Brevet FR2794707A1 — publié le 20001215

La présente invention est relative à un procédé de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire et se rapporte également à un dispositif de commande pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Il existe à ce jour deux principales techniques de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire. Elles consistent à élaborer des consignes d'angle d'inclinaison permettant de compenser les effets de la force centrifuge subie par les passagers lorsque le véhicule circule dans une courbe. Une première technique consiste à mesurer des grandeurs inertielles, en particulier l'accélération transversale, la vitesse de roulis du véhicule et, éventuellement la vitesse de lacet du bogie, à calculer, à partir de ces grandeurs, des caractéristiques géométriques descriptives de la voie sur laquelle circule le véhicule et à élaborer les consignes d'angle d'inclinaison à partir de ces caractéristiques. Cette technique permet une élaboration relativement précise des consignes d'angle. Elle présente toutefois un certain nombre d'inconvénients, notamment en raison du fait que l'inclinaison du véhicule s'effectue de façon déphasée par rapport aux courbes abordées par le véhicule, dans la mesure où elle ne tient pas compte du retard inhérent au traitement des grandeurs inertielles et du temps de retard engendré lors du fonctionnement des systèmes moteurs de pendulation équipant chaque caisse du véhicule et auquel sont transmises les consignes d'angle. Un tel retard peut être nettement perceptible à partir d'une vitesse de 16OKm/h pour une rame munie d'une motrice en tête. Une autre technique connue, élaborée pour pallier cet inconvénient, consiste à équiper les voies ferrées de balises permettant de localiser précisément le véhicule ferroviaire sur la voie sur laquelle il circule, et à transmettre les consignes d'angle d'inclinaison au système de pendulation de façon anticipée de manière à compenser les retards inhérents au fonctionnement de ces systèmes. Cette technique permet de compenser efficacement la force centrifuge soumise aux passagers du véhicule dans la mesure où l'inclinaison peut être réalisée en phase avec les courbes abordées. Elle présente cependant l'inconvénient relatif au fait qu'elle nécessite d'équiper de balises toutes les voies ferrées d'un réseau ferroviaire autorisant un fonctionnement en mode pendulaire et est donc d'un coût prohibitif. En outre, elle ne peut être mise en oeuvre sur des tronçons de réseau non équipés de telles balises. Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients. Elle a donc pour objet un procédé de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire, par mesure de grandeurs inertielles, calcul, à partir des grandeurs inertielles mesurées, de caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée et élaboration de consignes d'angle d'inclinaison à partir de ces dernières, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de - - localisation du véhicule sur la voie ferrée sur laquelle il circule au moyen d'une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec des caractéristiques géométriques stockées dans une base de données obtenue par apprentissage préalable et regroupant les caractéristiques géométriques de voies ferrées autorisant un fonctionnement en mode pendulaire et auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule - - extraction, de la base de données, des caractéristiques géométriques correspondant à la prochaine courbe ; et - élaboration, par anticipation, de la ou des consignes d'angle d'inclinaison pour cette courbe à partir des caractéristiques géométriques extraites en vue de provoquer l'inclinaison du véhicule dans la courbe. Le procédé conforme à l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possible : - la localisation du véhicule comporte les étapes d'identification de la voie ferrée sur laquelle le véhicule circule, par comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec les caractéristiques mémorisées dans la base de données et de calcul de la distance par rapport à la prochaine courbe à partir d'une mesure de la vitesse du véhicule ferroviaire et de la longueur d'un alignement précédant ladite courbe, extraite de la base de données; au moins en sortie de chaque courbe, on procède à une correction de la localisation du véhicule sur la voie ferrée par comparaison des caractéristiques géométriques calculées lors du franchissement de la courbe avec les caractéristiques stockées dans la base de données ; - préalablement à l'élaboration de la ou des consignes d'angle d'inclinaison, on compare au moins une des caractéristiques calculées avec une fenêtre de validation de la localisation du véhicule ferroviaire élaborée à partir de la ou des données respectives extraites de la base de données et correspondant à l'emplacement présumé du véhicule ferroviaire ; - en cas de défaut de correspondance entre la ou les caractéristiques calculées et la fenêtre de validation, la ou les consignes d'angle sont élaborées à partir des caractéristiques géométriques calculées ; - on applique à la ou les consignes d'angle un coefficient de modération de l'inclinaison du véhicule ferroviaire extrait de la base de données pour chaque courbe ; - il comporte en outre une étape consistant à transmettre la ou les consignes d'angle élaborées à des systèmes