Systèmes de transmission ponctuelle trains-sol

Systèmes de transmission ponctuelle trains-sol

Le système KVB

Au cours des années 70, plusieurs accidents de chemin de fer sont venus rappeler que la sécurité des transports ferroviaires n‟est pas strictement garantie et qu‟il existait notamment certaines failles techniques à combler. Les accidents ont continué de se produire dans les années 80 et les experts ont remarqué que les franchissements de signaux d‟arrêt, entrainant normalement l‟arrêt indispensable à la sécurité des trains, restaient à un niveau élevé. Tous ces éléments ont convaincu les opérateurs ferroviaires que la conduite des trains fondée uniquement sur un contrôle humain n‟était pas suffisante afin d‟assurer le niveau de sécurité souhaité pour ce mode de transport. Il fallait donc envisager l‟instauration d‟un système de contrôle de vitesse complétant et contrôlant la surveillance menée par les conducteurs et s‟imposant si nécessaire. Ce système a pour objectif la diminution des franchissements des signaux d‟arrêt en suppléant aux défaillances des conducteurs. Le système KVB est ainsi apparu afin de réaliser cette fonction [4-6].

Ce système KVB satisfait plusieurs contraintes qui permettent un bon fonctionnement du système ferroviaire et une sécurité accrue capable de prévenir les accidents ou tout dérapage sur les voies. Il autorise en effet :
✦ l‟arrêt de toute circulation avant les signaux d‟arrêt fermés ou un point protégé,
✦ le respect des limitations de vitesse permanentes ou temporaires générées par le centre de contrôle,
✦ la gestion de la défaillance du contrôleur humain dans le cas de non-respect d‟une limitation de vitesse ou des consignes d‟arrêt,
✦ et s‟abstient de toute action si le contrôleur humain respecte les règles de sécurité.

Fonctionnalités

Le système KVB assure le contrôle automatique de la vitesse et de franchissement de certains signaux d‟arrêt fermés. Il exploite pour ce faire un calculateur embarqué sur les motrices. Le calculateur prend en compte à la fois les informations caractérisant le mobile (bord) et les données caractérisant la voie et la position des signaux (sol) afin de déterminer une courbe de contrôle de vitesse à ne pas dépasser. Celle-ci intègre le temps de réaction de chaque équipement du train. Les données sont transmises du sol vers le bord grâce aux balises installées le long de la voie ferrée. Lorsqu‟une vitesse critique est atteinte, le KVB envoie un signal sonore pour prévenir l‟opérateur humain de la nécessité d‟une opération urgente de sa part afin de ramener la vitesse à une valeur acceptable par le système. Si cette action du conducteur n‟est pas effectuée rapidement, le KVB déclenche l‟arrêt automatique du train par freinage d’urgence irréversible jusqu’à l’arrêt. Une nouvelle autorisation de marche devra alors être demandée par le conducteur auprès du contrôleur au sol, après cet arrêt total.

La transmission sol vers bord est également utilisée dans plusieurs opérations telles que la commande des portes et l‟emmarchement variable, le verrouillage des portes des toilettes des voitures lors du passage dans les tunnels, la commande des équipements d‟étanchéité lorsque des trains de type TGV traverse les tunnels, le franchissement des sectionnements et sections de séparation (automatisme ou boucle de rattrapage), ainsi que la commutation automatique du système et du canal radio sol-trains.

Il existe en pratique deux techniques différentes pour contrôler la vitesse :
✦ lorsque la transmission des données entre bord et sol ne s‟effectue que de manière discrète, uniquement à l‟endroit des balises, on parle de contrôle de vitesse ponctuelle ;
✦ lorsque la vitesse du mobile est surveillée continuellement à l‟aide d‟une radio soltrains continue, on parle de contrôle continu. Généralement, ce système continu est couplé au système ponctuel lorsque les deux sont disponibles [4].

Les données transmises par les balises contiennent plusieurs informations qui concernent la vitesse telles que la vitesse limite autorisée, la vitesse cible (que le train doit atteindre), et la vitesse d‟exécution. Une fois la vitesse cible transmise, la décélération du train est contrôlée avec pour objectif d‟arriver à cette vitesse en une distance donnée. Par contre, la vitesse d‟exécution est transmise pour le contrôle immédiat de cette vitesse. Ainsi, la vitesse d‟exécution d‟un franchissement de signal d‟arrêt fermé est nulle.

