Brevet FR2912364A1 — publié le 20080815

La présente invention concerne une automotrice de transport de voyageurs, et plus particulièrement une automotrice modulable en terme de capacité de voyageurs et terme de vitesse maximale. Art antérieur Les architectures de train ou d'automotrices sont différenciées selon qu'elles sont à motorisation concentrée ou répartie, selon que les voitures les composants sont liées de manière articulée ou non articulée, selon la disposition et le nombre de bogies moteurs et porteurs, et selon qu'elles sont à un ou deux niveaux. Par souci de clarté, ces différentes notions sont définies dans les paragraphes suivants. Train ou automotrice Une automotrice comporte au moins une voiture motorisée, c'est-à-dire comprenant au moins un compartiment voyageur et au moins une chaîne de traction. Une automotrice peut donc ne comporter que des voitures motorisées ou comporter des voitures non motorisées et au moins une voiture motorisée. Un train est composé d'une ou de plusieurs motrices et d'un certain nombre de voitures de passagers. Une motrice n'est pas accessible aux passagers et comprend entre autres une chaîne de traction. Motorisation concentrée ou répartie La chaîne de traction comprend plusieurs équipements, qui sont soit des composants électriques soit des composants électroniques de puissance et de commande, adaptés pour capter l'énergie électrique à partir d'une source de traction (par exemple une ligne caténaire), la transformer et la convertir en signaux électriques d'alimentation de moteurs électriques des bogies moteurs pour assurer l'entraînement du train ou de l'automotrice. La motorisation est dite concentrée lorsque tous les composants des chaînes de traction sont regroupés à un emplacement unique, par exemple dans la motrice d'un train. La motorisation est dite répartie lorsque les composants de la chaîne de traction sont répartis sur plusieurs voitures, sous le châssis des voitures ou en toiture. Voitures articulées ou non articulées Un bogie comprend de façon classique un châssis de bogie reposant sur deux essieux. Par essieu, on entend de façon générale une paire de roues coaxiales d'appui sur les rails d'une voie ferrée. Un bogie moteur comprend au moins un moteur électrique d'entraînement des roues d'au moins un de ses essieux, dénommé essieu moteur. Par opposition, un bogie non motorisé est appelé bogie porteur. Deux voitures adjacentes sont dites articulées (ou en liaison articulée) lorsque une première voiture est en appui par une de ces extrémités sur un bogie et que l'extrémité en vis-à-vis de la deuxième voiture repose sur l'extrémité de la première. Le bogie est donc à cheval sous les extrémités des deux voitures adjacentes. Une automotrice composée de deux voitures articulées compte donc trois bogies, puisque les extrémités libres des deux voitures reposent chacune sur un bogie. Par opposition, deux voitures adjacentes non articulées ne sont pas, à chacune de leurs extrémités, en appui sur un bogie commun, chaque voiture reposant sur deux bogies. Une automotrice composée de deux voitures non articulées compte donc quatre bogies. Voiture à un ou deux niveaux Une voiture est dite à un niveau lorsqu'elle a un compartiment de voyageurs sur un seul niveau de plancher, et elle est dite à deux niveaux lorsqu'elle comporte deux compartiments de voyageurs sur deux niveaux, superposés l'un au-dessus de l'autre. II existe des trains un niveau, non articulés et à motorisation concentrée dans une ou deux motrices. Du fait de la non-articulation, cette architecture présente l'inconvénient d'avoir un grand nombre de bogies ce qui augmente la résistance à l'avancement et par conséquent la consommation d'énergie de l'automotrice. Un grand nombre de bogies nécessite également de nombreuses opérations de maintenance. II existe aussi des automotrices à grande vitesse un niveau, non articulées et à motorisation répartie, avec différentes distributions des équipements de traction dans les voitures, différents emplacements des bogies moteurs ou des essieux moteurs selon les architectures. Ces automotrices comportent plusieurs voitures motorisées, reposant chacune sur deux bogies. Ce type de motorisation