Brevet FR2231550A1 — publié le 19741227

L'invention a pour ce un dispositif de commande d'in- clinaison latérale d'un véhicule ferroviaire sur bogies qui ten- ne compte de la valeur de l'angle de dévers de la voie dans les courbes et de la vitesse du véhicule de façon telle que la résultante des accélérations transversales à la voie et de l'accélération de la pesanteur soit perpendiculaire au plancher du véhicule. cet effet, le dispositif suivant l'invention comporte deux vérins hydrauliques identiques de commande d'inclinaison disposés respectivement de chaque ctgwé, entre le châssis de bogie et la caisse du véhicule, ainsi que des moyens de commande pour faire varier, en sens inverse et de la meme quantité, les capacités des deux vérins en réponse à l'information fournie par un accéléromètre de mesure de 11 accélération transversale de la base de la caisse du véhicule. Grâce à ce dispositif, dès que la caisse du véhicule est soumise à une accélération transversale, celle-ci est décelée par l'accéléromètre et ce dernier provoque l'allongement du vérin qui se trouve du côté où est dirigée cette accélération de manière que le véhicule s'incline dans le sens qui soulève ce côté du plancher du véhicule, la résultante de la gravité et des accélérations transversales à la direction de la voie étant finalement perpendiculaire au plancher du véhicule, ce qui est la condition la meilleure pour le confort des voyageurs. Dans un mode de réalisation avantageux, les deux vérins sont reliés respectivement par deux conduites de liaison à un dispositif hydraulique à piston d'appui unique soumis à l'action d'un moyen élastique prenant appui sur le bogie et constituant la suspension secondaire, tandis que des moyens anti-roulis assurent l'égalité des débits du liquide déplacé dans les deux conduites de liaison, respectivement, sous l'effet des déplacements du piston unique précité. Ainsi, on groupe, dans une même installation comportant des organes communs, un système de suspension secondaire et un système de commande d'inclinaison du véhicule. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation d'un dispositif de commande d'inclinaison de véhicule ferroviaire suivant l'invention. Sur ces dessins La figure I représente schématiquement, en coupe transversale, un véhicule ferroviaire sur une portion de voie en courbe. La figure 2 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'un dispositif de commande d'inclinaison latérale du véhicule, combiné avec un système de suspension secondaire. La figure 3 est une vue de détail du tiroir de distribution du dispositif de la figure 2. La figure 4 illustre une variante du système de suspension secondaire. La figure 5 représente une autre variante du système de suspension secondaire. La figure 6 illustre un autre système de commande d'inclinaison associé au dispositif de suspension secondaire de la figure 5. La figure 7 montre schématiquement le montage des vérins de commande d'inclinaison en position médiane. La figure 8 est une vue analogue à la figure 7 montrant les positions des vérins dans une courbe de la voie. La figure 9 illustre une variante du montage des vérins de commande d'inclinaison, et La figure 10 illustre une autre variante du montage des vérins. Le véhicule ferroviaire 1 représenté schématiquement sur la figure 1 est supporté, à chacune de ses deux extrémités, par le chassis de bogie 2 roulant sur les rails d'une voie 3 en courbe. L'angle de dévers de la voie est désigné par A et, dans l'exemple considéré, la vitesse du véhicule étant supérieure à celle pour laquelle l'angle de dévers A a été établi, le plancher 5 du véhicule est, par le dispositif qu'on va décrire, incliné davantage par rapport à l'horizontale, d'un angle B, de sorte que ledit plancher fait, avec le plan du chassis de bogie 2, un angle C. Dans ces conditions la résultante R de l'accélé- ration de la pesanteur P et de l'accélération latérale L est perpendiculaire au plancher 5 du véhicule.Compte tenu de la raideur de la suspension pr@maire, le plan du chassis du bogie reste sensiblement parallèle au plan de la voie, de sorte que B = A + C. Sur la figure 2, @@ a représenté schematiquement une installation qui comporte deux parties, à savoir : une installation de suspension secondaire avec dispositif anti-roulis et une installation de commande d'inclinaison latérale du véhicule, ces deux installations ayant des organes communs. L'installation de suspension secondaire avec dispositif anti-roulis comporte deux vérins hydrauliques 11, 12 identiques disposés des deux côtés du véhicule 1, entre le bogie 2 et le plancher 5 du véhicule. Ces