Brevet FR2949412A1 — publié le 20110304

Installation de sécurité ferroviaire et procédé associé L'invention a pour domaine celui des installations de sécurité ferroviaire ainsi que les procédés de freinage d'urgence mis en oeuvre par de telles installations. La signalisation d'une voie ferrée comporte des équipements de signalisation de nature variée. En particulier, elle comporte des équipements de signalisation latérale qui consistent en des signaux visuels, tels que des feux tricolores, disposés sur le bord de la voie et donnant des informations visuelles au conducteur du train. Un équipement de signalisation latérale peut être dans un état � arrêt � (par exemple un feu rouge) indiquant au conducteur qu'il doit arrêter le train avant cet équipement et ne pas le franchir. L'équipement de signalisation latérale peut être dans un état � passant � (par exemple un feu vert) indiquant au conducteur qu'il peut faire avancer son train au-delà de l'équipement de signalisation. Enfin, l'équipement de signalisation latérale peut être dans un état � attention � (par exemple un feu jaune) indiquant au conducteur que le prochain équipement de signalisation latérale qu'il va croiser est dans l'état � arrêt �. Le conducteur doit alors débuter la procédure de freinage pour arrêter son train au niveau du prochain équipement de signalisation latérale dans l'état � arrêt �. Pour des raisons diverses, un signal visuel peut ne pas être vu ou lu correctement par le conducteur. Pour éviter de telles erreurs ou leurs conséquences, une solution consiste à placer des dispositifs de sécurité ferroviaire sur la voie, au droit d'un équipement de signalisation latérale auquel il est associé. De tels dispositifs de sécurité sont aptes à déclencher une répétition dans la cabine du conducteur de l'état dans lequel se trouve l'équipement de signalisation latérale associé. La répétition peut par exemple consister en l'émission d'un signal sonore. Dans certaines mises en oeuvre, lorsque l'état de l'équipement de signalisation latérale associé est � arrêt �, de tels dispositifs de sécurité déclenchent un freinage d'urgence du train lors du franchissement de l'équipement de signalisation latérale associé. Le dispositif � crocodile � utilisé notamment en France est un exemple d'un tel dispositif de sécurité ferroviaire. C'est un dispositif de forme allongée, placé entre les deux files de rails au droit de l'équipement de signalisation latérale auquel il est associé. Il comporte un patin sur lequel vient frotter une brosse fixée à la locomotive. Le frottement entre le patin et la brosse produit une répétition du signal en cabine qui consiste, en France, à générer des sonneries différentes selon que l'équipement de signalisation est dans l'état � arrêt �, � passant � ou � attention �. Dans certaines mises en oeuvre du système � crocodile �, par exemple au Luxembourg, le frottement du patin et de la brosse déclenche également un freinage d'urgence du train lorsqu'un équipement de signalisation latérale dans l'état � arrêt � est franchi. On notera que le freinage d'urgence étant déclenché au niveau de l'équipement de signalisation, le train n'est effectivement stoppé qu'après l'équipement de signalisation latérale requérant I'�arrêt� du train. Ces dispositifs de sécurité ferroviaire mécanique arrivent en fin de vie et il est nécessaire de les remplacer. Par ailleurs, différents acteurs du monde ferroviaire en Europe ont défini la norme ETCS, acronyme de l'expression anglaise � European Train Control System � pour le développement d'un système européen de contrôle de train. L'ETCS a pour but de superviser la conduite d'un train tout au long de son parcours. Pour cela le train reçoit des informations sur la topologie du tronçon de voie sur lequel il s'engage pour optimiser à chaque instant sa vitesse. La régulation de la vitesse du train se fait automatiquement en supervisant les actions du conducteur, et en se substituant à lui dans certaines situations. L'ETCS prévoit la répétition en cabine de l'état des équipements de signalisation latérale selon un code européen commun à tous les pays, de manière à s'affranchir des codes de signalisation nationaux. Sur la base de ce code européen, un conducteur peut, d'une manière totalement transparente, faire circuler un train d'un pays à l'autre ayant pourtant des signalisations différentes. Pour la mise en oeuvre de ces principes, la norme ETCS prévoit un dispositif embarqué à bord du train et des dispositifs au sol, placés au début de chaque tronçon de voie. Le dispositif embarqué comporte une antenne apte à recevoir des signaux radio de courte portée émis par un dispositif au sol, et une unité de calcul et de commande connectée à l'antenne, apte à traiter le signal radio reçu et à actionner de manière adaptée différents organes du train, et, en particulier, son système de freinage. En un point de la voie, un dispositif au sol