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CA 02619198 2008-01-30
AUTOMOTRICE DE TRANSPORT DE VOYAGEURS
La présente invention concerne une automotrice de transport de
voyageurs, et plus particulièrement une automotrice modulable en terme de
capacité de voyageurs et terme de vitesse maximale.
Art antérieur
Les architectures de train ou d'automotrices sont différenciées selon
qu'elles sont à motorisation concentrée ou répartie, selon que les voitures
les
composants sont liées de manière articulée ou non articulée, selon la
disposition et le nombre de bogies moteurs et porteurs, et selon qu'elles sont
à un ou deux niveaux.
Par souci de clarté, ces différentes notions sont définies dans les
paragraphes suivants.
Train ou automotrice
Une automotrice comporte au moins une voiture motorisée, c'est-à-
dire comprenant au moins un compartiment voyageur et au moins une
chaîne de traction. Une automotrice peut donc ne comporter que des
voitures motorisées ou comporter des voitures non motorisées et au moins
une voiture motorisée.
Un train est composé d'une ou de plusieurs motrices et d'un certain
nombre de voitures de passagers. Une motrice n'est pas accessible aux
passagers et comprend entre autres une chaîne de traction.
Motorisation concentrée ou répartie
La chaîne de traction comprend plusieurs équipements, qui sont soit
des composants électriques soit des composants électroniques de puissance
et de commande, adaptés pour capter l'énergie électrique à partir d'une
source de traction (par exemple une ligne caténaire), la transformer et la
convertir en signaux électriques d'alimentation de moteurs électriques des
bogies moteurs pour assurer l'entraînement du train ou de l'automotrice.
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La motorisation est dite concentrée lorsque tous les composants des
chaînes de traction sont regroupés à un emplacement unique, par exemple
dans la motrice d'un train. La motorisation est dite répartie lorsque les
composants de la chaîne de traction sont répartis sur plusieurs voitures, sous
le châssis des voitures ou en toiture.
Voitures articulées ou non articulées
Un bogie comprend de façon classique un châssis de bogie reposant
sur deux essieux. Par essieu, on entend de façon générale une paire de
roues coaxiales d'appui sur les rails d'une voie ferrée.
Un bogie moteur comprend au moins un moteur électrique
d'entraînement des roues d'au moins un de ses essieux, dénommé essieu
moteur. Par opposition, un bogie non motorisé est appelé bogie porteur.
Deux voitures adjacentes sont dites articulées (ou en liaison
articulée) lorsque une première voiture est en appui par une de ces
extrémités sur un bogie et quetl'extrémité en vis-à-vis de la deuxième voiture
repose sur l'extrémité de la première. Le bogie est donc à cheval sous les
extrémités des deux voitures adjacentes. Une automotrice composée de
deux voitures articulées compte donc trois bogies, puisque les extrémités
libres des deux voitures reposent chacune sur un bogie.
Par opposition, deux voitures adjacentes non articulées ne sont pas, à
chacune de leurs extrémités, en appui sur un bogie commun, chaque voiture
reposant sur deux bogies. Une automotrice composée de deux voitures non
articulées compte donc quatre bogies.
Voiture à un ou deux niveaux
Une voiture est dite à un niveau lorsqu'elle a un compartiment de
voyageurs sur un seul niveau de plancher, et elle est dite à deux niveaux
lorsqu'elle comporte deux compartiments de voyageurs sur deux niveaux,
superposés l'un au-dessus de l'autre.
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Il existe des trains un niveau, non articulés et à motorisation
concentrée dans une ou deux motrices. Du fait de la non-articulation, cette
architecture présente l'inconvénient d'avoir un grand nombre de bogies ce
qui augmente la résistance à l'avancement et par conséquent la
consommation d'énergie de l'automotrice. Un grand nombre de bogies
nécessite également de nombreuses opérations de maintenance.
Il existe aussi des automotrices à grande vitesse un niveau, non
articulées et à motorisation répartie, avec différentes distributions des
équipements de traction dans les voitures, différents emplacements des
bogies moteurs ou des essieux moteurs selon les architectures. Ces
automotrices comportent plusieurs voitures motorisées, reposant chacune
sur deux bogies.