deux vérins sont reliés, car deux conduites de liaison 13, 14, à un dispositif hydraulique qui est désigné dans son ensemble par 15 et qui comporte deux vérins hydrauliques 16, 17 ainsi qu'un vérin d'appui unique 18.Les deux vérins 16, 17 sont constitués respectivement de deux cylindres 21, 22 et de deux pistons 23, 5=, reliés en phase par deux bielles 25, 26 et deux manivelles 27, 28 à un arbre vilebrequin 29 qui porte une troisième manivelle 31 reliée, par une bielle 32, au piston 33 du vérin 18 dont le cylindre est indiqué en 34. Le piston 33 est également en phase avec les deux pistons 23, 24. Le fond du cylindre 34 est garni d'un gaz sous pression qui constitue un coussin pneumatique 35 de suspension secondaire du véhicule. Etant donné que les deux pistons 23, 24 des deux vérins 16,17 se déplacent toujours de la même quantité et dans le ême sens en raison de la nature même du mécanisme à bielles manivelles qui les relie, les quantités de liquide qui se déplacent dans le sens correspondant, dans les deux conduites de liaison 13, 14, sont identiques, de sorte que les deux vérins 11, 12 subissent les mêmes variations de volume et que la caisse 1 monte ou descend parallèlement à elle-meme, c'est-à-dire sans aucun mouvement de roulis possible. L'installation de commande d'inclinaison latérale du véhicule utilise les deux vérins 11, 12 qui servent déjà à la suspension secondaire et elle comporte, en outre, des moyens propres à faire varier, en sens inverse et de la même quantité, les capacités de ces deux vérins an réponse à l'information fournie par un accéléromètre 41 de mesure de l'accélération transversale de la base de la caisse du véhicule 1. Ces moyens de commande, dans l'exemple représenté sur la figure 2, sont constitués par deux vérins hydrauliques identiques 42, 43 dont les cylindres 44, 45 sont reliés hydrauliquement aux deux vérins 11, 12 respectivement par des conduites 46, 47, tandis que leurs pistons 48, 49-sont accouplés en tandem, La chambre 52 du vérin 42, opposée à la chambre 53 reliée au vérin 11, peut être mise en communication, par une conduite 54 et un distributeur 55, sélectivement avec une enceinte de haute pression 57 ou une enceinte à basse pression 58.D'une manière analogue, la chambre 62 du vérin 43, opposée à la chambre 63 reliée au vérin 12, peut aussi être mise en communication, par une conduite 64 et le même distributeur 55, sélectivement avec enceinte basse pression 58 ou l'enceinte haute pression 57, la chambre 52 étant en communication avec l'enceinte haute pression lorsque la chambre 62 est en communication avec l'en- ceinte basse pression, et vice versa. L'enceinte haute pression 57 est, constituée par exemple, par un accumulateur hydro-pneumatique renfermant un matelas de gaz sous-pression 66. La pression est entretenue dans enceinte 57 au moyen d'une pompe 67 entraRnée à partir d'une source de force motrice appropriée, sous le contrôle d'un pressostat 68 soumis à la pression dans ladite enceinte, l'ouïe d'aspiration de la pompe étant reliée à 11 enceinte basse-pression 58 et l'oui de refoulement à enceinte haute pression 57. La figure 3 montre schématiquement un exemple de réalisation du distributeur 55 de l'accéléromètre 41 de mesure des accélérations transversales. Le distributeur 55 comporte un cylindre 73 convenablement raccordé d'une part, aux conduites 54 et 64 de liaison aux deux vérins 42, 43 et, d'autre part, à deux conduites 69, 70 de liaison aux enceintes basse et haute pressions 58, et 57, respectivement, ainsi qu'un tiroir 74 relié mécaniquement par une bielle 75, à une masse 76 qui est montée oscillante sur un axe longitudinal 77 porté par le plancher 5 de la caisse du véhicule, ladite masse constituant 11 organe actif de l'accéléromètre 41.Le tiroir 74 est centré vers sa position neutre par deu ressorts 78, 79. Selon l'effort à mettre en oeuvre pour la manoeuvre du tiroir 74 un relais, de preerence hydraulique pourrait etre interpose entre la masse 76 et le tiroir 74 Le fonctionnement de l'installation est le suivant Lorsque le véhicule cir e sur une voie en ligne droi- te, ou bien si l'angle A (Fig. 1) de dévers de la voie et la vitesse du véhicule sont parfaitement adaptés l'un à l'autre, l'accéléromètre 1 (Figs. 2 et 3) n'est soumis à aucune force latérale, de sorte que le distributeur 55 demeure en position neutre et qu'aucun transfert d1uile n'a lieu d'un vérin vers l'autre. Cependant, sous l'action d'accélérations verticales, le volume du liquide dans les deux vérins Il et 12 peut augmenter ou diminuer, simultanément de la même quantité en déplaçant les deux pistons 23, 24 qui prennent