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05
'09
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Faiveley
FAIVELEY TRANSPORT invente un dispositif à double freinage sans intervention logicielle pour les trains à grande vitesse
Comment obtenir un niveau d’adhérence optimal entre le rail et la roue en circulation à très grande vitesse sans risquer une réaction imprévisible de l’élément logiciel en cas de freinage d'urgence ? En réponse à cette problématique, FAIVELEY TRANSPORT propose une solution de double freinage intelligent sans intervention logicielle destinée aux trains à très grande vitesse.
Plus la vitesse du train augmente, plus le coefficient d’adhérence de la roue sur le rail diminue, pour des raisons physiques, d’où un risque accru de glissement en cas de freinage d’urgence sauf s’il existe une commande spécifique permettant d’éviter le phénomène (voir le « schéma du coefficient d’adhérence »). En d’autres termes, il faut absolument s’assurer de ce que l’adhérence exigée par la force de freinage mise en œuvre soit inférieure au seuil d’adhérence en fonction de la vitesse. De fait, le calcul de la pression de freinage transmise au cylindre de frein, et qui produit la force de serrage des plaquettes sur les disques, doit tenir compte de cette diminution du niveau d’adhérence.
La définition du coefficient d’adhérence en fonction de la vitesse pose un problème de normalisation de l’interopérabilité du matériel roulant entre différents pays. La limite a été fixée à 15 % pour les vitesses inférieures à 200 km/h avec une réduction linéaire de ce chiffre jusqu’à atteindre 10 % à 350 km/h. Cela implique que si le train roule à 300 km/h, la force de freinage totale produite par la pression transmise au cylindre de frein doit tenir compte du fait que la demande d’adhérence maximum à cette vitesse est de 11,6 %. En conséquence, le système de freinage des trains roulant à plus de 200 km/h doit être en mesure d’assurer des niveaux de décélération en fonction de l’évolution de la demande d’adhérence limite. En cas de freinage normal, cette décélération est assurée par le logiciel de commande de frein (Brake Control Software) qui comprend un algorithme de variation de la pression exercée sur le cylindre de frein afin de régler la demande d’adhérence sur la vitesse. Dans le cas du frein d’urgence de sécurité intrinsèque, cette fonction est assurée par un dispositif pneumatique, la méthode la plus adéquate consistant à réaliser un double freinage avec une pression de cylindre de frein à basse vitesse et à grande vitesse. Ce système à double pression, doté d'un dispositif de pondération en fonction de la charge, fonctionne indépendamment de la demande de freinage. Il constitue le frein de secours de type « fail-safe » (sécurité intrinsèque), fonctionne indépendamment de tout logiciel, et doit, bien entendu, être activé automatiquement et de manière sécurisée.
Pour réaliser ces conditions de fonctionnement, FAIVELEY TRANSPORT a mis au point un circuit de commande pneumatique dédié, utilisant une vanne magnétique produisant deux signaux de pression lorsqu’elle est pilotée. Bien que cette fonction soit assurée par l’unité de commande de frein (Brake Control Unit), la solution ne fait à aucun moment appel à un élément logiciel. Concrètement, elle détermine la vitesse de rotation des essieux au moyen de capteurs de vitesse montés sur les roulements, puis émet un signal de vitesse en direction d’un circuit électronique qui le compare à la valeur de vitesse limite. La vanne magnétique est alors activée en fonction de la vitesse du train afin de contrôler, au bout du compte, le relais pneumatique et de générer le double freinage (voir le schéma de « commande de double freinage »). Le signal de vitesse produit par des moyens électroniques est contrôlé de manière passive par le système à microprocesseur en vue de vérifier la fonction chaque fois que le seuil de vitesse du véhicule est franchi.
