FR2794707A1

FR2794707A1 - Procede et dispositif de commande de l'inclinaison d'un vehicule ferroviaire pendulaire

Info

Publication number: FR2794707A1
Application number: FR9907435A
Authority: FR
Inventors: Laurent Hazard; Frederic Vantalon
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Alstom Transport Technologies SAS
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-15
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: CA2339898A1; CN1259211C; US6484074B1; PL345994A1; WO2000076827A1; KR20010072366A; CN1313817A; AU760480B2; FR2794707B1; KR100666519B1; EP1104375A1; AU4125300A; CA2339898C; JP2003502211A

Abstract

Ce procédé de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire par mesure de grandeurs inertielles, calcul, à partir des grandeurs inertielles mesurées, des caractéristiques géométriques descriptives de la voie et élaboration, à partir de ces dernières, de consignes d'angle d'inclinaison, comprend les étapes de localisation du véhicule sur la voie ferrée sur laquelle il circule au moyen d'une comparaison des caractéristiques calculées avec des caractéristiques géométriques stockées dans une base de données obtenue par apprentissage préalable et regroupant les caractéristiques géométriques de voies ferrées autorisant un fonctionnement en mode pendulaire et auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule, extraction, de la base de données, des caractéristiques géométriques correspondant à la prochaine courbe et élaboration, par anticipation, de la ou des consignes d'angle d'inclinaison pour cette courbe à partir des caractéristiques extraites en vue de provoquer l'inclinaison du véhicule dans la courbe.

Description

La présente invention est relativeà un procédé de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire et se rapporte égalementà un dispositif de commande pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.

Il existeà ce jour deux principales techniques de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire. Elles consistentà élaborer des consignes d'angle d'inclinaison permettant de compenser les effets de la force centrifuge subie par les passagers lorsque le véhicule circule dans une courbe.

Une première technique consisteà mesurer des grandeurs inertielles, en particulier l'accélération transversale, la vitesse de roulis du véhicule et, éventuellement la vitesse de lacet du bogie,à calculer,à partir de ces grandeurs, des caractéristiques géométriques descriptives de la voie sur laquelle circule le véhicule età élaborer les consignes d'angle d'inclinaisonà partir de ces caractéristiques.

Cette technique permet une élaboration relativement précise des consignes d'angle. Elle présente toutefois un certain nombre d'inconvénients, notamment en raison du fait que l'inclinaison du véhicule s'effectue de façon déphasée par rapport aux courbes abordées par le véhicule, dans la mesure où elle ne tient pas compte du retard inhérent au traitement des grandeurs inertielles et du temps de retard engendré lors du fonctionnement des systèmes moteurs de pendulation équipant chaque caisse du véhicule et auquel sont transmises les consignes d'angle.

Un tel retard peut être nettement perceptibleà partir d'une vitesse de 16OKm/h pour une rame munie d'une motrice en tête.

Une autre technique connue, élaborée pour pallier cet inconvénient, consisteà équiper les voies ferrées de balises permettant de localiser précisément le véhicule ferroviaire sur la voie sur laquelle il circule, età transmettre les consignes d'angle d'inclinaison au système de pendulation de façon anticipée de manièreà compenser les retards inhérents au fonctionnement de ces systèmes.

Cette technique permet de compenser efficacement la force centrifuge soumise aux passagers du véhicule dans la mesure où l'inclinaison peut être réalisée en phase avec les courbes abordées. Elle présente cependant l'inconvénient relatif au fait qu'elle nécessite d'équiper de balises toutes les voies ferrées d'un réseau ferroviaire autorisant un fonctionnement en mode pendulaire et est donc d'un coût prohibitif. En outre, elle ne peut être mise en oeuvre sur des tronçons de réseau non équipés de telles balises.

Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients.

