch eines Personenzug" se muestra incluso que, en el
caso de un funcionamiento automático, mediante un sistema de control
completamente automático puede realizarse mejor un funcionamiento
optimizado en cuanto a energía.
La aplicación directa de acciones de control
determinadas automáticamente tiene, no obstante, la desventaja
principal de que éstas pueden ser erróneas debido, posiblemente, a
condiciones marco observadas sólo de forma insuficiente por el
sistema de control automático. Por este motivo, actualmente no puede
prescindirse de un conductor y el conductor tiene el objetivo de
supervisar el sistema de control completamente automático y, dado el
caso, intervenir, como se propone en el documento EP 0755840 A1.
Esto puede conducir a una atención reducida del conductor durante un
largo funcionamiento automático e implica, con ello, entre otras
cosas, el riesgo de que puedan pasarse por alto situaciones, en las
que debería intervenir. La aplicación directa de acciones de control
calculadas de forma automática también resulta desventajosa en la
práctica, puesto que deben sobreelaborarse conceptos de seguridad
existentes para el funcionamiento automático que tiene lugar de este
modo.
Por este motivo, el objetivo de la presente
invención es configurar un sistema de control, así como un
procedimiento de control semiautomático, con el que pueda
conseguirse de forma sencilla un funcionamiento optimizado en cuanto
a energía, sin que aparezcan forzosamente pérdidas de atención del
conductor del vehículo y sin que sea necesario sobreelaborar
conceptos de seguridad existentes.
Según la invención, este objetivo se alcanza a
través de las características indicadas en la reivindicación 1 a 3.
En las reivindicaciones subordinadas se indican variantes ventajosas
de la invención.
Con ello, de forma sencilla se garantiza que se
realice de forma exacta un control óptimo calculado y, a pesar de
ello, el conductor permanezca atento durante todo el trayecto.
Además, pueden corregirse posibles fallos del conductor del vehículo
a través del sistema de control o procedimiento de control
semiautomático.
Este y otros objetivos, ventajas y
características de la invención se dan a conocer en la descripción
detallada siguiente de un ejemplo de realización preferente del
sistema de control y del procedimiento de control semiautomático
según la invención en unión con el dibujo.
Se muestran:
Fig. 1 un diagrama de bloques de un ejemplo para
un sistema de control semiautomático según la invención,
Fig. 2 un diagrama de operaciones, que explica en
detalle la función de un sistema de control según la invención,
conforme a la Fig. 1,
Fig. 3 un diagrama de operaciones, que explica en
detalle la función de un sistema de control según la invención
conforme a la Fig. 1 con dispositivos de seguridad,
Fig. 4 un diagrama de operaciones, que representa
la función de un sistema de control manual con un sistema de
propuesta de decisión, y
Fig. 5 un diagrama de operaciones, que representa
la función de un sistema de control automático con posibilidad de
intervención.
En el caso del sistema de control o procedimiento
de control semiautomático según la invención se influye en el
control simultáneamente a través del conductor del vehículo y de un
dispositivo de control automático. En un sistema de inferencia, las
especificaciones del conductor del vehículo y del dispositivo de
control automático se unen en comandos de control. Esto se muestra
en el diagrama de bloques según la Fig. 1.
A continuación se procede a una explicación de la
estructura y funcionamiento del sistema o procedimiento de control
semiautomático según la invención con el ejemplo de un sistema de
control semiautomático para un vehículo sobre carriles en referencia
a la Fig. 1. El sistema de control así como el procedimiento de
control semiautomático no se limita, sin embargo, a este tipo de
vehículo, sino que también puede aplicarse a otros vehículos.
Una aplicación del sistema de control
semiautomático según la invención en el caso de vehículos sobre
carriles es, por ejemplo, el control de un tren mediante un
regulador de velocidad incluido que ajusta una velocidad teórica
predeterminada.
El sistema de control semiautomático según la
invención para vehículo se representa en la Fig. 1 como diagrama de
conexiones de bloque, mientras en la Fig. 2 se muestra el curso de
funcionamiento en el sistema de control semiautomático según la
invención, es decir, el procedimiento de control semiautomático
según la invención.
El sistema de control semiautomático según la
invención comprende un dispositivo de introducción 1 para la
introducción manual de una primera especificación de velocidad de
desplazamiento v_{d1}, un dispositivo de control automático 2 para
la determinación automática de una segunda especificación de
velocidad de desplazamiento v_{d2}, un sistema de inferencia 3
para la determinación de una velocidad teórica v_{dteor}, un
dispositivo de regulación de velocidad 4 para la regulación de la
velocidad de desplazamiento, un dispositivo de almacenamiento 5 para
el almacenamiento de condiciones marco, así como un accionamiento
del vehículo 6.
Mediante el dispositivo de introducción 1 se
introduce por parte del conductor del vehículo una primera
especificación de velocidad de desplazamiento v_{d1} (etapa S1a).
