IT201600094095A1 - Sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati di funzionamento di un carrello ferroviario e carrello ferroviario comprendente detto sistema - Google Patents

Description

“Sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati di funzionamento di un carrello ferroviario e carrello ferroviario comprendente detto sistema”

CAMPO TECNICO DELL’INVENZIONE

[0001] La presente invenzione si riferisce al campo tecnico dei sistemi diagnostici di convogli ferroviari ed in particolare riguarda un sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati di funzionamento di un carrello ferroviario ed un carrello ferroviario comprendente detto sistema di monitoraggio.

STATO DELL’ARTE

[0002] La manutenzione su condizione delle vetture dei convogli ferroviari è indubbiamente più efficace ed economica rispetto alla manutenzione programmata. Quest’ultima è notoriamente basata sulla sostituzione periodica degli elementi, in base ad aspettative di vita probabilistiche, che sono imprecise e che quindi richiedono grandi margini di sicurezza; tra l’altro questo tipo di approccio tutela sufficientemente rispetto al normale degrado, ma non rispetto al guasto traumatico o al difetto di fabbricazione, che sono le cause degli incidenti più gravi.

[0003] Per contro, la manutenzione su condizione comporta l’installazione di apparati di monitoraggio anche notevolmente complessi a bordo dei veicoli, in condizioni ambientali spesso proibitive e spazi contenuti.

[0004] Le prestazioni e la prontezza di intervento della manutenzione su condizione spaziano su un ampio range di casistiche.

[0005] Nei casi più semplici occorre e basta una telemetria minimale, basata sull’invio all’infrastruttura di terra di messaggi di dimensione limitata ad una frequenza relativamente bassa. Questa configurazione corrisponde alla grande maggioranza degli apparati esistenti ad oggi.

[0006] Per avere prestazioni diagnostiche più rilevanti, invece, il flusso di dati di telemetria necessari cresce molto velocemente, insieme alla potenza di calcolo richiesta e al numero di sensori da gestire.

[0007] La combinazione di acquisizioni multiple, elaborazioni complesse e comunicazioni veloci e frequenti comporta inoltre una crescita esponenziale del consumo di energia da parte degli apparati di monitoraggio. Questo è un problema relativamente gestibile sulle locomotive e sulle carrozze passeggeri, dove comunque esiste un impianto elettrico di bordo da cui si può prelevare energia. Diventa invece proibitivo sui carri merci, dove, salvo casi particolari, non esiste alcuna infrastruttura di bordo a parte la condotta pneumatica che comanda la frenatura.

[0008] Gli assili e le ruote del treno sono elementi di grande importanza per la sicurezza: da loro (oltre che ovviamente dall’impianto frenante) derivano infatti le cause di rischio più rilevanti per la sicurezza delle cose e delle persone. La rottura di un assile o di una ruota è un evento fortemente traumatico e causa sistematicamente un deragliamento, che poi, quando concorrono altre circostanze, può portare a gravi incidenti.

[0009] Un monitoraggio convenzionale a bassa frequenza non è in grado di rilevare una incrinatura dell’assile se non quando questa si manifesta con evidenza, ma a quel punto essa evolve velocemente verso la rottura e non c’è alcuna garanzia di riuscire a fermare il treno prima dell’evento rischioso.

[0010] Una manutenzione su condizione degli assili, per essere veramente efficace, ha quindi bisogno di tecniche di diagnostica predittiva, che consistono nell’analisi di dati di vibrazione molto dettagliati (cioè acquisiti a frequenze molto alte) e algoritmi sofisticati che permettono di rilevare sindromi di deterioramenti con un anticipo consistente rispetto al verificarsi dell’evento rischioso. Per ottenere questo occorre essere in grado di processare i dati a bordo (grande potenza di calcolo) oppure trasmettere a terra grandi volumi di dati.

[0011] Nella configurazione tipica, ciascun vagone ferroviario ha due carrelli con due assili ciascuno. Configurazioni più complesse, vetture con più di due carrelli o carrelli con più di due assili, sono limitate alle locomotive e ad applicazioni particolari del trasporto merci.

[0012] Le grandezze più rilevanti per la diagnostica, cioè i dati di funzionamento di interesse di un carrello, sono le vibrazioni dell’assile e la temperatura del cuscinetto entro cui ruota l’assile, contenuto nella cosiddetta boccola d’assile. Il posizionamento dei sensori rappresenta dunque un fattore che influisce significativamente sulle prestazioni dei sistemi diagnostici. Il posizionamento degli apparati di monitoraggio di bordo richiede di dover tenere conto delle severe sollecitazioni ambientali cui sono sottoposti tali apparati e degli spazi ristretti. Inoltre, è generalmente problematico portare una alimentazione esterna anche nel caso (locomotive, vagoni passeggeri) in cui questa è disponibile sulla vettura.