comporte un LEU, acronyme anglais du mot � Line Side Electronic Unit � pour � unité électronique latérale �, apte à être commandé depuis une station de contrôle distante, et une paire de balises disposées sur la voie et connectées en sortie du LEU. Un LEU particulier est programmé, en usine, avec les paramètres topologiques du tronçon de voie qu'il doit équiper. Ces paramètres topologiques comportent, par exemple, la pente du tronçon de voie, l'existence d'un virage, une vitesse maximale de sécurité, etc. Il est apte à générer un télégramme comportant ces paramètres topologiques, les balises connectées au LEU émettant alors un signal radio comportant le télégramme généré. Plus précisément, dans son niveau 1 de supervision, la norme ETCS définit le fonctionnement de l'équipement embarqué. Il est résumé ci-après. Lorsque l'antenne du dispositif embarqué passe juste au-dessus de la paire de balises du dispositif au sol, il y a émission d'un signal radio comportant un télégramme numérique d'échange de données selon un protocole particulier, défini par la norme ETCS. Ce télégramme est composé de l'association de paquets de données ayant des types particuliers. Par exemple, un type particulier de paquet permet de transférer au dispositif embarqué le paramètre topologique relatif à la pente du tronçon de voie. Un autre type de paquet permet l'échange d'une valeur maximale de la vitesse. Une fois que les paramètres topologiques du tronçon de voie ont été reçus par le dispositif embarqué, l'unité de calcul et d'actionnement du train détermine une pluralité de courbes de vitesse. Puis, l'unité de calcul et d'actionnement supervise les actions du conducteur et éventuellement se substitue à lui pour que la vitesse instantanée du train suive effectivement l'une ou l'autre des courbes de vitesse de manière à optimiser, à chaque instant, la vitesse du train. S'il est envisageable d'équiper rapidement chaque train d'une flotte de trains d'un dispositif embarqué respectant la norme ETCS, l'équipement complet d'une voie avec des dispositifs au sol respectant la norme ETCS reste problématique. En effet, équiper l'ensemble d'une voie est extrêmement coûteux et complexe : il faut faire des relevés topographiques de la voie, sélectionner les valeurs des paramètres topologiques locaux qui conduisent à des courbes optimales de vitesse garantissant la sécurité, configurer en usine chaque LEU en fonction de son point d'implantation le long de la voie, approvisionner et installer les LEUs, et finalement tester la voie ainsi équipée. En conséquence, pour le moment, il est envisagé de n'équiper avec le système ETCS que les voies ferrées principales du réseau européen. L'invention a donc pour but de proposer une installation de sécurité ferroviaire et un procédé de freinage d'urgence permettant le remplacement des dispositifs de sécurité ferroviaires mécaniques classiques du type � crocodile �, fonctionnalité simple ne faisant pas partie de la norme ETCS, tout en utilisant un dispositif embarqué à bord du train répondant à la norme ETCS, mais en ne présentant pas la complexité et le coût de mise en oeuvre d'une solution ETCS complète de supervision du train. L'invention porte sur une installation de sécurité ferroviaire permettant le freinage d'un train circulant le long d'une voie lors du franchissement d'un équipement de signalisation latérale de la voie, un état dudit équipement de signalisation étant commandé à distance depuis une station de commande, comportant : un dispositif au sol comportant un encodeur comportant des moyens de génération de télégrammes et au moins une balise disposée sur la voie à proximité de l'équipement de signalisation latérale considéré, connectée à l'encodeur et comportant des moyens d'émission d'un signal radio correspondant à un télégramme généré par l'encodeur ; et un dispositif embarqué répondant à la norme ETCS, comportant une antenne apte à capter un signal radio émis par la balise, et une unité de calcul et d'actionnement connectée à l'antenne, apte à traiter le signal radio reçu et comportant des moyens d'actionnement du système de freinage du train. Les moyens de génération de l'encodeur sont adaptés pour générer, alors que le dispositif embarqué est en mode � ETCS Niveau 0� et que l'équipement de signalisation latérale est dans l'état � arrêt �, un télégramme du type � arrêt �, compatible avec la norme ETCS, contenant un paramètre d� Un dispositif au sol, tel que le dispositif 30 associée à l'équipement de signalisation 10, comporte un codeur 32, une balise amont 34 et une balise aval 36. Les balises 34 et 36 sont disposées successivement entre les fils de rails 6 et 8 de la voie 4. En entrée, le codeur 32 est connecté au système relais 24 de la liaison entre la station de contrôle 20 et le dispositif de signalisation 10. En sortie, le codeur 32 est connecté, à la balise amont 34. Les balises, respectivement amont 34 