Brevet FR2747633A1 — publié le 19971024

DESCRIPTION La présente invention concerne le domaine de la construction métallique de véhicules, en particulier ferroviaires à cabine de conduite, et a pour objet un tel véhicule comportant une structure absorbeuse d'énergie à déformation progressive. Une telle structure a pour fonction de protéger les passagers et le conducteur du véhicule en cas de collision. Les véhicules ferroviaires existant actuellement sont généralement équipés à leurs parties d'extrémité d'une structure destinée à supporter les sollicitations que subit le véhicule en conditions normales de circulation et lors de chocs à faible vitesse, dits chocs "d'accostage". Cependant, en cas de chocs importants, notamment à vitesse relativement élevée, les véhicules existants ne présentent pas de disposition de protection des passagers et du conducteur par déformation préférentielle d'une partie de leur structure et absorption d'énergie, de sorte que lesdits passagers et le conducteur sont exposés à un risque important de dommages corporels en cas de tels chocs, le conducteur ne pouvant en particulier pas se réfugier dans une structure permettant sa survie. A cet effet, il a été proposé, par FR-A-2 698 840 un véhicule ferroviaire à cabine de conduite comportant une structure métallique absorbeuse d'énergie, consistant en des zones de déformation plastique dynamique, formées d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, prévues aux extrémités dudit véhicule. Une telle structure permet une absorption d'énergie sur une longueur importante par déformation plastique dynamique de zones prédéterminées, à savoir de l'avant de la cabine de conduite et au niveau des attelages des intercirculations. Cependant, dans ce mode de réalisation, il est certes obtenu une déformation des zones concernées correspondant à une absorption totale de l'énergie du choc, mais cette déformation n'est pas totalement maîtrisée dans sa progression. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant un véhicule ferroviaire à cabine de conduite comportant une structure absorbeuse d'énergie à déformation progressive permettant de contrôler le sens de progression de la déformation lors d'un choc. -2- A cet effet, l'invention a pour objet un véhicule ferroviaire à cabine de conduite comportant une structure absorbeuse d'énergie, constituée par des zones de déformation plastique dynamique, formées d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, prévues aux extrémités avant et d'intercirculation dudit véhicule, caractérisé en ce que les zones de déformation plastique dynamique présentent des moyens à propriété de résistance mécanique différentes entraînant des phases de déformation progressive à partir de l'extrémité correspondante du véhicule. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence aux dessins schématiques annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue partielle en élévation latérale d'un véhicule équipé d'une structure conforme à l'invention; la figure 2 est une vue éclatée en perspective de la zone de déformation plastique dynamique prévue à l'avant du véhicule; la figure 3 est une vue en perspective, à plus grande échelle et partiellement en coupe représentant certains éléments progressivement déformables de l'avant du véhicule; les figures 4 à 7 sont des vues partielles en perspective et en coupe représentant l'avant du véhicule pendant différentes phases d'absorption d'énergie, et la figure 8 est une vue schématique en coupe du dispositif d'attelage au niveau de l'intercirculation. Le véhicule ferroviaire à cabine de conduite représenté plus particulièrement, à titre d'exemple, à la figure 1 des dessins annexés, comporte une structure métallique absorbeuse d'énergie, qui consiste en des zones 1 et 2 de déformation plastique dynamique, formées d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, prévues respectivement aux extrémités avant et d'intercirculation dudit véhicule. Conformément à l'invention, les zones 1 et 2 de déformation plastique dynamique présentent des moyens à propriété de résistance mécanique différentes entraînant des phases de déformation progressive à partir de l'extrémité correspondante du véhicule. A cet effet, comme le montre la figure 2 des dessins annexés, les moyens à propriété de résistance mécanique différentes de la zone 1 de déformation plastique dynamique, prévue à l'extrémité avant du véhicule, sont constitués par un attelage automatique 3 lié rigidement à un caisson 4 disposé dans -3- un élément de châssis 5, formé