EP1024070A1 - Rame ferroviaire modulaire et convoi ferroviaire formé de telles rames - Google Patents

Rame ferroviaire modulaire et convoi ferroviaire formé de telles rames Download PDF

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EP1024070A1
EP1024070A1 EP00400088A EP00400088A EP1024070A1 EP 1024070 A1 EP1024070 A1 EP 1024070A1 EP 00400088 A EP00400088 A EP 00400088A EP 00400088 A EP00400088 A EP 00400088A EP 1024070 A1 EP1024070 A1 EP 1024070A1
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EP
European Patent Office
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bogie
vehicle
axle
vehicles
train according
Prior art date
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EP00400088A
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German (de)
English (en)
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EP1024070B1 (fr
Inventor
Guy Devulder
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Alstom Transport Technologies SAS
Original Assignee
Alstom SA
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Publication date
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First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=9541268&utm_source=***_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP1024070(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Alstom SA filed Critical Alstom SA
Publication of EP1024070A1 publication Critical patent/EP1024070A1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C11/00—Locomotives or motor railcars characterised by the type of means applying the tractive effort; Arrangement or disposition of running gear other than normal driving wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D3/00—Wagons or vans
    • B61D3/10—Articulated vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61C—LOCOMOTIVES; MOTOR RAILCARS
    • B61C3/00—Electric locomotives or railcars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D1/00—Carriages for ordinary railway passenger traffic
    • B61D1/06—Carriages for ordinary railway passenger traffic with multiple deck arrangement

Definitions

  • the invention relates to a modular train set consisting of modules in the form of so-called ⁇ two-level vehicles ⁇ (two superimposed levels and an intermediate level of access to the vehicle), and a railway convoy formed of such trains.
  • the invention aims to create such modular trains and convoys offering good comfort for passengers and, whatever their composition, masses approximately equally spread over the entire length of the train or convoy, performances practically identical from one train or convoy to another, and good profitability for the transporter.
  • a modular design allows build large capacity trains and convoys when demand transport is important, especially since the modules are two-level type, and avoids the use of oversized materials when demand is low, without this flexibility of implementation implying very significant investments for the transporter.
  • comfort of travelers implies that they have space not too reduced, which requires that the capacity can be increased by regularly, i.e. spaces reserved for travelers in all modules are approximately equal.
  • axle load values are as close as possible; for reasons of reliability and security, it is also necessary that the on-board equipment, whether mechanical or electrical, does not work not to the maximum of their possibilities (axle load, but also electrical powers transmitted and dissipated, electrical isolation, etc.); these materials must therefore not be reduced in quantity and / or in volume recklessly, but rather they should be distributed in the manner the most appropriate; the solution generally adopted in the case of single-level vehicles, which consists of distributing equipment along the vehicle, mostly in boxes located under the compartment for travelers, is not applicable in the case of two-level vehicles under penalty of driving to outgoing high-rise vehicles imposed sizes, and more lacking in stability.
  • the distribution of materials must be made without affecting passenger capacity too much, without compromise their comfort by reducing the volume allocated to each of them or we obstruct the access to the seats and to the various conveniences (bar, toilets, storage space for luggage) including for travelers with disabilities, and without interfering with the flow of staff along the train; it must also be compatible with the constitution different vehicles from a single body structure.
  • the invention also aims to solve these problems.
  • the addition or removal of vehicles can affect the performance of trains or convoys due to the differences in engine level introduced, and require the adaptation of the speeds of all the trains and all the convoys traveling at the speed of the slowest train or convoy, that is, except incident, the train or the convoy whose engine level related to the load, is the lowest; the invention aims to create oars and convoys modular not significantly presenting such a drawback.
  • ⁇ engine rate ⁇ equal to the ratio the number of drive axles to the total number of axles on the vehicle, or of the vehicle group.
  • the object of the invention is to remedy the drawbacks of the trains and known convoys and to satisfy as much as possible the conditions mentioned above.
  • the invention relates to a modular railway train formed by at least two vehicles with two superimposed levels, comprising at least one bogie comprising at least one driving axle, at least one bogie comprising at least one simply carrying axle, and materials on-board comprising at least one electronic power supply unit for supply traction energy to one or more traction motors, minus traction power supply equipment to power in energy the block, at least one auxiliary energy supply equipment to supply power to auxiliary devices, and at least one device for connection to an overhead energy supply network, in which the motorization rate of a vehicle or group is defined of vehicles as the ratio of the number of drive axles to the number total axles of the vehicle or group of vehicles, characterized by that at least one vehicle has at least one bogie comprising at least at least one driving axle and at least one bogie comprising at least one axle simply carrying, at least one bogie of the train including at at least one simply carrying axle is associated with at least one of said materials on board arranged approximately above this bogie, and the relationship between the two respective motorization rates of two groups of any
  • the invention also consists of a rail convoy comprising at least two trains as defined above, connected by removable connection means.
  • the railway trainsets according to the invention shown on the figures are reams said to be on two levels (two superimposed levels and an intermediate level) with electric traction.
  • the on-board equipment includes relatively heavy equipment, and also notably devices lighter, and the standardization of loads by bogie or even by axle does not can only be achieved by judicious distribution of equipment heavy and lighter devices.
  • axle or bogie groups together, for a driving axle or a driving bogie, the axle or the bogie proper and their engine (s); so, in the following, we will call axle motor the assembly consisting of an axle itself and its motor traction, motor bogie the assembly consisting of two driving axles, simply carrying axle or carrying axle a non-powered axle, and simply carrying bogie or carrying bogie a non-motorized bogie; it comes out from the above that the heavy axles and bogies are the axles and the driving bogies, and the axles and the light bogies are the axles and simply carrying bogies; we can also define semi-powered bogies as those consisting of a driving axle and an axle simply carrier, whose mass is intermediate between that of the bogies motors and that of the carrying bogies.
  • Heavy equipment is mostly devices for connection to the overhead power supply network such as pantographs, those with electrotechnical components with magnetic circuits such as power equipment in traction energy comprising transformers and inductors, because these components form a whole that it is impossible to split and little desirable to replace with several components of lower mass, electronic traction power supply units intended for provide traction motors in an appropriate form with energy from of the air network possibly via a transformer, auxiliary power supply equipment for supplying in particular auxiliary motors, and filter capacitors; we can also fall into this category including batteries accumulators, compressor units and tanks for fluids used in these groups.
  • light devices include low-voltage cabinets, and electronic control units various, can be accommodated in boxes or drawers that can be placed in low voltage cabinets even if, in the drawings, for a better understanding, they are represented juxtaposed.
  • traction equipment including traction motors and their electronic power supply
  • energy supply equipment electric to traction equipment
  • energy supply equipment pneumatic it being understood that it is not desirable to disseminate the materials belonging to the same group, in order to limit the length of transmission cables (electrical or fluidic) in each group.
  • the traction motors chosen are of the 500 volt type in three-phase alternating voltage, and this choice requires the transformation of electrical energy available on the overhead electrical power network transmitted by a connection device such as a pantograph, for achieve such an electrical voltage.
  • traction power supply equipment generally at least minus a transformer, and inductance (s); in particular as it is necessary to prevent transmission between the overhead network and the train, interference induced or due to switching, the equipment provides supply, at least one inductance filter.
  • additional equipment for example additional transformers, can be offered as an option. If the train is to run in regions where the network voltages are different, it must be type bi-tension, even tri-tension.
  • auxiliary power supply equipment including a static converter providing this voltage, as well as, for batteries accumulators, from 72 volts continuous, from 1500 volts continuous or 3000 volts DC or other available voltage.
  • a step-down transformer adapted to receive these 25,000 volts alternating at the primary, each secondary winding supplying a single-phase bridge with forced switching delivering a 1500 volts DC voltage to the inverter and static converter already mentioned.
  • the single phase bridge with forced switching is here and preferably integrated in the electronic power supply unit including the inverter.
