IT201800004956A1 - Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio, particolarmente per almeno un veicolo ferroviario. - Google Patents

Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio, particolarmente per almeno un veicolo ferroviario. Download PDF

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Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: “Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio, particolarmente per almeno un veicolo ferroviario”
DESCRIZIONE
Settore tecnico
La presente invenzione si colloca, in generale, nel settore dei sistemi frenanti ferroviari; in particolare, l’invenzione si riferisce ad un sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio di un veicolo ferroviario.
Tecnica nota
I più recenti sistemi frenanti ferroviari utilizzano soluzioni elettroniche avanzate allo scopo di semplificare l’architettura pneumatica, specialmente la porzione pneumatica adibita alla frenatura di emergenza, con conseguente complessiva riduzione di costi globali di prodotto, riduzione di pesi, aumento delle prestazioni, aumento della sicurezza di esercizio.
Ad esempio, il brevetto EP3148853 descrive e rivendica un sistema di frenatura elettropneumatico che assolve ai requisiti sopra descritti. In modo particolare tale documento descrive e rivendica una architettura pneumatica ed una pluralità di varianti realizzative.
Nella figura 1 della presente domanda è riportata, a scopo illustrativo, la figura 1 del documento EP3148853. Nel seguito viene fornita una descrizione riassuntiva di tale figura.
WA è costituito da un modulo elettropneumatico EPDA controllato da una unità elettronica WCU, adibito alla continua preparazione di una pressione di frenatura di emergenza i, il cui valore istantaneo è legato al valore istantaneo del peso del carrello o del veicolo letto mediante un sensore di peso 2. Detto valore è calcolato tenendo conto di un prefissato coefficiente di aderenza ruota-rotaia in condizioni di asciutto µ, secondo equazioni note agli esperti del settore. BCA1…BCAN sono costituiti da moduli elettropneumatici EPCA, controllati dalle unità elettroniche BCU, adibiti alla preparazione di una pressione di frenatura di servizio per i cilindri BC1…BCN. Detta pressione di frenatura di servizio è funzione di una brake-demand "a" e del peso riportato dal sensore di peso 2, secondo algoritmi noti agli esperti del settore. All’interno dei moduli EPCA, le elettrovalvole 10, 12, sono rispettivamente adibite allo riempimento ed allo svuotamento delle camere pilota d delle valvole relè RV. Mediante opportuna codifica dei segnali di controllo alle elettrovalvole 10, 12, le unità elettroniche BCU possono aumentare, mantenere, ridurre la pressione alle camere pilota d e conseguentemente le pressioni ai cilindri freno BC1…BCN. Dette pressioni possono assumere valori differenti nel tempo in accordo alle necessità del carrello o del veicolo associati al sistema descritto in figura 1.
Poiché le elettrovalvole 10, 12 controllate dalle BCU1…BCUN sono alimentate dalla pressione di frenatura di emergenza i, le pressioni generate dai moduli BCA1…BCAN, possono variare in modo indipendente in un range compreso tra il valore nullo ed il valore massimo di pressione di frenatura di emergenza i.
Qualora una frenatura di emergenza venga richiesta mediante un ingresso FRENATURA DI EMERGENZA connesso alle unità BCU1…BCN, non illustrato in figura 1, dette unità BCU1…BCUN provvedono a diseccitare le elettrovalvole 10 e 12, ovvero ponendole nello stato illustrato in figura 1.
In tale condizione, la pressione di frenatura emergenza i viene applicata alle camere pilota delle valvole pneumatiche RV, le quali duplicheranno detta pressione di frenatura di emergenza per i cilindri freno BC1…BCN. In tal caso, contrariamente a quanto accade in caso di frenatura di servizio, tutte le pressioni ai cilindri BC1…BCN assumeranno lo stesso valore, equivalente alla pressione di frenatura di emergenza i, a meno dell’errore dovuto alle tolleranze di dette valvole pneumatiche RV.
Nella presente domanda di brevetto si farà riferimento alle seguenti normative Europee:
- EN50126 [“Railway applications. The specification and demonstration of reliability, availability, maintainability and safety (RAMS)];
- EN50128 [“Railway applications. Communications, signalling and processing systems. Software for railway control and protection systems”];
- EN50129 [“Railway applications. Communication, signalling and processing systems. Safety related electronic systems for signalling”].
In particolare, la norma EN50126 definisce le metodologie per l’assegnazione dei livelli di sicurezza SIL0/1/2/3/4 (con livello di sicurezza SIL4 indicante massimo livello di sicurezza) ai sottosistemi costituenti il sistema in esame, in base ai risultati dell’Analisi di Sicurezza, e le norme EN50128 ed EN50129 definiscono i criteri di progettazione da applicarsi alle componenti rispettivamente Software e Hardware in base ai livelli SIL assegnati in base a detti risultati dell’Analisi di Sicurezza.