dans une partie d'extrémité indéformable 6 de la caisse du véhicule, par un premier élément absorbeur d'énergie 7 inséré dans le caisson 4 et s'appuyant contre l'extrémité arrière de l'attelage automatique 3, par au moins un second élément absorbeur d'énergie 8 reliant la partie avant du caisson 4 à la face avant de la partie d'extrémité indéformable 6 de la caisse du véhicule et par au moins une série d'éléments 9 et 9' à déformation plastique programmée, prévus entre la partie d'extrémité indéformable 6 de la caisse du véhicule et la caisse du véhicule proprement dite. L'attelage automatique 3 est constitué par une tête d'attelage 3' et par un corps reliant cette tête à un support d'attelage 3" lié rigidement au caisson 4 par l'intermédiaire de boulons fusibles 10 (figures 2 et 4). Le montage ainsi réalisé permet d'assurer le maintien en position de service de l'attelage automatique 3 dans une première phase d'absorption d'énergie correspondant à un choc n'excédant pas une vitesse de l'ordre de 7 km/h, correspondant à une sollicitation mécanique des boulons fusibles 10 inférieure à leur limite de rupture par cisaillement, ledit attelage automatique 3 réalisant alors l'absorption d'énergie sans déformation (figure 4). Le premier élément absorbeur d'énergie 7, inséré dans le caisson 4 et s'appuyant contre l'extrémité arrière de l'attelage automatique 3, est avantageusement constitué par une pièce en matière composite destructible sous forme d'un tube reliée par son extrémité avant au support d'attelage 3" de l'attelage automatique 3 et s'appuyant par son extrémité arrière sur le fond du caisson 4, ce fond présentant au moins une ouverture, non représentée, d'éjection de la matière constitutive de l'élément absorbeur d'énergie 7, ladite ouverture ayant une section inférieure à celle du tube. De préférence, le tube constituant l'élément absorbeur d'énergie 7 s'appuie sur un élément de section correspondante du fond du caisson 4, cet élément d'appui présentant deux ouvertures d'éjection de la matière constitutive de l'élément absorbeur d'énergie 7, diamétralement opposées. Le caisson 4 présente une partie arrière tubulaire de réception du corps et du support d'attelage 3" de l'attelage automatique 3 et une partie antérieure évasée de réception de la tête 3' dudit attelage automatique 3 pourvue de bords latéraux 4' destinés à coopérer avec le ou les seconds éléments absorbeurs d'énergie 8, la face avant de ces bords 4' étant munie de dispositifs 4" d'antichevauchement. Ces dispositifs 4" sont de type connu et permettent, par coopération de forme, d'éviter un déplacement vertical mutuel entre deux extrémités de voitures. -4- Ainsi, dans le cas d'un choc d'une intensité supérieure à la limite de résistance de rupture par cisaillement des boulons fusibles 10, ces derniers sont détruits et l'attelage automatique 3 est poussé vers le fond de la partie arrière tubulaire du caisson 4, entraînant l'élément absorbeur d'énergie 7, qui est alors écrasé dans ledit caisson 4, sa matière constitutive étant éjectée à travers la ou les ouvertures d'éjection prévues dans ledit caisson 4 (figure 5). A la fin de cette phase d'absorption d'énergie, l'attelage automatique 3 est entièrement logé dans le caisson 4, l'élément absorbeur d'énergie 7 étant totalement détruit et expulsé dudit caisson. Cette deuxième phase d'absorption d'énergie correspond à une vitesse de choc comprise entre 7 km/h et 18 km/h et permet une remise en état rapide par simples remplacement de l'élément absorbeur d'énergie 7 et mise en place de nouveaux boulons fusibles 10. L'élément de châssis 5, formé dans une partie d'extrémité indéformable 6, présente, d'une part, à son extrémité opposée à celle recevant le caisson 4, une ouverture 11 destinée à permettre l'éjection de la matière constitutive de l'élément absorbeur d'énergie 7 lors de l'écrasement de ce dernier et, d'autre part, une longueur au moins égale à celle de la partie arrière tubulaire du caisson 4 (figures 4 à 7). Les seconds éléments absorbeurs d'énergie 8 reliant la partie avant du caisson 4 à la face avant de la partie d'extrémité indéformable 6 de la caisse du véhicule se présentent sous forme de poutres déformables boulonnées à leurs extrémités, respectivement sur l'avant de la partie d'extrémité indéformable 6 de la caisse du véhicule et sur la face arrière des bords 4' du caisson 4, ces poutres déformables étant constituées chacune par un assemblage de tôles à déformation prédéterminée. Des structures déformables de ce type sont notamment connues par FR-A-2 