Brevet FR2828670A1 — publié le 20030221

SYSTEME DE TRANSPORT PAR UNE PLURALITE DE VEHICLES DU TYPE CABINES OU ANALOGUES A ALIMENTATION CONTROLEE La présente invention concerne un système de transport par une pluralité de véhicules du type cabines ou analogues à alimentation contrôlée, qui trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des transports sur de courtes distances, que les techniciens dénomment couramment"transport hectométrique". Le transport hectométrique correspond à une demande de déplacements sur de courtes distances, par exemple dans l'enceinte d'un parc d'exposition ou un aéroport. Si la demande est souvent massive, le temps d'attente doit être court et le moyen de transport proposé ne doit pas être perçu comme une contrainte. Traditionnellement, on distingue trois types de moyen de transport de voyageurs en ferroviaire : les matériels lourds à grand gabarit qui roulent sur de grandes distances, les matériels lourds à petit gabarit qui roulent sur des lignes d'une dizaine de kilomètres, les matériels légers à petit gabarit comme des tramways, sur fer ou pneu, qui roulent sur des lignes de quelques kilomètres. Ces systèmes ne s'adaptent pas à la définition précédente du transport hectométrique : lourdeur des infrastructures, coûts, attentes. Il existe aussi les trottoirs roulants, l'adaptation à l'horizontale des remontées mécaniques par câble. C'est sur cette seconde voie que sont parties les réalisations actuelles. En effet, les constructeurs de matériels ferroviaires se penchent depuis quelques temps sur ce moyen de transport. Les caractéristiques de ce dernier mode de transport comportent des lignes de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres. Elles doivent pouvoir épouser le profil du sol sans impliquer de grands travaux d'infrastructure : faibles rayons de courbure, en long et en travers. Les arrêts doivent être fréquents et simples à aménager. Le débit voyageur doit être élevé (de l'ordre de 2.000 à 3.000 personnes/heure) et le temps d'attente aux stations doit être court (inférieur à 2mn). Ces deux critères sont indispensables pour être compétitifs avec la marche à pied. En outre, le coût de possession doit être faible, tant pour l'achat que pour la maintenance. Les contraintes sécuritaires restent identiques à celles de tout moyen de transport ferroviaire et l'automatisation intégrale libère des coûts liés à la conduite. Il existe déjà des systèmes qui tentent de répondre aux critères mentionnés cidessus. Notamment, le raisonnement classique par transposition des techniques connues a conduit les constructeurs à adapter une solution éprouvée : le transport par câble. Cette solution présente des inconvénients : notamment la relative lourdeur des installations fixes, leurs coûts d'entretien, la nécessité de recourir à des adaptations complexes du principe initial. Lorsqu'il faut desservir plusieurs stations, les cabines doivent quitter, puis reprendre le câble après leur arrêt. Le recours à une informatique lourde pour assurer la sécurité du système est inévitable. L'objectif est d'atteindre une probabilité d'accident inférieure à 10-30. La présente invention a donc pour but de réaliser un système de transport par une pluralité de véhicules à alimentation contrôlée, qui pallie les inconvénients des systèmes de l'art antérieur. Plus précisément, la présente invention a pour objet un système de transport par une pluralité de cabines à alimentation contrôlée, caractérisé par le fait qu'il comporte : - une voie de roulement, - une pluralité de cabines, - des moyens de roulement agencés sur chaque cabine, ces moyens étant aptes à coopérer avec ladite voie de roulement de façon que chaque cabine puisse se déplacer sur ladite voie de roulement, - des moyens de moteur électrique synchrone associés à chaque cabine pour commander ses moyens de roulement, - des moyens sources au sol pour délivrer une énergie électrique triphasée pour alimenter l'ensemble des moyens de moteur électrique synchrone associés à chaque cabine, et - des moyens d'alimentation pour commander la phase de ladite énergie électrique triphasée alimentant lesdits moyens de moteur électrique synchrone de chaque cabine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels : La figure 1 représente, sous forme de blocs diagrammes, le schéma de principe global d'un mode de réalisation préférentiel d'un système de transport selon l'invention, par une pluralité de cabines à alimentation contrôlée, La figure 2 représente le schéma de principe d'un mode de réalisation préférentiel d'une partie du système de transport selon l'invention par une pluralité de cabines à alimentation contrôlée, Les figures 3,4, 5 et 6 représentent quatre diagrammes permettant de comprendre le fonctionnement du mode de réalisation selon les figures 1 et 2, du système de transport par une pluralité de véhicules à alimentation contrôlée, La figure 7 représente le schéma de principe du mode de réalisation préférentiel d'une autre partie du système de transport selon l'invention par une pluralité de véhicules à alimentation contrôlée, et Les figures 8 et 9 représentent deux diagrammes permettant de comprendre le fonctionnement du mode de réalisation du système de transport par une pluralité de véhicules à alimentation contrôlée dont le schéma bloc est représenté sur la figure 1. Il est bien précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. Les Demandeurs tiennent aussi à préciser que les figures représentent un mode de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. Ils précisent en outre que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte au moins un"élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Ils précisent aussi que, si les modes de réalisation de l'objet selon l'invention tels qu'illustrés comportent plusieurs éléments de fonction identique et que si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant"au moins un"de ces éléments. La présente invention concerne, par référence à la figure 1, un système de transport par une pluralité de cabines à alimentation contrôlée comportant une voie de roulement 13, une pluralité de cabines 11, 12,..., des moyens de roulement 15 agencés sur chaque cabine, ces moyens étant aptes à coopérer avec la voie de roulement 13 de façon que chaque cabine puisse se déplacer sur cette voie de roulement, des moyens de moteur électrique synchrone 16 associés à chaque cabine pour commander ses moyens de roulement, des moyens source au sol 1 pour délivrer une énergie électrique triphasée pour alimenter l'ensemble des moyens de moteur électrique synchrone associés à chaque cabine, et des moyens d'alimentation 71,72,... pour commander la phase de l'énergie électrique triphasée alimentant les moyens de moteur électrique synchrone 16 de chaque cabine. Le système de transport selon l'invention répond aux conditions définies cidessus, notamment en ayant recours à des infrastructures légères, en limitant la part des pièces nobles , la part système, la part des automatismes sécuritaires, les coûts d'achat et de possession. En outre, il doit conduire à de petites cabines de, par exemple, entre vingt et quarante passagers, sur pneu, roulant sur une voie de roulement légère 13, comme par exemple des rails ou analogues, au profil adapté à la configuration du sol, des automatismes embarqués remplacés par des automates industriels au sol (l'embarquement suppose l'adoption d'une technologie spécialisée), une informatique classique réduite au rôle de gestionnaire d'équipements. La sécurité est obtenue à l'aide de composants (relais ou mécanismes) acceptés comme intrinsèquement sécuritaires, fonctionnant en enveloppe. Il comprend peu ou pas de mécanique fragile nécessitant surveillance et entretien. En plus, la motricité freinage est réalisée par au moins un, et avantageusement deux moteurs de traction synchrones 16 totalement indépendants pour une puissance totale d'environ 50 kW embarquée sur les cabines. La motorisation est diagonale avec deux roues motrices (moteurs-roues) 15. Cet arrangement permet d'économiser les différentiels et assure la redondance à demi-puissance. Le système comporte, en plus de la motorisation synchrone 16 qui assure les fonctions de traction, des fonctions de freinage 40 et d'immobilisation électrique à l'arrêt. Les moteurs embarqués dans les cabines se comportent comme des moteurs pas à pas qui suivent la fréquence et le nombre de périodes injectées en ligne par un onduleur 71,72 à partir d'une source