Là où une route croise une voie ferrée au même niveau, quelque chose doit arrêter la circulation avant l'arrivée du train. Sur un passage automatique, personne ne le fait à vue. Le train se signale à la voie, la voie prévient l'équipement, et les feux et les barrières fonctionnent dans un ordre fixe. Chaque étape repose sur une idée physique simple, et l'emplacement du détecteur tient à une seule multiplication.
Détecter le train
Il existe trois façons courantes de savoir qu'un train se trouve sur un tronçon de voie.
Circuits de voie. Une basse tension est injectée dans un rail, parcourt celui-ci, passe à l'autre rail et revient par un relais. Tant que la voie est libre, le courant maintient le relais excité. Quand un train arrive, ses roues et ses essieux en acier relient les deux rails et détournent le courant du relais, qui retombe. La même idée permet de séparer les trains sur la ligne principale, comme expliqué dans comment la signalisation ferroviaire sépare les trains. A relay that has dropped means "occupied", and the crossing equipment reads that as a train in the section.
Compteurs d'essieux. Plutôt que d'utiliser les roues comme court-circuit électrique, un capteur à chaque extrémité d'un tronçon compte les essieux qui entrent et ceux qui sortent. Si 12 essieux entrent et 12 sortent, le tronçon est libre. Si les nombres diffèrent, il est considéré comme occupé. Les compteurs d'essieux ne dépendent pas d'une connexion électrique propre à travers les rails, donc la rouille ou les feuilles sur le rail ne les trompent pas.
Pédales. Une pédale est un dispositif placé sur le côté du rail, qui est pressé ou détecté au passage du boudin d'une roue. Elle enregistre chaque roue qui passe comme une impulsion. Les pédales sont simples et constituent aussi un moyen de comptage ; on les trouve donc dans les anciennes installations et en complément des deux autres.
Où placer le détecteur
Détecter un train au niveau même du passage serait inutile. La route a d'abord besoin de temps : les feux clignotent, les cloches sonnent, puis les barrières s'abaissent et les conducteurs doivent s'arrêter ou dégager le passage. Le détecteur se trouve donc à une certaine distance en amont de la voie, au point de déclenchement. When a train reaches it, the sequence starts.
La distance en amont dépend de deux choses : la vitesse du train et la durée nécessaire de l'avertissement. Le rapport est la relation de base pour toute vitesse constante :
distance = vitesse × temps d'avertissement
Le temps d'avertissement est un choix de conception, fixé par l'autorité routière ou ferroviaire pour le passage concerné. Il doit couvrir les feux, le déplacement des barrières et une marge pour un véhicule déjà engagé. Les 27 secondes utilisées ici sont une valeur illustrative, et non une règle d'un pays en particulier. Prenons une vitesse de ligne de 100 mph, soit environ 160 km/h :
- 100 mph × 0.44704 = 44.7 m/s (160 km/h ÷ 3.6 donne 44.4 m/s, à peu près pareil).
- 44.7 m/s × 27 s = environ 1,207 m, soit à peu près 1.2 km.
Le détecteur se trouve donc à environ 1.2 km avant la route. Un train qui le passe à la vitesse de ligne atteint le passage 27 secondes plus tard. Le graphique suivant applique les mêmes 27 secondes à d'autres vitesses.
À noter le contraste avec le freinage, où doubler la vitesse quadruple la distance. Ici la relation est directe, car le train ne ralentit pas ; il parcourt simplement deux fois plus de terrain dans le même temps.
Le problème des trains lents
Le point de déclenchement est fixe, mais tous les trains ne vont pas à la même vitesse. Un train à 25 mph qui déclenche un détecteur placé pour 100 mph met 1,207 m ÷ 11.18 m/s, soit environ 108 secondes, pour atteindre la route. Les barrières resteraient baissées quatre fois plus longtemps que nécessaire, et les conducteurs attendraient sans rien voir. Un passage qui crie au loup apprend aux gens à contourner les barrières.
Les passages sur des lignes à vitesses mixtes traitent donc ce problème de l'une de deux façons. Certains mesurent la vitesse à l'aide de deux détecteurs séparés d'une distance connue, et démarrent la séquence à un point choisi pour cette vitesse. D'autres ajoutent une temporisation, de sorte que l'avertissement est raccourci pour tenir. Les deux rétablissent le temps d'avertissement voulu, quelle que soit la vitesse du train.
Conception à sécurité positive
Le principe de sécurité central est qu'une panne doive coûter à l'usager un peu de confort, et jamais un peu de sécurité. Les relais sont conçus pour retomber par gravité : la perte d'alimentation les fait retomber, et un relais retombé signifie « train présent ». De même, un rail cassé, un câble défaillant ou une alimentation coupée ressemblent à un tronçon occupé.
Il en résulte qu'une perte d'alimentation doit laisser les barrières baissées, et non levées. Les conducteurs sont arrêtés par une barrière inutile, ce qui est gênant. Ils ne sont pas laissés à traverser une voie active sans avertissement, ce qui est dangereux. Les pannes du mauvais côté, où l'équipement indique « sûr » alors que ce ne l'est pas, sont celles que les concepteurs s'efforcent le plus d'éviter.
Tout assembler
- Détecter : un train entre dans le tronçon du point de déclenchement et fait retomber un relais ou modifie un comptage d'essieux.
- Avertir : les feux clignotent et les cloches sonnent.
- Abaissement : les barrières s'abaissent une fois que la route a eu le temps de réagir.
- Relâchement : une fois que le train a dépassé le passage, le tronçon se libère et les barrières se relèvent.
La fiche de Valley Rail: Train Tycoon mentionne les passages à niveau à signalisation automatique. Il ne dit pas comment ils détectent les trains ; tout ce qui précède relève donc de l'ingénierie réelle, et non d'une description du jeu.
Ce qu'il faut en retenir
- Les circuits de voie utilisent les essieux du train pour court-circuiter les rails et faire retomber un relais ; les compteurs d'essieux comparent les entrées et les sorties.
- Le détecteur se trouve en amont sur la ligne, à la distance vitesse × temps d'avertissement. À 100 mph et 27 s, cela fait environ 1.2 km.
- Pour un temps d'avertissement fixe, la distance varie avec la vitesse, alors que la distance de freinage varie avec son carré.
- La sécurité positive signifie qu'une panne fait retomber les relais et abaisse les barrières.
Valley Rail: Train Tycoon vous permet de tracer des voies entre des villes, d'acheter un train et de faire tourner la ligne en autonomie, avec des passages à niveau à signalisation automatique. L'argent gagné à chaque trajet n'existe que dans le jeu et n'a aucune valeur monétaire. Valley Rail est en test fermé et n'est pas encore disponible publiquement.