Brevet FR3088879A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : Véhicule ferroviaire comportant un système de freinage perfectionné [0001] La présente invention concerne un véhicule ferroviaire comportant un système de freinage. [0002] Les systèmes de freinage connus dans l'état de la technique comportent des moyens de freinage dynamique et des moyens de freinage par friction. [0003] Les moyens de freinage dynamique sont généralement formés par des moyens de traction du véhicule ferroviaire, le freinage dynamique consistant en une réduction de la vitesse grâce à ces moyens de traction. [0004] Les moyens de freinage par friction agissent quant à eux mécaniquement au niveau des essieux de bogies du véhicule. Ces moyens de freinage comprennent des disques de frein solidaires des essieux, et des garnitures dc frein, les garnitures étant munies de matériaux dc friction. Le freinage par friction est réalisé par serrage de chaque disque de friction entre deux garnitures de friction correspondantes. [0005] Les matériaux dc friction s'usent lors des freinages, et doivent régulièrement être remplacés lors d'opérations de maintenance. Le remplacement de ces matériaux de friction implique un coût important, notamment sur un véhicule ferroviaire à grande vitesse ou à très grande vitesse. [0006] Afin de réduire l'usure des matériaux de friction, les efforts de freinage demandés au véhicule ferroviaire sont généralement répartis entre les moyens de freinage dynamique et les moyens de freinage par friction. Toutefois, cette répartition n'est généralement pas satisfaisante dans l'état dc la technique, car elle n'entraine pas une réduction d'usure satisfaisante. [0007] Ainsi, l'invention a notamment pour but de éduire de manière optimale l'usure des matériaux dc friction. [0008] A cet effet, l'invention a notamment pour objet un véhicule ferroviaire, comportant un ensemble d'au moins une voiture et comportant au moins un bogie portant l'ensemble, l'ensemble comprenant au moins une voiture motrice comportant un dispositif de traction, le véhicule comprenant un système de freinage comprenant des moyens de freinage par friction équipant chaque bogie, et des moyens de freinage dynamique formés par le dispositif de traction, [0009] caractérisé en ce que le système de freinage comporte : [0010] - un unique organe de commande de traction/freinage, permettant de donner une consigne de freinage globale, [0011] - une unité centrale de freinage, reliée à l'organe de commande de manière à recevoir 2 la consigne de freinage globale, et comprenant : [0012] - des moyens de calcul d'un effort de freinage global nécessaire pour répondre à la consigne de freinage globale, en fonction de paramètres du véhicule ferroviaire influant sur cet effort de freinage global des moyens de calcul d'un effort de freinage dynamique à assurer par les moyens de freinage dynamique, configurés pour établir si les moyens de freinage dynamique suffisent à assurer l'intégralité de l'effort de freinage global, et pour donner une consigne d'effort de freinage dynamique correspondant à l'effort de freinage global si les moyens de freinage dynamique suffisent à assurer l'intégralité de l'effort de freinage global, et, dans le cas contraire, pour donner une consigne d'effort de freinage dynamique égale à une capacité maximale de freinage des moyens de freinage dynamique, et des moyens de calcul d'un effort de freinage à assurer par les moyens de freinage par friction, configurés pour donner une consigne d'effort de freinage par friction nulle aux moyens de freinage par friction si les moyens de freinage dynamique suffisent à assurer l'intégralité de l'effort de freinage global, et pour donner une consigne d'effort de freinage par friction correspondant à la différence entre l'effort de freinage global et l'effort de freinage dynamique dans le cas contraire. [0013] L'invention permet de prioriscr de manière automatique le recours au freinage dynamique (réduction de la vitesse directement par les moyens de traction) plutôt qu'au freinage par friction. Les moyens de freinage par friction sont donc sollicités au minimum, ce qui permet de prolonger la durée de vie des matériaux de friction, et donc de réduire les coûts de maintenance. [0014] Un véhicule ferroviaire selon l'invention peut comporter en outre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toute combinaison techniquement envisageable. [0015] - L'unité centrale est propre à collecter et/ou mémoriser des paramètres du véhicule ferroviaire influant sur l'effort de freinage global nécessaire pour répondre à la consigne de freinage global. [0016] - Les paramètres pris en compte par les moyens de calcul d'effort de freinage global comportent au moins l'un des paramètres suivants : - la capacité maximale des