[0013] Lo scopo della presente descrizione è quello di mettere a disposizione un sistema di monitoraggio per l’acquisizione di dati di funzionamento di un carrello ferroviario che consenta di effettuare un efficiente monitoraggio degli assili dei carrelli ferroviari e che sia di semplice installazione, anche su carrelli inizialmente privi di sistemi diagnostici.

[0014] Tale scopo viene conseguito mediante un sistema di monitoraggio così come definito in generale nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e vantaggiose del suddetto sistema sono definite nelle annesse rivendicazioni dipendenti.

[0015] L’invenzione sarà meglio compresa dalla seguente descrizione dettagliata di una particolare forma di esecuzione fatta a titolo esemplificativo e, pertanto, in nessun modo limitativo, in riferimento ai disegni allegati sinteticamente descritti nel paragrafo successivo.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

[0016] La figura 1 mostra una vista prospettica dal basso di una forma di realizzazione di un carrello per un veicolo ferroviario, in cui il carrello comprende un sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati di funzionamento del carrello.

[0017] La figura 2 mostra uno schema generale a blocchi di una forma di realizzazione del sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati diagnostici del carrello di figura 1.

[0018] La figura 3 mostra una vista schematica generale di una prima possibile forma di realizzazione di un sistema diagnostico per un convoglio ferroviario che comprende una pluralità di sistemi di monitoraggio di figura 2.

[0019] La figura 4 mostra una vista schematica generale di una seconda possibile forma di realizzazione di un sistema diagnostico per convoglio ferroviario, alternativo al sistema di monitoraggio di figura 2.

[0020] La figura 5 mostra uno schema a blocchi di un sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati diagnostici di carello impiegabile nel sistema diagnostico di convoglio di figura 3 ed alternativo rispetto al sistema di monitoraggio di figura 2.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

[0021] In figura 1 è mostrata una forma di realizzazione esemplificativa e non limitativa di un carrello ferroviario 1. Ad esempio, senza per questo introdurre alcuna limitazione, il carrello ferroviario 1 è uno dei due carelli di un vagone merci ferroviario. Gli insegnamenti qui proposti sono applicabili anche ad altre tipologie di carrelli ferroviari, per cui l’ambito di tutela non deve intendersi limitato ai carrelli di vagoni merci ferroviari.

[0022] Nella particolare forma di realizzazione rappresentata, il carrello ferroviario 1 comprende due assili 3, ciascuno munito di due ruote 4. Il carrello ferroviario 1 comprende un telaio di carrello 2 che supporta i due assili 3 e fra il telaio 2 e gli assili 3 è previsto un sistema di sospensioni 7, di per sé generalmente noto ad un esperto del settore e per questo non descritto in maggior dettaglio.

[0023] Il telaio di carrello 2 comprende una faccia inferiore 8, rivolta verso il suolo in una normale condizione di utilizzo e più precisamente rivolta verso un binario e/o la massicciata, ed una opposta faccia superiore 9, rivolta verso il telaio del veicolo ferroviario, quale ad esempio un vagone o una carrozza, in una normale condizione di utilizzo del carrello ferroviario 2.

[0024] Il carrello ferroviario 1 comprende almeno una boccola d’assile 5 disposta ad una porzione di estremità dell’assile ferroviario 3 ed almeno un dispositivo di copertura 6 della boccola d’assile 5 fissato alla boccola d’assile 5. Il dispositivo di copertura 6 è atto a definire fra la boccola d’assile 5 ed il dispositivo di copertura 6 un rispettivo vano interno 26. Come noto, una boccola di assile 5 comprende generalmente un cuscinetto entro il quale ruota l’assile 3. Come noto, inoltre, per ciascun assile 3 un carrello ferroviario 1 comprende due boccole di assile 5 disposte ad estremità opposte dell’assile 3. Poiché nell’esempio di figura 1 il carrello ferroviario 1 comprende due assili 3, è chiaro che in tale esempio il carrello ferroviario 1 comprenderà quattro boccole d’assile 5 e quattro rispettivi dispositivi di copertura 6.

[0025] Al carrello ferroviario 1 è applicato un sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati di funzionamento del carrello ferroviario 1. Il sistema di monitoraggio comprende almeno un nodo sensore 20a, 20b, associato alla boccola d’assile 5 e comprendente almeno un sensore 21,22 posizionato nel vano interno 26 atto e configurato per acquisire dati diagnostici della boccola d’assile 5.

