Nieuwe remsystemen en satellietnavigatie om meer treinen op de Europese sporen te laten rijden

Het verhogen van het aantal treinen op het Europese spoor om andere vervoerswijzen te vervangen, zou kunnen helpen om de CO₂ emissies en luchtvervuiling. Maar het plaatsen van meer treinen vereist een serieuze heroverweging van hoe treinen remmen en over het spoor kunnen rijden met behulp van cyberveilige radio- en satellietnavigatie.

Steeds meer mensen kijken naar het spoor als een veilige en milieuvriendelijke manier van reizen. Treinreizen kunnen de uitstoot van reizigers verminderen. Als u bijvoorbeeld de trein van Zürich naar Milaan neemt, een reis van 217 km, in plaats van te vliegen, bespaart u ongeveer 103 kg CO₂ uitstoot per passagier, volgens a Deutsche Welle analyse.

Het aantal passagierstreinen in Europa was: gestaag groeiend al jaren vóór de nationale lockdown-maatregelen begin 2020. In Zweden is een nieuw woord – “Tågskryt” (“train opscheppen”) – in het lexicon opgenomen om te beschrijven wanneer mensen anderen aanmoedigen om de trein te nemen.

Treinbedrijven in Spanje, Frankrijk en Duitsland bestellen al hogesnelheidstreinen en grensoverschrijdende treinen om aan de verwachte vraag te voldoen. Helaas is het niet zo simpel als meer treinen maken en op de rails zetten. Europa heeft al een van de langste en dichtste spoorwegnetwerken ter wereld, wat betekent dat treinen een manier moeten vinden om veilig over het drukkere spoor te navigeren.

Remsystemen zijn daarbij een belangrijk aspect. Meer treinen op een spoor betekent dat het van cruciaal belang is om ervoor te zorgen dat de remprestaties op elk rijtuig op hetzelfde niveau zijn en dat de remmen niet snel verslijten, zegt Martin Ertl, vice-president innovatie bij remsysteemfabrikant Knorr-Bremse in Duitsland .

vooruitgang

“We moeten de volgafstand (afstand) tussen de treinen verkleinen zonder de veiligheid in gevaar te brengen”, zei hij. “Dat kan alleen met een nieuwe set technologieën.” Hij leidt de betrokkenheid van het bedrijf bij Shift2Rail’s PIVOT2 project, dat zoekt naar manieren om de schaal en het onderstel van treinen te verbeteren.

Remmen zijn een logische kandidaat voor een upgrade. Veel moderne treinremmen, legt Ertl uit, worden aangestuurd door een luchtleiding die van de voorkant van de trein naar de luchtremmen van elk rijtuig loopt. De machinist kan de luchtdruk langs de leiding verhogen om de luchtremmen vrij te geven en de druk verlagen om de remmen te activeren.

Onderzoek toont aan deze remmethode heeft goed gewerkt sinds de introductie in de jaren 1860, maar heeft nog steeds enkele problemen. Bij oudere systemen laat het de bestuurder bijvoorbeeld niet weten of er iets mis is met een van de remmen. En aangezien de lucht achtereenvolgens door elk rijtuig beweegt, worden de remmen tegelijkertijd geactiveerd, maar kunnen ze met enige vertraging reageren. In combinatie met moeilijke wrijvingscondities betekent dit dat de wagens vooraan weliswaar een hoge vertraging hebben, maar dat de laatste wagen nauwelijks remt. Dit maakt een noodstop moeilijk.

Zijn team zoekt naar manieren om een ​​ander type remtechnologie te verbeteren, een technologie die elektronica gebruikt om ervoor te zorgen dat treinwagons een betrouwbare remweg hebben, permanente feedback geven en langer meegaan dan de soorten remmen die momenteel beschikbaar zijn.

Luchtremmen vervangen door radiografisch bestuurbare, elektromechanische remmen brengt veel voordelen met zich mee, zegt Ertl. “We kunnen de complexiteit in het systeem aanzienlijk verminderen en het gewicht op de trein aanzienlijk verminderen”, zei hij.

“Met deze nieuwe generatie remmen heb je verschillende sensortechnologieën (bovenop), wat betekent dat je de gegevens kunt krijgen en deze vervolgens al in de trein kunt berekenen”, zei Ertl. Deze gegevens kunnen dan bijvoorbeeld vooraf worden gedeeld met remises, zodat zij beter kunnen plannen wanneer de trein voor onderhoud moet worden binnengebracht.

pneumatisch

Terwijl het regelen van remmen met een luchtleiding goed werkt voor luchtremmen, werkt het regelen van remmen met behulp van radiosignalen het beste voor moderne elektromechanische pneumatische remmen. Het project kijkt ook naar nieuwe aanvullende systemen die betere remprestaties kunnen bieden in natte of gladde omstandigheden.

Het project heeft een prototype pneumatische rem ontworpen waarvan de remblokken lichtere materialen gebruiken, verschillende oppervlaktepatronen om de grip te verbeteren en minder componenten heeft. Vroege tests hebben aangetoond dat deze prototypes 16% lichter zijn, de remweg met 40% verkorten en de slijtage met 55% verminderen in vergelijking met conventionele remblokken op de markt.

Op dit moment test het project de nieuwe pneumatische remtechnologie verder. Dit omvat het testen van de remmen op hun locatie in München in een 15 meter hoge, 760 ton testopstelling genaamd ATLAS, die snelheden tot 350 km/u kan bereiken.

