Impatto dello stile di guida e della programmazione dell'orario sul consumo energetico Simulatori low-cost per la formazione dei macchinisti Prof.Dr.Ing. Berner Fachhochschule, Biel-Bienne (Svizzera) 1
Berner Fachhochschule (BFH) University of Applied Sciences del Cantone di Berna studi Bachelor (laurea breve) e Master 5500 studenti (tra cui 1300 in ingegneria e informatica) corsi in tedesco e francese 2
Impatto dello stile di guida e della programmazione dell'orario sul consumo energetico 3
un esempio treno pendolare lunghezza 130 m peso lordo 260 t 350 posti a sedere accelerazione mass. 1.3 m/s 2 decelerazione mass. 1.0 m/s 2 sulla linea Berna-Thun (S1 della rete suburbana di Berna) doppio binario senza grandi dislivelli Vmax=160 km/h traffico misto (S, IR, IC/EC, merci) unico accesso alla galleria di base del Lötschberg lunghezza 31 km 8 fermate intermedie tempo di percorrenza previsto 30 min. 4
due diverse motorizzazioni 2.5 MW 200 kn 5.0 MW 400 kn simile a doppia di elettrotreni BLS NINA (Bombardier): 2 MW, 200 kn FS E.464 + 4 carrozze a piano ribassato (Bombardier): 3 MW, 200 kn doppia di elettrotreni FLIRT di SBB, Ferrotramviaria o Sistemi Territoriali (Stadler): 5.2 MW, 400 kn doppia di elettrotreni Minuetto (Alstom): 2.7 MW, 200 kn 5
prima simulazione comparativa: tempo di percorrenza minimo 2.5 MW, 200 kn tempo di percorrenza 27:58 6
prima simulazione comparativa: tempo di percorrenza minimo 5.0 MW, 400 kn tempo di percorrenza 24:49 7
seconda simulazione comparativa tempo di percorrenza secondo orario (30:00) 2.5 MW, 200 kn 8
seconda simulazione comparativa tempo di percorrenza secondo orario (30:00) 5.0 MW, 400 kn 9
Risultati tempo di percorrenza 1800 1600 1400 1200 sec. 1000 800 600 400 200 0 1 2 3 4 1: 2.5 MW, 200 kn, tempo di percorrenza minimo 2: 2.5 MW, 200 kn, tempo di percorrenza secondo orario 3: 5.0 MW, 400 kn, tempo di percorrenza minimo 4: 5.0 MW, 400 kn, tempo di percorrenza secondo orario 10
energia 800 700 600 kwh 500 400 300 ricuperata catenaria 200 100 0 1 2 3 4 1: 2.5 MW, 200 kn, tempo di percorrenza minimo 2: 2.5 MW, 200 kn, tempo di percorrenza secondo orario 3: 5.0 MW, 400 kn, tempo di percorrenza minimo 4: 5.0 MW, 400 kn, tempo di percorrenza secondo orario 11
Energia 2.5 MW 2.5 MW 5.0 MW 5.0 MW tempo di percorrenza min:sec 27:58 30:00 24:49 30:00 energia senza ricupero kwh 641 438 753 356 energia ricuperata kwh 175 123 340 148 energia totale kwh 466 315 413 208 12
Esempio di una tratta specifica: Ostermundigen-Gümligen (3 km) 2.5 MW 200 kn 5.0 MW 400 kn 13
Conclusioni 1. Veicoli dotati di elevata potenza e sforzo di trazione hanno con tempo di percorrenza "normale" un consumo di energia minore, anche senza ricupero hanno con qualsiasi tempo di percorrenza, ma con ricupero, un consumo di energia minore possono reagire meglio ad anomalie di servizio (ritardi ecc.) 2. Un orario "più elastico" diminuisce il consumo d'energia 3. L'utilizzazione del tempo previsto in orario - con uno stile di guida opportuno, utilizzando coasting quando possibile - diminuisce il consumo d'energia 14
Conclusioni 4. E necessario il training del personale di macchina per un utilizzo ottimale del treno guida "responsabile" mirata ad un minore consumo energetico rispetto della sicurezza e delle norme di servizio 15
Simulatori low-cost per la formazione dei macchinisti 16
Formazione dei macchinisti conoscere il comportamento in situazioni anomale (p.es. segnalamento) conoscere la linea (segnalamento, guida economica) conoscere il veicolo (guasti, nuovi mezzi) metodi di guida mirati al risparmio energetico 17
come? sul veicolo durante il viaggio sul veicolo fermo in un simulatore classico (p.es. FS EADS, SBB Corys) in un simulatore a bordo del veicolo (BFH/Stadler) simulatori con un modello 3D virtuale basati sull'uso di filmati sincronizzati 18
Formazione sul veicolo durante il viaggio + vengono "simulate" le reali condizioni di servizio - difficile e pericoloso riprodurre anomalie - ostacola il servizio ordinario - consumo d'energia 19
Formazione sul veicolo fermo + nessun consumo d'energia di trazione - non è possibile riprodurre anomalie del segnalamento e degli impianti di sicurezza od altre condizioni del servizio 20
Formazione in un simulatore classico + idoneo per riprodurre anomalie del segnalamento e del veicolo + nessun consumo d'energia di trazione - costi molto alti se il veicolo è riprodotto e simulato con precisione (non necessario se è utilizzato soltanto per anomalie del segnalemento e degli impianti di sicurezza) - di nuovo costi molto alti per gli upgrades del software e hardware del veicolo 21
Simulatore classico esempio di una versione low-cost: Simulatore di RailPLUS (associazione svizzera delle ferrovie a scartamento metrico come Ferrovie Retiche, Berna- Soletta ecc.). Container con un banco di manovra standardizzato ("Zermatt Shuttle"). Realizzato da BFH con software LOCSIM 22