Elle a donc pour objet un procédé de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire, par mesure de grandeurs inertielles, calcul,à partir des grandeurs inertielles mesurées, de caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée et élaboration de consignes d'angle d'inclinaisonà partir de ces dernières, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de- - localisation du véhicule sur la voie ferrée sur laquelle il circule au moyen d'une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec des caractéristiques géométriques stockées dans une base de données obtenue par apprentissage préalable et regroupant les caractéristiques géométriques de voies ferrées autorisant un fonctionnement en mode pendulaire et auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule- - extraction, de la base de données, des caractéristiques géométriques correspondantà la prochaine courbe; et - élaboration, par anticipation, de la ou des consignes d'angle d'inclinaison pour cette courbeà partir des caractéristiques géométriques extraites en vue de provoquer l'inclinaison du véhicule dans la courbe.

Le procédé conformeà l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possible: - la localisation du véhicule comporte les étapes d'identification de la voie ferrée sur laquelle le véhicule circule, par comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec les caractéristiques mémorisées dans la base de données et de calcul de la distance par rapportà la prochaine courbeà partir d'une mesure de la vitesse du véhicule ferroviaire et de la longueur d'un alignement précédant ladite courbe, extraite de la base de données; au moins en sortie de chaque courbe, on procèdeà une correction de la localisation du véhicule sur la voie ferrée par comparaison des caractéristiques géométriques calculées lors du franchissement de la courbe avec les caractéristiques stockées dans la base de données; - préalablementà l'élaboration de la ou des consignes d'angle d'inclinaison, on compare au moins une des caractéristiques calculées avec une fenêtre de validation de la localisation du véhicule ferroviaire élaboréeà partir de la ou des données respectives extraites de la base de données et correspondantà l'emplacement présumé du véhicule ferroviaire; - en cas de défaut de correspondance entre la ou les caractéristiques calculées et la fenêtre de validation, la ou les consignes d'angle sont élaboréesà partir des caractéristiques géométriques calculées; - on appliqueà la ou les consignes d'angle un coefficient de modération de l'inclinaison du véhicule ferroviaire extrait de la base de données pour chaque courbe; - il comporte en outre une étape consistantà transmettre la ou les consignes d'angle élaboréesà des systèmes moteurs équipant chaque voiture du véhicule ferroviaire pour son inclinaisonà des instants permettant de compenser les retards engendrés lors du fonctionnement desdits systèmes et en fonction de la localisation de chaque voiture dans le véhicule.

L'invention a également pour objet un dispositif de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire, du type comportant des moyens de mesure de grandeurs inertielles et un calculateur adapté pour calculer,à partir des grandeurs inertielles mesurées, des caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée sur laquelle il circule et pour élaborer des consignes d'angle d'inclinaison pour le véhicule ferroviaireà partir des caractéristiques géométriques calculées, caractérisé en ce que le calculateur comporte des moyens de localisation du véhicule ferroviaireà partir d'une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec des caractéristiques géométriques stockées dans une base de données mémorisée dans le calculateur obtenue par apprentissage préalable et regroupant les caractéristiques géométriques de voies ferrées autorisant un fonctionnement en mode pendulaire et auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule, les grandeurs inertielles servantà l'élaboration de la ou des consignes d'angle correspondantà la prochaine courbe étant élaborés de façon anticipéeà partir des caractéristiques de cette courbe extraites de la base de données, de manièreà commander ainsi l'inclinaison du véhicule dans la courbe.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description suivante, donnée uniquementà titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - La figure1 est un schéma illustrant le principe de compensation de la force centrifuge appliquée aux passagers d'un véhicule ferroviaire; - la figure 2 est un schéma synoptique illustrant la structure d'un dispositif de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire conformeà l'invention- et - la figure3 est un organigramme représentant les principales phases de fonctionnement du procédé de commande selon l'invention.

Sur la figure1, on a représenté une vue schématique de face d'un véhicule ferroviaire10 circulant en courbe sur une voie ferrée en dévers d d'angle #.

Le véhicule10, et en particulier les passagers qu'il transporte est soumis, d'une partà l'accélération de la pesanteurg et, d'autre part,à la force centrifuge V2 /R, V et R désignant respectivement la vitesse du véhicule et le rayon de courbure de la courbe en franchissement.

La force totale F perçue par les voyageurs est constituée par la somme de l'accélération de la pesanteur et de la force centrifuge.

