Development of a braking performance calculation tool for a railway trainset

The thesis at hand deals with railway vehicle braking systems; more precisely it is focused on a braking performance calculation tool developed by the student during his traineeship period at Hitachi Rail. This tool is utilised for metro vehicle and their brake units. The idea behind the tool was to create a kinematic simulation model that, regardless of vehicle configuration, provides real-time values of vehicle performance indexes, considering its operating conditions and modes. Its usefulness lies in allowing the test technician, during the vehicle testing phase, to understand whether the vehicle’s operation is close to what was defined in the design phase, and therefore to understand where to intervene to remove any discrepancies. It also allows assessing vehicle performance and all the important parameters to be defined during design stage to implement traction and braking operations as desired. Initially a general understanding needs to be ensured. Therefore, the thesis starts with an introduction to the multiple braking applications which a railway vehicle needs to be capable of. Additionally, the different braking systems are introduced, and the brake force creation mechanism is described. Furthermore, an important part of the thesis is dedicated to describing the blending between the Electro-Dynamic brake and the Friction Brake system. Then, the advantages of using electrodynamic brakes over friction brakes are highlighted, with a small parenthesis on the strengths and weaknesses of both systems. The main focus of the work is related to Calculation Tool developed by the student during his traineeship period at Hitachi Rail, in this part there is also a section dedicated to traction, developed by the student with the help of Hitachi Vehicle System Integration team. Finally, a chapter dedicated to the tool validation is presented. Validation includes the comparison between the tool outcome and the data collected by Hitachi test engineer during the vehicle dynamic tests carried out in the metro Genova project. The conclusion together with outlook point out how to make the calculation tool more powerful based on the limitations found during the dynamic tests.

La tesi in questione riguarda i sistemi di frenatura dei veicoli ferroviari; più precisamente è incentrata su uno strumento di calcolo delle prestazioni di frenatura sviluppato dallo studente durante il suo periodo di tirocinio presso Hitachi Rail. Questo strumento di calcolo viene utilizzato per i veicoli metropolitani e per le loro unità frenanti. L'idea alla base dello strumento era quella di creare uno strumento di simulazione cinematica che, indipendentemente dalla configurazione del veicolo, fornisse valori in tempo reale delle prestazioni del veicolo, considerandone le condizioni e modalità di funzionamento. L’utilità del tool sta nel permettere al tecnico di prova, durante la fase di collaudo del veicolo, di capire se il funzionamento del sistema frenante si avvicina a quanto definito in fase di progettazione, e quindi di capire dove intervenire per eliminare eventuali discrepanze. Inoltre, consente di valutare le prestazioni del veicolo e tutti i parametri importanti da definire in fase di progettazione per implementare le operazioni di trazione e frenata come desiderato. Inizialmente è necessario garantire una comprensione generale. Pertanto, la tesi inizia con un'introduzione alle molteplici applicazioni di frenatura di cui un veicolo ferroviario deve essere capace. Inoltre, vengono introdotti i diversi sistemi di frenatura e viene descritto il meccanismo di creazione della forza frenante. Successivamente viene descritto lo strumento di calcolo sviluppato dallo studente durante il periodo di tirocinio presso Hitachi Rail; in questa parte è presente anche una sezione dedicata alla trazione, sviluppata dallo studente con l'aiuto del gruppo VSI di integrazione dei sistemi di veicoli di Hitachi Rail. Infine, viene presentato un capitolo dedicato alla validazione dello strumento. La validazione comprende il confronto tra i risultati dello strumento e i dati raccolti dagli ingegneri di testing Hitachi durante le prove dinamiche del veicolo eseguite nel progetto della metropolitana di Genova. La conclusione, insieme alle prospettive, indica come rendere più potente lo strumento di calcolo sulla base delle limitazioni riscontrate durante le prove dinamiche.