Brevet FR2344004A1 — publié le 19771007

La présente invention se rapporte à un procédé pour la détermination de la charge statique des roues sur les vé- hicules ferroviaires, procédé dans lequel la charge des roues agissant sur les rails et constituée d'une composante statique et d'une composante dynamique est mesurée au moyen de capteurs dynamométriques disposés sur les rails, et dans lequel les signaux de sortie des capteurs sont, par un dispositif de filtrage électronique, transformés en un signal correspondant à la charge statique des roues. Dans un procédé connu de ce genre, pour la détermination rationnelle et rapide de la charge des roues, on fait circuler des voitures de chemins de fer à une vitesse maximale de 14 km/heure sur un dispositif de pesée (Revue Générale de: Chemins de Fer ; octobre 1975, pages 588 à 597). Dans ce dispositif de pesée, on utilise, comme pont de pesée,un tronçon de voie séparé qui est monté sous la forme de deux poutres sur deux capsules dynamométriques avec ;jauge extensométrique. les efforts aux appuis ainsi captés sous la forme d'un signal de mesure électrique contiennent la charge statique recherchée des roues , mais avec superposition de composantes dynamiques de la charge.Ces composantes dynamlques, généralement perturbatrices, de la charge des roues sont dues aux oscillations propres dans la plage d'environ 5 à 10 Hz de la suspension élastique du véhicule, oscillations qui sont excitéesllors de la marche du véhicule, par les variations de la vitesse, les irrégularités de la voie et analogues. I1 est possible de débarrasser les signaux de mesure de ces composantes dynamiques perturbatrices au moyen d'un filtrage passe-bas électrique0 Plus la fréquence limite nécessaire du filtre passe-bas est basse, plus longue est toutefois la période transitoire au bout de laquelle on peut disposer sans erreur possible de la composante en tension continue recherchée du signal de mesure Une longue période transitoire nécessite une longueur du pont de pesée qui va en augmentant à mesure que la vitesse du véhicule croit. Comme toutefois il s1 agit de mesurer les charges des différents essieux, la longueur maximale du pont de pesée est limitée à la plus petite distance entre essieux exis- tante.Avec le procédé décrit dans la revue précitée, il s'ensuit que l'on ne peut atteindre qu'une vitesse de passage maximale de 14 km/heure, La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser, pour la détermination de la charge statique des roues des véhicules ferroviaires, un procédé qui permette s pour le passage sur le tronçon de mesure, des vitesses plus élevées que jusqu'ici et qui permette cependant de-déterminer avec grande précision la composante statique de la charge des roues. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait quten plusieurs points le long du tronçon de mesure, on mesure la charge des roues agissant localement et que lton envoie les différentes impulsions de mesure, au rythme de leur formation, à un filtre numérique à caractéristique passe-bas. L'invention repose sur le fait connu que la fréquence perturbatrice f n (oscillations/êeconde), déterminée en tant que fonction du temps, par le système ressort-masse de la suspension du véhicule, de la composante dynamique à peu près si nodale de la charge des roues devient, par suite de la vis tesse de passage v le long de la voie, une fonction du lieu. t la période d'oscillation perturbatrice dans le temps l T = fn correspond au lieu donné, la longueur d'onde #n = v.T à laquelle appartient "la fréquence locale" # n = l (os- n n cillations/mètre). Cette 11fréquence locale" est lue et interprétée dans le procédé selon l'invention. A l'inverse de la "fréquence locale perturbatrice" # n = n dépendante #v de la vitesse, la composante utile recherchée du signal de mesure est, en tant que composante de tension continue, indépendante de la vitesse du véhicule.La longueur du tronçon de pesée n'est désormais plus comme auparavant déterminée par la plus petite distance entre les essieux des véhicules ferroviaires, leur vitesse et la période transitoire du filtre électronique, mais par la Ucourse transitoire", indépendante de la vitesse, du filtre passe-bas à fréquence locale, (filtre numérique) utilisé pour l'élimination des perturbations ; la vitesse de passage des véhicules ferroviaires soumis à la mesure n'est donc en principe plus limitée par le procédé de mesure selon l'invention. On peut obtenir un avantage décisif supplémentaire selon une autre particularité du procédé selon l'invention dans lequel, pour mesurer la charge statique de plusieurs roues circulant simultanément sur le tronçon de mesure, on envoie les impulsions