  • Each train comprises, apart from the materials which come to be described, different cabinets containing essentially for the one electrotechnical components and for the other electronic components, for example low voltage cabinets and electronic cabinets to be accessible to the driver and for this purpose arranged in the cabins provided for it in the train, and at least one wardrobe banal low voltage; it also includes air conditioning units separate for each cabin and for compartments for travelers. At least one continuous circuit breaker is provided to cut the power supply to the inverters in the event of overcurrent or overvoltage. Of compressor units already mentioned and fluid reservoirs allow to supply various fluids under pressure to a certain number of devices, for example brakes and cylinders for opening and closing doors, etc.
  • Rheostatic braking devices allow, in the assumption that it is impossible to evacuate into the supply network, unused electrical energy during braking, dissipating this energy electrical unused.
  • the oar according to the invention in its configuration minimum, is composed of two modules, that is to say two vehicles.
  • the passenger capacities of two vehicles are close, and that the materials are distributed between the two vehicles, the driving axles being, as far as possible taking into account the other constraints, less loaded than the axles simply carriers so that the masses are correctly distributed on the level, in general, of each module and as much as possible of each oar.
  • certain equipment in particular electric are optional; these optional equipment mounted on demand of the transporter who wishes for example a tri-tension train are as far as possible provided in ⁇ habitable ⁇ locations so that their absence allows the mounting of additional seats for travelers.
  • Materials that do not require an expanding volume in height are advantageously housed in boxes fitted to the roof modules in regions of those where the seats do not occupy two superimposed levels, i.e. near the ends of the modules approximately above the bogies, in order to stay in the templates standardized.
  • the locations of certain equipment are chosen in priority so as to limit the length of the cables (electric or fluidic).
  • the central area of the modules is occupied, below as above, by seats for travelers.
  • the upper compartments offer the same number of places seats for all modules of the same train; however, from of the same body structure, it is possible to decline modules of several types, for example modules for regional use offering up to fifty seats and modules for urban use offering upwards of twenty more places, through a location appropriate seating, less comfort requirements for short trips in urban use.
  • the difference in passenger capacity between the top and the rest of the module is greater for regional modules than for urban modules, more travelers can be placed in the end zones regional modules, at an intermediate level between the top and the bottom; in fact, in urban modules, the doors are arranged closer to ends than in regional vehicles, because in these, the relatively low platform height would make it difficult to access the vehicle if the doors were above the bogies as made possible by the greater platform height in urban areas, which therefore allows the compartments for travelers of urban modules are more long in one piece, above and below.
  • the motor bogies 10 are the end bogies of the train, and the bogies of each vehicle located near the center of the train are bogies simply carriers 11.
  • Each end of the train is reserved for one driver's cab 12 located approximately above the bogie engine and slightly cantilevered on the vehicle chassis, in which are naturally housed the materials which are almost there essential, namely the air conditioning unit 13 of the cabin, its cabinet low voltage 14 and its electronic cabinet 15, and a cabinet apparatus 16.
  • this motor bogie in boxes fitted to the roof of the vehicle, are housed the rheostatic braking device 17, an apparatus air conditioning 18 compartments for travelers because for reasons of air conditioning efficiency each module is equipped with two devices air conditioning 18 near both ends of the compartment higher, and according to the invention, a single relatively heavy material, namely the electronic power supply unit 19 belonging to the motors traction to the bogie motorization equipment; the control unit 20 of this block is housed in the cabin; thus, most of the group ⁇ traction ⁇ is gathered near the cabin.
  • the low voltage cabinet 14 and the electronic cabinet 15 are on one side of the cabin, and the apparatus cabinet 16 and the control unit 20 of the electronic power supply unit of the motorization equipment are on the other side; this reserve distribution an approximately central free space which can be fitted with a door access to the space reserved for travelers.
  • the end zones facing the two vehicles 1, 2 are not identical to each other due to the distribution equipment on the whole train and not vehicle by vehicle.
  • one of the vehicles has at its end opposite to the cabin, that is to say approximately above its bogie simply carrier, on its roof, the connection device 21 to the network (pantograph); in this vehicle 1, are housed in cabinets or boxes, the filter inductor 22, a low-voltage switchgear 23, and the storage battery 24 on one side of the vehicle, and the transformer 25,000 volts 25 and the continuous circuit breaker 26 on the other side, i.e. the essentials of an ⁇ electrical energy tribe group, a central corridor allowing to move from one vehicle to another; in a box fitted to the roof of the vehicle, is housed, as we have seen an air conditioning unit 18 compartments for travelers.
  • the set may be heavier than that of the other end, the bogie being lighter since it is simply carrying.
  • seats for travelers are provided at near the cabinets, at the intermediate level between the low level and the high level. So if part of the material is deleted, for example the transformer 25000 volts 25 in the case of a single-voltage train 1500 volts or 3000 volts, the corresponding location can be fitted with seats additional for travelers.
  • the other vehicle 2 comprises, in its opposite end zone in the cabin, internally, in boxes or drawers, or in cupboards according to their size, on one side of a central corridor, the control unit 27 of the static converter, and on the other side a compressor unit 28 and a tank 29, that is to say the essential of a pneumatique pneumatic energy united group, near which are placed passenger seats; in roof boxes, the static converter 30 belonging to the power supply equipment auxiliary energy and of course an air conditioning unit 18 of the compartments for travelers.
  • This vehicle additional 3 here comprises a motor bogie 10 and a simply carrying bogie 11, the simply carrying bogie being arranged opposite the bogie simply carrier 11 of the end vehicle 1 which is provided with a pantograph 21.
  • the two end vehicles 1, 2 are the same to a modification near one of the two vehicles, in particular in order to decrease the length of the cables.
  • the static converter 30 belonging to the auxiliary power supply equipment, which fitted to a roof box of one of the end vehicles is carried over in an additional vehicle roof box 3, approximately above of the simply carrying bogie, and its control unit 27 is carried in a box placed below the converter, in the vehicle 3; the same end of this vehicle has level seats intermediate.
  • the opposite end of the additional vehicle 3, above the motor bogie 10, also includes seats at the intermediate level, thanks to the fact that the electronic power supply unit 19 of the motor bogie is in a box fitted to the vehicle roof, as well as the braking device corresponding rheostatic 17; thus only the control unit 20 of the electronic power supply unit is in a vehicle casing 3 to proximity to seats.
  • two air conditioners 18 are arranged in roof boxes, one approximately above the bogie simply carrying 11 and the other approximately above the bogie motor 10.
  • the additional vehicle 3 includes the same materials after the same transformation of an end vehicle, to apart from the fact that the motor bogie 10 also supports a low cabinet tension; some seats for example approximately above the bogie motor, can be replaced by a toilet.
  • This complementary vehicle 4 here comprises a motor bogie 10 opposite that of the additional vehicle 3 of FIG. 2 and a bogie simply carrier 11 opposite that of the end vehicle 2 which had previously been modified; however, this end vehicle is new modified compared to the train with three vehicles, so as to include as in the train with two vehicles 1, 2, a static converter 30 in a roof box, because the complementary vehicle 4 comprises, approximately above its simply carrying bogie 11, a device connection 21 to the overhead network; however, the additional vehicle 3 retains a static roof converter 30 since it is nearby immediate connection device 21 to the network disposed on the roof of the other end vehicle 1, and a low switchgear cabinet voltage 23 is added near the control unit 20 approximately above the motor bogie; as we have seen, possibly, the control unit 20 can be housed in a box integrated into the low-voltage cabinet; approximately above the bogie simply carrier 11 of the complementary vehicle 4, we find as above of the simply carrying bogie 11 of this other end vehicle 1, of a side a filter inductor 22, a low voltage cabinet 23 and a battery accumulators 24, and
  • FIGS. 4A and 4B We will now describe the installation in a train with five vehicles connected by removable connection means, such as that shown in FIGS. 4A and 4B, obtained by interposing a module made up by an additional vehicle 5 between the additional vehicle 3 and the vehicle complementary 4 to FIGS. 3A and 3B, in regional version.