Sono fattori noti agli esperti del settore ferroviario:
- che i calcoli di sicurezza relativi alla funzione di frenatura di emergenza per un veicolo ferroviario eseguiti in accordo alla normativa Europea EN50126 assegnano sistematicamente un Safety Integrity Level SIL≥3 a detta funzione di frenatura di emergenza, e di normale conseguenza ai sottosistemi che le realizzano;
- che i calcoli di sicurezza relativi alla funzione di frenatura di servizio per un veicolo ferroviario eseguiti in accordo alla normativa Europea EN50126 assegnano normalmente un Safety Integrity Level SIL≤2 a detta funzione di frenatura di servizio, e di normale conseguenza ai sottosistemi che le realizzano;
- che lo sviluppo di una unità di controllo, tipicamente a microprocessore o basata su FPGA, secondo livelli SIL≥3 in accordo alle EN50128 ed EN50129 comporta costi di progettazione, validazione e certificazione superiori di circa un ordine di grandezza rispetto progettazione secondo livelli SIL≤2, a parità di funzioni realizzate In relazione all’ultimo dei punti precedenti, risulta evidente come convenga mantenere estremamente limitate e semplici le funzionalità da svilupparsi secondo i livelli di sicurezza SIL≥3.
Secondo quanto illustrato, il controllo elettronico WCU, essendo adibito alla gestione della pressione della frenatura di emergenza, dovrà certamente essere sviluppato secondo il livello SIL≥3 in accordo alle normative EN50128 ed EN50129. Questo tipo di sviluppo, nel contesto di quanto rivendicato in EP3148853 sarà comunque limitato ad un semplice circuito basato su microprocessori elementari e/o su FPGA. Detto circuito essendo assegnato al calcolo della pressione di frenatura di emergenza i ed al pilotaggio delle due elettrovalvole 5 e 6 ed alla lettura del sensore di pressione feedback 9 per ottenere detta pressione di frenatura di emergenza i mediante un semplice controllo in catena chiusa.
Risulta evidente che, svantaggiosamente, il sistema descritto in EP3148853 può solamente produrre un unico valore comune di pressione di frenatura di emergenza per i vari cilindri freno BC1…BCN.
Esistono applicazioni ferroviarie in cui un sistema di frenatura di servizio ed emergenza debba produrre pressioni di frenatura di emergenza differenti per ciascun cilindro freno BC1…BCN. Ad esempio, ma non esclusivamente, valori differenti di frenatura di emergenza si rendono necessari quando, nel sistema descritto in EP3148853, i simboli BC1…BCN, limitati a BC1, BC2, rappresentino due canali di pressione da assegnarsi a due diversi carrelli di una stessa cassa, ove un carrello sia motorizzato e l’altro sia un carrello trainato, oppure, debba frenare due carrelli JAKOBS adiacenti. In entrambi i casi, i due carrelli genereranno valori di peso da frenarsi generalmente differenti tra loro, incluso in caso di frenatura di emergenza. In tal caso, il sistema descritto in EP3148853, generante uguali valori di frenatura di emergenza per ciascun canale BC1, BC2, non è più adeguato.
Una soluzione potrebbe essere rappresentata dal duplicare il modulo WA per ciascun modulo BCA1, BC2, ove ciascun modulo WA1, WA2, riceverebbe un valore di peso da un proprio sensore di peso 2 relativo al proprio carrello, e genererebbe una pressione di frenatura di emergenza indipendente, propria di ciascun carrello, per ciascun rispettivo modulo BCA1, BCA2.
Questa soluzione però non è percorribile perché andrebbe contro i requisiti dell’avere un sistema caratterizzato da costi, ingombri e pesi minimi.
Una seconda soluzione potrebbe essere rappresentata dallo sviluppare i moduli BCA1…BCAN secondo il livello SIL≥3 in accordo alle EN50128 ed EN50129, affidando direttamente ai detti moduli BCA1…BCAN la generazione e controllo di ciascuna pressione pneumatica di frenatura di emergenza indipendente per ciascun carrello.
Anche questa soluzione risulta però non percorribile in quanto le unità BCA1…BCAN sono estremamente complesse essendo adibite a controllo di svariate funzioni oltre a produrre la pressione di frenatura di servizio, ovvero funzioni di Antipattinaggio, funzioni diagnostiche, funzioni di comunicazione seriale su protocolli complessi quali Ethernet. Tale complessità Hardware e Software risulterebbe in costi impraticabili qualora lo sviluppo fosse eseguito in accordo livelli di sicurezza SIL≥3 in accordo alle EN50128 ed EN50129.
Sintesi dell’invenzione
Uno scopo della presente invenzione è dunque quello di fornire un sistema di controllo elettropneumatico della frenatura di emergenza e di servizio, particolarmente per almeno un veicolo ferroviario, che permetta il controllo indipendente delle pressioni di emergenza per ciascun canale secondo un livello di sicurezza SIL≥3, senza incrementare la complessità ed il costo globale del sistema confrontato a sistemi simili a quanto descritto, ad esempio, in EP3148853.
Detto sistema essendo ulteriormente in grado di fornire una pressione di frenatura di emergenza comune a tutti i canali in caso di guasto localizzato su uno dei componenti costituenti detto sistema.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo un aspetto dell’invenzione, da un sistema di controllo elettronico della frenatura di emergenza di un veicolo ferroviario avente le caratteristiche definite nelle rivendicazioni indipendenti. Forme di attuazione preferenziali dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto è da intendersi come parte integrante della presente descrizione.
