Brevet FR3116037A1 — publié le 20220513

D ispositif de détection de déraillement, pour un véhicule ferroviaire Le dispositif (12) de détection de déraillement circule sur une voie ferrée (16) comprenant deux files de rails (18) parallèles et des traverses (20) s’étendant chacune transversalement aux rails (18). Il comporte au moins un accéléromètre (30) configuré pour mesurer une accélération dans une direction verticale (Z), et une unité de traitement informatique (32), configurée pour surveiller l’évolution de l’accélération au cours du temps, et pour déduire l’occurrence d’un déraillement lorsque l’évolution de l’accélération au cours du temps remplit au moins une condition prédéfinie, l’une des conditions prédéfinie étant que l’évolution de l’accélération au cours du temps atteint un premier seuil prédéfini. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Dispositif de détection de déraillement d’un véhicule ferroviaire La présente invention concerne un dispositif de détection de déraillement d’un véhicule ferroviaire, ainsi qu’un véhicule ferroviaire comportant un tel dispositif de détection de déraillement. De plus en plus, les cahiers des charges de fabrication de véhicules ferroviaires requièrent la présence d’un système de détection de déraillement. Cela est notamment préférable pour les véhicules ferroviaires à pilotage automatique, afin de prendre des mesures d’urgence (par exemple un freinage d’urgence, l’émission d’une alarme, etc) en cas de déraillement. Les dispositifs de détection de déraillement existants sont généralement onéreux et/ou difficiles à mettre en œuvre techniquement. L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de détection de déraillement fiable et dont l’intégration fonctionnelle est relativement simple dans les véhicules modernes. A cet effet, l’invention a notamment pour objet un dispositif de détection de déraillement, pour un véhicule ferroviaire circulant sur une voie ferrée comprenant deux files de rails parallèles et des traverses s’étendant chacune transversalement aux rails, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un accéléromètre configuré pour mesurer une accélération dans une direction verticale, et une unité de traitement informatique, configurée pour surveiller l’évolution de l’accélération au cours du temps, et pour déduire l’occurrence d’un déraillement lorsque l’évolution de l’accélération au cours du temps remplit au moins une condition prédéfinie, l’une des conditions prédéfinie étant que l’évolution de l’accélération au cours du temps atteint un premier seuil prédéfini. En cas de déraillement, notamment à vitesse faible ou modérée, les roues du véhicule ferroviaires tombent de la file de rails sur la plateforme de la voie et viennent notamment heurter les traverses de la voie ferrée. Il en résulte un comportement oscillatoire caractéristique de l’accélération verticale du véhicule. Un tel comportement oscillatoire ne survient jamais lorsque les roues roulent normalement sur les rails ou sur des appareils de voie. Ainsi, les inventeurs ont constaté que l’évolution de l’accélération verticale au cours du temps est un indicateur fiable du déraillement du véhicule ferroviaire. La détection d’un tel déraillement permet d’activer des mesures d’urgences, afin de limiter l’ampleur de ce déraillement. On notera que l’invention est principalement adaptée pour des exploitations à vitesse modérée, de préférence inférieure à 100 km/h. Un dispositif de détection de déraillement selon l’invention peut comporter en outre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes les combinaisons techniquement envisageables. - L’une des conditions prédéfinies étant que l’évolution de l’accélération en valeur absolue au cours du temps prend la forme d’une oscillation d’amplitude supérieure au premier seuil prédéfini. - L’unité de traitement informatique est configurée pour émettre un signal d’avertissement, notamment à destination du conducteur du véhicule, lorsque l’occurrence d’un déraillement est déduite par l’unité de traitement informatique. - L’unité de traitement informatique est configurée pour émettre un signal d’arrêt d’urgence à destination d’un dispositif de freinage d’urgence, lorsque l’occurrence d’un déraillement est déduite par l’unité de traitement informatique. - L’unité de traitement informatique est configurée de sorte qu’une autre condition prédéfinie consiste en ce que l’évolution de la valeur efficace de l’accélération au cours du temps atteint un deuxième seuil prédéfini. L’invention concerne également un véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de détection tel que défini précédemment. Avantageusement, le véhicule ferroviaire comporte au moins une voiture comprenant une caisse portée par au moins un bogie, la caisse comportant un logement