Brevet FR2180877A1 — publié le 19731130

La présente invention se rapporte aux installations de freinage et elle concerne > plus particulièrement, des installations de freinage destinées à être utilisées dans des aéronefs et des véhicules sur rails. L'invention a pour objet une installation de freinage de véhicule permettant au pilote du véhicule de présélectionner une vitesse désirée mais réduite à atteindre au bout d'une distance de parcours présélectionnée, l'installation étant agencée de façon à régler automatiquement le freinage- du véhicule de façon que la vitesse désirée soit atteinte à la distance présélectionnée. Cette possibilité est particulièrement utile dans les aéronefs lorsqu'on désire soit arrêter l'aéronef, soit réduire sa vitesse à une faible vitesse de roulement au sol, après un certain parcours à l'atterrisage ; on appellera ici cette vitesse désirée présélectionnée, vitesse finale désirée. Selon un premier aspect de l'invention, une installation de freinage destinée à régler le couple de freinage exercé par un frein sur un organe rotatif, de façon que cet organe rotatif atteigne une vitesse de rotation finale désirée au bout d'un nombre de tours prédéterminé, comprend des moyens de commande permettant d'établir la vitesse finale désirée et le nombre de tours prédéterminé, des moyens de détection destin à déterminer la vitesse réelle de l'organe à tout instant, des moyens pour calculer, à partir de la vitesse finale désirée, du nombre de tours prédéterminé et de la vitesse réelle de l'organe à tout instant, la décélération nécessaire à cet instant pour obtenir la vitesse finale désirée au bout du nombre de tours prédéterminé de l'organe, des moyens pur déterminer la décélération réelle imposée à l'organe à toutinstant donné, et des moyens pour comparer la décélération réelle et la décélération requise à tout instant donné et pour délivrer une sortie proportionnelle à l'écart entre la valeur réelle et la valeur requise de la décélération à tout instant, cette sortie étant agencée pour régler le couple de freinage du frein de façon que la vitesse finale désirée soit atteinte au bout du nombre de tours prédéterminé. Selon un second aspect de l'invention, une installation de freinage de véhicule destinée à régler le couple de freinage exercé par un frein du véhicule, de façon que le véhicule atteigne une vitesse finale désirée au bout d'une distance prédéterminée, comprend des moyens de commande permettant d'établir la vitesse finale et la distance prédéterminée désirées, des moyens de détection destinés à déterminer la vitesse réelle du véhicule à tout instant, des moyens pour calculer, à partir de la vitesse finale choisie, de la distance prédéterminée et de la vitesse réelle du véhicule à tout instant, la décélération nécessaire à cet instant pour obtenir la vitesse finale désirée à la distance prédéterminée, des moyens pour déterminer la décélération réelle du véhicule à tout instant donné, et des moyens pour comparer la décélération réelle et la décélération nécessaire à tout instant donné et pour délivrer une sortie proportionnelle à l'écart entre la valeur réelle et la valeur requise de la décélération à tout instant, ladite sortie étant agencée pour régler le couple de freinage du frein de façon que la vitesse finale désirée soit atteinte à la distance prédéterminée. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment 1'invention peut autre réalisée, La figure 1 est un diagramme fonctionnel schématique d'une installation de freinage pour aéronef selon l'invention. La figure 2 est un graphique de la vitesse de l'aéronef, en fonction du temps, correspondant à l'installation représentée sur la figure 1, lorsque lton freine en utilisant une allure de décélération uniforme, et elle met en évidence la caractéristique rectiligne théorique et une courbe de vitesse réelle typique. La figure 3 est un graphique de la vitesse de l'aéronef en fonction du temps, correspondant à l'installation représentée sur la figure 1, lorsqu'on freine en utilisant une allure de décélération non-uniforme, et elle met en évidence la courbe de vitesse modifiée théorique et une courbe de vitesse réelle typique. L'installation représentée sur la figure 1 comporte une commande générale 17 comportant une position "automatique" (AUTO.) dans laquelle les freins de 1'aéronef sont commandés par 1'installation de freinage et une position "manuelle" (MAN.) dans laquelle les freins sont commandés indépendamment de llinstal- lation, et deux cadrans de commande 1 et 2 sur lesquels le pilote règle la vitesse finale désirée VF et la course à l'atterrissage SR. Ces cadrans sont accouplés à des potentiomètres insérés dans des circuits à courant continu, de sorte que le réglage de chaque cadran à une valeur prédéterminée produit une tension continue