Breve descrizione dei disegni
Verranno ora descritte le caratteristiche funzionali e strutturali di alcune forme di realizzazione preferite di un sistema di controllo elettronico della frenatura di emergenza e di servizio secondo l’invenzione. Si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:
- la figura 1 illustra in modo semplificato un sistema di frenatura pneumatico integrante frenatura di servizio e di emergenza, secondo quanto descritto nel documento di arte nota EP3148853;
- la figura 2 illustra una possibile alternativa, ma non esclusiva, soluzione per un modulo EPCA;
- la figura 3 illustra una prima forma di realizzazione di un sistema di controllo elettronico della frenatura di emergenza e di servizio secondo l’invenzione;
- la figura 4 illustra una seconda forma di realizzazione di un sistema di controllo elettronico della frenatura di emergenza e di servizio secondo l’invenzione;
- la figura 5 illustra in modo semplificato moduli pneumatici EPDA realizzati secondo una ulteriore soluzione esemplificativa, secondo quanto descritto nel documento di arte nota EP3148853; e
- la figura 6 illustra in modo semplificato moduli pneumatici EPDA realizzati secondo una ancora ulteriore soluzione esemplificativa, secondo quanto descritto nel documento di arte nota EP3148853.
Descrizione dettagliata
Prima di spiegare nel dettaglio una pluralità di forme di realizzazione dell’invenzione, va chiarito che l’invenzione non è limitata nella sua applicazione ai dettagli costruttivi e alla configurazione dei componenti presentati nella seguente descrizione o illustrati nei disegni. L’invenzione è in grado di assumere altre forme di realizzazione e di essere attuata o realizzata praticamente in diversi modi. Si deve anche intendere che la fraseologia e la terminologia hanno scopo descrittivo e non vanno intese come limitative. L’utilizzo di “includere” e “comprendere” e le loro variazioni sono da intendersi come ricomprendenti gli elementi enunciati a seguire e i loro equivalenti, così come anche elementi aggiuntivi e gli equivalenti di questi.
Facendo riferimento alla figura 3, è illustrato un sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio 300, particolarmente per almeno un veicolo ferroviario comprendente una pluralità di carrelli, secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione.
Tale sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio 300 comprende una pluralità di moduli elettropneumatici di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n predisposti per generare rispettive pressioni di frenatura 309, 309’, …309n per rispettivi gruppi di frenatura 310, 310’, …310n.
Tali moduli elettropneumatici di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n sono alimentati da una pressione pneumatica di alimentazione 304 proveniente, ad esempio, da un serbatoio ausiliario non illustrato in figura 3.
Ciascun modulo elettropneumatico di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n può assumere, in modo esemplificativo ma non esclusivo, la forma realizzativa propria dei moduli elettropneumatici EPCA illustrati nella figura 1.
Ulteriormente, ciascun modulo elettropneumatico di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n può assumere, in modo esemplificativo ma non esclusivo, la forma realizzativa propria dei moduli elettropneumatici EPCA illustrati nella figura 2: all’interno del modulo EPCA, le elettrovalvole 200, 201, sono rispettivamente adibite allo riempimento ed allo svuotamento diretto del cilindro BC. Mediante opportuna codifica dei segnali di controllo alle elettrovalvole 200, 201, la unità elettronica BCU può aumentare, mantenere, ridurre la pressione direttamente al cilindro freno BC.
In figura 3, due o più coppie di segnali elettrici 312, 312’, …312n possono provvedere a pilotare elettrovalvole all’interno di ciascun modulo elettropneumatico di generazione di pressione pneumatica di frenatura 311, 311’, …311n, dette elettrovalvole non essendo illustrate in figura 3. La modalità funzionale di dette elettrovalvole è analoga a quanto descritto in figura 1 ed in figura 2 relativamente ai moduli EPCA.
Il sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio 300 comprende inoltre una unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301 predisposta per ricevere una pluralità di segnali di peso 302, 302’, …302n indicativi dei pesi gravanti sui corrispondenti carrelli, un segnale di velocità 320 indicativo della velocità istantanea del veicolo, un segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 atto a segnalare una richiesta di frenatura di emergenza, una pluralità di segnali di pressione effettiva 313, 313’, …313n indicativi di valori di pressione assunti rispettivamente dalle pressioni pneumatiche di frenatura 309, 309’, …309n generate rispettivamente dai moduli di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n.
Detti segnali di pressione effettiva 313, 313’, …313n sono generati, ad esempio, da sensori di pressione, non illustrati in figura 3, che sono predisposti ciascuno alla lettura delle pressioni di frenatura 309, 309’, …309n.
Il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 può, ad esempio, provenire da un loop di emergenza del veicolo ferroviario, che non è illustrato nelle figure.
Detta unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301 è ulteriormente predisposta per generare una pluralità di segnali 316, 316’, …316n di richiesta di pressioni di frenatura di emergenza continui nel tempo, detti segnali 316, 316’, …316n di richiesta di pressione di frenatura di emergenza essendo calcolati ciascuno in funzione del valore istantaneo del corrispettivi segnali 302, 302’, …302n indicativi dei pesi gravanti sui corrispettivi carrelli, e di un prefissato coefficiente di aderenza ruota-rotaia in condizioni di asciutto µ, secondo equazioni note agli esperti del settore.