[0026] Il sistema di monitoraggio comprende inoltre un nodo concentratore 50 fissato al telaio di carrello 2 all’esterno del dispositivo di copertura 6 della boccola d’assile 5. Il nodo concentratore 50 è operativamente connesso all’almeno un nodo sensore 20 per mezzo di una linea di collegamento cablato 40 per ricevere i dati diagnostici acquisiti dal sensore 21, 22. Il nodo concentratore 50 comprende almeno una unità di elaborazione locale 51 atta ad elaborare i dati di funzionamento acquisiti ed ottenere dati elaborati ed una interfaccia di comunicazione radio 55 per trasmettere detti dati elaborati all’esterno del nodo concentratore 50, ad esempio ad un centrale di controllo terrestre o ad un sistema diagnostico di bordo di un convoglio ferroviario, installato ad esempio in una locomotiva.

[0027] Nel particolare esempio rappresentato, senza per questo introdurre alcuna limitazione, il sistema di monitoraggio comprende quattro nodi sensori 20a, 20b ciascuno associato ad una rispettiva boccola 5. Inoltre, nella particolare forma di realizzazione rappresentata ad esempio nelle figure 1 e 2 sono previste quattro linee di collegamento cablato 40, cioè è prevista una linea 40 fra ciascuno dei nodi sensori 20a, 20b ed il nodo concentratore 50. Le linee di collegamento cablato 40 sono ad esempio dei conduttori multipolari preferibilmente dotate di una guaina esterna di protezione, ad esempio una calza metallica.

[0028] Con riferimento alla figura 1, in accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, il nodo concentratore 50 è ospitato in un contenitore fissato alla faccia inferiore 8 del telaio di carrello. Preferibilmente tale contenitore è installato al telaio di carrello 2 di modo che il sistema di sospensioni elastiche 7 sia operativamente interposto fra l’assile 3 (o gli assili 3) ed il contenitore stesso, al fine di ridurre le vibrazioni cui è sottoposto il nodo concentratore 50.

[0029] Nel particolare esempio rappresentato, senza per questo introdurre alcuna limitazione, ciascuno dei nodi sensori 20, 20b comprende un sensore di temperatura 21 ed un sensore di accelerazione 22, ad esempio un accelerometro MEMS triassiale. Il numero e la tipologia di sensori in ciascun nodo sensore 20a, 20b può tuttavia essere variato in base alle esigenze specifiche di progetto.

[0030] In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, almeno un nodo sensore 20a, 20b comprende un generatore elettrico 23 atto a produrre energia elettrica convertendo parte dell’energia cinetica rotazionale dell’assile 3. L’energia elettrica prodotta dal generatore elettrico 23 è utilizzata per alimentare l’unità di elaborazione 51 e l’interfaccia di comunicazione radio 55 del nodo concentratore 50. Ad esempio, tale energia elettrica è trasferita dal nodo sensore 20a, 20b al nodo concentratore 50 tramite la linea di connessione cablata 40.

[0031] In accordo ad una forma di realizzazione vantaggiosa, il generatore elettrico 23 è progettato e dimensionato in modo da fornire 1 Watt quando l’assile 3 ruota ad una velocità pari ad un giro al secondo. Con le dimensioni standard delle ruote ciò corrisponde ad una velocità del carrello 1 pari a 10km/h. Preferibilmente, la potenza generata cresce con andamento quasi quadratico all’aumentare della velocità di rotazione dell’assile. Questo permette di alimentare con continuità il nodo concentratore 50 anche se questo è munito di una unità di elaborazione con una potenza di calcolo elevata e di trasmettere all’esterno grandi flussi di dati.

[0032] In accordo ad una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, il generatore elettrico 23 comprende un rotore fissato ad una porzione di estremità dell’assile 3 atto a ruotare integralmente con l’assile 3 lungo l’asse di rotazione dell’assile 3 ed almeno uno statore esterno alla boccola 5 (e dunque anche esterno al cuscinetto in essa alloggiato) ed a quest’ultima fissato, ad esempio fissato al dispositivo di copertura 6.

[0033] Preferibilmente, il generatore elettrico 23 è un alternatore sincrono polifase, ad esempio trifase.

[0034] In accordo ad una forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, il generatore elettrico 23 comprende un avvolgimento statorico avvolto su lamierino metallico anziché in aria. Questo consente vantaggiosamente di minimizzare i traferri e di ottimizzare la generazione di energia a bassi regimi di rotazione.

[0035] Nel particolare esempio rappresentato in figura 2, due nodi sensori 20a su quattro comprendono un generatore elettrico 23, questo sia per aumentare l’energia elettrica prodotta sia per garantire una certa ridondanza ad esempio nel caso di guasto di uno dei due generatori. Chiaramente è possibile prevedere un numero differente di generatori elettrici 23, o un solo generatore elettrico 23.

