Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage - Référentiels EPSF Document technique

 
Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage - Référentiels EPSF Document technique
Référentiels EPSF
Document technique

                      Exigences de sûreté concernant la
                      conception des systèmes de freinage
                                                             Matériel

                                                 SAM F 015

Applicable sur :         réseau ferré national
Édition du :             16/11/2007
Version n°               01
Applicable à partir du : immédiatement
Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
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Sommaire
1        OBJET..............................................................................................................1
2        DOMAINE D’APPLICATION ..................................................................................1
3        RÉFÉRENCES DOCUMENTAIRES - NORMES..........................................................1
4        ABRÉVIATIONS..................................................................................................2
5        ARCHITECTURE ET DÉFINITIONS .........................................................................2
5.1      Description fonctionnelle du système.........................................................................2
5.2      Principales fonctions du système de freinage............................................................5
5.3      Utilisation du système de freinage .............................................................................5
6        EXIGENCES TECHNIQUES ET FONCTIONNELLES ...................................................6
6.1      Environnement du système ........................................................................................6
6.2      Exigences générales pour tout matériel roulant.........................................................6
6.3      Exigences pour les automoteurs ................................................................................7
6.4      Exigences pour les locomotives .................................................................................8
6.5      Exigences pour les voitures........................................................................................8
6.6      Exigences pour les wagons........................................................................................8
7        EXIGENCES DE SÛRETÉ DE FONCTIONNEMENT .....................................................9
7.1      Définitions ...................................................................................................................9
7.1.1       Profil de mission.....................................................................................................9
7.1.2       Classes de gravité ...............................................................................................10
7.1.3       Classes d’occurrence ..........................................................................................10
7.1.4       Grille de criticité de référence ..............................................................................11
7.2      Exigences de sécurité ..............................................................................................11
7.2.1       Moyens de démonstration ...................................................................................12
7.2.2       Exigences de sécurité..........................................................................................13
7.3      Exigences de disponibilité ........................................................................................17
7.3.1       Définition des types de défauts............................................................................17
7.3.2       Autres exigences .................................................................................................17
7.4      Exigences de testabilité............................................................................................18

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Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
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1 Objet
Ce document décrit les dispositions de sécurité, de fiabilité, de disponibilité et de testabilité
relatives aux systèmes de freinage des matériels roulants ferroviaires que l’EPSF juge
nécessaires pour respecter les exigences réglementaires en ce domaine.

2 Domaine d’application
Ces spécifications s’appliquent à tout le matériel roulant (hors Tram-Train).

3 Références documentaires - Normes
 •        EN 50126 : Applications ferroviaires - Spécification et démonstration de la fiabilité, de
      la disponibilité, de la maintenabilité et de la sécurité (FDMS) ;
 •        EN 15179 : Applications ferroviaires - Freinage - Exigences concernant le système de
      freinage des voitures à voyageurs ;
 •        NF F 01-305 : Matériel roulant ferroviaire. Fiabilité, notions de maintenabilité et de
      disponibilité ;
 •        NF F 01-510 : Matériel roulant ferroviaire. Conditions d’environnement subies ou gé-
      nérées par les appareillages ou organes embarqués ;
 •        Fiche UIC 540 ;
 •        Fiche UIC 541-03 ;
 •        SAM F 004 : Action des automatismes de freinage ;
 •        SAM F 005 : Performances de freinage d’arrêt et de ralentissement - Lignes équipées
      de signalisation latérale classique ;
 •        SAM F 006 : Freins dynamiques : exigences techniques et conditions d’utilisation du
      frein ;
 •        SAM F 007 : Performances des freins d’immobilisation ;
 •        SAM F 009 : Sollicitation de l’adhérence en freinage ;
 •        SAM F 017 : Consistance du dossier technique et des essais de validation ;
 •        SAM F 018 : Performance de freinage d’arrêt et de ralentissement - Lignes équipées
      de signalisation en cabine ;
 •        SAM F 101 : Freins à courants de Foucault ;
 •        SAM F 102 : Freins magnétiques ;
 •        SAM F 301 : Organes de commande du frein en cabine ;
 •        SAM S 501 : Asservissement Traction/Freinage ;
 •        SAM S 502 : Asservissement d’urgence ;
 •        SAM S 901 : Dispositif de sablage.

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Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
SAM F 015

4 Abréviations
Auto. :                 Automatismes de conduite (VACMA, Contrôles de vitesse, etc.) ;
CCC :                   Commande Centrale de Conduite ;
CG    :                 Conduite Générale ;
CME :                   Charge Maximale d’Exploitation (voir définition dans la SAM F 005) ;
CN    :                 Charge Normale (voir définition dans la SAM F 005) ;
CT    :                 Commande Train ;
DAMS :                  Distance d’Arrêt en freinage Maximal de Service ;
EFAS :                  Essai de Frein à Agent Seul ;
FEP   :                 Frein Electropneumatique ;
FS    :                 Freinage de Service ;
FU    :                 Freinage d’Urgence ;
SAM :                   Spécification d’Admission du Matériel ;
SSL F :                 Sous-système Local de Freinage ;
SSL T :                 Sous-Système local de traction ;
UIC   :                 Union Internationale des Chemins de fer ;
UM    :                 Unité Multiple ;
US    :                 Unité Simple ;
VACMA :                 Veille Automatique avec Contrôle de Maintien d’Appui ;
SCC :                   Signalements Contrôles Centraux pour la Conduite ;
ACC :                   Autres Commandes Centrales de freinage ;
VOM :                   Vide en Ordre de Marche (voir définition dans la SAM F 005).