moteurs équipant chaque voiture du véhicule ferroviaire pour son inclinaison à des instants permettant de compenser les retards engendrés lors du fonctionnement desdits systèmes et en fonction de la localisation de chaque voiture dans le véhicule. L'invention a également pour objet un dispositif de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire, du type comportant des moyens de mesure de grandeurs inertielles et un calculateur adapté pour calculer, à partir des grandeurs inertielles mesurées, des caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée sur laquelle il circule et pour élaborer des consignes d'angle d'inclinaison pour le véhicule ferroviaire à partir des caractéristiques géométriques calculées, caractérisé en ce que le calculateur comporte des moyens de localisation du véhicule ferroviaire à partir d'une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec des caractéristiques géométriques stockées dans une base de données mémorisée dans le calculateur obtenue par apprentissage préalable et regroupant les caractéristiques géométriques de voies ferrées autorisant un fonctionnement en mode pendulaire et auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule, les grandeurs inertielles servant à l'élaboration de la ou des consignes d'angle correspondant à la prochaine courbe étant élaborés de façon anticipée à partir des caractéristiques de cette courbe extraites de la base de données, de manière à commander ainsi l'inclinaison du véhicule dans la courbe. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est un schéma illustrant le principe de compensation de la force centrifuge appliquée aux passagers d'un véhicule ferroviaire ; - la figure 2 est un schéma synoptique illustrant la structure d'un dispositif de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire conforme à l'invention - et - la figure 3 est un organigramme représentant les principales phases de fonctionnement du procédé de commande selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté une vue schématique de face d'un véhicule ferroviaire 10 circulant en courbe sur une voie ferrée en dévers d d'angle #. Le véhicule 10, et en particulier les passagers qu'il transporte est soumis, d'une part à l'accélération de la pesanteur g et, d'autre part, à la force centrifuge V2 /R, V et R désignant respectivement la vitesse du véhicule et le rayon de courbure de la courbe en franchissement. La force totale F perçue par les voyageurs est constituée par la somme de l'accélération de la pesanteur et de la force centrifuge. En considérant un repère (x, y) lié au véhicule 10, on conçoit que cette force F comporte une première composante transversale Fx néfaste pour le confort des voyageurs et susceptible d'engendrer une cinétose, et une deuxième composante Fy s'exerçant dans une direction perpendiculaire au plan des voies et peu perceptible par les voyageurs. A faible vitesse, le dévers de la voie ferrée peut être suffisant pour limiter la composante transversale de la force totale F appliquée aux voyageurs, sous l'action de l'accélération de la pesanteur. A vitesse élevée, les véhicules ferroviaires pendulaires réalisent une compensation complémentaire en s'inclinant vers l'intérieur de la courbe de manière à réduire, voire annuler, par la seule action de la pesanteur, la composante transversale de la force totale appliquée aux passagers, et ce en fonction de la vitesse du véhicule. On a représenté sur la figure 2 un schéma synoptique d'un dispositif de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire permettant d'effectuer efficacement et sans retard une telle compensation. Comme on le voit sur cette figure, le dispositif de commande comporte des moyens 12 de mesure de grandeurs inertielles, en particulier l'accélération transversale, la vitesse de roulis et, le cas échéant, la vitesse de lacet du bogie du véhicule. Ces moyens de mesure 12 sont raccordés à un calculateur 14 dans lequel est stocké un algorithme de calcul de caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée sur laquelle circule le véhicule ferroviaire. Cet algorithme est un algorithme de type calssique. Il ne sera donc pas décrit en détail par la suite. On notera toutefois qu'il est adapté pour calculer, à partir des grandeurs inertielles, les caractéristiques géométriques de la voie, notamment le dévers des courbes franchies, leur rayon de courbure. et le gauche, en particulier à partir de la vitesse du véhicule. Le calculateur 14 est associé à une base de données 16 dans laquelle sont stockées des caractéristiques géométriques descriptives correspondantes obtenues par apprentissage préalable en faisant circuler un véhicule ferroviaire sur les voies ferrées d'un réseau ferroviaire autorisant un fonctionnement en mode pendulaire et auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule ferroviaire, en mesurant les grandeurs inertielles servant au calcul de ces caractéristiques, et en calculant ces dernières. Ainsi, la base de données 16 contient une description géométrique précise de l'ensemble des voies praticables en fonctionnement pendulaire. Comme cela va maintenant être décrit en référence à la figure 3, qui représente un organigramme décrivant le fonctionnement général du dispositif de commande de l'inclinaison du véhicule ferroviaire, le calculateur 14 procède à une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec