ELENCO DELLE REVISIONI

Transcript

1

2 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 2 i 19 ELENO ELLE REISIONI Rev ata Motivo ella revisione A 24 Novembre 2005 Prima emissione B 22 Gennaio 2007 Implementazione SR ASF_SSB_141_10 Implementazione SR ASF_SSB_109_11 31 Ottobre 2009 Risolta inconsistenza nel calcolo ella ecelerazione (errata - corrige SSB- SMT-E ) 15 Maggio 2012 Implementazione SR EM_SSB_001_00

3 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 3 i 19 INIE 1 Introuzione ontesto Riferimenti Moello i frenatura a graino Applicazione el moello i frenatura alcolo i S alcolo i t f alcolo i t...11 alcolo i t f alcolo i i alcolo i p alcolo i K A alcolo i K alcolo i K alcolo i K r alcolo i r alcolo i ß...18

4 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 4 i 19 INIE ELLE FIGURE Figura 1 - Rapprentazione el moello a graino i ecelerazione su linea in iscesa... 8 INIE ELLE TABELLE

5 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 5 i 19 1 Introuzione Lo scopo el ocumento è fornire un Moello i Frenatura a utilizzare per il Sistema ontrollo Marcia Treno. Il moello matematico escritto eriva a quello fornito a Trenitalia - UTMR (rif. [1]) e introuce rispetto al riferimento alcune mplificazioni, aattamenti e estensioni (rif. [2]). Tali moifiche nascono alle attività (rif. [3] e [4]) i: analisi el moello e ella sua implementazione; integrazione con SMT, per quel che riguara gli input utilizzati al moello stesso e gli output forniti al sistema; integrazione con la Normativa sul Segnalamento; integrazione con la Normativa i onotta; valutazioni sul livello i sicurezza complessivo el sistema. L attività i sperimentazione conotta sui rotabili prototipo e teste i rie, e i primi ritorni alle fasi i pre-ercizio scortato e i ercizio hanno conntito i confermare l opportunità e l utilità i tali moifiche (rif. [5]). 2 ontesto Il moello è in linea i principio applicabile a ogni tipologia i treno e i sistema frenante risponente alla normativa UI (rif. [6]). Esso fornisce lo spazio percorso al treno in guito a azionamento ella frenatura i emergenza, a partire all istante in cui il Sotto Sistema i Boro SMT comana tale azionamento, fino al raggiungimento ella velocità obiettivo impostata al SSB. Sono esclusi i tempi necessari al sistema nel suo complesso per pervenire a tale comano. Sono esclusi gli errori introotti al sistema i oometria nella misura ella velocità istantanea e ello spazio percorso. Gli spazi calcolati al moello consierano completamente esclusa la trazione, poiché SMT comana il taglio trazione contestualmente all intervento ell allerta. a questo momento in poi si inicherà con l espressione spazio i frenatura lo spazio calcolato al moello nelle conizioni escritte.

6 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 6 i 19 3 Riferimenti Titolo oice Rev. ata Ente emittente [R1] Moello i frenatura per SMT e aspetti correlati UTMR n [R2] riteri per l implementazione elle curve i controllo UTMR n velocità SMT in coerenza con le velocità massime previste alle tabelle B - PGOS [R3] FS general braking moel for ERTMS/ETS UTMR n [R4] Analisi i compatibilità e armonizzazione el SMT RFI T.PAT con la normativa el gnalamento e la conotta el ST M 01 M10 personale i macchina [R5] ocumentazione i UTMR per la valiazione el moello i frenatura 02 22/10/2001 Trenitalia - UTMR 01 22/10/2001 Trenitalia - UTMR 01 09/01/2003 Trenitalia - UTMR 07/06/2002 RFI - PAT Trenitalia - UTMR [R6] Brakes Braking performance UI UI