En considérant un repère (x,y) lié au véhicule10, on conçoit que cette force F comporte une première composante transversale Fx néfaste pour le confort des voyageurs et susceptible d'engendrer une cinétose, et une deuxième composante Fy s'exerçant dans une direction perpendiculaire au plan des voies et peu perceptible par les voyageurs.

A faible vitesse, le dévers de la voie ferrée peut être suffisant pour limiter la composante transversale de la force totale F appliquée aux voyageurs, sous l'action de l'accélération de la pesanteur.

A vitesse élevée, les véhicules ferroviaires pendulaires réalisent une compensation complémentaire en s'inclinant vers l'intérieur de la courbe de manièreà réduire, voire annuler, par la seule action de la pesanteur, la composante transversale de la force totale appliquée aux passagers, et ce en fonction de la vitesse du véhicule.

On a représenté sur la figure 2 un schéma synoptique d'un dispositif de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire permettant d'effectuer efficacement et sans retard une telle compensation.

Comme on le voit sur cette figure, le dispositif de commande comporte des moyens 12 de mesure de grandeurs inertielles, en particulier l'accélération transversale, la vitesse de roulis et, le cas échéant, la vitesse de lacet du bogie du véhicule.

Ces moyensde mesure 12 sont raccordésà un calculateur 14 dans lequel est stocké un algorithme de calcul de caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée sur laquelle circule le véhicule ferroviaire. Cet algorithme est un algorithme de type calssique. Il ne sera donc pas décrit en détail par la suite. On notera toutefois qu'il est adapté pour calculer,à partir des grandeurs inertielles, les caractéristiques géométriques de la voie, notamment le dévers des courbes franchies, leur rayon de courbure. et le gauche, en particulierà partir de la vitesse du véhicule.

Le calculateur 14 est associéà une base de données16 dans laquelle sont stockées des caractéristiques géométriques descriptives correspondantes obtenues par apprentissage préalable en faisant circuler un véhicule ferroviaire sur les voies ferrées d'un réseau ferroviaire autorisant un fonctionnement en mode pendulaire et auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule ferroviaire, en mesurant les grandeurs inertielles servant au calcul de ces caractéristiques, et en calculant ces dernières.

Ainsi, la base de données16 contient une description géométrique précise de l'ensemble des voies praticables en fonctionnement pendulaire.

Comme cela va maintenant être décrit en référenceà la figure3, qui représente un organigramme décrivant le fonctionnement général du dispositif de commande de l'inclinaison du véhicule ferroviaire, le calculateur 14 procèdeà une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec les caractéristiques mémorisées dans la base de données, pour identifier la voie ferrée sur laquelle il circule ainsi que localiser précisément le véhicule ferroviaire sur la voie, A partir de cette localisation, le calculateur, 14 extrait de la base de données les caractéristiques géométriques correspondantà la prochaine courbe abordée par le véhicule et utilise ces grandeurs pour calculer l'angle optimum0 d'inclinaison du véhicule permettant d'améliorer le confort des passagers.

On voit en effet sur la figure3 que lors d'une première étape18, le calculateur 14 réceptionne les grandeurs inertielles délivrées par les moyens de mesure 12 et calcule les caractéristiques géométriques de la portion de voie sur laquelle il circuleà partir de ces grandeurs, au moyen d'un algorithme de type classique.

Lors de l'étape 20 suivante, il procèdeà une comparaison des caractéristiques calculées avec les caractéristiques stockées dans la base de données pour procéderà une identification de la voie sur laquelle le véhicule circule. Plus particulièrement, au cours de cette étape 20, le calculateur 14 effectue une comparaison entre les caractéristiques obtenues lors du franchissement de trois courbes précédentes avec les données mémorisées dans la base de données16.

Après identification de la voie, au cours de l'étape 22 suivante, le calculateur 14 procèdeà un calcul de la distance séparant le véhicule de la prochaine courbe par intégration de la vitesse du véhicule età partir de la longueur de l'alignement précédent cette courbe sur lequel il chemine.

On extrait ensuite de la base de données16 les caractéristiques géométriques correspondantà la prochaine courbe (étape 24).