d'énergie électrique (non référencée). L'arrêt est marqué par le blocage du convertisseur à fréquence nulle et à courant de maintien minimum en position. Au sol encore, un ensemble électromécanique (relais de sécurité) assure la protection enveloppe du système, en sécurité intrinsèque, par cantonnement. Le freinage mécanique 40 en sécurité est assuré sur les cabines 11,12, un comparateur de vitesse 41 assure la sécurité : vitesse théorique 1 vitesse réelle et absence de recul ou de dérive en pente. Il est constitué d'une mesure mécanique différentielle 45 mesurant l'écart de position angulaire entre moteurs de traction 16 (qui assurent l'effort aux roues 15) et un moteur libre 43 qui compte les pas (ondulations) du courant d'alimentation. Tout écart met en action un frein mécanique 42 mu par un ressort pré-comprimé 44 comme illustré sur la figure 2. Cette commande de frein assure aussi l'ouverture d'un contacteur triphasé afin de couper l'alimentation du moteur. Ce mécanisme permet d'obtenir une décélération en freinage d'urgence (matériel pneu ) : par exemple 2,5 mis2. Le réarmement est avantageusement fait manuellement par un opérateur d'exploitation. Pour l'insertion sur une ligne type, on considère qu'une ligne type est constituée de segments 50 de, par exemple, 250 mètres entre stations. Chaque segment est ainsi constitué d'une zone d'accélération 51, d'une zone à vitesse constante 52, d'une zone de décélération 53 selon le schéma donné ci-après à titre d'exemple : Vitesse nominale max. : 10 m/s Accélération nominale (matériel pneu ) : 1,3 mis, Décélération nominale (matériel pneu ) : 1,3 mis2 Décélération en freinage d'urgence (matériel pneu))) : 2,5 mis2 Temps d'arrêt en station : 25 s Longueur utile en station (arrêt) : 10 m Ces données sont illustrées sous forme de courbes sur les figures 3,4 et 5. Sont en outre prévus des espacements sécuritaires entre les cabines 11,12, .... Par exemple la présence d'une cabine 11,12 sur un canton est détectée par sa consommation de courant, par exemple par des relais d'intensité 70, figure 7. La ligne doit être segmentée, en cantons de détection, un canton de présence en station-véhicule à l'arrêt, un canton de présence en abord de station-Sa longueur doit être suffisante pour permettre l'arrêt du véhicule dans des conditions de décélération de service (1,3 mis2) avec un coefficient de marge adapté au profil de la voie 13, et un canton d'évacuation de la station-Indique le dégagement effectif de la station et le départ de la cabine. Cette configuration type peut être modulée par le profil réel de la ligne : longueur des inter-stations, courbes et ralentissements divers, selon par exemple une configuration comme celle qui est illustré sous forme d'un diagramme sur la figure 6. Un ensemble électromécanique réalisé en relais de sécurité (sécurité intrinsèque) assure la sécurité des espacements. Dans cette configuration, avec un espacement régulier des stations, il est nécessaire d'installer un onduleur 71, figure 7, par segment constitué d'une station avec l'inter-station aval. Les intervalles sont ainsi par exemple de 25 secondes (arrêt en station) plus 2x7,7 secondes ( (temps de décélération de service avec marge de sécurité). Le système comporte un ensemble d'organes de contrôle. Le principe de gestion des cabines 11,12 pour leur contrôle est basé sur l'utilisation de mécanismes éprouvés dans divers domaines (aéronautique et ferroviaire) permettant d'obtenir une solution fiable et disponible qui assure un niveau de sécurité cohérent avec celui requis pour le transport des voyageurs et qui intègre un ensemble de fonctionnalités pour faciliter la maintenance préventive. Afin de satisfaire à ces différents critères, l'organe de gestion 60 des cabines 11, 12,... est décomposé en une pluralité de couches de fonction, chacune remplissant un rôle particulier, figure 1. A savoir : - La couche supervision 61 qui est la couche la plus haute du système. Elle assure l'interface entre l'homme et le système de transport. Elle supporte différentes fonctionnalités : la visualisation en temps réel de la position des cabines sur la ligne, de l'état des automatismes en station (gestion des portes sur le quai,...) et de l'état des unités de