ITTO20120229A1 - Impianto di frenatura per un convoglio ferroviario comprendente una pluralita' di carri per il trasporto di merci - Google Patents

Impianto di frenatura per un convoglio ferroviario comprendente una pluralita' di carri per il trasporto di merci Download PDF

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ITTO20120229A1
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Francesco Demaria
Angelo Grasso
David Wynd
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Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo: “Impianto di frenatura per un convoglio ferroviario comprendente una pluralità di carri per il trasporto di merciâ€
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce agli impianti di frenatura per convogli ferroviari.
Più specificamente l’invenzione ha per oggetto un impianto di frenatura per un convoglio ferroviario con (almeno) una locomotiva ed una pluralità di carri per il trasporto di merci, comprendente una condotta pneumatica generale, che si estende lungo il convoglio e in cui la pressione à ̈ controllata da un apparecchio di comando della frenatura nella locomotiva,
una linea di alimentazione di energia e di comunicazione, che si estende parimenti lungo il convoglio e che afferisce ad un’unità elettronica di controllo nella locomotiva;
l’impianto comprendendo inoltre, in ciascun carro o in ciascun gruppo di carri associati:
un modulo elettronico accoppiato a detta linea elettrica tramite mezzi di interfaccia, e collegato inoltre ad un gruppo elettropneumatico di controllo destinato a pilotare mezzi valvolari pneumatici di frenatura che sono accoppiati alla condotta pneumatica generale e atti ad applicare ai cilindri di freno del carro o del gruppo di carri una pressione di frenatura variabile in modo controllato;
il modulo elettronico essendo collegato inoltre a mezzi sensori elettrici associati al gruppo elettropneumatico e/o ai mezzi valvolari di frenatura per acquisire segnali o dati relativi a valori o stati di grandezze predeterminate;
i mezzi di interfaccia comprendendo mezzi elettronici di elaborazione e controllo e mezzi di ricetrasmissione atti a consentire uno scambio di informazioni e/o dati con detta unità elettronica di controllo nella locomotiva, attraverso detta linea di alimentazione di energia e di comunicazione, per il controllo della frenatura del carro o gruppo di carri.
Un impianto di frenatura per un convoglio ferroviario di tale tipo à ̈ descritto ad esempio nella domanda di brevetto europeo EP 2 349 799 A1 a nome della stessa Richiedente.
In un tale impianto di frenatura una comunicazione di informazioni/dati fra i mezzi di ricetrasmissione di ciascun carro e l’unità elettronica di controllo di locomotiva avviene sulla linea di alimentazione di energia e di comunicazione che si estende lungo il convoglio, tipicamente nella banda di frequenze 120-140 kHz, secondo quanto stabilito ad esempio dallo standard di comunicazione AAR (Association of American Railroads).
Tale possibilità di comunicazione à ̈ invero sufficiente per il controllo della frenatura, ma non consente lo scambio di informazioni accessorie, ma estremamente utili, a causa di un’intrinseca limitazione della banda disponibile.
Uno scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare un impianto di frenatura migliorato per siffatti convogli ferroviari, atto a superare gli inconvenienti sopra delineati degli impianti secondo la tecnica anteriore.