694 255. Ces seconds éléments absorbeurs d'énergie 8 permettent, comme le montre la figure 6 des dessins annexés, une troisième phase d'absorption de chocs par déformation plastique irréversible, pour des vitesses de choc allant jusqu'à 32 km/h. La constitution de l'élément de châssis 5 permet, lors de la troisième phase d'absorption d'énergie, un escamotage complet de la partie arrière tubulaire de réception du corps et du support d'attelage 3" de l'attelage automatique 3, du caisson 4 avec l'attelage automatique 3, dans ledit élément de châssis 5. Les parties avant de l'attelage automatique 3 et du caisson 4 logent alors dans le bouclier 6' prévu à l'extrémité avant de la partie d'extrémité indéformable 6 de la caisse du véhicule et suppriment ainsi totalement le risque de béquillage. -5- La ou les séries d'éléments 9 et 9' à déformation plastique programmée, prévus entre la partie d'extrémité indéformable 6 de la caisse du véhicule et la caisse du véhicule proprement dite se présentent avantageusement sous forme d'assemblages de tôles à déformation progressive à partir de l'avant vers l'arrière du véhicule (figures 3 et 7). Ces éléments 9 et 9' constituent le châssis s'étendant entre la partie d'extrémité indéformable 6 de la caisse du véhicule et la caisse du véhicule proprement dite et sont reliés à des arceaux rigides 12 de ces derniers. Les éléments 9 et 9' sont, de préférence, prévus par paires et sont reliés à un arceau intermédiaire 13 délimitant latéralement une ouverture de porte et un local technique. Ainsi, les éléments 9 et 9' entre deux arceaux sont limités à un nombre restreint, de sorte que leur déformation peut s'effectuer uniquement par écrasement, sans flambage généralisé. Selon une caractéristique de l'invention, la cabine de conduite du véhicule est pourvue d'un tunnel de survie 14 sous forme d'une cage en treillis tubulaire, monté entre une traverse de pivot 16 et le toit de la cabine et fixé sur l'arceau rigide 12 délimitant la caisse du véhicule proprement dite (figure 4). De préférence, dans le cas de la prévision d'une paire d'éléments 9 et 9' s'étendant de part et d'autre d'un arceau intermédiaire 13, les éléments 9' situés entre l'arceau intermédiaire 13 et l'arceau rigide 12 délimitant la caisse du véhicule proprement dite sont disposés de telle manière que leur déformation progressive s'effectue à partir de l'arrière vers l'avant du véhicule. Ces éléments 9 et 9' sont constitués, comme le montre la figure 3 des dessins annexés, sous forme de caissons, dont les faces latérales et centrales s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule présentent des allégements de matière sous forme d'ouvertures 15 ou des prédéformations sous forme d'ondulations de matière. Les ouvertures 15 des éléments 9 et 9' présentent avantageusement une section décroissante en direction de la déformation et les ondulations des éléments 9 et 9' présentent un amplitude décroissante dans la même direction. Ainsi, la résistance des éléments 9 et 9' s'accroît au fur et à mesure de la déformation de la zone 1. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, les tôles formant les assemblages de tôles constitutifs des éléments 9 et 9' présentent une épaisseur croissante en direction de la déformation. Ainsi, la résistance des éléments 9 et 9' augmente également pendant la phase de déformation. -6- Cette déformation des éléments 9 et 9' correspond à une quatrième phase d'absorption d'énergie, qui est déclenchée à partir d'une vitesse de l'ordre de 32 km/h et permet de préserver un espace suffisant pour le tunnel de survie 14. Le fait de prévoir, entre l'arceau intermédiaire 13 et l'arceau 12 délimitant la caisse du véhicule proprement dite, des éléments 9 et 9' dont la déformation s'effectue progressivement, permet d'optimaliser la déformation du tronçon de cabine correspondant en protégeant simultanément le tunnel 14 et les armoires techniques pouvant être ménagées de part et d'autre de ce dernier. Les moyens à propriété de résistance mécanique différentes de la zone arrière 2 de déformation plastique dynamique, prévue à l'extrémité arrière du véhicule sont constitués, comme le montre la figure 8 des dessins annexés, par un support d'attelage 3" relié à un corps intermédiaire de barre d'attelage et coopérant avec un caisson 4, logé dans un élément de châssis 5 de la zone arrière 2 et fixé audit châssis, ledit support d'attelage 3" s'appuyant dans ledit caisson 4 sur un élément absorbeur d'énergie 7 et étant relié audit caisson 4 par l'intermédiaire de boulons fusibles 