Brevet FR3048936A1 — publié le 20170922

Procédé de commande d'un véhicule ferroviaire La présente invention concerne un procédé de commande d'un véhicule ferroviaire. L'invention concerne également un calculateur électronique pour un système de commande d'un véhicule ferroviaire programmé pour mettre en oeuvre un tel procédé, ainsi qu'un véhicule ferroviaire embarquant un tel calculateur électronique. L'invention concerne plus généralement le domaine de la signalisation ferroviaire et des équipements de sécurité associés. On connaît des véhicules ferroviaires munis de systèmes de sécurité embarqués qui déclenchent automatiquement un freinage d'urgence du véhicule ferroviaire lorsqu'une condition de sécurité n'est pas respectée par le véhicule. Par exemple, lorsque le véhicule pénètre à l'intérieur d'une zone caractérisée par une vitesse limite prédéterminée et qu'il circule avec une vitesse supérieure à cette vitesse limite, le freinage d'urgence est automatiquement déclenché pour forcer le véhicule à s'arrêter. De tels systèmes de sécurité sont typiquement implémentés par des modules de protection des trains, connus sous l'acronyme ATP pour « Automatic Train Protection » en langue anglaise, et utilisés dans des systèmes de signalisation ferroviaire de type CBTC, pour « Communication-Based Train Control » en langue anglaise. Ces systèmes connus ont pour inconvénient que le freinage d'urgence, une fois déclenché, est maintenu jusqu'à l'arrêt complet du véhicule et n'est relâché qu'une fois le véhicule immobilisé. Le véhicule doit alors redémarrer et accélérer jusqu'à retrouver une vitesse de consigne. Un tel redémarrage prend du temps et engendre souvent des retards et des perturbations du service ferroviaire assuré par le véhicule, qui typiquement se répercutent sur d'autres véhicules ferroviaires circulant sur la même ligne ferroviaire. Il en résulte une qualité de service dégradée. Cela induit en outre une surconsommation d'énergie pour faire redémarrer le train. Enfin, l'emploi répété et prolongé du freinage d'urgence engendre une usure prématurée des organes de freinage, du fait de sa puissance comparée à celle des freins de service normalement utilisés. A cet effet, l'invention concerne un procédé de commande d'un véhicule ferroviaire, comportant des étapes consistant à : - vérifier si une condition de déclenchement d'un freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie ; et, dans l'affirmative, 3048936 2 - déclencher le freinage d'urgence dans le but d'arrêter le véhicule ferroviaire, si la condition de déclenchement du freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est vérifiée ; ce procédé consistant en outre, alors que le freinage d'urgence est déclenché et avant l'arrêt du véhicule ferroviaire, à : 5 - répéter l'étape de vérification si une condition de déclenchement du freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie ; et, - à interrompre le freinage d'urgence si et seulement si aucune condition de déclenchement du freinage d'urgence n'est remplie. Grâce à l'invention, le freinage d'urgence est utilisé pour ralentir suffisamment le 10 véhicule ferroviaire jusqu'à ce que la condition de déclenchement du freinage d'urgence ne soit plus remplie, sans nécessairement devoir arrêter complètement le véhicule ferroviaire pour le redémarrer aussitôt après. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel procédé de commande peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises 15 dans toute combinaison techniquement admissible : - L'étape consistant à vérifier si une condition de déclenchement d'un freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie comporte la comparaison d'une vitesse de déplacement du véhicule ferroviaire avec une vitesse limite prédéterminé, la condition de déclenchement étant vérifiée uniquement si la vitesse de déplacement est supérieure à la 20 vitesse limite prédéterminée. - La vitesse limite prédéterminée est déterminée automatiquement en fonction