5 Architecture et définitions

5.1 Description fonctionnelle du système
Pour permettre d’engager l’examen de la conformité vis-à-vis des événements redoutés, le
dossier technique d’admission remis devra impérativement inclure une description
fonctionnelle du système de freinage permettant de faire apparaître les sous-systèmes de
freinage, et les liens entre eux ainsi qu’avec les autres systèmes (voir SAM F 017).
Cette description devra se calquer le plus possible sur l’architecture décrite ci-après.
Le système de freinage, représenté dans son principe par la figure n°1, se divise en
plusieurs sous-systèmes :
La commande centrale de conduite (CCC) du frein de service, d’urgence et d’immobilisation
à disposition du conducteur et des automatismes de conduite (Contrôle de vitesse…).
Les signalements et contrôles centraux pour la conduite (SCC) : les lampes de signalisation
d’état (exemple, frein en surcharge), les manomètres éventuels, les écrans de conduite, les
signalements de défauts…
Les autres commandes centrales de freinage (ACC) (non représentés sur fig.1) : ces com-
mandes dans le train peuvent actionner le frein comme par exemple :

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     •     des déclencheurs commandés par des surveillances ;
     •     des signaux d’alarme à disposition des voyageurs.
La commande train (CT) dont le rôle est d’acheminer :
    • la commande du freinage d’urgence ;
    • la commande du freinage de service ;
    • éventuellement, la commande du freinage d’immobilisation ;
    • éventuellement, l’énergie de freinage (lorsque celle-ci n’est pas produite sur le
      véhicule lui-même), et les informations de contrôle et de signalement du système de
      freinage (non représentées sur fig.1) entre les commandes locales et la commande
      centrale.
Des sous-systèmes locaux de freinage (SSLF) en général sous la dépendance de la CT,
chargés de réaliser la commande et le contrôle en local et de générer l’effort de retenue. Ils
forment la plus petite entité indépendante par véhicule, par bogie ou par essieu.
Des sous-systèmes locaux de traction en interface avec le système de freinage (SSLT)
chargés de réaliser le contrôle et la commande locaux de la traction (exécution exclue). Ils
forment la plus petite entité indépendante de commande de la chaîne de traction par véhi-
cule, par bogie ou par essieu.

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Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
  SAM F 015

  Architecture type d’un système de freinage

                                                        Agent
           Automatismes de                               de
               conduite                                Conduite

       Commande                    Commande                   Signalements                     Commande Centrale
      FU manuelle et              FS manuelle et              Contrôles Centraux
       automatique                 automatique                pour la Conduite

        Traction                           Fourniture
           (SSLT)                          d’énergie

                                                                                 Commande train

signalements
                                                                                                                   Signalements
  isolement               Commande              Réserve
                           / contrôle           d’énergie                                      Commande
Information                   local                                                Réserve      / contrôle                 isolement
Charge, V…                                                                         d’énergie       local                   Charge, Vitesse, …
  Traction                  Freins     Freins à
  (SSLT)                  dynamiques frottement                                      Freins à frottement

                                      Gestion de                                                      Gestion de
  Sous-systèmes                      l’adhérence                                                     l’adhérence
locaux de freinage
     (SSLF)
                             Efforts de retenue                                            Efforts de retenue
                             essieux moteurs                                               essieux porteurs

                                                                      Figure 1

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                                                                                                            SAM F 015

5.2 Principales fonctions du système de freinage
Le système de freinage par principe comprend plusieurs fonctions dont les principales, pour
l’étude de sûreté de fonctionnement, sont définies ci-dessous :
- Fonction 1. Réaliser (commander et exécuter) les freinages d’urgence déclenchés par :
        − Le conducteur (voir SAM F 301) ;
        − Les automatismes (tels que le contrôle de vitesse, la répétition des signaux, etc.
           voir SAM F 004).
- Fonction 2. Réaliser (commander et exécuter) les freinages de service déclenchés par :
        − Le conducteur en frein automatique, frein dynamique, frein direct ou autre (voir
           SAM F 006 et F 301) ;
        − Eventuellement les automatismes.
- Fonction 3. Réaliser les freinages de maintien en forte pente (voir SAM F 006).
- Fonction 4. En cas de perte de l’intégrité au niveau de la commande train (CT) provoquer
            automatiquement un freinage maximal de service tel que défini dans la SAM
            F 005.
- Fonction 5. En cas d’action du signal d’alarme à freinage inhibable provoquer un freinage
            de service (voir SAM S 506).
- Fonction 6. Réaliser l’immobilisation du train (voir SAM F 007) :
    -    En ligne ;
    -    Pour recherche de fuites CG sur les matériels à commande pneumatique ;
    -    En stationnement ;
    -    Lors de l’essai de frein.

- Fonction 7 : Réaliser un asservissement de coupure de la traction aux freinages de service
et d’urgence (voir SAM S 501 et SAM S 502).

Les exigences associées à ces fonctions et à respecter pour tout matériel roulant sont :
    -   la continuité pour les fonctions 1 à 6 : c’est l’aptitude à transmettre les commandes
        de freinage jusqu’au deux extrémités du convoi ;
    -   l’automaticité : reprise par la fonction 4 ;
    -   la modérabilité pour les fonctions 2 et 3 ;
    -   l’inépuisabilité pour les fonctions 1 à 3.

5.3 Utilisation du système de freinage
Selon les situations d’exploitation du matériel roulant (voir ci-dessous), le système de frei-
nage est utilisé différemment pendant :

a) Les phases d’exploitation du train :
    • mise en service du train ;
    • accouplement/désaccouplement ;
    • essais des freins ;
    • stationnement train en service, conducteur en cabine, sur voie de service ;
    • traction ;
    • marche sur l’erre ;
    • freinage ;
    • maintien de vitesse ;
    • arrêt en ligne ;
    • secours par un autre train ou une autre locomotive ;

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Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
SAM F 015

      •     dépannage du train en ligne ;
      •     mise hors service du train ;
      •     stationnement du train hors service.
Cas particuliers des éléments automoteurs et des automotrices :
   • stationnement du train en service sans conducteur sur voie de service.
Cas particuliers des locomotives :
   • en véhicule ;
   • circulation locomotive seule ;
   • en réversibilité ;
   • en UM ;
   • en double traction ;
   • en pousse.
En fonction de ces situations, le système de freinage peut être dans l’une ou l’autre des
phases de fonctionnement définies ci-dessous. Pour chaque phase de fonctionnement, les
risques associés font l’objet d’événements redoutés.

b) Les phases de fonctionnement du système de freinage :
    • Initialisation (mise en service, remplissage, essai des freins) ;
    • Marche ;
    • Freinage de service ;
    • Freinage d’urgence ;
    • Desserrage ;
    • Freinage d’immobilisation,

6 Exigences techniques et fonctionnelles

6.1 Environnement du système
Les appareillages ou organes embarqués du matériel roulant ferroviaire doivent respecter
les conditions limites d’environnement climatique, électromagnétique et mécanique, fixées
par la norme NF F 01 510.