Detta unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301 può essere predisposta per generare una pluralità di segnali 316, 316’, …316n di richiesta di pressioni di frenatura di emergenza continui nel tempo calcolati ciascuno in funzione del valore istantaneo del corrispettivi segnali 302, 302’, …302n indicativi dei pesi gravanti sui corrispettivi carrelli, e di un prefissato coefficiente di aderenza ruota-rotaia in condizioni di asciutto µ, il cui valore viene ottenuto in tempo reale da una funzione eseguita dal sistema di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301, i cui coefficienti sono residenti nella memoria non volative di detto sistema di controllo e monitoraggio 301, detta funzione rappresentante la mappatura dei valori del coefficiente di aderenza ruota-rotaia in condizioni di asciutto µ in funzione della velocità del convoglio 320.
Detta unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301 è una architettura elettronica.
Il sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio 300 comprende ulteriormente un modulo di generazione di pressione di emergenza 303, alimentato da detta pressione di alimentazione 304. Tale modulo di generazione pressione di emergenza 303 è predisposto per generare una pressione di frenatura di emergenza 306 da fornire alla pluralità di moduli elettropneumatici di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, … 311n.
Ad esempio, la pressione di alimentazione 304 può essere provvista da un serbatoio ausiliario non illustrato nelle figure.
Ancora ulteriormente, il sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio 300 include una unità di controllo di frenatura 307 predisposta per ricevere i segnali di peso 302, 302’, …302n, il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315, un segnale richiesta di frenatura di servizio 308 il cui valore indica il livello di richiesta di frenatura di servizio, i segnali di pressione effettiva 313, 313’, …313n, i segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza 316, 316’, …316n. .
I segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza 316, 316’, …316n generati dall’unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301 sono trasmessi alla unità di controllo frenatura 307 ad esempio, ma non esclusivamente, mediante un mezzo di comunicazione seriale o da un insieme di segnali analogici, in tensione o in corrente o PWM.
L'unità di controllo di frenatura 307 è predisposta per fornire coppie di segnali di controllo 312, 312’, …312n. Mediante opportuna codifica della coppia segnali di controllo 312, 312’, …312n, l’unità di controllo frenatura 307 può aumentare, mantenere, ridurre le pressioni di frenatura 309, 309’, …309n.
L'aumento, il mantenimento, la riduzione delle pressioni di frenatura 309, 309’, …309n può essere ottenuto pilotando le elettrovalvole appartenenti ad i moduli elettropneumatici di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, … 311n come precedentemente descritto.
Detta unità di controllo di frenatura 307 è anch'essa una architettura elettronica. L'architettura elettronica dell'unità di controllo di frenatura 307 è indipendente dall'architettura elettronica dell'unità di controllo e monitoraggio pressione emergenza 301.
Sempre facendo riferimento alla figura 3, il sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio 300 include un primo dispositivo di commutazione di emergenza 318 comprendente una pluralità di coppie di contatti 317, 317’, …317n connessi tra l'unità controllo frenatura 307 e i moduli di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n.
Il primo dispositivo di commutazione di emergenza 318 è controllato da un segnale di pilotaggio 319 generato dall'unità di controllo di pressione emergenza 301.
Le coppie di contatti 317, 317’, …317n sono atte a consentire la connessione delle coppie di segnali di controllo 312, 312’, …312n dall'unità controllo frenatura 307 ai rispettivi moduli di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n quando sono posti in una condizione chiusa, permettendo così all’unità di controllo frenatura 307 di controllare detti moduli di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n per ottenere la applicazione, il mantenimento, il rilascio delle pressioni di frenatura 309, 309’, …309n.
Le coppie di contatti 317, 317’, …317n sono atte ad impedire la connessione delle coppie di segnali di controllo 312, 312’, …312n dall'unità controllo frenatura 307 ai rispettivi moduli di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n quando sono posti in una condizione aperta, forzando così detti moduli di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n a trasferire il valore della pressione di frenatura di emergenza 306 alle pressioni di frenatura 309, 309’, …309n.
In una forma di realizzazione, le coppie di contatti 317, 317’, …317n del primo dispositivo di commutazione di emergenza 318 possono essere poste in una condizione chiusa dall'unità di controllo pressione emergenza 301 quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 non indica una richiesta di frenatura di emergenza, e quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 indica una richiesta di frenatura di emergenza ed i valori del segnale di pressione effettiva 313, 313’, …313n indicativi del valore della pressione di frenatura 309, 309’, …309n corrispondono ai rispettivi valori dei segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza 316, 316’, …316n.
Le coppie di contatti 317, 317’, …317n del primo dispositivo di commutazione di emergenza 318 possono essere poste in una condizione normalmente aperta dall'unità di controllo pressione emergenza 301 quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 indica una richiesta di frenatura di emergenza ed almeno uno tra i valori dei segnali di pressione effettiva 313, 313’, …313n indicativi del valore della pressione di frenatura 309, 309’, …309n non corrisponde al rispettivo tra i valori dei segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza 316, 316’, …316n. In tal modo, viene interrotta la connessione dei segnali di controllo 312, 312’, …312n dall'unità controllo frenatura 307 al modulo elettropneumatico di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n. Di conseguenza, le elettrovalvole dei moduli di pressione di generazione di frenatura 311, 311’, …311n vengono forzate nella condizione non alimentata e quindi a traferire il valore della pressione di frenatura di emergenza 306 fornito dal modulo di pressione di emergenza 303 alle pressioni di frenatura 309, 309’, …309n.