moyens de freinage dynamique; - une capacité maximale des moyens de freinage par friction, pour chaque bogie; - un niveau d'adhérence roue-rail maximum qui peut être sollicité sur chaque bogie; - une masse supportée individuellement par chaque bogie; et - une disponibilité de freinage par friction de chaque bogie. [0017] - Les bogies du véhicule ferroviaire comprennent au moins un bogie moteur associé au dispositif de traction et les paramètres pris en compte par les moyens de calcul 3 d'effort de freinage global comportent au moins l'un des paramètres suivants : - la capacité maximale des moyens de freinage dynamique pour chaque bogie moteur; une capacité maximale des moyens de freinage par friction, pour chaque bogie; - un niveau d'adhérence roue-rail maximum qui peut être sollicité sur chaque bogie; - une niasse supportée individuellement par chaque bogie; et - une disponibilité de freinage dynamique pour chaque bogie moteur et/ou de freinage par friction pour chaque bogie. [0018] - Les moyens de calcul d'un effort de freinage à assurer par les moyens de freinage par friction sont configurés pour calculer l'effort de freinage à assurer par les moyens de freinage par friction de chaque bogie, ces moyens de calcul déterminant une consigne bogie par bogie. [0019] - Les moyens de calcul d'un effort de freinage à assurer par les moyens de freinage par friction sont propres à prendre en compte une disponibilité de freinage par friction de chaque bogie pour calculer l'effort de freinage à assurer par les moyens de freinage par friction de chaque bogie, de sorte qu'un bogie non disponible ne se voit pas affecter un effort, et l'effort à réaliser par les bogies n'est réparti que sur les bogies actifs au freinage. [0020] - Le véhicule comprend au moins une voiture remorque, dépourvue de dispositif de traction, et comportant au moins un bogie porteur. [0021] L'invention concerne également un procédé de freinage d'un véhicule ferroviaire tel que défini précédemment, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : [0022] - fourniture d'une consigne de freinage globale par l'organe de commande, [0023] - réception de la consigne de freinage globale par l'unité centrale de freinage, [0024] - calcul d'un effort de freinage global nécessaire pour répondre à la consigne de freinage globale, en fonction de paramètres du véhicule ferroviaire influant sur cet effort de freinage global, [0025] - calcul d'un effort de freinage dynamique à assurer par les moyens de freinage dynamique, comprenant la comparaison d'une capacité maximale de freinage des moyens de freinage dynamiques, [0026] - si les moyens de freinage dynamique suffisent à assurer l'intégralité de l'effort de freinage global, alors l'intégralité de l'effort de freinage global est assurée par les moyens de freinage dynamique, [0027] - si les moyens de freinage dynamique ne suffisent pas à assurer l'intégralité de l'effort de freinage global, alors les moyens de freinage dynamique sont activés selon leur capacité maximale de freinage, [0028] - calcul d'un effort de freinage à assurer par les moyens de freinage par friction, de manière à donner une consigne d'effort de freinage par friction nulle aux moyens de freinage par friction si les moyens de freinage dynamique suffisent à assurer l'intégralité de l'effon de freinage global, et à donner une consigne d'effort de freinage par friction correspondant à la différence entre l'effort de freinage global et l'effort de freinage dynamique dans le cas contraire. [0029] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à [Fig 1] la figure unique annexée, représentant schématiquement un système de freinage équipant un véhicule ferroviaire selon un exemple de mode de réalisation de l'invention. [0030] Un véhicule ferroviaire selon l'invention comporte un ensemble d'au moins une voiture. Au moins une voiture est motrice, et l'ensemble comporte de manière optionnelle au moins une voiture remorque. [0031] La voiture motrice comporte un dispositif de traction, comprenant notamment au moins un bogie et notamment au moins bogie moteur 6. Ce bogie moteur 6 est propre à la voiture motrice, ou en variante partagé avec une voiture adjacente, auquel cas la voiture motrice et la voiture adjacente reposent toutes deux sur ce bogie moteur 6 partagé. [0032] Chaque voiture remorque comporte par ailleurs au moins un bogie porteur 7, c'est-à-dire dépourvu de moyens de traction. Ce bogie porteur 7 est propre à la voiture remorque, ou en variante partagé avec une voiture adjacente, auquel cas la voiture remorque et la voiture adjacente reposent toutes deux sur ce bogie porteur 7 partagé. [0033] Conformément à une variante, la voiture motrice peut reposer sur un bogie porteur 7 et un bogie moteur 6. [0034] Chaque bogie, porteur 7 ou moteur 6, comporte