Brevet FR2347718A1 — publié le 19771104

La prdsente invention concerne un procédé de pilotage auto mastique de train ou analogue, utilisant l'énergie cinétique du train. Elle a plus particulièrement pour objet la réalisation d'un système de pilotage automatique à fonctionnement numérique, et qui puisse fournir une consigne d'accélération directement utilisable par le dispositif de vitesse imposé, qui s'agisse d'un ordre de décélération5 de traction ou de maintien de vitesse. D'une manière générale on sait que pour des raisons de signalisation et de sécurité (block system), les lignes de chemin de fer sont divisées en sections de longueur déterminée appelées cantons, la longueur de ces cantons correspondant initialement à la distance minimale de sécurité séparant deux trains consécu- tifs allant dans le meme sens. A l'heure actuelle, cette division en cantons a été conservée même en ce qui concerne les moyens de signalisation modernes et les systèmes de pilotage automatique faisant intervenir des liaisons voie/train. A cet effet, tout le long du canton, il existe un dispositif permettant de transmettre à un récepteur installé dans le train des informations sur les caractéristiques du canton sur lequel s'engage le train, ces informations consistant, notamment dans le cas de lignes équipées pour un pilotage automatique, en la vitesse à laquelle le train doit passer à la fin du canton, et une accélération à partir de laquelle on peut déterminer la longueur du canton (correspondance biunivoque). L'invention a pour but la réalisation d'un système de pilotage automatique de trains ou analogue, du type susdit, et qui utilise ces deux informations. Pour parvenir à ce résultat, elle propose un procédé de pilotage automatique consistant à asservir I1 énergie cinétique du train à des valeurs de consigne déterminées à partir des informations transmises sur chaque canton. Le principe du procédé de pilotage automatique selon l'tn- vention sera décrit ci-après, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est un diagramme théorique de la vitesse en fonction de la distance permettant drillustrer le processus d'inter- polatdos utilisé dans le procédé selon l'invention. La figure 2 est un schéma de la boucle d'asservissement utilisée pour l'application du procédé de pilotage selon l'invention. On notera tout d'abord que, dans le diagramme de la figure 1, la courbe en escalier 1 représente la vitesse indiquée pour chaque canton par liaison voi e / train, cette vitesse restant constante pendant tout le canton , puis- passant à la vitesse indiquée suivante, avec une brusque discontinuité. Ainsi en suivant la courbe 1, à l'entrée du canton k, la vitesse se porte à la vitesse Vk indiquée par liaison voie/train, se maintient pendant le canton k, puis, à l'entrée du canton k + 1, se porte à une nouvelle valeur Vk+1 indiquée par liaison voie/ train et à laquelle elle se maintient pendant tout le canton k+1, et ainsi de suite. On notera que, dans l'exemple représenté, le passage de Vk à Vk+1 se traduit par une décélération (Vk > Vk+1), cependant il est bon d'indiquer que le principe du procédé selon l'invention qui sera décrit dans la suite, s'applique d'une fa çon analogue à une traction (Vk Si l'on étudie l'état énergétique d'un train circulant sur une portion quelconque de voie, par exemple le canton k de longueur Lk, avec, à l'entrée du canton, une vitesse V, et qui doit passer à la fin du canton à une vitesse Vk (par exemple selon les consignes transmises par liaison voie/train), on sait que l'énergie totale ET du train à l'entrée du canton est de la forme: ET 1 I m v2 + mgH (1) m étant la masse du train g, l'accélération de la pesanteur, et R, l'altitude du centre de gravité du train par rapport à une vitesse initiale de référence. L'énergie totale ET que le train doit posséder à la fin du canton s'il passe à la vitesse Vk est fournie par une relation analogue: ET* = m Vk2 + mg H1 (2) dans laquelle H1 est l'altitude à la fin du canton k, prise avec la même altitude de référence. il est clair que, pour faire passer le train de l'état énergétique ET à l'état énergétique ET* à la fin du canton, il suffit d'appliquer au train, pendant tout le canton, une accélération constante &gamma; c telle que: m &gamma;cXLk = ET - ET* m &gamma;c XLk = m (V2 - Vk2) + mg (H - H1) (3) Compte tenu que les pentes des voies sont, en général, très faibles, l'expression mg (H-H1) peut être négligée par rapport à l'expression m (V2 - Vk2) et la relation (3) devient:: m &gamma;c X Lk = m (V2 - Vk2) (4) relation de laquelle on peut tirer &gamma;c il est donc clair que le pilotage du train peut être obtenu en maintenant pendant tout le canton une accélération égale à l'accélération &gamma;c, c'est-à-dire en asservissant l'accélération du train à l'accélération &gamma;c que lton peut facilement calculer puisque l'on connatt la vitesse V du train à l'entrée du canton, la vitesse de consigne Vk s et la longueur Lk du canton, ces deux valeurs étant transmises par liaison voie/train, à ltentrée du canton k. La figure 2 est le schéma-bloc théorique d'un tel asservissement. Dans ce schéma, le bloc 3-est un bloc de détection, qui détecte