pour ledit bogie, l’accéléromètre étant agencé dans ce logement. De manière optionnelle, le véhicule ferroviaire comporte une pluralité de voitures, incluant à chaque extrémité une voiture d’extrémité respective, au moins l’une des voitures d’extrémité comportant l’accéléromètre. L’invention concerne enfin un procédé de détection de déraillement, pour un véhicule ferroviaire circulant sur une voie ferrée comprenant deux files de rails parallèles et des traverses s’étendant chacune transversalement aux rails, caractérisé en ce qu’il comporte la mesure d’une accélération dans une direction verticale, la surveillance de l’évolution de l’accélération au cours du temps, et la déduction de l’occurrence d’un déraillement lorsque l’évolution de l’accélération au cours du temps remplit au moins une condition prédéfinie, l’une des conditions prédéfinie étant que l’évolution de l’accélération au cours du temps atteint un premier seuil prédéfini. 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 aux figures annexées parmi lesquelles : - La représente schématiquement un véhicule ferroviaire comportant un dispositif de détection de déraillement selon un exemple de mode de réalisation de l’invention ; - La représente schématiquement les roues du véhicule ferroviaire lors d’un déraillement, et - La représente schématiquement l’évolution de l’accélération verticale au cours du temps, en cas de déraillement. On a représenté partiellement, sur la , un véhicule ferroviaire 10, comportant un dispositif de détection de déraillement 12 selon un exemple de mode de réalisation de l’invention. Plus particulièrement, la représente partiellement une voiture 14 du véhicule ferroviaire 10. Le véhicule ferroviaire 10 est destiné à circuler sur une voie ferrée 16, comprenant des files de rails 18 parallèles et des traverses 20 s’étendant transversalement aux rails. Comme cela est représenté sur la , les traverses 20 sont espacées les unes des autres dans une direction perpendiculaire à ces traverses 20, dite direction longitudinale, qui est également la direction dans laquelle s’étendent les rails, ou une direction tangentielle aux rails. Le véhicule ferroviaire 10 comporte des roues R reposant normalement sur les rails 18. Sur la , une première position de roue R1 est représentée, dans laquelle une roue repose de manière normale sur l’un des rails 18. Il s’agit d’une position de roue en service normal. La voiture 14 comporte une caisse structurelle 22, la caisse structurelle 22 étant portée par au moins un bogie 24. Le bogie 24 comporte les roues R, et peut comporter dans certains cas un dispositif de motorisation des roues R. La caisse structurelle 22 comporte de manière classique un logement 25 pour le bogie 24. Dans l’exemple décrit, le bogie 24 est spécifique à la voiture 14, mais il pourrait en variante être un bogie commun avec une voiture adjacente. Avantageusement, le bogie 24 comporte également un dispositif 26 de freinage des roues R, de type classique. Le dispositif de freinage 26 peut être de tout type connu, par exemple un système de freinage pneumatique. Dans l’exemple décrit, le véhicule ferroviaire 10 comporte des moyens de freinage d’urgence 28, reliés au dispositif de freinage 26 de chaque bogie, et propres à engager un freinage d’urgence lorsqu’ils sont activés. Des moyens de freinage d’urgence sont connus en soi, et ne seront donc pas décrits plus en détail. Le dispositif de détection de déraillement 12 comporte au moins un accéléromètre vertical 30, configuré pour mesurer une accélération dans une direction verticale Z (dite accélération verticale). L’accéléromètre vertical 30 est de préférence agencé dans le logement 25 de la caisse structurelle 22. Par exemple, l’accéléromètre vertical 30 est porté par une traverse de châssis de la caisse structurelle 22. En variante, l’accéléromètre vertical 30 peut être agencé à tout autre endroit de la caisse structurelle 22, par exemple dans un coffre électrique. On notera que le véhicule ferroviaire 10 comporte habituellement une pluralité de voitures, auquel cas la voiture 14 comprenant l’accéléromètre vertical 30 est de préférence une voiture d’extrémité du véhicule ferroviaire 10. Le dispositif de détection de déraillement 12 comporte par ailleurs une unité de traitement informatique 32, connectée à l’accéléromètre vertical 30 de manière à recevoir, depuis cet accéléromètre vertical 30, un signal indiquant l’accélération verticale. L’unité de traitement informatique 32 est configurée pour surveiller l’évolution de l’accélération verticale au cours du temps. La représente graphiquement l’évolution de l’accélération verticale au cours du temps au cours d’un déraillement. L’unité de traitement informatique 32 est par ailleurs configurée pour déduire l’occurrence d’un déraillement lorsque l’évolution