Helsinki út 105
1238
Magyarország
info@knorr-bremse.com
Fékvezérlő funkciók.
Milyen feladatokat látnak el a vasúti járműveken működő fékvezérlők? Hogyan zajlik ezeknek a funkcióknak a definiálása, fejlesztése és tesztelése? Cikksorozatunk második részében a Knorr-Bremse Budapest mérnökei mutatják be, hányféle különböző funkcióval lehet felvértezni egy vasúti fékvezérlőt a járműtípustól és a vevői igényektől függően.
A tervtől a szoftverig
Kapcsolat
Knorr-Bremse Vasúti Jármű Rendszerek Hungária Kft.
Egy vevői projekt ott kezdődik, hogy a megrendelőtől – aki tipikusan egy vasúti járműgyártó – beérkezik egy ajánlatkérés, amiben már látszik, hogy az adott járműben milyen fékrendszer(ek)re és funkciókra van szükség. Koncepció szintjén kiválasztásra kerülnek a mechanikus/pneumatikus rendszer elemei, illetve a meghatározott feladatok ellátásához szükséges elektronikus egységek.
Az ajánlat elfogadása és a megrendelés után kezdődhet a részletek kidolgozása. A vevői egyeztetések során pontosan meghatározzuk, hogy a fékrendszernek milyen kapcsolódási pontjai vannak a jármű többi rendszeréhez, ideértve a mechanikus, elektromos és kommunikációs interfészeket is. A rendszermérnök a vevői követelmények alapján készíti el a pontos funkcionális specifikációt, amely már a szoftverfejlesztők és -tesztelők számára is feldolgozható formában tartalmazza a kívánt feladatok leírását.
De lássuk, mik lehetnek ezek a járműtípusonként is különböző funkciók!
Fékezz velünk!
A Knorr-Bremse Budapestnél minden nap egy biztonságosabb és zöldebb jövőn dolgozunk. Fékezz velünk cikksorozatunkban nem csak azt mutatjuk meg, hogyan működnek a vasúti fékezvezérlők és az azokhoz kapcsolódó szolgáltatások, rendszerek, de betekintést nyújtunk a kulisszák mögé is. Mérnökeink maguk mesélik el, miként zajlik a fejlesztés, tesztelés, hogyan állnak össze a különböző komponensek a folyamat végére egy kerek egésszé, amiből az utas csak annyit érzékel, hogy a jármű pont ott és úgy áll meg, ahogy kell.
Csúszásvédelem
A kerék megcsúszása elleni védelem (WSP – Wheel Slide Protection) az elektronikus fékvezérlők talán legalapvetőbb funkciója, amely mindegyik járműben megtalálható. Két fő feladata:
- rossz tapadási viszonyok esetén is biztosítja a stabil fékezést a lehető legrövidebb fékúttal,
- megakadályozza, hogy a kerék „lapot kapjon” – ugyanis a megcsúszás következtében a kerék felületén egy kis sík lap alakulhat ki, ami menet közben a kerék ütésével káros rezgéseket hozhat létre, és mind a futóművet, mind a pályát károsíthatja.
Alapelve hasonló, mint a gépjárművekben az ABS-é: a kerekek megcsúszása esetén gyorsan csökkenti a fékerőt, hogy újra kialakuljon a tapadás és a kerék felvegye a jármű sebességét. Folyamatosan érzékeli minden tengely sebességét, és akkor avatkozik be, ha a tengelyek sebessége eltér egymástól (Δv) vagy ha a mért lassulás (dv/dt) nagyobb, mint a járműre a tervezés során megengedett legnagyobb lassulás (dvref/dt).
A WSP modul nem csak a pneumatikus vagy a hidraulikus fékek esetén használható, hanem képes külső (pl. elektrodinamikus) fékek vezérlésére is, ha a kerekek annak fékereje hatására csúsznak meg. Továbbá lehetőség van a kerekek megpördülése estén is a hajtó nyomaték csökkentésére a hajtásnak kiadott parancs segítségével, vagy akár a megpördült tengelyek lelassítására a súrlódó fékkel.
Fékerőszámítás, fékerő elosztás
Egy jármű általában több, egymástól független fékrendszerrel is rendelkezik, amelyek tipikusan a következők lehetnek:
- a hajtásrendszer által kifejtett (elektrodinamikus vagy hidrodinamikus) fékerő,
- elektronikusan vezérelt súrlódó fékek,
- tisztán mechanikusan vezérelt súrlódó fékek,
- egyéb (pl. mágneses sínfék, rugóerőtárolós parkolófék, stb.)