Ce type de motorisation nécessite une grande masse de câbles de
puissance nécessaires pour relier le ou les dispositifs de captage d'énergie
jusqu'aux moteurs en passant par chaque équipement de traction, câbles qui
courent donc entre toutes les voitures équipées soit d'un dispositif de
captage, soit d'un équipement de la chaîne de traction, soit d'un bogie
moteur.
Il existe également des trains un niveau ou deux niveaux, à liaison
mixte et à motorisation concentrée. Les voitures de passagers reposent
sur des bogies porteurs et sont encadrées par deux motrices, à chaque
extrémité du train, reposant sur des bogies moteurs. Les liaisons de ce train
sont dites mixtes car différents types de liaisons relient les voitures et
les
motrices. Les voitures sont reliées entre elles par une liaison articulée, et
les
voitures sont reliées aux motrices par une liaison non articulée.
Cette architecture présente une capacité en nombre de passagers
réduite par rapport à une automotrice de longueur identique, puisque les
motrices ne sont pas accessibles aux passagers.
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4
Les performances de ces véhicules sont liées à leurs architectures : il est
possible de faire rouler un train à grande vitesse à des vitesses moindres,
mais au
détriment de la capacité voyageurs puisque la masse des chaînes de traction
n'est
pas libérable. Il n'est pas possible de faire circuler un véhicule à une
vitesse
supérieure à sa vitesse maximale puisque aucune chaîne de traction ou aucun
moteur ne peut être rajouté simplement. Les constructeurs doivent donc
concevoir
un véhicule propre à chaque gamme de vitesse / capacité de voyageurs.
C'est donc un but de l'invention de proposer une automotrice qui ne présente
pas les inconvénients des architectures de l'état de la technique.
La présente invention vise une automotrice de transport de voyageurs
comprenant :
- deux voitures pilotes (2) et des voitures intermédiaires (3, 4),
- des bogies porteurs (7),
- des bogies moteurs (6) comportant au moins un essieu moteur (5),
caractérisée en ce que:
- les voitures (2, 3, 4) sont toutes articulées entre elles deux à deux, un
bogie
étant disposé à cheval sous les deux extrémités adjacentes de deux voitures
adjacentes,
- l'automotrice comporte trois ou quatre chaînes de traction (8), une
chaîne
de traction étant disposée dans chaque voiture pilote (2) et au moins une
chaîne de
traction étant disposée dans une seule voiture intermédiaire (4),
- un bogie moteur (6) est disposé sous au moins une des deux extrémités
desdites voitures pilotes (2),
- un bogie moteur (6) est disposé sous au moins une des deux extrémités de
ladite voiture intermédiaire (4) comprenant au moins une chaîne de traction
(8),
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- toutes les voitures ont un compartiment passager,
- au moins une des voitures intermédiaires est une remorque qui est
supportée à ses extrémités par deux bogies porteurs.
A cet effet, de préférence, l'invention propose une automotrice de transport
de voyageurs comprenant deux voitures pilotes et des voitures intermédiaires,
des
bogies porteurs, des bogies moteurs comportant au moins un essieu moteur et se
caractérise en ce que les voitures sont toutes articulées entre elles deux à
deux,
l'automotrice comporte trois ou quatre chaînes de traction, une chaîne de
traction
étant disposée dans chaque voiture pilote et au moins une chaîne de traction
étant
disposée dans une seule voiture intermédiaire, un bogie moteur est disposé
sous
au moins une des deux extrémités desdites voitures pilotes, un bogie moteur
est
disposé sous au moins une des deux extrémités de ladite voiture intermédiaire
comprenant au moins une chaîne de traction.
De préférence, l'automotrice comprend une ou plusieurs des caractéristiques
suivantes, prises selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- chaque chaîne de traction entraîne au moins un essieu moteur du ou des
bogies moteurs disposés sous une ou sous les deux extrémités de chaque voiture
dans laquelle est disposée ladite chaîne de traction ;
- l'automotrice comprend, entre la voiture intermédiaire comprenant au moins
une chaîne de traction et chacune des voitures pilotes, au moins une voiture
intermédiaire dépourvue de chaîne de traction ;
- au moins une voiture intermédiaire dépourvue de chaîne de traction est
supportée à au moins une de ses deux extrémités par un bogie porteur ;
- les voitures sont à deux niveaux.