les caractéristiques mémorisées dans la base de données, pour identifier la voie ferrée sur laquelle il circule ainsi que localiser précisément le véhicule ferroviaire sur la voie, A partir de cette localisation, le calculateur, 14 extrait de la base de données les caractéristiques géométriques correspondant à la prochaine courbe abordée par le véhicule et utilise ces grandeurs pour calculer l'angle optimum 0 d'inclinaison du véhicule permettant d'améliorer le confort des passagers. On voit en effet sur la figure 3 que lors d'une première étape 18, le calculateur 14 réceptionne les grandeurs inertielles délivrées par les moyens de mesure 12 et calcule les caractéristiques géométriques de la portion de voie sur laquelle il circule à partir de ces grandeurs, au moyen d'un algorithme de type classique. Lors de l'étape 20 suivante, il procède à une comparaison des caractéristiques calculées avec les caractéristiques stockées dans la base de données pour procéder à une identification de la voie sur laquelle le véhicule circule. Plus particulièrement, au cours de cette étape 20, le calculateur 14 effectue une comparaison entre les caractéristiques obtenues lors du franchissement de trois courbes précédentes avec les données mémorisées dans la base de données 16. Après identification de la voie, au cours de l'étape 22 suivante, le calculateur 14 procède à un calcul de la distance séparant le véhicule de la prochaine courbe par intégration de la vitesse du véhicule et à partir de la longueur de l'alignement précédent cette courbe sur lequel il chemine. On extrait ensuite de la base de données 16 les caractéristiques géométriques correspondant à la prochaine courbe (étape 24). Lors de l'étape 26 suivante, l'on effectue une vérification de la localisation par comparaison d'une ou de plusieurs caractéristiques géométriques calculées de la courbe avec une fenêtre de validation . Cette fenêtre est élaborée à partir de la ou des caractéristiques géométriques respectives extraites de la base de données et correspondant à l'emplacement du véhicule. Dans le cas où les caractéristiques calculées se situent à l'intérieur de la fenêtre de validation, c'est à dire si le véhicule est correctement localisé, lors de l'étape 28 suivante, on utilise les caractéristiques géométriques extraites de la base de données lors de l'étape 24 pour procéder au calcul des consignes d'angle d'inclinaison. Ces consignes d'angle 0 sont proportionnelles à la somme algébrique des composantes transversales de l'accélération de la pesanteur g et de la force centrifuge et sont élaborées à partir de la relation (1) suivante -. 0 = K [V2 /R cos # - g sin (x 1 (1) dans laquelle, comme mentionné précédemment V désigne la vitesse du véhicule, R est le rayon de courbure du virage abordé, extrait de la base de données, (x désigne l'angle formé par le dévers, et K représente le coefficient de proportionnalité. L'angle de dévers ot étant nécessairement faible, cette relation peut s'écrire également 0 = K [V2/R - g. d/1 500 1 (2) ci, désignant le dévers en mm et 1500 correspondant à la distance entre rails, en mm. On notera que, de-préférence, lors de ce calcul des consignes d'angle effectué à l'étape 28 précédente, on affecte un coefficient de modération de l'inclinaison du véhicule, extrait de la base de données 16 pour chaque courbe en adaptant le coefficient K de proportionnalité de manière à améliorer le confort des passagers, en particulier dans le cas de courbes de faible rayon de courbure. Ces consignes sont ensuite transmises vers les systèmes moteurs équipant chaque voiture du véhicule ferroviaire pour leur inclinaison, à des instants permettant de compenser les retard engendrés lors du fonctionnement de ces systèmes, c'est à dire juste avant que le véhicule n'aborde la courbe, et ce en fonction de la localisation de chaque voiture dans le véhicule (étape 30) . Au contraire, dans le cas où les caractéristiques calculées se situent en dehors de la fenêtre de validation, indiquant que la localisation déterminée lors des étapes 20 et 22 précédentes n'est pas correcte, ces caractéristiques calculées de la courbe sont utilisées pour calculer les consignes d'angle en utilisant la relation (2) ci-dessus. Elles sont alors immédiatement transmises vers les systèmes moteurs pour commander l'inclinaison du véhicule. Lors de l'étape 34 suivante, en sortie de chaque courbe au moins, le calculateur 14 procède à une correction de la localisation du véhicule sur la voie ferrée en comparant les caractéristiques géométriques calculées avec les caractéristiques stockées dans la base de données pour déterminer précisément la date à laquelle le train aborde la sortie de la courbe. Le procédé retourne ensuite à l'étape 22 pour calculer la distance séparant le véhicule de la prochaine courbe. On conçoit que le dispositif de commande qui vient d'être décrit dispose de deux modes de fonctionnement distincts, à savoir un premier mode de fonctionnement selon lequel les consignes d'angle d'inclinaison sont élaborées, par anticipation, à partir des caractéristiques extraites de la base de données 16, puis transmises au système moteur équipant le véhicule de manière à provoquer l'inclinaison de ce dernier en phase avec les courbes sur lesquelles il circule, et un deuxième mode de fonctionnement, utilisé dans le cas où la localisation