6.2 Exigences générales pour tout matériel roulant
Pour tout matériel roulant, le système de freinage doit :
      •     Garantir les exigences                        de      continuité,   d’automaticité,      de      modérabilité            et
            d’inépuisabilité ;
      •     Respecter les limites de sollicitation de l’adhérence (SAM F 009) ;
      •     Respecter les limites énergétiques des roues et des organes de puissance de frei-
            nage ;
      •     Respecter la sécurité des personnes (transportées et aux abords du train freiné), les
            limitations de jerk (variation de la décélération, intégrité voyageur) SAM F 005 et
            SAM F 006) ; et les limitations d’efforts longitudinaux (trains fret seulement) ;
      •     Respecter les performances de freinage des SAM F 005, SAM F 007 et SAM F 018 ;

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Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
                                                                                                                         SAM F 015

      •    Respecter les exigences pour les équipements de frein des SAM F 006, SAM F 101,
           SAM F 102 et SAM F 301.
La conception du système de freinage doit être telle que :
      •    la distance d’arrêt en freinage d’urgence soit inférieure ou égale à la performance en
           freinage maximal de service dans les mêmes conditions de réalisation (environne-
           ment, état du rail, isolements,etc... voir SAM F 005 et SAM F 018) ;
      •la distance d’arrêt résultant d’un freinage maximal de service déclenché quelle que
        soit la vitesse initiale, suivi d’un freinage d’urgence, soit inférieure ou égale à la dis-
        tance d’arrêt qui aurait été obtenue si le freinage d’urgence n’avait pas été comman-
        dé.
En freinage de service, la consigne d’effort doit être proportionnelle à la dépression CG
(pour un frein à commande UIC), ou à la consigne générale du train (pour un frein à com-
mande non UIC), jusqu'au freinage maximal de service.

Particularité des reconductions de solutions techniques :
Les conceptions exposées ci-dessous peuvent être reconduites avec la même technologie,
compte tenu de la longue expérience relevée dans les domaines suivants, sans étude de
sécurité particulière, sous réserve que les justificatifs présentés aient fait l’objet d’une ap-
probation préalable :
      •    Architectures homologuées pour la circulation sur réseau ferré national avec même
           périmètre d’exploitation ;
      •    Systèmes : frein électropneumatique à courant de repos utilisé déjà sur les automo-
           teurs circulant sur le réseau ferré national, systèmes homologués pour la circulation
           sur le réseau ferré national ;
      •    Organes : organes de commande répondant à la SAM F 301, organes homologués
           (sur le matériel moteur ou les SSLF) pour la circulation sur le réseau ferré national,
           patins magnétiques utilisés en freinage d’urgence.
La justification doit être fournie indépendamment sur les trois domaines.

6.3 Exigences pour les automoteurs
En plus des exigences décrites ci-dessus, les matériels automoteurs doivent respecter les
exigences suivantes ;
      •    Si la variation de masse entre les états de charge vide en ordre de marche (VOM) et
           maximale d’exploitation (CME), ou CN pour le matériel grande ligne, est supérieure
           à 20%, le matériel doit être équipé d'un dispositif permettant d'asservir l'effort de
           freinage à la charge ;
      •    Pour ce type de matériel, le nombre de SSLF1 doit être supérieur ou égal à 4 en frei-
           nage d’urgence. Pour les matériels dont le nombre de bogies est supérieur à trois, la
           commande locale doit être au moins indépendante bogie par bogie ;

1
    Le frein pneumatique d'un bogie peut être dit indépendant par essieu si au minimum la commande locale de
    puissance (relais de puissance de freinage, relais auto variable) est propre à chaque essieu, et si chaque appa-
    reil de commande dispose de son propre réservoir auxiliaire.

Version 01 du 16 novembre 2007                                                                                                   Page 7
Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
SAM F 015

      •     Pour garantir une bonne modérabilité du frein aux différents états de charge et mi-
            nimiser la dispersion relative de la distance d’arrêt, la pression maximale (hors pres-
            sion réduite) d'alimentation des cylindres de frein pour l'état de charge normale (CN)
            doit être comprise entre 3,3 bar et 3,8 bar en freinage maximal de service pour une
            architecture de système de frein type UIC ;
      •     Les automoteurs équipés de distributeurs non UIC, et dont la longueur en
            composition maximale est supérieure à 150 mètres, doivent être équipés du frein
            électropneumatique. Pour les matériels équipés de distributeurs UIC, le frein
            électropneumatique est obligatoire pour des compositions de plus de 250 mètres.
            Ces critères sont valables quelle que soit la vitesse des matériels concernés.

Les matériels à commande électrique du frein (CT) sont considérés comme disposant de
facto du frein électropneumatique.

6.4 Exigences pour les locomotives
En plus des exigences générales du § 6.2, les locomotives (et locotracteurs) doivent respec-
ter les exigences particulières suivantes :
      •     Toutes les locomotives doivent être équipées d’un frein direct dont les performances
            sont données par la SAM F 005 ;
      •     Toutes les locomotives aptes à circuler seules doivent comporter au moins 2 com-
            mandes du frein indépendantes en aval de la CG (pour un système UIC : 2 ensem-
            bles distributeur et organes pneumatiques associés). Si ce n’est pas le cas, une
            étude de sûreté de fonctionnement démontrera le caractère globalement au moins
            équivalent de la conception présentée.

