[0001] 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
[0002] 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.
[0003] Par souci de clarté, ces différentes notions sont définies dans les paragraphes suivants.
Train ou automotrice
[0004] 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.
[0005] 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
[0006] 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.
[0007] 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
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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 que l'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.
[0011] 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
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] II 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] A cet effet, 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.
[0021] 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.
Description de l'invention
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] L'automotrice comprend, entre la voiture intermédiaire motorisée et chacune des voitures
pilotes, au moins une voiture intermédiaire dépourvue de chaîne de traction. Comme
cette voiture intermédiaire ne comporte pas de chaîne de traction, elle est appelée
remorque.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] 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.
[0029] 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 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.
[0030] 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).
[0031] 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.
[0032] 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.
[0033] Un avantage d'une architecture entièrement articulée est que l'automotrice est plus
stable en cas de déraillement. Du fait de l'architecture 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.
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] Par convention, les roues des essieux moteurs sont noircies sur les figures.
Premier mode de réalisation
[0037] 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.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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 est articulée à une voiture intermédiaire
motorisée 4, située dans l'automotrice de ce mode de réalisation en cinquième position
en partant de la gauche.
[0041] Aucune des trois premières remorques 3 ne reçoit de chaîne de traction 8.
[0042] 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.
[0043] 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 la voiture pilote 2, qui reposent sur
des bogies moteurs 6. La deuxième voiture pilote 2 est identique à la première.
[0044] Toutes les voitures 2, 3, 4 de l'automotrice A possèdent un 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 moteurs sont motorisés. Une telle automotrice peut transporter au moins
550 passagers à une vitesse commerciale d'au moins 330 km/h.
[0045] 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.
[0046] 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.
[0047] 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).
[0048] 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 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.
[0049] 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
[0050] 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.
[0051] 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 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.
[0052] 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.
[0053] 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.
[0054] 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
[0055] 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.
[0056] 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.
[0057] 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
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] 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 puissance / masse désiré,
quatre à huit essieux pourront être motorisés, chaque bogie moteur 6 disposant d'au
moins un essieu moteur 5.
[0061] 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.