d'informations transmises par un système de signalisation ferroviaire extérieur au véhicule ferroviaire. - La vitesse limite prédéterminée est déterminée en tenant compte d'une courbe 25 de freinage du véhicule ferroviaire. Selon un autre aspect, l'invention concerne un calculateur électronique pour un système de commande d'un véhicule ferroviaire, ce calculateur électronique étant programmé pour : - vérifier si une condition de déclenchement d'un freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie ; et, dans l'affirmative, 30 - déclencher le freinage d'urgence dans le but d'arrêter le véhicule ferroviaire, si la condition de déclenchement du freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est vérifiée ; le calculateur électronique étant en outre programmé pour, alors que le freinage d'urgence est déclenché et avant l'arrêt du véhicule ferroviaire, à : - répéter l'étape de vérification si une condition de déclenchement du freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie ; et, 3048936 3 - à interrompre le freinage d'urgence si et seulement si aucune condition de déclenchement du freinage d'urgence n'est remplie. Selon un autre aspect, l'invention concerne un véhicule ferroviaire comprenant un calculateur électronique pour commander le véhicule ferroviaire, caractérisé en ce que le 5 calculateur électronique est conforme à l'invention. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation d'un procédé de commande donné uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : 10 - la figure 1 est une représentation schématique d'un véhicule ferroviaire comportant un calculateur électronique et d'un ordinogramme d'un procédé de commande du véhicule ferroviaire mis en oeuvre par ce calculateur électronique, ce calculateur électronique et ce procédé de commande étant tous deux conformes à l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique de différentes courbes de vitesse 15 du véhicule ferroviaire. La figure 1 représente un véhicule ferroviaire 1 muni d'un calculateur électronique 2 embarqué et d'un système de freinage 3. Le véhicule 1 comporte en outre des roues pour circuler sur une voie ferrée ainsi qu'un ou plusieurs moteurs pour déplacer le véhicule 1 le long de la voie ferrée. Ces éléments bien connus ne sont pas illustrés ni 20 décrits plus en détail ici. Par exemple, le véhicule 1 est un train de voyageurs ou un véhicule de transport urbain, tel qu'un métro. En variante, il peut s'agir de tout type de véhicule guidé circulant sur une infrastructure dédiée, tel qu'un monorail. Le système de freinage 3 comporte un frein de service et un frein d'urgence. Le 25 frein d'urgence diffère du frein de service en ce que, lorsqu'il est activé, il applique un freinage plus important que le frein de service, provoquant une décélération plus importante du véhicule 1, par exemple au moins deux fois supérieure ou, de préférence, au moins cinq fois supérieure à celle du seul frein de service. Les termes « freinage d'urgence » et « déclenchement du frein d'urgence » sont ici synonymes. 30 Le frein de service et le frein d'urgence peuvent être implémentés par deux organes de freinage distincts. En variante, ils sont implémentés par un même organe de freinage. Avantageusement, le déclenchement du frein d'urgence est accompagné d'une interruption du courant de traction alimentant le ou chaque moteur du véhicule 1, de façon à réduire sa vitesse encore plus rapidement. 35 Ici, le système 3 est pourvu d'une interface 4 d'actionnement du frein d'urgence. 