EP2660122B1

EP2660122B1 - Procédé et système pour sécuriser un déplacement d'un vehicule ferroviaire, contrôleur à embarquer dans un véhicule ferroviaire et un tel véhicule ferroviaire

Info

Publication number: EP2660122B1
Application number: EP13166528.3A
Authority: EP
Inventors: Brice Andre; Michel Robert Léon Hubert Rousseau
Original assignee: Alstom Transport Technologies SAS
Current assignee: Alstom Transport Technologies SAS
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2033-05-03
Also published as: RU2638356C2; AU2013205670A1; PL2660122T3; EP2660122A1; AU2013205670B2; RU2013120512A; ES2746673T3; FR2990179A1; FR2990179B1

Description

La présente invention concerne un procédé pour sécuriser un déplacement d'un véhicule ferroviaire roulant sur une voie, le véhicule ferroviaire ayant au moins un capteur de roue propre à fournir une information représentative de la vitesse de rotation de la roue. En outre, la présente invention concerne un système pour sécuriser un déplacement d'un véhicule ferroviaire, le véhicule ferroviaire comprenant au moins un capteur de roue propre à générer une ou plusieurs valeurs de sortie représentative de la rotation de la roue, au moins un capteur d'accélération dont l'axe de sensibilité est parallèle à la direction de la voie, et un contrôleur étant connecté à au moins l'un des capteurs de roue et à au moins l'un des capteurs d'accélération, un contrôleur embarqué dans un véhicule ferroviaire pour le sécuriser, le contrôleur étant propre à être connecté à au moins un capteur de roue propre à générer une ou plusieurs valeurs de sortie représentative de la rotation de la roue et à au moins un capteur d'accélération dont l'axe de sensibilité est parallèle à la direction de la voie, et un véhicule ferroviaire comprenant : au moins un capteur de roue propre à générer une ou plusieurs valeurs de sortie représentative de la rotation de la roue ; au moins un capteur d'accélération dont l'axe de sensibilité est parallèle à la direction de la voie ; et un tel contrôleur.
WO 2009/074724 A1 concerne un dispositif de mesure de déplacement d'un véhicule autoguidé. Le dispositif comprend un accéléromètre et deux tachymètres disposés en amont et en aval du véhicule selon sa direction longitudinale. Une perte d'adhérence est détectée par une variation de vitesse angulaire instantanée d'au moins un des deux tachymètres et/ou un écart entre les vitesses angulaires mesurées par les tachymètres.
EP 0 693 411 A1 concerne un système de pilotage automatique faisant une élaboration d'une consigne de vitesse.
Il existe en Europe de nombreux standards pour sécuriser le déplacement d'un véhicule ferroviaire mis en oeuvre sous la forme de systèmes de protection automatique de trains. Par exemple, ETCS (European Train Control System) ou PZB 90 (Punktförmige Zugbeeinflussung) sont de tels systèmes.
Dans ces systèmes, des courbes de vitesse ou de freinage en fonction de la position du train définissent une vitesse maximale autorisée pour le train en chaque point de la voie. Si cette vitesse est dépassée, après un ou plusieurs avertissements, le système freine le train pour l'arrêter. Dans le système ETCS, une autorité de mouvement « Movement authority » est fournie aux trains sous la forme d'une distance maximale que le train est autorisé à parcourir à compter d'une position d'une balise qu'il a précédemment franchie et de vitesses maximales autorisées sur ce tronçon de voie en fonction de la position du train. Pour permettre sa mise en oeuvre, une courbe de vitesse en fonction de la position du train est calculée à bord d'un train. Cette courbe est propre au train et au profil de ligne sur lequel circule le train. Elle est déterminée en fonction de performances de freinage du train, pour garantir son arrêt avant la fin de son autorité de mouvement.
De tels systèmes ont besoin d'une fonction odométrique sophistiquée à bord du train pour déterminer le plus précisément possible la position instantanée du train afin de contrôler sa vitesse maximale autorisée à cette position. Par exemple, des systèmes pour sécuriser le déplacement d'un train calculent une distance maximale parcourue pour freiner le train avant un point dangereux ou pour une réduction de vitesse maximale autorisée et une distance minimale parcourue pour libérer un tronçon de la voie déjà parcouru ou pour pouvoir augmenter la vitesse du train.
La réalisation d'un système odométrique est complexe et, afin de garantir un niveau de sécurité acceptable pour de tels systèmes, il est nécessaire d'ajouter des marges de sécurité sur les valeurs de positions déterminées, ce qui diminue la performance du système. Par exemple, des systèmes actuels n'utilisant qu'un capteur de roue permettant de mesurer la vitesse, ont besoin des bornes de sécurité larges, car les capteurs de roue sont sensibles au patinage ou à l'enrayage des roues du train. Donc, les systèmes actuels ajoutent une marge de sécurité importante, par exemple autour de 3% de la vitesse mesurée, pour calculer la distance minimale parcourue et la distance maximale parcourue. L'erreur due à cette marge est croissante par rapport à la distance parcourue. Une fonction odométrique précise est nécessaire tant pour garantir la sécurité, que pour offrir un niveau de performance acceptable.
Le but de la présente invention est de surmonter les inconvénients de l'état de la technique, en particulier d'améliorer l'utilisation de données d'un capteur de roue pour un système ou procédé pour sécuriser un véhicule ferroviaire.
La présente invention vise à résoudre les inconvénients de la technique antérieure en fournissant un procédé selon la revendication 1.
Selon des caractéristiques avantageuses :

l'utilisation comprend la détermination d'une distance, en particulier une distance parcourue, à partir d'une ou plusieurs valeurs de sortie reçue(s).
le procédé comprend en outre l'étape suivant : la détermination d'au moins une valeur de vitesse instantanée fiable à partir d'une ou plusieurs valeurs de sortie reçue(s).
l'utilisation comprend en outre l'étape suivant : le calcul des valeurs de vitesse maximale autorisée, en particulier une courbe de vitesse maximale autorisée, basée sur une ou plusieurs valeurs de sortie reçue(s), en particulier en utilisant la distance, par exemple la distance parcourue, et/ou une ou plusieurs valeur(s) de vitesse instantanée fiables.

la courbe de vitesse maximale autorisée est en fonction du temps ou de la distance.
l'utilisation d'une ou plusieurs valeurs de sortie reçue(s) pour une supervision du véhicule ferroviaire comprend le calcul d'une distance minimale parcourue et/ou d'une distance maximale parcourue du véhicule ferroviaire ; et/ou.
la supervision du véhicule ferroviaire comprend la comparaison de la vitesse instantanée du véhicule ferroviaire avec la vitesse maximale autorisée et le freinage du véhicule ferroviaire en fonction du résultat de la comparaison de la vitesse maximale autorisée avec la vitesse instantanée.