et aval 36, sont aptes à émettre des signaux radio de courte portée. Le codeur 32 reçoit, depuis le système relais 24, un signal électrique secondaire correspondant au signal électrique de commande de l'état de l'équipement de signalisation 10. Le codeur 32 traite ce signal électrique secondaire et génère une trame de bits correspondant à l'état actuel de l'équipement de signalisation latérale 10 auquel le codeur 32 est associé. Une trame est une série de bits constituant un � télégramme � et regroupant un ou plusieurs paquets de données. Le télégramme généré par le codeur 32 est compatible avec le protocole de la norme ETCS. Le télégramme est de longueur variable et peut comporter différents types de paquet. La trame est transmise à la balise amont 34 qui est apte à émettre un signal radio correspondant à la trame générée par le codeur 32. La balise aval 36 est apte à émettre un signal radio dont la trame possède un motif constant. La présence de la seconde balise 36, en aval de la première balise 34, permet d'orienter d'une manière simple la voie 4 dans un sens de circulation unique correspondant à l'ordre des balises amont 34 puis aval 36. Par exemple, un train circulant sur une voie parallèle à la voie 4, mais ayant un sens de circulation opposé ne tient pas compte des signaux radio émis par les balises 34 et 36 car il reçoit d'abord la trame constante de la balise aval 36, puis celle de la balise amont 34. Une description similaire pourrait être faite pour le dispositif au sol 130 associé au feu tricolore 110. Le dispositif embarqué 31 comporte une antenne 42 apte à recevoir les signaux radio émis par les balises 34 et 36, 134 et 136, disposées sur la voie 4. L'antenne 42 est connectée en entrée d'une unité de calcul et de commande 44. L'unité 44 est apte à traiter la trame du signal radio reçu de manière à en extraire les données, et à commander de manière adaptée différents moyens d'actionnement du train 2, et, en particulier, son système de freinage. En outre, le dispositif embarqué 40 comporte une unité de répétition en cabine 46 connectée en sortie de l'unité 44. L'unité de répétition 46 comporte un écran pour afficher des informations textuelles lisibles par le conducteur 12 du train 2, ainsi qu'un haut parleur pour émettre différentes sonneries d'avertissement. Le procédé de freinage d'urgence mis en oeuvre par l'installation qui vient d'être présentée va maintenant être décrit. Les codeurs des dispositifs au sol équipant la voie, tels que les codeurs 32 et 132, sont identiques entre eux et sont configurés, en usine, de la même manière. Le coût de déploiement de l'infrastructure au sol est donc réduit. Les codeurs ne respectent pas la norme ETCS au sens où ils ne permettent pas le fonctionnement du dispositif embarqué 31 à bord du train 2 en mode � supervision �, c'est-à-dire selon le niveau 1 de la norme ETCS. En effet, le codeur 32, 132, ne comporte pas de paramètres relatifs à la topologie du tronçon de voie commençant au point M, M'. En conséquence, lorsque le train 2 circule le long de la voie 4, le dispositif embarqué 31 est dans un mode � veille � correspondant au niveau 0 définit par la norme ETCS. Dans le niveau 0 de la norme ETCS, il est prévu que le dispositif embarqué à bord du train puisse encore actionner le système de freinage du train lorsque la vitesse instantanée de ce dernier est supérieure à une vitesse maximale de circulation sur la voie. Le codeur 32 est programmé en usine pour mettre en oeuvre les étapes consistant à : - Lorsque l'équipement 10 est dans l'état � passant �, générer un télégramme � passant � respectant la norme ETCS contenant au moins un paquet de type 3 avec des paramètres généraux de la voie qui correspondent à des paramètres nationaux ; - Lorsque l'équipement 10 est dans l'état � arrêt �, générer un télégramme � arrêt � respectant la norme ETCS contenant au moins un paquet du type 65 de restriction de vitesse temporaire avec un paramètre de vitesse fixé à 0 km/h pour que l'unité de calcul et d'actionnement 44 du dispositif embarqué 31 déclenche un freinage d'urgence du train ; et éventuellement un paquet du type 72 de signal de répétition en cabine avec un message d'information du conducteur indiquant qu'un signal d� REVENDICATIONS1. Installation de sécurité ferroviaire permettant le freinage d'un train (2) circulant le long d'une voie (4) lors du franchissement d'un équipement de signalisation latérale (10; 110) de la voie, un état dudit équipement de signalisation étant commandé à distance depuis une station de commande (20), comportant : - un dispositif au sol (30) comportant un encodeur (32 ; 132) comportant des moyens de génération de télégrammes et au moins une balise (34, 36; 134, 136) disposée sur la voie à proximité de l'équipement de signalisation latérale considéré, connectée à l'encodeur et comportant des moyens d'émission d'un signal radio correspondant à un télégramme