Questo ed altri scopi vengono realizzati secondo l’invenzione con un impianto di frenatura del tipo inizialmente specificato, caratterizzato dal fatto che in ciascun carro
una rete o bus locale di comunicazione à ̈ predisposta fra i mezzi di interfaccia ed il modulo elettronico, e
sono inoltre previsti mezzi di ricetrasmissione addizionali, afferenti alla suddetta linea elettrica di alimentazione di energia e di comunicazione, ed operanti su una banda di frequenza diversa e più ampia di quella di detti mezzi di ricetrasmissione;
i suddetti mezzi di elaborazione e controllo essendo predisposti per pilotare i mezzi di ricetrasmissione addizionali mentre detti mezzi di ricetrasmissione sono attivi e/o inattivi, per comunicare all’unità elettronica di controllo della locomotiva informazioni desunte dai segnali forniti da detti mezzi sensori elettrici collegati al modulo elettronico e da questo trasferiti ai mezzi di interfaccia tramite detta rete o bus locale di comunicazione.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
la figura 1 à ̈ una rappresentazione schematica, a blocchi, di un impianto di frenatura secondo l’invenzione per un convoglio ferroviario per il trasporto di merci;
la figura 2 à ̈ uno schema a blocchi più dettagliato di un modo di realizzazione di apparecchiature installate su un carro o gruppo di carri associati del convoglio; e
la figura 3 Ã ̈ uno schema a blocchi di una variante di realizzazione delle apparecchiature installate su un carro o un gruppo di carri associati del convoglio.
Nella figura 1 con 1 à ̈ complessivamente indicato un impianto di frenatura secondo la presente invenzione, per un convoglio ferroviario comprendente almeno una locomotiva L ed una pluralità di carri W per il trasporto di merci.
I carri W del convoglio possono essere di tipo indipendente, ovvero dotati ciascuno delle apparecchiature che si andranno a descrivere più avanti con riferimento in particolare alle figure 2 e 3, oppure possono essere ripartiti in gruppi inscindibilmente associati, ad esempio in coppie (carro “master†e carro “slove†), nel quale caso le apparecchiature che si andranno a descrivere con rife rimento alle figure 2 e 3 possono essere variamente ripartite fra i carri di ciascun gruppo, oppure installate tutte sul carro “master†di ciascun gruppo.
L’impianto di frenatura 1 comprende una condotta pneumatica generale (brake pipe) BP che si estende dalla locomotiva L lungo tutto il convoglio.
In modo per sé noto, la pressione nella condotta generale BP à ̈ controllata da un apparecchio BCA di controllo della frenatura, nella locomotiva.
Nella condotta generale BP si ha normalmente una pressione pneumatica predeterminata, ad esempio pari a circa 5 bar. Per provocare una frenatura pneumatica del convoglio la pressione nella condotta BP viene ridotta, collegando tale condotta allo scarico, in modo controllato.
Lungo il convoglio si estende altresì una linea elettrica EL di alimentazione di energia e di comunicazione, che afferisce ad unità elettrica di controllo ECU ubicata nella locomotiva L.
In ciascun carro W o gruppo di carri associati la linea elettrica EL à ̈ accoppiata ad un rispettivo modulo elettronico EM tramite un’apparecchiatura di interfaccia I.
Il modulo elettronico EM di ciascun carro W o gruppo di carri à ̈ a sua volta accoppiato ad un associato gruppo elettropneumatico di controllo EPC (figura 1), associato ad una valvola pneumatica di frenatura ELV. Il modulo EM à ̈ in genere fisicamente separato dal gruppo EPC.
In modo per sé noto, la valvola di frenatura ELV di ciascun carro W o gruppo di carri W à ̈ accoppiata localmente alla condotta BP, ed à ̈ atta ad applicare ai cilindri di freno BC del carro W o gruppo di carri una pressione di frenatura che à ̈ una funzione di una pressione di comando applicata ad un suo ingresso di controllo CI.
Modi di realizzazione del gruppo elettropneumatico di controllo EPC sono dettagliatamente illustrati e descritti nella precedente domanda di brevetto europeo citata nell’introduzione della presente descrizione.
Con riferimento alla figura 2, nella realizzazione ivi esemplificativamente illustrata l’apparecchiatura di interfaccia I comprende essenzialmente due schede A e B, interconnesse fra loro.
La scheda A à ̈ una scheda di interfaccia di alimentazione di energia e di comunicazione, e comprende un alimentatore di tensione VS collegato (in modo non rappresentato) alla linea EL, per fornire in uscita una o più tensioni in corrente continua, ad esempio una tensione di 5 V ed una tensione di 12 V, verso la scheda B.