au moins un essieu muni de deux roues, et généralement deux essieux. [0035] Le véhicule ferroviaire comporte des moyens 8 de freinage par friction, comprenant pour au moins l'une, de préférence chaque, roue de chaque bogie, un dispositif de freinage par friction équipant cette roue. Un tel dispositif de freinage comprend de manière classique un disque de frein, solidarisé en rotation avec la roue, et des garnitures de frein. Chaque garniture de frein comporte de manière classique un matériau de friction. [0036] En variante, des dispositifs de freinage sont associés aux essieux plutôt qu'aux roues. [0037] Chaque bogie moteur 6 comporte en outre des moyens de traction 9, comprenant au moins un moteur de traction de type classique, relié cinématiquement à au moins un essieu du bogie moteur 6, dit essieu motorisé. Les moyens de traction 9 forment des moyens de freinage dynamique. En effet, il est possible d'accélérer ou de décélérer le véhicule ferroviaire par l'intermédiaire de ces moyens de traction 9. [0038] Le véhicule ferroviaire comporte un système de freinage 10, représenté sur la figure 1. [0039] Le système de freinage 10 comporte, pour chaque bogie moteur, des moyens 12 de contrôle de freinage dynamique et des moyens 14 de contrôle de freinage par friction. [0040] Les moyens de contrôle de freinage dynamique 12 sont propres à commander les moyens de freinage dynamique 9, et plus particulièrement à commander les moteurs de traction pour effectuer un freinage dynamique. [0041] Les moyens de contrôle de freinage par friction 14 sont propres à commander les moyens de freinage par friction 8, et plus particulièrement à commander le serrage des garnitures de frein contre le disque de frein pour effectuer un freinage par friction. [0042] Le système de freinage 10 selon l'invention comporte un unique organe de commande de traction/freinage 16, notamment un manipulateur de traction/freinage. Cet organe de commande 16 est par exemple manuel, auquel cas il permet à un conducteur du véhicule ferroviaire de donner au système de freinage 10 une consigne 100 de freinage globale variable en fonction de la position de cet organe de commande 16. [0043] En variante, l'organe de commande est formé par un dispositif de contrôle au- tomatique du véhicule ferroviaire agissant soit à la place du conducteur, soit en surveillance des actions de celui-ci. Cet organe de commande automatique est alors propre à fournir automatiquement la consigne de freinage 100 au système de freinage 10. [0044] Le système de freinage 10 comporte une unité centrale de freinage 18, reliée à l'organe de commande 16 de manière à recevoir la consigne de freinage globale 100. [0045] L'unité centrale 18 comporte des moyens 20 de calcul d'un effort de freinage global 110 nécessaire pour répondre à la consigne de freinage globale 100. [0046] A cet effet, l'unité centrale 18 est propre à collecter etlou mémoriser des paramètres 120 du véhicule ferroviaire influant sur l'effort de freinage nécessaire. [0047] Les paramètres 120 pris en compte par l'unité centrale 18 sont notamment les suivants : [0048] - la capacité maximale des moyens de freinage dynamique 9, pour chaque bogie moteur 6 (c'est-à-dire l'effort de freinage dynamique maximal pouvant être assuré par chaque bogie moteur 6) ; [0049] - la capacité maximale des moyens de freinage par friction 8 pour chaque bogie 6, 7 (c'est-à-dire l'effort de freinage par friction maximal pouvant être assuré par chaque bogie 6, 7) ; [0050] - le niveau d'adhérence roue-rail maximum qui peut être sollicité sur chaque bogie 6, 7; [0051] - la masse supportée individuellement par chaque bogie 6, 7 ; [0052] - la disponibilité de freinage dynamique etlou par friction de chaque bogie 6, 7 (c'est-à-dire, pour chaque bogie, si ce bogie est disponible pour assurer un freinage (le bogie est alors dit disponible), ou s'il n'est pas disponible pour assurer le freinage, notamment en cas de défaillance (le bogie est alors dit isolé)). 6 [0053] La masse supportée individuellement par chaque bogie 6, 7, est collectée par des moyens de mesure de masse classiques, par exemple via la mesure de pression dans des coussins de suspension secondaire des bogies 6, 7. [0054] Le paramètre de disponibilité consiste à établir si les moyens de freinage par friction sont actifs ou isolés, pour chaque bogie 6, 7. Pour chaque bogie, la disponibilité de freinage par friction peut être déterminée en analysant l'état d'un contact associé à un robinet d'isolement et de purge des circuits pneumatiques ou hydrauliques de freinage du bogie, ou l'état d'isolement renvoyé par les moyens 14 de contrôle de freinage par friction suite à une commande d'isolement à distance. Par ailleurs, la disponibilité de freinage dynamique est établie par isolement automatique