6.5 Exigences pour les voitures
En plus des exigences générales du § 6.2, les voitures doivent respecter les exigences de la
norme EN 15179.

6.6 Exigences pour les wagons
En plus des exigences générales du § 6.2, les wagons doivent respecter les exigences de la
STI wagons.

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Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
                                                                                                                           SAM F 015

7 Exigences de sûreté de fonctionnement
Par hypothèse, les événements redoutés qui suivent sont définis pour chacun des états
spécifiés que peut prendre le système de freinage (Isolé ou partiellement isolé, en service,
en frein de secours) et en tenant compte des conditions de début de mission suivantes :
    • la maintenance des équipements est supposée correcte (tous les équipements sont
        en état de marche) ;
    • les résultats des essais avant départ (phase d’initialisation, prise de cabine, essais
        de frein,…) sont supposés corrects (à l’exclusion des cas de traitement des
        événements redoutés spécifiques à la phase initialisation) : tous les systèmes de
        freinage actifs ;
    • les surveillances sont actives, (y compris celles des freins dynamiques).

7.1 Définitions
Les évènements redoutés sont définis par leur classe de gravité, leur classe d’occurrence et
leur niveau de criticité.

7.1.1 Profil de mission
Par défaut, en l’absence de données relatives au matériel roulant, la durée de vie estimée
du matériel roulant est de 30 ans et les éléments du Tableau 1 ci-dessous, sont à adopter
comme hypothèse pour les calculs de sûreté de fonctionnement :

                             Durée moyenne
                                journalière de    Nombre de jours de                                            Vitesse maxi-
   Type de matériel                                                         Parcours annuel moyen
                              l’exploitation ou                                                                male par défaut
       roulant                                      mission par an                   (km)
                             durée de mission                                                                       (km/h)
                                   (heures)
Train à grande vitesse               8                   355                         500 000                          300
Automoteur banlieue                 12                   325                         100 000                          140
Automoteur régional                  6                   325                         150 000                          160
Locomotive Voyageurs                 8                   345                         250 000                          160
Locomotive Fret                     10                   340                         250 000                          140
Locomotive Manœuvre                  6                   325                          20 000                          100
Voiture voyageurs                    7                   355                         200 000                          160
Wagon                                6                   150               Selon type d’exploitation                    -

                                                       Tableau 1

Version 01 du 16 novembre 2007                                                                                                     Page 9
Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
   SAM F 015

   7.1.2 Classes de gravité

CLASSES de                   Caractérisation
                                                                                               Exemples
 GRAVITE                    (selon EN 50126)

                  -     Dommages corporels,                    -     arrêt impossible,
    -4-
                  -     Dommages importants à                  -     déraillement (suite à blocage d’essieu, ou non rotation d’essieu non
Catastrophi-
                        l’infrastructure ou à                        détectés),
    que
                        l’environnement.                       -     dérive du train en forte pente.
                  -     Avarie importante au maté-
                        riel,                                  -     Perte du frein de service pour les trains de fret,
                  -     Perte d’une fonction du                -     Enrayage de tous les essieux du train lors d’un freinage en condi-
    -3-                 frein susceptible                            tion normale,
  Critique              d’entraîner un événement               -     Perte d’un SSLF à fort taux de contribution à la performance de
  (Grave)               catastrophique dans un                       freinage train,
                        scénario de freinage en-               -     Perte de performance débordant les marges de sécurité (distance
                        traînant le signalement                      d’arrêt en urgence supérieure au cantonnement).
                        d’un défaut majeur.
                  -     Perte signalée d’une bar-
                                                               -     Perte d’un SSLF à faible taux de contribution à la performance de
                        rière élémentaire proté-
                                                                     freinage train,
                        geant un événement non
   -2-                                                         -     Perte de performance incluse dans les marges de sécurité,
                        catastrophique,
 Marginal                                                      -     Défaut système anti-enrayeur signalé dans un train comportant
                  -     Entraîne le signalement
                                                                     moins de 10 SSLF ou dans un train apte à une vitesse supérieure à
                        d’un défaut majeur com-
                                                                     160 Km/h.
                        plémentaire.
                  -     Sans conséquence impor-
                        tante sur les fonctions prin-
                        cipales du frein,
                                                               -     Défaut système anti-enrayeur sur des véhicules circulant à V≤160
    -1-           -     Pas ou très faible incidence
                                                                     dans un train comportant 10 SSLF au moins,
Insignifiant            sur les distances d’arrêt,
                                                               -     Perte d’une information pesée sur un train de marchandises.
                  -     Entraîne le signalement
                        d’un défaut mémorisé pour
                        la maintenance.

                               Tableau 2 : classes de gravité des événements redoutés

   7.1.3 Classes d’occurrence
   Dans ce document, les objectifs quantitatifs spécifiés pour un événement redouté sont ex-
   primés par la probabilité d’occurrence de cet événement par heure de mission. Ce taux
   d’occurrence est déterminé par la probabilité d’occurrence de l’événement redouté pendant
   la durée de la mission, divisée par la durée de la mission. Cette probabilité d’occurrence est
   obtenue à partir des taux de défaillance2 des éléments constitutifs (pannes latentes par
   heure) du système de freinage et des temps de latence associés dont les défaillances
   concourent à l’obtention de l’événement redouté.
   Ces objectifs quantitatifs sont définis en considérant comme hypothèse les durées de mis-
   sion reprises dans le Tableau 1. Dans l’éventualité d’une durée de mission réelle du matériel
   roulant en écart notable avec celle prise comme hypothèse au Tableau 1, les objectifs quan-
   titatifs des événements redoutés pourront être révisé afin de maintenir constante la probabi-
   lité d’occurrence de l’événement redouté indépendante de la durée de mission.

