INDICE PARTE I GENERALITA... 3 I.1 SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE... 3 I.2 PRINCIPALE BIBLIOGRAFIA NORMATIVA DI RIFERIMENTO... 3 I.3 DEFINIZIONI ED ABBREVIAZIONI... 4 I.4 SISTEMA DI IDENTIFICAZIONE DEI REQUISITI... 5 PARTE II SISTEMA DI ACQUISIZIONE... 6 II.1 PARAMETRI... 7 pag. 2 di 11
PARTE I GENERALITA I.1 SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE Il sistema di dinamica di marcia ha come obiettivo fondamentale la rilevazione e la elaborazione di un insieme di parametri volti a rappresentare il comportamento dinamico del veicolo rispetto alle sollecitazioni imposte dalla via nella sua funzione di guida. I parametri acquisizione da questo settore sono quindi l effetto della risposta del sistema veicolo alle sollecitazioni impresse, durante la corsa, dal binario. L analisi di tali parametri fornisce indicazioni utili a definire il comfort e la stabilità di marcia del veicolo. Il presente documento descrive i requisiti funzionali di un sistema di acquisizione delle accelerazioni della dinamica di marcia per la diagnostica e la certificazione dell infrastruttura ferroviaria. A tale proposito il sistema è costituito principalmente da sensori per il rilievo delle accelerazioni in cassa carrello e boccola durante la corsa del veicolo. Il presente documento descrive nel dettaglio i requisiti funzionali di un sistema di acquisizione della dinamica di marcia per la diagnostica e la certificazione. Il documento si colloca nella Fase 2 del ciclo di vita di un sistema così come indicato dalla Norma EN 50126 Applicazioni Ferroviarie, tranviarie, filo tranviarie, metropolitane La Specificazione e Dimostrazione di Affidabilità, Disponibilità, Manutenibilità e Sicurezza (RAMS), la quale regola il Ciclo di Vita di un qualsiasi Sistema in ambito Ferroviario. I.2 PRINCIPALE BIBLIOGRAFIA NORMATIVA DI RIFERIMENTO La principale bibliografia di riferimento è quella riportata di seguito: ID Documento Codice Emesso da 1. Railway applications - The Specification and Demonstration of Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS) - Part 1: Generic RAMS process 2. Requisiti generali per la competenza dei laboratori di prova e taratura EN 50126 UNI CEI EN ISO/IEC 17025 CEN UNI CEI EN ISO/IEC 3. Sistemi di gestione per la qualità- Requisiti UNI CEI EN ISO 9001 UNI CEI EN ISO 4. REGOLAMENTO (UE) N. 1299/2014 DELLA COMMISSIONE del 18 novembre 2014 relativo alle specifiche tecniche di interoperabilità per il sottosistema «infrastruttura» del sistema ferroviario dell'unione europea 5. Railway applications. Testing for the acceptance of running characteristics of railway REGOLAMENTO (UE) N. 1299/2014 EN 14363 EU CEN pag. 3 di 11
ID Documento Codice Emesso da vehicles. Testing of running behaviour and stationary tests 6. Testing and approval of railway vehicles from the point of view of their dynamic behaviour Safety Track fatigue Running behaviour - 7. 8. 9. Fiche UIC 518 Railway Applications - Track Geometry Quality UNI EN 13848 part 1-2 - 3-4 - 5 Standard sperimentale di qualità geometrica del binario e parametri di Dinamica di Marcia con velocità fino a 300 km/h e per siti di prova posti sulle linee AV/AC con velocità fino 350 km/h Standard di qualità geometrica del binario e parametri di Dinamica di Marcia con velocità fino a 300 km/h 10. Rilievi della geometria del binario e relative disposizioni manutentive 11. Istruzione tecnica Attivazione all esercizio dell armamento e della linea di contatto di linee e tratti di linea del 04/08/2017 12. Tecnologie informatiche - Tecniche per la sicurezza - Sistemi di gestione per la sicurezza delle informazioni - Requisiti 13. Ingegneria del software - Requisiti di qualità e valutazione del prodotto software (SQuaRE) - Modello di qualità dei dati 14. Ingegneria del software e di sistema - Requisiti e valutazione della qualità dei sistemi e del software (SQuaRE) - Acquisizionezione della qualità dei dati RFI TCAR ST AR 01 003 A RFI TCAR ST AR 01 001 D RFI DPR PS IFS 90 C DTC IT SE 01 1 0 UNI CEI ISO/IEC 27001:2014 UNI ISO/IEC 25012:2014 UNI CEI ISO/IEC 25024:2016 CEN CEN RFI RFI RFI UNI CEI ISO/IEC UNI ISO/IEC UNI CEI ISO/IEC La principale bibliografia di riferimento è da intendersi nella versione vigente alla consegna dell analisi di fattibilità del progetto. I.3 DEFINIZIONI ED ABBREVIAZIONI SIGLA SADM DESCRIZIONE Sistema di Acquisizione della Dinamica di Marcia Tabella 1: Abbreviazioni pag. 4 di 11
