Brevet FR2260476A1 — publié le 19750905

Malgré les perfectionnements de La technique en automobile et en chemin de fer, les nombreux systèmes utilisés pour la détection at la régulation des dispositifs d'antipatinage ou dtantienrayage ne donnent pas les résulits attendus d'eux et restent à des prix de revient très élevés0 Pourtant les problèmes d'adhérence physique des roues sur rails et des pneux sur chaussés sont connus, l'électronique permet des transmissions rapides, mais ces problèmes ne peuvent entre maîtrisés que par des solutions basées sur des mathématiques, connaissant les phénomènes physiques réels, ltélectronique en permettant l'exploitation. Qu'il s'agisse de patinage au démarrage, ou d'enrayage au freinage, les dispositifs classiques actuels comparent la vitesse périphérique des roues à une vitesse de référence considérée comme celle du mobile ; combinés avec des seuils d'écart de ces vitesses au d'accélérations, ou de-la dérivée des écarts, ils ne donnent pas actuellement satisfaction0 Le système faisant l'objet de l'invention fait appel à dc nouvelles bases : l'- La mesure de 1' "écart relatif" E, entre la vitesse de la roue ou de l'essieu à controler Vx, et une vitesse de référence Vr, rapportée à la référence Vr. #V Cet écart relatif E= est une valeur sans dimension com- parable à la notion de glissement. Dans a cas d'antienrayage (au bLocage) Vr - Vx Vx wx Vr Vr Dans le cas d'antipatinage (ou emballement) Vx - Vr Vx Vx > Vr et E = = - 1. Vr Vr 2 - La vitesse de référence Vr, n'est pas forcément prélevée sur une roue indépendante, mais peut être @électionnée dans l'ensemble des vitesses à contrôler, compte tenu de sa valeur instantanée la plus élevée Vmax, dans le cas d'une recherche d'antienrayage,. ls plus faible Vmin, dans le cas d'une recherche d'antipatinage. 3 - L'analyse mathématique par des dispositifs électroniques de la fonction "écart relatif" définie ci-dessus, de façon à connaitre au même instant la valeur de la fonction E(t) de sa dérivée première Et(t) et de sa dérivée seconde E" (t). Pour bien comprendre le choix de ces nouvelles bases, l'analyse d'un exemple concret de freinage avec enrayage va illustrer la démonstration. - La figure 1 représente la vitesse périphérique des 4 rouespneus d'un mobile freinant sur piste. Deux des roues freinent normalement et déterminent la ligne de référence Vr = V = V4 s'arrêtant en 8 secondes. La roue 1 s'enraye et se bloque en 4 secondes. La roue 2, après uat amorce d'enrayage jusqu'en A, glisse et reprend un freinage normal en rejoignant Vr. - La figure 2 représente l'"écart relatif" E Vr - V1 Vr - V2 c'est-à-dire E1 = Vr E2 = Vr à l'analyse on constate - les courbes E1 et E2 se confondent jusqu'en A ou E # 0,15 environ. - la courbe E2 atteint un seuil en B, d'environ E # 0,40 avant de redescendre à zéro, - la courbe E1 atteint @ au temps t = 4 secondes. - La figure 3 représente E' dérivée première de E(t) à l'analyse on constate - jusqu'en At les dérivées premières se confondent, jusqu'en B' elles sont positives, - à partir de B', E2' devient négative. - La figure 4 représente E" dérivée seconde de E(t) à l'analyse on constate - à partir de A", la dérivée seconde E2" de E1 est positive alors que la dérivée seconde E"2 de E2 est négative De cet examen on conclut 10@ jusqu'à E - 0915 il y a risque d'enrayage 2 ) pour E compris entre 0,15 et 0,40 il y a enrayage si E' et E" sont pesitifs 30) au-dessus de E = 0,40 il y a enrayage. et la régulation est simple à déduire cas 1 ) arrêter le freinage, cas 20) et 30) défreiner selon les dispositifs décrits ci-après Il est évident que les principes définis ci-dessus restent valables pour tous les cas d'antienrayage ou d'antipatinage, les valeurs pouvant différer selon la nature des véhicules (locomotive métro, camion, automobile) et les parties en contact (pneus-pistes et fer-rails). - La figure 5 représente le schéma de l'ensemble du système de détection et de régulation d'antipatinage et d'antienrayage. I1 comprend en , un sélecteur qui reçoit en information les vitesses des roues à contrôler et le cas échéant la vitesse réelle du véhicule. Selon les écarts des vitesses, il sélectionne soit la vitesse la plus faible, soit la vitesse la plus élevée qui sera prise comme référence et entrera dans le comparateur 2, pour en déduire l'"écart relatif" avec les autres vitesses, I1 est d'ailleurs possible de n'examiner que les 2 vitesses sélectionnées dans un appareil simplifié puisqu'il y aura mutation des vitesses après régulation, Le calculateur 3 analyse l'écart relatif et en déduit les dérivées premières et secondes, les signes de ces dérivées