[0036] Convenientemente, il nodo concentratore 50 comprende un dispositivo di accumulo dell’energia prodotta dal generatore elettrico 23. Preferibilmente, il suddetto dispositivo di accumulo comprende un supercondensatore 52. Questo tipo di condensatore è un dispositivo analogo ad un normale condensatore ma risulta essere particolarmente vantaggioso perché è realizzato con tecniche che consentono di raggiungere capacità di centinaia o di migliaia di Farad. Tale supercondensatore 52 ha la funzione di polmone per superare momentanei assorbimenti di energia da parte del sistema di monitoraggio superiori all’energia elettrica generata e, al contrario di una batteria ricaricabile, non richiede alcuna manutenzione periodica dal momento che ha una vita operativa almeno di un ordine di grandezza superiore rispetto ad una batteria ricaricabile.

[0037] In accordo ad una forma di realizzazione l’interfaccia di comunicazione radio 55 comprende una coppia di antenne Wi-Fi direzionali 56 fra loro orientate in versi opposti lungo, o parallelamente a, un asse di marcia del carrello ferroviario 1. In tal caso, l’interfaccia di comunicazione radio 55 comprende almeno un transceiver Wi-Fi 55 operativamente connesso alle due antenne 56. Nel caso in cui il nodo concentratore 50 sia installato sulla faccia inferiore del telaio 2 del carrello ferroviario 1 ed includa due antenne Wi-Fi contrapposte 56, il posizionamento delle antenne Wi-Fi risulta ottimale in quanto la massicciata, le rotaie ed il telaio stesso del carrello ferroviario 1 costituiscono una guida d’onda per le frequenze di interesse. Questo permette di effettuare delle comunicazioni affidabili e di ridurre il dispendo energetico.

[0038] Ad esempio, con riferimento allo schema della figura 3, utilizzando le interfacce di comunicazione Wi-Fi è possibile mettere in comunicazione fra loro più carrelli 1 di un convoglio ferroviario 100 per realizzare una rete di treno, mettendo in comunicazione fra loro svariati nodi concentratori 50, ciascuno associato ad un rispettivo carrello 1. Nel convoglio ferroviario 100 di figura 3, ogni carrello 1 di ogni vagone ferroviario 101 è munito di un nodo concentratore 50 (cui sono associati uno o più rispettivi nodi sensori, non mostrati in figura 3). La pluralità di carelli ferroviari 1 del convoglio ferroviario 100 definiscono nel loro insieme una schiera lineare di carrelli a due a due adiacenti, e nella schiera lineare il nodo concentratore 50 di un carrello ferroviario 1 è atto e configurato per comunicare tramite l’interfaccia di comunicazione radio 55 con nodi concentratori 50 dei carrelli del convoglio ferroviario 100 che lungo la schiera lineare sono ad esso adiacenti. E’ possibile anche associare il sistema di monitoraggio sopra descritto agli assili 3 della locomotiva 110 del convoglio ferroviario 100, ad esempio associando un nodo concentratore 50 del tipo sopra descritto a ciascuno dei due carrelli della locomotiva 110. E’ inoltre possibile prevedere a bordo della locomotiva 110 una unità diagnostica di bordo 111, operativamente connessa a tutti i nodi concentratori 50, che fungono in pratica da ripetitori di segnale per i nodi concentratori 50 adiacenti. L’unità diagnostica di bordo 111 è un sistema hardware e software che consente di informare il personale conducente o di manutenzione a bordo del treno, ad esempio tramite una interfaccia grafica, di eventuali guasti o rischi di guasti. Le stese informazioni possono essere inviate, in alternativa o in aggiunta, ad una centrale di controllo di terra. La configurazione del sistema diagnostico di figura 3 sarà d’ora in avanti denominata “full train equipment”.

[0039] I nodi concentratori 50 elaborano i dati (o i segnali) acquisiti dai nodi sensori 20a, 20b. Per elaborazione di intende un qualsiasi processamento analogico e/o digitale, incluso il filtraggio, il campionamento, l’esecuzione di algoritmi atti ad individuare se i componenti del carrello soddisfino una condizione di regolarità o di anomalia, la generazione di allarmi, la codifica e la compressione di dati.

[0040] Il contenitore del nodo concentratore 50 è preferibilmente realizzato in materiale metallico, ad esempio in acciaio. Se sono previste delle antenne Wi-Fi a bordo del nodo concentratore 50 queste possono essere installate all’esterno del contenitore o in alternativa interne prevedendo nel contenitore delle finestre in materiale dielettrico che consentono la trasmissione e la ricezione di segnali a radiofrequenza.