En outre, le but est atteint, conformément à l'invention, par un système pour sécuriser un déplacement d'un véhicule ferroviaire selon la revendication 8.
Selon des caractéristiques avantageuses :

le contrôleur est propre à mettre en oeuvre l'une ou plusieurs des étapes du procédé selon l'invention.

En outre, le but est atteint, conformément à l'invention, par un contrôleur embarqué selon la revendication 10.
Selon des caractéristiques avantageuses :

En outre, le but est atteint, conformément à l'invention, par un véhicule ferroviaire selon la revendication 12.
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :

la Figure 1 est une vue schématique d'un véhicule ferroviaire sur une voie ;
la Figure 2 est une vue schématique des équipements embarqués d'un système pour sécuriser un véhicule ferroviaire selon l'invention,
la Figure 3 est une vue schématique d'un véhicule ferroviaire sur une pente ;
la Figure 4 est un organigramme d'un procédé pour sécuriser un véhicule ferroviaire,
la Figure 5 est une courbe de la vitesse maximale autorisée en fonction de la position instantanée,
la Figure 6 est une courbe de la vitesse maximale autorisée en fonction du temps,
la Figure 7 est un organigramme d'une partie d'un procédé selon un mode de réalisation de l'invention, et
la Figure 8 est une courbe de la vitesse maximale autorisée en fonction du temps.