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5a
Description de modes préférés de l'invention
L'automotrice est entièrement articulée, c'est-à-dire que les voitures sont
toutes articulées entre elles deux à deux. Un bogie est disposé à cheval sous
les
deux extrémités adjacentes de deux voitures adjacentes, les extrémités libres
des
voitures pilotes reposant sur un seul bogie.
Elle comporte trois ou quatre chaînes de traction, une chaîne de traction
étant disposée dans chaque voiture pilote et au moins une chaîne de traction
(une
ou deux) étant disposée dans une seule voiture intermédiaire. Pour cette
raison,
cette voiture intermédiaire sera dénommée voiture intermédiaire motorisée.
L'automotrice est donc à motorisation concentrée, la concentration
s'effectuant
dans trois voitures, qu'il y ait trois ou quatre chaînes de traction.
Un bogie moteur est disposé sous au moins une des deux extrémités des
deux voitures pilotes et de la voiture intermédiaire motorisée comprenant une
chaîne de traction. En d'autres termes, chaque voiture comportant une chaîne
de
traction est supportée à ses deux extrémités soit par un bogie moteur et un
bogie
porteur, soit par deux bogies moteurs.
L'automotrice comprend, entre la voiture intermédiaire motorisée et chacune
des voitures pilotes, au moins une voiture intermédiaire dépourvue
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de chaîne de traction. Comme cette voiture intermédiaire ne comporte pas
de chaîne de traction, elle est appelée remorque.
Une remorque est supportée à au moins une de ses deux extrémités
par un bogie porteur. Une remorque est donc supportée à ces extrémités soit
par un bogie porteur et un bogie moteur, soit par deux bogies porteurs.
Une automotrice conforme à l'invention respecte donc une règle
d'alternance de voitures comportant une chaîne de traction et n'en
comportant pas, et une règle d'alternance de bogies moteurs et de bogies
porteurs afin de respecter la charge maximale à l'essieu.
En effet, tous les véhicules ferroviaires doivent respecter la contrainte
de la charge à l'essieu, dont la valeur est imposée par l'infrastructure ou
par
les normes applicables sur les voies où circulent ces véhicules.
La charge à l'essieu de l'automotrice conforme à l'invention est
maintenue en dessous de la charge maximale admissible car:
- chaque voiture pilote est en appui sur un bogie dédié et un bogie
commun avec une autre voiture, et a donc sa charge répartie sur un plus
grand nombre d'essieux que les voitures intermédiaires. Par conséquent,
une voiture pilote peut supporter une plus grande masse que les autres
voitures sans dépasser la charge à l'essieu maximale. Chaque voiture pilote
reçoit donc des voyageurs, la chaîne de traction ainsi que tout ou partie des
équipements de production d'énergie auxiliaire (électrique et pneumatique).
- les remorques dépourvues de chaînes de traction possèdent un
poids à vide plus faible que les voitures pilotes et la voiture motorisée.
- la voiture intermédiaire motorisée reçoit des passagers et les
équipements d'au moins une chaîne de traction. Or les bogies moteurs à
chaque extrémité de la voiture motorisée supportent chacun la moitié de la
masse de la voiture intermédiaire motorisée et la moitié de la masse de la
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remorque adjacente, puisque au moins une remorque est interposée entre la
voiture pilote et la voiture intermédiaire motorisée. Comme une remorque est
moins lourde que la voiture intermédiaire motorisée, chaque bogie moteur
disposé à cheval sous l'une des extrémités de la voiture intermédiaire
motorisée et sous l'extrémité de la remorque adjacente supporte une masse
moyenne qui reste inférieure à la charge maximale par essieu.
L'équilibrage des masses sur chaque bogie porteur et bogie moteur
est également obtenu par l'optimisation de la répartition des différents
équipements de traction ou auxiliaires de l'automotrice, et de l'aménagement
intérieur des voitures qui diffère selon le confort souhaité (type et nombre
de
sièges différents selon la classe de la voiture).
