Brevet FR2013461A1 — publié le 19700403

248.04 i 2013461 la présente invention est relative à un mécanisme destiné à rétablir l'adhérence des roues de véhicules, mécanisme grâce auquel le patinage d'une roue de véhicule peut être rapidement supprimé et une roue de véhicule se trouvant dans un état de non adhérence peut 5 être ramenée dans un état .d'adhérence sans diminuer la force de traction et la force de freinage du véhicule à un degré inutile. Il est "bien connu qu'une roue de véhicule prend un état de non-adhérence, par exemple qu'elle patine, quand la force de traction ou la force de freinage du véhicule dépasse la limite d'adhérence. 10 En d'autres termes, il se produit un patinage quand la force de traction du véhicule dépasse la limite d'adhérence ou pendant l'accélération du véhicule. De façon similaire, il se produit un patinage du véhicule quand la force de freinage dépasse la limite d'adhérence ou pendant le ralentissement du véhicule. 15 Un tel manque d'adhérence se manifestant sous forme d'un pati nage est un phénomène tout à fait indésirable car, non seulement il réduit la force de traction et la force de freinage d'un véhicule, mais encore il endommage les roues et les rails. Pour supprimer le phénomène de non adhérence, la pratique habi-20 tuelle consiste à réduire la force de traction ou la force de freinage de l'essieu qui est dans un tel état-de non adhérence. Après avoir obtenu de nouveau l'adhérence de cette manière, on augmente la force de traction ou la force de freinage ainsi réduites pair les ramener à leur valeur initiale. 25 Dans les mécanismes conformes à la technique antérieure, le ré tablissement de l'adhérence et le retour qui en résulte à l'effort de traction ou l'effort de freinage initial sont entièrement fonction des caractéristiques du mécanisme de commande. Par exemple, dans un véhicule électrique dont le mécanisme de ■30 commande est conçu de manière que le courant fourni au moteur prenne une valeur prédéterminée grâce à un dispositif de commande à con-tre-réaction, un certain retard est conféré au mécanisme de commande en vue dtaméliorer ces caractéristiques de commande. Il s'ensuit qu'il faut un temps relativement long pour réduire la valeur de ré-35 férence lorsqu'un phénomène de non adhérence se manifeste et pour réduire ainsi le courant fourni au moteur et, pendant la création d'un état de non adhérence, même si on réussit à obtenir de nouveau l'adhérence initiale, un autre moment assez long est demandé pour que la force de traction ou la force de freinage reviennent à leur 40 valeur initiale. Il en résulte une diminution inutile de la force de 69 24804 2013461 traction ou dëfla force de freinage du véhicule électrique. Pour pallier- les inconvénients précités, on a prévu un mécanisme de commande ou dé réglage supplémentaire destiné à entrer en jeu uniquement lorsqu'un manque d'adhérence est décelé, ce mécanisme 5 étant chargé de réduire très rapidement le courant fourni au,moteur. Toutefois, lorsqu'on utilise ee mécanisme supplémentaire, le courant du moteur, après ie retour de l'adhérence initiale, augmente aussi rapidement qu'il avait diminué et, cette caractéristique aboutit elle-même à ce résultat que le courant du moteur prend une valeur 10 dépassant sa valeur initiale, c'est-à-dire qu'il se produit un phénomène bien connu appelé dépassement. Un tel dépassement a pour effet d'amener de nouveau la roue de véhicule dans un état de noa adhérence après son retour à tin état d'adhérence. Ces problèmes sont ceux qui sont habituellement rencontrés dans 15 les appareils de la technique antérieure. la présente invention a donc pour objet î - un mécanisme rétablissant l'adhérence des roues de véhicule pour assurer la suppression rapide d'un manque d'adhérence quelconque de telles roues et pour améliorer plus parfaitement les carac- 20 téristiques du rétablissement d'une adhérence désirable de ces roues; - un mécanisme rétablissant l'adhérence, destiné à des roues de véhicules et qui est capable de déterminer la suppression rapide précitée ainsi que le rétablissement d'une adhérence désirable le cas d'un type quelconque de non adhérence. 