[0041] La figura 4 mostra uno schema generale a blocchi di una forma di realizzazione alternativa del sistema di diagnostico di figura 3, in una configurazione che sarà in questa sede anche denominata “vehicle equipment”.

[0042] In questo caso, anziché equipaggiare tutte le carrozze 101 ed eventualmente anche la locomotiva 110 con il sistema di monitoraggio sopra descritto, per soddisfare determinate esigenze o rispettare dei vincoli imposti, è possibile equipaggiare solo alcune carrozze 101 (o solo alcuni carrelli ferroviari 1), ad esempio quelle che si ritiene possano essere maggiormente sollecitate.

[0043] In questo caso, non è generalmente possibile mettere in comunicazione fra loro tramite collegamenti Wi-Fi i nodi concentratori 50, per questo motivo è possibile prevedere delle interfacce radio alternative. Con riferimento alla figura 5, si osservi infatti che nella forma di realizzazione in essa rappresentata, come possibile alternativa alla forma di realizzazione di figura 2, è possibile prevedere che il nodo concentratore 50 non abbia il transceiver Wi-Fi 55 e le antenne Wi-Fi 56, o almeno che tali elementi se presenti non siano utilizzati. È possibile tuttavia prevedere che il nodo concentratore 50 abbia una interfaccia di comunicazione radio 54 che è un modem GSM e/o GPRS o in genere una interfaccia di comunicazione radio cellulare digitale. In questo caso, risulta vantaggioso e possibile prevedere che almeno uno dei nodi sensori (nell’esempio uno dei due nodi sensori 20b) comprenda una antenna GSM e/o GPRS 24 o in genere una antenna atta e configurata a stabilire un collegamento radio con una rete radio cellulare digitale. In questo caso, l’antenna 24 ospitata nel nodo sensore 20b è collegata all’interfaccia di comunicazione 54 radio cellulare del nodo concentratore 50 tramite la linea di collegamento cablata 40. In questo caso, risulta inoltre vantaggioso se almeno uno dei nodi sensori 21a, 21b del carrello 1 comprende anche una antenna GPS 25. In questo caso, il nodo concentratore 50 comprende inoltre una unità di localizzazione satellitare (non mostrata nelle figure) operativamente connessa a detta antenna GPS 25 ad esempio tramite la linea di collegamento cablata 40. La presenza dell’antenna GPS e della unità di localizzazione satellitare consente vantaggiosamente di poter rilevare la posizione del carrello 1 o di individuare la posizione di un tratto di binario in corrispondenza del quale il sistema di monitoraggio rileva vibrazioni considerate anomale.

[0044] Nella forma di realizzazione di figura 5, senza per questo introdurre alcuna limitazione, uno stesso nodo sensore 21b comprende sia l’antenna radio-cellulare 24 sia l’antenna GPS 25 ma è chiaramente possibile prevedere una diversa distribuzione di tali antenne.

[0045] Nel caso in cui, come per i nodi sensori 20b, un nodo sensore comprenda una o più antenne, il dispositivo di copertura 6 può essere realizzato in materiale metallico salvo poi prevedere una o più finestre dielettriche trasparenti alle radiazioni elettromagnetiche nella banda di interesse.

[0046] Sono state finora descritte delle forme di realizzazione di sistemi di monitoraggio senza entrare nel dettaglio di accorgimenti che possono essere presi per rendere il sistema di monitoraggio robusto a guasti e/o ad errori. Volendo invece rendere il sistema più robusto è possibile prevedere che l’unità di elaborazione 50 abbia due canali, ad esempio due processori distinti, ed abbia due interfacce di comunicazione radio.

[0047] Nella configurazione di figura 2, applicabile alla configurazione di sistema diagnostico di figura 3 e per questo anch’essa denominata full train equipment, è possibile nel nodo concentratore 50 sdoppiare l’unità di elaborazione 51 in due unità di elaborazione distinte (anche denominate canali), prevedere due interfacce di comunicazione radio 55 e quattro antenne 56 disposte in modo da formare due coppie di antenne direzionali fra loro dirette in versi opposti, in cui due antenne orientate in verso opposto sono operativamente connesse ad una delle due interfacce di comunicazione radio e le restanti all’altra interfaccia di comunicazione radio. Non è necessario invece duplicare il supercondensatore 52 o in generale un dispositivo di accumulo di energia elettrica.

[0048] Nella configurazione di figura 5, applicabile alla configurazione di sistema diagnostico di figura 4 e per questo anch’essa denominata vehicle equipment, è ad esempio possibile nel nodo concentratore 50 sdoppiare l’unità di elaborazione 51 in due unità di elaborazione distinte (o canali), prevedere due interfacce di comunicazione radio cellulare 54, una antenna radio cellulare 24 in ogni sensore 20b ed eventualmente due antenne GPS in ogni sensore 20b. Anche in questo caso non è necessario invece duplicare il supercondensatore 52 o in generale un dispositivo di accumulo di energia elettrica.