proportionnelle. On utilise un ensemble de radar Doppler 3 pour donner une indication continue de la vitesse de l'aéronef, exprimée en fréquence.Ce signal de fréquence est tranformé en une tension continue, proportionnelle à la vitesse réelle VA de l'aéronef, par un bloc convertisseur 4. La tension de vitesse finale VF est envoyée dans un premier bloc d'élévation au carré 5 et, de celui-ci, à une première jonction de sommation 6. La tension de course d'atterrissage prédéterminée SR est envoyée dans une seconde Jonction de sommation 7. La tension VA sortant du bloc convertisseur 4, qui est proportionnelle à la vitesse réelle de l'aéronef, est envoyée dans un intégrateur 8 pour obtenir un signal SA proportionnel à la distance réelle parcourue à partir du point où la mesure de la course d'atterrissage a commencé, celui-ci étant appelé dans la suite point de déclenchement de la mesure de distance, qui peut être par exemple le point d'impact à l'atterrissage. Ce signal SA est également envoyé dans la seconde jonction de sommation 7 qui produit donc une sortie 8L égale à SR-SA, proportionnelle à la distance qui reste à parcourir pour obtenir la distance 5R prédéterminée. La tension de signal de vitesse réelle VA est également conformée dans un second bloc d'élévation au carré 9, puis envoyée dans la première Jonction de sommation 6 qui produit une sortie proportionnelle à la différence entre le carré de la vitesse réelle de l'aéronef (proportionnelle à VA) à cet instant et le carré de la vitesse finale désirée (proportionnelle à VF). La sortie de la seconde Jonction de sommation 7 est multipliée par deux dans un multiplicateur 10, et la sortie de la première jonction de sommation 6 est divisée par cette sortie multipliée par deux dans un diviseur 11. La sortie du diviseur 11 est ainsi proportionnelle à la décélération uniforme a nécessaire à cet instant pour obtenir la vitesse finale désirée, à la fin de la course d'atterrissage prédéterminée, celle-ci étant donnée par la formule de décélération classique Le signal de décélération requis a peut être envoyé directement dans une troisième jonction de sommation 12, où il est comparé continuellement à la valeur réelle de la décélération aA imposée à l'aéronef. La valeur réelle de la décélération est déterminée en dérivant le signal de vitesse réelle VA dans un différentiateur 13. La sortie e a de la troisième jonction de sommation 12 est ainsi proportionnelle à l'écart entre la valeur re-quise et la valeur réelle de la décélération à tout instant donné. On fait en sorte que la sortie e a actionne une soupape 14 de commande de frein à servocommande après avoir traversé un réseau de commande 15. La soupape à servocommande règle la pression de freinage et, par suite, le couple de freinage exercé par un ou plusieurs freins 16 associés, en réaction à la sortie e de la troisième jonction de sommation 12. Un réseau de commande 15, qui a une fonction d'intégration, a pour rôle de garantir que, lorsque le signal d'erreur ea est annulé, il fournit encore un signal de sortie qui maintient le couple de freinage né'cessaire pourobtenir la vitesse finale désirée à la distance prédéterminée et pour régler le rythme de variation du signal appliqué à la soupape à servocommande 14 pour modérer le rythme de variation de la décélération de l'aéronef. La partie de mesure de distance de l'installation est agencée pour être automatiquement actionnée lorsque l'aéronef franchit le point de déclenchement de la mesure de distance. Le point de déclenchement de la mesure de distance peut être le point d'impact à l'atterrissage, comme on l'a décrit précédemment, auquel cas l'installation peut Autre actionnée par un interruptuur de détection de charge associé à une jambe du train d'atterrissage de l'aéronef ou, en variante, sous l'effet d'un signal provenant d'un dispositif de détection de la mise en rotation des roues qui peut faire partie, par exemple, d'une installation anti-dérapante montée sur l'aéronef.En variante, le point de déclenchement de la mesure de distance peut se trouver à un autre moment de l'approche d'atterrissage ou de la course d'atterrissage, et l'installation peut alors être actionnée par d'autres moyens, par exemple le déplacement de l'aéronef par rapport à une installation au sol se trouvant dans une position connue par rapport au point d'impact désiré à l'atterrissage sur la piste. Le déclenchement du freinage peut être automatique, ou bien sous la commande du pilote. Lorsque le déclenchement du freinage est automatique, on peut obtenir ce résultat en agençant l'installation de façon qu'elle applique une pression de freinage établie juste au moment de l'atterrissage, pression qui est modifiée ensuite par le signal d'écart e a pour produire la décélération désirée. En variante, on peut agencer l'installation