Facendo ora riferimento alla figura 4, in una ulteriore forma di realizzazione, il sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio può comprendere inoltre un secondo dispositivo di commutazione di emergenza 314 che comprende una pluralità di coppie di contatti 330, 330’, …330n ed è controllato dal segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315.
Dette coppie di contatti 330, 330’, …330n del secondo dispositivo di commutazione di emergenza 314 sono connesse tra l'unità controllo frenatura 307 e i moduli di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n, e sono poste in parallelo alle rispettive coppie di contatti 317, 317’, …317n di detto primo dispositivo di commutazione di emergenza 318.
Dette coppie di contatti 330, 330’, …330n del secondo dispositivo di commutazione di emergenza 314 sono poste in una condizione chiusa quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 assume un valore che non segnala una richiesta di frenatura di emergenza, e sono posti in una condizione normalmente aperta quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 assume un valore che segnala una richiesta di frenatura di emergenza.
Come si può osservare in figura 4, la condizione chiusa dei contatti 330, 330’, …330n consente la connessione delle coppie di segnali di controllo 312, 312’, …312n dall'unità controllo frenatura 307 ai moduli elettropneumatici di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n, consentendo così all’unità di controllo frenatura 307 di aumentare, mantenere, ridurre le pressioni di frenatura 309, 309’, …309n, in modo indipendente l’una dall’altra, come precedentemente descritto.
La condizione aperta dei contatti 330, 330’, …330n impedisce invece la connessione delle coppie di segnali di controllo 312, 312’, …312n dall'unità controllo frenatura 307 ai moduli di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n. In tal modo viene impedito il controllo dei moduli elettropneumatici di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n da parte dell’unità di controllo frenatura 307. In tale condizione i moduli elettropneumatici di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n assumono la condizione non alimentata illustrata in figura 4, trasferendo il valore di pressione assunto dalla pressione di emergenza 306 alle pressioni di frenatura 309, 309’, …309n.
In questa forma di realizzazione, dette coppie di contatti 317, 317’, …317n del primo dispositivo di commutazione di emergenza 318 sono indifferentemente aperte o chiuse tramite il segnale di pilotaggio 319 quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 non indica una richiesta di frenatura di emergenza.
Dette coppie di contatti 317, 317’, …317n del primo dispositivo di commutazione di emergenza 318 sono poste in una condizione chiusa quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 indica una richiesta di frenatura di emergenza e i valori dei segnali di pressione effettiva 313, 313’, …313n indicativi dei valori della pressione di frenatura 309, 309’, …309n corrispondono ai valori dei rispettivi segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza 316, 316’, …316n.
Dette coppie di contatti 317, 317’, …317n del primo dispositivo di commutazione di emergenza 318 sono poste in una condizione normalmente aperta dall'unità di controllo pressione emergenza 301 quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 indica una richiesta di frenatura di emergenza ed almeno uno tra i valori dei segnale di pressione effettiva 313, 313’, …313n indicativi del valore della pressione di frenatura 309, 309’, …309n non corrisponde al rispettivo tra i valori dei segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza 316, 316’, …316n.
In altre parole, quando le coppie di contatti 317, 317’, …317n sono chiusi, è consentita la connessione delle coppie di segnali di controllo 312, 312’, …312n dall'unità controllo frenatura 307 ai moduli di generazione di pressione pneumatica di frenatura 311, 311’, …311n, in modo tale di trasferire il valore dei segnali 316, 316’, …316n di richiesta di pressione di frenatura di emergenza alle corrispettive pressioni di frenatura 309, 309’, …309n.
Quando le coppie di contatti 317, 317’, …317n sono aperte, di conseguenza, i moduli di pressione di generazione di frenatura 311, 311’, …311n vengono forzati nella condizione non alimentata illustrata in figura 4 e quindi a traferire il valore della pressione di frenatura di emergenza 306 fornito dal modulo di pressione di emergenza 303 alle pressioni di frenatura 309, 309’, …309n.
Il primo e il secondo dispositivo di commutazione 314, 318, in tutte le forme di realizzazione, possono essere ad esempio relè o essere altresì realizzati con componenti a stato solido, eventualmente mediante optoisolatori per il disaccoppiamento galvanico tra il segnale di richiesta di frenatura di emergenza 315 ed i segnali uscenti dall'unità controllo frenatura 307.
Poiché la pressione di emergenza 306 costituisce la pressione di alimentazione comune delle elettrovalvole appartenenti a tutti i moduli di generazione di pressione di frenatura 311, 311’, …311n, detti moduli 311, 311’, …311n possono generare un valore di pressione massimo equivalente al valore di pressione di frenatura di emergenza 306. Come conseguenza, e considerando che il valore di pressione di emergenza per ciascun canale di frenatura rappresenta normalmente il valore massimo raggiungibile dalla frenatura di servizio per detto ciascun canale, la pressione di frenatura di emergenza 306 dovrà assumere in ogni istane un valore almeno uguale o superiore alla più alta delle richieste di pressione di emergenza 316, 316’, …316n.