Le circuit de commande peut aussi définir l’un de ces deux niveaux comme valeur par défaut en cas de défaillance de l’alimentation électrique locale : ce niveau par défaut peut être sélectionné afin de donner la priorité à la pression basse ou à la pression haute en fonction du scénario de conduite du train. Ce choix est arrêté conjointement avec le constructeur de la voiture, l’opérateur du train et le fabricant du système de freinage sur la base de diverses caractéristiques requises telles que la capacité thermique du couple de frottement disque-plaquette, la réglementation ferroviaire locale et, avant tout, le respect de la distance de freinage nécessaire à l’immobilisation du train. Cette solution garantit une indépendance totale du circuit de commande vis-à-vis de tout élément logiciel ainsi qu’une extrême fiabilité de la fonction.
De fait, si une solution de type logiciel offrirait sans doute une plus grande flexibilité du système, l’exigence de fiabilité créerait une dépendance très forte en terme de niveau d’intégrité (SIL). Une telle option technologique imposerait des procédures de conception plus coûteuses et plus longues avec des conséquences plus importantes en cas de changement de version logicielle.
En outre, la commande purement électronique produit des valeurs très cohérentes, de l’ordre de ±1 km/h, en terme de précision et compte tenu du seuil de vitesse à respecter, notamment s’il faut intégrer les variations de diamètre entre une roue neuve et une roue usée.
La solution proposée par FAIVELEY TRANSPORT est extrêmement flexible, car son circuit de commande peut aussi assurer d’autres fonctions exigeant des signaux numériques de sécurité liés à un seuil de vitesse. Cette fonction peut aussi être utilisée au sein d’un système d’information de diagnostic intégral.
Le système de freinage de Faiveley intégrant les dernières avancées technologiques équipe différents types de trains à grande vitesse dans divers pays. Cela confirme que cette solution est parfaitement adaptée à tous types d’applications et de réglementations :
• Homologation EBA du Pendolino CDT680 (République Tchèque, Alstom) ;
• Network Rail au Royaume-Uni pour la nouvelle liaison ferroviaire à grande vitesse du tunnel sous la Manche (Channel Tunnel Rail Link ou CTRL - Hitachi) ;
• Autorités de régulation des chemin de fer des Pays-Bas et de la Belgique pour le train à grande vitesse V250 AnsaldoBreda.
En outre, notre solution discrète - qui utilise des composants pneumatiques issus de plusieurs générations d’équipements robustes et largement éprouvés en conditions d’exploitation – a fait la preuve de sa fiabilité et de sa disponibilité dans les situations d’urgence les plus critiques auxquelles les opérateurs de trains à très grande vitesse ont pu être confrontés au cours des trois dernières décennies.
La définition du coefficient d’adhérence en fonction de la vitesse pose un problème de normalisation de l’interopérabilité du matériel roulant entre différents pays. La limite a été fixée à 15 % pour les vitesses inférieures à 200 km/h avec une réduction linéaire de ce chiffre jusqu’à atteindre 10 % à 350 km/h. Cela implique que si le train roule à 300 km/h, la force de freinage totale produite par la pression transmise au cylindre de frein doit tenir compte du fait que la demande d’adhérence maximum à cette vitesse est de 11,6 %. En conséquence, le système de freinage des trains roulant à plus de 200 km/h doit être en mesure d’assurer des niveaux de décélération en fonction de l’évolution de la demande d’adhérence limite. En cas de freinage normal, cette décélération est assurée par le logiciel de commande de frein (Brake Control Software) qui comprend un algorithme de variation de la pression exercée sur le cylindre de frein afin de régler la demande d’adhérence sur la vitesse. Dans le cas du frein d’urgence de sécurité intrinsèque, cette fonction est assurée par un dispositif pneumatique, la méthode la plus adéquate consistant à réaliser un double freinage avec une pression de cylindre de frein à basse vitesse et à grande vitesse. Ce système à double pression, doté d'un dispositif de pondération en fonction de la charge, fonctionne indépendamment de la demande de freinage. Il constitue le frein de secours de type « fail-safe » (sécurité intrinsèque), fonctionne indépendamment de tout logiciel, et doit, bien entendu, être activé automatiquement et de manière sécurisée.