de façon qu'il ne s'applique pas de pression de freinage jusqu'à ce qu'un signal d'écart ea soit établi et demande la décélération requise. a Lorsque l'on utilise le déclenchement automatique du freinage, il faut prévoir, dans l'installation, des moyens de protection contre l'application des freins lorsqu'il ne s'applique pas de poids sur la roue de l'aéronef associée après la mise en rotation initiale des roues ce qui serait le cas si l'aéronef rebondissait à l'atterrissage. Lorsque le déclenchement du freinage est sous la commande du pilote, par exemple en actionnant une pédale à pied ou une manette manuelle classiques, la nécessité d'une protection contre l'application des freins en cas de rebond est réduite, ce qui simplifie l'installation de freinage. Si l'on utilise un déclenchement automatique dU freinage, la pression continue à être fournie à l'installation de freinage, jusqu'à ce qu'elle soit coupée par le pilote. On doit aussi prévoir, dans l'installation de freinage, des moyens de protection contre le derapage des roues ; ils peuvent être réalisés, par exemple, sous la forme d'une installation anti-dérapante séparée, avec un asservissement de l'installation de freinage. Dans l'une de ses différentes variantes décrites ci-dessus, l'installation de freinage fonctionne de la façon suivante. Avant l'impact à l'atterrissage, le pilote fait passer la commande centrale 17 en "automatique" et règle la vitesse finale et la course d'atterrissage désirées sur les cadrans 1 et 2. Au moment de l'impact, la partie de mesure de la distance de l'installation est actionnée et les freins sont appliqués.Après avoir traversé le réseau de commande 15, la sortie de la jonction de sommation 12 modifie la pression de freinage prédéterminée automatiquement imposée au moment de l'impact pour obtenir la vitesse finale et la course d'atterrissage désirées. I1 est également possible, à tout moment au cours de la course d'atterrissage, d'effectuer un nouveau réglage de la vitesse finale désirée et/ou de la distance prédéterminée, et l'installa~ tion tentera de satisfaire aux nouvelles exigences. Le commutateur de commande central 17 comporte également une position "manuelle" (MAN.). Elle permet au pilote de commander les freins de l'aéronef indépendamment de l'installation de freinage automatique. On peut réaliser cette installation de façon que le pilote puisse, à tout instant au cours d'un parcours de freinage "manuel", revenir en freinage automatique, ce qui aboutira à une tentative d'ajuster la vitesse de l'aéronef sur la vitesse finale choisie à la fin de la course d'atterrissage prédéterminée. La figure 2 est un graphique de la vitesst V de l'aéronef en fonction du temps T, après l'impact d'atterrisaage. Ce graphique présente une caractéristique rectiligne théorique simple 20 sur laquelle l'aéronef ralentit uniformément d'une vitesse d'impact U à une vitesse finale VF comme on l'a décrit précédemment. En pratique, on n'obtient pas cette caractéristique théorique, et l'aéronef ralentit initialement normalement, à un niveau plus bas qu'il ne le faut pour obtenir la vitesse finale désirée et la course désirée, à cause du léger retard initial pour établir le couple de freinage désiré. L'installation doit donc augmenter subséquemment la décélération de 1'aéronef pour obtenir la vitesse finale et la course d'atterrissage dtsirées.-C'est ce qu illustre la figure 2 par la caractéristique réelle 21 qui montre clairement les effets initiaux du rythme de décélération inférieur, et la façon dont l'installation augmente subséquemment la décélération à une valeur supérieure à celle nécessaire pour suivre la courbe 20, pour obtenir la vitesse finale et la course d'atterrissage désirées. On peut considérer comme préférable de modifier l'allure de la décélération par rapport à la caractéristique linéaire théorique. Par exemple, on peut préférer augmenter le rythme de décélération au cours de la partie à haute vitesse de la course d'atterrissage, et réduire la décélération au cours de la partie finale de la course d'atterrissage. Ce type d'ajustement de l'allure de la décélération complique l'installation, mais peut accrortre la sécurité ; les erreurs de vitesse finale à la distance prédéterminée peuvent être réduites. On peut obtenir cette modification de l'allure de la décélération en modifiant effectivement la course d'atterrissage choisie SR. On y parvient alors en introduisant un générateur de fonctions 22 qui produit un signal de polarisation qui, multiplié par la course d'atterrissage choisie SR dans un multiplicateur 23, modifiera ladite course SR en fonction de la vitesse VA de l'aéronef. La figure 3-est un graphique de la vitesse V de l'aéronef en fonction du temps T pour cette modification de l'allure de la décélération. La caractéristique modifiée