La scheda A comprende inoltre un caricabatteria BCH, accoppiato ad una batteria BATT associata all’apparecchiatura di interfaccia I.
La scheda A comprende poi ancora una coppia di apparecchi di comunicazione CA1 e CA2, collegati alla linea EL e includenti dispositivi di disaccoppiamento, ad esempio a trasformatore, e dispositivi di modulazione/demodulazione.
La scheda B dell’apparecchiatura di interfaccia I comprende un microcontrollore o CPU, indicato con MC.
Il microcontrollore MC à ̈ accoppiato ad un dispositivo di interfaccia ID, operante ad esempio secondo il protocollo CAN (Controller Area Network) e che tramite una rete, o un bus o una linea b à ̈ collegato al modulo elettronico EM.
Il microcontrollore MC à ̈ inoltre collegato ad un transceiver TC1 di tipo per sé noto, collegato alla linea EL attraverso un dispositivo di monitoraggio MD di tipo parimenti per sé noto, quale ad esempio un cosiddetto “LON (Local Operational Network) monitor†, e l’apparecchio di comunicazione CA1 della scheda A.
Il transceiver TC1 opera ad esempio nella banda 120-140 kHz, in conformità con le norme dello standard di comunicazione AAR.
Il transceiver TC2 può in generale operare su una banda di frequenza che può parzialmente sovrapporsi alla banda su cui opera il transceiver TC1, la banda di lavoro di TC2 essendo più ampia di quella di TC1.
Il microcontrollore MC à ̈ inoltre collegato ad un ulteriore transceiver TC2. Tale transceiver addizionale TC2 à ̈ un ricetrasmettitore ad alta velocità, collegato alla linea EL tramite l’apparecchio di comunicazione CA2, ed operante ad esempio nella banda da 40 a 120 kHz.
Nella scheda B, al microcontrollore MC sono inoltre collegati un generatore di segnali d’orologio RTC, dispositivi di memoria FM ed un’interfaccia analogica AI.
Al microcontrollore MC si può accedere attraverso una linea seriale SL, ad esempio per interventi di manutenzione.
Il modulo elettronico EM comprende un alimentatore locale di tensione LVS, che riceve tensioni continue e un potenziale di massa dalla scheda B dell’apparecchiatura di interfaccia I, e che provvede le necessarie tensioni di alimentazione per tutti i dispositivi del modulo EM.
Il modulo elettronico EM comprende inoltre un microcontrollore locale LMC, cui sono collegati un bus controller LBC, accoppiato alla rete seriale locale b, dispositivi circuitali di pilotaggio e diagnostica complessivamente indicati con DDC, destinati a controllare in modo per sé noto le elettrovalvole di frenatura/sfrenatura e la valvola relà ̈ ELV del carro o gruppo di carri, nonché ad acquisire segnali/dati utili per la diagnostica di malfunzionamenti.
Al microcontrollore locale LMC del modulo elettronico EM sono associati inoltre porte di ingresso IP di tipo analogico, collegate a sensori/trasduttori analogici T1, …, Tn, per l’acquisizione dei valori o stati di talune grandezze predeterminate, quale la pressione pneumatica nel cilindro di freno BC, pressioni di serbatoi, ecc.
Il microcontrollore locale LMC del modulo EM à ̈ predisposto per attuare, oltre le usuali funzioni di controllo della frenatura del carro o gruppo di carri, funzioni di acquisizione di segnali utili a fini diagnostici, che vengono trasferiti al microcontrollore MC della scheda B dell’apparecchiatura di interfaccia I.
Il microcontrollore MC dell’apparecchiatura di interfaccia I à ̈ predisposto per comunicare con l’apparecchiatura ECU della locomotiva L tramite il transceiver TC1, in modo per sé noto, conformemente ad esempio alle norme dello standard AAR.
