Corso di Sistemi di Trazione Lezione 4: I sistemi di trasporto a guida vincolata: schemi funzionali, diagrammi di marcia e costi A. Alessandrini – F. Cignini – C. Holguin – D. Stam AA 2014-2015

Argomenti Definizione di guida vincolata Guide meccaniche Guide elettroniche I sistemi di trasporto a guida vincolata Componentistica Scambi Costruirne i diagrammi di marcia Caratteristiche e costi di costruzione dei sistemi di trasporto a guida vincolata più comuni: tram e metropolitane Il docente inizia la lezione e descrive gli argomenti che tratterà. Le lezioni iniziano sempre con questa formula: “In questa lezione parleremo di: argomento 1 Argomento 2 Argomento n Ove opportuno, in questa come nelle altre slide, può essere utilizzato il seguente effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse. Per inserire nuove diapositive, utilizzare sempre l’apposita funzione di PowerPoint: Menu Inserisci Nuova diapositiva. Scegliere, eventualmente, dal Riquadro attività, un layout diverso da quello proposto in automatico, ma SEMPRE tra quelli disponibili. Evitare il layout “Solo titolo”.

Obiettivi Familiarizzare con i sistemi di trasporto a guida vincolata Conoscere le diverse opzioni tecnologiche per realizzare una guida vincolata Imparare da cosa dipendono i consumi di un sistema di trasporto a guida vincolata Sfatare il mito “se è elettrico non inquina” Conoscere le caratteristiche ed i costi di installazione dei sistemi di trasporto a guida vincolata più comuni Il docente descrive gli obiettivi della lezione. Anche in questo caso può utilizzare l’ effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse.

Definizione di guida vincolata Si definisce sistema di trasporto a guida vincolata quello in cui non è il veicolo (e quindi il conducente) ma l’infrastruttura a definire la traiettoria del veicolo Le guide vincolate meccanicamente sono: ferroviaria (unica in cui la stessa ruota ha funzione di supporto e guida); a guida centrale; a guida laterale; sospesa. Il ministero dei trasporti ha catalogato nelle guide vincolate anche quelle elettroniche i cui veicoli tuttavia mantengono uno sterzo. Queste si dividono in guide: ottiche; a banda magnetica; a odometro e magneti; a odometro e triangolazioni (satellitari e/o di punti di riferimento).

Guide vincolate meccanicamente: ferroviaria La ruote ferroviarie sono coniche e calettate rigidamente sulla sala montata per cui: Le ruote ruotano alla stessa velocità angolare Se la sala non è centrata sui binari la ruota esterna rotola su un diametro maggiore della ruota interna riportando la sala verso il centro Con questo meccanismo le ruote seguono sempre i binari Il bordino serve solo per sicurezza Fonte: A. Orlandi Meccanica dei Trasporti Pitagora editrice Bologna pag. 35

Caratteristiche richieste per guide vincolate alternative Forma della guida semplice ed economica da realizzare e da mantenere Forma compatta del veicolo e della guida Forma valida esteticamente Superficie della guida autopulente (o che almeno non faciliti depositi di materiali) Forma della guida che eviti il ribaltamento o lo svio Veicolo e guida che rendano facili ed economiche le deviazioni Superficie della guida che faciliti in caso di incidente la fuga dei passeggeri

Guide vincolate meccanicamente: guida centrale Le ruote di guida sono al centro tra le ruote di sostegno: esterne all’infrastruttura o interne all’infrastruttura come nel caso della metropolitana su gomma automatica di Torino (VAL) di cui a fianco c’è uno schema funzionale

Guide vincolate meccanicamente: guida esterna Le ruote di guida sono esterne alle ruote di sostegno: esterne all’infrastruttura o interne all’infrastruttura come nel caso del bus di Cambridge che tocca il marciapiede con la rotellina per sterzare le ruote e segue il marciapiede

Altri esempi (1/3) Guided busway

Altri esempi (2/3) Guided busway

Metropolitana di Parigi Altri esempi (3/3) Metropolitana di Parigi

Guide vincolate meccanicamente: veicoli sospesi Il corpo del veicolo è al disotto e non al disopra della guida Questi schemi funzionali sono più spesso utilizzati per delle funivie piuttosto che per monorotaie rigide La differenza tra i due schemi funzionali proposti è che: il primo ha le ruote di guida esterne all’infrastruttura ed il secondo interne

Guide vincolate elettronicamente: guida ottica Dei segni bianchi e riflettenti sono dipinti sulla via Una telecamera inquadra i segni e individua se sono perfettamente al centro del veicolo, se no lo sterzo viene comandato per riportare i segni al dentro del veicolo L’autista resta responsabile del veicolo e della sua traiettoria ma non sterza se non in caso di emergenza Il sistema è meno affidabile in condizioni di scarsa visibilità

Guide vincolate elettronicamente: guida a banda magnetica (wire) Un cavo conduttore viene annegato nell’asfalto Il cavo è alimentato con una corrente alternata a frequenza nota Un sensore a bordo del veicolo sente il campo magnetico e lo mantiene al centro del veicolo L’autista resta responsabile del veicolo e della sua traiettoria ma non sterza se non in caso di emergenza Il sistema è meno affidabile se nell’aria ci sono elevate concentrazioni di energia elettrostatica