L'aménagement intérieur de la voiture intermédiaire motorisée
notamment dépend de la masse de la ou les chaînes de traction, qui
dépendent elles-mêmes des performances souhaitées de l'automotrice
(traction multi-tension, vitesse maximale, etc.). Par exemple, si la masse des
équipements traction installés est élevée, l'aménagement intérieur de la
voiture intermédiaire motorisée sera allégé et conçu comme une voiture-bar,
une voiture offrant des services ou ayant une capacité voyageur réduite par
rapport à la capacité des remorques.
Chaque chaîne de traction entraîne au moins un essieu moteur du ou
des bogies moteurs disposés sous l'une ou sous les deux extrémités des
voitures dans lesquelles sont disposées une ou plusieurs chaînes de traction.
L'automotrice peut donc comporter trois à douze essieux moteurs, selon que
chaque voiture pilote et la voiture intermédiaire motorisée sont supportées
par un ou deux bogies moteurs, qui comportent eux-mêmes un ou deux
essieux moteurs.
Un avantage d'une architecture entièrement articulée est que
l'automotrice est plus stable en cas de déraillement. Du fait de
l'architecture
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articulée, la résistance à l'avancement et donc la consommation d'énergie
nécessaire pour entraîner le véhicule reste limitée comparé à une
automotrice non articulée de même longueur, puisqu'il y a moins de bogies.
Les opérations de maintenance sont également réduites. Du fait de la
composition en automotrice, le véhicule offre une grande capacité puisque
toute la longueur du véhicule est utilisée pour recevoir des passagers.
Un avantage de la concentration des chaînes de traction dans les
voitures pilotes et dans une seule voiture intermédiaire motorisée permet de
mieux protéger et maîtriser les incendies en séparant physiquement les
chaînes de traction les unes des autres, et en séparant physiquement les
chaînes de traction des compartiments passagers.
L'invention et d'autres 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, dans lequels
- les figures 1, 3 et 4 sont des vues schématiques de côté
d'automotrices conformes à l'invention selon plusieurs modes de réalisation,
- la figure 2 est un tableau représentant schématiquement la position
des essieux moteurs en fonction du nombre de voitures composant
l'automotrice.
Par convention, les roues des essieux moteurs sont noircies sur les
figures.
Premier mode de réalisation
Telle que représentée sur la figure 1, une automotrice A comprend
sept remorques 3 et une voiture intermédiaire motorisée 4 disposées entre
deux voitures pilotes 2.
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Une première voiture pilote 2 est située à une première extrémité de
l'automotrice A (en partant de la gauche sur la figure 1). Elle présente une
extrémité libre, où est située une cabine de conduite 9, et repose sur un
bogie moteur 6 composés de deux essieux moteurs 5. Une première chaîne
de traction 8 est disposée sous le compartiment voyageur 10 de cette
première voiture pilote 2. A son extrémité opposée, la voiture pilote 2 est
articulée avec une première remorque 3. Les deux extrémités en vis-à-vis
des voitures 2 et 3 reposent sur un seul bogie moteur 6, composé de deux
essieux moteurs 5.
La première remorque 3 partage donc à sa première extrémité un
bogie moteur 6 avec la voiture pilote 2, et partage à son autre extrémité un
bogie porteur 7 avec la deuxième remorque 3 adjacente.
La deuxième remorque 3 est articulée à la première remorque 3 et à
la troisième remorque 3. La deuxième remorque 3 partage avec chacune de
la première et de la troisième remorque 3 un bogie porteur 7. La troisième
remorque 3 ést articulée à une voiture intermédiaire motorisée 4, située dans
l'automotrice de ce mode de réalisation en cinquième position en partant de
la gauche.
Aucune des trois premières remorques 3 ne reçoit de chaîne de
traction 8.
La voiture intermédiaire motorisée 4 partage, à chacune de ces
extrémités, un bogie moteur 6 avec les remorques adjacentes. Deux chaînes
de traction 8 sont disposées sous le compartiment voyageur 10 et alimentent
les moteurs des bogies moteurs ¨composés chacun de deux essieux
moteurs- situés à chaque extrémité de la voiture intermédiaire motorisée 4.