Peraltro, convenientemente, il microcontrollore MC à ̈ predisposto per gestire un’ulteriore comunicazione con l’unità ECU della locomotiva L tramite il transceiver addizionale TC2, e la stessa linea di alimentazione di energia e di comunicazione EL, in particolare per comunicare a detta unità ECU informazioni di diagnosi ed eventuali ulteriori informazioni derivanti dai segnali o dati forniti dai sensori o trasduttori T1, …, Tn associati al carro o gruppo di carri.
Fra le informazioni che possono essere convenientemente veicolate all’unità ECU della locomotiva tramite il transceiver addizionale TC2 vi sono informazioni indicative del rischio di deragliamento del carro o gruppo di carri, informazioni di allarme anti-furto, ecc.
Se il transceiver TC2 opera su una banda di frequenza che non si sovrappone con quella del transceiver TC1, la comunicazione fra il transceiver addizionale TC2 e l’unità ECU può avvenire anche in contemporanea con la comunicazione fra il transceiver TC1 e detta unità. Ovviamente, in tal caso, l’unità ECU à ̈ predisposta per “separare†, nei segnali che essa riceve tramite la linea EL, i segnali provenienti dal transceiver TC1 da quelli provenienti dal transceiver TC2.
In alternativa, in particolare se il transceiver TC2 opera in una banda almeno parzialmente coincidente con quella su cui opera il transceiver TC1, il microcontrollore MC dell’apparecchiatura di interfaccia 1 può essere predisposto per attivare la comunicazione fra il transceiver addizionale TC2 e l’unità ECU della locomotiva soltanto quando il transceiver TC1 à ̈ inattivo, ad esempio quando il convoglio à ̈ fermo.
In tal caso, le informazioni provenienti dal modulo elettronico EM, e destinate ad essere veicolate all’unità ECU della locomotiva tramite il transceiver addizionale TC2, possono essere accumulate nel funzionamento in dispositivi di memoria associati al microcontrollore MC dell’apparecchiatura di interfaccia I, ed essere “pompate†verso l’apparecchiatura ECU della locomotiva tramite il transceiver addizionale TC2 nelle fasi in cui il transceiver TC1 à ̈ inoperativo.
Il sistema sopra descritto può essere eventualmente integrato ad esempio con l’utilizzo di un dispositivo accelerometrico di tipo triassico AM (figura 2), che può essere fisicamente incorporato nella scheda B dell’apparecchiatura di interfaccia I, oppure nel modulo elettronico EM, per monitorare la stabilità di marcia del carro W o gruppo di carri, e fornire un preavviso (early warning) di possibili condizioni di deragliamento.
Lo stesso accelerometro AM può essere anche utilizzato per attuare un calcolo della velocità di avanzamento effettiva del carro W o gruppo di carri.
Il sistema può essere altresì corredato di un giroscopio GY (figura 2), che può essere anch’esso incorporato nella scheda B dell’apparecchiatura di interfaccia I oppure nel modulo elettronico EM, per fornire segnali indicativi delle componenti della velocità del carro W o gruppo di carri rispetto a tre assi ortogonali, per consentire la rilevazione di condizioni di possibile “sbandata†.
Infine, il microcontrollore MC o il microcontrollore LMC può essere predisposto per attuare una funzione anti-pattinamento, attraverso il monitoraggio delle velocità delle ruote e di avanzamento del carro o gruppo di carri, e la loro elaborazione.
Nella figura 3 à ̈ illustrata una variante di realizzazione delle apparecchiature di cui à ̈ equipaggiato ciascun carro W o ciascun gruppo di carri associati W.
In tale figura a dispositivi già descritti sono stati nuovamente attribuiti gli stessi riferimenti alfanumerici utilizzati in precedenza.
Nella variante secondo la figura 3 l’apparecchiatura di interfaccia I (scheda B) di ciascun carro o gruppo di carri comprende un solo transceiver, e in particolare il transceiver TC1 descritto in precedenza. Corrispondentemente, l’apparecchiatura di interfaccia I (scheda A) comprende un solo apparecchio di comunicazione (CA1) collegato alla linea EL.