nécessite une grande masse de câbles de puissance nécessaires pour relier le ou les dispositifs de captage d'énergie jusqu'aux moteurs en passant par chaque équipement de traction, câbles qui courent donc entre toutes les voitures équipées soit d'un dispositif de captage, soit d'un équipement de la chaîne de traction, soit d'un bogie moteur. II existe également des trains un niveau ou deux niveaux, à liaison mixte et à motorisation concentrée. Les voitures de passagers reposent sur des bogies porteurs et sont encadrées par deux motrices, à chaque extrémité du train, reposant sur des bogies moteurs. Les liaisons de ce train sont dites mixtes car différents types de liaisons relient les voitures et les motrices. Les voitures sont reliées entre elles par une liaison articulée, et les voitures sont reliées aux motrices par une liaison non articulée. Cette architecture présente une capacité en nombre de passagers réduite par rapport à une automotrice de longueur identique, puisque les 30 motrices ne sont pas accessibles aux passagers. Les performances de ces véhicules sont liées à leurs architectures : il est possible de faire rouler un train à grande vitesse à des vitesses moindres, mais au détriment de la capacité voyageurs puisque la masse des chaînes de traction n'est pas libérable. Il n'est pas possible de faire circuler un véhicule à une vitesse supérieure à sa vitesse maximale puisque aucune chaîne de traction ou aucun moteur ne peut être rajouté simplement. Les constructeurs doivent donc concevoir un véhicule propre à chaque gamme de vitesse / capacité de voyageurs. C'est donc un but de l'invention de proposer une automotrice qui ne présente pas les inconvénients des architectures de l'état de la technique. A cet effet, l'invention propose une automotrice de transport de voyageurs comprenant deux voitures pilotes et des voitures intermédiaires, des bogies porteurs, des bogies moteurs comportant au moins un essieu moteur et se caractérise en ce que les voitures sont toutes articulées entre elles deux à deux, l'automotrice comporte trois ou quatre chaînes de traction, une chaîne de traction étant disposée dans chaque voiture pilote et au moins une chaîne de traction étant disposée dans une seule voiture intermédiaire, un bogie moteur est disposé sous au moins une des deux extrémités desdites voitures pilotes, un bogie moteur est disposé sous au moins une des deux extrémités de ladite voiture intermédiaire comprenant une chaîne de traction. L'automotrice comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - chaque chaîne de traction entraîne au moins un essieu moteur du ou des bogies moteurs disposés sous une ou sous les deux extrémités de chaque voiture dans laquelle est disposée ladite chaîne de traction ; - l'automotrice comprend, entre la voiture intermédiaire comprenant au moins une chaîne de traction et chacune des voitures pilotes, au moins une voiture intermédiaire dépourvue de chaîne de traction ; - au moins une voiture intermédiaire dépourvue de chaîne de traction 5 est supportée à au moins une de ses deux extrémités par un bogie porteur ; - les voitures sont à deux niveaux. Description de l'invention 10 L'automotrice est entièrement articulée, c'est-à-dire que les voitures sont toutes articulées entre elles deux à deux. Un bogie est disposé à cheval sous les deux extrémités adjacentes de deux voitures adjacentes, les extrémités libres des voitures pilotes reposant sur un seul bogie. 15 Elle comporte trois ou quatre chaînes de traction, une chaîne de traction étant disposée dans chaque voiture pilote et au moins une chaîne de traction étant disposée dans une seule voiture intermédiaire. Pour cette raison, cette voiture intermédiaire sera dénommée voiture intermédiaire motorisée. L'automotrice est donc à motorisation concentrée, la 20 concentration s'effectuant dans trois voitures, qu'il y ait trois ou quatre chaînes de traction. Un bogie moteur est disposé sous au moins une des deux extrémités des deux voitures pilotes et de la voiture intermédiaire motorisée comprenant 25 une chaîne de traction. En d'autres termes, chaque voiture comportant une chaîne de traction est supportée à ses deux extrémités soit par un