appui, par l'intermédiaire du piston 33 sur le coussin pneumatique 35 constitué par le gaz emprisonné dans le vérin 18 de suspension secondaire. La caisse subit donc, par rapport au bogie, des mouvements de translation verticale, sans mouvements de roulis. Si la vitesse du véhicule ne correspond pas à la valeur de l'angle de dévers A de la voie, et a, par exemple une valeur trop grande, l'accéléromètre 41 est soumis à une déviation par exemple vers la droite qui provoque un déplacement du tiroir 74 du distributeur dans le sens qui assure la mise en communication de la chambre 62 du vérin 43 avec enceinte haute pression 57 et, de la chambre 52 du vérin 42 avec l'enceinte basse pression 58, et par suite des déplacements correspondants des deux pistons 48, 49 vers la droite, qui provoquent à leur tour, une diminution du volume de la chambre 63 et une augmentation égale du volume de la chambre 53 et, par suite, une augmentation du volume du vérin 12 et une diminution correspondante du volume du vérin 11.En d'autres termes, le vérin 12 s'allonge, tandis que le vérin 11 se raccourcit et que la caisse 1 du véhicule s'incline davantage jusqu'à ce que la résultante R des accélrations latérales L et de la pesanteur P soit perpendiculaire au plancher et que l'accéléromètre 41 soit revenu dans sa position médiane neutre. Bien entendu, la fonction de suspension secondaire se superpose à la fonction de correction d'inclinaison de la caisse du véhicule. Sur la figure 4, on a représenté un autre système antiroulis dans lequel les deux conduites 13, 14 sont reliées à deux vérins hydauliques coaxiaux 81, 82 dont les fonds ont des surfaces équivalentes, le fond du cylindre 83 du vérin 81 étant circulaire, et celui du cylindre 2 du vérin étant annulaire. D'une manière analogue, le piston 85 du premier vérin est à section circulaire et le piston 86 du second vérin est à section annulaire. Les deux pistons 85 et 86 sont solidarisés à leur base en formant un piston d'appui unique commun 87 mobile dans le cylindre 34 qui est formé par le prolongement du cylindre du vérin 82 dans cet exemple. Ce piston 87 est soumis à l'action du coussin pneumatique 35. Sous l'action d'accélérations verticales, les deux vérins 11 et 12 se raccourcissent ou s'allongent de la même quantité, puisque les volumes de liquide emprisonnés respectivement dans les deux vérins coaxiaux 81, 82 ne peuvent varier euxmêmes que de la même quantité. Sur la figure 5, on a représenté une autre variante de dispositif anti-roulis dans laquelle, sur les deux conduites 13 et 14 qui relient les deux vérins Il et 12 à une chambre 91 d'un vérin 92 renfermant le vérin d'appui unique 33, sont interposées deux pompes hydrauliques volumétriques identiques 93, 94 accouplées mécaniquement l'une à l'autre. Ainsi, les quantités de liquide qui circulent dans les deux conduites de liaison 13, 14 sont obligatoirement identiques et la circulation se fait dans le même sens dans ces deux conduites, de sorte que les deux vérins 11, 12 s'allongent ou se raccourcissent toujours de la même quantité, sous l'effet de la suspension secondaire constituée par le coussin pneumatique 35. Sur la figure 6, où l'on retrouve le mê:e système antiroulis que sur la figure 5, on a représenté une variante du système de commande d'inclinaison sous la forme d'une pompe volumétrique réversible 101 dont les deux ouies sont reliées, respectivement, par deux conduites 102, 103 aux deux vérins Il, 12. La pompe 101 est entraînée en rotation à partir d'une source d'énergie appropriée, sélectivement dans un sens ou dans l'autre sous le contrôle de l'accéléromètre 41. En réponse à l'informa tion fournie par l'accéléromètre, la pompe 101 prélère donc un quantité de liquide dans l'un des deux @érins @@ ou 12 et @@ refoule dans l'autre, pour effectuer la correction d'in@lin@i- son de Ta caisse. Dans tout ce qui précède et pour la simplicité de l'e posé, on a supposé que la suspension décrite n'assurait que la suspension vertic-ale propreinen- dite. En réalité, il convient de combiner, à la possibilité de mouvement vertical de la suspension, des possibilités de translation horizontale des surfaces d'appui des vérins 11, 12 l'une par rapport à l'autre, soit dans le sens transversal, c1 est-à-dire perpendiculairet-ent à la voie ferrée, soit dans le sens longitudinal, c'est-à-dire parallèlement à la voie, ce dernier mouvement étant nécessaire, en particulier, pour permettre le débattement du bogie an courbe. A cet effet, on a représenté une première solution sché matrquement sur la figure 7. Les extrémités des deux vérins 11, 12 qui constituent leurs surfaces