Brevet FR3096951A1 — publié le 20201211

Description Titre de l'invention : Système de communication de données pour véhicule ferroviaire [0001] La présente invention concerne un bogie pour véhicule ferroviaire, adapté à être fixé sous une caisse dudit véhicule ferroviaire, un système de communication de données pour véhicule ferroviaire et un véhicule ferroviaire comportant un tel système de communication. [0002] L'invention se situe dans le domaine des véhicules ferroviaires, et en particulier dans le domaine de la communication entre équipements électroniques embarqués dans des véhicules ferroviaires. [0003] Classiquement, un véhicule ferroviaire est adapté à rouler sur des rails au moyen de roues entraînées par une chaîne de traction comportant au moins deux moteurs. Un tel véhicule comporte au moins une voiture, chaque voiture comportant un ou plusieurs bogies, comportant une structure, appelée châssis de bogie, sur laquelle sont liés au moins deux essieux supportant chacun des roues du véhicule, et une caisse fixée au-dessus du châssis, par exemple au moyen de suspensions. [0004] Les véhicules ferroviaires modernes, trains ou métros, comportent divers équipements électroniques embarqués pour réaliser des fonctions de contrôle de fonctionnement et de commande du véhicule, en particulier des capteurs et des actionneurs au niveau du châssis, par exemple : capteurs de distance, dc rotation, de vibration, codeurs de vitesse ou de position angulaire, détecteurs d'obstacles, capteurs acoustiques de mesure de bruit. Chacun de ces équipements électroniques embarqués est adapté à capter ou à recevoir des données sous forme de signal électrique, ces données étant traitées dans un dispositif de commande du véhicule ferroviaire, généralement embarqué dans la caisse du véhicule ferroviaire accessible aux opérateurs humains. Classiquement, chaque équipement électronique embarqué est connecté par une liaison filaire à un tel dispositif dc commande. [0005] La multiplication des équipements électroniques embarqués rend la gestion des connexions à effectuer coûteuse, complexe et encombrante. [0006] L'invention a pour but de faciliter la connexion d'équipements électroniques embarqués dans des véhicules ferroviaires. [0007] A cet effet, l'invention propose un bogie pour véhicule ferroviaire, adapté à être fixé sous une caisse dudit véhicule ferroviaire, le bogie comportant au moins un capteur adapté à obtenir des données de fonctionnement et/ou au moins un actionneur adapté à contrôler une fonction physique du véhicule ferroviaire. Ce bogie comporte un dispositif de connexion, connecté auxdits capteurs et auxdits actionneurs, et adapté à 2 communiquer selon un protocole communication prédéterminé, via une liaison unique de communication bidirectionnelle, avec un module de contrôle et de commande embarqué dans ledit véhicule ferroviaire. [0008] Avantageusement, le bogie de véhicule ferroviaire est équipé d'un dispositif de connexion, adapté à communiquer selon un protocole de communication prédéterminé, via une liaison unique de communication bidirectionnelle, avec un module de contrôle et de commande embarqué dans une caisse dudit véhicule ferroviaire. Ainsi, les équipements électroniques embarqués, capteurs et actionneurs, sont connectés au module de contrôle et de commande situé dans la caisse du véhicule ferroviaire via une liaison unique. [0009] L'encombrement et le coût de connexion et de maintenance sont diminués. De plus, avantageusement, l'ajout de capteurs et/ou d'actionneurs est également facilité. [0010] Le bogie de véhicule ferroviaire selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou dans toutes leurs combinaisons techniquement acceptables. [0011] Le dispositif de connexion est configuré pour communiquer selon le protocole Ethernet, ladite liaison unique de communication bidirectionnelle étant une liaison filaire. [0012] Le dispositif de connexion comporte un multiplexcur/démultiplexcur configuré pour combiner des données issues d'au moins deux capteurs et/ou actionneurs pour former un flux de données multiplexé adapté à être transmis audit module de contrôle et de commande. [0013] Le bogie comporte au moins deux capteurs, au moins un premier capteur fournissant des données sous forme de signal analogique, le dispositif de connexion comportant en outre un convertisseur analogique-numérique, connecté au multiplexeur/démultiplexeur, configuré pour convertir ledit signal analogique en signal numérique. [0014] Le multiplexeur/démultiplexeur est en outre configuré pour séparer des données d'un flux de données reçu via ladite liaison unique de communication bidirectionnelle en une pluralité de signaux de contrôle et de commande destinés à au moins un capteur et/ ou au moins un actionneur connectés audit dispositif de connexion. [0015] Selon un autre aspect, l'invention propose un système de