théorique 24 et la caractéristique modifiée réelle 25 sont représentées toutes deux. On a indiqué que l'on obtenait la vitesse réelle de l'aéronef à partir d'un ensemble de radar Doppler. Cet ensemble doit comporter une correction ou compensation d'inclinaison ou assiette longitudinale pour tenir compte du changement d'inclinaison d'un avion au cours de l'atterrissage à partir de l'impact initial. On peut y parvenir en plaçant l'antenne du radar sur une pla te -forme stabilisée ou, de préférence, au moyen d'un signal de correction d'angle d'inclinaison longitudinale provenant de la référence verticale de l'aéronef, ou en utilisant des faisceaux radar jumelés dont l'un est dirigé vers l'avant et l'autre vers l'arrière, selon une pratique établie.Cependant, on peut obtenir la vitesse réelle de l'aéronef à partir d'autres sources, par exemple une roue non freinée de l'aéronef. En utilisant un ensemble de radar Doppler pour déterminer la vitesse réelle de l'aéronef, on évite les nombreuses difficultés associées à l'utilisation d'une roue en contact avec la piste pour déterminer cette vitesse. Les difficultés principales impliquées par la détermination de la vitesse de l'aéronef à partir d'une roue consistent en ce que la roue doit, de prérérence, n'être pas freinée, et que la lecture de la vitesse est influencée par les variations du rayon de roulement de la roue et du glissement entre la roue et la piste. Le problème de la variation du rayon de roulement et du glissement peut tre résolu dans une certaine mesure par la présence d'une roue non freinée agencée de façon à avoir une pression de contact sensiblement constante.Cela représente cependant une solution onéreuse et lourde de ce problème, qui implique souvent la présence d'une roue et d'une jambe de support associée uniquement pour déterminer la vitesse de l'aéronef. Pour assurer l'intégrité du freinage et la sécurité de l'aéronef, il faudrait un certain degré de redondance ou de doublement des composants. En variante et de préférence, on prévoit des moyens permettant au pilote d'effectuer des contrôles par sondage sur l'installation, d'annuler la commande automatique et de revenir en commande manuelle, ou bien de contrôler constamment son comportement. Les différentes variantes d'installations de freinage décrites ci-dessus utilisent toutes le freinage symétrique, ce qui veut dire que les freins se trouvant des deux cachés de l'aéronef sont appliqués avec une pression de freinage égale. Si on le désire, on peut relier les installations de freinage à un gouvernail de direction et/ou une roue orientable de l'aéronef, de façon à pouvoir établir une différence dans la pression de freinage appliquée- aux freins se trouvant des deux c8tés de l'aéronef en réponse aux mouvements du gouvernail et/ou de la roue orientable pour contribuer au guidage de l'aéronef au cours de la course d'atterrissage. Une installation de freinage selon l'invention convient particulièrement pour être utilisée sur un aéronef équipé d'un dispositif d'atterrissage automatique, car le point d'impact désiré à l'atterrissage d'un te) aéronef est obtenu d'une façon plus certaine. Bien qu'on ait décrit ci-dessus l'invention à propos du freinage d'un aéronef, elle s'applique également à d'autres véhicules, par exemple des véhicules sur rails. L'invention rapplique également au freinage d'organes rotatifs, tels que des dynamomètres, où l'installation de freinage peut Autre agencée pour régler la vitesse de rotation de l'organe rotatif de façon à obtenir une vitesse de rotation prédéterminée après un nombre de tours prédéterminé de l'organe rotatif. On peut utiliser une installation de freinage selon l'inventionss comme on l'a décrit ci-dessus, pour réduire la vitesse d'un véhicule ou d'un organe rotatif à une valeur inférieure prédéterminée, ou bien pour amener le véhicule ou l'organe rotatif au repos, en choisissant une vitesse finale nulle. Bien que les différentes installations de freinage décrites ci-dessus soient des installations analogiques, on peut utiliser la même logique d'installation comme base dune installation digitale, ou bien l'adapter à une installation fluidique. REVENDICATIONS 1.- Installation de freinage destinée à régler le couple de freinage exercé par un frein sur un organe rotatif, de façon que cet organe rotatif atteigne une vitesse de rotation finale désirée au bout d'un nombre de tours prédéterminé, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de commande permettant d'établir la vitesse finale désirée et le nombre de tours prédéterminé, des moyens de détection destinés à déterminer la vitesse réelle de l'organe à tout instant, des moyens pour calculer, à partir de la vitesse finale désirée, du nombre de tours prédéterminé et de la vitesse réelle de l'organe à tout instant, la décélération nécessaire à cet instant pour obtenir la vitesse finale désirée au bout du nombre de tours de l'organe prédéterminé, des moyens pour déterminer la décélération réelle imposée à l'organe à tout instant donné, et des moyens pour comparer la décélération réelle et la décélération nécessaire à tout instant donné, et pour délivrer une sortie proportionnelle à écart entre la valeur réelle cet la valeur requise de la décélération à tout instant, cette sortie étant agencée pour régler le couple de freinage du frein de façon que la vitesse finale désirée soit atteinte au bout du nombre de tours prédéterminé. 