gestion, la signalisation des alarmes qui sont détectées soit par la couche de contrôle commande soit par la couche de sécurité, la surveillance du système de contrôle commande : cette fonctionnalité effectue, en parallèle du système de contrôle commande, les mêmes algorithmes de calcul de la vitesse des cabines et vérifie que les résultats sont en conformités avec ceux obtenus au niveau des unités locales. En cas de divergence, une alarme est détectée et entraîne le passage en mode dégradé. L'insertion retrait des cabines sur la ligne : cette fonctionnalité est basée sur deux mécanismes particuliers : le train et l'espacement. La prise de commande manuelle par le personnel d'exploitation liée à un contexte de passage en mode dégradé (panne de cantonnement, blocage frein d'une cabine,...). - La couche de contrôle commande 62 qui est présente dans toutes les unités de contrôle commande. Elle est architecturée autour d'un modèle coopératif permettant une juste répartition des fonctionnalités entre toutes les unités. Ces fonctionnalités sont les suivantes : calcul du positionnement des cabines sur la ligne, génération de la consigne de vitesse à appliquer à l'onduleur en fonction de la position de la cabine sur la ligne, traitement de la consigne d'espacement émise par la couche de supervision, transfert du contrôle des cabines d'une unité à l'autre, synchronisation en phase des onduleurs : cette synchronisation est nécessaire pour éviter tout déphasage, lors d'un changement de canton, dans la commande des moteurs d'une cabine. La précision à garantir est avantageusement inférieure à la milliseconde, contrôle les automatismes de gestion des portes de quai dans les stations, transfert d'informations acquises et des informations de sécurité vers la supervision, vérification de la cohérence des données et déclenchement d'alarmes en cas d'incohérence détectée. Il est à noter que l'intégration des fonctions de sécurité de bas niveau assure le repli de l'unité en fonction du contexte initial. - La couche de puissance 63 qui est constituée des onduleurs 71 asservis 72 en intensité et fonctionne en commutateurs de courant. Les onduleurs alimentent des cantons contigus. - La couche de positionnement 64 qui assure la détection des cabines 11,12 en ligne. Il peut exister deux mécanismes complémentaires pour recaler l'algorithme de calcul du positionnement des cabines : La détection de présence d'une cabine 11,12,... sur un canton via les relais de courant 70 : cette détection permet de recaler la position calculée de la cabine sur une position réelle correspondant au début du canton associé au relais (recalage en position et recalage en temps sur la courbe de vitesse). La détection du numéro de cabine 11,12,... via un détecteur de signature magnétique 72 (non référencé) : cette détection remplit deux rôles : A) Vérifier le positionnement exact de la cabine pendant la phase d'arrêt en station : à l'arrêt, la précision de la cabine est de l'ordre de 10 cm. B) Identifier pour la supervision le numéro de la cabine en station. - La couche de sécurité 65 qui est indépendante du système de contrôle commande et de la supervision. Elle est réalisée à partir d'un ensemble électromécanique (relais en sécurité intrinsèque) qui assure la sécurité au niveau de chaque unité. Ce dernière couche de sécurité permet de détecter : la présence de cabines sur des cantons contigus, la mise en sécurité d'une cabine par un blocage frein. Le contrôle des cabines est assuré par un algorithme de contrôle des cabines qui est basé sur l'utilisation d'une horloge temps réel (précision par exemple dix microsecondes) disponible dans chaque unité de contrôle commandée et recalée périodiquement de façon à éviter toute dérive temporelle et d'un modèle de référence conçu lors de la définition du tracé. Au démarrage d'une cabine en station, on lui affecte le modèle correspondant au tronçon suivant et on date avec l'heure courante le to de la courbe. Dès lors, l'algorithme génère la consigne de vitesse en fonction des informations contenues dans le modèle au point t, et la position virtuelle calculée de la cabine sur la ligne. A chaque fois que la cabine passe devant une détection de position, le modèle effectue un recalage de la