   2
       Défaillances (ou des modes de défaillance) latentes dont la loi de probabilité d’apparition
       est liée au temps. L'indisponibilité des fonctions impactées par ces défaillances est alors
       déterminée à partir de la probabilité d'occurrence (valeur moyenne) « par heure » de ces
       pannes latentes et de la périodicité de leur détection associée (système de testabilité).

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Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
                                                                                                                        SAM F 015

 En fonction de l’importance de la probabilité d’occurrence d’un événement redouté, on défi-
 nit des classes d’occurrence qui seront utilisées dans le paragraphe suivant pour la déter-
 mination de la grille de criticité de référence (Tableau 4).

                            CLASSE                      Probabilité d’occurrence par heure (P)

             - A - Fréquent                                                P > 10-3
                                                                         -4      -3
             - B - Probable                                           10 < P ≤ 10
             - C - Occasionnel                                        10 < P ≤ 10-4
                                                                        -5
                                                                        -7       -5
             - D - Rare                                               10 < P ≤ 10
                                                                        -9       -7
             - E - Improbable                                         10 < P ≤ 10
                                                                                 -9
             - F - Extrêmement improbable                                  P ≤ 10

            Tableau 3 : Classe d’occurrence en fonction de la probabilité d’occurrence par heure

 7.1.4 Grille de criticité de référence
 Cette grille a été déterminée sur la base de la norme EN 50126.

                                                                                                                      -F-
                           -A-           -B-            -C-               -D-                   -E-
                                                                                                     Extrêmement
                        Fréquent      Probable       Occasionnel          Rare            Improbable
                                                                                                      Improbable
 Probabilité
                                      10-3 ≥ P >                      10-5 ≥P >             10-7 ≥ P>
d’occurrence             P >10-3                     10-4 ≥P>10-5                                                   P≤10-9
 par heure.                              10-4                           10-7                  10-9
       4
                       Inacceptable   Inacceptable   Inacceptable    Inacceptable          Inacceptable           Acceptable
Catastrophique
       3
                       Inacceptable   Inacceptable   Inacceptable    Inacceptable          Acceptable
    Critique
       2
                       Inacceptable   Inacceptable   Inacceptable     Acceptable
    Marginal
       1
                       Inacceptable   Acceptable      Acceptable
  Insignifiant

                                        Tableau 4 : criticités de référence

 7.2 Exigences de sécurité
 Les exigences de sécurité, composées d’une liste d’évènements redoutés, sont reprises
 dans le tableau : exigences de sécurité du § 7.2.2. Ces événements redoutés ne prennent
 pas en compte les actions du conducteur.
 Cette liste est à compléter par :
 •    les événements redoutés figurant dans les SAM frein spécifiques citées au § 3 du do-
      cument ;
 •    une analyse préliminaire des risques basée sur la description fonctionnelle du sys-
      tème proposé, sur le respect des exigences techniques, et sur les particularités éven-
      tuelles d’exploitation du matériel roulant (circulation ferroviaire quasi-permanente en
      forte pente ou déclivité exceptionnelle).
 Nota : Le chiffre indiqué dans la colonne « Niveau d’ordre de panne » des tableaux suivants corres-
 pond au nombre de pannes minimales (coupes) autorisées pour l’occurrence de l’événement redou-
 té. Par conséquent, les coupes d’ordre inférieur sont interdites.
 Lorsque la criticité est exprimée par une probabilité d’occurrence par heure, la criticité s’entend par
 ≤ P.

 Version 01 du 16 novembre 2007                                                                                                Page 11
Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
SAM F 015

7.2.1 Moyens de démonstration
Le respect des exigences de sécurité portant sur le système de freinage peut être démontré
au moyen d’une étude de sécurité montrant le respect des exigences générales ER1 à
ER12 du Tableau 5 . Cette étude est nécessaire en particulier lorsque l’architecture du sys-
tème de freinage diffère des préconisations du présent document.
Dans le cas ou l’architecture du système est conforme aux § 5 et 6, il est admis de démon-
trer indirectement le respect des exigences générales de sécurité en démontrant que les
exigences des évènements redoutés ER5 à ER21 cités au § 7.2.2 (Tableau 5) sont respec-
tées.
Le diagramme ci-dessous récapitule le processus de démonstration :

                                       Système frein
                                                                        Non
                                       Conforme au
                                        chap. 5 et 6

                                                      Oui

                                   Choix constructeur
                                     ou promoteur

                                    Etudes exigences                          Etudes exigences
                                        détaillées                                générales
                                      ER5 à ER21                                ER1 à ER12
                                     + compléments                             + compléments
                                        éventuels                                 éventuels

Lorsque le matériel est équipé de l’EFAS, les événements redoutés ER 22 et 23 doivent
aussi être pris en compte.
Dans tous les cas, une étude du retour d’expérience peut être utilisée pour tout ou partie de
la démonstration. Pour cela, la conception des systèmes étudiés doit être connue et maîtri-
sée, les conditions d’utilisation doivent être comparables, et le temps de vie doit être au
moins égal au double des objectifs des événements redoutés concernés. Ces objectifs peu-
vent être démontrés sans application de la méthodologie statistique issue de la norme EN
50126.
Dans tous les cas, seul l’expert pourra porter un avis sur la complétude et l’acceptabilité de
la démonstration.