3048936 4 Le calculateur 2 supervise le fonctionnement du train. Par exemple, le calculateur 2 fait partie d'un système de sécurité ferroviaire, tel qu'un système de signalisation ferroviaire de type CBTC, pour « Communication-Based Train Control » en langue anglaise. En particulier, le calculateur 2 est configuré pour réguler la vitesse de 5 fonctionnement du train, en fonction notamment d'informations transmises par un système de signalisation ferroviaire extérieur au véhicule 1. Ces informations sont par exemple transmises au moyen d'un système de communications, comportant une liaison radio de type GSM-R ou de type WiFi ou LTE, ou comportant des transpondeurs placés fixement le long de la voie ferrée et couplés inductivement à un récepteur correspondant équipant 10 le véhicule 1. De façon connue, le calculateur 2 comporte une unité de calcul logique, telle qu'un microprocesseur. La figure 2 illustre, sous forme de plusieurs courbes de vitesse, des exemples d'évolution de la vitesse instantanée V de déplacement du véhicule ferroviaire 1 sur la voie ferrée, en fonction de sa position D le long de la voie ferrée,. 15 La courbe Cl représente une vitesse maximale que le véhicule 1 ne doit pas dépasser lorsqu'il circule sur la voie ferrée. Cette vitesse maximale n'est pas constante sur toute la longueur de la voie ferrée et varie de canton en canton le long de celle-ci, par exemple de façon discontinue et par paliers. La vitesse maximale sur un canton est définie en fonction de la configuration de la voie, telle que la présence d'une courbe, 20 d'une déclivité importante ou la présence d'une gare, et/ou en fonction d'évènements sur la voie ferrée pouvant varier au cours du temps, par exemple pour protéger un appareil de voie momentanément dans une configuration spécifique ou pour empêcher le véhicule ferroviaire 1 de pénétrer sur le canton suivant alors qu'il est occupé par un autre véhicule ferroviaire à un instant donné. Par exemple, dans un tel cas, la vitesse maximale prend la 25 valeur zéro sur le canton précédent pour forcer l'arrêt du train. La courbe C2 représente l'évolution, en fonction de la position D du véhicule 1 le long de la voie, d'une vitesse limite du véhicule 1. Cette vitesse limite est calculée par rapport à la vitesse maximale de la courbe C1, en fonction de propriétés dynamiques connues du véhicule 1 et de la voie ferrée, en particulier la capacité du frein d'urgence à 30 décélérer le véhicule 1. Cela permet de ménager une marge de sécurité par rapport à la vitesse maximale de la courbe C1, en particulier dans une configuration de fonctionnement dégradée du système de freinage. La vitesse limite est ici calculée au moyen d'une courbe dite « courbe de freinage », ou « braking curve » en langue anglaise. Les courbes de freinage sont bien connues de l'homme du métier et leur principe est, par 35 exemple, décrit dans le document « Introduction to ETCS braking curves », European 3048936 5 Railway Agency, 20 juin 2012 et disponible à l'URL suivante : « http://www.era.europa.eu/Docu ment-Reg ister/Pages/Braking-curves--- Introduction.aspx ». La courbe C3 représente la vitesse instantanée à laquelle le train se déplace sur la 5 voie ferrée. Cette vitesse est dite « vitesse du véhicule 1 ». Elle est ici mesurée par des dispositifs connus, tels qu'un odomètre équipant le véhicule 1. Cette vitesse instantanée est par exemple régulée par le conducteur du train, au moyen d'une interface de conduite agissant sur le moteur et/ou sur le système de freinage du véhicule ferroviaire. Cette vitesse est choisie, selon des critères prédéfinis, en fonction 10 de consignes de vitesse fournies par un système de signalisation implanté au bord des voies et/ou à bord du véhicule 2. En variante, la vitesse instantanée est régulée par un module de conduite automatisé, se substituant au conducteur, implémenté par le calculateur électronique 2. Par exemple, le module de conduite est un module de type ATO, pour « Automatic Train Operation » en langue anglaise. 15 Le calculateur 2 est plus particulièrement programmé pour contrôler si la vitesse du véhicule 1 n'excède pas la vitesse limite et, dans le cas où elle excède la vitesse limite, à forcer le véhicule 1 à ralentir. Le calculateur 2 comporte ici un module dit de « protection du train », par exemple un module connu sous l'acronyme ATP pour « Automatic Train Protection » en langue anglaise et tel que défini par la norme IEEE 1474. 