ou manuel en cas de défaut, et remontée de l'information vers l'unité centrale 18 via un réseau informatique. [0055] Les moyens de calcul 20 calculent l'effort dc freinage 110 au niveau global du véhicule ferroviaire, à partir des paramètres 120 mentionnés ci-dessus et de la consigne 100 donnée par le conducteur au manipulateur 16 ou par le dispositif de contrôle automatique. [0056] L'unité centrale 18 comporte par ailleurs des moyens 22 de calcul d'un effort de freinage 130 à assurer par les moyens de freinage dynamique 9 en tenant compte de la niasse totale du véhicule ferroviaire. [0057] En d'autres termes, les moyens de calcul 22 établissent si, en fonction dc la vitesse, les moyens de freinage dynamique, c'est-à-dire le frein dynamique des bogies moteurs 6 sur lesquels il est disponible (non isolé), suffisent à couvrir la consigne d'effort requise. Si cela est le cas, l'intégralité de l'effort de freinage est assurée par les moyens de freinage dynamique 9. [0058] Dans le cas contraire, l'effort maximal possible du frein dynamique est demandé aux moyens de freinage dynamiques 9, et la différence qui en résulte avec la consigne d'effort global 110 est reportée sur les moyens de freinage par friction 8. [0059] On notera que la consigne de freinage dynamique est fournie aux moyens de commande 12, qui commandent les moyens de freinage dynamiques 9 en fonction de cette consigne. [0060] L'unité centrale 18 comporte par ailleurs des moyens 24 de calcul d'un effort de freinage 140 à assurer par les moyens de freinage par friction 8 de chaque bogie 6, 7. Ces moyens de calcul 24 déterminent une consigne bogie par bogie puisque, la limite d'adhérence étant la même pour tous mais pas la masse, l'effort maximal que l'on peut appliquer diffère d'un bogie 6,7 à l'autre. [0061] Plus particulièrement, le niveau maximal d'adhérence sollicitable est prédéterminé. Il s'agit par exemple ce celui qui est celui mentionné dans la norme STI Loc&Pas : 2014 (soit 15% jusqu'à 250 km/h, puis décroissance linéaire pour atteindre 10% à 350 km/ h). Connaissant ensuite la masse sur chaque bogie 6, 7, on en déduit l'effort maximal à 7 ne pas dépasser pour que l'adhérence maximale selon la norme STI Loc&Pas : 2014 soit respectée. Ceci implique de mémoriser également l'équivalent masse des inerties tournantes pour chaque bogie, de manière à connaître la masse dynamique Mdyn puisque l'effort est calculée par la formule Fmax = Mdyn x Adhérence maxi, et donc Mdyn = niasse mesurée sur la suspension + équivalent masse des inerties tournantes. [0062] Les moyens de calcul 24 vont par ailleurs prendre en compte si un bogie moteur ou porteur est isolé en freinage ou non. En effet, un bogie moteur ou porteur isolé ne se voit pas affecter un effort, et l'effort à réaliser par les bogies moteurs ou porteurs n'est réparti que sur les bogies actifs au freinage, c'est-à-dire que sur les bogies non-isolés. [0063] On notera que le système de freinage 10 permet de réaliser le procédé de freinage qui va maintenant être décrit. [0064] Le procédé de freinage comporte les étapes suivantes : [0065] - actionnernent de l'organe de commande 16 (en variante : demande de freinage par le dispositif de contrôle automatique) pour donner une consigne de freinage globale, [0066] - réception de la consigne de freinage globale par l'unité centrale de freinage 18, [0067] - calcul d'un effort de freinage global nécessaire pour répondre à la consigne de freinage globale, en fonction de paramètres du véhicule ferroviaire influant sur cet effort de freinage global, [0068] - calcul d'un effort de freinage dynamique à assurer par les moyens de freinage dynamique 9, comprenant la comparaison d'une capacité maximale de freinage des moyens de freinage dynamiques 9, [0069] - si les moyens de freinage dynamique 9 suffisent à assurer l'intégralité de l'effort de freinage global, alors l'intégralité de l'effort de freinage global est assurée par les moyens de freinage dynamique 9, [0070] - si les moyens de freinage dynamique 9 ne suffisent pas à assurer l'intégralité de l'effort de freinage global, alors les moyens de freinage dynamique 9 sont activés selon leur capacité maximale de freinage, [0071] - calcul d'un effort de freinage à assurer par les moyens de freinage par friction 8, de manière à donner une consigne d'effort de freinage par friction nulle aux moyens de freinage par friction 8 si les moyens de freinage dynamiques suffisent à assurer l'intégralité de l'effort de freinage, et à donner une consigne d'effort de freinage par friction correspondant à la différence entre la consigne d'effort de freinage global et l'effort de freinage dynamique dans le cas contraire. [0072] On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes complémentaires. 8 [Revendication 1] [Revendication 2]