Brevet FR3074469A1 — publié le 20190607

Vehicule ferroviaire comprenant un dispositif de freinage d'urgence La presente invention concerne un vehicule ferroviaire comprenant au moins une caisse, le vehicule etant destine a circuler sur une voie ferree, le vehicule comprenant un dispositif de freinage d'urgence. Les vehicules ferroviaires, notamment les tramways, sont equipes de differents systemes de freinage d'urgence. Generalement, les systemes de freins employes sont des systemes mecaniques, electrodynamiques, hydrodynamiques ou magnetiques. Lors du freinage d'un vehicule ferroviaire, la force de freinage resulte principalement de ('adherence entre les roues du vehicule et les rails formant la voie sur laquelle le vehicule circule. Un dispositif d'arret d'urgence est par exemple decrit dans W02014/049485. Ce dispositif comprend des plaques de frein destinees a entrer en contact avec l'exterieur du rail sur lequel le vehicule ferroviaire circule af in de ralentir le vehicule. Cependant, ce dispositif n'est pas adapte en cas de sortie du vehicule ferroviaire de la voie sur laquelle it circule, puisqu'il necessite un contact des freins avec les rails. En raison d'un fres faible coefficient de frottement entre les roues en acier et le sol, les vehicules derailles, c'est-a-dire sortis des rails, deviennent fres dangereux et ne sont pas arretes par les systemes de freinage d'urgence prevus pour arreter les vehicules lorsqu'ils sont sur les rails. Des dommages forts pourraient survenir alors qu'ils se deplacent de maniere incontrolee. En outre, les dispositifs de freinage d'urgence connus entrainent un freinage brusque, le plus souvent desagreable pour les voyageurs. L'un des buts de l'invention est de pallier les inconvenients decrits ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet un vehicule ferroviaire comprenant au moins une caisse, le vehicule etant destine a circuler sur une voie ferree, le vehicule comprenant un dispositif de freinage d'urgence' le dispositif comprenant : - au moins un module de freinage, chaque module comprenant un element de contact destine a etre en contact avec le sol au moment du freinage, ('element de contact etant mobile entre une position escamotee dans laquelle ('element de contact n'est pas en contact avec le sol, et une position deployee dans laquelle ('element de contact est en contact avec le sol et est apte a ralentir le vehicule ferroviaire en mouvement en appliquant un effort de pression au sol, et - au moins une unite de controle propre a communiquer des ordres au module de freinage, 2 dans lequel ('unite de controle est apte a communiquer au module de freinage l'ordre de deployer ('element de contact du module de freinage dans sa position deployee lorsqu'au moins une partie du vehicule sort de la voie ferree sur laquelle le vehicule circule. 5 Un tel dispositif de freinage d'urgence permet de compenser le defaut d'adherence entre les roues du vehicule et un revetement de sol lorsque le vehicule est sorti de la voie ferree sur laquelle it circule, et ainsi d'eviter des degats materiels et humains pouvant etre causes par un tel defaut d'adherence. La distance de course apres un deraillement d'un vehicule ferroviaire comprenant 10 un tel dispositif de freinage d'urgence est ainsi maitrisee et limitee. Le vehicule ferroviaire selon ('invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caracteristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables : - le vehicule s'etend suivant une direction longitudinale, dans lequel ('unite de 15 controle comprend un capteur de mesure d'acceleration longitudinale du vehicule et un calculateur de la derivee de ('acceleration longitudinale, ('unite de controle etant apte a asservir l'effort de pression au sol du module de freinage a ('acceleration et a la derivee de ('acceleration dans la direction longitudinale ; - le module de freinage comprend un actionneur apte a deployer ('element de 20 contact de la position escamotee a la position deployee de maniere controlee par ('unite de controle ; - ('element de contact du module de freinage est un coussin gonflable et l'actionneur est un systerne pyrotechnique comprenant des charges ; - ('element de contact du module de freinage est un patin de contact et l'actionneur 25 est un dispositif de liaison reliant le patin mecanique a la caisse du vehicule ferroviaire ; - ('unite de controle comprend, en outre, un capteur de