Un plotone di veicoli autonomi verdi sui binari ferroviari

Le crescenti emissioni del settore dei trasporti hanno innescato una corsa alla decarbonizzazione del trasporto merci attraverso soluzioni ingegneristiche innovative. Mentre le aziende cercano modi per applicare tecnologie all'avanguardia come veicoli autonomi e sistemi ottimizzati, Parallel Systems, un'azienda che crea veicoli ferroviari elettrici a batteria autonomi, ritiene che adattare questi progressi al trasporto ferroviario rivoluzionerà la logistica e decarbonizzerà allo stesso tempo i trasporti.

“Vogliamo spostare le cose in un modo più pulito, più veloce, più sicuro e più conveniente rispetto al modo in cui lo si fa adesso”, afferma Jon Goh, ingegnere software per veicoli di Parallel Systems.

I singoli vagoni ferroviari si separano autonomamente dal convoglio principale, consentendo la distribuzione delle merci tra più destinazioni a partire da un unico punto per la distribuzione delle consegne. Affrontare le annose sfide logistiche dell'ultimo miglio fornisce al settore ferroviario gli strumenti per convertire alla ferrovia una parte dell'oberato settore dei trasporti su strada degli Stati Uniti, che vale 940 miliardi di dollari. Farlo con veicoli a zero emissioni è una vittoria anche per l'ambiente.

Parallel Systems spera di integrare il trasporto merci su rotaia creando una rete di piccoli terminal intermodali localizzati, poiché gli scali ferroviari più grandi sono pochi e distanti tra loro. Ciò significa che le merci che arrivano allo scalo ferroviario devono percorrere lunghe distanze in camion per raggiungere la destinazione finale. L'istituzione di numerosi terminal più piccoli e più vicini a magazzini e negozi consente servizi ferroviari a corto raggio più sostenibili dal punto di vista economico, riducendo i tempi di transito per le cruciali consegne dell'ultimo miglio.

“Ci auguriamo di consentire alle ferrovie di ampliare la loro gamma di rotte e servizi e di spostare cose che normalmente non potrebbero essere trasportate su rotaia”, afferma Goh.

Modellazione dei vagoni ferroviari

Parallel Systems si affida a Simulink per valutare le strategie del sistema di controllo nei suoi sottosistemi, come trasmissioni e freni. Utilizza Simulink Control Design™ per sviluppare e simulare algoritmi di controllo che devono funzionare in modo affidabile in diverse condizioni operative e variabili, tra cui temperatura e viscosità dei fluidi. Le simulazioni ad alta fedeltà in una vasta gamma di condizioni ambientali e scenari operativi consentono al team di Parallel Systems di convalidare in modo affidabile gli algoritmi di controllo progettati inizialmente utilizzando modelli di ordine ridotto.

Simscape Driveline™ consente a Parallel Systems di catturare con precisione fenomeni quali il gioco degli ingranaggi, che sarebbero difficili da codificare partendo da zero. Gli ingegneri dell'azienda convalidano i progetti dei sottosistemi in base a criteri prestazionali prima dell'implementazione fisica. La capacità di simulare le dinamiche uniche che caratterizzano i sistemi ferroviari è di inestimabile valore per una progettazione corretta fin dall'inizio.

“Il nostro lavoro non è scrivere un nuovo software di simulazione del gioco,” afferma Goh. “Non è così che creiamo valore per i nostri clienti. Il nostro lavoro è progettare e costruire veicoli e scrivere software per controllarli. I nostri test concordavano con il comportamento degli ingranaggi simulato da Simscape Driveline.”

Modellazione della batteria e test dei componenti

“Apprezziamo la versatilità e la flessibilità che MATLAB offre al nostro esclusivo processo di sviluppo,” afferma Goh.

Accelerazione delle iterazioni di progettazione tramite simulazione

“Prima di tagliare l'acciaio o acquistare un prodotto, è opportuno mettere tutto in un modello e vedere come potrebbe comportarsi”, afferma Goh.

Modellazione della fattibilità operativa

“Le simulazioni Simulink ci consentono di verificare se i nostri piani per il trasporto merci su rotaia sono economicamente fattibili prima di effettuare investimenti significativi,” afferma Goh. “Le simulazioni forniscono la prova che, con i giusti parametri del veicolo, possiamo realizzare operazioni redditizie su larga scala, avendo al contempo un impatto importante sul trasporto merci.”

Anche la convalida del pezzo autonomo è fondamentale per la visione dell'azienda. Gli ingegneri di Parallel Systems stanno sviluppando mappe ad alta fedeltà dei binari ferroviari con dati GPS per la localizzazione iniziale e approssimativa dei loro treni autonomi. Utilizzano MATLAB per eseguire simulazioni su set di dati di test registrati che incorporano il GPS. Ciò consente loro di ripetere rapidamente la progettazione degli algoritmi valutandone le prestazioni su dati reali.

Prevedono inoltre di integrare tecniche di localizzazione basate sulla visione, sfruttando la rete ferroviaria fissa. I treni su una rete fissa semplificano il problema della localizzazione rispetto alle auto autonome su strade aperte. Uno dei principali vantaggi è che lo stato di sicurezza di un treno è ben definito: basta fermare il treno. Anche se si tratta di un problema più semplice da risolvere rispetto alle auto a guida autonoma, Parallel Systems convalida rigorosamente i propri sistemi autonomi prima di ampliarne l'implementazione, affidandosi a sistemi frenanti avanzati per garantire la sicurezza.

Progetti futuri

Le funzionalità Simulink per la modellazione di sistemi multidominio consentono test virtuali completi di progetti di motori insieme ad altri elementi strettamente interconnessi come trasmissioni e sistemi di controllo. Strumenti come Simscape™ aiutano ad analizzare in dettaglio la fisica e le dinamiche coinvolte.

Parallel Systems prevede inoltre di adottare la progettazione Model-Based per ulteriori attività di progettazione, che si estenderanno allo sviluppo di sistemi critici per la sicurezza dei veicoli di prossima generazione. Collegando i requisiti e i test alla modellazione del sistema, Parallel Systems mira a convalidare la robustezza e l'affidabilità in modo più rigoroso fin dalle prime fasi di progettazione attraverso un flusso di lavoro integrato basato sulla simulazione.

“Gran parte di ciò che abbiamo fatto è stato imparare a costruire un treno,” afferma Goh. “La fase successiva dell'azienda è quella di realizzare un prodotto che possa svolgere un servizio regolare, soddisfare i requisiti del cliente e che possa essere verificato dal punto di vista normativo e di sicurezza.”