7 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 7 i 19 4 Moello i frenatura a graino Il moello approssima lo sviluppo ella frenatura reale el treno istingueno una fa transitoria e una fa a regime. La fa transitoria ella frenatura corrispone alla fa iniziale, urante la quale la epressione nella conotta generale generata all azionamento ella frenatura si propaga per tutta la lunghezza el treno, azionano i istributori in quenza, a partire alla testa el treno. La fa a regime ella frenatura corrispone alla cona fa, in cui la frenatura ha raggiunto l efficienza a regime su tutti gli assi frenanti el treno. Entrambe le fasi sono caratterizzate a un valore i ecelerazione variabile. urante la prima fa, la ecelerazione ovuta alla frenatura è inizialmente nulla, a causa ei ritari caratteristici el freno, e poi cresce progressivamente, man mano che gli assi iniziano a frenare. urante la cona fa la ecelerazione varia in funzione ella velocità istantanea el treno, in ba alle caratteristiche specifiche egli organi frenanti. In entrambe le fasi si possono inoltre avere variazioni nella ecelerazione ovute a una rie i fattori casuali e sistematici. Il moello aottato consiera ue fasi ella frenatura. urante la prima fa la ecelerazione ovuta alla frenatura è consierata nulla. urante la cona è consierata costante per tutto lo sviluppo ella frenatura, al raggiungimento ella velocità obiettivo. Il profilo i ecelerazione rapprentato in funzione el tempo e prootto alla frenatura, cono il moello è una funzione a graino. I grafici rapprentano schematicamente, a partire all istante i inizio frenatura, l anamento ella velocità in funzione ello spazio percorso e, in corrisponenza, ella ecelerazione in funzione el tempo. È stato rapprentato il caso i linea in iscesa, con ecelerazione negativa ovuta alla penenza. Nella prima fa la velocità può variare, a partire al valore iniziale, in funzione ella ecelerazione i eterminata alla penenza ella linea. opo un tempo t f termina la prima fa, urante la quale la velocità si è portata al valore ß, e inizia la cona fa ella frenatura, caratterizzata alla prenza ella ecelerazione p ovuta alla frenatura. Nel grafico sono rapprentate, qualitativamente, anche il presumibile anamento ella velocità reale el treno in funzione ello spazio percorso e il presumibile anamento ella ecelerazione reale el treno in funzione el tempo.

8 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 8 i 19 ß elocità reale el treno 0 S S i + p ecelerazione reale el treno t i t f Figura 1 - Rapprentazione el moello a graino i ecelerazione su linea in iscesa

9 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 9 i 19 5 Applicazione el moello i frenatura Il moello matematico fornisce lo spazio i frenatura in funzione i una rie i variabili e i parametri, che sono escritti nelle apposite tabelle. Nelle tabelle che guono i parametri sono generalmente espressi nelle unità i misura el sistema internazionale MKS, salvo ove iversamente specificato. Nelle formule tutte le granezze evono esre espres, eventualmente meiante opportuna conversione, cono il sistema intenazionale MKS. A empio i tempi sono espressi in s (coni), gli spazi in m (metri) e le ecelerazioni in m/s 2 ; le velocità sono espres in km/h, e evono ovviamente esre convertite in m/s per esre utilizzate nei calcoli. Le principali variabili i ingresso el moello sono le velocità iniziale e obiettivo, la percentuale i peso frenato, la lunghezza el treno e la penenza ella linea, i cui campi i variabilità sono riassunti in tabella. ariabile Simbolo Intervallo i efinizione Passo elocità iniziale [ 0 ; R max elocità obiettivo 0 [ 0 ; R max ] km/h ] km/h Percentuale i peso frenato λ [ 45 ; 160 ] 5 Lunghezza el treno L [ 0 ; 1000 ] 1 Penenza ella linea i [ -0,035 ; 0,035 ] 0, Il campo i variazione per il valore i velocità iniziale el treno è funzione el parametro i configurazione Regime R, che può assumere i valori E (Ercizio) o P (Prova), e non eve superare il valore così efinito: Rma R max con = RE RP R = E R = P Parametro alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo RE 260 km/h [ 0 ; 400 ] 1 RP 310 km/h [ 0 ; 400 ] 1

10 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 10 i 19 I campi i variabilità egli altri parametri el moello sono efiniti volta per volta nelle tabelle. L intervallo i valiità relativamente alla velocità istantanea el treno è efinito in ba al regime i circolazione nel guente moo: Parametro Simbolo Intervallo i valiità Unità i misura elocità 0 km/h Rmax 6 alcolo i S Lo spazio i frenatura S c, espresso in m, è ato a: S = ove: t f ( h + t ) f β β ( + ) p 2 O i è il tempo urante il quale il moello assume che la ecelerazione ovuta alla frenatura sia nulla; β è una velocità calcolata a partire alla velocità che il treno ha nell istante in cui il SSB comana l azionamento ella frenatura; 0 è la velocità obiettivo ( richiesto alla logica i gestione elle curve i frenatura, questo valore eve comprenere il margine operativo necessario); p i h è la ecelerazione a regime prootta alla frenatura; è la ecelerazione prootta alla penenza ella linea (positiva in salita); è il tempo i ritaro proprio el SSB SMT, efinito nella guente tabella: Parametro alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo h 0,7 [ 0,0 ; 2,0 ] 0,1 Nota 1 Se risulta β 0, il calcolo i S è comunque eguito per applicare con continuità il controllo marcia treni ( Si vea il ocumento Blocco Proceurale Applicazione el ontrollo