bogie moteur et un bogie porteur, soit par deux bogies moteurs. L'automotrice comprend, entre la voiture intermédiaire motorisée et 30 chacune des voitures pilotes, au rnoins une voiture intermédiaire dépourvue de chaîne de traction. Comme cette voiture intermédiaire ne comporte pas de chaîne de traction, elle est appelée remorque. Une remorque est supportée à au moins une de ses deux extrémités 5 par un bogie porteur. Une remorque est donc supportée à ces extrémités soit par un bogie porteur et un bogie moteur, soit par deux bogies porteurs. Une automotrice conforme à l'invention respecte donc une règle d'alternance de voitures comportant une chaîne de traction et n'en 10 comportant pas, et une règle d'alternance de bogies moteurs et de bogies porteurs afin de respecter la charge maximale à l'essieu. En effet, tous les véhicules ferroviaires doivent respecter la contrainte de la charge à l'essieu, dont la valeur est imposée par l'infrastructure ou par 15 les normes applicables sur les voies où circulent ces véhicules. La charge à l'essieu de l'automotrice conforme à l'invention est maintenue en dessous de la charge maximale admissible car : - chaque voiture pilote est en appui sur un bogie dédié et un bogie 20 commun avec une autre voiture, et a donc sa charge répartie sur un plus grand nombre d'essieux que les voitures intermédiaires. Par conséquent, une voiture pilote peut supporter une plus grande masse que les autres voitures sans dépasser la charge à l'essieu maximale. Chaque voiture pilote reçoit donc des voyageurs, la chaîne de traction ainsi que tout ou partie des 25 équipements de production d'énergie auxiliaire (électrique et pneumatique). - les remorques dépourvues de chaînes de traction possèdent un poids à vide plus faible que les voitures pilotes et la voiture motorisée. - la voiture intermédiaire motorisée reçoit des passagers et les équipements d'au moins une chaîne de traction. Or les bogies moteurs à 30 chaque extrémité de la voiture motorisée supportent chacun la moitié de la masse de la voiture intermédiaire motorisée et la moitié de la masse de la remorque adjacente, puisque au moins une remorque est interposée entre la voiture pilote et la voiture intermédiaire motorisée. Comme une remorque est moins lourde que la voiture intermédiaire motorisée, chaque bogie moteur disposé à cheval sous l'une des extrémités de la voiture intermédiaire motorisée et sous l'extrémité de la remorque adjacente supporte une masse moyenne qui reste inférieure à la charge maximale par essieu. L'équilibrage des masses sur chaque bogie porteur et bogie moteur est également obtenu par l'optimisation de la répartition des différents équipements de traction ou auxiliaires de l'automotrice, et de l'aménagement intérieur des voitures qui diffère selon le confort souhaité (type et nombre de sièges différents selon la classe de la voiture). L'aménagement intérieur de la voiture intermédiaire motorisée notamment dépend de la masse de la ou les chaînes de traction, qui dépendent elles-mêmes des performances souhaitées de l'automotrice (traction multi-tension, vitesse maximale, etc.). Par exemple, si la masse des équipements traction installés est élevée, l'aménagement intérieur de la voiture intermédiaire motorisée sera allégé et conçu comme une voiture-bar, une voiture offrant des services ou ayant une capacité voyageur réduite par rapport à la capacité des remorques. Chaque chaîne de traction entraîne au moins un essieu moteur du ou des bogies moteurs disposés sous l'une ou sous les deux extrémités des voitures dans lesquelles sont disposées une ou plusieurs chaînes de traction. L'automotrice peut donc comporter trois à douze essieux moteurs, selon que chaque voiture pilote et la voiture intermédiaire motorisée sont supportées par un ou deux bogies moteurs, qui comportent eux-mêmes un ou deux essieux moteurs. Un avantage d'une architecture entièrement articulée est que l'automotrice est plus stable en cas de déraillement. Du fait de l'architecture articulée, la résistance à l'avancement et donc la consommation d'énergie nécessaire pour entraîner le véhicule reste limitée comparé à une automotrice non articulée de même longueur, puisqu'il y