Maar om ervoor te zorgen dat er meer treinen op het spoor kunnen rijden, is meer nodig dan betere remmen. Als een trein plotseling moet remmen, moeten andere treinen die de lijn gebruiken dit weten, zodat ze botsingen kunnen voorkomen. Dit betekent dat treinen meestal tegelijkertijd langs afzonderlijke ‘blokken’ van het spoor rijden, waarbij elke bloklengte de trein voldoende afstand geeft om te remmen voordat hij te dicht bij een ander komt.

Het probleem, zoals Simon Chadwick van Siemens Mobility UK opmerkt, is dat elk blok zo gespreid is dat lange, zware goederentreinen voldoende afstand hebben om te remmen. Lichtere, kortere reizigerstreinen hebben minder remruimte nodig, maar moeten wel langs dezelfde vaste blokken rijden. Volgens één schatting een blok kan variëren van 500 meter tot zes kilometer, afhankelijk van het type trein en de snelheid. Hierdoor worden treinen met beter remmen gedwongen om te rijden volgens de slechtst remmende trein op het spoor.

“Bij traditionele signalering, die gebaseerd is op vaste blokken, is de blokstructuur hard gecodeerd in de spoorweg”, legt hij uit.

Dit kan een verspilling van ruimte zijn, zegt hij. Daarom kijken treinmaatschappijen naar het gebruik van “bewegende blokken” om treinen te scheiden. In plaats van over vaste lengtes op een spoor te rijden, kunnen treinen met elkaar communiceren en berekenen welke afstand ze van elkaar moeten houden.

“Het is niet langer alleen gebaseerd op het ‘worst-case’-type trein,” zei hij. “Je kunt verschillende soorten treinen hebben.”

In het meerfasenproject van Shift2Rail, X2Rail, bekijkt zijn team hoe de signaleringstechnologie aan boord kan worden verbeterd, zodat treinen die in een bewegend blok rijden, elkaars positie gemakkelijk kunnen kennen.

Dit omvat het gebruik van standaard markeringen langs het spoor, plus radiocommunicatie- en satellietnavigatiesystemen aan boord van de trein om andere treinen en verkeersleiders te vertellen waar ze zich bevinden. Deze op satelliet en radio gebaseerde informatie is sneller te verzenden en efficiënter dan treinbewakingsapparatuur die direct op het spoor is geïnstalleerd, zegt Chadwick.

Radio- en satelliettechnologie kunnen ook helpen als een rijtuig losraakt van een trein, aangezien apparatuur op zowel de trein als het rijtuig een waarschuwing kan verzenden, terwijl op het spoor geïnstalleerde wagontelapparatuur het verlies pas detecteert wanneer de trein het bereikt.

Het gebruik van satelliet- en radiotechnologie op treinen heeft voordelen die verder gaan dan het vergroten van de capaciteit op spoorlijnen, zegt Chadwick. Het kan mogelijk de kosten verlagen omdat er minder treindetectieapparatuur nodig is, en het is betrouwbaarder omdat de trein constant updates over zijn positie verzendt.

Betere treinbewaking, zegt hij, zal belangrijk zijn voor het ontluikende European Train Control System (ETCS), een gemeenschappelijke set van railbewakings-, signalerings- en veiligheidssystemen – zowel langs het spoor als in de trein – die langzaam in heel Europa wordt toegepast.

De vorige fasen van het X2RAIL-project waren gericht op het ontwerpen van ETCS-satelliet- en radiotechnologie voor installatie op de treinen. De huidige fase, X2RAIL-5, gebruikt computermodellen om zowel de cyberbeveiliging van de apparatuur te analyseren als te zien hoe deze zich in de echte wereld zou kunnen gedragen. Hun modellen zullen bijvoorbeeld analyseren hoe wanneer een trein door een sectie met een zwak signaal rijdt, andere treinen en het centrale treinbewakingssysteem nog kunnen weten waar het is.

“Het grote probleem achter dit alles is dat als ik (als machinist) volledig vertrouw op treinen die anderen informeren over hun locatie, ze moeten begrijpen hoe dat gaat werken”, zei Chadwick.

“Het (ETCS)-systeem moet alle treinen bijhouden, en alle spoorstatus. Zelfs als de trein niet meer met je praat, moet het systeem het onthouden.” Met andere woorden, als er een zwak satellietsignaal op een trein is, moet het centrale treinbewakingssysteem in staat zijn om bewakingsapparatuur langs het spoor te gebruiken om te compenseren.

Als uit hun analyses blijkt dat de technologie succesvol zal zijn, hopen ze dat de technologie een standaard kan worden in heel Europa. Dit is essentieel als het groeiende aantal internationale treinroutes, zoals: OBB’s NightJet-service, gaat door.

Beide projecten maken deel uit van de Shift2Rail-initiatief, dat tot doel heeft de spoorwegcapaciteit van Europa te verdubbelen en de betrouwbaarheid en kwaliteit van de dienstverlening met 50% te verhogen, terwijl de levenscycluskosten worden gehalveerd. Dit is een doel dat volgens Ertl moet worden bereikt als Europa wil transformeren naar een duurzamere samenleving.

“Ik zie wel dat er wereldwijd een groeiende vraag is naar een duurzame manier om een ​​groot aantal mensen te vervoeren”, zei hij. “Er is in mijn ogen geen andere manier dan het spoor als ruggengraat van een duurzaam vervoermiddel te hebben.”