Un progetto che ha unito gli sforzi di società internazionali specializzate nell’ingegneria ferroviaria e fornitura di servizi tecnici per accelerare lo sviluppo innovativo, competitivo e sostenibile del mercato del trasporto merci su rotaia.

Il nostro contributo tecnico – specializzato nell’ingegneria della sicurezza ferroviaria – si è concentrato sull’Analisi Sicurezza del sistema di trazione e frenatura distribuito su più locomotive di treni merci lunghi più di 1 km, tra loro in comunicazione radio.

IL FOCUS DEL PROGETTO

Per raggiungere gli obiettivi del White Paper 2011 sui trasporti della Commissione europea – che mira a un passaggio alla ferrovia del 30% del trasporto merci su strada su 300 km entro il 2030 – la quota di mercato del trasporto merci su rotaia deve aumentare notevolmente.

Le esigenze del mercato sono competitività, affidabilità, flessibilità, frequenza e informazione. Shift2Rail è la prima iniziativa ferroviaria europea a puntare su ricerca e innovazione per dar vita a soluzioni orientate al mercato, accelerando l’integrazione di tecnologie nuove e avanzate per prodotti ferroviari innovativi. Inoltre, Shift2Rail ha gli obiettivi ambiziosi di raddoppiare la capacità del sistema ferroviario europeo e aumentare la sua affidabilità e qualità del servizio del 50%, dimezzando i costi del ciclo di vita.

I dimostratori del progetto FP7 Marathon hanno già dimostrato (2011-2014) la fattibilità di treni merci accoppiati lunghi 1500 m con potenza distribuita su due unità di trazione, che corrono in sicurezza sulla rete francese.

In questo contesto, il progetto Marathon2Operation (M2O), finanziato da Shift2Rail, è stato un ulteriore passo avanti per aumentare la capacità dei treni merci, estendendo le possibilità a più unità di trazione. Un Distributed Power System (DPS) è stato sviluppato dal progetto complementare Shift2Rail (FR8RAIL II), installato sulle locomotive e sottoposto a una campagna di test sperimentale realizzata in Germania nel mese di febbraio 2021.

Il principale contributo fornito dal progetto M2O alla progettazione e al collaudo dei treni DPS è stato attraverso lo sviluppo della comunicazione radio basata su LTE tra le unità di Trazione, degli studi Longitudinal Train Dynamics (LTD) e delle analisi e valutazioni di sicurezza (all’interno del limiti del contesto particolare e dei dati disponibili).

Nell’ambito del progetto M2O, il nostro contributo si è concentrato sullo sviluppo delle analisi di sicurezza e dello studio di sensitività a supporto delle simulazioni LTD.
Un supporto al progetto M2O che è figlio di 20 anni di esperienza della nostra area dell’Ingegneria dei Sistemi sulla sicurezza ferroviaria e nell’uso della modellazione numerica (ovvero mediante analisi di sensitività) per la validazione dei sistemi, nonché della capacità di interagire efficacemente con tutti gli stakeholder.

LO SVILUPPO DEL PROGETTO

Nel mese di dicembre 2020 si è svolto (in remoto) l’evento finale del progetto Marathon2Operation. Questo evento ha concluso 2 anni di entusiasmante lavoro con partner dedicati e ha dato loro l’opportunità di presentare i loro risultati a più di 90 partecipanti provenienti dalla comunità ferroviaria europea e non solo.

Nel febbraio 2021, in Germania sono state eseguite prove di treni merci lunghi con più unità di trazione (TU) equipaggiate da Distributed Power System (DPS), studiando il loro comportamento di avviamento e frenata e misurando le forze longitudinali.

Il principale contributo fornito dal progetto M2O è stato attraverso lo sviluppo della comunicazione radio tra le unità di Trazione, degli studi Longitudinal Train Dynamics (LTD) e delle analisi di sicurezza focalizzate sui treni DPS e relativi Dimostratori.