La Figure 1 montre schématiquement un train ou véhicule ferroviaire 10 roulant sur une voie 11. La voie 11 et le véhicule sont sécurisés par un système selon l'invention. Le véhicule ferroviaire 10 comprend une ou plusieurs voitures, dont au moins une comprend un système de traction, par exemple un moteur.
Le but d'un système pour sécuriser un déplacement d'un véhicule ferroviaire est d'assurer que le véhicule ferroviaire 10 s'arrête avant un point dangereux et ne dépasse pas un point limite. Un autre but d'un tel système est d'assurer que le véhicule ferroviaire respecte les limitations de vitesse pour éviter une survitesse à des points dangereux de la voie 11, par exemple des virages, des endroits où des hommes travaillent sur la voie, des passages à niveaux, etc.
Le système comprend d'une part des équipements au sol et d'autre part des équipements embarqués dans le véhicule ferroviaire 10. Les équipements au sol sont propres à donner ou envoyer des informations aux équipements embarqués.
Le véhicule ferroviaire 10 comprend un contrôleur 12 pour sécuriser le véhicule ferroviaire 10 qui est relié à au moins un capteur de roue 14 pour déterminer une vitesse instantanée du véhicule ferroviaire 10. Il est relié en outre à un système de freinage 16, à un récepteur d'informations de voie 18, à un capteur d'accélération 20, par exemple en forme d'un accéléromètre, et à un affichage ou dispositif de commande 22 pour donner au conducteur les informations nécessaires.
Le système de freinage 16 est propre à commander les freins du véhicule ferroviaire 10 à partir d'instructions reçues du contrôleur 12.
Le récepteur d'informations de voie 18 est agencé pour recevoir les signaux émis par des balises 32 disposées le long de la voie.
Le capteur d'accélération 20 a un axe de sensibilité suivant la direction de la voie 11. Autrement dit, il mesure l'accélération parallèlement aux rails de la voie 11.
Les équipements au sol comprennent une ou plusieurs balises 32 agencées le long de la voie 11, qui sont propres à envoyer des informations au véhicule ferroviaire 10. Ils comprennent en outre un signal d'arrêt 34, tel qu'un feu, jusqu'auquel le véhicule ferroviaire 10 est autorisé de rouler. Les balises 32 sont des balises pour le système ETCS par exemple.
Une autorité de mouvement est définie en amont du signal 34 du fait de l'existence d'un point dangereux 36 dans la voie 11 en aval du signal 34, par exemple un passage à niveau où la barrière n'a pas encore été fermée. Cette autorité de mouvements est caractérisée par une distance maximale notée d_A que le véhicule ferroviaire est autorisé à parcourir à compter d'un point déterminé défini ici par la position d'une balise 32. Ainsi, l'autorité de mouvement définit un tronçon maximal de la voie que le véhicule est autorisé à parcourir sans en dépasser l'extrémité aval.
Par exemple, les balises 32 sont propres à envoyer au véhicule ferroviaire 10 des informations sur la distance maximale d_A que le véhicule ferroviaire est autorisé à parcourir à partir de la balise 32, le gradient de la voie 11 et les vitesses maximales autorisées en fonction de la position sur la voie, par exemple par rapport à une distance prédéfinie de la balise 32 ou d'un autre point de référence fixe. Le gradient de la voie désigne la pente de la voie.
Dans un mode de réalisation, la distance à parcourir et les valeurs de vitesse maximale autorisée sur la voie 11 à une distance prédéfinie sont envoyées conjointement, par exemple sous forme d'une courbe de vitesse maximale autorisée en fonction de la distance. En d'autres termes, la balise 32 donne au véhicule ferroviaire 10 une autorité de mouvement en termes de distance et de vitesses maximales autorisées.
Dans un autre mode de réalisation, au moins deux types de balise 32 existent dont un premier type fournit l'autorité de mouvement au véhicule et l'autre, deuxième type donne seulement un point de référence pour permettre au véhicule ferroviaire de connaître la distance déjà parcourue depuis la dernière autorité de mouvement reçue par le véhicule ferroviaire.
Dans d'autres modes de réalisation, l'information sur la distance que le véhicule ferroviaire 10 est autorisé à parcourir et/ou les vitesses maximales autorisées en fonction de la distance sur la voie 11 sont envoyées par un autre système, par exemple par une connexion radio, comme GSM-R.
Dans une variante, les balises 32 sont des balises virtuelles qui sont définies par leur position sur la voie ou leurs coordonnées. Le véhicule ferroviaire comprend dans ce cas un récepteur d'un système de géolocalisation connecté au contrôleur 12. Si le véhicule ferroviaire passe sur une balise virtuelle, ce qui est déterminé par une comparaison de la position instantanée du véhicule ferroviaire et de la position de la balise virtuelle, les informations sur la distance que le véhicule ferroviaire 10 est autorisé à parcourir et/ou les vitesses maximales autorisées en fonction de la distance sur la voie 11 sont envoyées par une connexion radio.
La Figure 2 montre schématiquement les équipements embarqués du système pour sécuriser le déplacement du véhicule ferroviaire. Le procédé est mis en oeuvre par un logiciel pilotant le contrôleur 12 embarqué dans le véhicule ferroviaire 10.
Le contrôleur 12 comprend une unité de calcul 120, par exemple un ordinateur embarqué, propre à calculer une courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps comme décrit ci-dessous et à comparer la vitesse instantanée du véhicule ferroviaire 10 avec la vitesse maximale autorisée à l'instant considéré. Dans un autre mode de réalisation, l'unité de calcul est propre à calculer une courbe de vitesse maximale autorisée en fonction de distance spécifique pour ce véhicule ferroviaire, une distance maximale parcourue, et/ou une distance minimale parcourue.
Le capteur de roue 14 est connecté à l'unité de calcul 120 pour fournir des informations sur la rotation de la roue associée au capteur de roue. Par exemple, le capteur de roue 14 est propre à fournir en permanence, à l'unité de calcul 120, des impulsions à une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de la roue et/ou une vitesse instantanée mesurée. Le capteur 14 est par exemple un capteur de position angulaire de la roue. Dans le procédé pour sécuriser le déplacement du véhicule ferroviaire selon un mode de réalisation, le capteur de roue 14 est utilisé pour une odométrie et pour une tachymétrie, par exemple pour afficher au conducteur la vitesse instantanée mesurée et/ou pour comparer la vitesse instantanée mesurée avec la vitesse maximale autorisée.
Le capteur d'accélération 20 est connecté à l'unité de calcul 120 qui est propre à déterminer à partir des informations du capteur d'accélération 20 si les informations issues du capteur de roues 14 sont pertinentes et utilisables pour un calcul de la courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps comme cela sera décrit ci-dessous. Grâce au capteur d'accélération 20, selon l'invention, le contrôleur 12 ou son unité de calcul 120 est propre à déterminer si la roue du véhicule ferroviaire n'est sûrement pas dans une phase de patinage ou d'enrayage. Donc, le contrôleur 12 est propre à déterminer si l'information sur la rotation de la roue associée au capteur de roue est utilisable pour une odométrie.