[0049] Preferibilmente nelle configurazioni ridondanti sopra descritte i canali sono due e la ridondanza è per disponibilità (configurazione 1oo2, “1 out of 2”), in ridondanza per disponibilità (configurazione 1oo2 – 1 out of 2 – uno su due), ovvero i canali sono 2 ma ne basta 1 per rendere l’apparato completamente funzionante.

[0050] Preferibilmente, ciascun canale è collegato ai quattro accelerometri triassiali, ovvero quelli complessivamente esistenti nei quattro nodi sensori 20a, 20b del carrello 1. Per ciascun canale, due ingressi sono considerati primari e due secondari. Gli accelerometri triassiali collegati agli ingressi primari di un canale sono collegati agli ingressi secondari dell’altro canale e viceversa.

[0051] Preferibilmente, ciascun canale è collegato ai quattro sensori di temperatura, cioè quelli complessivamente esistenti nei quattro nodi sensori del carrello 1. Per ciascun canale, due ingressi sono considerati primari e due secondari. I sensori di temperatura collegati agli ingressi primari di un canale sono collegati agli ingressi secondari dell’altro canale e viceversa.

[0052] Preferibilmente, ciascun canale è connesso a quattro antenne. Nella configurazione “vehicle equipment” esse sono le due antenne GPS e le due antenne GSM esistenti in due nodi sensori 2b di un carrello. Nella configurazione di sistema “full train equipment” esse sono le quattro antenne Wi-Fi direzionali comprese nel nodo concentratore 50. Per ciascun canale due antenne sono considerate primarie e due antenne secondarie.

[0053] Preferibilmente, nella configurazione di sistema “vehicle equipment” ciascuna delle 2 antenne GSM contenute nei due nodi sensori 20b collegata all’interfaccia primaria di un canale è collegata all’interfaccia secondaria dell’altro canale. Nella configurazione di sistema “vehicle equipment” ciascuna delle due antenne GPS contenute nei due nodi sensori 20b collegata all’interfaccia primaria di un canale è collegata all’interfaccia secondaria dell’altro canale.

[0054] Preferibilmente, nella configurazione di sistema “full train equipment” alle interfacce primarie di un canale sono collegate due antenne direzionali orientate in verso fra loro opposto. Le altre due sono collegate alle interfacce secondarie. Sull’altro canale i collegamenti sono invertiti.

[0055] I due canali sono preferibilmente progettati per realizzare un meccanismo di cooperazione ibrido basato sia sulla condivisione di memoria che sullo scambio di messaggi. Il primo meccanismo è più efficace quando occorre trasferire tra i canali rilevanti quantità di dati. Il secondo meccanismo è più efficace per condividere eventi con tempi di latenza brevi.

[0056] Preferibilmente il nodo concentratore 50 include un banco di memoria condivisa tra i due canali e inoltre i canali sono collegati tra loro mediante linee seriali veloci.

[0057] Nel funzionamento nominale, in assenza di guasti, ciascun canale processa le informazioni provenienti dagli accelerometri triassiali e dai sensori di temperatura collegati ai suoi ingressi primari. Nel funzionamento nominale, in assenza di guasti, nella configurazione di sistema “vehicle equipment” ciascun canale del concentratore dati (50) geo-referenzia i suoi dati elaborati per mezzo della propria elettronica di controllo GPS e dell’antenna GPS collegata alla sua interfaccia primaria ed invia i suoi dati elaborati per mezzo della propria elettronica di controllo GSM e dell’antenna GSM collegata alla sua interfaccia primaria.

[0058] Sempre, nel funzionamento nominale, in assenza di guasti, nella configurazione di sistema “full train equipment” ciascun canale del concentratore dati partecipa alla realizzazione della rete wireless di treno per mezzo del proprio apparato di comunicazione Wi-Fi e delle antenne Wi-Fi direzionali collegate alle proprie interfacce primarie. Ciascun canale invia i suoi dati elaborati sulla rete wireless di treno all’unità diagnostica 111 che raccoglie i dati di tutti i nodi concentratori presenti sul treno ed esegue l’analisi diagnostica predittiva. In questa configurazione l’unità diagnostica 111 include preferibilmente un apparato GSM e un apparato GPS e si fa carico di tutte le comunicazioni con il sottosistema di terra e della localizzazione dei dati.