pouvant seuls servir dans de nombreux cas. L'asservissement 4, traduit cette analyse en ordre à donner à la boite de commande 5 qui transmet les ordres de compensation d'accélération ou de décélération aux roues à réguler. Examinons successivement chacun des dispositifs désignés ci-dessus dont l'ensemble constitue le système faisant l'objet de l'invention. Le sélecteur reçoit en information les 4 vitesses V1, V2, V3 et V4 des roues à contrtler. S'il existe une référence , chacune de ces vitesses sera comparée à la référence Vr, si non le choix sera de rechercher de ces 4 vitesses la vitesse minimale Vmin et la vitesse maximale Vmax, l'une des deux servant de référence selon qu'il s'agit d'un patinage ou d'un enrayage. - La figure 6 représente une réalisation type "à relais" du sélecteur qui comprend 4 basculeurs B , B2r B3 et B4-identiques- ; V1 et V2 entrent en B@ , si V1) V2 les contacts basculent vers la gauche et la lame A vient end , transmettant V1à VMl , devenant ainsi Vmax 1. La lame B en contact en 2, transmet v en Vm2 deve 2 nant ainsi Vmin2. Le basculeur B2 compare V3 et V4 de la même façon le basculeur B3compare les Vmax intermédiaires pour sortir Vmax recherché, et le basculeur B4 compare les Vmin intermédiaires pour sortir Vmin recherché. Un basculeur supplémentaire B5permettrait de classer les deux vitesses restantes intermédiaires, - La figure 7 représente une réalisation électronique du sélecteur, qui comprend 4 comparateurs CI,, C2, C3, et C4 de même principe. V1 et V2 entrent sur deux amplis opérationnels Al et A2 identiques mais inversés en polarité. Si V1 > V2 la sortie de Al est positive et rend passant les deux transistors T1 et T4 débloquant le passage de V1 sur VM1 et V2 sur VM2 ; au contraire A2 bloque les 2 tranwistors T2 et T3 interdisant ie passage inverse de V1 et V2. fle la même façon C2' C3' et C4 fonctionnent , si bien que nous retrouvons en sortie Vm@x et Vmin recherchés. Un comparateur supplémentaire C5 permettrait de classer les 2 vitesses restantes intermédiaires. - La figure 8 représente le comparateur donaant la valeur VM - Vm de l'écart E = VM VM et Vm entrent dans l'ampli opérationnel Al à la sortie duquel on a VM - Vm ; l'ampli opérationnel A2 donne la fonction [log ( VM-Vm) - log VM] et le transistor Tl avec l'ampli opérationnel A3 transforment en anti log. pour sortir la valeur de l'écart E = ## Une variante. simple consiste à faire suivre l'ampli opéra tionnel @ d'un ampli multiplicateur par 1 pour sortir directement l'écart E= (VM-Vm) 1 M Le calculateur doit analyser les écarts et les dérivées premières et secondes, il peut être un. dispositif de dérivation existant ou être l'appareil dit de "dérivations numériques fa@sant l'objet des brevets 73.01520 - 73.35895 et 73.41916. - La figure 9 représente une réalisation type "à relaisn de l'asservissement, qui tient compte de l'analyse faite ci-avant des courbes des écarts et de ses dérivées premières et secondes. Le relais Al s'enclenche pour une valeur de l'écart E, pour l'exemple choisi Ici t= 0,15 donnant un + en @, provoquant un arrêt du freinage dans un cas d'antienrayage ou un sablage ou un arrêt d'alimentation dans le cas d'un antipatinage. Le relais A2 s'enclenche pour une valeur de l'écart E, de 0,40 pour l'exemple choisi ici, donnant un + en 2, provoquant un défreinage dans un caé dwantienrayage, ou une réduction ou coupure d'alimentation dans le cas d'antipatinage. Le relais B est excité par La dérivée première E' > 0, et le relais C par la dérivée seconde E" > 0, ce qui revient à dire que si E > 0,15 avec E1 et E" > 0 il y a instabilité et surement enrayage à venir, il faut donner un + en 2 pour provoquer le défreinage ou couper l'alimentation, - La figure 10 représente une réalisation "électronique" de l'asservissement qui comprend 2 amplis opérationnels Al et A2 dont les références carrespondent aux valeurs 0,15 et 0,40 choisies ci-dessus. Sur sorties pasitives de Al au A2 Les transistors T1 ou T2 deviendront passants et alimenteront les points 2 et 10 du circuit CJ. L'alimentation de B au point 6 correspondra à E1 0 et de C au point 7 à En 0 En sortie nous retrouverons donc les valeurs X = Al et Y = A2 + (A1.B*c) qui assureront les mêmes fonctions que le circuit de la figure 9, Il ressort donc des dispositifs décrits ci-dessus, à titre d'exemples non limitatifs, que l'asservissement transmet les ordres à la boite de commande. Dans un-cas d'antipatinage les ordres, soit de sablage, d'arrêt d'alimentation, de réduction du couple, de shuntage, ou à l'extrême limite de la coupure du courant sont obtenues par des opérations classiques connues. Dans le cas