effectuée par le calculateur à partir de la base de données est incorrecte, selon lequel les caractéristiques géométriques calculées à partir des grandeurs mesurées sont utilisées pour le calcul des consignes d'angle. Par conséquent, même dans le cas où la localisation du véhicule ferroviaire n'est pas réalisable, par exemple en raison d'une indisponibilité des caractéristiques dans la base de données, il est possible de procéder à une pendulation en utilisant les grandeurs inertielles mesurées en courbe. On conçoit également que l'invention qui vient d'être décrite ne nécessite pas de doter les voies de dispositif particulier pour procéder à la localisation du véhicule. Enfin, elle ne nécessite aucune manipulation ou entrée de données de la part du conducteur pour la localisation du véhicule ferroviaire et est donc insensible aux erreurs de manipulation. REVENDICATIONS 1 . Procédé de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire, par mesure de grandeurs inertielles, calcul, à partir des grandeurs inertielles mesurées, de caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée, et élaboration, à partir de ces dernières, de consignes d'angle d'inclinaison, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de : - localisation du véhicule sur la voie ferrée sur laquelle il circule au moyen d'une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec des caractéristiques géométriques stockées dans une base de données (16) obtenue par apprentissage préalable et regroupant les caractéristiques géométriques de voies ferrées autorisant un fonctionnement en mode pendulaire, et auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule -, - extraction, de la base de données (16), des caractéristiques géométriques correspondant à la prochaine courbe ; et - élaboration, par anticipation, de la ou des consignes d'angle d'inclinaison (0) pour cette courbe à partir des caractéristiques géométriques extraites en vue de provoquer l'inclinaison du véhicule dans la courbe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la localisation du véhicule comporte les étapes d'identification de la voie ferrée sur laquelle le véhicule circule, par comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec les caractéristiques mémorisées dans la base de données (16) et de calcul de la distance par rapport à la prochaine courbe à partir d'une mesure de la vitesse du véhicule ferroviaire et de la longueur d'un alignement précédant ladite courbe, extraite de la base de données. 3.Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins en sortie de chaque courbe, on procède à une correction de la localisation du véhicule sur la voie ferrée par comparaison des caractéristiques géométriques calculées lors du franchissement de la courbe avec les caractéristiques stockées dans la base de données (16). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, préalablement à l'élaboration de la ou des consignes d'angle d'inclinaison (0), on compare au moins une des caractéristiques géométriques calculées avec une fenêtre de validation de la localisation du véhicule ferroviaire élaborée à partir de la ou des données respectives extraites de la base de données (16) et correspondant à l'emplacement présumé du véhicule ferroviaire. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'en cas de défaut de correspondance entre la ou les caractéristiques géométriques calculées et la fenêtre de validation, la ou les consignes d'angle sont élaborées à partir des caractéristiques géométriques calculées. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications là 5, caractérisé en ce que l'on applique à la ou les consignes d'angle un coefficient de modération de l'inclinaison du véhicule ferroviaire extrait de la base de données (16) pour chaque courbe. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistant à transmettre la ou les consignes d'angle (0) élaborées à des systèmes moteurs équipant chaque voiture du véhicule ferroviaire pour son inclinaison à des instants permettant de compenser les retards engendrés lors du fonctionnement desdits systèmes et en fonction de la localisation de chaque voiture dans le véhicule. 8. Dispositif de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire, du type comportant des moyens (12) de mesure de grandeurs inertielles et un calculateur (14) adapté pour calculer, à partir des grandeurs inertielles mesurées, des caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée sur laquelle circule le véhicule et pour élaborer des consignes d'angle d'inclinaison (0) pour le véhicule ferroviaire à partir des caractéristiques géométriques calculées, caractérisé en ce que le calculateur (14) comporte des moyens de localisation du véhicule ferroviaire à partir d'une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec des caractéristiques géométriques stockées dans une base de données (16) mémorisée dans le calculateur (14) obtenue par apprentissage préalable et regroupant les caractéristiques géométriques de voies ferrées autorisant un fonctionnement en mode pendulaire auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule, les consignes d'angle correspondant à la prochaine courbe étant élaborées de façon anticipée à partir des caractéristiques de cette courbe extraites de la base de données, de manière commander ainsi l'inclinaison du véhicule en phase avec la courbe.