20 Dans cet exemple, la portion de voie ferrée est partagée entre une première zone P1 amont, présentant une vitesse maximale Vm, et une deuxième zone P2 aval présentant une vitesse maximale VM2, inférieure à la vitesse maximale Vml. La courbe Cl présente donc deux paliers respectivement égaux à la vitesse Vm, et VM2. La transition entre ces zones P1 et P2 n'est ici pas abrupte, mais est lissée en diminuant continument 25 la vitesse maximale à l'approche et en amont de la deuxième zone P2, comme illustré par la courbe Cl '. A l'approche de la deuxième zone P2, la vitesse limite suivant la courbe C2 diminue en suivant essentiellement l'évolution de la vitesse maximale donnée par la courbe C1', à une marge de sécurité près. 30 Lorsque la vitesse du véhicule 1 sur la première zone P1 est supérieure à la vitesse limite sur la deuxième zone P2, le véhicule 1 doit ralentir avant d'entrer dans la zone P2, pour que la courbe C3 ne croise pas la courbe C2. Dans le cas où la vitesse du véhicule 1 n'est pas réduite par le conducteur ou par le module ATO, elle dépasse la valeur limite déterminée par le calculateur 2. Sur la figure 3048936 6 1, cela correspond au point référencé 10 pour lequel la courbe C3 devient supérieure à la courbe C2. Le calculateur 2 commande alors automatiquement et immédiatement le déclenchement du frein d'urgence, pour éviter que le véhicule 1 ne se retrouve dans une 5 situation de survitesse. Selon l'état de la technique connu, le freinage d'urgence est ensuite maintenu jusqu'à l'arrêt complet du véhicule 1, comme illustré par la portion de courbe C3'. Une fois le véhicule 1 immobilisé sur la voie ferrée, au point référencé 12 sur la figure 2, le frein d'urgence est désactivé, autorisant le conducteur ou le module ATO à redémarrer le 10 véhicule 1. Le véhicule 1 est alors redémarré et sa vitesse augmente, comme illustré par la portion de courbe C3", jusqu'à atteindre une vitesse de consigne, inférieure à la vitesse limite et à la vitesse maximale VM2, au-delà du point référencé 13 sur la figure 2. Selon l'invention, au contraire, le freinage d'urgence est interrompu lorsqu'aucune 15 condition de déclenchement de freinage d'urgence n'est plus présente. En particulier, on vérifie que la condition ayant déclenché le freinage d'urgence n'est plus présente, en l'occurrence, ici, que la vitesse du véhicule 1 redevient inférieure à la vitesse limite. Sur la figure 1, cela correspond au point référencé 11 pour lequel la courbe C3 repasse au-dessous de la courbe C2. On vérifie également qu'aucune autre condition de 20 déclenchement du freinage d'urgence interdisant le mouvement du train n'est survenue entre temps. La vitesse du véhicule 1 atteint la vitesse de consigne plus rapidement et plus tôt en termes de distance parcourue sur la deuxième zone P2. Ainsi, on évite la perte de temps liée au redémarrage du véhicule 1, ce qui réduit le 25 risque de retarder le véhicule 1 et d'autres véhicules ferroviaires qui le suivent. La qualité de service est ainsi améliorée. De plus, on évite une surconsommation d'énergie pour faire redémarrer le train et on évite l'usure prématurée des organes de freinage. Un exemple de fonctionnement du procédé de commande du véhicule 1 est maintenant décrit en référence à la figure 1. 30 D'abord, lors d'une étape 100, le calculateur 2 vérifie automatiquement si le frein d'urgence est déjà activé, par exemple en mesurant un signal représentatif de l'état du frein d'urgence fourni par l'interface 4. Dans le cas où le frein d'urgence n'est pas déjà activé, alors, lors d'une étape 102, le calculateur 2 vérifie si une condition de déclenchement du freinage d'urgence est 35 satisfaite. L'étape 102 comporte donc la comparaison de la vitesse instantanée de 3048936 7 déplacement du véhicule ferroviaire avec la vitesse limite prédéterminée de la courbe C2. La condition de déclenchement étant dite remplie uniquement si la vitesse de déplacement est supérieure à la vitesse limite prédéterminée. Dans le cas où la vitesse de déplacement est inférieure ou égale à la vitesse 5 prédéterminée, alors la condition n'est pas dite remplie. Le calculateur 2 retourne alors à l'étape 100. Cette boucle d'étapes est itérée à une fréquence relativement élevée, f0, choisie en fonction par exemple de la vitesse maximale que le véhicule ferroviaire est capable d'atteindre. 