d'antienrayage, bien que le système puisse s'adapter à toute valve ou modérateur déjà existant, deux types de montage vont Qtre cites a titre d'exemple. - La figure il est une application à 2 électrovalves EVl et EV2 montéas en sécurité. L'air ou l'huile sous pression venant, du réservoir auxiliaire RA passe-par le clapet 1 it de l'EVl, puis par l'EV2 pour alimenter le cylindre de frein CF.Pour arrêter le freinage il suffit d'exciter l'électro El pour que le clapet A se ferme et arrête l'alimentation. Pour défreiner il faut exciter l'électro 2, le clapet B s'ouvre et il y a une baisse de pression dans le CF, s'il s'agit d'air, il y a échappement à l'air libre AL, s'il s'agit d'huile, il y a retour au résefvoir par un clapet anti-retour. - La figure 12 est une adaptation à une "electrovalve" modérable de défreinage EMD utilisée couramment sur du matériel ferroviaire. Le fléau F sur l'axe D, est normalement en position, diéquilibre, sollicité dtun cté par la résultante de l'électro- aimant E et du ressort R en position, et de l'autre de l'effort dd à l'airdans le cylindre de frein CF, sur la membrane solidaire de l'échappement C. En position de défreinage l'électroaimant E est excité sous intensité maximale, tirant le fléau et le ressort R, à ce moment le support C du clapet B s'ouvre et laisse échapper la pression à l'air libre AL. En cas de diminution de courant, l'effort du ressort R est prépondérant fait basculer le fléau et ltouverture du clapet A laisse passer l'air du réservoir auxiliaire RA au cylindre de frein CF. Pour réduire le freinage il suffit donc d'augmenter l'intensité dans la bobine de l'électroaimant E, soit d'un cran en excitant le relais R1 soit de 2 crans en excitant le relais R2. Dans tous les cas de systèmes déjà existants, il est possible d'adapter le système de détection et de régulation d'antipatinage et d'antienrayage faisant l'objet du présent brevet. REVENDICATIONS 10 Système pour déceler et compenser le pa tinage ou l'enrayage des roues diun véhicule, caractérisé en ce qutil comporte des dispositifs pour détecter les écarts relatifs entre les vitesses respectives de certaines au moins des roues du véhicule et une vitesse de référence, et des dispositifs régulateurs influencés respectivement par les écarts relatifs détectés, pour réguler les efforts moteurs ou résistants appliqués auxdites roues de façon à annuler lesdits écarts relatifs. 20 Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un comparateur-sélecteur, qui compare les vitesses instantanées des roues les unes aux autres et transmet aux dispositifs détecteurs des écarts relatifs, comme vitesse de référence, soit la vitesse instantanée la-plus élevée en cas d'enrayage, soit la vitesse instantanée la moins élevée en cas de patinage. 30 Système suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le comparateur-sélecteur est aménagé pour transmettre simultanément les vitesses instantanées la: plus élevée et la moins élevée à un unique dispositif détecteur d'écart relatif, et que des moyens sont prévus pour commuter la sortie du dispositif détecteur soit sur le dispositif régulateur associé à la roue de vitesse la moins élevée en cas d'enrayage, soit sur celui associé à la roue de vitesse la plus élevée en cas de patinage. 4 Système suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qutil comporte en outre un 'calculateur déterminant au moins les deux premières dérivées temporelles des écarts relatifs, et une unité logique, dont les entrées, à seuils appropriés, éventuellement réglables, reçoivent les écarts relatifs et leurs dérivées, et dont les sorties commandent les dispositifs régulateurs des efforts appliqués aux roues du véhicule. 50 Système suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité logique comprend, pour les écarts rela tifs des premières entrées à seuil relativement bas, par exemple sl = 0,15, et des secondes entrées à seuil plus élevé, par exemple s2 = 0,40, pour les dérivées premières et secondesdesdits écarts relatifs, des troisièmes et quatrièmes entrées à polarité positive, ainsi que des premières et des secondes sorties pour commander respectivement une interruption de l'accroissement et une réduction ou une annulation des efforts appliqués aux roues correspondantes, et que ladite unité logique est réalisée de manière à transmettre respectivement à chaque paire de ses premières et secondes sorties, des signaux logiques S1 = Es1 S2 = Es2 + (Es1 . E+' . E+" ), Es1, Es2, E+' et E+" étant les signaux logiques transmis respectivement à l'unité logique à partir de ses premières seconde, troisième et quatrième entrées correspondantes.