les paramètres du train, notamment la vitesse V du train, et qui reçoit sur chaque canton les valeurs fournies par liaison voie/train 3', en particulier la longueur du canton et la vitesse de consigne à la fin du canton. Le bloc 3 est relié à un bloc de calcul 4 qui permet d'obtenir l'accélération de consigne qui est ensuite comparée à l'accélération Y du train (bloe 5) pour effectuer la commande du moteur 6 du train 7. il est clair qu'un tel système de pilotage automatique pourrait être réalisé au moyen d'un asservissement, en utilisant des moyens analogiques. Toutefois, pour des raisons de contrôle du bon fonctionnement, il est préférable d'utiliser, pour la réalisation d'un tel asservissement , un système de traitement et de commande numérique. Pour parvenir à ce résultat, l'invention propose un processus d'interpolation dont les phases successives seront décrites ciaprès: La première phase de ce processus consiste à calculer, à l'entrée de chaque canton,la "vitesse interpolée théorique", c'est-i-dire la parabole 9 (figure 1) faisant passer la vitesse de Vk à Vk+1 sur la longueur Lk+1 (du canton k+1), et ce, au moyen de la formule suivante, qui donne la décélération ( &gamma;T)k+1 correspondant à cette courbe en fonction de Vk+1 , Vk et Lk+1 savoir: il est à noter à ce sujet que le calcul est valable pour un canton multiple, en remplaçant E k+1 par le multiple correspondant à l'écart dans la série de vitesse. La deuxième phase de ce processus consiste à subdiviser le canton en segments l1 , 12... li , li+1... d'égale longueur l, en utilisant des tops d'espace disponibles, par exemple des segments de longueur 1,5 m. Le processus d'interpolation choisi consiste à remplacer la "vitesse interpolée thécrique" par des vitesses calculées Vpi caloulées selon les formules récurrentes suivantes: 1er segment Vp2 (1) = Vk2 + 2 (&gamma;T)k+1Xl 2ème segment Vp2 (2) = Vk2 + 2 (&gamma;T)k+1X2l (i+1)ème segment Vp(i+1)2 = Vk2 + 2 (&gamma;T)k+1X(i+1)l il apparait donc qu'à l'entrée de chaque segment, le calcul de V2p peut avantageusement consister en l'addition de la valeur de (&gamma;T)k+1Xl au résultat du calcul précédent. La troisième phase du processus d'interpolatlon consiste à calculer la vitesse moyenne du train sur chacun des segments à l'aide de la formule générale: Vmoy = #ti (# ti=temps pour parcourir le segment i) et en faisant l'approximation consistant à dire que, à ltentrée du segment li, la vitesse du train a pour expression: Vi = #t (i-1) Par conséquent, connaissant Vi et Vpi , il est possible de calculer &gamma;c pour le segment i, en utilisant la formule: : Le pilotage sur le segment i consiste donc à asservir l'ac- célération &gamma; du train à l'accélération &gamma;c(i) telle que précédemment calculée, le pilotage sur le canton résultant, de façon évidente, de l'ensemble des pilotages successifs sur chacun des segments. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de pilotage automatique de trains ou analogues caractérisé en ce qutil consiste à asservir l'énergie cinétique du train à des valeurs de consigne déterminées à partir d'informations transmises tout le long de chaque canton , notamment la vitesse à laquelle le train doit passer à la fin du canton et une accélération à partir de laquelle on peut déterminer la longueur du canton. 2.- Procédé de pilotage automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à asservir l'accélération &gamma; du train à une accélération &gamma;c calculée d'après la formule: dans laquelle: V est la vitesse du train à l'entrée du canton. est la vitesse à laquelle le train doit passer à la fin du canton. Lest la longueur du canton. 3.- Procédé de pilotage automatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il fait intervenir un asservissement faisant intervenir des moyens analogiques. 4.- Procédé de pilotage automatique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que,pour la résolution numérique de l'asservissement,il utilise un processus d'interpollation consistant: a) à calculer, dans une première phase, à l'entrée du canton, la "vitesse interpolée théorique", c'est-à-dire la parabole faisant passer la vitesse de Vk à Vk+1 sur la longueur Lk+1, et ce, au moyen de la formule: (&gamma;T)k+1 étant la décélération ou l'accélération correspondant à ladite vitesse interpollée théorique. Lk+1 étant la longueur du canton k+1. (b) à subdiviser, dans une deuxième phase le canton en seg- menti 11, 2..... li+1, égaux à une valeur 1 en utilisant des tops d'espace dispenibles, à remplacer pour chacun des segments, la "vitesse interpolée théorique" par des vitesses calculées puis programmées d'expression suivante : segment l1 Vp2 (1) = Vk2 + 2 (&gamma;T)k+1 X l segment l2 Vp2 (2) = Vk2 + 2 (&gamma;T)k+1 X 2 l segment l (i+1) Vp(i+1)2 = Vk2 + 2 (&gamma;T)k+1 X (i+1)l c) à calculer, dans une troisième phase, la vitesse moyenne du train sur chacun des segments, par exemple à l'aide de la formule générale: li #t (i - 1) d) à calonler &gamma;c pour le segment i, en utilisant la formule: : 5.- Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour calculer la vitesse Vp2 on rajoute la valeur (&gamma;T)k+1 X 1 au résultat du calcul précédent.