[0059] Preferibilmente, ciascun canale è in grado di diagnosticare la condizione di guasto per ciascuno degli elementi collegati, sensori e antenne, e per la propria elettronica di comunicazione, GPS, GSM, Wi-Fi. Ciascun canale, utilizzando le linee seriali, è in grado di informare l’altro canale del guasto dei propri elementi, l’altro canale si farà carico di conseguenza di alcune delle azioni che il primo canale non può più eseguire.

[0060] Preferibilmente, nella configurazione di sistema “vehicle equipment”, in caso di guasto dell’elettronica di controllo GPS di un canale o dell’antenna GPS collegata alla sua interfaccia primaria, l’altro canale fornirà la propria localizzazione GPS sul banco di memoria condivisa.

[0061] Preferibilmente, nella configurazione di sistema “vehicle equipment”, in caso di guasto dell’elettronica di controllo GSM di un canale o dell’antenna GSM collegata alla sua interfaccia primaria, il canale fornisce i propri messaggi da trasmettere sul banco di memoria condivisa e l’altro canale provvede a trasmetterli.

[0062] Nella configurazione di sistema “full train equipment”, in caso di guasto dell’apparato di comunicazione Wi-Fi di un canale o di una o entrambe le antenne Wi-Fi direzionali collegate alla sua interfaccia primaria, il canale fornisce i propri messaggi da trasmettere sul banco di memoria condivisa e l’altro canale provvede a trasmetterli sulla rete wireless di treno. Il canale integro fornisce inoltre sul banco di memoria condivisa i messaggi in arrivo dalla rete wireless di treno.

[0063] Ciascun canale è preferibilmente in grado di diagnosticare la condizione di guasto totale dell’altro canale utilizzando messaggi periodici di vitalità scambiati sulle linee seriali.

[0064] In caso di guasto totale di un canale, l’altro canale processa anche i dati degli accelerometri triassiali e dei sensori di temperatura connessi ai propri ingressi secondari ed invia il risultato dell’elaborazione al sottosistema di terra o all’unità diagnostica di bordo, a seconda della configurazione di sistema.

[0065] In caso di guasto totale di un canale, l’altro canale esegue in sua vece tutte le azioni necessarie per la gestione della rete wireless di treno.

[0066] Nella configurazione degradata di guasto totale di un canale, il canale superstite, in caso di guasto di una delle sue antenne, utilizza la corrispondente antenna del canale guasto collegata alla propria interfaccia secondaria.

[0067] Preferibilmente non è prevista all’interno di un nodo sensore una ridondanza per gli accelerometri triassiali e i sensori di temperatura. In caso di guasto di uno di questi sensori i dati non sono più disponibili. Tuttavia, l’assile ha un sensore a entrambi gli estremi e i loro dati non sono scorrelati.

[0068] Preferibilmente, tutti i guasti individuati sono notificati al sottosistema di terra per la pianificazione di azioni di manutenzione.

[0069] Con l’architettura di sistema sopra descritta qualunque guasto singolo non comporta alcuna perdita di funzionalità. Una catena di guasti successivi non comporta alcuna perdita di funzionalità fin quando i guasti sono di elementi diversi tra loro.

[0070] Nella configurazione di sistema “vehicle equipment” la minima configurazione degradata in cui tutte le funzionalità sono ancora attive è quella in cui sopravvivono un canale con tutta la sua elettronica di comunicazione GPS e GSM, una qualunque delle due antenne GPS, una qualunque delle due antenne GSM, uno qualunque dei due generatori elettrici 23.

[0071] Nella configurazione di sistema “full train equipment” la minima configurazione degradata in cui tutte le funzionalità sono ancora attive è quella in cui sopravvivono un canale con tutta la sua elettronica di comunicazione Wi-Fi, una qualunque delle due antenne Wi-Fi direzionali ed una qualunque delle altre antenne Wi-Fi direzionali rivolte nel verso opposto, uno qualunque dei due generatori elettrici 23.

[0072] Nella configurazione di sistema “vehicle equipment” solo una catena di guasti che include entrambi i canali e/o entrambe le antenne GSM comporta la perdita di tutte le funzionalità. Il guasto di entrambe le antenne GPS impedisce la geo-referenziazione dei dati, tuttavia se entrambi i carrelli sono attrezzati, allora si ha comunque la possibilità di ricostruire questo dato.

[0073] Nella configurazione di sistema “full train equipment” solo una catena di guasti che include entrambi i canali e/o entrambe le antenne Wi-Fi direzionali orientate nello stesso verso comporta la perdita di tutte le funzionalità.