  • This additional vehicle 5 here has only two bogies simply carriers 11, but its presence does not ⁇ charge ⁇ so untimely operation of the train which initially included four vehicles and which was 50% motorized.
  • the vehicle has in its roof approximately above of each bogie 11, an air conditioning unit 18 of the compartment ; inside the vehicle 5, in each end zone thereof, passenger seats are provided.
  • each vehicle 1, 2, 3, 4 here by means of a motor bogie 10 and a simply carrying bogie 11, it is avoided the known drawbacks with one or two motor vehicles constituting when used without an intermediate vehicle an over-motorized train and when used with several non-motorized intermediate vehicles a sub-motorized train, but on the contrary we always get a train optimally motorized, and capable of receiving a vehicle additional 5 non-motorized without significant disadvantage.
  • the trainsets which have just been described are not as possible examples of realization, but so that the motorization is distributed approximately uniformly along each train, according to the invention, these are constituted by imposing a constraint on what concerns the motorization rate.
  • the motorization rate of a vehicle or group of vehicles is defined as the ratio from the number of drive axles to the total number of axles of the vehicle or group of vehicles.
  • the ratio of motorization rates between two groups is included in a determined range; more precisely, according to the invention we have chosen that the ratio between the two respective motorization rates of two groups of any two vehicles is not less to 1/3 and not more than 3.
  • the groups of two vehicles have either a rate of 1/2 or a rate of 1/4 depending on whether they whether or not they contain the non-motorized vehicle; the rate ratio is therefore of 1 if we consider two groups made up of vehicles also motorized, and 2 or 1/2 if we consider two groups constituted differently and depending on whether the motorization rate of the most motorized group is at numerator or denominator of the rate ratio. It can be noted that the rate limits of 1/3 and 3 correspond for example to the case where we would have two 50% motorized vehicles, one non-motorized vehicle, and one vehicle 100% motorized.
  • the trains and convoys are always approximately motorized in proportion to the number of their vehicles and thus to their mass, we don't create a slow train or convoy as a result of its underpowering, affecting the regularity of the traffic on the lane on which would circulate such a train or such a convoy.
  • This modular design allows the carrier on the one hand to respond easily to the needs of the moment by interposing if necessary a additional vehicle 3, and a complementary vehicle 4, thus possibly an additional non-motorized vehicle 5, and on the other hand to combine two trains to form a convoy.
  • the ability to each train can be increased by adding one to three modules 3, 4, 5, without technical reasons simultaneously requiring the removal of a module already existing in the train.
  • This design also allows the carrier to do evolve its fleet if its needs were initially underestimated, continuing to use vehicles 1, 2, 3, 4, 5 already in their possession, and to minimize the initial investment of a carrier who expects an expansion medium term.
  • the oars are not designed as vehicle couplings to be autonomous but as a whole being able to count from two to here five modules, one does not succeed in the case trainsets with four or five modules, with redundant hardware, but we always make optimal use of the materials available.
  • This design also allows for regular distribution loads on the axles, thus avoiding overloaded and working axles very close to the limit allowed by railroad installations with all the disadvantages of such a practice.
  • the invention is not limited to the forms above described and shown, and provision may be made others without leaving its framework.
  • the fifth module of the train i.e. a motor vehicle for example at 50% like the other four (rate ratio equal to 1), or even for example that one of the elements of any train already comprising at least two vehicles 50% motorized ends, either a non-motorized vehicle or 100% motorized, which, in the case of a three-module train, would constitute a 33% motorized train (ratio of rates ranging from 1/2 to 2), or 66% (ratio of rates ranging from 2/3 to 3/2), respectively; we will note in this regard that in this case it is practically necessary that each of the vehicles of ends has a pantograph above his bogie simply carrier ; also it is practically necessary in the versions tri-voltages to three vehicles to have two pantographs but in this case it is advantageous to provide that it is the central vehicle which comprises the additional pantograph above his simply carrying bogie.

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Abstract

La rame est formée d'au moins deux véhicules (1, 2) à deux niveaux, et comporte des matériels embarqués comprenant au moins un bloc électronique d'alimentation (19) de moteur(s) de traction, des équipements d'alimentation en énergie de traction, des équipements d'alimentation (30) en énergie auxiliaire, et un dispositif de raccordement (21) à un réseau d'alimentation en énergie. Au moins un véhicule comporte au moins un bogie (10) moteur et au moins un bogie (11) simplement porteur ; à au moins un bogie (11) simplement porteur, de la rame, est associé au moins l'un desdits matériels embarqués (19, 30, 21), disposé approximativement au-dessus de lui ; le rapport entre les deux taux respectifs de motorisation de deux groupes de deux véhicules quelconques de la rame est égal au moins à 1/3 et au plus à 3. La rame est destinée au transport de voyageurs. <IMAGE>

Description

L'invention concerne une rame ferroviaire de composition modulaire constituée de modules sous la forme de véhicules dits 〈〈 à deux niveaux 〉〉 (deux niveaux superposés et un niveau intermédiaire d'accès au véhicule), et un convoi ferroviaire formé de telles rames.
Plus particulièrement, l'invention a pour but de créer de tels rames et convois modulaires présentant un bon confort pour les voyageurs et, quelque soit leur composition, des masses approximativement également réparties sur toute la longueur de la rame ou du convoi, des performances pratiquement identiques d'une rame ou d'un convoi à un autre, et une bonne rentabilité pour le transporteur.
De manière connue, une conception modulaire permet de constituer des rames et des convois de grande capacité lorsque la demande de transport est importante, et cela d'autant plus que les modules sont du type à deux niveaux, et évite l'emploi de matériels surdimensionnés lorsque la demande est faible, sans que cette souplesse de mise en oeuvre implique des investissements très importants pour le transporteur. On peut noter que le confort des voyageurs implique que ceux-ci disposent d'un espace pas trop réduit, ce qui nécessite que la capacité puisse être augmentée de manière régulière, c'est-à-dire que les espaces réservés aux voyageurs dans tous les modules soient approximativement égaux.
De plus, afin que la rame ou le convoi présente un bon comportement dynamique, et de limiter l'usure des voies, il est nécessaire que les valeurs des charges des essieux soient aussi voisines que possible; pour des raisons de fiabilité et de sécurité, il est aussi nécessaire que les matériels embarqués, qu'ils soient mécaniques ou électriques, ne travaillent pas au maximum de leurs possibilités (charge par essieu, mais également puissances électriques transmise et dissipée, isolement électrique, etc.); ces matériels ne doivent donc pas être réduits en quantité ou/et en volume de manière inconsidérée, mais ils doivent plutôt être distribués de la manière la plus appropriée ; la solution généralement adoptée dans le cas de véhicules à un seul niveau, qui consiste à répartir les matériels le long du véhicule, pour la plupart dans des coffres disposés sous le compartiment pour les voyageurs, est inapplicable dans le cas des véhicules à deux niveaux sous peine de conduire à des véhicules de grande hauteur sortant des gabarits imposés, et de plus manquant de stabilité. La répartition des matériels doit être faite sans trop affecter la capacité en voyageurs, sans compromettre le confort de ceux-ci en réduisant le volume alloué à chacun d'eux ou on gênant les accès aux places assises et aux différentes commodités (bar, toilettes, espaces de rangement pour les bagages) y compris pour les voyageurs handicapés, et sans gêner le cheminement du personnel le long de la rame ; elle doit également être compatible avec la constitution des différents véhicules à partir d'une unique structure de caisse. L'invention vise également à résoudre ces problèmes.
Egalement de manière connue, l'adjonction ou le retrait de véhicules peut se répercuter sur les performances des rames ou des convois par suite des différences de niveau de motorisation introduites, et nécessiter l'adaptation des vitesses de toutes les rames et de tous les convois en circulation à la vitesse de la rame ou du convoi le plus lent, qui est, sauf incident, la rame ou le convoi dont le niveau de motorisation rapporté à la charge, est le plus bas ; l'invention vise à créer des rames et des convois modulaires ne présentant pas de manière notable un tel inconvénient. Dans la suite, on caractérisera le niveau de motorisation d'un véhicule ou d'un groupe de véhicules par un taux, dit 〈〈 taux de motorisation 〉〉, égal au rapport du nombre d'essieux moteurs au nombre total d'essieux du véhicule ou du groupe de véhicules.