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                                                                                                                                  SAM F 015

7.2.2 Exigences de sécurité

                                                                                     Exemples de                                 Niveau
                                 Evénement                   Sous-système                                                        d’ordre
      Phase                                                                           modes de                  Criticité          de
                                  redouté                      concerné
                                                                                      défaillance                                panne
                        ER1 (V≤ 160 km/h)
               La commande du FU étant actionnée,
               défaillance provoquant le rallongement                                Dépassement du
                  de la distance d’arrêt au delà des                                 cantonnement en
   Freinage                                                 - Ensemble des SSLF
               valeurs indiquées dans les colonnes 6                                freinage d’urgence             E3                1
  d’urgence                                                        - CT
                 des tableaux des performances des                                     en conditions
                    matériels de la SAM F 005 en                                         dégradées
                  conditions « dégradées » pour la
                   catégorie de vitesse considérée.
                        ER2 (V> 160 km/h)
               La commande du FU étant actionnée,
                      défaillance provoquant une
                décélération en urgence dégradée de
                                                                                     Dépassement du
                plus de 12 % à celles de la colonne 4
                                                                                     cantonnement en
   Freinage      des tableaux des performances des          - Ensemble des SSLF
                                                                                    freinage d’urgence             E3                1
  d’urgence     matériels de la SAM F 005 et de plus               - CT
                                                                                       en conditions
                de 14% des performances minimales
                                                                                         dégradées
                  à satisfaire en urgence de la SAM
                F 018 dans les mêmes conditions de
                  réalisation du freinage d’urgence
                      (conditions « dégradées »).
                                 ER3
                  (applicable aux locomotives
                          circulant seules)
   Freinage          La commande étant réalisée,                                     Perte totale d’un
                                                                  - SSLF                                           E3                1
  d’urgence      défaillance du système de freinage                                       bogie
                provoquant une distance de freinage
                 supérieure à 1250m sur rail sec en
               palier pour une circulation à 100km/h.
                                 ER4
               Lors d’un freinage d’immobilisation de
Immobilisation                                                     - CCC
                stationnement en palier et sans vent,
      de                                                            - CT                                           F4                2
                 défaillance de la fonction entraînant
stationnement                                               - Ensemble des SSLF
                  une perte totale (commande et/ou
                 exécution) du frein d’immobilisation.
                                                                                          Lors d’un
                                                                                      déclenchement
                                                                                           manuel :
                                    ER5                                             - Défaillance CCC
                   La commande du freinage d’urgence                                 et/ou CT (panne
                                                                   - CT
  Freinage          étant actionnée par le conducteur                                      double) ;
                                                                  - CCC                                            F43               2
  d’urgence       (activation de toutes les commandes à                                    - Défaut
                                                            - Ensemble des SSL
                  sa disposition), le système de freinage                               d’armement
                    ne provoque aucune décélération.                                (notamment la non
                                                                                      disponibilité de
                                                                                        l’énergie de
                                                                                          freinage).

  3   En fonction de l’analyse préliminaire des risques, cet événement redouté est à étudier quelle que soit la déclivité, dans la
      pente maximale d’exploitation du train (circulations en fortes pentes)

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Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
SAM F 015

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                                Evénement                         Sous-système                                                       d’ordre
     Phase                                                                               modes de                  Criticité           de
                                 redouté                            concerné
                                                                                         défaillance                                 panne
                                                                                                                        F44
                                   ER6                                                                                  ou
                                                                                             Lors d’un
                     Pour chacun des automatismes de                                                                    E3
                                                                                         déclenchement
                       sécurité présents, le freinage                   - CT                                     (en cohérence
    Freinage                                                                              automatique :
                       d’urgence étant activé par la                   - CCC                                     avec le niveau        2
    d’urgence                                                                          - Défaillances CCC
                       commande de l’automatisme                - Ensemble des SSLF                                de sécurité
                                                                                         et/ou CT (panne
                    concerné, le système de freinage ne                                                             requis par
                                                                                             double).
                      provoque aucune décélération.                                                              l’automatisme
                                                                                                                      étudié)
                                                                                             - Défaut
                                                                                        d’asservissement
                                                                                          de la coupure
                                                                                        traction à l’action
                                                                                            du frein ;
                                  ER7
                                                                        - CCC
                   La commande du freinage d’urgence                                    - Non coupure des
    Freinage                                                    - Ensemble des sous-                                   F4
                     étant actionnée, maintien d’une                                     lignes de traction                            2
    d’urgence                                                    systèmes locaux de
                   accélération due à un effort résiduel                                    entraînant le
                                                                   traction (SSLT)
                         de traction sur le train.                                         maintien d’une
                                                                                           accélération du
                                                                                        train malgré l’effort
                                                                                       de retenue appliqué
                                                                                         par le système de
                                                                                              freinage.
                                     ER8
    Marche et          Perte d’intégrité du train et non               - CT
                                                                                                                       F4              2
     freinage            réalisation de la fonction 4           - Ensemble des SSLF
                                (automaticité).
                                                                                                                     - Trains
                                   ER9                                                                           voyageurs et
                   La commande du freinage de service                   - CT                                    automoteurs : ≤
    Freinage de                                                                         Défaillance CCC
                       étant actionnée par l’agent de                  - CCC                                    10-6 /h- gravité 2     1
      service                                                                              et/ou CT
                    conduite, le système ne provoque            - Ensemble des SSLF                                  - Trains
                              aucun freinage.                                                                   marchandises :
                                                                                                                        E3
                                    ER10
                   Lors d’un freinage d’immobilisation en
                                                                       - CCC
Immobilisation        ligne, défaillance de la fonction
                                                                        - CT                                           E3              1
  en ligne             entraînant un non respect des
                                                                - Ensemble des SSLF
                      performances définies selon les
                        conditions de la SAM F 007.
                                ER115
Immobilisation  Lors d’un freinage  d’immobilisation de                - CCC
      de           stationnement,   défaillance de la                   - CT                                           E3              1
stationnement  fonction  entraînant un  non  respect des         - Ensemble des SSL
                   performances définies selon les
                     conditions de la SAM F 007
                       ER12 (V> 200 km/h)
                    Blocage d’un essieu et sa non
   Marche                                                               - SSLF
                     détection par le dispositif de                                                                    F4              2
  Freinages                                                               - CT
                    surveillance de la non rotation
                               d’essieu.

