La BFH et les CFF développent un système de surveillance embarquée pour les trains pendulaires

Une exploitation ferroviaire sûre et fiable nécessite des mesures régulières de la dynamique des véhicules (forces roue-rail), en particulier pour les trains à grande vitesse pendulaires. Lorsqu’ils abordent les virages, ces derniers circulent plus rapidement que le trafic normal et sollicitent donc davantage l’infrastructure. Actuellement, les forces roue-rail sont déterminées une fois par an lors de manœuvres d’inspection. Les méthodes de mesure, prescrites par le règlement, déterminent les forces roue-rail à l’aide de ce que l’on appelle des jeux de roues de mesure. Ceux-ci forment un système de mesure éprouvé et fournissent des données bien reproductibles. En raison de leurs nombreux composants, ils constituent un système complexe et donc vulnérable, nécessitant un entretien relativement important, et doivent être calibrés de temps en temps à grands frais. Afin d’obtenir des informations plus régulières et moins couteuses, une équipe de recherche de l’Institut des systèmes industriels intelligents I3S de la Haute école spécialisée bernoise BFH a développé, en collaboration avec les CFF, un système de surveillance embarquée simple qui peut être utilisé de manière fiable et peu couteuse dans le cadre de l’exploitation régulière.

Des prédictions précises grâce à l’apprentissage automatique

Au lieu d’utiliser des jeux de roues de mesure, le système de surveillance développé n’utilise que des techniques de mesure nécessitant peu d’entretien, par exemple des capteurs d’accélération ou de déplacement. Ces capteurs simples, aisément remplaçables, résistent aux conditions difficiles auxquelle est soumise la circulation quotidienne des trains. Ainsi, le système offre une rentabilité et une disponibilité meilleures que la méthode de surveillance traditionnelle. Sur la base des données de mesure collectées pendant chaque trajet, le système prédit les forces pertinentes pour l’évaluation de la sécurité de conduite des trains pendulaires. Les forces verticales sont alors prédites en mesurant le débattement de la roue. Cette méthode de prédiction a déjà fait ses preuves pour les essais de matériel roulant. Cependant, il n’existait jusqu’à présent aucune méthode fiable pour prédire les forces latérales sur la roue de guidage et l’ensemble du jeu de roue, raison pour laquelle le projet s’est concentré sur ce point. Les chercheurs et chercheuses ont développé une nouvelle approche qui, grâce à l’apprentissage automatique, permet de prédire les forces latérales sur les roues en transmettant l’accélération latérale. Allant au-delà de la relation linéaire entre la masse, l’accélération et la force, le système peut traiter le comportement non linéaire du train en mouvement en tant que système masse-ressort-amortisseur. Ainsi, le nouveau système peut remplacer les essais sur rail couteux en permettant un contrôle continu du parcours.

Inspection de la conduite des trains à grande vitesse pendulaires dans le cadre de l’exploitation commerciale

Le système de surveillance embarquée (Onboard Monitoring System, OBM) développé avec cette «technologie des capteurs simple» pour calculer les forces roue-rail importantes pour la sécurité doit être spécifié pour chaque type de train pendulaire et évalué par un-e expert-e reconnu-e avant d’être approuvé par l’autorité de surveillance. Par la suite, un train par flotte doit être équipé et exploité avec des OBM dotés d’une «technologie des capteurs simple». Dans le cadre de l’exploitation commerciale, ce train OBM mesurera et enregistrera quotidiennement les réactions du véhicule. Les données de mesure seront ensuite envoyées à un ordinateur central et traitées «off-board» dans un système automatisé de gestion des données, et le respect des valeurs limites règlementaires sera vérifié, dans le cadre de la surveillance mécanique de l’infrastructure ferroviaire, de façon à pouvoir également déclencher des mesures d’entretien de la chaussée le cas échéant.