mesure d'acceleration transversale du vehicule apte a detecter un choc entre le vehicule ferroviaire et un element exterieur au vehicule ; et - le vehicule comprend une pluralite de voitures, chaque voiture comprenant au 30 moins un module de freinage et dans lequel ('unite de controle est agencee pour deployer chaque element de contact de la position escamotee a la position deployee de sorte que l'effort de pression au sol de chaque module de freinage soit degressif de l'arriere du vehicule vers ('avant du vehicule. L'invention concerne egalement un procede de freinage d'urgence pour un 35 vehicule ferroviaire apres une sortie de voie du vehicule, le procede comprenant les etapes suivantes : 3 - fourniture du dispositif de freinage d'urgence selon l'invention ; - detection d'une sortie de la voie d'au moins une partie du vehicule ferroviaire ; - activation de ('unite de controle ; - activation du module de freinage par ('unite de controle ; 5 - deploiement de ('element de contact du module de freinage de la position escamotee a la position deployee pour que ('element de contact entre en contact avec le sol ; et - freinage du vehicule ferroviaire. Suivant des modes de realisation particuliers de l'invention, le procede selon 10 l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caracteristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables : - le vehicule comporte une pluralite de voitures comportant chacune au moins un module de freinage, et dans lequel l'effort de pression au sol est degressif de l'arriere du vehicule vers ('avant du vehicule ; et 15 - le procede de freinage comprend en outre une etape de regulation de l'effort de pression au sol de chaque module de freinage par ('unite de controle pour que la distance de freinage soit la plus courte possible. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui va suivre, donnee uniquement a titre d'exemple et faite en se referant aux dessins sur lesquels : 20 - la figure 1 est une vue schernatique laterale d'un vehicule ferroviaire equipe d'un dispositif de freinage d'urgence selon un premier mode de realisation de l'invention, dans lequel ('element de freinage est en position escamotee ; - la figure 2 est une vue schernatique du vehicule de la figure 1, dans lequel ('element de freinage est en position deployee ; 25 - la figure 3 est une vue schernatique d'un vehicule ferroviaire equipe d'un dispositif de freinage d'urgence selon un deuxierne mode de realisation de l'invention, dans lequel ('element de freinage est en position escamotee ; et - la figure 4 est une vue schernatique laterale du vehicule de la figure 3, dans lequel ('element de freinage est en position deployee. 30 On a represents, sur les figures 1 et 2, un vehicule ferroviaire 10, par exemple un tramway, selon un premier mode de realisation de l'invention. Le vehicule 10 est propre a circuler sur une voie, notamment une voie ferree, c'est-a-dire formee par des rails sur lesquels le vehicule 10 est dispose et definissant la trajectoire suivie par le vehicule 10. 35 Le vehicule ferroviaire 10 comprend une pluralite de voitures 12. Chaque voiture 12 comprend une caisse 14. 4 Au moins une voiture 12 comprend des roues 16 comme connu en soi. Chaque roue 16 comprend une partie exterieure 17 destinee a entrer en contact avec le rail sur lequel la roue 16 est positionnee. Selon un mode de realisation, la partie exterieure 17 est realisee en metal. 5 Le vehicule 10 comprend au moins une voiture d'extremite 18. Dans tout ce qui suit les termes « avant », « arriere », « gauche », « droit », « sur » et « sous » s'entendent par rapport au sens de deplacement vers l'avant indique par une fleche D sur les figures. Les termes « longitudinal », « transversal », s'entendent par rapport au vehicule 10. 10 En effet, le vehicule 10 est propre a circuler dans les deux sens, les extremites avant et arriere etant identiques. Selon le sens de circulation, l'une des voitures d'extremites 18 forme une voiture de tete, qui est celle qui se situe a l'avant du vehicule 10 par rapport au sens de deplacement. 