position virtuelle de la cabine et calcule les écarts (avance-retard) par rapport à la courbe théorique via l'équation suivante : - valeur de l'heure système courante-valeur de l'heure à l'instant to = TM La valeur mesurée doit alors vérifier l'inégalité suivante : Cet algorithme est effectué en parallèle par la supervision et une comparaison du TM calculé par le contrôle commande avec le TM calculé par la supervision est réalisée suivant l'inégalité suivante : -C TM CTRL/CMD TM SUP dans laquelle les valeurs or et E correspondent à des paramètres du système. Les deux inégalités doivent alors être vérifiées pour éviter le déclenchement d'une alarme de position cabine. Ce mécanisme de double calcul et de double comparaison permet de réaliser une gestion de la position des cabines avec un haut niveau de sécurité. - Nota 1 : en fonction du tracé, la détection de passage d'une cabine d'un segment à un autre peut entraîner le transfert du contrôle de la cabine de l'unité n à l'unité n+1. - Nota 2 : lors des phases insertion retrait, le modèle est affecté d'un coefficient permettant la prise en compte des consignes d'espacement. L'ensemble de ces couches est illustré schématiquement sous la forme d'un bloc diagramme sur la figure 1. Exemple de Modes dégradés, la solution offre des modes de repli pour assurer la continuité de service. Evénement redouté Mode secours ou repli Panne moteur Continuité à demi-puissance, HLP'à partir de la station suivante. Panne onduleur Pontage de deux cantons et fonctionnement en intervalles plus large. Panne cantonnement Conduite à vue depuis le PCC à vitesse réduite sur cantonnement théorique. Panne totale d'une cabine Poussage HLP par la cabine suivante. Blocage frein Déblocage manuel en position "atelier" et poussage-arrimage en HLP. Perte de reconnaissance de la Non bloquant, relevé des numéros signature magnétique de cabine par vidéo interne et validation au PCC (système du bâton pilote). Perte d'un segment du réseau Utilisation d'un réseau en anneau informatique. automatiquement reconfigurable (événement transparent). Evénement redouté Mode secours ou repli Perte d'un point de traitement sur un Pontage de deux cantons et canton. fonctionnement en espacement plus large. Utilisation pour les unités restantes de fonctions de pilotage en mode repli. Performances qui peuvent être atteintes : on pose comme capacité de la cabine : 40 pers à 6 voyageurs au m2 (charge max. ) et des stations espacées de 250m. Les vitesses commerciales calculées sont ramenées aux distances entre stations, soit 15 km/h pour les matériels sur pneu. Cette vitesse commerciale pourrait être augmentée en accroissant la vitesse de pointe de 1 Omis à 15 m/s. Pour le système selon l'invention, l'adhérence est limitée au rapport %. On a aussi retenu comme valeur pratique 1,3 m/s2 alors que 1,6 m/s2 est accessible. Annexe 1 : Alqorithme d'insertion retrait L'insertion retrait des cabines sur la ligne est basée sur la mise en oeuvre de deux mécanismes particuliers : A) La notion de train : un train est constitué de l'ensemble des cabines présentes à un instant donné sur la ligne. La tête du train correspond à la première cabine insérée sur la ligne et il est constitué au fur et à mesure de l'insertion des cabines sur la ligne. B) La notion d'espacement entre deux cabines : il est calculé de façon dynamique à partir de l'équation suivante : Espacement = Longueur de la ligne/Nb de cabines sur la ligne Cette valeur est alors traduite en temps et sert pour les algorithmes de retrait et d'insertion d'une cabine. Cas du retrait d'une cabine : l'algorithme du retrait peut se résumer de la façon suivante : Retrait de la dernière cabine du train, Calcul de l'espacement entre deux cabines successives, Envoi de façon itérative de cette consigne aux cabines en partant de la fin du train pour remonter vers la première cabine du train. Attente que la consigne soit prise en compte, Attente que la consigne soit prise en compte par la deuxième cabine du train, Fin de l'algorithme. Cas de l'ajout d'une cabine : l'algorithme d'ajout peut se résumer de la façon suivante : Calcul du nombre de cabines que l'on veut insérer sur la ligne, Calcul de l'espacement entre deux cabines successives, Envoi de façon