Par ailleurs, comme on l'a vu, si la modularité permet de limiter les investissements du transporteur on lui donnant la possibilité d'adapter rapidement son offre aux fluctuations de la demande au moyen d'un nombre relativement peu élevé de véhicules, on matière de rentabilité, l'abaissement du coût de l'investissement du transporteur n'est pas le seul point à prendre on considération : une bonne rentabilité, compte tenu du prix et de la longévité des véhicules, implique également une bonne adaptabilité à long terme de telle sorte que le transporteur puisse faire évoluer à peu de frais son offre sur une période longue même si certaines de ses prévisions se révèlent a posteriori erronées, ou si certaines évolutions du marché ou des superstructures ferroviaires nécessitent des modifications des matériels. Il est donc nécessaire que la standardisation des véhicules ne constitue pas un obstacle à l'évolution de ceux-ci et à la possibilité de décliner à partir de la même structure de caisse, un nombre de variantes suffisant pour permettre l'adaptabilité du parc à court terme et aussi à long terme, à moindres frais.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients des rames et convois connus et de satisfaire autant qu'il est possible aux conditions mentionnées ci-dessus.
A cette fin, l'invention concerne une rame ferroviaire modulaire formée d'au moins deux véhicules à deux niveaux superposés, comportant au moins un bogie comprenant au moins un essieu moteur, au moins un bogie comprenant au moins un essieu simplement porteur, et des matériels embarqués comprenant au moins un bloc électronique d'alimentation pour alimenter en énergie de traction un ou plusieurs moteurs de traction, au moins un équipement d'alimentation en énergie de traction pour alimenter en énergie le bloc, au moins un équipement d'alimentation en énergie auxiliaire pour fournir de l'énergie à des appareils auxiliaires, et au moins un dispositif de raccordement à un réseau aérien d'alimentation en énergie, dans laquelle on définit le taux de motorisation d'un véhicule ou d'un groupe de véhicules comme étant le rapport du nombre d'essieux moteurs au nombre total d'essieux du véhicule ou du groupe de véhicules, caractérisée en ce qu'au moins un véhicule comporte au moins un bogie comprenant au moins un essieu moteur et au moins un bogie comprenant au moins un essieu simplement porteur, à au moins un bogie de la rame comprenant au moins un essieu simplement porteur est associé au moins l'un desdits matériels embarqués disposé approximativement au-dessus de ce bogie, et le rapport entre les deux taux respectifs de motorisation de deux groupes de deux véhicules quelconques de la rame est égal au moins à 1/3 et au plus à 3.
Grâce à ces caractéristiques, déjà une rame comptant uniquement deux véhicules est motorisée de manière adaptée au nombre de voyageurs qu'elle peut transporter, et non largement sur-motorisée de manière conventionnelle en vue de pouvoir ajouter des véhicules simplement porteurs aux deux véhicules initiaux, et les valeurs des charges totales au niveau de la plupart des bogies si ce n'est de la totalité d'entre eux peuvent être rendues très voisines.
La rame selon l'invention peut de plus présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
  • au moins un bogie comprenant au moins un essieu moteur comprend deux essieux moteurs ;
  • au moins un bogie comprenant au moins un essieu simplement porteur comprend deux essieux simplement porteurs ;
  • au moins un bloc électronique d'alimentation est disposé approximativement au-dessus d'un bogie comprenant au moins un essieu moteur ;
  • au moins un bloc électronique d'alimentation comprend au moins un onduleur et est disposé dans le toit du véhicule ;
  • approximativement au-dessus d'au moins un bogie comprenant au moins un essieu moteur, est disposé un dispositif de freinage rhéostatique ;
  • au moins un équipement d'alimentation est disposé approximativement au-dessus d'un bogie comprenant au moins un essieu simplement porteur ;
  • au moins un équipement d'alimentation en énergie de traction comprend au moins un transformateur électrique ;
  • au moins un équipement d'alimentation en énergie de traction comprend au moins une inductance de filtre ;
  • à au moins un bogie comprenant au moins un essieu simplement porteur, sont associés au moins un équipement d'alimentation, et un dispositif de raccordement à un réseau aérien d'alimentation électrique, disposés approximativement au-dessus de ce bogie;
  • la rame comporte au moins un véhicule à deux niveaux superposés interposé entre deux véhicules d'extrémités, et ce véhicule interposé comporte un bogie comprenant au moins un essieu moteur et un bogie comprenant au moins un essieu simplement porteur ;
  • le bogie comprenant au moins un essieu moteur d'au moins un véhicule interposé comprend deux essieux moteurs ;
  • le bogie comprenant au moins un essieu simplement porteur d'au moins un véhicule interposé comprend deux essieux simplement porteurs ;
  • la rame comporte un véhicule supplémentaire à deux niveaux superposés interposé entre deux véhicules, comportant deux bogies simplement porteurs ;
  • la rame comporte un véhicule à deux niveaux superposés interposé entre deux véhicules d'extrémités, comportant deux bogies dont l'un comprend deux essieux moteurs et l'autre comprend au moins un essieu moteur ;
  • la rame comporte un véhicule à deux niveaux superposés interposé entre deux véhicules d'extrémités, comportant deux bogies dont l'un comprend deux essieux simplement porteurs et l'autre comprend au moins un essieu simplement porteur.
Ainsi, l'adjonction de véhicules entre les deux véhicules d'extrémités s'accompagne d'une augmentation approximativement proportionnelle de la capacité en voyageurs et de la motorisation, et même, à un certain niveau de motorisation, celle-ci permet l'adjonction d'un véhicule non motorisé sans faire apparaítre une sous-motorisation sensible de la rame.
L'invention consiste également en un convoi ferroviaire comportant au moins deux rames telles que définies ci-dessus, reliées par des moyens de liaison amovible.
Ainsi, il est possible de créer un convoi de grande capacité à partir d'un faible nombre de modèles de véhicules.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de formes de réalisation de celle-ci données à titre d'exemples non limitatifs et illustrées par les dessins joints dans lesquels :
  • les figures 1A et 1B montrent schématiquement l'implantation des matériels embarqués dans une rame selon l'invention à deux véhicules, respectivement en vue de côté et en vue de dessus,
  • les figures 2A et 2B montrent schématiquement l'implantation des matériels embarqués dans une autre rame selon l'invention, à trois véhicules, réalisée à partir de la rame des figures 1A et 1B, respectivement en vue de côté et en vue de dessus,
  • les figures 3A et 3B montrent schématiquement l'implantation des matériels embarqués dans une autre rame selon l'invention, à quatre véhicules, réalisée à partir de la rame des figures 2A et 2B, respectivement en vue de côté et en vue de dessus, et
  • les figures 4A et 4B montrent schématiquement l'implantation des matériels embarqués dans une autre rame selon l'invention, à cinq véhicules, réalisée à partir de la rame des figures 3A et 3B.