Comme illustré sur la Figure 2, le récepteur d'informations de voie 18 est connecté à l'unité de calcul 120 et est propre à lui fournir à chaque passage devant une balise 32, une autorité de mouvement et/ou la position.
Une mémoire 128 du contrôleur contient un modèle du véhicule ferroviaire comprenant un modèle dynamique de celui-ci permettant au contrôleur 12 de calculer une courbe de freinage et/ou de vitesse en fonction de la position ou du temps pour respecter l'autorité de mouvement reçue comme expliqué en détail ci-dessous.
En outre, l'unité de calcul 120 contrôle un système de freinage 16. Par exemple, si l'unité de calcul du contrôleur 12 détecte que le véhicule ferroviaire roule à une vitesse supérieure à une vitesse maximale définie par une courbe de vitesse en fonction du temps ou en fonction de distance, il commande au système de freinage 16 d'effectuer un freinage d'urgence pour s'assurer que le véhicule ferroviaire ne dépasse pas un point dangereux, par exemple après un avertissement éventuel.
Il sera expliqué dans un premier temps comment une valeur de vitesse fiable est déduite à partir d'un capteur de roue et d'un capteur d'accélération. Ensuite, un procédé est expliqué dans lequel une application d'une valeur de vitesse fiable est utilisée pour le calcul d'une courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps qui utilise la distance minimale parcourue et la distance maximale parcourue par le véhicule ferroviaire.
Théoriquement, une utilisation des valeurs d'accélération de l'accéléromètre pour une estimation exacte de la vitesse du véhicule ferroviaire est possible, mais ceci est rendu complexe par l'influence du gradient de la voie 11, car l'accéléromètre mesure la somme des forces dans l'axe de sensibilité du capteur de l'accélération 20. Il est alors nécessaire de connaître le gradient de la voie 11 précisément. De plus, le profil de gradient de la voie 11 envoyé au véhicule ferroviaire 10 dans l'autorité de mouvement n'est pas utilisable pour un tel calcul. Le procédé selon l'invention propose une autre solution pour déterminer la vitesse instantanée précise.
Typiquement, lorsque le véhicule ferroviaire 10 roule sans exercer d'effort d'accélération ou de freinage les valeurs mesurées par le capteur de roue 14 sont fiables puisqu'il n'y a pas de risque de glissement ou d'enraillement. De manière générale, ces résultats sont fiables quand la roue ne glisse pas ou ne s'enraille pas.
La Figure 3 montre le véhicule ferroviaire 10 sur la voie 11 ayant une pente d'un angle α. Dans le cas où le véhicule ferroviaire 10 est arrêté sur la voie 11 avec les freins appliqués pour éviter tout mouvement. Les forces agissant sur le véhicule ferroviaire 10 sont la force de gravité 52, la force de freinage 50 (= M.g. sin α) et la force de réaction 54 de la voie (= M.g. cos a), avec M la masse du véhicule ferroviaire, g l'accélération de la pesanteur et α l'angle entre la voie et l'horizontale. La force normale 54 correspond à la force exercée par la voie sur le véhicule ferroviaire 10. Les trois forces 50, 52, 54 cumulées donnent une force égale à zéro, car le véhicule ferroviaire est à l'arrêt. Le capteur d'accélération 20 mesure seulement la force de freinage 50 qui à une valeur égale à la composante de force de gravité en direction de la voie 11.
Dans le cas où le véhicule ferroviaire 10 roule sans efforts sur la pente, les forces de freinage et de traction sont nulles, et seulement la partie de la force de gravité, qui n'est pas mesurable par un accéléromètre, en direction de la voie (M.g. sin a) accélère le véhicule ferroviaire 10.
Donc, le capteur d'accélération 20 embarqué ne mesure pas la force de gravitation 52 ou sa composante en direction de la voie 11. En plus, le capteur d'accélération ne mesure pas, à cause de son axe de sensibilité, la force normale 54 qui est orthogonale à l'axe de sensibilité de l'accéléromètre 34. La seule force mesurée par l'accéléromètre 20 est celle exercée par la traction ou le frein sur la voie 11 et les forces de frottement. En effet, le capteur d'accélération 20 mesure l'accélération seulement en direction de la voie. Donc, le capteur d'accélération 20 est utilisable pour connaitre et mesurer l'effort du véhicule ferroviaire 10 sur la voie 11. Ceci permet alors la détection de périodes pendant lesquelles aucun patinage n'est possible : quand le véhicule ferroviaire n'effectue aucun effort de traction. Et, de même, ce procédé permet la détection de périodes pendant lesquelles aucun enraillage n'est possible : quand le véhicule ferroviaire n'effectue aucun effort de freinage.
De cette manière il est alors possible de déterminer les périodes dans lesquelles le capteur de roue donne une information fiable sur la vitesse instantanée du véhicule ferroviaire. Cette vitesse instantanée fiable est utilisable pour le calcul de courbes de vitesse maximale autorisée, la distance maximale parcourue et/ou la distance minimale parcourue.
Ci-dessous un procédé pour déterminer une courbe de vitesse en fonction du temps sera expliqué dans lequel une information fiable sur la vitesse instantanée est utilisée pour augmenter son performance.
La Figure 4 montre un organigramme du procédé de base pour déterminer une courbe de vitesse en fonction du temps. Il sera expliqué conjointement avec les courbes de vitesse maximale autorisée dans les Figures 5 et 6. L'utilisation de l'information fiable sur la vitesse instantanée est ensuite expliquée conjointement avec les Figures 7 et 8.
A partir d'une balise 32, une autorité de mouvement est fournie sous forme d'une courbe de vitesse maximale autorisée 200 sur la voie 11 en fonction de la position sur la voie, c'est-à-dire en fonction d'une distance par rapport à un point de référence notamment constitué de la balise 32, et une distance maximale à parcourir d_A à partir de cette balise.
Le véhicule ferroviaire 10 a une vitesse V0 lors du passage sur la balise 32. Dans un mode de réalisation, la vitesse réelle V0 exacte n'est pas connue par le contrôleur 12. Mais, le contrôleur 12 connaît un intervalle de vitesse entre V0,min et V0,max englobant la vitesse réelle du véhicule ferroviaire V0.
La courbe de vitesse maximale autorisée 200 en fonction de distance illustrée sur la figure 5 fournie par la balise 32 comprend trois sections 202, 204, 206 avec des vitesses maximales autorisées différentes sur différentes sections de voie. La distance 0 correspond au positionnement de la balise 32.
Sur la première section 202 de la voie 11, le véhicule ferroviaire 10 est autorisé à circuler à une première vitesse maximale autorisée V1 sur une première distance d₂₀₂. Sur la deuxième section 204 de la voie 11, le véhicule ferroviaire est autorisé à circuler à une deuxième vitesse maximale autorisée V2 sur une deuxième distance d₂₀₄, et sur la troisième section 206 de la voie 11, le véhicule ferroviaire 10 est autorisé à circuler à une troisième vitesse maximale autorisée V3 sur une troisième distance d₂₀₆, avant d'arriver à la fin de l'autorité de mouvement où le véhicule ferroviaire devrait être arrêté au point 208. Les trois sections 202, 204, 206 correspondent ensemble à la distance maximale d_A que le véhicule ferroviaire est autorisé à parcourir.