De forma simultánea, el dispositivo de control 2 automático, a
partir de condiciones marco almacenadas anteriormente en el
dispositivo de almacenamiento 5, por ejemplo, el horario general, la
topografía del trayecto, condiciones marco especificas del vehículo
como, por ejemplo, la masa del tren, la potencia máxima y la
velocidad máxima, así como especificaciones de una central de
dirección, calcula una segunda especificación de velocidad de
desplazamiento v_{d2} (etapa S1b). Estas dos especificaciones de
velocidad de desplazamiento v_{d1} y v_{d2} se suministran al
sistema de inferencia 3 como señales de entrada. El sistema de
inferencia 3 calcula entonces la menor de ambas especificaciones de
velocidad de desplazamiento v_{d1} y v_{d2} (etapa S2) y las
suministra como velocidad de desplazamiento teórica v_{dteor} del
dispositivo de regulación de velocidad 4, por ejemplo, a un
regulador de velocidad incluido. Este dispositivo de regulación de
velocidad 4 regula de forma correspondiente la velocidad del
vehículo conforme a esta velocidad de desplazamiento v_{dteor}
mediante el accionamiento del vehículo 6.
De este modo, por ejemplo, el conductor del
vehículo puede ajustar una velocidad de trayecto v_{dmáx} máxima
permitida. Uno de los valores menores calculados por el dispositivo
de control 2 automático, a través del que es posible un ahorro de
energía, por ejemplo, aprovechando una reserva de tiempo, se acepta
por el sistema de inferencia 3 y se transmite como velocidad de
desplazamiento teórica v_{dteor} al dispositivo de regulación de
velocidad 4. De este modo, se ajusta una velocidad de desplazamiento
optimizada en cuanto a energía.
Puesto que, además, cuando el conductor del
vehículo reduce la primera especificación de velocidad de
desplazamiento v_{d1} por debajo del valor de la segunda
especificación de velocidad de desplazamiento v_{d2} del
dispositivo de control 2 automático, para, por ejemplo, tener en
cuenta un punto de desplazamiento lento provisional no conocido para
el dispositivo de control automático 2, el sistema de inferencia 3
asume la especificación de velocidad de desplazamiento v_{d2} del
conductor del vehículo como velocidad de desplazamiento teórica
v_{dteor}, adicionalmente al funcionamiento optimizado en cuanto a
energía se alcanza un funcionamiento más seguro conforme a las
condiciones marco actuales.
En consecuencia, el sistema de control
semiautomático según la invención tiene las siguientes ventajas
respecto a los sistemas de control mostrados anteriormente:
- 1.
- El conductor no recibe una carga adicional, como en el funcionamiento manual con sistema de propuesta de decisión, puesto que no debe valorar y realizar o no realizar ninguna propuesta del sistema de control.
- 2.
- Los funcionamientos optimizados calculados por el dispositivo de control automático pueden realizarse de forma precisa, puesto que se aplican directamente de acuerdo con la especificación del conductor del vehículo.
- 3.
- El conductor del vehículo, que finalmente tiene la responsabilidad, permanece -a diferencia del funcionamiento automá- tico- implicado activamente en el control del vehículo y, de este modo, mantiene su concentración.
Además, el sistema de control semiautomático
puede ampliarse de forma que en un caso, en el que se supervisa la
velocidad real por un sistema de seguridad como se describe, por
ejemplo, en el documento citado al principio "Development of an
on-board energy saving train operation system for
the shinkansen electric railcars", la supervisión a través del
sistema de seguridad se extiende también a la especificación del
conductor del vehículo. Esto puede suceder a través de la
configuración de los dispositivos de seguridad 7a y 7b representados
a trazos en la Fig. 1.
El curso de funcionamiento en un sistema de
control semiautomático modificado de este tipo se representa en la
Fig. 3.
A diferencia del curso de funcionamiento según la
Fig. 2, en este sistema de control semiautomático modificado tanto
la introducción en la etapa S1 como también el resultado de la
determinación automática en la etapa S1b se someten a una
comprobación a través del dispositivo de seguridad 7a ó 7b.
Asimismo, se calcula si el valor respectivo de v_{d1} o v_{d2}
supera un valor de velocidad de desplazamiento máximo permitido. Si
éste es el caso, se emite al sistema de inferencia 3 simplemente un
valor para v_{d1} o v_{d2} al nivel de v_{dmáx}. Las etapas de
funcionamiento restantes corresponden a las funciones descritas en
referencia a la Fig. 2 y mostradas en referencia a la Fig. 2, por lo
que se renuncia a una mayor explicación.
Con ello se evita que el conductor del vehículo
deba hacer especificaciones demasiado elevadas que, debido al efecto
simultáneo del dispositivo de control automático, no llegan a
aplicarse. De este modo, una introducción de una velocidad demasiado
elevada por parte del conductor del vehículo que, en unión con una
velocidad calculada demasiado elevada debido a condiciones marco
antiguas a través del dispositivo de control automático, podría
conducir a peligros del vehículo, se reconoce y corrige por parte
del sistema de seguridad.