Per il resto, l’apparecchiatura di interfaccia I della figura 3 corrisponde sostanzialmente a quella già descritta con riferimento alla figura 2.
Nella variante secondo la figura 3 anche il modulo elettronico EM presenta la stessa architettura e le stesse caratteristiche funzionali dell’omonimo modulo già descritto in relazione alla figura 2.
La variante secondo la figura 3 prevede peraltro un’apparecchiatura di interfaccia addizionale, complessivamente indicata con I1, parimenti accoppiata alla linea EL e alla rete o bus b.
Tale apparecchiatura di interfaccia addizionale I1 può essere installata sullo stesso carro W su cui à ̈ installata l’apparecchiatura I, oppure, nel caso di un gruppo di carri associati, à ̈ installata su un carro del gruppo, non necessariamente sullo stesso carro su cui à ̈ installata l’apparecchiatura di interfaccia I.
L’apparecchiatura I1 comprende un apparecchio di comunicazione CA2 e un secondo transceiver TC2, corrispondenti agli omonimi apparecchi della figura 2.
Il transceiver TC2 à ̈ controllato da un microcontrollore addizionale MC1, analogo a quello della scheda B dell’apparecchiatura di interfaccia I. Al microcontrollore addizionale MC1 afferiscono un generatore di segnali d’orologio RTC, dispositivi di memoria FM, un’interfaccia analoga AI e una linea seriale SL, analoghi agli omonimi dispositivi dell’apparecchiatura di interfaccia I.
Il microcontrollore MC1 Ã ̈ inoltre accoppiato ad un dispositivo di interfaccia ID, operante ad esempio secondo il protocollo CAN e collegato al modulo elettronico EM tramite la rete o bus b.
L’apparecchiatura di interfaccia I1 può essere infine provvista di un proprio alimentatore di tensione VS, oppure può essere alimentata (in modo non illustrato) dall’alimentatore omonimo dell’apparecchiatura di interfaccia I.
Anche nella variante secondo la figura 3 il sistema può essere integrato con un dispositivo accelerometrico AM e/o di un giroscopio GY. Tali dispositivi possono essere incorporati nell’apparecchiatura I o nell’apparecchiatura I1 o, ancora, nel modulo elettronico EM, per attuare le funzioni di monitoraggio già descritte in precedenza.
La variante secondo la figura 3 presenta un’architettura differente, ma il suo modo di funzionamento à ̈ analogo a quello della realizzazione secondo la figura 2.
Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto à ̈ 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 (9)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto di frenatura (1) per un convoglio ferroviario con una locomotiva (L) ed una pluralità di carri (W) per il trasporto di merci, comprendente una condotta pneumatica generale (BP) che si estende lungo il convoglio, e in cui la pressione à ̈ controllata da un apparecchio di comando della frenatura (BCA) nella locomotiva (L), una linea elettrica di alimentazione di energia e di comunicazione (EL), che si estende parimenti lungo il convoglio, e che afferisce ad un’unità elettronica di controllo (ECU) nella locomotiva (L); l’impianto (1) comprendendo inoltre, in ciascun carro (W) o in ciascun gruppo di carri (W) fra loro associati: un modulo elettronico (EM) accoppiato a detta linea elettrica (EL) tramite mezzi di interfaccia di alimentazione di energia e di comunicazione (I, I1), e collegato inoltre ad un gruppo elettropneumatico di controllo (EPC) destinato a pilotare mezzi valvolari pneumatici di frenatura (ELV) che sono accoppiati alla condotta pneumatica generale (BP) ed atti ad applicare a cilindri di freno (BC) del carro (W) o un gruppo di carri (W) una pressione di frenatura variabile in modo controllato; il modulo elettronico (EM) essendo collegato inoltre a mezzi sensori elettrici (T1, …, Tn) associati al gruppo