de l’accélération au cours du temps remplit au moins une condition prédéfinie. Conformément à l’invention, l’une des conditions prédéfinies est que l’évolution de l’accélération absolue au cours du temps atteint un seuil prédéfini, comme cela est représenté sur la . Le seuil prédéfini est par exemple une fonction de la vitesse instantanée du véhicule ferroviaire, et il est donc calculée en temps réel par l’unité de traitement informatique 32. En variante, la première valeur prédéfinie est fixe. Ce seuil est par exemple prédéfini à 10 m/s². De manière optionnelle, une autre condition prédéfinie est que l’évolution de la valeur efficace (ou « Root Mean Square » en Anglais) de l’accélération au cours du temps dépasse également un seuil prédéfini. Ce seuil est par exemple prédéfini à 5 m/s². D’autres conditions prédéfinies peuvent être mises en place. L’unité de traitement informatique 32 est de préférence configurée pour commander les moyens de freinage d’urgence 28 lorsque l’occurrence d’un déraillement est déduite. A cet effet, l’unité de traitement informatique 32 est configurée pour émettre un signal d’arrêt d’urgence à destination du dispositif de freinage d’urgence 28, lorsque l’occurrence d’un déraillement est déduite par cette unité de traitement informatique 32. En variante, ou de manière complémentaire, l’unité de traitement informatique 32 est configurée pour émettre un signal d’avertissement, notamment à destination du conducteur du véhicule, et/ou à destination des passagers, lorsque l’occurrence d’un déraillement est déduite par cette unité de traitement informatique 32. On a représenté schématiquement, sur la , différentes position d’une roue de la voiture 14 lors d’un déraillement. Les positions successives de la roue sont désignées par les références successives respectives R1, R2, R3, R4, R5 et R6. La première position R1 correspond à une position normale de la roue, lorsque la roue circule normalement sur le rail 18 correspondant. La seconde position R2 correspond à un déraillement, au moment où, pour une raison ou une autre, la roue passe par-dessus le rail 18 correspondant. On notera que, en passant de la première R1 à la seconde R2 position, la roue s’est élevée pour passer par-dessus le rail 18, si bien qu’elle a subi une accélération verticale. Une fois la roue ayant passé le rail 18, cette roue ne roule plus sur le rail, mais sur le ballaste ou la plateforme et notamment sur les traverses 20. On a ainsi représenté, sur la , la position R3, dans laquelle la roue se trouve dans un espace entre deux traverses 20 adjacentes, la position R4, dans laquelle la roue est en train de remonter sur la traverse 20 suivante, la position R5 dans laquelle la roue est sur l’une des traverses 20, et la position R6 dans laquelle la roue redescend de l’une des traverses 20. On a représenté sur la l’évolution de l’accélération verticale de la caisse 22 mesurée par l’accéléromètre 30 au cours d’un déraillement. Plus particulièrement, cette évolution est représentée sous la forme d’un graphique dont l’axe des abscisses représente le temps T et l’axe des ordonnées représente l’accélération verticale A. On remarque bien sur cette qu’après déraillement (désigné sur le graphique par la référence D), l’évolution de l’accélération verticale prend la forme d’une oscillation, dont l’amplitude est importante et pouvant donc aisément être distinguée du comportement de l’accélération verticale en fonctionnement normal. Avantageusement, la fréquence des oscillations est prévisible en connaissant la distance entre les traverses 20 ainsi que la vitesse du train. Ainsi, le seuil de fréquence au-delà duquel on considère que la condition prédéfinie correspondante est remplie, peut être déterminé à l’avance ou calculé en continu par l’unité de traitement informatique en fonction de la vitesse instantanée du véhicule. Un procédé de détection de déraillement, au moyen du dispositif de détection de déraillement 12 précédemment décrit, va maintenant être décrit. Le procédé de détection comporte la surveillance constante, par l’unité de traitement informatique 32, de l’évolution, au cours du temps, de l’accélération verticale mesurée par l’accéléromètre 30. On notera qu’en fonctionnement normal, les roues du véhicule circulant sur les files de rails 18, l’accélération verticale est sensiblement nulle, ou faible, par exemple lorsque le véhicule passe d’une zone horizontale à une pente. L’unité de traitement informatique 32 détecte que l’évolution de l’accélération verticale remplit les conditions prédéfinies, par exemple lorsque l’accélération mesurée prend la forme d’une oscillation d’amplitude supérieure à une valeur prédéfinie, On notera qu’une oscillation peut être détectée par toute méthode envisageable, par exemple en détectant une succession de