I.4 SISTEMA DI IDENTIFICAZIONE DEI REQUISITI Al fine di una maggior chiarezza, a ciascun requisito è stato associato un codice alfanumerico: [REQ_F_XX]: dove REQ_F_ è una stringa fissa che identifica un requisito tecnico funzionale e XX rappresenta il codice numerico incrementale identificativo del requisito. Alcuni requisiti opzionali sono contraddistinti con la stringa (opzionale) inserita in coda al requisito stesso Nel presente documento, le informazioni accessorie il cui solo scopo è migliorare la comprensione del documento stesso e fornire il contesto di riferimento dei requisiti espressi, sono riportate con il seguente codice alfanumerico: [Descr_XX] dove Descr è una stringa fissa che indica un informazione di tipo descrittivo e XX rappresenta il codice numerico incrementale identificativo dell informazione. pag. 5 di 11
PARTE II SISTEMA DI ACQUISIZIONE [REQ_F_01] [REQ_F_02] Il SADM deve essere applicabile in: Cassa; Carrello. Il SADM deve essere applicabile in: Boccola [REQ_F_03] [REQ_F_04] [REQ_F_05] [REQ_F_06] [REQ_F_07] [REQ_F_08] [REQ_F_09] [REQ_F_010] [REQ_F_011] Per memoria Il SADM deve impiegare accelerometri di tipo MEMS, con un elevata insensibilità alle componente trasversale rispetto all asse di acquisizione; la tecnologia di acquisizione verrà definite dal fornitore nel progetto preliminare. Tutti gli accelerometri del SADM devono essere corredati da rapporti/certificati di taratura con informazioni relative alla caratterizzazione ed al guadagno. Tutti gli accelerometri del SADM devono essere posizionati con l asse sensibile orientato parallelamente all asse di riferimento oggetto della acquisizione. Gli accelerometri su carrello devono essere installati sul telaio in allineamento assiale rispetto al centro del corpo boccola. Gli accelerometri in cassa devono essere posizionati realmente o idealmente in corrispondenza dei perni virtuali (pivot) di entrambi i carrelli. Il SADM deve prevedere l installazione degli accelerometri su boccola in corrispondenza del corpo boccola in assenza di elementi di smorzamento delle sollecitazioni rispetto al punto di contatto ruota/binario. Il SADM deve prevedere l installazione degli accelerometri su carrello in allineamento assiale rispetto al centro del corpo boccola ed in presenza di un singolo stadio di smorzamento (effetto delle sospensioni primarie) rispetto al punto di contatto ruota/binario. Il SADM deve prevedere l installazione degli accelerometri in cassa in corrispondenza dei perni virtuali dei carrelli ed in presenza di un doppio stadio di smorzamento (effetto delle sospensioni primarie e secondarie) rispetto al punto di contatto ruota/binario. pag. 6 di 11
II.1 PARAMETRI [Descr_001] Per Dinamica di Marcia si intende l insieme dei parametri di acquisizione che rappresentano: l effetto della risposta del sistema veicolo alle sollecitazioni impresse, durante la corsa, dal binario accelerazioni in boccola, carrello e cassa Il comfort di marcia, associato a vibrazioni meccaniche derivate da irregolarità del binario, funzioni dell Indice di Sperling e del Valore delle accelerazioni verticali e trasversali Il livello di comfort espresso dall indice di Sperling Wz, si basa sulla seguente scala classificatoria di riferimento, a cui è associato un livello di qualità della marcia: Wz Effetto 1 Vibrazioni meccaniche appena percettibili 2 Vibrazioni meccaniche nettamente percettibili 2,5 3 Vibrazioni meccaniche maggiormente percettibili, tuttavia sopportabili e non ancora sgradevoli Vibrazioni meccaniche fortemente percettibili, poco gradevoli ma ancora sopportabili 3,25 Vibrazioni meccaniche fortemente moleste 3,5 4 Vibrazioni meccaniche estremamente moleste, sgradevoli e non sopportabili