Les quatre remorques 3 suivantes sont également articulées et
reposent sur des bogies porteurs 7, sauf en ce qui concerne les extrémités
des remorques 3 articulées avec la voiture intermédiaire motorisée 4 ou avec
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la voiture pilote 2, qui reposent sur des bogies moteurs 6. La deuxième
voiture pilote 2 est identique à la première.
Toutes les voitures 2, 3, 4 de l'automotrice A possèdent un
5 compartiment voyageurs 10. Chacune des voitures 2, 3, 4 communique avec
la ou chaque voiture adjacente par une intercirculation 11. Comme le
véhicule est entièrement articulé, l'automotrice A de la figure 1 possède onze
bogies, six bogies motorisés 6 et cinq bogies porteurs 7, pour une longueur
d'environ 200 m. Dans ce mode de réalisation, tous les essieux des bogies
10 moteurs sont motorisés. Une telle automotrice peut transporter au moins
550
passagers à une vitesse commerciale d'au moins 330 km/h.
Dans chacune des voitures pilotes 2 et intermédiaire motorisée 4, la
ou les chaînes de traction 8 sont disposées sous le plancher du
compartiment voyageurs 10 afin de préserver la longueur du compartiment
voyageur 10. La fig. 1 représente schématiquement l'emplacement des
chaînes de traction 8 sous toute la longueur des compartiments voyageurs
10 des voitures 2 et 4 mais selon l'encombrement effectif des différents
composants de la chaîne de traction 8, celle-ci peut s'étendre en totalité ou
en partie seulement sous le plancher des compartiments voyageurs 10.
En variante, les chaînes de traction 8 des voitures pilotes 2 peuvent
être disposées dans des compartiments intermédiaires entre la cabine de
conduite 9 et le compartiment voyageurs 10.
De manière classique, chacune des voitures pilotes 2 est munie d'un
pantographe 12 pour capter l'énergie électrique sur une ligne caténaire (non
représentée).
Un câble de haute tension 13 distribue l'énergie électrique captée par
chaque pantographe 12 à la chaîne de traction 8 située dans la voiture
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intermédiaire motorisée 4. Pour des raisons de clarté des dessins, les câbles
13 sont représentés à l'extérieur des voitures en traits mixtes. En pratique,
ces câbles s'étendent par exemple en toiture.
La concentration des chaînes de traction 8 et des bogies moteurs 6
sur un nombre très limité de voitures permet de limiter la masse des câbles
nécessaires, puisque seuls des câbles de haute tension 13 s'étendent entre
les voitures pilotes 2 et la chaîne de traction 8 de la voiture intermédiaire
motorisée 4. Ces câbles ont une masse moins importante que la masse des
câbles de puissance des architectures des automotrices de l'art antérieur. La
complexité du câblage est également nettement réduite.
Variantes du Premier mode de réalisation
La figure 2 représente sous la forme d'un tableau deux configurations
possibles de l'automotrice selon le premier mode de réalisation données à
titre d'exemple. Sont seulement numérotés les voitures pilotes 2, les voitures
motorisées 4, les chaînes de traction 8, les bogies moteurs 6, les essieux
moteurs 5, les bogies porteurs 7, la capacité voyageurs et les vitesses
d'exploitation possibles.
Une automotrice composée de sept voitures, comprenant deux
voitures pilotes 2, quatre remorques 3, une voiture intermédiaire motorisée 4
et quatre essieux motorisés 5, ne nécessite que trois chaînes de traction 8.
Une seule chaîne de traction 8 est donc disposée dans la voiture
intermédiaire motorisée 4, contrairement au premier mode de réalisation.
Dans cette variante, deux bogies moteurs 6 supportent les deux extrémités
de la voiture motorisée 4, mais chacun ne possède qu'un seul essieu moteur
5. La place libérée par la deuxième chaîne de traction peut être exploitée
pour installer des équipements auxiliaires ou la masse libérée peut être
exploitée pour installer plus de sièges dans le compartiment 10 de la voiture
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intermédiaire motorisée 4. Dans cette même variante, seuls les bogies sous
les extrémités libres des voitures pilotes 2 sont motorisés, et ils comportent
chacun deux essieux moteurs 5. Cette variante à sept voitures comporte
donc quatre bogies moteurs 6 mais six essieux moteurs 5. Cette automotrice
peut transporter entre 350 et 400 passagers (selon les aménagements
intérieurs) et circuler à au moins 300 km/h.