Lors de l'étape26 suivante, l'on effectue une vérification de la localisation par comparaison d'une ou de plusieurs caractéristiques géométriques calculées de la courbe avec une fenêtre de validation.

Cette fenêtre est élaboréeà partir de la ou des caractéristiques géométriques respectives extraites de la base de données et correspondantà l'emplacement du véhicule.

Dans le cas où les caractéristiques calculées se situentà l'intérieur de la fenêtre de validation, c'està dire si le véhicule est correctement localisé, lors de l'étape28 suivante, on utilise les caractéristiques géométriques extraites de la base de données lors de l'étape 24 pour procéder au calcul des consignes d'angle d'inclinaison.

Ces consignes d'angle0 sont proportionnellesà la somme algébrique des composantes transversales de l'accélération de la pesanteur g et de la force centrifuge et sont élaboréesà partir de la relation(1) suivante -. 0 = K [V2 /R cos # - g sin (x 1 (1) dans laquelle, comme mentionné précédemment V désigne la vitesse du véhicule, R est le rayon de courbure du virage abordé, extrait de la base de données, (x désigne l'angle formé par le dévers, et K représente le coefficient de proportionnalité.

L'angle de dévers ot étant nécessairement faible, cette relation peut s'écrire également 0 = K [V2/R - g. d/1 500 1 (2) ci, désignant le dévers en mm et1500 correspondantà la distance entre rails, en mm.

On notera que, de-préférence, lors de ce calcul des consignes d'angle effectuéà l'étape28 précédente, on affecte un coefficient de modération de l'inclinaison du véhicule, extrait de la base de données16 pour chaque courbe en adaptant le coefficient K de proportionnalité de manièreà améliorer le confort des passagers, en particulier dans le cas de courbes de faible rayon de courbure.

Ces consignes sont ensuite transmises vers les systèmes moteurs équipant chaque voiture du véhicule ferroviaire pour leur inclinaison, à des instants permettant de compenser les retard engendrés lors du fonctionnement de ces systèmes, c'està dire juste avant que le véhicule n'aborde la courbe, et ce en fonction de la localisation de chaque voiture dans le véhicule (étape30) .

Au contraire, dans le cas où les caractéristiques calculées se situent en dehors de la fenêtre de validation, indiquant que la localisation déterminée lors des étapes 20 et 22 précédentes n'est pas correcte, ces caractéristiques calculées de la courbe sont utilisées pour calculer les consignes d'angle en utilisant la relation (2) ci-dessus. Elles sont alors immédiatement transmises vers les systèmes moteurs pour commander l'inclinaison du véhicule.

Lors de l'étape 34 suivante, en sortie de chaque courbe au moins, le calculateur 14 procèdeà une correction de la localisation du véhicule sur la voie ferrée en comparant les caractéristiques géométriques calculées avec les caractéristiques stockées dans la base de données pour déterminer précisément la dateà laquelle le train aborde la sortie de la courbe.

Le procédé retourne ensuiteà l'étape 22 pour calculer la distance séparant le véhicule de la prochaine courbe.

On conçoit que le dispositif de commande qui vient d'être décrit dispose de deux modes de fonctionnement distincts,à savoir un premier mode de fonctionnement selon lequel les consignes d'angle d'inclinaison sont élaborées, par anticipation,à partir des caractéristiques extraites de la base de données16, puis transmises au système moteur équipant le véhicule de manièreà provoquer l'inclinaison de ce dernier en phase avec les courbes sur lesquelles il circule, et un deuxième mode de fonctionnement, utilisé dans le cas où la localisation effectuée par le calculateurà partir de la base de données est incorrecte, selon lequel les caractéristiques géométriques calculéesà partir des grandeurs mesurées sont utilisées pour le calcul des consignes d'angle.

Par conséquent, même dans le cas où la localisation du véhicule ferroviaire n'est pas réalisable, par exemple en raison d'une indisponibilité des caractéristiques dans la base de données, il est possible de procéderà une pendulation en utilisant les grandeurs inertielles mesurées en courbe.

On conçoit également que l'invention qui vient d'être décrite ne nécessite pas de doter les voies de dispositif particulier pour procéderà la localisation du véhicule.