11 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 11 i 19 Marcia Treni paragrafo Gestione i un Punto Obiettivo a velocità non nulla). In questa situazione e in particolare per treno << 0, il valore i S può perere il proprio originale significato fisico (spazio necessario per portare la velocità treno a treno a v o ), poiché l obiettivo i velocità è già raggiunto. ove 0 è la velocità obiettivo nominale (nel caso in cui la logica i gestione elle curve i frenatura a parte el SSB richiea l uso i una velocità obiettivo comprensiva i un opportuno margine operativo, nelle verifiche richieste non eve esre incluso tale margine). v Nota 2 Se risulta β > v o, nel calcolo i S è necessario verificare la conizione poiché garantisce che forza frenante el treno è superiore a quella trainante imposta a un eventuale iscesa e in caso contrario generare un errore fatale ( coice ientificazione errore Errore_Test_Interni). Tuttavia le caratteristiche elle linee e ei rotabili e la normativa i ercizio impeiscono il verificarsi ella conizione preetta. ove 0 è la velocità obiettivo nominale (nel caso in cui la logica i gestione elle curve i frenatura a parte el SSB richiea l uso i una velocità obiettivo comprensiva i un opportuno margine operativo, nelle verifiche richieste non eve esre incluso tale margine). p > i 6.1 alcolo i t f Il tempo t f urante il quale il moello assume che nessuna forza sia applicata ai freni è ato a: t f = t t f ove: t è un coefficiente che ifferenzia l approccio a obiettivi a velocità non nulla; t f è il tempo i ritaro a associare alla propagazione ella epressione in conotta generale; alcolo i t Risulta: t con ta ( O > 0) e ( O < O + ) = tb altrimenti

12 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 12 i 19 e ta tb = = tb ta, ta, MP ta, G tb,, MP tb, G = A, A, MP A, G B, B, MP B, G TipoTreno = iaggiatori TipoTreno = Merci TipoTreno = Merci TipoTreno = iaggiatori TipoTreno = Merci TipoTreno = Merci O O O TipoTreno = iaggiatori TipoTreno = Merci TipoTreno = Merci TipoFreno = iaggiatori TipoFreno = Merci TipoFreno = iaggiatori TipoFreno = Merci (= viaggiatori, M = merci, P = pasngers, G = goos) 0 TipoFreno = iaggiatori TipoFreno = Merci è la velocità obiettivo nominale (unque, nel caso in cui la logica i gestione elle curve i frenatura a parte el SSB richiea l uso i una velocità obiettivo comprensiva i un opportuno margine operativo, nel calcolo i t non eve esre incluso tale margine). ta I parametri, tamp,, ta G,, tb,, tb MP,, tb G,, A,, B,, A MP,, B MP,, A G,, B G,,, sono efiniti nella guente tabella: Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo ta, 0,00 [0,2] 0,01 ta, MP ta, G tb, tb, MP tb, G A, B, A, MP 0,30 [0,2] 0,01 0,30 [0,2] 0,01 1,00 [0,2] 0,01 1,00 [0,2] 0,01 1,00 [0,2] 0,01 30 km/h [0,260] km/h 1 0 [-1,1] 0,01 20 km/h [0, 260] km/h 1

13 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 13 i 19 Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo B, MP 0 [-1,1] 0,01 A, G B, G 15 km/h [0, 260] km/h 1 0 [-1,1] 0, alcolo i t f Risulta: t t f = MAX con t t f fm = a = a M 1 EP = 0 ove: + b f ( t, t ) + b f fm LFrenalc 100 M LFrenalc + c 100 TipoFreno = iaggiatori TipoFreno = Merci ( 1 EP) LFrenalc ( 1 EP) 2 M + c LFrenalc 100 FrenoElettroPneumatico = efficiente FrenoElettroPneumatico = inefficiente EP vale 1 in prenza i freno elettropneumatico inrito e efficiente; 0 in caso i freno elettropneumatico asnte, isinrito o inefficiente. I parametri a, b, c, a M, b M, c M sono efiniti nella guente tabella. Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo a 3,50 [ 0,00 ; 20,00] 0,01 b 0,00 [ -2,00 ; 2,00] 0,01 c 0,15 [ -1,00 ; 1,00] 0,01 am 13,50 [ 0,00 ; 20,00] 0,01 bm 0,00 [ -2,00 ; 2,00] 0,01

14 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 14 i 19 Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo cm 0,04 [ -1,00 ; 1,00] 0,01 LFrenalc è il parametro lunghezza treno utilizzato; questo è calcolato in ba al parametro i configurazione LFren. L è il ato lunghezza treno. Il parametro LFren eve poter assumere i guenti valori: LT LFren = L Parametro alore i prima ipotesi alori ammissibili LFren L L, LT Se Se LFren = LT allora LFrenalc = L. LFren = L allora LFrenalc assume i guenti valori: L LFrenalc = L LG MP TipoTreno = iaggiatori TipoTreno = Merci TipoTreno = Merci TipoFreno = iaggiatori TipoFreno = Merci ove: LT I parametri è la lunghezza reale el treno inrita al P nei ati treno L, L MP, L G, sono efiniti nella guente tabella: Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo L 650 m [0,2000] 1 LMP 650 m [0,2000] 1 L 1000 m [0,2000] 1 G