Questo scopo può essere raggiunto assegnando al modulo di pressione di emergenza 303, ad esempio ma non esclusivamente, una forma equivalente ai moduli pneumatici EPDA di figura 1, o figura 5, o figura 6.
Il modulo di pressione di emergenza 303 viene controllato dal modulo di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301, mediante i segnali di controllo e feedback 305, rappresentanti in figura 1 i segnali di controllo delle elettrovalvole 5, 7, e dal segnale di feedback proveniente dal sensore di pressione 9, detta funzione di controllo atta a preparare in modo continuativo nel tempo la pressione di emergenza 306. Il modulo di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301 provvede a controllare il modulo di pressione di emergenza 303 facendo assumere, in ogni istante, il valore maggiore tra i valori di richiesta di pressione di frenatura di emergenza 316, 316’, …316n, alla pressione di frenatura di emergenza 306, detti valori essendo in ogni istante calcolati in accordo ai pesi 302, 302’, …302n ed eventualmente al valore di aderenza massima disponibile funzione della velocità istantanea del veicolo 320.
Detto modulo di pressione di emergenza 303 può essere un modulo pneumatico realizzato tramite una valvola pneumatica atta a generare un valore costante di pressione di frenatura di emergenza 306.
Un secondo metodo esemplificativo, ma non esclusivo, estremamente semplice per generare la pressione di frenatura di emergenza 306 consiste nell’utilizzare una valvola limitatrice di pressione per la realizzazione del modulo di pressione di emergenza 303, tarando permanentemente detta valvola limitatrice di pressione al valore di pressione corrispondente al maggiore tra i valori possibili di pressione di emergenza assunto a massimo peso, detto valore essendo calcolato in fase di progettazione del sistema. Nel caso di realizzazione precedentemente descritto, i segnali di controllo e feedback 305, si ridurranno ad una semplice funzione di feedback per il monitoraggio continuo della pressione 306.
Vantaggiosamente, l'unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301, di relativa semplicità, può essere sviluppata in accordo a livelli di sicurezza SIL≥3 riferiti alle norme EN50128 ed EN50129, e l'unità di controllo di frenatura 307, estremamente più complessa, può essere sviluppata in accordo a livelli di sicurezza SIL≤2 riferiti alle norme EN50128 ed EN50129.
In tal modo, pur essendo l'unità di controllo di frenatura 307 progettata secondo livelli di sicurezza SIL≤2, e non risultante quindi adeguata a gestire la frenatura di emergenza in modo indipendente, può eseguire la gestione delle pressioni di emergenza sotto continuo comando e monitoraggio da parte dell'unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301, essendo quest’ultima progettata secondo livelli di sicurezza SIL≥3. Come precedentemente descritto, la unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301, durante la frenatura di emergenza verifica che i valori delle pressioni di frenatura 309, 309’, …309n siano quelli attesi, ovvero corrispondenti a rispettivi valori 316, 316’, …316n, entro margini di tolleranza prestabiliti. Qualora dette pressioni di frenatura 309, 309’, …309n non corrispondano ai valori attesi, ovvero corrispondenti a rispettivi valori 316, 316’, …316n, entro detti margini di tolleranza, un possibile malfunzionamento dell'unità di controllo di frenatura 307 viene identificato “sicuramente” dall'unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301, che ulteriormente provvederà “sicuramente” a portare le pressioni di frenatura 309, 309’, …309n al valore della pressione di frenatura di emergenza 306, diseccitando il primo e il secondo dispositivo di commutazione 318, 314.
I gruppi di frenatura di frenatura 310, 310’, …310n possono provvedere ciascuno a frenare assili differenti dello stesso veicolo ferroviario. Oppure, i gruppi di frenatura di frenatura 310, 310’, …310n possono provvedere ciascuno a frenare carrelli differenti dello stesso veicolo ferroviario o dello stesso convoglio di veicoli ferroviari.
Le forme di realizzazioni descritte in precedenza permettono quindi di differenziare le pressioni in uscita al sistema in accordo ai diversi pesi gravanti sui diversi carrelli anche durante la frenatura di emergenza, secondo il livello globale di sicurezza SIL≥3 grazie ad un monitoraggio continuo ed alla soluzione di backup in caso di guasto dell'unità di controllo di frenatura 307, fornita dall'unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza 301 progettata per operare a livello di sicurezza SIL≥3.