2.- Installation de freinage de véhicule destinée à régler le couple de freinage exercé par un frein du véhicule, de façon que ledit véhicule atteigne une vitesse finale désirée au bout d'une distance prédéterminée, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de commande permettant d'établir la vitesse finale et la distance prédéterminée désirées, des moyens de détection destinés à déterminer la vitesse réelle du véhicule à tout instant, des moyens pour calculer, àpartir de la vitesse finale choisie, de la distance prédéterminée et de la vitesse réelle du véhicule à tout instant, la décélération nécessaire à cet instant pour obtenir la vitesse finale désirée à la distance prédéterminée, des moyens pour déterminer la décélération réelle du véhicule à tout instant donné, et des moyens pour comparer la décélération réelle et la décélération requise à tout instant donné et pour délivrer une sortie proportionnelle à l'écart entre la valeur réelle et la valeur requise de la décélération à tout instant, ladite sortie étant agencée pour régler le couple de freinage du frein de façon que la vitesse finale désirée soit atteinte à la distance prédéterminée. 3. - Installation selon la revendication 2, caractérisée ence que la décélération requise est calculée en élevant au carré des signaux proportionnels à la vitesse finale désirée et à la vitesse réelle du véhicule dans des blocs d'élévation au carré, en soustrayant les carrés de ces signaux dans une première jonction de sommation, en intégrant un signal proportionnel à la vitesse réelle du véhicule pour obtenir un signal proportionnel à la distance parcourue depuis le début du fonctionnement de l'installation pendant un freinage donné, en soustrayant ce signal proportionnel à la distance parcourue d'un signal proportionnel à la distance prédéterminée dans une seconde jonction de sommation pour obtenir un signal proportionnel à la distance restant à parcourir pour couvrir la distance prédéterminée, et en divisant la sortie de la première jonction de sommation par le double de la sortie de la seconde jonction de sommation dans un diviseur. 4.- Installation selon la revendication 2 ou 3, caractérisée ence qu'un signal proportionnel à la vitesse réelle du véhicule est envoyé à travers un différentiateur pour obtenir une sortie proportionnelle à la décélération réelle du véhicule. 5.- Installation selon les revendications 3 et 4, caractérisée en ce que la sortie du diviseur et le signal proportionnel à la décélération réelle du véhicule sont soustraits dans une troisième jonction de sommation pour produire un signal d'écart utilisé pour régler le couple de freinage du frein. 6.- Installation selon la revendication 5, caractérisée ence que la sortie de signal d'erreur de la troisième jonction de sommation est envoyée à un réseau de commande avant d'être utilisée pour régler le couple de freinage du frein, ce réseau de commande ayant une fonction d'intégration pour garantir que, lorsque le signal d'écart a été annulé) il fournit encore une sortie maintenant le couple de freinage nécessaire pour obtenir la vitesse finale désirée à la distance prédéterminée, et également pour commander le rythme de variation de la décélération du véhicule. 7.- Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un générateur de fonctions produi sant un signal de polarisation utilisé pour modifier le signal proportionnel à la distance prédéterminée en fonction de la vitesse réelle du véhicule, ce qui permet à l'installation de freinage d'opérer en-utilisant une allure de décélération non linéaire. 8.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de détection pour déterminer la vitesse réelle du véhicule consistent en un ensemble de radar Doppler. 9.- Installation selon la revendication 2, destinée à être utilisée dans un aéronef, caractérisée en ce qu'elle est agencée pour commencer à fonctionner automatiquement moment de l'impact d'atterrisage. 10.- Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle est agencée pour appliquer une pression de freinage réglée juste au moment de l'atterrissage, cette pression de freinage étant modifiée subséquemment par l'installation pour produire la décélération requise.