A partir des sections 202, 204, 206 avec leur vitesse maximale autorisée respective V1, V2, V3, l'unité de calcul 120 calcule dans une étape 1000 illustrée sur la figure 4, une courbe de vitesse maximale autorisée spécifique 210 en fonction de la position du véhicule sur la voie spécifiquement pour le véhicule ferroviaire en cause 10, en utilisant l'information sur le modèle dynamique du véhicule ferroviaire stocké dans la mémoire 128, et, le cas échéant, l'information de la topologique de la voie. Par exemple, des informations sur les capacités de freinage et/ou une accélération issues du modèle dynamique du véhicule ferroviaire stocké dans la mémoire 128 sont utilisées.
Cette courbe de vitesse maximale autorisée spécifique en fonction de la distance 210 est différente de la vitesse maximale autorisée sur la voie 11 avant ou après un changement de section. Elle est alors représentée en pointillés.
Comme illustré sur la Figure 4, le contrôleur 12 calcule à l'étape 1001 une courbe de vitesse maximale 300 autorisée en fonction du temps et non plus en fonction de la position, à partir de la courbe de vitesse maximale autorisée spécifique en fonction de la distance 210 en utilisant le modèle dynamique du véhicule ferroviaire stocké dans le mémoire 128. La courbe de vitesse maximale autorisée 300 en fonction du temps est illustrée schématiquement sur la Figure 6. Pour des fins d'illustration, une courbe de vitesse maximale autorisée spécifique 301 en fonction de la distance qui correspond à la courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps 300 est montrée dans la Figure 5.
Le véhicule ferroviaire utilise la courbe 300 de la vitesse maximale autorisée en fonction de temps pour comparer à tout moment pendant son trajet sa vitesse instantanée avec la vitesse maximale autorisée à cet instant précis et pour effectuer un freinage, en cas de dépassement de cette vitesse maximale autorisée, par exemple après un avertissement éventuel.
Le système et le procédé garantissent que le véhicule ne dépasse à aucun moment les vitesses maximales autorisées sur les différentes sections de la voie 11.
Un temps maximal restant à rouler t_A commence au moment où le véhicule ferroviaire 10 passe par l'origine du tronçon maximal que le véhicule ferroviaire est autorisé à parcourir correspondant à la distance d_A. Le temps t_A commence par exemple au moment où le véhicule ferroviaire passe sur la balise 32 qui a envoyé l'autorité de mouvement.
Un exemple simplifié de la construction de la courbe de vitesse maximale autorisée 300 en fonction du temps qui est faite lorsque le véhicule ferroviaire passe sur la balise 32 est expliqué dans la suite. Dans une première plage de temps 302 la vitesse maximale autorisée augmente de la vitesse instantanée V0,max jusqu'à la vitesse V1 qui sera autorisée pendant la plage de temps 304 en utilisant la capacité maximale d'accélération a_max du véhicule ferroviaire stockée dans la mémoire 128. Le véhicule ferroviaire atteint - théoriquement pour le calcul de la courbe 300 en fonction du temps - la vitesse maximale V1 après un temps t₀ après avoir parcouru une distance d₀. Dans l'hypothèse d'une accélération constante,
le temps est t₀=(V1-V0,max)/a_max et
la distance parcourue correspondante est d₀=(V1+V0,max) ^∗t₀/2.
La vitesse maximale V1 sera autorisée pendant la plage de temps 304. Cette plage de temps 304 correspond au temps que le véhicule ferroviaire besoin pour parcourir la distance entre d₀ et d₁, s'il roule en vitesse V1. Pour calculer la courbe de vitesse maximale autorisée 300 en fonction du temps sur la section 204, l'unité de calcul de la courbe n'utilise pas l'augmentation de la vitesse maximale autorisée sur la voie de la section 202 à la section 204 pour passer de V1 à V2, si elle n'a pas d'informations fiables sur le fait que le véhicule ferroviaire 10 a déjà parcouru la distance d_202. Cette information provient par exemple d'une balise placée entre les sections 202 et 204 ou d'un calcul de la distance minimale parcourue grâce à des signaux de sortie du capteur de roue 14 et du capteur d'accélération 20 comme il sera expliqué plus tard.
Par exemple, si le véhicule ferroviaire avait utilisé le capteur de roue pour estimer la distance d₂₀₂, un patinage, par exemple lors de l'accélération de V0 à V1, aurait mené à une surestimation de la distance parcourue. Donc, le véhicule ferroviaire pourrait se retrouver encore dans la section 202 au lieu de 204. Par conséquence, si le procédé avait autorisé une accélération de V1 à V2, le véhicule ferroviaire pourrait rouler à une survitesse non autorisée sur la section 202.
Dans la suite on suppose qu'une information de position n'est pas obtenue entre les sections 202 et 204.
La distance d₁ dépend de la distance d₂, qui correspond à la fin de la section 204 et est connue, et des capacités de freinage minimum garanti a_f pour réduire la vitesse de V1 à V3 à la fin de la section 204.
Le véhicule ferroviaire roulant à la vitesse V1 a besoin du temps t₂-t₁=(V3-V1)/a_f correspondant à la plage de temps 306 pour réduire sa vitesse à la vitesse V3 et une distance entre d₁ et d₂ qui correspond à (V3+V1)/2^∗(t₂-t₁). d₁ est déduit des équations qui précèdent. A partir de cette information, il est possible de calculer le temps t₁ jusqu'auquel le véhicule ferroviaire est autorisé à rouler à la vitesse maximale V1, par exemple, t₁ = (d₁-d₀)/V1+t₀.
Alors, la courbe de vitesse maximale autorisée 300 en fonction du temps est maintenant construite jusqu'au temps t₂.
La plage de temps 308 pendant laquelle la vitesse maximale V3 est autorisée, la plage de temps 310 et le temps t₃ à partir duquel le véhicule est obligé à réduire sa vitesse, s'il roule à la vitesse V3, sont calculés de manière similaire aux plages de temps 304 et 306. Donc, la courbe de vitesse maximale autorisée 300 en fonction du temps est calculée jusqu'à t_A.
La courbe de vitesse maximale autorisée 300 en fonction du temps calculée par l'unité de calcul 120 dépend de la vitesse maximale autorisée sur la voie 200 qui est, par exemple, prescrit par les autorités ferroviaires et des capacités de freinage et d'accélération du véhicule ferroviaire 10. La courbe de vitesse 300 en fonction du temps donne alors pour un moment donné la vitesse maximale autorisée pour le véhicule ferroviaire.
Le calcul est effectué en supposant que le véhicule ferroviaire roule toujours à la vitesse maximale autorisée de la courbe de vitesse en fonction du temps, et qu'il utilise toujours ses capacités maximales d'accélération et/ou de décélération minimale garantie du modèle dynamique du véhicule ferroviaire. De cette façon, le véhicule ferroviaire respectant ces limites de vitesse évite de dépasser la distance d_A de son autorité de mouvement.
Le véhicule roule alors pendant la mise en oeuvre du procédé toujours à la vitesse maximale donnée par la courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps 300. Si le véhicule roulait à une vitesse en dessous de la courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps, il risquerait de ne pas atteindre la fin de la distance d_A de son autorité de mouvement, car le temps t_A aura été atteint auparavant.