10 Dès que la condition est remplie, alors, lors d'une étape 106, le calculateur 2 déclenche l'actionnement du frein d'urgence, ici en envoyant un signal de commande d'activation à destination de l'interface 4. L'actionnement du frein d'urgence force le véhicule 1 à décélérer. Une fois déclenché, le frein d'urgence est automatiquement maintenu jusqu'à ce 15 que l'interface 4 reçoive un signal de commande de désactivation. Le calculateur 2 retourne alors à l'étape 100, qui est à nouveau exécutée. Dans le cas où, lors de l'étape 100, il est déterminé que le frein d'urgence est activé, alors, lors d'une étape 104, le calculateur 2 vérifie si une condition de déclenchement du freinage d'urgence est toujours satisfaite. L'étape 104 est par exemple 20 analogue à l'étape 102. Ici, la vitesse du véhicule 1 à cet instant est comparée à la vitesse limite de la courbe C2 que le véhicule 1 doit respecter pour ce même instant. Si au moins une condition est toujours satisfaite, alors le freinage d'urgence est maintenu et n'est pas interrompu. Le calculateur 2 retourne alors à l'étape 100. Cette nouvelle boucle d'étapes est itérée à la fréquence f0. 25 Dans le cas où aucune condition n'est plus satisfaite, par exemple parce que le véhicule 1 a suffisamment ralenti, alors, lors d'une étape 108, le calculateur 2 commande l'arrêt du frein d'urgence, ici en envoyant un signal de commande de désactivation du freinage à destination de l'interface 4. Le frein d'urgence est alors relâché. Le calculateur 2 retourne alors à l'étape 100 qui est à nouveau exécutée. 30 Parallèlement, le conducteur ou le module ATO peut reprendre la main sur la régulation de la vitesse du véhicule 1. Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour générer de nouveaux modes de réalisation. L'invention s'applique également pour commander l'arrêt du véhicule 1 en amont 35 d'un point d'arrêt, ce point d'arrêt étant associé à une vitesse maximale VM2 nulle en aval. 3048936 8 Cela permet d'éviter que le véhicule 1 ne s'arrête trop loin du point d'arrêt, mais au contraire de lui permettre de continuer de sorte à s'arrêter au plus près du point d'arrêt. L'invention s'applique également au cas où le véhicule 1 franchit un signal d'arrêt permissif placé sur la voie ferrée. De façon connue, un véhicule ferroviaire est tenu de 5 s'arrêter en amont d'un tel signal, mais est néanmoins autorisé à poursuivre sa route s'il franchit quand même ce signal, par exemple parce qu'il n'a pas pu s'arrêter à temps. Un tel franchissement d'un tel signal ne conduit généralement pas à une situation contraire à la sécurité. Dans ce cas, lorsque le véhicule 1 arrive en amont d'un tel signal d'arrêt permissif, 10 il reçoit une instruction correspondante de la part du système de signalisation ferroviaire, qui lui est transmise au moyen du système de communications précité. Par exemple, si le signal d'arrêt permissif est situé à la jonction entre les zones P1 et P2, la vitesse maximale VM2 prend la valeur zéro pour forcer l'arrêt du véhicule 1 s'il pénètre dans la zone P2. Le freinage d'urgence est alors déclenché par le calculateur 2, comme 15 précédemment expliqué, en amont du signal d'arrêt permissif pour empêcher le franchissement du signal. Si le véhicule 1 pénètre néanmoins dans la zone P2, par exemple parce qu'il se trouvait tellement près de ce signal lorsqu'il a reçu l'instruction correspondante, de sorte qu'il n'a pas eu le temps de ralentir suffisamment, alors le calculateur 2 reçoit, en 20 provenance du système de signalisation, une autorisation de poursuivre son déplacement à l'intérieur de la zone P2. Ici, la vitesse maximale