25 Une caractéristique de la présente invention réside dans le fait qu'on détecte une quantité qui est fonction de la variation de la vitesse de l'essieu, provoquée quand une roue est amenée dtoéteà S'aiiéraE»e àun état de ncn adhér ence et qu'en sjçûigue le résultat de cette détection à un transducteur possédant des caractéristiques de conversion prédéter-30 minées, de manière que la valeur de référence commandant la puissance d'un moteur de commande d'un véhicule soit réduite de la sortie du transducteur. Une autre caractéristique de la présente invention réside dans le fait que, lors de la détection de la quantité dépendant de la vi-35 tesse de l'essieu, quantité qui est proportionnelle à la variation, une quantité proportionnelle à là différence ou à un facteur analogue est utilisée individuellement ou en combinaison, afin d'assurer une suppression de la non adhérence plus efficace et plus rapide que celle qui est obtenue dans la technique antérieure. 40 Une autre caract éri s tique enoore de la présente invention réside BAD ORIGINAL 69 24804 3 2013461 dans une structure beaucoup plus simple du transducteur. Ces caractéristiques et avantages de la présente inventiom, ainsi que d*autres, ressortiroat à la lecture de la description qui vâ suivre et qu'on a faite en se référant au dessin annexé sur le-5 quel on a représenté des modes de réalisation de 1?invention. Sur Ce dessin : la figure 1 est un schéma de circuit par blocs montrant le mécanisme conforme à un mode de réalisation de l'invention; lés figures 2 et 3 représentent des parties de circuit détaillées 10 et montrant différents exemples du circuit de transducteur utilisé avec l'appareil de la figure 1; la figure 4 est un graphique illustrant le fonctionnement du mécanisme représenté sur la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté par des blocs le circuit prin-15 cipal et le mécanisme de commande dans un véhicule électrique incorporant le mécanisme conforme à la présente invention. Le circuit principal comprend un fil conducteur 11 partant d'une source de courant continu requise, un pantographe 13 grâce auquel le courant fourni par le fil conducteur 11 est envoyé à tua véhicule électrique et 20 une résistance de charge 15 pour égaliser le courant du moteur. Un moteur principal comprenant des armatures 17 et 21 et un moteur principal Mg comportant des enroulements de champ 19 et 23 sont couplés ensemble en parallèle. Un découpeur 25 est couplé en série dans le circuit du moteur 25 principal. le découpeur 25 est en quelque sorte un interrupteur qui contrôle de façon intermittente les tensions du courant envoyé aux moteurs principaux. Une diode de compensation 27 transforme le courant sortant des moteurs principaux et Mg en un courant continu. On a également prévu un détecteur de patinage 29 qui comprend un 30 transformateur à courant continu et qui sert à déceler une différence entre les courants des moteurs principaux et Mg. On a prévu un autre transformateur 31 à courant continu pour détecter le courant total des moteurs. Les éléments du circuit principal ci-dessus comprennent des com-35 parateurs 33 et 35 et un appareil 37 commandant le découpeur, de construction connue. Ces éléments comprennent encore un transducteur 39 prévu conformément à la présente invention et dont on décrira ci-après l'agencement et le fonctionnement. On va maintenant décrire le fonctionnement normal, sans patinage, 40 des moteurs principaux et Mg. 69 24804 4 2013461 Le découpeur susmentionné et le véhicule électrique utilisant cet appareil ont déjà été décrits dans la littérature, par exemple dans "I.E.E.E. Transactions on Communication and Electronics", juillet 1954, p. 390-399, ou dans "Electrische Bahaen", 10 (35e an-5 née, 1964) p. 294-301, et c'est pourquoi on ne les décrira que brièvement. Le découpeur 25 répète son action de fermeture-ouverture dans un cycle d'opérations prédéterminées. Le rapport du temps de fermeture TQn au temps T du cycle de fonctionnement est appelé le "rap-10 port du temps de fermeture" ou "rapport de transformation" et est représenté par V. Dans le circuit principal de la figure 1, quand le découpeur 25 est contrôlé par un rapport de temps de fermeture ï'efc si Ea est la tension du fil conducteur 11, la valeur moyenne E_ des tensions 15 fournie aux moteurs principaux et Mg est la suivante : E = V E m s Par suite, les tensions appliquées aux moteurs principaux et Mg peuvent être contrôlées en contrôlant le rapport du temps de ferme-20 ture X" . Lorsqu'il ne se produit pas de patinage, il n'y a pas de différence entre le courant du moteur principal et celui du moteur principal Mg et, de ce fait, le détecteur de patinage 29 n*émet pas de signal. De ce fait le transducteur 39 ne fournit pas de signal. 25 Le courant des moteurs est utilisé comme valeur de référence. Du fait que le transducteur 39 ne fournit pas de signal, la sortie du comparateur 33 est égale à la valeur de référence. De ce fait, la sortie du comparateur 35 représente l'écart entre la valeur réelle du courant des moteurs et la valeur de référencé. 