Design and assessment of WSP system slip estimation based control logic for T3000e freight train

This thesis work is part of a project aimed at designing a controller to limit wheel slip in a freight train during critical braking phases. The developed controller aims to reduce this slipping phenomenon, which, if not properly controlled, can lead the wheels to lockup causing excessive wear with critical consequences for the dynamic stability and safety of the entire train. The main components of the wagon (structure and braking system) are modeled and subsequently evaluated through a series of tests that simulate different load conditions (tare and full load) and various environmental contexts, including variations in rail surface friction conditions and wear status. Following this, a control logic is implemented with the goals of minimizing the need for complex and costly physical elements and simplifying the control logic itself. The design phase is followed by a testing phase in which the correct behavior of the control logic is verified in different environmental scenarios (dry rail, wet rail, snowy conditions, and with contaminants such as leaves). In particular, it is assessed how the control logic promptly responds to sudden changes in friction, preventing the occurrence of slipping and achieving an average reduction of 87% in slipping compared to equivalent simulated conditions without activating the controller.

Questa tesi fa parte di un progetto finalizzato alla progettazione di un controllore per limitare lo slittamento delle ruote in un treno merci durante le fasi critiche di frenata. Il controllore sviluppato mira a ridurre questo fenomeno di slittamento, che, se non adeguatamente controllato, può portare al blocco delle ruote causando un'eccessiva usura con conseguenze critiche per la stabilità dinamica e la sicurezza dell'intero treno. Le principali componenti del carro (struttura e sistema di frenatura) sono modellate e successivamente valutate attraverso una serie di test che simulano diverse condizioni di carico (a vuoto e a pieno carico) e vari contesti ambientali, comprese variazioni nelle condizioni di attrito della superficie ferroviaria e dello stato di usura. Successivamente, viene implementata una logica di controllo con l'obiettivo di ridurre al minimo la necessità di elementi fisici complessi e costosi e semplificare la logica di controllo stessa. La fase di progettazione è seguita da una fase di test in cui viene verificato il corretto comportamento della logica di controllo in diversi scenari ambientali (ferrovia asciutta, ferrovia bagnata, condizioni nevose e con contaminanti come foglie). In particolare, si valuta come la logica di controllo risponde prontamente a improvvisi cambiamenti di attrito, prevenendo lo slittamento e ottenendo una riduzione media dell'87% dello slittamento rispetto a condizioni simulate equivalenti senza attivare il controllore.