4
    En fonction de l’analyse préliminaire des risques, cet événement redouté est à étudier quelle que soit la déclivité, dans la
      pente maximale d’exploitation du train (circulations en fortes pentes)
5   Hypothèse de calcul : en absence de données sur les règles d’exploitation, il est considéré que le matériel roulant concerné
    peut être stationné avec un SSLF isolé une fois sur 1000

Page 14                                                                                         Version 01 du Erreur ! Source du renvoi introuvable.
Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
                                                                                                                                    SAM F 015

                                                                                       Exemples de                                 Niveau
                                 Evénement                     Sous-système                                                        d’ordre
     Phase                                                                              modes de                  Criticité          de
                                  redouté                        concerné
                                                                                        défaillance                                panne
                                    ER13
                     Défaillance d’une quelconque des
    Freinage       commandes de freinage d’urgence à                - CCC                                         ≤10-6 /h
                                                                                                                                       1
    d’urgence      disposition du conducteur provoquant              - CT                                         gravité 2
                       la non réalisation du freinage
                            d’urgence sur le train.
                                                                                                             Fonction du
                                                                                                                  taux de
                                                                                                           contribution6 du
                                                                                                               SSLF à la
                                                                                                          performance de
                                    ER14                                                                        freinage :
                   La commande du freinage d’urgence                                                           - Si taux ≥
    Freinage         étant actionnée, défaillances d’une           - SSLF            Défaut sur un SSLF            50% :               1
    d’urgence       unité indépendante locale (SSLF) du                                                             E37,
                     système de freinage provoquant la                                                     - Si 50% > taux
                   non réalisation d’un effort de freinage.
                                                                                                           ≥ 25% : ≤10-6 –
                                                                                                                gravité 27
                                                                                                               - Si taux <
                                                                                                                   25% :
                                                                                                                    D 27
                                                                                                             Fonction du
                                                                                                                  taux de
                                                                                                           contribution8 du
                                                                                                                SSLT par
                                                                                             - Défaut         rapport à la
                                    ER15                                               d’asservissement performance de
                    La commande du freinage d’urgence                                   de la traction au     freinage du
                    étant actionnée, non suppression au            - CCC
    Freinage                                                                                freinage,              train :
                     niveau d’une unité indépendante de              - CT                                                              1
    d’urgence                                                                                               - taux≥ 50% :
                    traction (SSLT), de l’effort de traction       - SSLT
                                                                                     - Non coupure de la             E3
                         présent au moment de cette                                     traction en local   - 50%> taux≥
                                 commande.                                                    SSLT.         25% : ≤10-6 /h
                                                                                                                gravité 27
                                                                                                          - Si taux < 25% :
                                                                                                               ≤10-5 /h –
                                                                                                                gravité 27
                                                                                                             Fonction du
                                                                                                                  taux de
                                                                                                           contribution6 du
                                                                                                               SSLF à la
                                                                                                          performance de
                                    ER16                                                                        freinage :
                   La commande du freinage de service                                                          - Si taux ≥
    Freinage de      étant actionnée, défaillance d’une                                                    50% : ≤10-6/h –
                                                                   - SSLF            Défaut sur un SSLF                                1
      service       unité indépendante locale (SSLF) du                                                            gravité
                     système de freinage provoquant la                                                                2
                   non réalisation d’un effort de freinage.                                                - Si 50% > taux
                                                                                                           ≥ 25% : ≤10-5/h
                                                                                                                 gravité 2
                                                                                                           Si taux < 25% :
                                                                                                           ≤10-4/h – gravité
                                                                                                                      1

6   Rapport entre l’effort de freinage fourni par le SSLF et l’effort total de freinage de la rame.
7   La criticité indiquée prévaut pour un défaut non signalé. Si le défaut est signalé et contrôlé en continu afin de mettre le train
    dans un état préventivement sécuritaire, la criticité peut être réduite. Toutefois cette criticité ne pourra être inférieure aux
    niveaux requis par l’ER16
8   Rapport entre l’effort de Traction fourni par le SSLT et l’effort total de freinage de la rame.

Version 01 du 16 novembre 2007                                                                                                             Page 15
Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
SAM F 015

                                                                                       Exemples de                                Niveau
                                Evénement                         Sous-système                                                    d’ordre
     Phase                                                                              modes de                Criticité           de
                                 redouté                            concerné
                                                                                        défaillance                               panne
                                                                                                               Fonction du
                                                                                                                  taux de
                                                                                                             contribution du
                                                                                                                 SSLT par
                                                                                                                rapport à la
                                    ER17                                                                     performance de
                   La commande du freinage de service                                                           freinage du
                                                                                           - Défaut                train :
    Freinage de     étant actionnée par une commande                   - ACC          d’asservissement
                     séparée de la commande traction,                                                         - taux≥ 50% :          1
      service                                                   - Ensemble des SSLT    de la traction au
                  maintien d’un effort résiduel de traction                                                  ≤10-6 /h – gravité
                                                                                           freinage
                  sur une unité indépendante de traction                                                             29
                                   SSLT                                                                       - 50%> taux≥
                                                                                                             25% : ≤10-5 /h –
                                                                                                                 gravité 29
                                                                                                              - taux < 25% :
                                                                                                                 ≤10-4 /h –
                                                                                                                 gravité 19
                                    ER18
                   Lors d’un desserrage, défaillance d’un                             Défaut local sur un
    Desserrage        SSLF provoquant le maintien du                    - SSLF
                                                                                            SSLF
                                                                                                                    E3               1
                   serrage de ce SSLF sans signalement
                                 associé10
                                                                                          Défaut anti-            V. max
                                    ER19                                              enrayeur en local       d’exploitation :
                     La commande d’un freinage étant                                     sur un SSLF
                   actionnée (d’urgence ou de service) et                               entraînant des       - V ≥ 160 km/h
     Freinage          si l’antienrayeur est requis (voir               - SSLF           dégradations              D2                1
                        SAMF009), défaillance de cet                                     mécaniques
                     antienrayeur ne permettant plus la                               dangereuses pour        - V< 160 km/h
                     gestion de l’adhérence d’un SSLF.                                 la sécurité des              C1
                                                                                         circulations.
                                    ER20
Immobilisation    Lors d’un freinage d’immobilisation             - CCC
                 pour essais de frein, défaillance de la - Système participant à
   lors des                                                                                                         B1               1
essais de frein fonction entraînant un non respect des       l’immobilisation
                   performances définies selon les
                      conditions de la SAM F 007
                                    ER21
Immobilisation   Lors d’un freinage d’immobilisation
                    pour recherche de fuites CG,                 - CCC
      pour
 recherche de  défaillance de la fonction entraînant un - Système participant à                                     D2               1
                   non respect des performances             l’immobilisation
   fuites CG
                 définies selon les conditions de la
                             SAM F 007
                                    ER22
                    Lors d’un essai de frein agent seul,                                Robinet d’arrêt
    Préparation     défaillance du système d’EFAS ne                                     fermé et non
      du train
                                                                         - CT
                                                                                         détection par
                                                                                                                    F4               2
                     permettant pas la détection d’un
                        défaut de continuité et son                                         l’EFAS
                               signalement.
                                    ER23
    Préparation     Lors d’un essai de frein agent seul,
      du train
                                                                        - SSLF                                      D2               1
                  signalement serré d’au moins un SSLF
                                non serré
                                               Tableau 5 : exigences de sécurité