En resumen, la presente invención da a conocer un
sistema de control semiautomático, así como un procedimiento de
control para garantizar un funcionamiento que ahorre la máxima
energía posible. En el caso de este sistema o procedimiento tiene
lugar tanto una introducción manual de datos de control, por
ejemplo, una especificación de velocidad del vehículo, por parte del
conductor del vehículo como también una determinación automática de
la velocidad del vehículo que ahorra el máximo de energía
dependiendo de condiciones marco predeterminadas, como por ejemplo,
un horario general, una topografía del trayecto, condiciones marco
específicas del vehículo, entre otras. Mediante un sistema de
inferencia se calcula cuál de estos valores es menor y, por tanto,
se usa para permitir un desplazamiento seguro y que, al mismo
tiempo, ahorra energía. Adicionalmente, puede realizarse también una
supervisión de seguridad del valor de introducción de velocidad de
desplazamiento manual, así como de la especificación de velocidad de
desplazamiento automática, para evitar de forma fiable superar un
valor de velocidad de desplazamiento máxima permitida.
Claims (4)
1. Sistema de control semiautomático para un
vehículo con:
un dispositivo (1) para la introducción manual de
una primera especificación de velocidad de desplazamiento
(v_{d1}), caracterizado por un dispositivo de control
automático (2) para la determinación automática de una segunda
especificación de velocidad de desplazamiento (v_{d2}) conforme a
condiciones marco almacenadas en un dispositivo de almacenamiento
(5) y un sistema de inferencia (3), al que se suministra la primera
y la segunda especificación de velocidad de desplazamiento
(v_{d1}, v_{d2}), que a partir de ello determina la
especificación de velocidad de desplazamiento con el valor menor y
la emite como velocidad de desplazamiento teórica (v_{dteor}) a un
dispositivo de regulación de velocidad (4) para la regulación de la
velocidad del vehículo.
2. Sistema de control semiautomático según la
reivindicación 1, caracterizado por dispositivos de seguridad
(7a, 7b), que están dispuestos a continuación respectivamente del
dispositivo (1) para la introducción manual de una primera velocidad
de desplazamiento (v_{d1}), así como del dispositivo de control
(2) automático y dispuestos delante del sistema de inferencia (3),
que realizan una comprobación de si las primeras y segundas
especificaciones de velocidad de desplazamiento (v_{d1}, v_{d2})
emitidas desde estos dispositivos (1, 2) superan un valor de
velocidad de desplazamiento máxima (v_{dmáx}) predeterminado, y si
el valor de velocidad de desplazamiento máxima (v_{dmáx})
predeterminado se ha superado, emiten el valor de velocidad de
desplazamiento máxima (v_{dmáx}) en lugar del valor de velocidad
de desplazamiento introducido (v_{d1}, v_{d2}) respectivo.
3. Procedimiento de control semiautomático para
un vehículo con la etapa: introducción manual de una primera
especificación de velocidad de desplazamiento (v_{d1}) en un
dispositivo para la introducción (1) manual (etapa S1a),
caracterizado por las otras etapas de
determinación automática de una segunda
especificación de velocidad de desplazamiento (v_{d2}) conforme a
condiciones marco almacenadas en un dispositivo de almacenamiento
(5) en un dispositivo de control automático (2), (etapa S1b),
determinación del valor menor de la primera y
segunda especificación de velocidad de desplazamiento (v_{d1},
v_{d2}) en un sistema de inferencia (3) (etapa S2),
emisión de este valor como velocidad de
desplazamiento teórico (v_{dteor}) a un dispositivo de regulación
de velocidad (4) (etapas S3a o S3b) y
regulación de la velocidad de desplazamiento del
vehículo a la velocidad de desplazamiento teórica (v_{dteor}) por
medio del dispositivo de regulación de velocidad (4) (etapa S4a,
S4b).
4. Procedimiento de control semiautomático según
la reivindicación 3, caracterizado por las otras etapas,
antes de la determinación de la velocidad de desplazamiento teórica
(v_{dteor}) en la etapa S2, de comprobación de la primera o
segunda especificación de velocidad de desplazamiento (v_{d1},
v_{d2}), si se ha superado un valor de velocidad de desplazamiento
(v_{dmáx}) máximo permitido o no (etapa S11a, S11b), emisión de la
primera o segunda especificación de velocidad de desplazamiento
(v_{d1}, v_{d2}), si el valor de velocidad de desplazamiento
(v_{dmáx}) máximo permitido no se ha superado (etapa S13a, S13b),
y emisión del valor de velocidad de desplazamiento (v_{dmáx})
máximo permitido como primera o segunda especificación de velocidad
de desplazamiento (v_{d1}, v_{d2}) si la primera o segunda
especificación de velocidad de desplazamiento (v_{d1}, v_{d2})
supera el valor de velocidad de desplazamiento máximo permitido
(v_{dmáx}) (etapa S12a, S12b).
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