Les rames ferroviaires selon l'invention représentées sur les figures sont des rames dites à deux niveaux (deux niveaux superposés et un niveau intermédiaire) à traction électrique. Dans de telles rames ferroviaires, en dehors des moteurs, les matériels embarqués comprennent des équipements relativement lourds, et également des appareils notablement plus légers, et l'uniformisation des charges par bogie voire par essieu ne peut être obtenue que par une répartition judicieuse des équipements lourds et des appareils plus légers. Une telle répartition est facilitée par la présence d'essieux plus légers que d'autres, et de préférence de bogies plus légers que d'autres, étant entendu que la notion d'essieu ou de bogie regroupe, pour un essieu moteur ou un bogie moteur, l'essieu ou le bogie proprement dits et leur(s) moteur(s) ; ainsi, dans la suite, on appellera essieu moteur l'ensemble constitué par un essieu proprement dit et son moteur de traction, bogie moteur l'ensemble constitué par deux essieux moteurs, essieu simplement porteur ou essieu porteur un essieu non motorisé, et bogie simplement porteur ou bogie porteur un bogie non motorisé ; il ressort de ce qui précède que les essieux et les bogies lourds sont les essieux et les bogies moteurs, et les essieux et les bogies légers sont les essieux et les bogies simplement porteurs ; on peut également définir des bogies semimotorisés comme étant ceux constitués d'un essieu moteur et d'un essieu simplement porteur, dont la masse est intermédiaire entre celle des bogies moteurs et celle des bogies porteurs. Les équipements lourds sont surtout les dispositifs de raccordement au réseau aérien d'alimentation en énergie tels que des pantographes, ceux qui comportent des composants électrotechniques à circuits magnétiques tels que des équipements d'alimentation en énergie de traction comprenant des transformateurs et des inductances, car ces composants forment un tout qu'il est impossible de scinder et peu souhaitable de remplacer par plusieurs composants de plus faible masse, des blocs électroniques d'alimentation en énergie de traction destinés à fournir aux moteurs de traction sous une forme appropriée l'énergie provenant du réseau aérien éventuellement par l'intermédiaire d'un transformateur, des équipements d'alimentation en énergie auxiliaire pour alimenter notamment des moteurs auxiliaires, et des condensateurs de filtre ; on peut également ranger dans cette catégorie notamment les batteries d'accumulateurs, les groupes motocompresseurs et les réservoirs pour les fluides mis en oeuvre dans ces groupes. Les appareils plutôt légers comprennent des armoires basse tension, et des blocs électroniques de commande divers, logeables dans des caissons ou des tiroirs pouvant être placés dans les armoires basse tension même si, sur les dessins, pour une meilleure compréhension, ils sont représentés juxtaposés.
Selon l'invention, on profite de cette disparité des masses des différents matériels pour charger moins les essieux ou les bogies plus lourds, que les essieux ou les bogies plus légers, dans la mesure du possible, en réduisant, par exemple à un seul, le nombre des matériels ou équipements lourds disposés approximativement au-dessus des bogies moteurs. Dans certains cas, les bogies semi-motorisés permettent déjà une meilleure répartition des masses.
Un autre élément à prendre en compte est la fonction des matériels à répartir, que l'on peut pour la plupart classer dans l'un des trois groupes suivants : matériels de traction (comprenant les moteurs de traction et leur bloc électronique d'alimentation), matériels de fourniture d'énergie électrique aux matériels de traction, et matériels de fourniture d'énergie pneumatique, étant entendu qu'il n'est pas souhaitable de disséminer les matériels appartenant à un même groupe, afin de limiter la longueur des câbles de transmission (électriques ou fluidiques) dans chaque groupe.
Encore un autre élément à prendre en compte est le fait que le nombre des équipements lourds et notamment des équipements d'alimentation en énergie de traction est variable en fonction de la contrée dans laquelle ou des contrées dans lesquelles la rame doit être utilisée, certains de ces équipements étant cependant obligatoirement présents sur toutes les rames.
Ici, les moteurs de traction choisis sont du type 500 volts en tension alternative triphasée, et ce choix impose la transformation de l'énergie électrique disponible sur le réseau aérien d'alimentation électrique transmise par un dispositif de raccordement tel qu'un pantographe, pour parvenir à une telle tension électrique. Il en résulte la présence, en tant qu'équipement d'alimentation en énergie de traction, généralement d'au moins un transformateur, et d'inductance(s) ; en particulier, comme il est nécessaire d'empêcher la transmission entre le réseau aérien et la rame, de parasites induits ou dus aux commutations, on prévoit dans l'équipement d'alimentation, au moins un filtre à inductance.
En fonction de la tension disponible sur le réseau aérien, des équipements supplémentaires, par exemple des transformateurs supplémentaires, peuvent être proposés en option. Si la rame doit circuler dans des contrées où les tensions de réseau sont différentes, elle doit être du type bi-tension, voire tri-tension.
Plus précisément, comme la transformation de l'énergie électrique du réseau en énergie utilisable par les moteurs de traction nécessite plusieurs étapes car aucun réseau ne délivre du triphasé 500 volts, et la tension la plus faible offerte par les réseaux visés par la présente invention est du 1500 volts en continu ou parfois du 3000 volts en continu, il a été choisi ici de prévoir que l'alimentation des moteurs de traction de chaque bogie moteur soit faite en sortie d'un bloc électronique d'alimentation à onduleur (on pourrait prévoir en alternative un bloc par moteur de traction) alimenté sous 1500 volts en continu ou 3000 volts en continu selon le cas. Comme des appareils annexes tels que des moteurs auxiliaires doivent être alimentés en triphasé 380 volts, il a également été choisi de prévoir pour eux des équipements d'alimentation en énergie auxiliaire comprenant un convertisseur statique fournissant cette tension, ainsi que, pour des batteries d'accumulateurs, du 72 volts en continu, à partir du 1500 volts en continu ou du 3000 volts en continu ou encore d'une autre tension disponible.
Dans l'hypothèse où l'on désire que la rame soit utilisable sur les réseaux à 1500 volts en continu et ceux à 25000 volts en alternatif monophasé à 50 Hz, on prévoit un transformateur abaisseur adapté pour recevoir ces 25000 volts en alternatif au primaire, chaque enroulement secondaire alimentant un pont monophasé à commutation forcée délivrant une tension de 1500 volts en continu à l'onduleur et au convertisseur statique déjà mentionnés. Le pont monophasé à commutation forcée est ici et de préférence intégré au bloc électronique d'alimentation comprenant l'onduleur.
Dans l'hypothèse où l'on désire que la rame soit utilisable à la fois sous 1500 volts en continu et 3000 volts en continu, on prévoit d'une part un bloc électronique d'alimentation et un convertisseur statique fonctionnant sous 1500 volts en continu, et d'autre part un hacheur dans l'installation transformant le 3000 volts en continu en 1500 volts en continu.
Dans l'hypothèse où l'on désire que la rame soit utilisable sous 15000 volts en alternatif monophasé à 16 Hz 2/3, le même transformateur que pour le 25000 volts en alternatif 50 Hz peut être utilisé à condition d'avoir été convenablement calculé et de comporter les prises appropriées.
Naturellement, une commutation est prévue pour mettre en service les circuits correspondants lors de chaque changement de réseau d'alimentation.
Chaque rame comporte, en dehors des matériels qui viennent d'être décrits, différentes armoires contenant essentiellement pour les unes des composants électrotechniques et pour les autres des composants électroniques, par exemple des armoires basse tension et des armoires électroniques devant être accessibles au conducteur et à cette fin disposées dans les cabines prévues pour celui-ci dans la rame, et au moins une armoire basse tension banale ; elle comporte aussi des appareils de climatisation séparés pour chacune des cabines et pour les compartiments destinés aux voyageurs. Au moins un disjoncteur continu est prévu pour couper l'alimentation des onduleurs en cas de surintensité ou de surtension. Des groupes motocompresseurs déjà cités et des réservoirs de fluide permettent d'alimenter en fluides variés sous pression un certain nombre d'appareils, par exemple des freins et des vérins d'ouverture et de fermeture de portes, etc..
Des dispositifs de freinage rhéostatique permettent, dans l'hypothèse où il est impossible d'évacuer dans le réseau d'alimentation, l'énergie électrique inutilisée lors d'un freinage, de dissiper cette énergie électrique inutilisée.
Comme on l'a vu, la rame selon l'invention, dans sa configuration minimale, est composée de deux modules, c'est-à-dire deux véhicules. Pour des raisons de standardisation de la fabrication des modules et de répartition des charges, il est prévu que les capacités en voyageurs des deux véhicules soient proches, et que les matériels soient répartis entre les deux véhicules, les essieux moteurs étant, dans la mesure du possible compte tenu des autres contraintes, moins chargés que les essieux simplement porteurs afin que les masses soient correctement réparties au niveau, de manière générale, de chaque module et autant que faire se peut de chaque rame.
