Surveillance embarquée sur les trains pendulaires
Une exploitation ferroviaire sûre avec des trains pendulaires repose sur une infrastructure fiable. À l’avenir, cela fera l’objet d’une surveillance permanente lors de l’exploitation commerciale grâce au nouveau système de surveillance.
Fiche signalétique
- Département responsable Technique et informatique
- Institut(s) Institut des systèmes industriels intelligents (I3S)
- Unité(s) de recherche I3S / Prozessoptimierung in der Fertigung
- Organisation d'encouragement Innosuisse
- Durée 01.06.2017 - 31.12.2023
- Responsable du projet Prof. Dr. Axel Fuerst
- Direction du projet Simon Walther
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Équipe du projet
Simon Müller
Matthias Steck
Marcel Zwahlen
Adrian Roger Hofer - Partenaire SBB AG
- Mots-clés Surveillance embarquée, train pendulaire, prédiction des forces, technologie des capteurs simple, apprentissage automatique
Situation
Pour que le trafic ferroviaire soit sûr et fiable, l’état de l’infrastructure doit répondre aux exigences, non seulement pour le trafic voyageurs conventionnel, mais aussi pour les trains à grande vitesse pendulaire, qui poussent le système à ses limites. Si un train pendulaire est autorisé à circuler à des vitesses élevées, même en courbe, sur une ligne donnée, l’interaction entre le véhicule et la voie doit faire l’objet d’une vérification périodique pour chaque type de train pendulaire circulant sur la ligne. Les réactions du véhicule mesurées doivent être documentées et les évènements liés à la sécurité contrôlés. Selon les prescriptions en vigueur, il est notamment obligatoire de mesurer les forces d’appui et de guidage sur les roues à l’aide de ce que l’on appelle des jeux de roues de mesure. Ceux-ci permettent des mesures de la force d’adhérence roue-rail bien reproductibles pour évaluer la sécurité de la conduite (somme des forces transversales pour la sécurité contre le décalage de la voie et rapport entre la force de guidage et la force de freinage pour la sécurité contre le déraillement), mais s’avèrent complexes et par conséquent couteux.
Approche
Dans l’optique d’une technique de mesure rentable, ce projet mené en collaboration avec les CFF élabore un concept permettant de couvrir toutes les valeurs d’évaluation selon les prescriptions en vigueur, partant, également celles avec des valeurs limites de force. Pour effectuer les analyses, les données de mesure ont été utilisées lors de manœuvres d’inspection à grande échelle avec un train pendulaire équipé à la fois d’un jeu de roues de mesure et de la technologie des capteurs simple. Dans une première phase les valeurs d’évaluation prescrites par le règlement ont été analysées quant à leur pertinence ; le résultat indique que la somme des forces transversales (épuisement de la résistance au décalage de la voie) se montre la plus critique pour le trafic pendulaire rapide. Dans une deuxième phase, on a cherché à convertir les accélérations transversales en la somme des forces transversales ΣY ou la force de guidage individuelle Y, qui a été trouvée grâce à des algorithmes d’apprentissage automatique. L’apprentissage automatique permet de traiter, au-delà de la relation linéaire entre la masse, l’accélération et la force, le comportement non linéaire du train en mouvement en tant que système masse-ressort-amortisseur. Afin de disposer également de renseignements sur la force d’appui de la roue pour une surveillance complète de la sécurité de conduite, les débattements des suspensions primaires ont été transférés aux forces verticales sur la roue.
Résultat
La solution élaborée fournit de bons résultats avec les données disponibles. La méthodologie comprend un prétraitement complet conformément aux directives en vigueur ainsi que la lecture directe à partir de fichiers HDF5. Plusieurs analyses de sensibilité ont montré une grande stabilité de l’algorithme d’apprentissage automatique par rapport aux principaux facteurs d’influence du train, tels que l’état de chargement, la vitesse et le trajet. Outre la robustesse de l’algorithme, les données utilisées et leur qualité se révèlent également importantes. La collaboration entre la BFH et les CFF a également permis de déterminer les mesures les plus pertinentes et les plus stables, qui confèrent au système une stabilité supplémentaire. Toutes les mesures utilisées ont une influence physiquement explicable et sont mesurables de manière fiable. Il a ainsi été possible d’élaborer pour les trains pendulaires un concept de technologie des capteurs simple qui est fonctionnel, fiable et efficace en termes de couts du cycle de vie des ressources.
Perspectives
La méthodologie élaborée est en phase d’être validée définitivement par la BFH. Cela comprend, entre autres, l’application de la méthodologie sur les trajets à partir de l’exploitation commerciale, et l’examen de la stabilité dans ces circonstances. À l’issue du projet, les CFF demanderont l’approbation de cette méthodologie. Un train pendulaire par flotte doit être équipé d’un système de surveillance embarquée basé sur une technologie des capteurs simple qui soit fonctionnel, fiable et efficace en termes de couts du cycle de vie des ressources. Les données de mesure sont envoyées à un ordinateur central et traitées « off-board » dans un système automatisé de gestion des données, et le respect des valeurs limites règlementaires est vérifié, dans le cadre de la surveillance mécanique de l’infrastructure ferroviaire, de façon à pouvoir également déclencher des mesures d’entretien de la chaussée le cas échéant.