Formazione in un simulatore a bordo del veicolo idoneo per riprodurre anomalie del segnalamento e del veicolo nessun consumo d'energia di trazione è necessario un veicolo (durante la pulizia o durante le soste tra le ore di punta) il veicolo e l'intera cabina con banco di manovra sono già riprodotti al 100% senza extracosti nessun costo per gli upgrades del software e dell'hardware del veicolo 23
Simulatore sul veicolo Prime prove nel 2007 su una carrozza pilota di CJ Chemins de fer du Jura, collegandosi al cavo di comando multiplo e agli accoppiatori del freno. Nel 2008 introduzione di un simulatore sulla locomotiva storica Ae 4/4 251 di BLS (anno di costruzione 1944). La locomotiva e sempre funzionante ed utilizzata! Realizzati da BFH con software LOCSIM 24
Simulatore sul veicolo Sempre nel 2008 è stato introdotto su un elettrotreno FLIRT delle ferrovie algerine un simulatore in occasione della fiera Innotrans 08 di Berlino, collegandosi tramite RS232 alla centralina del treno e modificando lievemente il programma della logica di veicolo (esclusione della trazione). Realizzato da Stadler e BFH con software LOCSIM 25
Simulatore a bordo del veicolo esempi già implementati od in fase di realizzazione (Stadler, BFH, LOCSIM) CJ Chemins de fer du Jura carrozza pilota (1985) formazione 2007 BLS Lötschbergbahn Ae 4/4 251 (1944) museo / formazione 2008 SNTF Ferrovie algerine elettrotreno FLIRT esposizione 2008 ASm Aare-Seeland-mobil elettrotreno GTW test 2008 RBS Berna-Soletta elettrotreno NExT formazione 2009 RhB Ferrovie retiche elettrotreno Allegra formazione 2010 BDWM Bremgarten-Dietikon elettrotreno 2009 formazione 2010 GKB Graz-Köflach autotreno GTW formazione 2010 ZB Zentralbahn elettrotreno a cremagliera formazione 2011 26
Simulatori che utilizzano un modello software 3D virtuale ogni situazione e anomalia di servizio e del segnalamento può essere riprodotta possono essere riprodotte intere stazioni tutti i binari sono percorribili può essere riprodotta ogni situazione di visibilità (nebbia, notte) costi elevatissimi 27
Esempio di un simulatore che utilizza un modello software 3D virtuale Stazione di Salbertrand diverse situazioni di visibilità 28
Simulatori basati sull'uso di filmati sincronizzati ogni situazione e anomalia di servizio e del segnalamento può essere riprodotta, utilizzando bitmaps e modelli 3D sovrapposti possono essere riprodotte intere stazioni (se i relativi binari sono percorsi durante le riprese video) tutti i binari sono percorribili costi relativemente bassi intruduzione immediata (un piao di giorni) di nuove situazioni (p.es. cantieri) 29
Simulatori basati sull'uso di filmati sincronizzati Stazione di Frutigen, video con segnale sovrapposto il segnale può essere commandato dall'istruttore o secondo uno scenario predefinito 30
Simulatori basati sull'uso di filmati sincronizzati linea delle ferrovie olandesi sinistra: video originale; destra: sovrapposizione di oggetti e treni 3D i treni possono essere mossi dall'istruttore o secondo uno scenario predefinito 31
Simulatori a base di filmati (video) Esempi eseguiti da BFH con software LOCSIM CH BLS Berna-Domodossola, Berna-Neuchâtel, Spiez-Interlaken FFS Bellinzona-Zurigo, Rapperswil-Linthal, Olten-Losanna-Soletta Thurbo Weinfelden-Kreuzlingen-Stein RBS Berna-Soletta AAR Aarau-Schöftland AB S.Gallo-Trogen, S.Gallo-Appenzell RhB Tirano-St.Moritz I FS S.Severo-Bari, Torino-Susa FABN Napoli-Benevento SFSM Napoli-Baiano MetroRoma Roma-Viterbo D DB S9/S41 Berlino MVG U3/U6 Monaco F SNCF Modane-Chambéry altri SNTF Thénia-Algeri**, El Affroun-Algeri ** video ripreso il 15 sett. 2008, in funzione dal 23 sett. 2008 all'innotrans 08 Costi circa 100 per km e circa 75 per segnale sovrapposto 32
Simulatori per la formazione del personale di macchina per la guida mirata al risparmio energetico E necessario un modello preciso della linea (pendenze, curve, alimentazione) una visualizzazione realistica del ambiente (orientamento!) un modello preciso del veicolo incluso regolazione (speed control ecc.) una indicazione del consumo (indicatore kw e contatore kwh) una visualizzazione di velocità e consumo al termine del viaggio 33
Conclusioni 1. Con l'uso di filmati video al posto di modelli 3D virtuali sono realizzabili simulatori low-cost. 2. Con l'uso del veicolo stesso come simulatore al posto di un banco di manovra separato accoppiato a un modello soft del veicolo si risparmia parecchio. E necessario un veicolo in sosta al termine del turno di manutenzione. 3. Con simulatori low-cost, la formazione di macchinisti con metodi moderni è fattibile anche per ferrovie minori, senza grandi investimenti. 4. Con l'utilizzo del simulatore si può sensibilizzare il personale di macchina ad un uso più consapevole del mezzo, riducendo i consumi energetici 34
Siamo pronti a collaborare al Vostro progetto! Grazie per la Vostra attenzione hansjuerg.rohrer@bfh.ch www.locsim.ch 35