30 Le contrôleur 37 du découpeur détermine le rapport du temps de fermeture V du découpeur 25 en fonction de l'écart, ce qui fait que le découpeur 25 est contrôlé. Quand on met en route un véhicule électrique ayant la structure précitée, on le fait démarrer en réduisant le rapport Y du découpeur 25 jusqu'à une valeur faible, parce que la 35 force contre-électromotrice des moteurs principaux et Kg est nulle et, lorsque la vitesse de oes moteurs principaux augmente et que la force contre-électromotrice augmente également, le courant des moteurs a me valeur prédéterminée pour produire la force de traction requise. 4 0 Bien qu'on ait décrit la présente invention en se reportant à 69 24804 5 2013461 un véhicule électrique recevant du courant continu et incorporant un dispositif de réglage du découpeur, on peut également la mettre en oeuvre dans d'autres types de véhicules. Par exemple la présente invention peut être mise en oeuvre dans 5 un véhicule électrique recevant un courant alternatif dont la tension est rendue constante par tua contrôle de phase, de sorte que les tensions fournies aux moteurs principaux soient contrôlées, ou "bien dans un véhicule Diesel électrique dans lequel la puissance engendrée est asservie au champ d'excitation de la génératrice, de 10 manière à régler les tensions fournies aux moteurs principaux. Ainsi, la présente invention peut être mise en oeuvre dans des véhicules ordinaires pourvus d'un mécanisme de commande dans lequel une valeur de référence est fournie à un régulateur associé à un dispositif permettant de soumettre les roues à tme force de tractim 15 ou une force de freinage, la valeur réelle donnée par le dispositif en question étant ainsi contrôlée de manière à correspondre à la valeur de référence. Tout patinage se produisant dans un véhicule électrique (figure 1), peut être décelé de la manière suivante. Si, par exemple, la 20 roue directrice entraînée par le moteur patine, la force contre-électromotrice de ce moteur augmente, ce qui diminue le courant de ce moteur. A ce moment, les courants des moteurs circulent dans des directions opposées à travers deux conducteurs du circuit principal s'é-25 tendant à travers le transformateur à courant continu qui constitue le détecteur de patinage 29, de sorte qu'un déséquilibre est créé entre les flux magnétiques produits par les deux conducteurs et que l'écart entre ces flux peut alors être détecté. L'information du détecteur de patinage 29 est proportionnelle 30 à un tel écart et le moteur principal Mg est adhésif, ce qui fait que l'écart est sensiblement proportionnel à une augmentation de la vitesse du moteur principal due au patinage, c'est-à-dire à la vitesse de patinage du moteur principal . l'écart susmentionné est également constaté quand un patinage 35 a lieu dans l'un des moteurs principaux et Mg et cet écart peut être détecté exactement de la même manière que dans le cas d'un patinage des roues du véhicule. On peut également détecter un patinage en comparant deux tensions d'armature des deux moteurs principaux ou en étudiant la ten-40 sion de sortie d'une génératrice taehymétrique placée sur un essieu. 69 24801 6 2013461 Comme il est/i?àfi£fei, les deux formes de non adhérence, c'est-à-dire le patinage des roues et des moteurs, sont essentiellement un phénomène identique et les mesures prises pour combattre ces phénomènes peuvent également être identiques. 5 la structure représentée sur la figure 1 est caractérisée par l'action du transducteur 39 qui est particulièrement représenté sur la figure 2. le détecteur de patinage 29 est constitué principalement par un transformateur à courant continu, dont le signal de sortie est en-10 voyé à un transformateur 49 grâce auquel une tension alternative proportionnelle à la vitesse de patinage apparaît aux bornes d'une résistance 51 • Cette tension alternative e3t redressée par une diode en pont 53, de sorte qu'une tension continue proportionnelle à la vitesse de 15 patinage se manifeste aux bornes d'une résistance 55. la tension apparaissant aux bornes de la résistance 55 est envoyée, à travers une diode 57 et une résistance 59, à un condensateur 61 qui se trouve ainsi chargé électriquement, lorsque la vitesse de patinage augmente, le condensateur 61 est chargé jusqu'à 20 la valeur maximale de la chute de tension apparaissant aux bornes de la résistance 55, tandis que la charge emmagasinée dans le condensateur 61 est cédée à «ne résistance 63 quand la chute de tension commence à devenir inférieure à la valeur maximale, c'est-à-dire quand la vitesse de patinage diminue après avoir atteint sa valeur