Pour réaliser ces conditions de fonctionnement, FAIVELEY TRANSPORT a mis au point un circuit de commande pneumatique dédié, utilisant une vanne magnétique produisant deux signaux de pression lorsqu’elle est pilotée. Bien que cette fonction soit assurée par l’unité de commande de frein (Brake Control Unit), la solution ne fait à aucun moment appel à un élément logiciel. Concrètement, elle détermine la vitesse de rotation des essieux au moyen de capteurs de vitesse montés sur les roulements, puis émet un signal de vitesse en direction d’un circuit électronique qui le compare à la valeur de vitesse limite. La vanne magnétique est alors activée en fonction de la vitesse du train afin de contrôler, au bout du compte, le relais pneumatique et de générer le double freinage (voir le schéma de « commande de double freinage »). Le signal de vitesse produit par des moyens électroniques est contrôlé de manière passive par le système à microprocesseur en vue de vérifier la fonction chaque fois que le seuil de vitesse du véhicule est franchi.
Le circuit de commande peut aussi définir l’un de ces deux niveaux comme valeur par défaut en cas de défaillance de l’alimentation électrique locale : ce niveau par défaut peut être sélectionné afin de donner la priorité à la pression basse ou à la pression haute en fonction du scénario de conduite du train. Ce choix est arrêté conjointement avec le constructeur de la voiture, l’opérateur du train et le fabricant du système de freinage sur la base de diverses caractéristiques requises telles que la capacité thermique du couple de frottement disque-plaquette, la réglementation ferroviaire locale et, avant tout, le respect de la distance de freinage nécessaire à l’immobilisation du train. Cette solution garantit une indépendance totale du circuit de commande vis-à-vis de tout élément logiciel ainsi qu’une extrême fiabilité de la fonction.
De fait, si une solution de type logiciel offrirait sans doute une plus grande flexibilité du système, l’exigence de fiabilité créerait une dépendance très forte en terme de niveau d’intégrité (SIL). Une telle option technologique imposerait des procédures de conception plus coûteuses et plus longues avec des conséquences plus importantes en cas de changement de version logicielle.
En outre, la commande purement électronique produit des valeurs très cohérentes, de l’ordre de ±1 km/h, en terme de précision et compte tenu du seuil de vitesse à respecter, notamment s’il faut intégrer les variations de diamètre entre une roue neuve et une roue usée.
La solution proposée par FAIVELEY TRANSPORT est extrêmement flexible, car son circuit de commande peut aussi assurer d’autres fonctions exigeant des signaux numériques de sécurité liés à un seuil de vitesse. Cette fonction peut aussi être utilisée au sein d’un système d’information de diagnostic intégral.
Le système de freinage de Faiveley intégrant les dernières avancées technologiques équipe différents types de trains à grande vitesse dans divers pays. Cela confirme que cette solution est parfaitement adaptée à tous types d’applications et de réglementations :
• Homologation EBA du Pendolino CDT680 (République Tchèque, Alstom) ;
• Network Rail au Royaume-Uni pour la nouvelle liaison ferroviaire à grande vitesse du tunnel sous la Manche (Channel Tunnel Rail Link ou CTRL - Hitachi) ;
• Autorités de régulation des chemin de fer des Pays-Bas et de la Belgique pour le train à grande vitesse V250 AnsaldoBreda.
En outre, notre solution discrète - qui utilise des composants pneumatiques issus de plusieurs générations d’équipements robustes et largement éprouvés en conditions d’exploitation – a fait la preuve de sa fiabilité et de sa disponibilité dans les situations d’urgence les plus critiques auxquelles les opérateurs de trains à très grande vitesse ont pu être confrontés au cours des trois dernières décennies.