9
    La criticité indiquée prévaut pour un défaut non signalé. Si le défaut est signalé et contrôlé en continu afin de mettre le train
      dans un état préventivement sécuritaire, la criticité peut être réduite. Toutefois cette criticité ne pourra être inférieure aux
      niveaux requis par l’ER16
10   Cet événement est à étudier hors signalement pour les wagons, dans ce cas la criticité devient D2

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Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
                                                                                                                                     SAM F 015

7.3 Exigences de disponibilité

7.3.1 Définition des types de défauts
Sur la base des profils d’utilisation repris au § 7.1.1 du document, les objectifs généraux de
disponibilité en ligne concernant le système de freinage des matériels sont classés en 2
catégories :

1. Défaut majeur : défaut entraînant une perturbation en ligne très importante associée à
   un retard ≥ 30 mn pour le service voyageurs, ou ≥ 5 mn pour le service banlieue et
   ayant pour origine :
      − demande de secours ;
      − séparation en plusieurs éléments du train en ligne ;
      − transbordement des voyageurs.

2. Autre défaut d’exploitation : défaut impactant la régularité des circulations et
   entraînant un retard inférieur à celui d’un défaut majeur.

Pour chacun des types de défauts, les valeurs à prendre en compte pour les exigences de
disponibilités sont les suivantes :

                   Type de matériel                                  Défaut majeur                          Autre défaut d’exploitation

          Automoteur à vitesse ≥ 160 Km/h                           < 1 pour 107 km                               < 2 pour 106 km
               Automoteur de banlieue                               < 5 pour 107 km                             < 1,5 pour 106 km
                 Automoteur régional                               < 3,3 pour 107 km                            < 1,7 pour 106 km
       Locomotive et rame tractée voyageurs                         < 2 pour 107 km                             < 1,6 pour 106 km
           Locomotive et rame tractée fret                          < 1 pour 106 km                               < 4 pour 106 km

7.3.2 Autres exigences
Le respect des exigences de disponibilité doit aussi prendre en compte les exigences sui-
vantes :

                                                                                                                          Nombre
                                              Type d’incident
                                                                                                                         d’incidents
                                             EFAS indisponible                                                    < 5.10-5 à la sollicitation

                         Isolement d’un SSL (signalement d’un défaut inexistant)                                  < 5.10-5 à la sollicitation
               Indisponibilité du frein normal conduisant à l’utilisation du frein de secours
                                                                                                                      < 3 pour 106 km
                                         (trains vitesse ≤ 200 km/h)
               Indisponibilité du frein normal conduisant à l’utilisation du frein de secours
                                                                                                                      < 1 pour 106 km
                                         (trains vitesse > 200 km/h)
              Indisponibilité du frein électro-pneumatique (automoteurs et rames tractées)                           ≤ 10 pour 106 km

                 Indisponibilité du frein électro-pneumatique (trains vitesse > 200 km/h)                             ≤ 1 pour 106 km

Version 01 du 16 novembre 2007                                                                                                                  Page 17
Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
SAM F 015

7.4 Exigences de testabilité
Dans le cadre de l’examen du schéma de maintenance à fournir lors de la demande
d’admission du matériel, seront définis en particulier :
    • Les modalités de réalisation des essais de frein ;
    • La fréquence et la consistance de visite et de remplacement des organes de
       freinage en maintenance ;
    • La gestion du signalement des défauts destinés à la maintenance et/ou au
       conducteur.

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Fiche d’identification
Référentiel           Document technique
Titre                 Exigences de sûreté concernant la conception des systèmes de freinage
Référence             SAM F 015
Date d’édition        16/11/2007

Historique des versions
   Numéro de Version                     Date de version                 Date d’application
              01                         16 novembre 2007                    immédiatement

                Ce texte est consultable sur le site Internet de l’EPSF

Résumé
Ce document définit les dispositions de sécurité, de fiabilité, de disponibilité et de testabilité
relatives aux systèmes de freinage des matériels roulants ferroviaires.

             Textes abrogés                                   Textes interdépendants
                SAM F 015
           Edition du 01/02/2007

                                                    Toutes les entreprises ferroviaires
Entreprises concernées

Lignes ou réseaux concernés                         R.F.N.

        Élaboration                          Validation                     Approbation
                    Date et                           Date et                           Date et
   Nom                                 Nom                              Nom
                   signature                         signature                         signature
                   16/11/2007                        16/11/2007                       16/11/2007
  Gilles                Signé       Jacques               Signé        Pierre              Signé
 DALMAS            Gilles Dalmas   FOURTAGE        Jacques Fourtage   DESFRAY         Pierre Desfray

Division spécifications

Etablissement Public de Sécurité Ferroviaire
1, Parvis de la Défense – 92044 la Défense CEDEX
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