maxima-25 le. la tension se manifestant aux bornes de la résistance 65 est amplifiée par un montage du type Darlingtoa de transistors 65 et 67. Etant donné que ce circuit transistorisé constitue un montage à émetteur commun avec, pour charge, tme résistance 69, on comprendra 30 que le condensateur 61 se décharge dans cette résistance. Ainsi, la tension de sortie aux bornes 71 et 73 est capable de s'élever très rapidement et de diminuer lentement. Un circuit de ce genre permet de choisir à volonté les constantes de chargement et de déchargement du condensateur 61. Selon des 35 expériences effectuées par la demanderessey la constante de temps pour le chargement est d'environ 10 millisecondes et la constante de déchargement est d'environ 2 secondes® Habituellement, la constante de temps pour le chargement du condensateur 61 doit être choisie de façon qu'elle soit inférieure à la 40 constante de déchargement et, en outre, de façon qu'elle soit beau- BAD ORIGINAL 69 24804 7 2013461 coup plus faible que la râleur admissible pour la constante de temps pendant l'augmentation de la vitesse de patinage. La constante de temps pour le déchargement doit être de façon désirable assez élevée pour peimettre de rétablir l'adhérence initiale avec une sta-5 bilité suffisante. Dans le circuit de la figure 2, dans lequel les valeurs des divers éléments sont choisies de la manière décrite ci-dessus, la tension aux bornes 71 et 73 est augmentée lorsque la vitesse de patinage augmente et, ensuite, quand la vitesse de patinage atteint sa va-ÎO leur maximale et commence à diminuer, la tension commence à diminuer d'après une constante de temps prédéterminée qui est indépendaate de la cadence à laquelle la vitesse de patinage diminue. Cette tension constitue la tension, de sortie du transducteur 39 • On va maintenant décrire le fonctionnement de l'appareil repré-15 senté sur la figure 1 et comportant un transducteur 39 possédant les caractéristiques précitées» Tout patinage se produisant dans les moteurs se trouve détecté par le détecteur de patinage 29. Le signal de sortie du détecteur 29 constitue le signal d'entrée du transducteur 39 qui le transforme en 20 une telle variation prédéterminée et dont le signal de sortie est envoyé au comparateur 33. De ce fait, s'il se produit un patinage, la valeur de référence de la tension fournie au comparateur 35 varie comme représenté par la courbe en trait plein de la figure 4. 25 Etant donné que le courant des moteurs diminue conformément à la valeur de référence, la force de traction créée par les moteurs principaux et *2 diminue également, ce qui permet de rétablir l'adhérence de la roue qui patinait. Quand un patinage se produit, le temps pendant lequel la valeur 30 de référence est réduite doit être de préférence aussi court que possible en vue de supprimer 1 ' augmentation de la vitesse de patinage. A cet effet, le circuit représenté sur la figure 3 utilise la valeur différencielle de la tension de sortie du détecteur de patinage 29. 35 En examinant la figure 3, on voit que la tension de sortie du détecteur de patinage 29 apparaît aux bornes 75 et 77- De ce fait, une tension proportionnelle à la vitesse de patinage se manifeste aux bornes d'une résistance 79. Cette tension est une tension continue redressée, comme dans le cas de la tension se manifestant aux 40 bornes de la résistance 55 de la figure 2. î BAD ORIGINAL . 69 24804 8 2013461 Un condeisateur 81 et une résistance 83 constituent ensemble un circuit de différenciation. Une diode 85, des résistances 87 et 89 et un condensateur 91 sont les éléments d'un circuit asservi aux constantes de temps. Dans ce cas» le condensateur 91 est donc char-5 gé jusqu'à ce que la valeur maximale positive de la valeur diffé-rencielle de la vitesse de patinage soit atteinte. Ensuite, la tension varie en fonction des constantes de temps de la résistance 89 et du condensateur 91. Un courant correspondant à cette variation de tension est en-10 vo.yé dans l'un des enroulements 93 d* un amplificateur magnétique qui constitue le comparateur 33« Sa valeur de référence peut être ainsi réduite très rapidement après la détection du patinage et, en outre, la valeur de référence peut être ramenée à sa valeur initiale avec une tendance prédéterminée, grâce à un choix approprié des eonstaa-15 tes de temps concernant la résistance 89 et le condensateur 91. Lorsque la détection du patinage s'effectue uniquement par lfu-tilisation de la différencie!!