communication de données pour véhicule ferroviaire, comportant au moins un bogie adapté à être fixé sous une caisse dudit véhicule ferroviaire, et un dispositif électronique de commande dudit véhicule ferroviaire embarqué dans la caisse du véhicule fen-oviaire, ledit bogie comportant au moins un capteur adapté à obtenir des données de fonctionnement et/ou au moins un actionneur adapté à contrôler une fonction physique dudit véhicule ferroviaire, ledit dispositif électronique de commande comportant un module de contrôle et de commande, ledit bogie étant du type brièvement décrit ci-dessus, permettant de 3 réaliser une liaison unique de communication bidirectionnelle entre lesdits capteurs et lesdits actionneur, d'une part, et ledit module de contrôle et de commande d'autre part. [0016] Dans ce système de communication, ledit module de contrôle et de commande comprend un multiplexcur/démultiplexcur adapté à extraire, à partir d'un flux de données multiplexé, une pluralité de signaux numériques issus de capteurs et/ou d'actionneurs connectés au dispositif de connexion du bogie. [0017] Dans ce système de communication, ledit dispositif électronique de commande comporte au moins un module, connecté au module de contrôle et de commande via un bus de communication et adapté à transmettre au moins une commande à un capteur ou à un actionneur dudit bogie via le module de contrôle et de commande et ladite liaison unique de communication bidirectionnelle. [0018] Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet un véhicule ferroviaire comportant un système de communication tel que défini ci-dessus. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : [0020] [fig.1] la figure 1 illustre schématiquement un système de communication entre bogie et caisse d'un véhicule ferroviaire selon un mode de réalisation de l'invention ; [0021] [fig.2] la figure 2 est une représentation schématique d'un premier mode de réa- lisation d'un dispositif de connexion selon l'invention ; [0022] [fig.3] la figure 3 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réa- lisation d'un dispositif de connexion selon l'invention. [0023] La figure 1 représente schématiquement, en coupe transversale, un bogie 2 qui supporte une caisse 4 comportant un dispositif électronique de contrôle et de commande 6. [0024] La représentation de la caisse 4 est schématique, et seuls des éléments utiles à la des- cription de l'invention sont représentés. En pratique, la caisse 4 est supportée par le bogie 2 par l'intermédiaire de suspension secondaires 14, 16, adaptés à amortir les mouvements mécaniques entre le bogie 2 et la caisse 4. [0025] Le bogie 2 comporte un châssis 8, sur lequel sont fixés des essieux (non représentés) supportant chacune des roues du véhicule 10, 12 du véhicule ferroviaire. [0026] Le bogie 2 comporte une pluralité de capteurs 18 et d'actionneurs 20, représentés schématiquement sur la figure 1. Par exemple, les capteurs comportent : des capteurs de distance, de rotation, de vibration, un détecteur d'obstacles, un codeur de vitesse ou de position angulaire, un capteur acoustique de mesure de bruit. Ces divers capteurs, adaptés à obtenir des données relatives au fonctionnement du véhicule ferroviaire, sont par exemple répartis sur le châssis 8 dans une dimension perpendiculaire au plan de la représentation du châssis dans la figure 1. Les actionneurs sont adaptés à contrôler au moins une fonction physique du véhicule ferroviaire, il s'agit par exemple d'électrovannes de panneau de frein. [0027] Les différents capteurs 18 et actionneurs 20 sont connectés par des liaisons filaires 22, 24, 26, 28, 30 à un dispositif de connexion 32, connecté via une liaison de communication bidirectionnelle unique à un module 34 de contrôle et de commande du dispositif électronique de commande 6 situé dans la caisse 4. [0028] Dans un mode de réalisation, un seul dispositif de connexion 32 est prévu pour un bogie 2, par exemple placé au centre du bogie. [0029] En variante, plusieurs dispositifs de connexion 32 sont prévus pour un bogie, chaque dispositif de connexion 32 étant connecté par une liaison de communication bidirectionnelle unique à un module 34. [0030] Le dispositif de connexion 32 est connecté au module 34 de contrôle et de commande via un câble 36, formant une liaison unique de communication bidirectionnelle, adapté à transporter des données selon un protocole de communication choisi. Dans un mode de réalisation, le câble 36 est un câble Ethernet, le protocole de communication choisi étant le protocole de communication Ethernet, de préférence un protocole Ethernet Industriel (JE pour « Industrial Ethernet »). [0031] Le module 34 de contrôle et de commande est connecté, via un bus de commu- nication 37, à d'autres modules faisant partie du dispositif électronique de commande 6, comportant par exemple : un processeur central 38, un