De plus, comme on l'a vu, certains équipements notamment électriques sont optionnels ; ces équipements optionnels montés à la demande du transporteur qui désire par exemple une rame tri-tension sont dans la mesure du possible prévus en des emplacements 〈〈 habitables 〉〉 de telle sorte que leur absence permet le montage de sièges supplémentaires pour des voyageurs. Les matériels qui n'exigent pas un volume s'étendant en hauteur sont avantageusement logés dans des caissons équipant le toit des modules dans des régions de ceux-ci où les sièges n'occupent pas deux niveaux superposés, c'est-à-dire à proximité des extrémités des modules approximativement au-dessus des bogies, afin de rester dans les gabarits normalisés. Comme on l'a vu, les emplacements de certains équipements sont choisis en priorité de manière à limiter la longueur des câbles (électriques ou fluidiques).
De manière générale, la zone centrale des modules est occupée, en bas comme en haut, par des sièges pour les voyageurs. Avantageusement, les compartiments supérieurs offrent le même nombre de places assises pour tous les modules d'une même rame ; en revanche, à partir de la même structure de caisse, il est possible de décliner des modules de plusieurs types, par exemple des modules à utilisation régionale offrant en haut une cinquantaine de places assises et des modules à utilisation urbaine offrant en haut une vingtaine de places de plus, par une implantation appropriée des sièges, les impératifs de confort étant moindres pour les voyages courts en utilisation urbaine. Par suite des implantations légèrement différentes dans les modules régionaux et dans les modules urbains, la différence de capacité en voyageurs entre le haut et le reste du module est plus grande pour les modules régionaux que pour les modules urbains, davantage de voyageurs pouvant être placés dans les zones d'extrémités des modules régionaux, à un niveau intermédiaire entre le haut et le bas ; en effet, dans les modules urbains, les portes sont disposées plus près des extrémités que dans les véhicules régionaux, car dans ces derniers, la relativement faible hauteur des quais rendrait difficile l'accès au véhicule si les portes étaient au-dessus des bogies comme cela est rendu possible par la plus grande hauteur des quais en milieu urbain, laquelle permet donc que les compartiments pour les voyageurs des modules urbains soient plus longs d'un seul tenant, en haut comme en bas.
On va maintenant décrire l'implantation dans une rame à deux véhicules 1, 2 reliés par des moyens de liaison amovible, telle que celle représentée sur les figures 1A et 1B, en version régionale. Dans cette rame, les bogies moteurs 10 sont les bogies d'extrémités de la rame, et les bogies de chaque véhicule situés à proximité du centre de la rame sont des bogies simplement porteurs 11. Chaque extrémité de la rame est réservée à une cabine 12 pour le conducteur disposée approximativement au-dessus du bogie moteur et légèrement en porte-à-faux sur le châssis du véhicule, dans laquelle sont logés tout naturellement les matériels qui y sont quasiment indispensables, à savoir l'appareil de climatisation 13 de la cabine, son armoire basse tension 14 et son armoire électronique 15, et une armoire à agrès 16. Au-dessus de ce bogie moteur, dans des caissons équipant le toit du véhicule, sont logés le dispositif de freinage rhéostatique 17, un appareil de climatisation 18 des compartiments pour les voyageurs car pour des raisons d'efficacité de la climatisation chaque module est équipé de deux appareils de climatisation 18 à proximité des deux extrémités du compartiment supérieur, et selon l'invention, un seul matériel relativement lourd, à savoir le bloc électronique d'alimentation 19 appartenant avec les moteurs de traction à l'appareillage de motorisation du bogie ; l'appareil de commande 20 de ce bloc est logé dans la cabine ; ainsi, l'essentiel du groupe 〈〈 traction 〉〉 est rassemblé à proximité de la cabine. Si l'on se réfère au plan vertical longitudinal central de la rame, l'armoire basse tension 14 et l'armoire électronique 15 sont d'un côté de la cabine, et l'armoire à agrès 16 et l'appareil de commande 20 du bloc électronique d'alimentation de l'appareillage de motorisation sont de l'autre côté; cette répartition réserve un espace libre approximativement central pouvant être muni d'une porte d'accès à l'espace dévolu aux voyageurs.
En revanche, les zones d'extrémités en vis-à-vis des deux véhicules 1, 2 ne sont pas identiques l'une à l'autre par suite de la répartition des matériels sur toute la rame et non véhicule par véhicule.
Ainsi, l'un des véhicules comporte à son extrémité opposée à la cabine, c'est-à-dire approximativement au-dessus de son bogie simplement porteur, sur son toit, le dispositif de raccordement 21 au réseau (pantographe) ; dans ce véhicule 1, sont logés dans des armoires ou des caissons, l'inductance 22 de filtre, un appareillage basse tension 23, et la batterie d'accumulateurs 24 d'un côté du véhicule, et le transformateur 25000 volts 25 et le disjoncteur continu 26 de l'autre côté, c'est-à-dire l'essentiel d'un groupe 〈〈 énergie électrique 〉〉, un couloir central permettant de passer d'un véhicule à l'autre ; dans un caisson équipant le toit du véhicule, est logé, comme on l'a vu un appareil de climatisation 18 des compartiments pour les voyageurs. L'ensemble peut être plus lourd que celui de l'autre extrémité, le bogie étant plus léger puisque simplement porteur. On peut noter que des places assises pour les voyageurs sont prévues à proximité des armoires, au niveau intermédiaire entre le niveau bas et le niveau haut. Ainsi, si une partie des matériels est supprimée, par exemple le transformateur 25000 volts 25 dans le cas d'une rame mono-tension 1500 volts ou 3000 volts, l'emplacement correspondant peut être garni de sièges supplémentaires pour les voyageurs.
L'autre véhicule 2 comporte, dans sa zone d'extrémité opposée à la cabine, intérieurement, dans des caissons ou tiroirs, ou dans des armoires en fonction de leur encombrement, d'un côté d'un couloir central, l'appareil de commande 27 du convertisseur statique, et de l'autre côté un groupe motocompresseur 28 et un réservoir 29 c'est-à-dire l'essentiel d'un groupe 〈〈 énergie pneumatique 〉〉, à proximité desquels sont disposés des sièges pour les voyageurs ; dans des caissons du toit, sont disposés le convertisseur statique 30 appartenant à l'équipement d'alimentation en énergie auxiliaire et naturellement un appareil de climatisation 18 des compartiments pour les voyageurs.
En version urbaine, les dispositifs de freinage rhéostatique 17 sont supprimés, ce qui allège la charge des bogies moteurs 10 intrinsèquement plus lourds.
On va maintenant décrire l'implantation dans une rame à trois véhicules reliés par des moyens de liaison amovible, telle que celle représentée sur les figures 2A et 2B, obtenue en interposant un véhicule additionnel 3 à deux niveaux (et un niveau intermédiaire) entre les deux véhicules d'extrémités 1, 2 à deux niveaux, en version régionale. Ce véhicule additionnel 3 comporte ici un bogie moteur 10 et un bogie simplement porteur 11, le bogie simplement porteur étant disposé en vis-à-vis du bogie simplement porteur 11 du véhicule d'extrémité 1 qui est muni d'un pantographe 21.
Afin de faciliter la transformation d'une rame à deux véhicules en rame à trois véhicules, les deux véhicules d'extrémités 1, 2 sont les mémes à une modification près de l'un des deux véhicules, notamment afin de diminuer la longueur des câbles. Plus précisément, le convertisseur statique 30 appartenant à l'équipement d'alimentation en énergie auxiliaire, qui équipait un caisson de toit de l'un des véhicules d'extrémités est reporté dans un caisson du toit du véhicule additionnel 3, approximativement audessus du bogie simplement porteur, et son appareil de commande 27 est reporté dans un caisson disposé en dessous du convertisseur, dans le véhicule 3 ; la même extrémité de ce véhicule est équipée de sièges au niveau intermédiaire. L'extrémité opposée du véhicule additionnel 3, au-dessus du bogie moteur 10, comporte également des sièges au niveau intermédiaire, grâce au fait que le bloc électronique d'alimentation 19 du bogie moteur est dans un caisson équipant le toit du véhicule, ainsi que le dispositif de freinage rhéostatique 17 correspondant ; ainsi, seul l'appareil de commande 20 du bloc électronique d'alimentation est dans un caisson du véhicule 3 à proximité des sièges. Naturellement, deux appareils de climatisation 18 sont disposés dans des caissons de toit, l'un approximativement au-dessus du bogie simplement porteur 11 et l'autre approximativement au-dessus du bogie moteur 10.