passage de la valeur de l’accélération verticale par zéro. Une autre condition prédéfinie pourrait être que la fréquence de l’oscillation est supérieure à un seuil, ou comprise dans un intervalle prédéfini. On notera que les seuils d’amplitude ou de fréquence peuvent être fixés en avance, ou calculés en temps réel en fonction par exemple de la vitesse du véhicule. L’homme du métier saura configurer l’unité de contrôle pour effectuer un tel calcul des seuils en temps réel. Lorsque les conditions prédéfinies sont remplies, c’est-à-dire que la voiture 14 roule sur les traverses 20 plutôt que sur le rail 18, alors l’unité de traitement informatique 32 envoie un signal d’avertissement et/ou un signal de freinage d’urgence, comme cela a été décrit précédemment. On notera que toutes autres actions en conséquence de la détection des conditions prédéfinies sont envisageables. En cas de freinage d’urgence, le signal de freinage d’urgence est directement transmis au dispositif de freinage d’urgence 18, pour qu’il effectue un freinage d’urgence automatique. Il est ainsi possible de diminuer la vitesse du véhicule 10, voire de l’arrêter, dès que la voiture 14 roule sur les traverses 20, et ainsi grandement limiter les effets du déraillement. Le signal d’avertissement est quant à lui transmis à un dispositif d’avertissement à destination du conducteur du véhicule 10, d’un personnel de bord, ou de passagers, pour qu’ils prennent des mesures protectrices. On notera que l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation précédemment décrit, mais pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications. Dispositif (12) de détection de déraillement, pour un véhicule ferroviaire (10) circulant sur une voie ferrée (16) comprenant deux files de rails (18) parallèles, caractérisé en ce qu’il comporte au moins un accéléromètre (30) configuré pour mesurer une accélération dans une direction verticale (Z), et une unité de traitement informatique (32), configurée pour surveiller l’évolution de l’accélération au cours du temps, et pour déduire l’occurrence d’un déraillement lorsque l’évolution de l’accélération au cours du temps remplit au moins une condition prédéfinie, l’une des conditions prédéfinie étant que l’évolution de l’accélération au cours du temps atteint un premier seuil prédéfini. Dispositif de détection de déraillement (12) selon la revendication 1, dans lequel l’une des conditions prédéfinie est que l’évolution de l’accélération en valeur absolue au cours du temps prend la forme d’une oscillation d’amplitude supérieure au premier seuil prédéfini. Dispositif de détection de déraillement (12) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’unité de traitement informatique (32) est configurée pour émettre un signal d’avertissement, notamment à destination du conducteur du véhicule, lorsque l’occurrence d’un déraillement est déduite par l’unité de traitement informatique (32). Dispositif de détection de déraillement (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité de traitement informatique (32) est configurée pour émettre un signal d’arrêt d’urgence à destination d’un dispositif de freinage d’urgence (28), lorsque l’occurrence d’un déraillement est déduite par l’unité de traitement informatique. Dispositif de détection de déraillement (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité de traitement informatique est configurée de sorte qu’une autre condition prédéfinie consiste en ce que l’évolution de la valeur efficace de l’accélération au cours du temps atteint un deuxième seuil prédéfini. Véhicule ferroviaire (10), caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de détection (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Véhicule ferroviaire (10) selon la revendication 6, comportant au moins une voiture (14) comprenant une caisse (22) portée par au moins un bogie (24), la caisse comportant un logement (25) pour ledit bogie (24), l’accéléromètre (30) étant agencé dans ce logement (25). Véhicule ferroviaire (10) selon la revendication 6 ou 7, comportant une pluralité de voitures (14), incluant à chaque extrémité une voiture d’extrémité respective, au moins l’une des voitures d’extrémité comportant l’accéléromètre (30). Procédé de détection de déraillement, pour un véhicule ferroviaire (10) circulant sur une voie ferrée (16) comprenant deux files de rails (18) parallèles, caractérisé en ce qu’il comporte la mesure d’une accélération dans une direction verticale (Z), la surveillance de l’évolution de l’accélération au cours du temps, et la déduction de l’occurrence d’un déraillement lorsque l’évolution de l’accélération au cours du temps remplit au moins une condition prédéfinie, l’une des conditions prédéfinie étant que l’évolution de l’accélération au cours du temps atteint un premier seuil prédéfini.