Sono stati descritti diversi aspetti e forme di realizzazione di un sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio, particolarmente per almeno un veicolo ferroviario secondo l’invenzione. Si intende che ciascuna forma di realizzazione può essere combinata con qualsiasi altra forma di realizzazione. L’invenzione, inoltre, non è limitata alle forme di realizzazione descritte, ma potrà essere variata entro l’ambito definito dalle rivendicazioni annesse.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio (300), particolarmente per almeno un veicolo ferroviario comprendente una pluralità di carrelli, caratterizzato dal fatto di comprendere: - una pluralità di moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n) alimentati da una pressione di alimentazione (304) predisposti per generare una pluralità di rispettive pressioni di frenatura (309, 309’, …309n) per rispettivi gruppi di frenatura (310, 310’, …310n); - una unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza (301) predisposta per ricevere una pluralità di segnali di peso (302, 302’, …302n) indicativi dei pesi gravanti su detti carrelli, un segnale di velocità (320) indicativo della velocità istantanea del veicolo ferroviario, un segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) atto a segnalare una richiesta di frenatura di emergenza, una pluralità di segnali di pressione effettiva (313, 313’, …313n) indicativi dei valori di pressione assunti dalle rispettive pressioni di frenatura (309, 309’, …309n) generate dai rispettivi moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n); detta unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza (301) essendo una architettura elettronica; detta unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza (301) essendo predisposta per fornire una pluralità segnali di richiesta di frenatura di emergenza continui nel tempo (316, 316’, …316n) atti ad indicare valori di richiesta di pressione di frenatura di emergenza per i rispettivi moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n); - un modulo di pressione di emergenza (303) alimentato da detta pressione di alimentazione (304) e predisposto per generare una pressione di frenatura di emergenza (306) da fornire ai moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, … 311n); - una unità di controllo di frenatura (307) predisposta per ricevere una pluralità di segnali di peso (302, 302’, …302n), il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315), un segnale richiesta di frenatura di servizio (308) predisposto per indicare il livello di richiesta di frenatura di servizio, i segnali di pressione effettiva (313, 313’, …313n), una pluralità di segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza (316, 316’, …316n) generati dall’unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza (301) ed atti ad indicare valori di richiesta di pressione di frenatura di emergenza per ciascun modulo di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n); detta unità di controllo di frenatura (307) essendo predisposta per fornire una pluralità di coppie di segnali di controllo (312, 312’, …312n) mediante le quali controllare i rispettivi moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n) in modo tale da generare corrispettive pressioni di frenatura (309, 309’, …309n) in funzione del valore assunto dal segnale di richiesta di frenatura di servizio (308) e dei corrispettivi segnali di peso (302, 302’, …302n), quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) non segnala una richiesta di frenatura di emergenza, e in modo tale da generare pressioni di frenatura (309, 309’, …309n) in funzione dei valori assunti dai segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza (316, 316’, ..316n) quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) assume un valore indicante una situazione di richiesta di frenatura di emergenza; detta unità di controllo di frenatura (307) essendo una architettura elettronica indipendente dall'architettura elettronica dell'unità di controllo e monitoraggio della pressione emergenza (301); - un primo dispositivo di commutazione di emergenza (318) comprendente una pluralità di coppie di contatti (317, 317’, …317n) connessi tra l'unità controllo frenatura (307) e i moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n); il primo dispositivo di commutazione di emergenza (318) essendo controllato da un segnale di pilotaggio (319) generato dall'unità di controllo pressione emergenza (301); le coppie di contatti (317, 317’, …317n) essendo atte a consentire la connessione delle coppie di segnali di controllo (312, 312’, …312n) dall'unità controllo frenatura (307) ai rispettivi moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n) quando sono posti in una condizione chiusa, permettendo all’unità di controllo frenatura (307) di controllare detti moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n) per ottenere la applicazione, il mantenimento, il rilascio delle pressioni di frenatura (309, 309’, …309n); le coppie di contatti (317, 317’, …317n) essendo atte ad impedire la connessione delle coppie di segnali di controllo (312, 312’, …312n) dall'unità controllo frenatura (307) ai rispettivi moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n) quando sono poste in una condizione aperta, forzando detti moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n) a trasferire il valore della pressione di frenatura di emergenza (306) alle pressioni di frenatura (309, 309’, …309n).
  2. 2. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo secondo la rivendicazione 1, - in cui le coppie di contatti (317, 317’, …317n) del primo dispositivo di commutazione di emergenza (318) sono poste in una condizione chiusa dall'unità di controllo pressione emergenza (301) quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) non indica una richiesta di frenatura di emergenza e quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) indica una richiesta di frenatura di emergenza ed i valori del segnale di pressione effettiva (313, 313’, …313n) indicativi del valore della pressione di frenatura (309, 309’, …309n) corrispondono ai rispettivi valori dei segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza (316, 316’, …316n); - in cui le coppie di contatti (317, 317’, …317n) del primo dispositivo di commutazione di emergenza (318) sono poste in una condizione normalmente aperta dall'unità di controllo pressione emergenza (301) quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) indica una richiesta di frenatura di emergenza ed almeno uno tra i valori dei segnale di pressione effettiva (313, 313’, …313n) indicativi del valore della pressione di frenatura (309, 309’, …309n) non corrisponde al rispettivo tra i valori dei segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza (316, 316’, …316n).