Dans un mode de réalisation, avant la génération de la courbe de vitesse maximale en fonction du temps, la vitesse instantanée est considérée nulle au départ, par exemple si le véhicule ferroviaire commence à rouler après un arrêt à la gare.
Le contrôleur 12, dans une étape de supervision de vitesse 1020, en utilisant la vitesse instantanée mesurée et la courbe de vitesse 300 en fonction du temps, assure que la vitesse maximale autorisée est respectée par le véhicule ferroviaire 10. Si la vitesse maximale autorisée est dépassée, le contrôleur 12, en particulier à l'étape de supervision 1020, ordonne un freinage d'urgence au système de freinage 16. Il est à noter, que l'information provenant du capteur de roue 14 est utilisée pour une telle fonction de tachymétrie.
Typiquement, les performances du système et du procédé utilisant des courbes de vitesses en fonction de temps sont améliorées si le véhicule utilise plus de capteurs et/ou si dans la voie 33, plus de balises sont installées.
Ce système de base utilisant des courbes de vitesses en fonction de temps ne perd pas de performance par rapport à un système basé sur la distance parcourue si la distance parcourue avant l'application des freins est supérieure à la distance d'une prochaine balise rencontrée qui, dans un mode de réalisation, déclenche un calcul à nouveau de la courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps.
Dans un mode de réalisation, le système laisse au conducteur la possibilité d'anticiper le freinage et d'approcher un point d'arrêt à l'allure modérée sans être freiné d'urgence. Par exemple, lorsqu'un conducteur anticipe le freinage, il s'approche d'une vitesse modérée V_release bien avant de risquer un freinage d'urgence.
Le procédé et le système sont enrichis pour augmenter encore la performance quand ils prennent en compte en permanence la distance minimale parcourue et la distance maximale parcourue pour calculer une courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps actualisée. Ceci est fait par la connaissance d'une ou plusieurs valeurs de vitesse instantanée fiable déterminée par le procédé selon l'invention. Ce procédé utilise alors une odométrie basée sur le capteur de roue 14 et le capteur d'accélération 20.
Un mode de réalisation de l'invention sera alors décrit conjointement avec l'organigramme de la Figure 7 qui montre un organigramme d'une partie d'un procédé pour sécuriser un véhicule ferroviaire. Par exemple, un tel procédé est utilisé dans un système de protection automatique de train basé sur le temps. Néanmoins, l'invention peut aussi être utilisée dans d'autres procédés pour sécuriser le déplacement d'un véhicule ferroviaire.
L'unité de calcul 120 déduit si les informations sur la vitesse instantanée mesurée dans l'étape de tachymétrie 1010 par le capteur de roue 14 sont fiables et donc utilisables pour une odométrie pour recalculer la courbe de vitesse maximale autorisée 300 en fonction du temps.
A l'étape 1060, le contrôleur 12 reçoit au moins une valeur de sortie d'au moins l'un des capteurs de roue 14. Par exemple, la valeur de sortie est un ensemble d'impulsions dont la fréquence est représentative de la vitesse de rotation de la roue. Dans un autre mode de réalisation, le capteur de roue 14 livre lui-même une valeur de vitesse instantanée, soit la vitesse instantanée de rotation de la roue ou soit une estimation de la vitesse instantanée du véhicule ferroviaire 10 calculée par simple produit de la vitesse angulaire de la roue par son rayon. L'estimation comprend, dans un mode de réalisation, une valeur de vitesse instantanée maximale et une valeur de vitesse instantanée minimale lorsque l'unité de calcul 120 applique une marge de sécurité autour de la valeur de vitesse instantanée mesurée.
A l'étape 1065, le contrôleur 12 reçoit une valeur de sortie produite par le capteur d'accélération 20. La valeur de sortie est représentative de l'accélération mesurée en direction de l'axe de sensibilité du capteur d'accélération 20. La valeur d'accélération est positive si le véhicule ferroviaire 10 accélère sur une voie 11 horizontale et négative si le véhicule ferroviaire 10 freine sur une voie 11 horizontale. Par exemple, le capteur d'accélération livre lui-même une valeur d'accélération. Les étapes 1060 et 1065 peuvent être aussi réalisées en parallèle ou dans l'ordre inverse. Dans un mode de réalisation, le temps de la mesure du capteur d'accélération et/ou du capteur de roue est enregistré pour synchroniser les valeurs de sortie du capteur d'accélération 20 et des capteurs de roue 14.
A partir des valeurs d'accélération, l'unité de calcul 120 détecte, quand le capteur de roue 14 donne des résultats fiables et utilisables pour estimer une distance parcourue ou la vitesse instantanée du véhicule ferroviaire 10. Dans un mode de réalisation, l'unité de calcul 120 détermine des périodes durant lesquelles les valeurs de sortie venant du capteur de roue 14 pour déterminer la vitesse instantanée sont utilisable pour l'estimation de la distance maximale parcourue (lorsque l'effort de freinage exercé ne risque pas de provoquer un enraillage). De la même manière, l'unité de calcul 120 détermine des périodes durant lesquelles les valeurs de sortie venant du capteur de roue 14 pour déterminer la vitesse instantanée sont utilisable pour l'estimation de la distance minimale parcourue (lorsque l'effort de traction exercé ne risque pas de provoquer un patinage).
Ces déterminations sont faites à l'étape 1070, dans laquelle les valeurs de l'accélération en direction de la voie sont comparées avec des valeurs d'accélération prédéterminées.
Dans le cas d'un calcul de la distance maximale parcourue, les valeurs de vitesse instantanées, ou, dans le cas échéant, les valeurs de vitesse maximales instantanées, sont utilisables si l'effort mesuré par l'accéléromètre est supérieur à une première valeur prédéterminée (par exemple -0,4 m/s²). En effet, dans ce cas, on est sûr que le véhicule ferroviaire ne freine pas suffisamment que pour que la roue enraye. De ce fait, le procédé garanti que la valeur de vitesse instantanée déterminée par le capteur de roue ne mènera pas à une sous-estimation de la distance parcourue.
Dans le cas d'un calcul de la distance minimale parcourue, les valeurs de vitesse instantanées, ou, dans le cas échéant, les valeurs de vitesse minimales instantanées, sont utilisables si l'effort mesuré par l'accéléromètre est inférieur à une deuxième valeur prédéterminée (par exemple 0,4 m/s²). En effet, dans ce cas, on est sûr que le véhicule ferroviaire ne tractionne pas suffisamment que pour que la roue patine. De ce fait, le procédé garanti que la valeur de vitesse instantanée déterminée par le capteur de roue ne mènera pas à une surestimation de la distance parcourue.
L'étape 1070 assure alors, que les valeurs de sortie du capteur de roue 14 sont seulement utilisées lors des périodes fiables donc en dehors de périodes de risque de glissement ou d'enraillement de la roue à laquelle le capteur de roue est montée, et, en d'autres termes, lorsque le véhicule ferroviaire 10 roule sans produire un effort sur les rails.