La deuxième variante à dix voitures de l'automotrice selon l'invention
est identique à la variante comportant sept voitures à cela près qu'elle
comporte trois remorques supplémentaires. Elle peut présenter les mêmes
performances que l'automotrice A du premier mode de réalisation en
augmentant la puissance à l'essieu.
Ainsi, l'automotrice réalisée selon l'invention est complètement
modulable en terme de capacité voyageurs et de vitesse puisqu'elle peut
comprendre sept à onze voitures, trois ou quatre chaînes de traction 8, de
trois à douze essieux moteurs 5 répartis sur trois à six bogies moteurs 6 et
peut atteindre une vitesse maximale comprise entre 140 et 350 km/h.
Cette modularité est atteinte par la simplification des types de voitures
(pilotes 2, remorques 3 et motorisée 4) tout en appliquant la règle
d'alternance des remorques et des voitures recevant une chaîne de traction
8 et la règle d'alternance des bogies moteurs 6 et des bogies porteurs 7 pour
respecter la charge maximale à l'essieu.
Deuxième mode de réalisation
Telles que représentées sur les figures 1, l'automotrice A ne comporte
que des voitures à un seul niveau. En variante, les voitures pilotes 2 et les
voitures intermédiaires 3, 4 sont à deux niveaux, comme la figure 3 le
représente.
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Avantageusement, dans une automotrice B possédant des voitures à
deux niveaux, le niveau inférieur d'une voiture pilote 2 et de la voiture
intermédiaire motorisée 4 recevant une chaîne de traction 8 sert à loger cette
ou ces chaînes de traction 8, l'autre niveau étant réservé aux voyageurs.
Les intercirculations 11 sont placées au niveau haut pour passer d'une
remorque 3 à une autre. Par contre, les intercirculations entre les voitures
pilotes 2 et les remorques adjacentes 3 se font au niveau bas. Un escalier
(non représenté) disposé dans la voiture pilote 2 et dans les remorques 3
permettent de rejoindre le niveau haut à partir des portes d'accès (non
représentées) des voitures 2, 3, 4.
Troisième mode de réalisation
Pour une automotrice courte, de l'ordre de 120 à 160 m, il est
avantageux de diminuer le nombre de bogies moteurs en supprimant la
voiture intermédiaire motorisée 4 recevant la ou les chaînes de traction 8,
ainsi que de supprimer les bogies moteurs 6 associés.
Ainsi, dans la variante représentée sur la figure 4, sur laquelle les
références aux éléments semblables à ceux de la figure 1 ont été
conservées, une automotrice C se distingue de celle des modes de
réalisation précédents en ce qu'elle comprend uniquement des remorques 3
dépourvues de chaînes de traction 8. L'automotrice C est donc dépourvue de
voiture intermédiaire motorisée 4 recevant une chaîne de traction 8.
L'automotrice C comprend quatre bogies motorisés 6, disposés sous
les extrémités libres des voitures pilotes 2, et à cheval sous l'extrémité
d'une
voiture pilote 2 et l'extrémité de la remorque 3 adjacente. Selon le ratio
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puissance / masse désiré, quatre à huit essieux pourront être motorisés,
chaque bogie moteur 6 disposant d'au moins un essieu moteur 5.
Du fait de la suppression de la voiture intermédiaire motorisée 4, le
ratio puissance / masse d'une automotrice courte reste suffisamment élevé
pour que l'automotrice circule à grande vitesse tout en ayant une puissance
de traction optimisée compte-tenu de son exploitation. Cette possibilité
d'adaptation de la puissance de traction n'est pas possible sur un train,
puisque les motrices ont une puissance de traction dimensionnée pour le
nombre maximal de voitures à tracter : en cas de suppression de voitures
intermédiaires, la puissance est inutilement sur-dimensionnée. L'adaptation
de la puissance de traction n'est pas facilement réalisable sur une
automotrice à motorisation répartie puisque supprimer une voiture revient à
supprimer un élément de la chaîne de traction.