dispositif de gestion de l'alimentation électrique 40, un module 42 de commande des capteurs et un module 44 de commande des actionneurs. [0032] Le dispositif de connexion 32 réalise une fonctionnalité de passerelle de connexion et de communication entre les capteurs 18, actionneurs 20 et les divers modules du dispositif électronique de commande 6. [0033] Le dispositif de connexion 32 comprend un multiplexeur/démultiplexeur 46 et un convertisseur analogique-numérique CAN 48. [0034] En effet, les divers capteurs 18 sont susceptibles de fournir des données dans divers formats, par exemple sous forme de signal analogique d'une part et sous forme de signal numérique d'autre part. Par exemple, un capteur de vitesse fournit un signal analogique, d'autres capteurs fournissent des signaux numériques, par exemple des détecteurs d'obstacles. Il en est de même pour les actionneurs 20, par exemple des électrovannes pour panneau de frein. [0035] Le CAN 48 est configuré pour convertir les signaux analogiques en signaux nu- mériques, qui sont ensuite transmis au multiplexeur/démultiplexeur 46, qui est configuré pour combiner les signaux numériques issus de plusieurs sources en un signal numérique unique. Le multiplexage est connu dans le domaine du traitement du signal et est effectué selon toute méthode connue. [0036] Les données encodées dans ce signal numérique sont cncapsulées en un flux de données multiplexé, sous forme de paquets de données numériques, formatés selon le protocole de communication choisi. Ce flux de données est transmis, via la liaison 36 de communication bidirectionnelle, au module 34 de contrôle et de commande. [0037] De plus, le multiplexeur/démultiplexeur 46 est également configure pour séparer des données d'un flux de données reçu via ladite liaison 36 de communication bidirectionnelle en une pluralité de signaux de contrôle et de commande destinés à au moins un capteur 18 et/ou à au moins un actionneur 20 connectés audit dispositif de connexion 32. [0038] Les signaux de contrôle et de commande sont validés et transmis pour commander les capteurs 18 et actionneurs 20, en d'autres termes tout équipement électronique, électrique ou mécanique embarqué. [0039] Le module 34 de contrôle et de commande comprend un multiplexcur/démultiplexcur 52 adapté à extraire, à partir flux de données multiplexé reçu du dispositif de connexion 32, une pluralité de signaux numériques comportant des données issues de capteurs et/ou d'actionneurs connectés au dispositif de connexion 32, et à les transmettre à un ou plusieurs des modules 38, 42, 44 du dispositif électronique pour traitement. En particulier, il s'agit de données issues de capteurs qui sont utiles pour contrôler le fonctionnement du véhicule ferroviaire. [0040] Le dispositif de connexion 32, le module 34 de contrôle et de commande et la liaison de communication bidirectionnelle 36 forment un système de communication 50 du véhicule ferroviaire, permettant avantageusement de réaliser une communication bidirectionnelle entre capteurs et actionneurs embarqués sur le bogie 2 et le dispositif électronique de commande 6 embarqué dans le véhicule ferroviaire, par exemple dans une locomotive. [0041] La figure 2 illustre schématiquement un premier mode de réalisation d'un dispositif de connexion 32. [0042] Dans ce premier mode de réalisation, le dispositif de connexion 32 est une carte élec- tronique spécifiquement fabriquée pour réaliser les fonctionnalités décrnes ci-dessus de conversion analogique-numérique, multiplexage/démultiplexage et formatage selon un protocole de communication choisi. [0043] Le dispositif de connexion 32 comporte dans ce mode de réalisation une alimentation électrique 60, un module de connexion d'entrées/sorties 64, associé à des entrées/ sorties physiques 66a, 66b, 66c, 66d auxquelles sont branchées les capteurs/actionneurs (non représentés sur la figure 2), un microprocesseur 68, configuré pour effectuer des calculs, associé à une connexion 70 de câble réseau 36. Le microprocesseur 68 réalise la fonctionnalité de multiplexage/démultiplexage et de formatage selon le protocole de communication choisi, par exemple selon le protocole Ethernet. 