La comunicazione radio tra le unità di trazione era basata su LTE (Long Term Evolution, 4G-Wireless Network), come transizione verso il Future Railway Mobile Communication System (FRMCSS). Sono stati effettuati soddisfacenti test in loco sulla disponibilità della comunicazione radio LTE lungo il binario da utilizzare per la campagna di test, confermando anche il tempo di latenza per l’esecuzione dei comandi inviati dalla TU di partenza alle TU guidate.

Gli studi LTD sono stati eseguiti utilizzando il software TrainDy, che risolve sia modelli pneumatici (sfiato della condotta del freno e riempimento dei cilindri del freno) sia modelli meccanici (calcolo del movimento relativo tra vagoni consecutivi) e calcola le forze di compressione longitudinali e le forze di trazione longitudinali del treno e la sua frenatura distanza.

Le analisi di sensibilità sono state eseguite dai nostri specialisti in Modellazione Virtuale, al fine di indagare l’influenza dei parametri tecnici e identificare quelli più rilevanti. Le analisi generali si sono concentrate sui segmenti interessati, sulle possibili trazioni multiple e sulle possibili soluzioni di comunicazione radio tra le Traction Unit.

Sono state eseguite simulazioni per definire le linee guida generali per diverse composizioni di treni, evitando grandi rischi di deragliamento o interruzioni delle componenti.

Sono state effettuate simulazioni comparative utilizzando treni di riferimento già autorizzati alla circolazione sui binari di prova; l’effetto del DPS sulla Dinamica del Treno Longitudinale è apparso generalmente positivo nelle situazioni più critiche, ma per alcuni casi dove però le forze longitudinali erano al di sotto dei limiti di deragliamento e consistevano in disruption. Sulla base dei dati delle simulazioni LTD, è stata suggerita una precisa composizione del vagone, come sicura per la campagna di test.

Abbiamo eseguito quindi le analisi di sicurezza dei treni DPS in stretta collaborazione con i partner FR8RAIL II responsabili delle unità di trazione, l’unità di controllo della frenatura distribuita (DBCU), il funzionamento del treno e le caratteristiche dell’infrastruttura.

Le analisi di sicurezza hanno consentito di raccogliere le informazioni disponibili sul concetto di sicurezza dei treni DPS e di fornirle in forma sistematica, per garantire che le condizioni pericolose legate al funzionamento dei treni DPS siano identificate e adeguatamente considerate in fase di sviluppo e per supportare le simulazioni LTD.

Sono state eseguite analisi di sicurezza per un’implementazione generica di “treni merci lunghi” basati su DPS e comunicazione radio (indipendentemente dalla tecnologia specifica), nel contesto di un sistema ferroviario integrato (inclusi elementi a terra, appartenenti ai sistemi di Infrastruttura e Segnalamento).

L’obiettivo principale era valutare le specifiche funzioni (nuove o modificate) implementate dai treni DPS e le loro interazioni con gli altri elementi del contesto operativo e far fronte alle diverse situazioni operative.

I risultati principali sono stati l’elenco delle condizioni pericolose relative al funzionamento dei treni DPS e l’elenco dei requisiti di sicurezza funzionali, tecnici e contestuali da soddisfare per la mitigazione del rischio. Questi requisiti sono stati forniti a FR8RAIL II come riferimento per lo sviluppo dei DPS Demonstrators e forniscono una base generale per la valutazione della sicurezza di ulteriori future applicazioni specifiche dei treni DPS. Una valutazione delle analisi e delle attività di sicurezza è stata effettuata da un valutatore indipendente (partner M2O).

I primi risultati provenienti dalla campagna di test sperimentali confermano i principali risultati del progetto M2O, consentendo di valutare adeguatamente le dinamiche longitudinali dei treni merci lunghi basato su Distributed Power System con comunicazione radio tra più unità di Trazione, e consolidando la capacità di finalizzare casi di sicurezza completi per famiglie di trazioni multiple secondo gli standard CENELEC applicabili.

Ciò stimolerà gli sviluppi di tali treni DPS, che sono il modo più rapido per aumentare la capacità della rete ferroviaria, migliorare la competitività del trasporto merci su rotaia e rilanciare la crescita del trasporto merci su rotaia, il cui ruolo strategico è stato ampiamente dimostrato anche durante l’attuale pandemia.

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