Dans un mode de réalisation, les valeurs d'accélération prédéterminées dépendent de l'essieu sur lequel se trouve le capteur de roue. Par exemple, une roue motorisée ou freinée a une autre valeur d'accélération prédéterminée qu'une roue non motorisée et/ou non freinée. Dans un mode de réalisation, les forces de frottement existant dans le véhicule et mesurées par l'accéléromètre sont incluses dans les marges prises autour de la mesure.
Si les informations de vitesse instantanée, ou, dans le cas échéant, les valeurs de vitesse minimales ou maximales instantanées, mesurées par le ou les capteurs de roue 14 sont fiables et utilisable pour une odométrie, notamment pour l'estimation de la distance minimale parcourue, et/ou pour l'estimation de la distance maximale parcourue, elles sont alors utilisées pour calculer à l'étape 1080 une nouvelle courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps en prenant en compte la distance minimale parcourue et/ou la distance maximale parcourue par le véhicule ferroviaire 10. Sinon, aucun recalcul n'est fait et l'étape 1080 est sautée.
Le recalcul de la courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps en utilisant la distance maximale parcourue est expliqué à l'aide de la Figure 8 qui montre une courbe de vitesse en fonction du temps 300 qui correspond à la courbe de vitesse en fonction du temps 300 de la Figure 6. A l'instant t₅, le contrôleur 12 déduit, à l'étape 1070, une valeur de vitesse instantanée fiable 401 pour le calcul de la distance maximale parcourue. Cette vitesse instantanée 401 est au-dessous de la vitesse maximale autorisée représentée par la courbe de vitesse 300 en fonction du temps. L'unité de calcul prend en compte les vitesses instantanées, ou, dans le cas échéant, les valeurs de vitesse maximales instantanées, provenant du capteur de roue 14. Après la distance maximale parcourue est calculée, le contrôleur 12 suppose, par mesure de sécurité, pour le calcul de la courbe de vitesse maximale autorisée 400 en fonction du temps que le véhicule ferroviaire 10 accélère ensuite avec sa capacité maximale d'accélération a_max après la valeur fiable de la vitesse instantanée 401 pour atteindre la vitesse maximale autorisée V1 au moment t₆. Le calcul se fait comme dans l'exemple exposé en regard de la Figure 6 en utilisant la distance maximale parcourue comme point de départ.
Avant la valeur fiable de la vitesse instantanée 401 le contrôleur suppose pour le calcul de la courbe de vitesse maximale autorisée 400 en fonction du temps que le véhicule a freiné entre t₄ et t₅ avec ces capacités de freinage maximales à partir de la vitesse maximale autorisée au moment t₄ pour atteindre la vitesse 401 au moment t₅. La région hachurée représente une distance correspondant à la différence entre d_A et un point en amont de d_A où le véhicule ferroviaire s'arrêterait s'il ne recalculait pas la courbe de vitesse en fonction du temps.
Avec l'utilisation de la valeur de vitesse instantanée 401, on peut voir, que la durée de circulation maximale autorisée t_A' du véhicule ferroviaire 12 est augmentée par rapport au temps de circulation maximale autorisé t_A de la courbe de vitesse en fonction du temps 300.
A l'étape 1090 qui correspond à l'étape 1020 de la Figure 4, les courbes de vitesse maximales autorisées 300, 400 en fonction du temps sont utilisées pour contrôler automatiquement le véhicule ferroviaire, en particulier pour contrôler son freinage si le véhicule ferroviaire dépasse la vitesse maximale autorisée. Le capteur de roue est utilisé de manière permanente pour la tachymétrie, qui est moins sensible envers le glissement ou enrayage. En effet, aucune accumulation de l'erreur commise n'est effectuée dans le cas d'une application de tachymétrie.
Le recalcul de la courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps en utilisant la distance minimale parcourue est expliqué ensuite.
Le contrôleur calcule une position du véhicule ferroviaire minimale, c'est-à-dire une distance minimale parcourue. Cette distance minimale parcourue est utilisée pour savoir si le véhicule ferroviaire a libéré une section ou un point dangereux afin, par exemple, de permettre une reprise de vitesse après une limitation. A partir des valeurs de vitesse instantanée, ou, dans le cas échéant, les valeurs de vitesse minimales instantanées, du véhicule ferroviaire, et la capacité de freinage maximale, on peut en déduire une distance minimale parcourue. A partir de là, dans un cas comme celui de la section 204 de la figure 5, on garantit l'entrée dans cette section et permet au véhicule ferroviaire d'accélérer jusqu'à la vitesse V2. Si on n'effectue pas ce calcul, le système proposé imposera la vitesse V1 sur tout le trajet jusqu'à ce qu'il passe sur une balise lui garantissant qu'il a quitté la section 202. Si le système a déduit que le véhicule ferroviaire est dans la section 204, il fait un recalcul de la courbe de vitesse maximale autorisée en fonction du temps en autorisant une accélération jusqu'à la vitesse V2.
Dans un mode de réalisation, le véhicule ferroviaire est autorisée de s'approcher à une fin d'autorisation de mouvement (EOA - End of movement authority) s'il roule à ou au-dessous d'une vitesse de libération (Vrelease). La vitesse de libération dépend de la distance entre un point dangereux 36 et la position de la fin d'autorité de mouvement EOA. Par exemple, la distance entre la position d'EOA et du point dangereux est choisie de manière à pouvoir atteindre la position d'EOA à la vitesse Vrelease tout en garantissant l'arrêt au point dangereux si le véhicule ferroviaire est trippé en EOA. La distance entre la position d'EOA et du point dangereux est fixée par l'infrastructure et donc, le système de signalisation n'a typiquement aucune prise sur cette distance.
L'invention propose un système et procédé pour sécuriser le déplacement d'un véhicule ferroviaire ayant des coûts modérés et une bonne performance. Par exemple, il est possible de garder la compatibilité avec une infrastructure au sol équipée pour ETCS et d'équiper le matériel roulant de manière évolutive et dans le même temps de faire cohabiter des trains équipés avec ETCS et ce avec le système selon l'invention.
Il existe aussi d'autres systèmes pour sécuriser un véhicule ferroviaire, par exemple, des systèmes où le véhicule ferroviaire est contrôlé en utilisant directement une courbe de vitesse maximale autorisée par rapport à la distance 210 en comparant la vitesse maximale autorisée à en certain endroit à la vitesse instantanée mesurée. Cette courbe de vitesse en fonction de la distance 210 est calculée par le véhicule ferroviaire. Pour ces systèmes pour sécuriser un véhicule ferroviaire basés sur des courbes de vitesses maximales autorisées en fonction de la distance, la fonction odométrique est cruciale. Le procédé et le système selon l'invention peuvent alors être utilisés pour estimer la distance que le véhicule a déjà parcouru pour recalculer la courbe de vitesse maximale autorisée en fonction de la distance et sa position instantanée en utilisant ses performances dynamique du véhicule ferroviaire.