15 Chaque voiture d'extremite 18 presente une cabine de pilotage 20, prevue a une extremite 22 de la voiture d'extremite 18. Le vehicule 10 comprend au moins un systerne de freinage de service choisi parmi un frein hydromecanique, un frein electromagnetique et un frein electromecanique. Ce systerne de freinage est utilise au cours du fonctionnement normal du vehicule 10 pour 20 ralentir et/ou arreter celui-ci. Le vehicule 10 comprend en outre un dispositif de freinage d'urgence 100 agence pour freiner le vehicule 10 lorsqu'au moins une partie du vehicule 10 sort de la voie sur laquelle ce vehicule circule, c'est-a-dire lorsque le vehicule « deraille ».. Au moins une voiture 12, 18 comprend le dispositif de freinage d'urgence 100. De 25 preference, chaque voiture 12, 18 comporte le dispositif de freinage d'urgence 100. Le dispositif de freinage d'urgence 100 comprend au moins un module de freinage 102 et une unite de controle 104 propre a communiquer des ordres au module de freinage 102. Le module de freinage 102 est relie a la caisse 14 du vehicule 10 par des 30 elements de fixation, tels que des boulons ou des rivets. De preference, le module de freinage 102 est situe sous la voiture 12, 18 correspondante. Le module de freinage 102 comprend un element de contact 106 dont au moins une partie 107 est destinee a etre en contact avec le sol au moment du freinage. 5 La partie 107 de ('element de contact 106 destinee a etre en contact avec le sol est realisee dans un materiau apte a maximiser l'effort de pression au sol lors du freinage quel que soit le type de sol et quelles que soient les conditions meteorologiques. Par maximiser l'effort de pression, on entend que les forces de frottement entre la 5 partie 107 et le sol sont augmentees et importantes, par exemple par rapport aux forces de frottement entre un element metallique et le sol. Typiquement, l'effort de frottement genere entre la partie 107 et le sol est compris entre 5 tonnes et 15 tonnes. Par exemple, la partie 107 destinee a etre en contact avec le sol est realisee en caoutchouc, ou en materiaux composites charges de particules metalliques ou 10 ceramiques. L'element de contact 106 peut etre adapte au type de sol sur lequel la voie est disposee de maniere a garantir le freinage d'urgence hors voie ferree. Par exemple, ('element de contact 106 peut etre adapte a un sol en materiau meuble tel que de la terre, ou a un sol en materiau dur tel que du beton, la structure de la partie 107 est donc 15 travaillee pour maximiser ('adherence sur la diversite de sols rencontres. L'element de contact 106 est mobile entre une position escamotee dans laquelle ('element de contact 106 n'est pas en contact avec le sol, et une position deploy& dans laquelle ('element de contact 106 est en contact avec le sol et est apte a ralentir le vehicule ferroviaire 10 en mouvement en appliquant un effort de pression au sol. 20 Le module de freinage102 comprend un actionneur 108 apte a deployer ('element de contact 106 de sa position escamotee a sa position deploy& de maniere control& par ('unite de controle 104. L'unite de controle 104 est apte a communiquer au module de freinage 102 l'ordre de deployer ('element de contact 106 dans sa position deploy& lorsqu'au moins une 25 partie du vehicule 10 sort de la voie sur laquelle le vehicule 10 circule. L'unite de controle 104 et le modules de freinage 102 sont par exemple relies entre eux par des cables C. Selon l'exemple decrit, ('unite de controle 104 est a declenchement manuel. L'unite de controle 104 comprend par exemple au moins un bouton 109 ou au moins une poignee 30 109 a declenchement manuel situ& dans au moins une voiture 12, 18 du vehicule 10, relie a un systeme apte a envoyer au moins un signal au module de freinage 102 en cas de sortie de voie d'au moins une partie du vehicule 10. Ce signal comprend au moins une information de declenchement de ('actionneur 108 pour deployer ('element de contact 106 de sa position escamotee a sa position deployee. 35 Selon un autre exemple, ('unite de controle 104 est a declenchement automatique. Selon cet exemple, ('unite de controle 104 comprend au moins un capteur 109 de sortie 6 de la voie sur laquelle le vehicule 10 circule. Le capteur de sortie de la voie est apte a envoyer au moins un signal au module de freinage 102 en cas de sortie de voie d'au moins une partie du vehicule 10. Ce signal comprend au moins une information de declenchement de l'actionneur 108 pour deployer ('element de contact 106 de sa position 5 escamotee a sa position deployee. Selon un mode de realisation particulier, ('unite de controle 104 peut etre declenchee de maniere automatique et manuelle. De preference, ('unite de controle 104 comprend un capteur de mesure d'acceleration longitudinale 