6 [0044] La figure 3 illustre schématiquement un deuxième mode de réalisation d'un dispositif de connexion 32. [0045] Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif de connexion 32 comporte un as- semblage de cartes électroniques. [0046] Il comporte une ou plusieurs cartes électroniques 74 comportant chacune un ou plusieurs microprocesseurs, adaptés à réaliser des calculs, et en particulier un [nultiplexage/démultiplexage et un formatage des données pour transmission/réception selon le protocole de communication choisi. [0047] Le dispositif 32 comporte également une ou plusieurs cartes 76 d'alimentation électrique, et plusieurs cartes 78, 80, 82, 84 d'entrées/sorties associées à des entrées/ sorties non représentées auxquelles sont branchés les capteurs/actionneurs. [0048] Bien entendu, le nombre de cartes d'entrées/sorties donné en exemple n'est pas limitatif, ce nombre étant en pratique choisi en fonction du nombre de capteurs/actionneurs à commander et contrôler. [0049] Ce deuxième mode de réalisation est modulaire, et permet de connecter un nombre variable de capteurs/actionneurs au dispositif de connexion 32. [0050] Avantageusement, le dispositif de connexion 32 est compatible avec le standard IEC61508 et permet de réaliser un niveau d'intégrité de sécurité (ou SIL pour « Safety Itztegrity Level ») prédéterminé, par exemple SIL 2 ou SIL3. [0051] Avantageusement, la communication selon le protocole de communication Ethernet est réalisée sensiblement en temps réel. [0052] Avantageusement, l'architecture du système de communication est simplifiée, et le nombre de câbles de connexion est réduit, ce qui permet de réduire l'encombrement, et les coûts de mise en place et de maintenance de ce système. 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] REVENDICATIONSBogie pour véhicule ferroviaire, adapté à être fixé sous une caisse (4) dudit véhicule ferroviaire, le bogie comportant au moins un capteur adapté (18) à obtenir des données de fonctionnement et/ou au moins un actionneur (20) adapté à contrôler une fonction physique du véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de connexion (32), connecté auxdits capteurs (18) et auxdits actionneurs (20), et adapté à communiquer selon un protocole communication prédéterminé, via une liaison unique (36) de communication bidirectionnelle, avec un module (34) de contrôle et de commande embarqué dans ledit véhicule ferroviaire. Bogie selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de connexion (32) est configuré pour communiquer selon le protocole Ethernet, ladite liaison unique (36) de communication bidirectionnelle étant une liaison filaire. Bogie selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit dispositif de connexion (32) comporte un multiplexeur/démultiplexeur (46) configuré pour combiner des données issues d'au moins deux capteurs (18) et/ou actionneurs (20) pour former un flux de données multiplexé adapté à être transmis audit module (34) de contrôle et de commande. Bogie selon la revendication 3, comportant au moins deux capteurs (18), dans lequel au moins un premier capteur fournit des données sous forme de signal analogique, le dispositif de connexion comportant en outre un convertisseur analogique-numérique (48), connecté au multiplexeur/ démultiplexeur (46), configuré pour convertir ledit signal analogique en signal numérique. Bogie selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ledit multiplexeur/démultiplexeur (46) est en outre configuré pour séparer des données d'un flux de données reçu via ladite liaison unique (36) de communication bidirectionnelle en une pluralité de signaux de contrôle et de commande destinés à au moins un capteur (18) et/ou au moins un actionneur (20) connectés audit dispositif de connexion (32). Système de communication de données pour véhicule ferroviaire comportant au moins un bogie (2) pour véhicule ferroviaire adapté à être fixé sous une caisse (4) dudit. véhicule ferroviaire, et un dispositif électronique de commande (6) dudit véhicule ferroviaire embarqué dans le 8 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] véhicule ferroviaire, ledit bogie (2) comportant au moins un capteur (18) adapté à obtenir des données de fonctionnement et/ou au moins un actionneur (20) adapté à contrôler une fonction physique dudit véhicule ferroviaire, ledit dispositif électronique de commande (6) comportant un module (34) de contrôle et de commande, caractérisé en ce que ledit bogie (2) est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, et permet de réaliser une liaison unique (36) de communication bidirectionnelle avec ledit module (34) de contrôle et de commande. Système de communication selon la revendication 6, dans lequel ledit module (34) de contrôle et de commande comprend un multiplexeur/ démultiplexeur (52) adapté à extraire, à partir d'un flux de données multiplexé, une pluralité de signaux numériques issus de capteurs (18) et/ou d'actionneurs (20) connectés au dispositif de connexion (32) du bogie. Système de communication selon la revendication 7, dans lequel ledit dispositif' électronique de commande (6) comporte au moins un module (42, 44), connecté au module (34) de contrôle et de commande via un bus de communication et adapté à transmettre au moins une commande à un capteur (18) ou à un actionneur (20) dudit bogie via le module (34) de contrôle et de commande et ladite liaison unique (36) de cornmunication bidirectionnelle. Véhicule ferroviaire comportant un système de communication de données selon l'une quelconque des revendications 6 à 8.