per un tempo prolungato Vibrazioni meccaniche estremamente sgradevoli, pregiudizievoli in caso di esposizione per un tempo prolungato Tabella 2: Scala di riferimento dell indice di Sperling Livello Qualità 1 -Marcia regolare 1 -Marcia regolare 1 -Marcia regolare 2 -Soglia Attenzione 2 -Soglia Attenzione 2 -Soglia Attenzione 3 -Soglia Intervento [Descr_002] RFI, attraverso il quadro normativo vigente di cui al punto I.2, stabilisce i parametri e i valori limite di soglia necessari a garantire una qualità della dinamica di marcia del binario ottimale. Tali parametri sono di seguito elencati: Tipo Misure Grandezza Accelerazioni Accelerazioni Verticali Accelerazioni trasversali Indice di Sperling Valore RMS Tabella 3-Parametri pag. 7 di 11
[Descr_003] [Descr_004] [Descr_005] [Descr_006] [Descr_007] [Descr_008] [Descr_009] [REQ_F_012] [REQ_F_013] [REQ_F_014] [REQ_F_015] [Descr_010] Abbreviazione Z *: è l accelerazione, misurata in m/s2, rilevata in cassa dei rotabili diagnostici. È misurata mediante accelerometri disposti sul pavimento dei rotabili, posizionati in corrispondenza dei perni dei carrelli, con gli assi di misura posti lungo la direzione verticale. Abbreviazione Y *: è l accelerazione, misurata in m/s2, rilevata in cassa dei rotabili diagnostici. È misurata mediante accelerometri disposti sul pavimento dei rotabili, posizionati in asse con i carrelli, con gli assi di misura posti lungo la direzione trasversale all asse del binario. Abbreviazione Z +: è l accelerazione, misurata in m/s2, rilevata sui carrelli dei rotabili diagnostici. È misurata mediante accelerometri disposti sui telai dei carrelli dei rotabili con gli assi di misura posti lungo la direzione verticale. Abbreviazione Y + : è l accelerazione, misurata in m/s2, rilevata sui carrelli dei rotabili diagnostici. È misurata mediante accelerometri disposti sui telai dei carrelli dei rotabili con gli assi di misura posti lungo la direzione trasversale all asse del binario. I valori dei parametri sono rappresentati dall ampiezza misurata dalla linea dello zero fino ai valori di picco superiori o inferiori I superi dei valori sono gli scostamenti, misurati a partire dalla linea dello zero, che eccedono il valore ammesso (valori da considerare in più o in meno rispetto alla linea dello zero). L instabilità di marcia viene monitorata mediante la valutazione dell accelerazione al carrello in direzione trasversale. Gli indici di Sperling sulle accelerazioni in cassa costituiscono degli indici qualitativi adimensionali che rendono conto del comfort di marcia del veicolo. Questi indici vengono calcolati a partire dallo spettro di potenza del segnale e pesando quest ultimo con curve di equal-comfort nel dominio delle frequenze. Il SADM deve essere in grado di rilevare i parametri relativi alla acquisizione della dinamica di marcia, nel rispetto dello scenario normativo indicato al paragrafo I.2. Il SADM deve essere in grado di acquisire tutti i parametri di geometria del binario indicati dalla RFI TCAR ST AR 01 001 D Standard di qualità geometrica del binario e parametri di Dinamica di Marcia con velocità fino a 300 km/h. Il SADM deve essere in grado di acquisire tutti i parametri di geometria del binario indicati dalla RFI TCAR ST AR 01 003 A Standard sperimentale di qualità geometrica del binario e parametri di Dinamica di Marcia con velocità fino a 300 km/h e per siti di prova posti sulle linee AV/AC con velocità fino 350 km/h. Il SADM deve essere in grado di acquisire tutti i parametri diretti e indiretti relativi alle accelerazioni della Dinamica di Marcia nel rispetto di quanto indicato nella EN 14363 Railway applications. Testing for the acceptance of running characteristics of railway vehicles. Testing of running behaviour and stationary tests utilizzabili per la certificazione dell infrastruttura. Si riporta di seguito in Figura 1 lo schema di overview dei parametri necessari per esaminare il comportamento dinamico di un veicolo ferroviario. pag. 8 di 11