Claims

Procédé pour sécuriser le déplacement d'un véhicule ferroviaire (10) roulant sur une voie (11), le véhicule ferroviaire ayant au moins un capteur de roue (14) propre à fournir une information représentative de la vitesse de rotation de la roue, et ayant au moins un capteur d'accélération (20) dont l'axe de sensibilité est parallèle à la voie (11), le procédé comprenant les étapes suivantes :
- la réception (1060) d'au moins une valeur de sortie de l'un ou plusieurs des capteurs de roue (14) ;

- la réception (1065) d'au moins une valeur de sortie de l'un des capteurs d'accélération (20) ;

- la détermination d'au moins une valeur d'accélération mesurée à partir de la ou des valeurs de sortie de l'un des capteurs d'accélération ;
et le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'étape suivante

- l'utilisation (1070, 1080, 1090) d'une ou plusieurs valeurs de sortie du ou des capteurs de roue reçue(s) pour une supervision du véhicule ferroviaire en fonction d'une comparaison d'une ou de plusieurs valeurs de l'accélération mesurées avec au moins une valeur d'accélération de référence.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'utilisation comprend la détermination d'une distance, en particulier une distance parcourue, à partir d'une ou plusieurs valeurs de sortie reçue(s).
Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre l'étape suivante : la détermination (1070) d'au moins une valeur de vitesse instantanée fiable (401) à partir d'une ou plusieurs valeurs de sortie reçue(s).
Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'utilisation comprend en outre l'étape suivante :
- le calcul (1080) des valeurs de vitesse maximale autorisée, en particulier une courbe de vitesse maximale autorisée (210, 300, 400), basée sur une ou plusieurs valeurs de sortie reçue(s), en particulier en utilisant la distance, par exemple la distance parcourue, et/ou une ou plusieurs valeur(s) de vitesse instantanée fiables (401).
Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la courbe de vitesse maximale autorisée est en fonction du temps (300) ou de la distance (200).
Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'utilisation d'une ou plusieurs valeurs de sortie reçue(s) pour une supervision du véhicule ferroviaire comprend le calcul d'une distance minimale parcourue et/ou d'une distance maximale parcourue du véhicule ferroviaire (10).
Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la supervision du véhicule ferroviaire comprend la comparaison (1090) de la vitesse instantanée du véhicule ferroviaire avec la vitesse maximale autorisée et le freinage du véhicule ferroviaire (10) en fonction du résultat de la comparaison de la vitesse maximale autorisée avec la vitesse instantanée.
Système pour sécuriser un déplacement d'un véhicule ferroviaire (10), le véhicule ferroviaire comprenant au moins un capteur de roue (14) propre à générer une ou plusieurs valeurs de sortie représentative de la rotation de la roue, au moins un capteur d'accélération (20) dont l'axe de sensibilité est parallèle à la direction de la voie (111), et un contrôleur (12) étant connecté à au moins l'un des capteurs de roue et à au moins l'un des capteurs d'accélération, caractérisé en ce que
le contrôleur est propre à utiliser l'une ou plusieurs des valeurs de sortie du ou des capteurs de roue (14) reçue(s) pour une supervision (1070, 1080, 1090) du véhicule ferroviaire en fonction d'une comparaison d'une ou de plusieurs valeurs de l'accélération mesurées déterminées à partir d'une ou des valeurs de sortie du ou des capteurs d'accélération (20) avec au moins une valeur d'accélération de référence.
Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que
le contrôleur (12) est propre à mettre en oeuvre l'une ou plusieurs des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
Contrôleur (12) embarqué dans un véhicule ferroviaire pour le sécuriser, le contrôleur étant propre à être connecté à au moins un capteur de roue propre à générer une ou plusieurs valeurs de sortie représentative de la rotation de la roue et à au moins un capteur d'accélération (20) dont l'axe de sensibilité est parallèle à la direction de la voie (11), caractérisé en ce que
le contrôleur (12) est propre à utiliser l'une ou plusieurs des valeurs de sortie reçue(s) du ou des capteurs de roue (14) pour une supervision (1070, 1080, 1090) du véhicule ferroviaire en fonction d'une comparaison d'une ou de plusieurs valeurs de l'accélération mesurées déterminées à partir d'une ou des valeurs de sortie du ou des capteurs d'accélération (20) avec au moins une valeur d'accélération de référence.
Contrôleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le contrôleur est propre à mettre en oeuvre l'un ou plusieurs des étapes du procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
Véhicule ferroviaire (10) comprenant :
au moins un capteur de roue (14) propre à générer une ou plusieurs valeurs de sortie représentative de la rotation de la roue ;

au moins un capteur d'accélération (20) dont l'axe de sensibilité est parallèle à la direction de la voie (11) ; et

un contrôleur selon l'une des revendications 10 à 11, le contrôleur étant relié à au moins l'un des capteurs de roue et à au moins l'un des capteurs d'accélération.