Enfin, elle ne nécessite aucune manipulation ou entrée de données de la part du conducteur pour la localisation du véhicule ferroviaire et est donc insensible aux erreurs de manipulation.

Claims

REVENDICATIONS 1 . Procédé de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire, par mesure de grandeurs inertielles, calcul,à partir des grandeurs inertielles mesurées, de caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée, et élaboration,à partir de ces dernières, de consignes d'angle d'inclinaison, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de: - localisation du véhicule sur la voie ferrée sur laquelle il circule au moyen d'une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec des caractéristiques géométriques stockées dans une base de données(16) obtenue par apprentissage préalable et regroupant les caractéristiques géométriques de voies ferrées autorisant un fonctionnement en mode pendulaire, et auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule-, - extraction, de la base de données(16), des caractéristiques géométriques correspondantà la prochaine courbe; et - élaboration, par anticipation, de la ou des consignes d'angle d'inclinaison (0) pour cette courbeà partir des caractéristiques géométriques extraites en vue de provoquer l'inclinaison du véhicule dans la courbe. 2. Procédé selon la revendication1, caractérisé en ce que la localisation du véhicule comporte les étapes d'identification de la voie ferrée sur laquelle le véhicule circule, par comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec les caractéristiques mémorisées dans la base de données(16) et de calcul de la distance par rapportà la prochaine courbe à partir d'une mesure de la vitesse du véhicule ferroviaire et de la longueur d'un alignement précédant ladite courbe, extraite de la base de données. 3.Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins en sortie de chaque courbe, on procèdeà une correction de la localisation du véhicule sur la voie ferrée par comparaison des caractéristiques géométriques calculées lors du franchissement de la courbe avec les caractéristiques stockées dans la base de données(16). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications1 à 3, caractérisé en ce que, préalablementà l'élaboration de la ou des consignes d'angle d'inclinaison(0), on compare au moins une des caractéristiques géométriques calculées avec une fenêtre de validation de la localisation du véhicule ferroviaire élaboréeà partir de la ou des données respectives extraites de la base de données(16) et correspondantà l'emplacement présumé du véhicule ferroviaire. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'en cas de défaut de correspondance entre la ou les caractéristiques géométriques calculées et la fenêtre de validation, la ou les consignes d'angle sont élaboréesà partir des caractéristiques géométriques calculées. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendicationslà 5, caractérisé en ce que l'on appliqueà la ou les consignes d'angle un coefficient de modération de l'inclinaison du véhicule ferroviaire extrait de la base de données(16) pour chaque courbe. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape consistantà transmettre la ou les consignes d'angle(0) élaboréesà des systèmes moteurs équipant chaque voiture du véhicule ferroviaire pour son inclinaisonà des instants permettant de compenser les retards engendrés lors du fonctionnement desdits systèmes et en fonction de la localisation de chaque voiture dans le véhicule. 8. Dispositif de commande de l'inclinaison d'un véhicule ferroviaire pendulaire, du type comportant des moyens (12) de mesure de grandeurs inertielles et un calculateur (14) adapté pour calculer,à partir des grandeurs inertielles mesurées, des caractéristiques géométriques descriptives de la voie ferrée sur laquelle circule le véhicule et pour élaborer des consignes d'angle d'inclinaison(0) pour le véhicule ferroviaireà partir des caractéristiques géométriques calculées, caractérisé en ce que le calculateur (14) comporte des moyens de localisation du véhicule ferroviaireà partir d'une comparaison des caractéristiques géométriques calculées avec des caractéristiques géométriques stockées dans une base de données(16) mémorisée dans le calculateur (14) obtenue par apprentissage préalable et regroupant les caractéristiques géométriques de voies ferrées autorisant un fonctionnement en mode pendulaire auxquelles appartient la voie sur laquelle circule le véhicule, les consignes d'angle correspondantà la prochaine courbe étant élaborées de façon anticipéeà partir des caractéristiques de cette courbe extraites de la base de données, de manière commander ainsi l'inclinaison du véhicule en phase avec la courbe.