En version urbaine, le véhicule additionnel 3 comporte les mêmes matériels après la même transformation d'un véhicule d'extrémité, à part le fait que le bogie moteur 10 supporte également une armoire basse tension ; certains sièges par exemple approximativement au-dessus du bogie moteur, peuvent être remplacés par des toilettes.
On va maintenant décrire l'implantation dans une rame à quatre véhicules reliés par des moyens de liaison amovible, telle que celle représentée sur les figures 3A et 3B, obtenue en intercalant un véhicule complémentaire 4 à deux niveaux, plus précisément entre le véhicule additionnel 3 de la figure 2 et le véhicule d'extrémité 2 qui avait été modifié pour constituer une rame à trois véhicules, en version régionale.
Ce véhicule complémentaire 4 comporte ici un bogie moteur 10 en vis-à-vis de celui du véhicule additionnel 3 de la figure 2 et un bogie simplement porteur 11 en vis-à-vis de celui du véhicule d'extrémité 2 qui avait été précédemment modifié ; cependant, ce véhicule d'extrémité est de nouveau modifié par rapport à la rame à trois véhicules, de manière à comporter comme dans la rame à deux véhicules 1, 2, un convertisseur statique 30 dans un caisson de toit, car le véhicule complémentaire 4 comporte, approximativement au-dessus de son bogie simplement porteur 11, un dispositif de raccordement 21 au réseau aérien ; néanmoins, le véhicule additionnel 3 conserve un convertisseur statique 30 de toit puisqu'il est à proximité immédiate d'un dispositif de raccordement 21 au réseau disposé sur le toit de l'autre véhicule d'extrémité 1, et une armoire d'appareillage basse tension 23 est ajoutée à proximité de l'appareil de commande 20 approximativement au-dessus du bogie moteur ; comme on l'a vu, éventuellement, l'appareil de commande 20 peut être logé dans un caisson intégré à l'armoire basse tension ; approximativement au-dessus du bogie simplement porteur 11 du véhicule complémentaire 4, on trouve comme au-dessus du bogie simplement porteur 11 de cet autre véhicule d'extrémité 1, d'un côté une inductance 22 de filtre, une armoire basse tension 23 et une batterie d'accumulateurs 24, et de l'autre un transformateur 25000 volts 25, et un disjoncteur continu 26, de part et d'autre du couloir central ; là encore, si par suite d'une option, un emplacement reste vide de matériel, il peut être garni de sièges au niveau intermédiaire. Approximativement au-dessus du bogie moteur 10, dans des caissons de toit, on a un bloc électronique d'alimentation 19 des moteurs de traction et un dispositif de freinage rhéostatique 17, et dans le véhicule, d'un côté une armoire basse tension 23 et l'appareil de commande 20 du bloc électronique d'alimentation, ainsi que des sièges, et de l'autre côté, des sièges pour les voyageurs, de part et d'autre d'un couloir central. Egalement approximativement au-dessus de chaque bogie 10, 11, on trouve dans un caisson de toit, un appareil de climatisation 18 des compartiments pour les voyageurs.
En version urbaine, comme précédemment, les dispositifs de freinage rhéostatique 17 sont supprimés, ainsi que la plupart des sièges des zones d'extrémités puisque les zones d'extrémités des véhicules à vocation urbaine sont plus courtes.
On va maintenant décrire l'implantation dans une rame à cinq véhicules reliés par des moyens de liaison amovible, telle que celle représentée sur les figures 4A et 4B, obtenue en interposant un module constitué par un véhicule supplémentaire 5 entre le véhicule additionnel 3 et le véhicule complémentaire 4 des figures 3A et 3B, en version régionale.
Ce véhicule supplémentaire 5 ne comporte ici que deux bogies simplement porteurs 11, mais sa présence ne 〈〈 charge 〉〉 pas de manière intempestive le fonctionnement de la rame qui comportait initialement quatre véhicules et qui était motorisée à 50%. Dans le cas présent où il n'y a pas de bogie moteur, le véhicule comporte dans son toit approximativement audessus de chaque bogie 11, un appareil de climatisation 18 de compartiment ; à l'intérieur du véhicule 5, dans chaque zone d'extrémité de celui-ci, sont prévus des sièges pour des voyageurs.
Il en est de même en version urbaine.
Il est possible de constituer des convois de plusieurs rames attelées en étant reliées par des moyens de liaison amovible telles que celles qui viennent d'être décrites ; pour des raisons d'économie et de simplicité, on peut se limiter à deux rames attelées, puisqu'avec une seule rame on peut constituer aisément comme on l'a vu un convoi de deux à cinq modules, et ainsi avec deux rames on peut constituer un convoi de quatre à dix modules.
Grâce à la motorisation à 50% de chaque véhicule 1, 2, 3, 4 ici au moyen d'un bogie moteur 10 et un bogie simplement porteur 11, on évite les inconvénients connus avec un ou deux véhicules motorisés constituant lorsqu'ils sont utilisés sans véhicule intermédiaire une rame sur-motorisée et lorsqu'ils sont utilisés avec plusieurs véhicules intermédiaires non motorisés une rame sous-motorisée, mais au contraire on obtient une rame toujours motorisée de manière optimale, et susceptible de recevoir un véhicule supplémentaire 5 non motorisé sans inconvénient notable.
Bien entendu, les rames qui viennent d'être décrites ne sont que des exemples de réalisation possibles, mais afin que la motorisation soit répartie approximativement uniformément le long de chaque rame, selon l'invention, on constitue celles-ci en s'imposant une contrainte en ce qui concerne le taux de motorisation. Comme on l'a vu, le taux de motorisation d'un véhicule ou d'un groupe de véhicules est défini comme étant le rapport du nombre d'essieux moteur au nombre total d'essieux du véhicule ou du groupe de véhicules. Dans le cadre de l'invention, pour constituer les rames, on fait en sorte que pour tous les groupes de deux véhicules quelconques (voisins ou non), le rapport des taux de motorisation entre deux groupes soit compris dans une gamme déterminée ; plus précisément, selon l'invention on a choisi que le rapport entre les deux taux respectifs de motorisation de deux groupes de deux véhicules quelconques ne soit pas inférieur à 1/3 et pas supérieur à 3. Cette condition peut même s'appliquer aux rames de deux véhicules, en remarquant que l'on peut y considérer deux fois le même groupe à l'identique avec le même taux de motorisation, donc un rapport des taux égal à 1, ce qui est le cas de la rame des figures 1A et 1B dont les deux véhicules ont un taux de motorisation égal à 1/2. Dans le cas des rames des figures 2A et 2B, et 3A et 3B, tous les véhicules ont un taux de motorisation égal à 1/2, donc tous les groupes de deux véhicules ont un taux égal à 1/2 et le rapport des taux est toujours égal à 1. Pour la rame des figures 4A et 4B, où l'on a un véhicule non motorisé, les groupes de deux véhicules ont soit un taux de 1/2 soit un taux de 1/4 selon qu'ils contiennent ou non le véhicule non motorisé ; le rapport des taux est donc de 1 si l'on considère deux groupes constitués de véhicules également motorisés, et de 2 ou 1/2 si l'on considère deux groupes constitués différemment et selon que le taux de motorisation du groupe le plus motorisé est au numérateur ou au dénominateur du rapport des taux. On peut noter que les taux limites de 1/3 et 3 correspondent par exemple au cas où l'on aurait deux véhicules motorisés à 50%, un véhicule non motorisé, et un véhicule motorisé à 100%.
