Magyar mérnökök a Knorr-Bremse világhírű fékvezérlői mögött – 1. rész

Most induló sorozatunkban a Knorr-Bremse elektronikai fejlesztéseit mutatjuk be. A következő időszakban megismerhetik a vasúti projektek kiberbiztonsági vonatkozásait, a beágyazott rendszerek fejlesztési folyamatait, valamint a különböző vonatvezérlési funkciókat.

A Knorr-Bremse Budapest elektronikai kutatás-fejlesztési részlegén dolgozók sokszor szembesülnek a kérdéssel, hogy egy vasúti fékrendszereket gyártó cégnél mit is csinálnak a szoftverés hardverfejlesztők. „Hiszen egy vonat az száz éve is ugyanúgy megállt, mint ma: a mozdonyvezető meghúzza a kart, és a vonat fékez. Mit kell, mit lehet ezen annyit fejleszteni?”

Valóban, a vasúton utazók többsége azt érzékeli, hogy az évek során a járművek egyre szebbek, gyorsabbak, kényelmesebbek, csendesebbek lettek – az pedig magától értetődő, hogy a vonat képes elindulni, haladni és megállni. Pedig az utóbbi évtizedekben a vasúti vontatás – és fékezés – is óriási technikai fejlődésen ment keresztül. Ahogy a berendezések legtöbbje, ma már egy vasúti jármű sem képes elektronikus vezérlés és szoftverek nélkül működni. Ha az elektronika és az azt irányító szoftverek nem működnek megfelelően, akkor egy mai vonat meg sem tud mozdulni. Megállni persze tud – hiszen minden meg – áll egyszer –, de nem mindegy, hogyan.

Ma már a vasúton is természetes elvárás, hogy egy jármű simán, kényelmesen, pontosan és biztonságosan álljon meg, emellett legyen energiatakarékos, azaz minél kevesebb (mozgási) energia menjen veszendőbe. Az üzemeltető és a jármű gyártója, tervezői számára pedig fontos szempont, hogy a fékrendszer megbízható, univerzális, könnyen konfigurálható legyen, illeszkedjen az adott jármű sajátosságaihoz, és mindemellett még ne is kerüljön sokba.

Az első elektronikus fékvezérlők legfontosabb feladata hasonló volt, mint az autókban az ABS funkció (de itt már jóval korábban „szériatartozék” volt): a jármű akkor is biztonságosan és gyorsan meg tudjon állni, ha a tapadási viszonyok nem megfelelőek, azaz, hogy a kerekek ne csússzanak meg a síneken. A vezérlő elektropneumatikus szelepeken keresztül gyorsan és hatékonyan tudja változtatni a fékerőt, amivel megakadályozza a kerekek megcsúszását. Idővel ez a funkció kiegészült a fékerő gyors, pontos és kocsikra elosztott szabályozásával és sok további funkcióval, amelyeket korábban nagy, lassú, bonyolult és drága mechanikus vagy villamos vezérlőelemek valósítottak meg.

A Knorr-Bremse globális piacvezetőként gyakorlatilag a teljes kötöttpályás járműipart lefedi, beleértve a városi, elővárosi és nagyvasúti vontatást vagy a különleges (például pályakarbantartó) járműveket is. Ehhez olyan rugalmas, moduláris vezérlőrendszerekre van szükség, amelyek univerzálisan és biztonsággal használhatók egy német mozdonyon, egy indonéz metrón vagy akár egy japán nagy sebességű vonaton is. A vasútnál az autóipartól eltérően kis szériában készülnek a járművek, és rengeteg egyedi követelménynek kell megfelelniük. Minden jármű rendszere különböző: más a járművezérlés, a hajtásrendszer, a kommunikációs hálózat, a fékrendszer mechanikus (pneumatikus/hidraulikus) elemei, és mások a fékvezérléshez tartozó feladatok, funkciók is. Ehhez hozzájönnek még az üzemeltetők vagy az egyes országok, régiók saját előírásai is.

Ezeket a követelményeket csak úgy lehet teljesíteni, ha a felhasznált eszközök, hardver- és szoftverelemek és a fejlesztési folyamatok univerzálisak, modulárisak, könnyen és gyorsan konfigurálhatók és hozzáigazíthatók a különféle járművekhez.

Természetesen a technikai fejlődéssel is lépést kell tartani, ezért nemcsak projektenként, hanem időben is folyamatosan fejleszteni kell a termékeket és az eszközöket.

A funkciók ellátásához olyan rendszerek és fejlesztési-tesztelési folyamatok szükségesek, amelyek biztosítják a járművek stabil, biztonságos működését, és megfelelnek a legszigorúbb vasúti szabványoknak. A Knorr-Bremse által használt és szállított hardverek és szoftverek a biztonságkritikus rendszerekre érvényes előírásoknak megfelelően készülnek, többszörös ellenőrzésen, tesztelésen esnek át.

A budapesti kutatás-fejlesztési osztályon is több különböző csapat dolgozik azon, hogy mind a vevőknek szállított termékek, mind pedig az azokhoz szükséges alrendszerek, szolgáltatások, eszközök és folyamatok megbízhatóan működjenek, folyamatosan fejlődjenek. Ideértve a fékvezérlő elektronika hardverét, a beágyazott operációs rendszert, a járműspecifikus funkciók fejlesztését és mindezek tesztelését. Ezen felül folyamatosan fejlesztjük a teszteléshez, fejlesztéshez használt eszközöket, szolgáltatásokat is, vagy éppen olyan rendszereket, amik nem kapcsolódnak közvetlenül a fékvezérléshez (például szervizszoftverek, járművezetői tanácsadó szolgáltatás, ütközéselkerülő rendszer).