Ces balises ferroviaires fonctionnent selon un mode de transpondeur. Les données sol sont transmises par la balise vers les trains en utilisant l‟énergie d‟activation à 27 MHz émise de façon continue depuis tous les trains puis, convertie en énergie d‟alimentation électrique qui permet à son tour l‟envoi depuis la balise vers l‟interrogateur-train de signaux de données à la fréquence de 4,5 MHz. Puisque les positions des balises ne sont pas a priori connues des trains, l‟énergie radiofréquence d‟activation des balises doit être émise en permanence par tous les trains. Celle-ci est coupée lors de l‟arrêt des trains en gare afin de limiter les perturbations vers les usagers riverains. Dans les systèmes actuels, il existe deux sortes de technologies qui cohabitent, une purement analogique qui existe depuis les débuts du système, et une seconde numérique, développée par la suite.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
1. CHAPITRE 1 : INTRODUCTION AUX BALISES FERROVIAIRES ET ETAT DE L’ART DES COMMUNICATIONS VERTES
INTRODUCTION DU CHAPITRE
1.1. SYSTEMES DE TRANSMISSION PONCTUELLE TRAINS-SOL
1.1.1. Le système KVB
1.1.1.1. Fonctionnalités
1.1.1.2. Équipement sol
1.1.1.3. Équipement bord
1.1.2. Système ERTMS
1.1.2.1. Niveau 1
1.1.2.2. Niveau 2
1.1.2.3. Niveau 3
1.2. LES SYSTEMES DE COMMUNICATION « VERTE »
1.2.1. Efficacité énergétique et réseaux mobiles
1.2.1.1. Nouvelle conception hardware et énergie renouvelable
1.2.1.2. Gestion des multiutilisateurs
1.2.1.3. Réseau et planification pour des communications « vertes »
1.2.2. Efficacité énergétique et ULB
1.2.2.1. Composants efficaces énergétiquement
1.2.2.2. Efficacité énergétique niveau réseau
1.2.2.3. Transmission efficace énergétiquement
CONCLUSION DU PREMIER CHAPITRE
2. CHAPITRE 2 : INTRODUCTION A LA TECHNIQUE RADIO ULB
INTRODUCTION DU CHAPITRE
2.1. LA TECHNIQUE RADIO ULTRA LARGE BANDE
2.1.1. Régulation
2.1.2. Les avantages de la technologie ULB
2.2. TECHNIQUES DE MODULATION ET D’ACCES MULTIPLE POUR LES SYSTEMES ULB
2.2.1. TH-ULB
2.2.1.1. PPM
2.2.1.2. TH-PPM
2.2.1.3. PAM
2.2.1.4. TH-PAM
2.2.1.5. PSM
2.2.1.6. TH-PSM
2.2.1.6.1. Les impulsions d’Hermite modifiées
2.2.1.6.2. Impulsions de Gegenbauer
2.2.2. DS-ULB
2.2.2.1. Séquences non-orthogonales
2.2.2.2. Séquences orthogonales
CONCLUSION DU DEUXIEME CHAPITRE
3. CHAPITRE 3 : ANALYSE ENERGETIQUE DES SYSTEMES ULB MONOUTILISATEUR ET MULTIUTILISATEURS
INTRODUCTION DU CHAPITRE
3.1. MODELE ENERGETIQUE ET CANAL DE PROPAGATION POUR LES COMMUNICATIONS ULB
3.1.1. Modèle énergétique
3.2. ANALYSE ENERGETIQUE D’UN SYSTEME ULB MONO-UTILISATEUR
3.2.1. Modèle analytique de la consommation énergétique pour le cas mono-utilisateur
3.2.1.1. Système ULB avec une modulation MPAM
3.2.1.2. Système ULB avec une modulation MPPM
3.2.1.3. Analyse des résultats des simulations du système mono-utilisateur
3.3. ANALYSE ENERGETIQUE D’UN SYSTEME ULB MULTI-UTILISATEUR
3.3.1. Modèle analytique multi-utilisateur
3.3.1.1. DS-ULB avec des codes orthogonaux
3.3.1.2. DS-ULB avec des codes non orthogonaux
3.3.1.3. TH-BPSK-PSM
3.3.1.4. TH-PAM
3.3.1.5. TH-PPM
3.3.2. Résultats des simulations du système en mode multi-utilisateurs
3.3.2.1. Scénario 1 – Un même nombre d’utilisateurs
3.3.2.2. Scénario 2 – Un débit identique
CONCLUSION DU CHAPITRE 3
CONCLUSION GENERALE