©, la détection peut parfois ne pas se faire lorsque le patinage est à* un type qui augmente graduellement avec une courbe en pente douce, parce que la valeur différencielle 20 est très faible dans un tel eas. Afin d'empêcher une telle défaillance, on peut voir sur la figure 3, qu'un autre enroulement de commande 97 de l'amplificateur magnétique reçoit la tension apparaissant aux bornes de la résistance 79? tension qui est proportionnelle à la vitesse de patinage9 par 25 la résistance 95» Les deux enroulements de commande 93 et 97 sont montés sur un noyau en fer, de manière à fournir des flux ayant la même polarité. L'autre enroulement de contrôle 99 est monté de manière à fournir un flux de polarité opposée à ces deux enroulements 93 et 97 et un 30 courant proportionnel à la valeur de référence y circule. Ainsi, aux bornes de sortie 103 et 105 d'un enroulement de sortie 101 de l'amplificateur magnétique, on obtient une valeur de référence réduite lorsqu'il se produit un patinage, et cette valeur de référence constitue le courant d'entrée du comparateur 35. 35 Comme on l'a exposé plus haut, la présente invention permet de rétablir l'adhérence désirable des roues d'un véhicule de la manière illustrée sur la figure 4. On supposera qu'un patinage se produit en un moment t^ dans un véhicule électrique en déplacement, le courant des moteurs étant ^ 40 Iffl. Si le contrôle peut d'abord s ' effectuer comme représenté par la y»'" '' BAD ORIGINAU 69 24804 9 2013461 courbe en traits interrompus de la figure 4, le courant fourni aux moteurs commence à diminuer au moment t^ et il atteint sa valeur minimale à un moment t^. À ce moment, la roue qui patine est ramenée dans un état d'adhérence, lorsque le moment t^ est dépassé, la 5 force de traction est ramenée à sa valeur initiale. Lors de la variation précitée du courant des moteurs, les constantes de temps concernant la variation descendante et la variation ascendante sont sensiblement égales. Le courant des moteurs revient à sa valeur initiale à un moment t^ mais, si ce retour est rapide, 10 il peut se produire un dépassement en un temps tg. Si l'état des rails est mauvais dans ce cas, la roue recommence à patiner. Pour cette raison, le mode de contrôle ci-dessus n'est pas désirable. Par contre, quand un patinage est décelé au moment t^, comme 15 représenté par la courbe en trait plein de la figure 4, le courant des moteurs est immédiatement réduit pour ramener la roue qui patinait dans un état d'adhérence, au moment tg« Lorsque le moment tg est passé, le courant des moteurs augmente graduellement et revient à sa valeur initiale au moment t^. Dans ce cas, la force de traction 20 peut être ramenée de façon satisfaisante à sa valeur initiale sans provoquer de dépassement dans le courant des moteurs. 69 24804 10 2013461 RBVmDICAflOHS 1 - Mécanisme permettant de rétablir l'adhérence de roues de véhicules et comprenant un premier dispositif pour déceler un signal de sortie d'un moteur d'entraînement du véhicule et pour com- 5 parer ce signal ainsi décelé avec une valeur de référence en vue de régler ainsi ledit signal de manière qu'il corresponde à la valeur de référence, et un second dispositif pour déceler une quantité dépendant d'une variation de la vitesse de l'essieu se produisant quand une roue passe d'un état d'adhérence à un état de non adhé-10 rence, cette valeur étant envoyée à un transducteur et étant réduite conformément au signal de sortie du transducteur, ce dernier possédant une première constante de temps très faible quand la variation du courant d*entrée augmente et une seconde constante de temps suffisamment supérieure à la première quand cette variation 15 du courant d'entrée diminue, 2 - Mécanisme conforme à la revendication 1, dans lequel ladite quantité dépendant de la variation de la vitesse de 1*essieu est une quantité qui est fonction d'un écart entre les courants électriques rapportés aux vitesses respectives d'tai essieu dans un état 20 d'adhérence et d'un essieu dans un état de non adhérence. 3 - Mécanisme conforme à la revendication 2, dans lequel la quantité précitée qui est fonction de l'écart précité est la valeur différencielle dudit écart. 4 - Mécanisme conforme à la revendication 2, dans lequel la 25 quantité fonction de l'écart précité est la somme de cet écart et de sa valeur différencielle. 5 - Mécanisme conforme à la revendication 1, dans lequel le transducteur comprend un condensateur dont le circuit de charge comprend une résistance fournissant la première constante de temps et 30 une diode insérée dans le circuit de manière à devenir conductrice vis-à-vis du courant de charge, et Tin circuit de décharge comprenant une résistance fournissant la seconde constaate de temps précitée. BAD ORIGINAL