A fékvezérlő egység feladata ezek összehangolása; a járművezető által „kért” lassulásnak megfelelő fékerő kiszámítása és a fékerő elosztása a különböző fékrendszerek, valamint az egyes egységek (kocsik) között.
Elsődleges prioritása mindig annak a féknek van, amely energia-visszatáplálásra képes. Ez jellemzően egy villamos hajtásrendszer esetén az ún. elektrodinamikus fék, ahol a vontatómotorok féküzemben generátorként működnek, és a mozgási energiát visszatáplálják a felsővezeték-hálózatba vagy a jármű más fogyasztói számára. Az alapelv az, hogy fékezés esetén a járműre vonatkozó teljes fékerőt elsődlegesen a visszatápláló fékrendszer biztosítsa a lehetséges teljesítménye határáig. Amennyiben további fékerő szükséges, azt a súrlódó fékek egészítik ki, amíg a jármű el nem éri a kívánt lassulást.
A villamos és mechanikus fékek közötti fékerő-megosztás a sebességtől is függ, hiszen magasabb sebességen a villamos fék nyomatéka csökken. Így a súrlódó féknek ebben a tartományban többet kell „hozzátenni”. Kis sebességen (<10km/h) pedig az elektrodinamikus fék már nem tud nyomatékot kifejteni, így megállás előtt a mechanikus féknek kell átvenni a teljes fékerőt (blending). Ezt úgy kell tennie, hogy a jármű lassulása állandó legyen, ne lehessen rángatást érezni.
Motorvonatoknál jellemző a kocsik közötti fékerő-elosztás, ami többféle algoritmus szerint működhet a járműgyártó vagy az üzemeltető kívánsága szerint. Például lehet alapelv, hogy minden kocsi azonos lassulással fékezzen, így a kocsik között a lehető legkisebb erőhatás lépjen fel. Egy másik tipikus eset, hogy minden súrlódó fék azonos erővel fékezzen (függetlenül attól, hogy egy tengely emellett villamosan is fékezett), annak érdekében, hogy az alkatrészek kopása egyforma legyen. Így a karbantartás hatékonyabban tervezhető, az egyes kocsik fékeit egyszerre kell felújítani, cserélni.
A fékerő számításánál mindig figyelembe vesszük a jármű tömegét is, annak érdekében, hogy a fékerő az aktuális terheléssel arányos legyen (F=m*a), így a vezérlő fékkar azonos állásánál azonos lassulást érjünk el.
A tisztán mechanikusan vezérelt fékek a modern vonatokon főleg kiegészítő- vagy vészfék üzemben (esetleg mozdonyos vontatáskor) működnek, amikor a normál üzemi fékek nem – vagy csak részben – működőképesek.
Kommunikáció
A fékvezérlő egység általában valamilyen kommunikációs felületen (is) tartja a kapcsolatot a jármű többi vezérlőegységével. Ezt egy következő cikkünkben részletesen bemutatjuk.
Diagnosztika, adattárolás
Mivel a fék egy biztonságkritikus rendszer, ezért a vezérlőnek fontos feladata a teljes fékrendszer működésének folyamatos monitorozása és szükség esetén hibajelzés továbbítása a járművezérlő felé. A hibákat a vezérlő el is tárolja a hozzá kapcsolódó környezeti változókkal együtt, így „fekete doboz”-ként működik, és a hibához vezető okok utólag is megvizsgálhatóak.
A fékvezérlő bármilyen adat folyamatos tárolására képes, így nem csak hiba esetén, hanem bármely eseményhez kapcsolódóan kiolvashatóak a rögzített adatok.
Egyéb funkciók
A fentieken felül még sok más feladata is lehet egy fékvezérlő egységnek, például a levegőellátást biztosító kompresszorok vezérlése, mágneses sínfék kezelése, féktesztek elvégzése, parkolófék vezérlése, csúszásmentesítés (homokszórás).
A fejlesztés és tesztelés folyamata
A Knorr-Bremse-nél a járműspecifikus alkalmazások fejlesztése és tesztelése a vonatkozó vasúti szabványok, illetve az ezeken alapuló – sokszor még szigorúbb – belső előírások szerint történik. A szoftverfejlesztési metódusokból, az ún. V-modellt használjuk, ami azt jelenti, hogy minden specifikációs és fejlesztési fázishoz tartozik egy tesztelési szint is. Így a vonatra kerülő applikációs szoftver legalább 3 szintű tesztelésen esik át (unit test, HW+SW integration test, overall system test), és még ezek után következik a jármű üzembehelyezése, ahol a vevővel, az üzemeltetővel és az illetékes hatóságokkal együtt a jármű – és így a fékrendszer – összes funkciója kipróbálásra kerül, mind álló helyzetben, mind menet közben.