VM2 prend une valeur non nulle. La condition de freinage d'urgence n'a plus lieu d'être. Lorsque le calculateur 2 exécute à nouveau le procédé et détecte que la condition de déclenchement n'est plus satisfaite, il désactive donc le frein d'urgence, autorisant le véhicule 1 à poursuivre. Au contraire, avec 25 un procédé de commande selon l'état de la technique, le véhicule 1 serait complètement immobilisé après avoir franchi le signal. Selon une variante, lors de l'étape 102, le calculateur 2 vérifie simultanément si plusieurs conditions de déclenchement du freinage d'urgence sont satisfaites. Il suffit que l'une d'entre elles soit satisfaite pour que le freinage d'urgence soit déclenché. Au 30 contraire, il faut qu'aucune des conditions de déclenchement du freinage d'urgence ne soit satisfaite pour que le frein d'urgence ne soit pas déclenché. Il en va de même lors de l'étape 104. REVENDICATIONS1.- Procédé de commande d'un véhicule ferroviaire (1), comportant des étapes consistant à : - vérifier (102), au moyen d'un calculateur électronique (2) embarqué du véhicule ferroviaire (1), si une condition de déclenchement d'un freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie ; et, dans l'affirmative, - déclencher (106) le freinage d'urgence dans le but d'arrêter le véhicule ferroviaire, au moyen du calculateur électronique (2), si la condition de déclenchement du freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est vérifiée ; caractérisé en ce que ce procédé consiste en outre, alors que le freinage d'urgence est déclenché et avant l'arrêt du véhicule ferroviaire, à : - répéter l'étape de vérification (104), au moyen du calculateur électronique (2), si une condition de déclenchement du freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie ; et, - à interrompre (108) le freinage d'urgence, au moyen du calculateur électronique (2), si et seulement si aucune condition de déclenchement du freinage d'urgence n'est remplie. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape consistant à vérifier si une condition de déclenchement d'un freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie comporte la comparaison (102, 104) d'une vitesse de déplacement (C3) du véhicule ferroviaire avec une vitesse limite prédéterminée (C2), la condition de déclenchement étant vérifiée uniquement si la vitesse de déplacement est supérieure à la vitesse limite prédéterminée. 3.- Procédé selon la revendication 2, dans lequel la vitesse limite prédéterminée (C2) est déterminée automatiquement en fonction d'informations transmises par un système de signalisation ferroviaire extérieur au véhicule ferroviaire (1). 4.- Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel la vitesse limite prédéterminée (C2) est déterminée en tenant compte d'une courbe de freinage du véhicule ferroviaire (1). 3048936 10 5.- Calculateur électronique (2) pour un système de commande d'un véhicule ferroviaire, ce calculateur électronique (2) étant programmé pour : - vérifier (102) si une condition de déclenchement d'un freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie ; et, dans l'affirmative, 5 - déclencher (106) le freinage d'urgence dans le but d'arrêter le véhicule ferroviaire, si la condition de déclenchement du freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est vérifiée ; le calculateur électronique (2) étant caractérisé en ce qu'il est en outre programmé pour, alors que le freinage d'urgence est déclenché et avant l'arrêt du véhicule ferroviaire, 10 à: - répéter l'étape de vérification (104) si une condition de déclenchement du freinage d'urgence du véhicule ferroviaire est remplie ; et, - à interrompre (108) le freinage d'urgence si et seulement si aucune condition de déclenchement du freinage d'urgence n'est remplie. 15 6.- Véhicule ferroviaire (1) comprenant un calculateur électronique (2) pour commander le véhicule ferroviaire, caractérisé en ce que le calculateur électronique (2) est conforme à la revendication 5. 20