Les rames et convois étant toujours motorisés approximativement proportionnellement au nombre de leurs véhicules et ainsi à leur masse, on ne crée pas de rame ou de convoi lent par suite de sa sousmotorisation, affectant la régularité du trafic sur la voie sur laquelle circulerait une telle rame ou un tel convoi.
Cette conception modulaire permet d'une part au transporteur de répondre aisément au besoin du moment en interposant si nécessaire un véhicule additionnel 3, et un véhicule complémentaire 4, ainsi éventuellement qu'un véhicule supplémentaire 5 non motorisé, et d'autre part d'associer deux rames pour constituer un convoi. De plus, la capacité de chaque rame peut être augmentée par l'adjonction d'un à trois modules 3, 4, 5, sans que des raisons techniques obligent simultanément à enlever un module existant déjà dans la rame.
Cette conception permet également au transporteur de faire évoluer son parc si ses besoins ont été au départ sous estimés, en continuant à utiliser les véhicules 1, 2, 3, 4, 5 déjà en sa possession, et de minimiser l'investissement initial d'un transporteur qui escompte une expansion à moyen terme.
Les coûts sont également réduits par le fait que la même structure de caisse permet la construction de tous les véhicules d'un même convoi, que ce convoi soit destiné à une utilisation régionale ou à une utilisation urbaine.
Comme cependant les rames ne sont pas conçues comme des attelages de véhicules devant être autonomes mais comme un ensemble pouvant compter de deux à ici cinq modules, on n'aboutit pas dans le cas de rames à quatre ou cinq modules, à une redondance de matériels, mais on exploite toujours de manière optimale les matériels à disposition.
Cette conception permet également une répartition régulière des charges sur les essieux, et ainsi on évite les essieux surchargés et travaillant très près de la limite autorisée par les installations de voie ferrée avec tous les inconvénients que comporte une telle pratique.
De plus, la plupart des matériels susceptibles d'être supprimés à la demande des transporteurs compte tenu des particularités de l'utilisation étant logés dans des zones habitables, leur suppression permet d'augmenter la capacité en voyageurs. Le fait qu'en revanche le maximum des matériels obligatoires est logé dans le toit des modules permet de réserver un espace maximal aux compartiments pour les voyageurs, cet avantage étant encore augmenté dans la version urbaine par le fait que les portes sont au-dessus des bogies.
Enfin, la localisation des matériels par domaine ou groupe fonctionnel (traction, énergie électrique, énergie pneumatique) permet de réduire la longueur des câbles nécessaire pour assurer la liaison entre les matériels d'un même groupe.
Cependant, bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation ci-dessus décrites et représentées, et on pourra en prévoir d'autres sans sortir de son cadre. Notamment, on pourra prévoir que le cinquième module de la rame soit un véhicule motorisé par exemple à 50 % comme les quatre autres (rapport des taux égal à 1), ou même par exemple que l'un des éléments de toute rame comportant déjà au moins deux véhicules d'extrémités motorisés à 50% soit un véhicule non motorisé ou encore motorisé à 100%, ce qui, dans le cas d'une rame à trois modules, constituerait une rame motorisée à 33% (rapport des taux allant de 1/2 à 2), ou à 66% (rapport des taux allant de 2/3 à 3/2), respectivement ; on notera à cet égard que dans ce cas il est pratiquement nécessaire que chacun des véhicules d'extrémités comporte un pantographe au-dessus de son bogie simplement porteur ; également il est pratiquement nécessaire dans les versions tri-tensions à trois véhicules d'avoir deux pantographes, mais dans ce cas il est avantageux de prévoir que ce soit le véhicule central qui comporte le pantographe supplémentaire au-dessus de son bogie simplement porteur.

Claims (17)

  1. Rame ferroviaire modulaire formée d'au moins deux véhicules (1, 2) à deux niveaux superposés, comportant au moins un bogie (10) comprenant au moins un essieu moteur, au moins un bogie (11) comprenant au moins un essieu simplement porteur, et des matériels embarqués comprenant au moins un bloc électronique d'alimentation (19) pour alimenter en énergie de traction un ou plusieurs moteurs de traction, au moins un équipement d'alimentation (22, 25) en énergie de traction pour alimenter en énergie le bloc (19), au moins un équipement d'alimentation (30) en énergie auxiliaire pour fournir de l'énergie à des appareils auxiliaires, et au moins un dispositif de raccordement (21) à un réseau aérien d'alimentation en énergie, dans laquelle on définit le taux de motorisation d'un véhicule ou d'un groupe de véhicules comme étant le rapport du nombre d'essieux moteurs au nombre total d'essieux du véhicule ou du groupe de véhicules, caractérisée en ce qu'au moins un véhicule (1) comporte au moins un bogie (10) comprenant au moins un essieu moteur et au moins un bogie (11) comprenant au moins un essieu simplement porteur, à au moins un bogie (11) de la rame comprenant au moins un essieu simplement porteur est associé au moins l'un desdits matériels embarqués (19; 22, 25; 30; 21) disposé approximativement au-dessus de ce bogie, et le rapport entre les deux taux respectifs de motorisation de deux groupes de deux véhicules quelconques de la rame est égal au moins à 1/3 et au plus à 3.
  2. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un bogie (10) comprenant au moins un essieu moteur comprend deux essieux moteurs.
  3. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un bogie (11) comprenant au moins un essieu simplement porteur comprend deux essieux simplement porteurs.
  4. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un bloc électronique d'alimentation (19) est disposé approximativement au-dessus d'un bogie (10) comprenant au moins un essieu moteur.
  5. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un bloc électronique d'alimentation (19) comprend au moins un onduleur et est disposé dans le toit du véhicule.
  6. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que, approximativement au-dessus d'au moins un bogie (10) comprenant au moins un essieu moteur, est disposé un dispositif de freinage rhéostatique (17).
  7. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un équipement d'alimentation (22, 25 ; 30) est disposé approximativement au-dessus d'un bogie (11) comprenant au moins un essieu simplement porteur.
  8. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un équipement d'alimentation en énergie de traction comprend au moins un transformateur électrique (25).
  9. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un équipement d'alimentation en énergie de traction comprend au moins une inductance (22) de filtre.
  10. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'à au moins un bogie (11) comprenant au moins un essieu simplement porteur, sont associés au moins un équipement d'alimentation (22, 25 ; 30), et un dispositif de raccordement (21) à un réseau aérien d'alimentation électrique, disposés approximativement au-dessus de ce bogie.
  11. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un véhicule (3, 4) à deux niveaux superposés interposé entre deux véhicules (1, 2) d'extrémités, et ce véhicule (3, 4) interposé comporte un bogie (10) comprenant au moins un essieu moteur et un bogie (11) comprenant au moins un essieu simplement porteur.
  12. Rame ferroviaire selon la revendication 11, caractérisée en ce que le bogie (10) comprenant au moins un essieu moteur d'au moins un véhicule (3, 4) interposé comprend deux essieux moteurs.
  13. Rame ferroviaire selon la revendication 11, caractérisée en ce que le bogie (11) comprenant au moins un essieu simplement porteur d'au moins un véhicule (3, 4) interposé comprend deux essieux simplement porteurs.
  14. Rame ferroviaire selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comporte un véhicule supplémentaire (5) à deux niveaux superposés interposé entre deux véhicules, comportant deux bogies (11) simplement porteurs.
  15. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un véhicule à deux niveaux superposés interposé entre deux véhicules (1, 2) d'extrémités, comportant deux bogies dont l'un comprend deux essieux moteurs et l'autre comprend au moins un essieu moteur.
  16. Rame ferroviaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un véhicule à deux niveaux superposés interposé entre deux véhicules (1, 2) d'extrémités, comportant deux bogies dont l'un comprend deux essieux simplement porteurs et l'autre comprend au moins un essieu simplement porteur.
  17. Convoi ferroviaire caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux rames selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, reliées par des moyens de liaison amovible.
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