15 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 15 i 19 Nota 1 Il parametro LFrenalc eve anche esre utilizzato per il calcolo el tempo tx necessario per le curve i allerta elle funzioni ontrollo rispetto ai Segnali Fissi, ontrollo Rispetto alla Linea e ontrollo rispetto ai Rallentamenti. Nota 2 L accesso alle tabelle PGOS e Kr eve avvenire con la vera lunghezza treno impostata nei ati treno (L). 6.2 alcolo i i Il valore i ecelerazione ovuta alla penenza ella linea è ata a: i Ki = Ki K i g i g i g i i 2 i > i 1 < i i i i 2 ove: g è l accelerazione i gravità, pari a 9,81 m/s 2 ; 1 i è la penenza ella linea, espressa come numero puro, positiva in salita; I coefficienti K 1i, Ki 2 e Ki 3 e le soglie i 1 e i 2 sono utilizzate per contemplare il contributo elle inerzie ovute alle mas rotanti. I valori sono efiniti nella guente tabella. Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo K 0,90 [ 0,80 ; 1,20 ] 0,01 i1 K 1,00 [ 0,80 ; 1,20 ] 0,01 i2 K 1,1 [ 0,80 ; 1,20 ] 0,01 i3 i1 0,000 [ 0,000 ; 0,035 ] 0,001 i2-0,021 [ -0,035 ; 0,000 ] 0, alcolo i p

16 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 16 i 19 Il valore i ecelerazione costante, ovuto alla frenatura, utilizzato al moello nella fa i frenatura a regime è: p = KA K 0 K K r r ove: K A K 0 è un coefficiente i protezione per alte velocità; è un coefficiente i protezione rispetto alle velocità obiettivo non nulle; K è un coefficiente i protezione che tiene conto el iverso livello i protezione a offrire al variare ella velocità e ell integrazione con la normativa; K r è un coefficiente i protezione che tiene conto ella ispersione elle prestazioni frenanti intorno al valore meio e è efinito teneno conto ell integrazione con la normativa e le esigenze ell ercizio; r è il valore i ecelerazione nominale legato alla percentuale i peso frenato el treno alcolo i K A Risulta: K A con K = K A1 A2 > A A Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo K 1,00 [ 0,30 ; 1,5 ] 0,01 A1 K 0,80 [ 0,30 ; 1,5 ] 0,01 A km/h [ 0, 300 ] 1 A alcolo i K 0 Risulta: K 0 = 1 cr ove: è la velocità iniziale; 0

17 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 17 i 19 0 c r è la velocità obiettivo come specificato in 6; è efinito nella guente tabella: Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo cr 0,05 [ 0,00, 0,10 ] 0, alcolo i K Risulta: K = 1+ n 1 ( ) n I valori ei parametri > e sono efiniti nella guente tabella: Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo n 0,001 (km/h) -1 [ - 0,010 ; 0,010 ] 0,001 0,001 * 3,6 (m/s) km/h [ 0 ; 400 ] alcolo i K r I valori i K r a utilizzare sono forniti al SSB sotto forma i tabelle facenti parte ei parametri i configurazione el rotabile. Sono associati ai valori i velocità massima ammessa (tabelle PGOS). Pertanto il loro valore ipene a: percentuale i peso frenato; grao i frenatura ella linea; tipo i freno; tipo i treno alcolo i r Risulta: r = A λ + B ( A λ + B ) [ 1 ( )] L L > L

18 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 18 i 19 ove: L = x λ y I valori i A, B,, x, y,sono ati nella guente tabella: Parametri alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo A 0,00685 Reale - B 0,094 Reale - 0,0021 (km/h) -1 0,0021 * 3,6 (m/s) -1 Reale - x 16,17 km/h 16,17 / 3,6 m/s Reale - y 0,443 Reale alcolo i ß β La velocità caratterizza il comportamento el treno nella fa transitoria, urante la quale il moello assume che nessuna forza frenante sia applicata alle ruote. Risulta: β = i ( t f + h) K i ( t f + h) K ( t + h) 0 i f > 0 0 ove: è la velocità iniziale; 0 è la velocità obiettivo come specificato in 6; h è efinito in 6; t f è efinito in 6.1; i Il parametro è efinito in 6.2; K è efinito nella guente tabella:

19 olume 3 - Moello i frenatura per SMT 19 i 19 Parametro alore i prima ipotesi Intervallo i efinizione Passo K 1 [ 0 ; 1 ] 0,05