elettropneumatico (EPC) e/o ai mezzi valvolari di frenatura (ELV) per acquisire segnali o dati relativi a valori o stati di grandezze predeterminate; i mezzi di interfaccia (I, I1) comprendendo mezzi elettronici di elaborazione e controllo (MC, MC1) e mezzi di ricetrasmissione (TC1) atti a consentire uno scambio di informazioni e/o dati con detta unità elettronica di controllo (ECU) della locomotiva (L) attraverso detta linea di alimentazione di energia e di comunicazione (EL), per il controllo della frenatura del carro (W) o gruppo di carri (W); l’impianto (1) essendo caratterizzato dal fatto che in ciascun carro (W) o gruppo di carri (W) una rete o bus locale di comunicazione (b) à ̈ predisposta fra i mezzi di interfaccia (I, I1) ed il modulo elettronico (EM), e sono previsti inoltre mezzi di ricetrasmissione addizionali (TC2) afferenti a detta linea elettrica di alimentazione di energia e di comunicazione (EL), ed operanti su una banda di frequenza diversa, eventualmente sovrapposta ma più ampia di quella di detti mezzi di ricetrasmissione (TC1); detti mezzi di elaborazione e controllo (MC, MC1) essendo predisposti per pilotare i mezzi di ricetrasmissione addizionali (TC2) mentre detti mezzi di ricetrasmissione (TC1) sono attivi e/o inattivi, per comunicare all’unità elettronica di controllo (ECU) della locomotiva (L) informazioni desunte dai segnali forniti da detti mezzi sensori elettrici (T1, …, Tn) al modulo elettronico (EM) e da questo trasferiti ai mezzi di interfaccia (I, I1) tramite detta rete o bus locale di comunicazione (b).
  2. 2. Impianto di frenatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di ricetrasmissione (TC1) e i mezzi di ricetrasmissione addizionali (TC2) sono ricompresi in una medesima apparecchiatura elettronica di interfaccia (I) e sono preferibilmente pilotati da mezzi di elaborazione e controllo (MC) comuni, anch’essi ricompresi in detta medesima apparecchiatura di interfaccia (I).
  3. 3. Impianto di frenatura secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi di ricetrasmissione (TC1) e i mezzi di ricetrasmissione addizionali (TC2) sono ricompresi in rispettive apparecchiature elettroniche di interfaccia (I, I1) distinte, afferenti entrambe a detta linea elettrica di alimentazione e di comunicazione (EL) e a detta rete o bus locale di comunicazione (b), e provviste di rispettivi mezzi di elaborazione e controllo (MC).
  4. 4. Impianto di frenatura secondo la rivendicazione 3, in cui in ciascun gruppo di carri associati (W) dette apparecchiature di interfaccia (I, I1) sono montate su un medesimo carro, oppure su carri differenti.
  5. 5. Impianto di frenatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detta rete locale di comunicazione (b) comprende una linea seriale.
  6. 6. Impianto di frenatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre mezzi accelerometrici (AM) atti a fornire segnali indicativi delle condizioni di stabilità di marcia del carro (W).
  7. 7. Impianto di frenatura secondo la rivendicazione 6, comprendente mezzi di elaborazione (MC; MC1; LMC) atti ad elaborare i segnali forniti dai mezzi sensori accelerometrici (AM) per calcolare la velocità di avanzamento effettiva del carro (W) o gruppo di carri (W).
  8. 8. Impianto di frenatura secondo una delle rivendicazioni precedenti, includente un giroscopio (GY) atto a fornire segnali indicativi delle velocità angolari del carro (W) o gruppo di carri (W) relativamente a tre assi ortogonali.
  9. 9. Impianto di frenatura secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente mezzi di elaborazione (MC; MC1; LMC) predisposti per attuare una funzione anti-pattinamento.
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