10, le châssis 5 étant pourvu, en outre, à son extrémité, de dispositifs d'antichevauchement non représentés. Il résulte de ce mode de réalisation que lors d'un choc violent, la barre d'attelage exerce sur le support d'attelage 3" un effort tel que les boulons fusibles 10 soient cisaillés et que l'élément absorbeur d'énergie 7 soit écrasé sur le fond du caisson 4. La pénétration de la barre d'attelage 3 dans le caisson 4 supprime ainsi totalement le risque de béquillage et des dispositifs d'antichevauchement, de type connu, permettent, par coopération de forme, d'éviter un déplacement vertical mutuel entre deux extrémités de voitures. Grâce à l'invention, il est possible de réaliser un véhicule ferroviaire à cabine de conduite comportant une structure absorbeuse d'énergie, constituée par des zones de déformation plastique dynamique, formées d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, permettant une absorption de l'énergie de choc par phases progressives et assurant une sécurité maximale pour le conducteur et les passagers. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. -7- REVENDICATIONS 1. Véhicule ferroviaire à cabine de conduite comportant une structure absorbeuse d'énergie consistant en des zones (1 et 2) de déformation plastique dynamique, formées d'éléments absorbeurs d'énergie fixes ou interchangeables, prévues respectivement aux extrémités avant et d'intercirculation dudit véhicule, caractérisé en ce que les zones (1 et 2) de déformation plastique dynamique présentent des moyens à propriété de résistance mécanique différentes entraînant des phases de déformation progressive à partir de l'extrémité correspondante du véhicule. 2. Véhicule ferroviaire, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens à propriété de résistance mécanique différentes de la zone (1) de déformation plastique dynamique, prévue à l'extrémité avant du véhicule, sont constitués par un attelage automatique (3) lié rigidement à un premier caisson (4) disposé dans un élément de châssis (5), formé dans une partie d'extrémité indéformable (6) de la caisse du véhicule, par un premier élément absorbeur d'énergie (7) inséré dans le caisson (4) et s'appuyant contre l'extrémité arrière de l'attelage automatique (3), par au moins un second élément absorbeur d'énergie (8) reliant la partie avant du caisson (4) à la face avant de la partie d'extrémité indéformable (6) de la caisse du véhicule et par au moins une série d'éléments (9 et 9') à déformation plastique programmée, prévus entre la partie d'extrémité indéformable (6) de la caisse du véhicule et la caisse du véhicule proprement dite. 3. Véhicule ferroviaire, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'attelage automatique (3) est constitué par une tête d'attelage (3') et par un corps reliant cette tête à un support d'attelage (3") lié rigidement au caisson (4) par l'intermédiaire de boulons fusibles (10). 4. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le premier élément absorbeur d'énergie (7), inséré dans le caisson (4) et s'appuyant contre l'extrémité arrière de l'attelage automatique (3), est constitué par une pièce en matière composite destructible sous forme d'un tube reliée par son extrémité avant au support d'attelage (3") de l'attelage automatique (3) et s'appuyant par son extrémité arrière sur le fond du caisson (4), ce fond présentant au moins une ouverture d'éjection de la matière constitutive de l'élément absorbeur d'énergie (7), ladite ouverture ayant une section inférieure à celle du tube. -8- 5. Véhicule ferroviaire, suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le tube constituant l'élément absorbeur d'énergie (7) s'appuie sur un élément de section correspondante du fond caisson (4), cet élément d'appui présentant deux ouvertures d'éjection de la matière constitutive de l'élément absorbeur d'énergie (7), diamétralement opposées. 6. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le caisson (4) présente une partie arrière tubulaire de réception du corps et du support d'attelage (3") de l'attelage automatique (3) et une partie antérieure évasée de réception de la tête (3') dudit attelage automatique (3) pourvue de bords latéraux (4') destinés à coopérer avec le ou les seconds éléments absorbeurs d'énergie (8), la face avant de ces bords (4') étant munie de dispositifs (4") d'antichevauchement. 7. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'élément de châssis (5). formé dans une partie d'extrémité indéformable (6), présente, d'une part, à son extrémité opposée à celle recevant le caisson (4), une ouverture ( 11) destinée à permettre l'éjection de la matière constitutive de l'élément absorbeur d'énergie (7) lors de l'écrasement de ce dernier et, d'autre part, une longueur au moins égale à celle de la partie arrière tubulaire du caisson (4). 8. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, 6 et 7, caractérisé en ce que le ou les un seconds éléments absorbeurs d'énergie (8) reliant la partie avant du caisson (4) à la face avant de la partie d'extrémité indéformable (6) de la caisse du véhicule se présentent sous forme de poutres déformables boulonnées à leurs extrémités, respectivement sur l'avant de la partie d'extrémité indéformable (6) de la caisse du véhicule et sur la face arrière des bords (4') du caisson (4), ces poutres déformables étant constituées chacune par un assemblage de tôles à déformation prédéterminée. 9. Véhicule ferroviaire, suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la ou les séries d'éléments (9 et 9') à déformation plastique programmée, prévus entre la partie d'extrémité indéformable (6) de la caisse du véhicule et la caisse du véhicule proprement dite se présentent sous forme d'assemblages de tôles à déformation progressive à partir de l'avant vers l'arrière du véhicule. 10. Véhicule ferroviaire, suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les éléments (9 et 9') à déformation plastique programmée constituent le châssis s'étendant entre la partie d'extrémité indéformable (6) de la caisse du véhicule et la caisse du véhicule proprement dite et sont reliés à des arceaux rigides (12) de ces derniers. -9- 11. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les éléments (9 et 9') à déformation plastique programmée sont prévus par paires et sont reliés à un arceau intermédiaire (13) délimitant latéralement une ouverture de porte et un local technique. 12. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 2 et 9 à 11, caractérisé en ce que la cabine de conduite est pourvue d'un tunnel de survie (14) sous forme d'une cage en treillis tubulaire, monté entre une traverse de pivot (16) et le toit de la cabine et fixé sur l'arceau rigide (12) à délimitant la caisse du véhicule proprement dite. 13. Véhicule ferroviaire, suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les éléments (9') à déformation plastique programmée situés entre l'arceau intermédiaire (13) et l'arceau rigide (12) délimitant la caisse du véhicule proprement dite sont disposés de telle manière que leur déformation progressive s'effectue à partir de l'arrière vers l'avant du véhicule. 14. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 2 et 9 à 13, caractérisé en ce que les éléments (9 et 9') à déformation plastique programmée sont constitués sous forme de caissons, dont les faces latérales et centrales s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule présentent des allégements de matière sous forme d'ouvertures (15) ou des prédéformations sous forme d'ondulations de matière. 15. Véhicule ferroviaire, suivant la revendication 14, caractérisé en ce que les ouvertures (15) des éléments (9 et 9') à déformation plastique programmée présentent avantageusement une section décroissante en direction de la déformation et les ondulations présentent un amplitude décroissante dans la même direction. 16. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 2 et 9 à 15, caractérisé en ce que les tôles formant les assemblages de tôles constitutifs des éléments (9 et 9') à déformation plastique programmée présentent une épaisseur croissante en direction de la déformation. 17. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les moyens à propriété de résistance mécanique différentes de la zone arrière (2) de déformation plastique dynamique, prévue à l'extrémité arrière du véhicule sont constitués par un support d'attelage (3") relié à un corps intermédiaire de barre d'attelage et coopérant avec un caisson (4), logé dans un élément de châssis (5) de la zone arrière (2) et fixé audit châssis, ledit support d'attelage (3") s'appuyant dans ledit caisson (4) sur un élément absorbeur d'énergie (7) et étant relié audit caisson (4) par l'intermédiaire de boulons fusibles 10- (10), le châssis (5) étant pourvu, en outre, à son extrémité, de dispositifs d'antichevauchement. 18. Véhicule ferroviaire, suivant l'une quelconque des revendications 2, 4 à 8 et 17, caractérisé en ce que les éléments absorbeurs d'énergie (7 et 8) sont réalisés sous forme d'éléments interchangeables pouvant facilement être remplacés en cas de chocs destructeurs.