appui contre le châssis de bogie 2 et la base 5 de la caisse ont des surfaces d'appui convexes sphériques dont les centres sont situés sur les axes desdits vérins et dont le rayon est plus grand que celui du rayon de la sphère inscrite entre les deux extrémités du vérin et indiquée en traits interrompus en 111. La figure 8 montre la position inclinée que peuvent prendre les vérins pendant les débat- tements du bogie et l'on voit comment cette structure constitue un système automatique de rappel de centrage du bogie. La figure 9 montre une autre solution dans laquelle les extrémités des deux vérins de commande d'inclinaison. par exemple du vérin Il portent des tiges 1-21, 122, articulées, par des Joints à rotule 123, 124, respectivement, dans le chassis de bogie 2 et dans le plancher 5 du véhicule, tandis que des organes élastiques 125, 126 sont interposés entre les deux extrémités du vérin et le bogie ou la caisse respectivement. Ces organes élas tiques assurent le rappel de centrage automatique du bogie. La figure 10 illustre une troisième variante du montage des vésins 11 et 12 permettant elle aussi un débattement latéral ou longitudinal de la caisse par rapport au châssis de bogie, le rappel étant obtenu, comme dans la solution illustrée par les figures 1 et 8, par l'effet de la gravité. Ce montage est dérivé dune disposition connue dite de la suspension secondaire par bielles et en diffère par la présence des vérins 11 et 12 qui permettent de faire varier les longueurs de ces bielles selon les variations d'inclinaison à communiquer à la caisse. Selon un mode de réalisation préférentiel, les vérins il et 12 sont montés à axes parallèles de manière à ne pas incliner la caisse dans ses débattements horizontaux, en sorte qu'il y existe une totale indépendance entre ces derniers mouvements de la caisse, les mouvements de translation verticale et les mouvements d'inclinaison qui sont contrôlés par l'asservis- sement décrit plus haut. En définitive, les liaisons mécaniques qui viennent d'être décrites assurent le découplage des mouvements omnidirectionnels de translation pure de la caisse et des mouvements de rotation de la caisse autour d'un axe longitudinal. On peut combine? de toute manière désirée n 'importe lequel des systèmes de commande d'inclinaison conformes à l'invention avec n'importe quel système anti-roulis approprié, notamment l'un de ceux décrits plus haut. Par ailleurs, dans ce qui précède, on n'a pas pris en considération le fait que la caisse repose sur deux bogies et non sur un seul, de sorte qu'il se pose des problèmes de liaison entre asservissements, tout au moins lorsque la caisse est inclinée par deux systèmes placés chacun sur un bogie. Hormis le cas simple, mais non exclu dans la pratique, où chaque caisse d'un train est inclinée par un asservissement agissant sur un seul bogie par caisse, différentes solutions peuvent être envisagées selon que un ou plusieurs organes des asservissements d'une même caisse sont communs ou non. On va indiquer ci-dessous quelques solutions possibles. Dans une première solution, les deux asservissements ont en conmun l'accéléromètre transversal 41 (se reporter par exemple à la figure 2), Dans ce cas l'accéléromètre agit mécaniquement sur deux tiroirs 55, l'un agissant sur le moteur d'inclinaison du bogie avant l t autre sur le moteur du bogie arrière. Dans une deuxième solution, l'accéléromètre 41 est commun aux deux asservissements d'une même caisse et, de plus, les moteurs d'inclinaison sont iiés mécaniquement par une liaison rigide. Dans une troisième solution, les asserissements dtin- clinaison de caisse sont dédoublés : un par bogie. Dans les trois solutions qui viennent d1tre énumérées, en dépit des organes éventuellement communs, agissent conjointement, au droit des deux bogies deux asservissements qui créent une torsion de la caisse autour de son axe longitudinal, particulièrement dans les cas suivants : - non fonctionnement de lun des asservissements pour une raison quelconque. - dévers variant rapidement sur la voie (deuxième solution). Pour éviter de telles torsions imposées à la caisse il peut être intéressa- de prévoir des dispositifs de sécurité ou d'équilibre des efforts de tout type classique approprié. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; on peut y apporter des modifications, suivant les applications envisagées, sans sortir, pour cela, du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande d'inclinaison latérale d'un véhicule ferroviaire sur bogies compte tenu de la valeur de l'angle de dévers de la voie dans une courbe et de la vitesse du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte deux vérins hydrauliques identique de commande d'inclinaison disposés respectivement de chaque côté, entre le châssis du bogie et la caisse du véhicule, ainsi que des moyens de commande pour faire varier, en sens inverse et de la même quantité, les capacités des deux vérins en réponse à l'information fournie par un accéléromètre de mesure de l'accél6- ration transversale de la base de la caisse du véhicule. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux vérins de commande d'inclinaison sont reliés hydrauliquement respectivement par deux conduites de liaison à un dispo datif hydraulique à piston d'appui unique soumis à l'action d'un moyen élastique prenant appui sur le bogie et constituant la suspension secondaire, tandis que des moyens anti-roulis assurent l'égalité des débits du liquide déplacé dans les deux conduites de liaison, respectivement, sous l'effet de déplacements du pis- ton d'appui unique précité. 3, Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande précités sont constitués par une pompe volumétrique réversible dont les deux ouïes sont reliées respec tivement, aux deux vérins de commande d'inclinaison et qui est en traSnée en rotation, sélectivement dans un sens ou dans l'autre, sous le contrôle de l'accéléromètre, à partir d'une source d'é anergie appropriée. 4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande précités sont constitués pardeux vérins hydrauliques identiques dont les cylindres sont reliés respectivement aux deur vérins hydrauliques de commande d'inclinaison, tandis que leurs pistons accouplés en tandem sont soumis respectivement, par l'intermédiaire d'un distributeur contrôlé par l'accélé- romètre, sélectivement aux pressions qui règnent dans deux encein- tes de pressions différentes. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'une des deux enceintes est une enceinte à haute pression, par exemple du type contenant un m@telas de gaz sous pression tandis que l'autre enceinte est à basse pression. 6. Dispositif suivant @@ @@@@rdication 5, caractérisé en ce que la pression est entrete@@@ @ans l'@@@@itte à baute prestion par une pompe hydraulique qui @@@i@@ @@@@@ ide de @'e@ceinte basse pression sous le contrèle d'@ @@@@@@tat branché dans l'en- ceinte haute pression. 7. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que, entre le tiroir et l'accéléromètre, est interposé un relais de préférence hydraulique. 8. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le piston d'appui unique est logé dans un cylindre porté par le bogie et les moyens élastiques précités sont constitués par un matelas de gaz emprisonné dans le fond dudit cylindre. 9. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le piston d'appui unique est soumis à l'acticn d'un organe élastique mécanique tel qu'un ressort et/ou un ou plu@ieurs blocs d'élastomère. 10. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens anti-roulis sont constitués par deux vérins hydrauliques auxquela aboutissent, respectivement, les deux conduites de liaison et dont les pistons sont calés en phase avec le piston d'appui unique. 11e Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens anti-roulis sent constitués par deux pompes hydrauliques volumétriques identiques interposées, respectivement, dans les deux conduites de liaison et accouplées mécaniquement. 12. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens anti-roulis sont constitués par deux vérins hy- drauliques formés, d'une part, de deux cylindres coaxiaux dont les fonds ont des surfaces équivalentes et sont reliés respectivement aux deux conduites de liaison et, d'autre parts de deux pistons coaxiaux correspondants solidaires du piston d'appui unique. 13. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce ,ue les deux vérins de commande d'inclinaison sont terminés pX deux surfaces sphériques dont les centres sont situés sur les axes @@@dits vérins et dont les diamètres sont plus grands que la dis @@@@@ maximum entre les deux entrém@tés des vérins, pour assurer un rappel de centrage latéral de la caisse par rapport au bogie. 14. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités des deux vérins de commande d'inclinaison portent des tiges articulées, par des Joints à rotule, respectivement dans le bogie et dans la caisse du véhicule, tandis que des organes élastiques sont interposés entre les deux extrémités desdits vérins et le bogie ou la caisse, respectivement0 15. Véhicule ferroviaire caractérisé en ce qu'il est muni d'un dispositif de commande d'inclinaison latérale suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14.