110 du vehicule et un calculateur 112 de la derivee de 10 ('acceleration. Le capteur de mesure d'acceleration longitudinale 110 est par exemple un accelerometre longitudinal 110. L'unite de controle 104 est apte a asservir l'effort de pression au sol du module de freinage a ('acceleration et a la derivee de ('acceleration dans la direction longitudinale L. 15 Cet asservissement est adapte de sorte que la distance de freinage soit la plus courte possible, et que le freinage soit le moins brutal possible. Avantageusement, chaque voiture 12, 18 comprend au moins un module de freinage 102 et ('unite de controle 104 est agencee pour deployer chaque element de contact 106 de la position escamotee a la position deployee. De preference, ('unite de 20 controle 104 est agencee pour que l'effort de pression au sol de chaque module de freinage 102 soit degressif de l'arriere du vehicule 10 vers l'avant du vehicule 10 c'est-adire que l'effort de pression au sol a l'arriere du vehicule est superieur a l'effort de pression au niveau de la voiture de tete 18 du vehicule 10. Ainsi, la repartition de la puissance de freinage est telle que la mise en accordeon 25 du vehicule 10 est evitee. Par ailleurs, un freinage moins puissant a l'avant du vehicule 10 aide a arreter completement le vehicule 10. En variante, chaque voiture 12 comporte une unite de controle 104 propre a communiquer des ordres au module de freinage 102 associe. Selon un mode de realisation, ('unite de controle 104 comprend, en outre, un 30 capteur de mesure 114 d'acceleration transversale du vehicule 10. Le capteur de mesure 114 d'acceleration transversale est apte a detecter un choc entre le vehicule 10 et un element exterieur au vehicule 10. Un tel choc est parfois a l'origine de la sortie de voie du vehicule 10. En cas d'un tel choc, ('unite de controle 104 est apte a envoyer un signal au module de freinage 102. Ce signal comprend au moins 35 une information de declenchement de l'actionneur 108 pour deployer ('element de contact 106 de sa position escamotee a sa position deployee. 7 Selon le mode de realisation represents par les figures 1 et 2, ('element de contact 106 du module de freinage 102 est un coussin gonflable. Le coussin gonflable est par exemple fixe a la caisse du vehicule 10 par l'intermediaire d'une semelle metallique vissee sur la structure. 5 En position escamotee, le coussin gonflable est degonfle, il n'est pas en contact avec le sol comme represents sur la figure 1. En position deployee, le coussin gonflable est gonfle, il est en contact avec le sol comme represents sur la figure 2 et applique un effort de pression au sol proportionnel a la pression interne du coussin. 10 Selon ce mode de realisation, l'actionneur 108 est par exemple un systeme pyrotechnique comprenant des charges ou un reservoir sous pression couple a une electrovanne. De preference, dans le cas d'un systeme pyrotechnique, les charges sont declenchees de maniere controlee par ('unite de controle 104. 15 L'ordre de declenchement des charges est egalement controle par ('unite de controle 104. Cela permet de maitriser la pression interne du coussin et donc la pression de contact du coussin avec le sol. Le vehicule 10 est freine en fonction de la pression de contact du coussin avec le sol. En effet, plus la pression est importante et plus le temps 20 de freinage sera court. Un tel systeme pyrotechnique presente l'avantage d'être reactif et fres rapide. Les figures 3 et 4 representent un deuxieme mode de realisation du module de freinage 102. Selon ce mode de realisation, ('element de contact 106 du module de freinage 102 25 est un patin mecanique. En position escamotee, le patin mecanique est replie sous la caisse 14 du vehicule 10, il n'est pas en contact avec le sol comme represents sur la figure 3. En position deployee, le patin mecanique est deplie, il est en contact avec le sol comme represents sur la figure 4 et applique un effort de pression au sol proportionnel a 30 la surface de contact du patin mecanique avec le sol. Selon ce mode de realisation, l'actionneur 108 est un dispositif de liaison reliant le patin mecanique a la caisse 14 du vehicule ferroviaire 10. Le dispositif de liaison comprend par exemple un verin hydraulique ou un verin electrique. 