a moins de bogies. Les opérations de maintenance sont également réduites. Du fait de la composition en automotrice, le véhicule offre une grande capacité puisque toute la longueur du véhicule est utilisée pour recevoir des passagers. Un avantage de la concentration des chaînes de traction dans les voitures pilotes et dans une seule voiture intermédiaire motorisée permet de mieux protéger et maîtriser les incendies en séparant physiquement les chaînes de traction les unes des autres, et en séparant physiquement les chaînes de traction des compartiments passagers. L'invention et d'autres avantages seront mieux compris à la lecture de 15 la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, dans lequels - les figures 1, 3 et 4 sont des vues schématiques de côté d'automotrices conformes à l'invention selon plusieurs modes de réalisation, - la figure 2 est un tableau représentant schématiquement la position 20 des essieux moteurs en fonction du nombre de voitures composant l'automotrice. Par convention, les roues des essieux moteurs sont noircies sur les figures. Premier mode de réalisation Telle que représentée sur la figure 1, une automotrice A comprend sept remorques 3 et une voiture intermédiaire motorisée 4 disposées entre deux voitures pilotes 2. 25 30 Une première voiture pilote 2 est située à une première extrémité de l'automotrice A (en partant de la gauche sur la figure 1). Elle présente une extrémité libre, où est située une cabine de conduite 9, et repose sur un bogie moteur 6 composés de deux essieux moteurs 5. Une première chaîne de traction 8 est disposée sous le compartiment voyageur 10 de cette première voiture pilote 2. A son extrémité opposée, la voiture pilote 2 est articulée avec une première remorque 3. Les deux extrémités en vis-à-vis des voitures 2 et 3 reposent sur un seul bogie moteur 6, composé de deux essieux moteurs 5. La première remorque 3 partage donc à sa première extrémité un bogie moteur 6 avec la voiture pilote 2, et partage à son autre extrémité un bogie porteur 7 avec la deuxième remorque 3 adjacente. La deuxième remorque 3 est articulée à la première remorque 3 et à la troisième remorque 3. La deuxième remorque 3 partage avec chacune de la première et de la troisième remorque 3 un bogie porteur 7. La troisième remorque 3 est articulée à une voiture intermédiaire motorisée 4, située dans l'automotrice de ce mode de réalisation en cinquième position en partant de la gauche. Aucune des trois premières remorques 3 ne reçoit de chaîne de traction 8. La voiture intermédiaire motorisée 4 partage, à chacune de ces extrémités, un bogie moteur 6 avec les remorques adjacentes. Deux chaînes de traction 8 sont disposées sous le compartiment voyageur 10 et alimentent les moteurs des bogies moteurs ûcomposés chacun de deux essieux moteurs-situés à chaque extrémité de la voiture intermédiaire motorisée 4. Les quatre remorques 3 suivantes sont également articulées et reposent sur des bogies porteurs 7, sauf en ce qui concerne les extrémités des remorques 3 articulées avec la voiture intermédiaire motorisée 4 ou avec la voiture pilote 2, qui reposent sur des bogies moteurs 6. La deuxième voiture pilote 2 est identique à la première. Toutes les voitures 2, 3, 4 de l'automotrice A possèdent un compartiment voyageurs 10. Chacune des voitures 2, 3, 4 communique avec la ou chaque voiture adjacente par une intercirculation 11. Comme le véhicule est entièrement articulé, l'automotrice A de la figure 1 possède onze bogies, six bogies motorisés 6 et cinq bogies porteurs 7, pour une longueur d'environ 200 m. Dans ce mode de réalisation, tous les essieux des bogies moteurs sont motorisés. Une telle automotrice peut transporter au moins 550 passagers à une vitesse commerciale d'au moins 330 km/h. Dans chacune des voitures pilotes 2 et intermédiaire motorisée 4, la ou les chaînes de traction 8 sont disposées sous le plancher du compartiment voyageurs 10 afin de préserver la longueur du compartiment voyageur 10. La fig. 1 représente schématiquement l'emplacement des chaînes de traction 8 sous toute la longueur des compartiments voyageurs 10 des voitures 2 et 4 mais selon l'encombrement effectif des différents composants de la chaîne de traction 8, celle-ci peut s'étendre en totalité ou en partie seulement sous le plancher des compartiments voyageurs 10. En variante, les chaînes de traction 8 des voitures pilotes 2 peuvent être disposées dans des compartiments intermédiaires entre la cabine de conduite 9 et le compartiment voyageurs 10. De manière classique, chacune des voitures pilotes 2 est munie d'un pantographe 12 pour capter l'énergie électrique sur une ligne caténaire (non représentée). 