Tecnologia di navigazione a banda magnetica/ottica

Guide vincolate elettronicamente: guida a odometro e magneti (FROG – Free Ranging On Grid) Dei piccoli cilindretti magnetici (diametro 20 mm lunghezza 60 mm) vengono inseriti nell’asfalto Il veicolo è dotato di un odometro molto preciso che consente di conoscere la posizione istantanea all’istante n conoscendo quella all’istante n-1 Quando il veicolo passa su un magnete ne legge la posizione e ricalibra il proprio odometro conoscendo la posizione del magnete Per conoscere la posizione di ogni magnete il veicolo viene guidato manualmente la prima volta e ne registra la posizione

Guide vincolate elettronicamente: guida a odometro e triangolazioni di punti di riferimento (satellitari) Nessun intervento infrastrutturale è richiesto Come prima il veicolo è dotato di un odometro Ma lo ricalibra o con un GPS molto preciso o misurando la propria posizione rispetto a dei punti di riferimento noti (almeno 3)

Tecnologia di navigazione a triangolazione radio

Sistemi di trasporto a guida vincolata Componentistica dei veicoli (con particolare riferimento alle guide vincolate meccanicamente a guida centrale) Scambi per guide alternative La determinazione dei diagrammi di marcia per sistemi di trasporto a guida vincolata Limiti cinematici Limiti dinamici Caratteristiche di una linea metro e una linea tram in termini di capacità, costi e investimento richiesto

Componentistica del veicolo (1/2)

Componentistica del veicolo (2/2) Veicoli sospesi

Scambi per guide alternative Scambi ingombranti (l’ingombro è maggiore rispetto a quelli usati in ferrovia) Scambi rumorosi Le guide automatiche non convenzionali sono utilizzate per mettere i veicoli su gomma limitandone il rumore

Scambi scorrevoli (1/2)

Scambi scorrevoli (2/2)

Scambi direzionali (1/2)

Scambi direzionali (2/2)

Costruzione di un diagramma di marcia nel rispetto dei limiti cinematici

Influenza sui diagrammi dei limiti posti su spazio e velocità (1)

Influenza sui diagrammi dei limiti posti su spazio e velocità (2)

L’impatto ambientale dei consumi di energia elettrica

Consumi energetici per passeggero kilometro dei diversi modi di trasporto Banister, D., Watson, S., Wood, C., 1997. Sustainable cities, transport, energy, and urban form. Environment and Planning B: Planning and Design 24 (1), 125–143. Commission of the European Communities, 1992. The Impact of Transport on the Environment. Office for Official Publications of the European Communities, Luxembourg. Hillman, M., Whalley, A., 1983. Energy and Personal Travel: Obstacles to Conservation. Policy Studies Institute, London. Hughes, P., 1992. The role of passenger transport in CO2 reduction strategies. Energy Policy 20 (2), 149–160. Martin, D., Shock, R., 1989. Energy Use and Energy Efficiency in UK Transport up to the Year 2010. HMSO, London. Tomkins, R., Wade, J., 1989. Transport energy in Britain: future trends and carbon dioxide emissions. International Journal of Ambient Energy 10 (4), 171–193. Stead, D., 1999. Planning for Less Travel—Identifying Land Use Characteristics Associated with more Sustainable Travel Patterns, Unpublished PhD thesis, Bartlett School of Planning, University College London, London. Il docente descrive gli obiettivi della lezione. Anche in questo caso può utilizzare l’ effetto di animazione: Entrata, Dissolvenza, Veloce, Al clic del mouse.

Caratteristiche di una linea metro Capacità 20 000 p/h per direzione Costi Costruzione 10 M€/km Scavo 40-50 M€/km se in galleria Convogli 10 M€ l’uno Stazioni 30 M€ l’una se in sotterranea Investimento al chilometro ~100 M€ Considerando: una stazione ogni chilometro (40 km/h di velocità commerciale con accelerazione 1.2 m/s2, velocità massima 70 km/h e 20 secondi di arresto in stazione) una frequenza di passaggio di 5 minuti

Caratteristiche di una linea tram Capacità 5 000 p/h per direzione Costi Costruzione 10 M€/km Scavo 40-50 M€/km se in galleria Convogli 4 M€ l’uno Stazioni 30 M€ l’una se in sotterranea Investimento al chilometro (bidirezionale) 25M€ Considerando: una stazione ogni 300 m (20 km/h di velocità commerciale con accelerazione 1.2 m/s2, velocità massima 50 km/h e 20 secondi di arresto in stazione) una frequenza di passaggio di 5 minuti la linea all’aperto

Conclusioni La guida vincolata non corrisponde necessariamente alla segregazione del percorso; tuttavia se il percorso è segregato la guida vincolata conviene per: Ridurre l’ingombro delle corsie Aumentare la precisione dell’accosto in banchina Trovare soluzioni innovative di segregazione (es rendere la strada due strisce di asfalto nel prato come a Cambridge) Nei consumi di un sistema a guida vincolata, soprattutto se segregato, l’autista ha meno influenza I consumi di una linea di trasporto di massa, soprattutto se in sotterranea, sono dovuti per oltre metà al consumo delle infrastrutture L’energia elettrica deve essere prodotta e se è prodotta da fonti fossili il suo impatto ambientale non è nullo Diversi sistemi consumano diversamente ma i trasporti collettivi (se ben dimensionati) consumano sempre meno di quelli individuali Ogni sistema di trasporto è adatto a diverse esigenze; una metro costa 100 M€/km ed è indicata solo per domande attese da 20000 passeggeri ora per direzione in ora di punta È opportuno che il docente al termine di ogni lezione proceda con un riepilogo degli argomenti trattati e si congedi utilizzando la formula “Grazie per l’attenzione”.