Le système d'enveloppes

Le système d’enveloppes est une interface créée spécifiquement pour le calcul de marche d’OSRD. Il permet de manipuler différentes courbes espace/vitesse, de les découper, de les mettre bout à bout, d’interpoler des points spécifiques, et d’adresser beaucoup d’autres besoins nécessaires au calcul de marche.

Le système d’enveloppes fait partie du service core d’OSRD (voir l’architecture du logiciel).

Ses principaux composants sont :

1 - EnvelopePart : courbe espace/vitesse, définie comme une séquence des points et possédant des métadonnées indiquant par exemple s’il s’agit d’une courbe d’accélération, de freinage, de maintien de vitesse, etc.

2 - Envelope : liste d’EnvelopeParts mises bout-à-bout et sur laquelle il est possible d’effectuer certaines opérations :

• vérifier la continuité dans l’espace (obligatoire) et dans la vitesse (facultative)
• chercher la vitesse minimale et/ou maximale de l’enveloppe
• couper une partie de l’enveloppe entre deux points de l’espace
• effectuer une interpolation de vitesse à une certaine position
• calculer le temps écoulé entre deux positions de l’enveloppe

3 - Overlays : système permettant d’ajouter des EnvelopePart plus contraignantes (c’est-à-dire dont la vitesse est plus faible) à une enveloppe existante.

Pendant la simulation, le train est censé suivre certaines instructions de vitesse. Celles-ci sont modélisées dans OSRD par des enveloppes sous forme de courbes espace/vitesse. On en distingue deux types :

• Les enveloppes provenant des données d’infrastructure et de matériel roulant, comme la vitesse maximale de la ligne et la vitesse maximale du train. Etant des données d’entrée de notre calcul, elles ne correspondent pas à des courbes ayant un sens physique, car elles ne sont pas issues des résultats d’une intégration réelle des équations physiques du mouvement.
• Les enveloppes résultant d’une intégration réelle des équations du mouvement physique. Elles correspondent à une courbe physiquement tenable par le train et contiennent également des informations sur le temps.

Un exemple simple pour illustrer cette différence : si l’on simule un trajet de TER sur une ligne de montagne, une des données d’entrée va être une enveloppe de vitesse maximale à 160km/h, correspondant à la vitesse maximale de notre TER. Mais cette enveloppe ne correspond pas à une réalité physique, car il se peut que sur certaines portions la rampe soit trop raide pour que le train arrive effectivement à maintenir cette vitesse maximale de 160km/h. L’enveloppe calculée présentera donc dans cet exemple un décrochage de vitesse dans les zones de fortes rampes, là où l’enveloppe donnée était parfaitement plate.

Dans le cas de la simulation de nombreux trains, le système de signalisation doit assurer la sécurité. L’effet de la signalisation sur le calcul de marche d’un train est reproduit en superposant des enveloppes dynamiques à l’enveloppe statique. Une nouvelle enveloppe dynamique est introduite par exemple lorsqu’un signal se ferme. Le train suit l’enveloppe économique statique superposée aux enveloppes dynamiques, s’il y en a. Dans ce mode de simulation, un contrôle du temps est effectué par rapport à un temps théorique provenant de l’information temporelle de l’enveloppe économique statique. Si le train est en retard par rapport à l’heure prévue, il cesse de suivre l’enveloppe économique et essaie d’aller plus vite. Sa courbe espace/vitesse sera donc limitée par l’enveloppe d’effort maximum.