30 Un câble de haute tension 13 distribue l'énergie électrique captée par chaque pantographe 12 à la chaîne de traction 8 située dans la voiture25 intermédiaire motorisée 4. Pour des raisons de clarté des dessins, les câbles 13 sont représentés à l'extérieur des voitures en traits mixtes. En pratique, ces câbles s'étendent par exemple en toiture. La concentration des chaînes de traction 8 et des bogies moteurs 6 sur un nombre très limité de voitures permet de limiter la masse des câbles nécessaires, puisque seuls des câbles de haute tension 13 s'étendent entre les voitures pilotes 2 et la chaîne de traction 8 de la voiture intermédiaire motorisée 4. Ces câbles ont une masse moins importante que la masse des câbles de puissance des architectures des automotrices de l'art antérieur. La complexité du câblage est également nettement réduite. Variantes du Premier mode de réalisation La figure 2 représente sous la forme d'un tableau deux configurations possibles de l'automotrice selon le premier mode de réalisation données à titre d'exemple. Sont seulement numérotés les voitures pilotes 2, les voitures motorisées 4, les chaînes de traction 8, les bogies moteurs 6, les essieux moteurs 5, les bogies porteurs 7, la capacité voyageurs et les vitesses d'exploitation possibles. Une automotrice composée de sept voitures, comprenant deux voitures pilotes 2, quatre remorques 3, une voiture intermédiaire motorisée 4 et quatre essieux motorisés 5, ne nécessite que trois chaînes de traction 8. Une seule chaîne de traction 8 est donc disposée dans la voiture intermédiaire motorisée 4, contrairement au premier mode de réalisation. Dans cette variante, deux bogies moteurs 6 supportent les deux extrémités de la voiture motorisée 4, mais chacun ne possède qu'un seul essieu moteur 5. La place libérée par la deuxièrne chaîne de traction peut être exploitée pour installer des équipements auxiliaires ou la masse libérée peut être exploitée pour installer plus de sièges dans le compartiment 10 de la voiture intermédiaire motorisée 4. Dans cette même variante, seuls les bogies sous les extrémités libres des voitures pilotes 2 sont motorisés, et ils comportent chacun deux essieux moteurs 5. Cette variante à sept voitures comporte donc quatre bogies moteurs 6 mais six essieux moteurs 5. Cette automotrice peut transporter entre 350 et 400 passagers (selon les aménagements intérieurs) et circuler à au moins 3C)0 km/h. La deuxième variante à dix voitures de l'automotrice selon l'invention est identique à la variante comportant sept voitures à cela près qu'elle comporte trois remorques supplémentaires. Elle peut présenter les mêmes performances que l'automotrice A du premier mode de réalisation en augmentant la puissance à l'essieu. Ainsi, l'automotrice réalisée selon l'invention est complètement modulable en terme de capacité voyageurs et de vitesse puisqu'elle peut comprendre sept à onze voitures, trois ou quatre chaînes de traction 8, de trois à douze essieux moteurs 5 répartis sur trois à six bogies moteurs 6 et peut atteindre une vitesse maximale comprise entre 140 et 350 km/h. Cette modularité est atteinte par la simplification des types de voitures (pilotes 2, remorques 3 et motorisée 4) tout en appliquant la règle d'alternance des remorques et des voitures recevant une chaîne de traction 8 et la règle d'alternance des bogies moteurs 6 et des bogies porteurs 7 pour respecter la charge maximale à l'essieu. Deuxième mode de réalisation Telles que représentées sur les figures 1, l'automotrice A ne comporte que des voitures à un seul niveau. En variante, les voitures pilotes 2 et les voitures intermédiaires 3, 4 sont à deux niveaux, comme la figure 3 le représente. Avantageusement, dans une