[0074] Da quanto sopra descritto risulta evidente che sistema di monitoraggio del tipo sopra descritto consente di conseguire pienamente gli scopi prefissi in termini di superamento degli inconvenienti della tecnica nota. Infatti il suddetto sistema, grazie alla sua architettura, è particolarmente semplice da installare. Ad esempio il nodo concentratore può essere fissato alla faccia inferiore del carello mediante uno o più magneti permanenti, così da non richiedere modifiche al carrello. I nodi sensori 20a possono essere fissati alle boccole fissando il dispositivo di copertura 6 al posto dei dispositivi di copertura generalmente previsti sulle boccole in modo da utilizzare elementi di fissaggio già previsti sulle boccole.

[0075] Fermo restando il principio dell’invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di monitoraggio per l’acquisizione, l’elaborazione e la trasmissione di dati di funzionamento di un carrello ferroviario (1), in cui il carrello ferroviario (1) comprende: - un telaio di carrello (2) che supporta almeno un assile ferroviario (3), - almeno una boccola d’assile (5) disposta ad una porzione di estremità dell’assile ferroviario (3); - almeno un dispositivo di copertura (6) della boccola d’assile fissato alla boccola d’assile (5) ed atto a definire fra la boccola d’assile (5) ed il dispositivo di copertura (6) un rispettivo vano interno; in cui il sistema di monitoraggio comprende: - almeno un nodo sensore (20a, 20b), associato alla boccola d’assile (5) e comprendente almeno un sensore (21,22) posizionato nel vano interno atto e configurato per acquisire dati di funzionamento della boccola d’assile (5); - un nodo concentratore (50) fissato al telaio di carrello all’esterno del dispositivo di copertura della boccola d’assile (5), il nodo concentratore (50) essendo operativamente connesso al nodo sensore (20a, 20b) per mezzo di una linea di collegamento cablato (40) per ricevere detti dati acquisiti, in cui il nodo concentratore (50) comprende almeno una unità di elaborazione locale (51) atta ad elaborare i dati acquisiti ed ottenere dati elaborati ed una interfaccia di comunicazione radio (54,55) per trasmettere detti dati elaborati all’esterno del nodo concentratore (50).
2. 2. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 1, in cui il telaio di carrello comprende una faccia inferiore (8), rivolta verso il suolo in una normale condizione di utilizzo del carrello (1), ed una opposta faccia superiore (9) ed in cui il nodo concentratore (50) è ospitato in un contenitore fissato alla faccia inferiore (8) del telaio di carrello.
3. 3. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 2, in cui l’interfaccia di comunicazione comprende una coppia di antenne Wi-Fi direzionali fra loro orientate in versi opposti lungo, o parallelamente a, un asse di marcia del carrello ferroviario.
4. 4. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il carrello (1) comprende una coppia di assili (3), ed in cui il sistema di monitoraggio comprende due nodi sensori (2a, 2b) per ciascun assile (3), ciascun nodo sensore essendo connesso al nodo concentratore (50) tramite una rispettiva linea di collegamento cablato (40).
5. 5. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto almeno un nodo sensore (20a, 20b) comprende un generatore elettrico (23) atto a produrre energia elettrica convertendo parte dell’energia cinetica rotazionale dell’assile, ed in cui l’energia elettrica prodotta dal generatore elettrico (23) è utilizzata per alimentare l’unità di elaborazione (51) e l’interfaccia di comunicazione radio (54,55) del nodo concentratore (50).
6. 6. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 5, in cui il nodo concentratore (50) comprende un dispositivo di accumulo (52) dell’energia prodotta dal generatore elettrico (23).
7. 7. Sistema di monitoraggio secondo la rivendicazione 6, in cui detto dispositivo di accumulo (52) comprende un supercondensatore.
8. 8. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui il generatore elettrico (23) è un alternatore sincrono polifase.
9. 9. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto almeno un nodo sensore (20a, 20b) comprende una antenna GPS ed in cui il nodo concentratore contiene una unità di localizzazione satellitare operativamente connessa a detta antenna GPS.
10. 10. Sistema di monitoraggio secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto almeno un nodo sensore (20a, 20b) comprende una antenna idonea alla connessione radio cellulare ed in cui detta interfaccia di comunicazione radio è, o comprende, una interfaccia di comunicazione radio cellulare operativamente connessa a detta antenna.
11. 11. Sistema diagnostico di un convoglio ferroviario, in cui il convoglio ferroviario comprende una pluralità di carelli ferroviari che definiscono nel loro insieme una schiera lineare di carrelli a due a due adiacenti, in cui il sistema diagnostico comprende un sistema secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni installato su ciascun carrello ed in cui nella schiera lineare il nodo concentratore di un carrello è atto e configurato per comunicare tramite detta interfaccia di comunicazione radio con nodi concentratori dei carrelli del convoglio ferroviario che lungo la schiera lineare sono ad esso adiacenti.