35 Selon une variante, le patin mecanique est deploys passivement par arc- boutement. Selon cette variante, un dispositif libere une semelle de freinage qui tombe 8 sur la voie ferree. La semelle est maintenue par des bras mecaniques relies a la structure. Ces bras etant plus longs que la hauteur entre le sol et la structure, s'arc-boutent sous l'effet du freinage et du poids du tramway. Une butee d'angle garantit que les bras mecaniques ne puissent se retourner sous l'effet de la force de freinage. 5 De preference, ('effort de pression appliqué par le patin mecanique sur le sol est controle par ('unite de controle 104. Le vehicule 10 est freine en fonction de la pression de contact du patin mecanique avec le sol. Un exemple de procede de freinage d'urgence pour un vehicule ferroviaire 10 10 comprenant le dispositif de freinage d'urgence 100 decrit ci-dessus va maintenant etre decrit. Le vehicule 10 circule sur une voie prevue a cet effet. Au moins une partie du vehicule ferroviaire 10 sort de la voie. La sortie de voie du vehicule 10 est par exemple causee par un choc entre le vehicule 10 et un element exterieur au vehicule 10, par 15 exemple un vehicule a moteur. Dans le cas 0E1 ('unite de controle 104 est a declenchement manuel, ('agent observe la sortie de voie du vehicule 10 et active ('unite de controle 104. L'unite de controle 104 communique des ordres au module de freinage 102 de maniere a declencher l'actionneur 108. L'actionneur 108 deploie ('element de contact 106 20 de sa position escamotee a sa position deployee. Le vehicule 10 est freine. Selon un autre exemple, ('unite de controle 104 est a declenchement automatique. Le capteur de sortie de la voie sur laquelle le vehicule 10 circule detecte la sortie de voie d'au moins une partie du vehicule 10. 25 L'unite de controle 104 envoie un signal au module de freinage 102. Ce signal comprend au moins une information de declenchement de l'actionneur 108. L'actionneur 108 est declenche et deploie ('element de contact 106 de sa position escamotee a sa position deployee. En cas de choc entre le vehicule 10 et un element exterieur au vehicule 10, selon 30 le mode de realisation dans lequel ('unite de controle 104 comprend un capteur de mesure de ('acceleration transversale du vehicule 10, le capteur de mesure de ('acceleration transversale detecte le choc et ('unite de controle 104 envoie un signal au module de freinage 102 pour deployer ('element de contact 106 de sa position escamotee a sa position deployee. 35 Le vehicule 10 est freine. 9 Selon le mode de realisation dans lequel ('unite de controle 104 comprend un capteur de mesure de ('acceleration longitudinale du vehicule 10 et un calculateur de la derivee de ('acceleration dans la direction longitudinale, le capteur de mesure de ('acceleration longitudinale prend une mesure. Le calculateur calcule la derivee de 5 ('acceleration dans la direction longitudinale L. L'unite de controle 104 asservit l'effort de pression au sol du module de freinage a ('acceleration et a la derivee de ('acceleration dans la direction longitudinale L. Le signal envoye par ('unite de controle 104 au module de freinage 102 comprend en outre une information quantitative pour reguler les efforts de pression au sol du module de freinage 10 102. La distance de freinage est alors la plus courte possible. Ainsi, lorsque ('element de contact 106 est un coussin gonflable, le systeme pyrotechnique ou le reservoir sous pression 108 est declenche, entrainant un gonflage du coussin gonflable par une augmentation de la pression interne du coussin generant un effort de pression au sol du coussin proportionnel a la pression interne du coussin. 15 Le vehicule 10 est freine. Lorsque ('element de contact 106 est un patin mecanique, le verin hydraulique ou electrique est declenche, entrainant un deploiement du patin dans sa position deployee en contact avec le sol. Le vehicule 10 est freine. 20 Avantageusement, chaque voiture 12 comporte au moins un module de freinage 102. L'unite de controle 104 communique de preference des ordres selectivement a chaque module de freinage 102, de sorte que l'effort de pression au sol est degressif de l'arriere du vehicule 10 vers ('avant du vehicule 10, comme decrit precedemment. Grace a ('invention, des degats materiels et humains sont evites lors d'une sortie 25 de voie du vehicule. Le dispositif de freinage d'urgence est reactif et rapide, la distance de course d'un tel vehicule ferroviaire 10 apres un deraillement est ainsi maitrisee. En outre, l'intensite du freinage est adapt& afin de controler en temps reel la deceleration et sa derivee, REVENDICATIONS1.