automotrice B possédant des voitures à deux niveaux, le niveau inférieur d'une voiture pilote 2 et de la voiture intermédiaire motorisée 4 recevant une chaîne de traction 8 sert à loger cette ou ces chaînes de traction 8, l'autre niveau étant réservé aux voyageurs. Les intercirculations 11 sont placées au niveau haut pour passer d'une remorque 3 à une autre. Par contre, les intercirculations entre les voitures pilotes 2 et les remorques adjacentes 3 se font au niveau bas. Un escalier (non représenté) disposé dans la voiture pilote 2 et dans les remorques 3 permettent de rejoindre le niveau haut à partir des portes d'accès (non représentées) des voitures 2, 3, 4. Troisième mode de réalisation Pour une automotrice courte, de l'ordre de 120 à 160 m, il est avantageux de diminuer le nombre de bogies moteurs en supprimant la voiture intermédiaire motorisée 4 recevant la ou les chaînes de traction 8, ainsi que de supprimer les bogies moteurs 6 associés. Ainsi, dans la variante représentée sur la figure 4, sur laquelle les références aux éléments semblables à ceux de la figure 1 ont été conservées, une automotrice C se distingue de celle des modes de réalisation précédents en ce qu'elle comprend uniquement des remorques 3 dépourvues de chaînes de traction 8. L'automotrice C est donc dépourvue de voiture intermédiaire motorisée 4 recevant une chaîne de traction 8. L'automotrice C comprend quatre bogies motorisés 6, disposés sous les extrémités libres des voitures pilotes 2, et à cheval sous l'extrémité d'une voiture pilote 2 et l'extrémité de la remorque 3 adjacente. Selon le ratio puissance / masse désiré, quatre à huit essieux pourront être motorisés, chaque bogie moteur 6 disposant d'au moins un essieu moteur 5. Du fait de la suppression de la voiture intermédiaire motorisée 4, le ratio puissance / masse d'une automotrice courte reste suffisamment élevé pour que l'automotrice circule à grande vitesse tout en ayant une puissance de traction optimisée compte-tenu de son exploitation. Cette possibilité d'adaptation de la puissance de traction n'est pas possible sur un train, puisque les motrices ont une puissance de traction dimensionnée pour le nombre maximal de voitures à tracter : en cas de suppression de voitures intermédiaires, la puissance est inutilement sur-dimensionnée. L'adaptation de la puissance de traction n'est pas facilement réalisable sur une automotrice à motorisation répartie puisque supprimer une voiture revient à supprimer un élément de la chaîne de traction.15 REVENDICATIONS 1- Automotrice de transport de voyageurs comprenant : - deux voitures pilotes (2) et des voitures intermédiaires (3, 4), - des bogies porteurs (7), - des bogies moteurs (6) cornportant au moins un essieu moteur (5), caractérisée en ce que : - les voitures (2, 3, 4) sont toutes articulées entre elles deux à deux, - l'automotrice comporte trois ou quatre chaînes de traction (8), une chaîne de traction étant disposée dans chaque voiture pilote (2) et au moins une chaîne de traction étant disposée dans une seule voiture intermédiaire (4), - un bogie moteur (6) est disposé sous au moins une des deux extrémités desdites voitures pilotes (2), - un bogie moteur (6) est disposé sous au moins une des deux extrémités de ladite voiture intermédiaire (4) comprenant une chaîne de traction (8). 2- Automotrice selon la revendication 1 caractérisée en ce que chaque chaîne de traction (8) entraîne au moins un essieu moteur (5) du ou des bogies moteurs (6) disposés sous une ou sous les deux extrémités de chaque voiture (2, 4) dans laquelle est disposée ladite chaîne de traction (8). 3- Automotrice selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend, entre la voiture intermédiaire (4) comprenant au moins une chaîne de traction (8) et chacune des voitures pilotes (2), au moins une voiture intermédiaire (3) dépourvue de chaîne de traction (8). 4- Automotrice selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins une voiture intermédiaire (3) dépourvue de chaîne de traction (8) est supportée à au moins une de ses deux extrémités par un bogie porteur (7). - Automotrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les voitures (2, 3, 4) sont à deux niveaux.