  3. 3. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un secondo dispositivo di commutazione di emergenza (314) che comprende una pluralità di coppie di contatti (330, 330’, …330n) ed è controllato dal segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315); dette coppie di contatti (330, 330’, …330n) del secondo dispositivo di commutazione di emergenza (314) essendo connesse tra l'unità controllo frenatura (307) e i moduli di generazione di pressione di frenatura (311, 311’, …311n), ed essendo poste in parallelo alle rispettive coppie di contatti (317, 317’, …317n) di detto primo dispositivo di commutazione di emergenza (318); dette coppie di contatti (330, 330’, …330n) del secondo dispositivo di commutazione di emergenza (314) sono poste in una condizione chiusa quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) assume un valore che non segnala una richiesta di frenatura di emergenza, e sono poste in una condizione normalmente aperta quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) assume un valore che segnala una richiesta di frenatura di emergenza; dette coppie di contatti (317, 317’, …317n) del primo dispositivo di commutazione di emergenza (318) essendo indifferentemente aperte o chiuse tramite il segnale di pilotaggio (319) quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) non indica una richiesta di frenatura di emergenza; dette coppie di contatti (317, 317’, …317n) del primo dispositivo di commutazione di emergenza (318) essendo poste in una condizione chiusa quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) indica una richiesta di frenatura di emergenza ed i valori dei segnali di pressione effettiva (313, 313’, …313n) indicativi dei valori della pressione di frenatura (309, 309’, …309n) corrispondono ai valori dei rispettivi segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza (316, 316’, …316n); dette coppie di contatti (317, 317’, …317n) del primo dispositivo di commutazione di emergenza (318) sono poste in una condizione normalmente aperta dall'unità di controllo pressione emergenza (301) quando il segnale di richiesta di frenatura di emergenza (315) indica una richiesta di frenatura di emergenza ed almeno uno tra i valori dei segnale di pressione effettiva (313, 313’, …313n) indicativi del valore della pressione di frenatura (309, 309’, …309n) non corrisponde al rispettivo tra i valori dei segnali di richiesta di pressione di frenatura di emergenza (316, 316’, …316n).
  4. 4. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto modulo di pressione di emergenza (303) è un modulo pneumatico realizzato tramite una valvola pneumatica atta a generare un valore costante di pressione di frenatura di emergenza (306).
  5. 5. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo secondo la rivendicazione precedente in cui detto modulo di pressione di emergenza (303) è un modulo pneumatico realizzato tramite una valvola pneumatica atta a generare un valore costante di pressione di frenatura di emergenza (306) corrispondente alla pressione di emergenza relativa al maggior peso ammissibile ai carrelli controllati.
  6. 6. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto modulo di pressione di emergenza (303) è un modulo elettro-pneumatico atto a generare un valore di pressione di frenatura di emergenza (306) in funzione di segnali di comando e feedback (305) generati dall'unità di controllo di pressione di emergenza (301); detti segnali di comando e feedback (305) essendo scambiati tra l'unità di controllo di pressione di emergenza (301) e detto modulo elettro-pneumatico di pressione di emergenza (303).
  7. 7. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo secondo la rivendicazione precedente in cui detto valore di pressione di frenatura di emergenza (306) è calcolato in tempo reale dal modulo di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza (301) in accordo al maggiore tra i segnali di peso (302, 302’, …302n) ed un coefficiente di aderenza ruotarotaia in condizioni di asciutto µ caratteristico del contatto tra ruota e rotaia predefinito.
  8. 8. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo secondo la rivendicazione 6 cui detto valore di pressione di frenatura di emergenza (306) è calcolato in tempo reale dal modulo di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza (301) in accordo al maggiore tra i segnali di peso (302, 302’, …302n) ed un coefficiente di aderenza ruota-rotaia in condizioni di asciutto µ calcolato in tempo reale dalla unità di controllo e monitoraggio di pressione di emergenza (301) in funzione del valore di velocità istantanea del veicolo (320).
  9. 9. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo secondo le rivendicazioni precedenti, in cui i gruppi di frenatura di frenatura (310, 310’, …310n) provvedono ciascuno a frenare assili differenti dello stesso veicolo ferroviario.
  10. 10. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo secondo le rivendicazioni da 1 a 8, in cui i gruppi di frenatura di frenatura (310, 310’, …310n) provvedono ciascuno a frenare carrelli differenti dello stesso veicolo ferroviario o dello stesso convoglio di veicoli ferroviari.
  11. 11. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo ferroviario secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di controllo di pressione di emergenza (301) è sviluppata in accordo a livelli di sicurezza SIL≥3 riferiti alle norme EN50128 ed EN50129.
  12. 12. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo ferroviario secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di controllo di frenatura (307) è sviluppata in accordo a livelli di sicurezza SIL≤2 riferiti alle norme EN50128 ed EN50129.
  13. 13. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo ferroviario secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il primo dispositivo di commutazione di emergenza (318) e/o il secondo dispositivo di commutazione di emergenza (314) è/sono realizzato/i tramite relè o componenti a stato solido.
  14. 14. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo ferroviario secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’unità di controllo e monitoraggio di pressione di frenatura di emergenza (301) trasferisce i valori di richiesta di pressione di frenatura di emergenza (316, 316’, …316n) alla unità controllo pressione di frenatura (307) mediante un canale di comunicazione seriale
  15. 15. Sistema di controllo elettro-pneumatico della frenatura di emergenza e di servizio per un veicolo ferroviario secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’unità di controllo e monitoraggio di pressione di frenatura di emergenza (301) trasferisce i valori di richiesta di pressione di frenatura di emergenza (316, 316’, …316n) alla unità controllo pressione di frenatura (307) mediante segnali analogici discreti in tensione, o in corrente, o modulati con modulazione PWM.
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