généré par l'encodeur ; et, - un dispositif embarqué (31) répondant à la norme ETCS, comportant une antenne (32) apte à capter un signal radio émis par la balise, et une unité de calcul et d'actionnement (44) connectée à l'antenne, apte à traiter le signal radio reçu et comportant des moyens d'actionnement du système de freinage du train, caractérisée en ce que les moyens de génération de l'encodeur sont adaptés pour générer, alors que le dispositif embarqué est en mode � ETCS Niveau 0� et que l'équipement de signalisation latérale est dans l'état � arrêt �, un télégramme du type � arrêt �, compatible avec la norme ETCS, contenant un paramètre d� 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que, alors que le dispositif embarqué (31) est en mode � ETCS Niveau 0� et que l'équipement de signalisation latérale (10 ; 110) est dans l'état � arrêt �, ledit télégramme du type � arrêt �, compatible avec la norme ETCS, contient, en tant que paramètre d� 3.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que, alors que le dispositif embarqué (31) est en mode � ETCS Niveau 0 � et que l'élément de signalisation latérale (10; 110) est dans l'état � arrêt �, ledit télégramme du type � arrêt �, compatible avec la norme ETCS, comporte, en outre, un paquet du type72 de répétition de signal en cabine avec un message d'information du conducteur indiquant qu'un signal � arrêt � a été franchi. 4.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens de génération de l'encodeur sont aptes à générer, alors que le dispositif embarqué (31) est en mode � ETCS Niveau 0 � et que l'équipement de signalisation latérale (10; 110) est dans l'état � passant �, un télégramme du type � passant �, compatible avec la norme ETCS, contenant au moins un paquet de type 3 avec des paramètres nationaux de la voie. 5.- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de génération de l'encodeur sont aptes à générer, alors que le dispositif embarqué (31) est en mode � ETCS Niveau 0� et que l'équipement de signalisation latérale (10 ; 110) est dans l'état � attention�, un télégramme du type � attention �, compatible avec la norme ETCS, comportant un paquet de type 72 de répétition de signal en cabine avec un message d'information du conducteur indiquant que le prochain équipement de signalisation latérale de la voie est dans l'état �arrêt�. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le télégramme du type � attention � comporte, en outre, un paramètre temporel de confirmation égal à une durée, et en ce que l'unité de calcul et d'actionnement (44) du dispositif embarqué (31) est apte à déclencher un freinage d'urgence du train (2) lorsque le conducteur du train ne confirme pas le message d'information dans un intervalle de temps qui débute lors de l'émission du signal en cabine et dont la longueur correspond audit paramètre de confirmation. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que, alors que le dispositif embarqué (31) est en mode � ETCS Niveau 0 � et que le dispositif au sol (30) est en mode dégradé, la balise (34 ; 134) est apte à émettre un signal radio comportant un télégramme du type � par défaut �, compatible avec la norme ETCS, contenant au moins un paquet de type 72 de signal en cabine avec un message d'information du conducteur indiquant que le système de sécurité ferroviaire ne fonctionne pas. 8. Installation selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce que le télégramme du type � attention � et/ou le télégramme dutype � par défaut � comporte(nt), en outre, un paquet de type 3 avec des paramètres nationaux de la voie. 9.- Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'un télégramme généré par les moyens de génération de l'encodeur (32 ; 132) ne comporte pas d'informations relatives à la topologie de la voie. 10.- Procédé de freinage d'un train circulant le long d'une voie (4) mis en oeuvre au moyen de l'installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lors du franchissement d'un élément de signalisation latérale (10 ; 110) de la voie, caractérisé en ce que, ladite voie étant équipée d'un dispositif au sol (30) comportant un encodeur (32 ; 132) et au moins une balise (34, 36 ; 134, 136) d'émission d'un signal radio, l'encodeur étant couplé à une ligne de commande (22) de l'état de l'équipement de signalisation latérale, et ledit train étant équipé d'un dispositif embarqué (31) répondant à la norme ETCS, comportant une antenne (32) apte à capter un signal radio émis par la balise, et une unité de calcul et d'actionnement (44) connectée à l'antenne, apte à traiter le signal radio reçu et comportant des moyens d'actionnement du système de freinage du train, le procédé comporte les étapes consistant : - lorsque l'équipement de signalisation latérale est dans l'état � arrêt �, à générer, au moyen de l'encodeur, un télégramme du type � arrêt �, compatible avec la norme ETCS, contenant un paramètre d