Figura 1-Estratto EN 14363 [REQ_F_016] [REQ_F_017] [REQ_F_018] Per memoria Il SADM deve esser in grado di acquisire almeno i seguenti parametri diretti: [a] accelerazioni verticali e trasversali su carrello [b] accelerazioni verticali e trasversali in cassa [c] accelerazioni in cassa e carrello filtrate secondo quanto previsto dai rif. [5],[8],[9]. La metodologia di acquisizione e gli algoritmi di elaborazione verranno definite dal fornitore nel progetto preliminare. Il SADM deve esser in grado di acquisire almeno i seguenti parametri diretti: [a] accelerazioni verticali e trasversali su boccola [b] accelerazioni verticali e trasversali su boccola filtrate [REQ_F_019] La metodologia di acquisizione e gli algoritmi di elaborazione verranno definite dal fornitore nel progetto preliminare. Il SADM deve prevedere l acquisizione, oltre ai dati grezzi, anche di dati appositamente filtrati in bande configurabili, secondo quanto previsto dai rif. [ 5], [ 8], [ 9], e pre-assegnate in funzione di quanto richiesto dalle operazioni di postprocessamento. pag. 9 di 11
[REQ_F_020] Il SADM deve esser in grado di acquisire i seguenti parametri indiretti derivanti dall elaborazione delle acquisizioni di cui al [REQ_F_017] e [REQ_F_018]: [a] Deviazione standard delle accelerazioni verticali/trasversali su boccola, su carrello ed in cassa; [b] Valore quasi statico delle accelerazioni trasversali in cassa; [c] Valori F0/F1/F2 delle accelerazioni verticali/trasversali su carrello ed in cassa; [d] Valore efficace ISO delle accelerazioni verticali/trasversali su boccola, su carrello ed in cassa; [e] Analisi spettrale FFT per le accelerazioni verticali/trasversali su boccola, su carrello ed in cassa; [f] Indice di Sperling sulle accelerazioni verticali e trasversali in cassa grezze; [g] Valore RMS accelerazioni verticali e trasversali in cassa pesate in frequenza. La metodologia di acquisizione e gli algoritmi di elaborazione verranno definite dal fornitore nel progetto preliminare. [Descr_011] Per sistemi di acquisizione con distribuzione capillare tipo il SADM è importante utilizzare una convezione base per le la nomenclatura dei parametri, questo per garantire l individuazione univoca di ogni singola acquisizione proveniente dai sensori. Di seguito si riporta di seguito un esempio di nomenclatura parametri: Figura 2: Esempi di riferimenti nomenclatura parametri [REQ_F_021] [REQ_F_022] Il SADM deve nominare i parametri relativi alle accelerazioni di dinamica di marcia utilizzando un criterio del tipo indicato al [Descr_011] che verranno definiti dal fornitore nel progetto preliminare. Il SADM deve essere in grado di rilevare tutti i parametri di dinamica di marcia utilizzando la convenzione di seguito riportata: Per convenzione, rispetto ad una terna di assi solidale con la ruota, per le accelerazioni verticali si assume positivo il verso uscente rispetto alla sede del binario, per le accelerazioni trasversali si assume positivo il verso entrante rispetto alla sede del binario; Per asse verticale Z si intende la direzione perpendicolare al piano di rotolamento; pag. 10 di 11
Per asse trasversale Y intende la direzione perpendicolare all asse verticale ed alla direzione di marcia del veicolo. [Descr_012] Si riporta di seguito lo schema di convenzione assi verticali e trasversali. Figura 3: Convenzione Assi Verticale/trasversale [REQ_F_023] Il SADM deve essere in grado di determinare i parametri Accelerazioni nel rispetto delle caratteristiche di acquisizione minime indicate nella seguente tabella: Tabella 4: Caratteristiche sistema di misura [REQ_F_024] [REQ_F_025] Diverse caratteristiche di acquisizione verranno definite dal fornitore nel progetto preliminare. Il SADM deve garantire l acquisizione di tutti i parametri indicati in Tabella 3 durante ogni corsa di acquisizione nel rispetto del profilo di missione del rotabile su cui esso viene installato. Il SADM deve campionare tutti i segnali provenienti dai sensori nel dominio del tempo, il valore dovrà essere poi restituito anche nel domino dello spazio in conformità del passo di campionamento previsto per la localizzazione delle misure. pag. 11 di 11