- Vehicule ferroviaire (10) comprenant au moins une caisse (14), le vehicule (10) etant destine a circuler sur une voie ferree, le vehicule comprenant un dispositif de freinage d'urgence (100), le dispositif (100) comprenant : - au moins un module de freinage (102), chaque module (102) comprenant un element de contact (106) destine a etre en contact avec le sol au moment du freinage, ('element de contact etant mobile entre une position escamotee dans laquelle ('element de contact (106) n'est pas en contact avec le sol, et une position deployee dans laquelle ('element de contact (106) est en contact avec le sol et est apte a ralentir le vehicule ferroviaire (10) en mouvement en appliquant un effort de pression au sol, et - au moins une unite de controle (104) propre a communiquer des ordres au module de freinage (102), dans lequel ('unite de controle (104) est apte a communiquer au module de freinage (102) l'ordre de deployer ('element de contact (106) du module de freinage (102) dans sa position deployee lorsqu'au moins une partie du vehicule (10) sort de la voie ferree sur laquelle le vehicule (10) circule. 2.- Vehicule (10) selon la revendication 1, s'etendant suivant une direction longitudinale (L), dans lequel ('unite de controle (104) comprend un capteur de mesure d'acceleration longitudinale (110) du vehicule (10) et un calculateur de la derivee de ('acceleration longitudinale (112), ('unite de controle (104) etant apte a asservir ('effort de pression au sol du module de freinage (102) a ('acceleration et a la derivee de ('acceleration dans la direction longitudinale (L). 3.- Vehicule (10) selon la revendication 2, dans lequel le module de freinage (102) comprend un actionneur (108) apte a deployer ('element de contact (106) de la position escamotee a la position deployee de maniere controlee par ('unite de controle (104). 4.- Vehicule (10) selon la revendication 3, dans lequel ('element de contact (106) du module de freinage (102) est un coussin gonflable et l'actionneur (108) est un systeme pyrotechnique comprenant des charges. 5.- Vehicule (10) selon la revendication 3, dans lequel ('element de contact (106) du module de freinage (102) est un patin de contact et l'actionneur (108) est un dispositif de liaison reliant le patin mecanique a la caisse (14) du vehicule ferroviaire (10). 11 6.- Vehicule (10) selon l'une quelconque des revendications precedentes, dans lequel ('unite de controle (104) comprend, en outre, un capteur de mesure d'acceleration transversale (114) du vehicule (10) apte a detecter un choc entre le vehicule ferroviaire (10) et un element exterieur au vehicule (10). 5 7.- Vehicule (10) selon l'une quelconque des revendications precedentes, comprenant une pluralite de voitures (12), chaque voiture (12) comprenant au moins un module de freinage (102) et dans lequel ('unite de controle (104) est agencee pour deployer chaque element de contact (106) de la position escamotee a la position 10 deployee de sorte que ('effort de pression au sol de chaque module de freinage (102) snit degressif de l'arriere du vehicule (10) vers ('avant du vehicule (10). 8.- Procede de freinage d'urgence pour un vehicule ferroviaire (10) apres une sortie de voie du vehicule (10), le procede comprenant les etapes suivantes : 15 - fourniture du dispositif de freinage d'urgence (100) selon l'une quelconque des revendications 1 a 7 ; - detection d'une sortie de la voie d'au moins une partie du vehicule ferroviaire (10); - activation de ('unite de controle (104) ; 20 - activation du module de freinage (102) par ('unite de controle (104); - deploiement de ('element de contact (106) du module de freinage (102) de la position escamotee a la position deployee pour que ('element de contact (106) entre en contact avec le sol, - freinage du vehicule ferroviaire (10). 25 9.- Procede de freinage selon la revendication 8, dans lequel le vehicule (10) comporte une pluralite de voitures (12) comportant chacune au moins un module de freinage (102), et dans lequel ('effort de pression au sol est degressif de l'arriere du vehicule (10) vers ('avant du vehicule (10). 30 10.- Procede de freinage selon la revendication 8 ou 9, comprenant en outre une etape de regulation de ('effort de pression au sol de chaque module de freinage (102) par ('unite de controle (104) pour que la distance de freinage snit la plus courte possible.