itérative de cette consigne aux cabines en partant de la deuxième cabine du train pour aller vers la dernière cabine du train. Attente que la consigne soit prise en compte, Attente que la consigne soit prise en compte par la dernière cabine du train, Insertion de la nouvelle cabine en fin de train en respectant l'espacement entre deux cabines consécutives. Fin de l'algorithme. Nota : ces algorithmes permettent l'insertion ou le retrait simultané de plusieurs cabines. Annexe 2 : La gestion des portes en station La gestion des portes en station est considérée comme une fonction sécuritaire. Elle regroupe la gestion des portes de quai (si elles existent) et la gestion des portes de cabine. Comme pour les autres fonctions, le principe utilisé est organisé de telle sorte qu'il nécessite le minimum d'infrastructure embarqué. Au niveau des cabines, les portes sont gérées par des machines à états finis dont les états principaux sont : verrouillé, fermé et ouvert. L'état verrouillé est commandé mécaniquement par l'utilisation d'un sabot sur la voie 13. Puis la porte est commandée électriquement par l'unité sol via une commande en fréquence superposée à la commande de puissance. Afin de respecter la sécurité cette commande est codée et permet l'envoi du sol vers la cabine de deux ordres ouverture et et fermeture ainsi que le transfert de la cabine vers le soi de l'état porte fermée pour valider le départ de la cabine. Au niveau du quai, les portes sont commandées de façon décalée par rapport à celles envoyées à la cabine. Le retour porte de quai fermée est nécessaire pour valider le départ de la cabine de la station. REVENDICATIONS 1. Système de transport par une pluralité de cabines à alimentation contrôlée, caractérisé par le fait qu'il comporte - une voie de roulement (13), - une pluralité de cabines (11, 12,...), - des moyens de roulement (15) agencés sur chaque cabine, ces moyens étant aptes à coopérer avec ladite voie de roulement (13) de façon que chaque cabine puisse se déplacer sur ladite voie de roulement, - des moyens de moteur électrique synchrone (16) associés à chaque cabine pour commander ses moyens de roulement, - des moyens source au sol (1) pour délivrer une énergie électrique triphasée pour alimenter l'ensemble les moyens de moteur électrique synchrone associés à chaque cabine, et - des moyens d'alimentation (71,72,...) pour commander la phase de ladite énergie électrique triphasée alimentant lesdits moyens de moteur électrique synchrone (16) de chaque cabine (11,12,...). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de freinage mécanique (40) de sécurité montés en coopération avec chaque cabine, lesdits moyens de freinage comportant un comparateur de vitesse (41), des moyens de mesure mécanique différentielle mesurant l'écart de position angulaire entre moteurs de traction et un moteur libre (43) apte à compter les tours de phase de l'énergie électrique, et un frein mécanique (42) commandé par un ressort pré-comprimé (44). 3. Système selon l'une de revendications précédentes, caractérisé par le fait que la voie de roulement (13) est décomposée en une pluralité de segments (50), chaque segment étant constitué d'une zone d'accélération (1), d'une zone à vitesse constante (52) et d'une zone de décélération (53). 4. Système selon l'une de revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un organe de gestion (60) des cabines décomposé en une pluralité de couches de fonctions. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la pluralité de couches de fonctions comporte une couche de fonction supervision (61), une couche de fonction de contrôle commande (62), une couche de fonction de puissance (63), une couche de fonction positionnement (64) et une couche de fonction sécurité (65). 6. Système selon l'une de revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens de contrôle des cabines. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de contrôle des cabines est assuré par un algorithme de contrôle des cabines qui est basé sur l'utilisation d'une horloge temps réel disponible dans chaque unité de contrôle commandée et recalée périodiquement de façon à éviter toute dérive temporelle et d'un modèle de référence conçu lors de la définition du tracé.