de mesure, associées à chaque roue, des capteurs dynamométriques, à un filtre numérique fonctionnant en multiplex Un tel procédé de mesure est donc entièrement indépendant non seulement de la vitesse de passage des véhicules ferroviaires, mais également de la distance entre leurs essieux. Un autre avantage consiste à mesurer à chaque fois la déformation locale élastique du rail aux endroits de mesure du tronçon de mesure. I1 n'est donc plus nécessaire comme auparavant de séparer différentes sections de rail du tronçon de mesure. En particulier la mesure de la déformation de la section transversale du rail intervenant au passage d'une roue permet, mtme en cas de faibles intervalles entre les capteurs dyliWnO- métriques , une mesure exacte de la charge des roues, attendu qu'une telle déformation du rail est limitée à une zone étroite autour du point d'application de la roue et que par conséquent l'influence antagoniste des roues de deux essieux voisins reste négligeable. Dans un dispositif approprié pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les capteurs dynamométriques, permettant de mesurer la charge, agissant localement, des roues d'un véhicule ferroviaire sont disposés à distance les uns des autres sur les rails d'un tronçon de mesure et sont raccordés au moins à un filtre numérique à caractéristique passe-bas entratné au rythme des impulsions de mesure délivrées par les capteurs. Par ailleurs, les capteurs dynamométriques peuvent être raccordés à au moins deux filtres numériques par l'intermédiaire d'un commutateur multiplex entraSné au rythme des impulsions de mesure émanant des capteurs. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les mieux appropriés sont des capteurs dynamométriques qui comportent une jauge extensométrique, un détecteur de valeur maximale relié à cette dernière et un transformateur analogiquenumérique s'y raccordant. Sans mettre en oeuvre des moyens importants, on peut optimiser le procédé selon l'invention en déterminant la plus grande distance réciproque d des capteurs dynamométriques d'un tronçon de mesure par la relation v min # v max d = vmax # fmax + vmin. #fmax -fmin et fmax étant respectivement la plus petite et la plus grande fréquence intervenant de la composante dynamique de la charge des roues et Vmin et Vmax étant respectivement la plus petite et la plus grande vitesse de passage des véhicules ferroviaires dans la zone du tronçon de mesure. Cette plus grande distance admissible des capteurs dynamométriques s'obtient en utilisant des règles connues de la théorie de balayage ou lecture en fonction du temps relative à la "fréquence locale de lecture" #A r- par la relation t #A = (#n)max + ( #n) min (1) relation dans laquelle (#n)max et (# n)min sont respectivement la plus haute et la plus basse "fréquence locale perturbatrice" intervenant.Conformément à la définition donnée cidessus de la "fréquence locale" on a s ( # n)max = fmax (2) vmin (#n)min = fmin (3) vmax Si l'on transpose en (1) les relations (2) et (3), on a, pour la distance maximale admissible d des capteurs dynamométriques t d = vmax . vmin fmax # Vmax + fmin # Vmin Le nombre des capteurs dynamométriques installés les uns derrière les autres peut être déterminé par l'état transitoire au moins à obtenir du ou des filtres numériques. Comme le comportement transitoire de chaque filtre numérique peut être exactement déterminé et par conséquent connu, il n'est pas indispensable pour la mesure de la charge des roues d'atteindre l'état transitoire complet des filtres numériques, I1 suffit, si cela est connu, que ltétat transitoire par exemple de 60 * ait été atteint au cas où l'amélioration du rapport signal-bruit, intervenant pendant l'amorçage, est suffisante. I1 est possible de ce fait de réduire le cas échéant le tronçon de mesure et par conséquent le nombre des capteurs dy namométrique s L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente schématiquement la structure d'un dispositif pour la mesure de la charge statique de plusieurs roues circulant simultanément sur le tronçon de mesure la figure 2 représente schématiquement la structure d'un capteur dynamométrique la figure 3a représente la courbe de la charge des roues le long d'une section de rail la figure 3b représente la fonction de transition du dispositif de mesure lors de la lecture de la charge des roues par les capteurs dynamométriques. La figure 1 représente schématiquement un tronçon de mesure 0-L le long duquel la charge des roues des essieux 301 , 3.2, 3.3 est mesurée au moyen des capteurs dynamométriques 1.1, 1.2, ... et 2.1, 2.2... disposés sur les rails. Ces capteurs dynamométriques 1.1, 1.2,... et 2.1, 2.2, ... sont raccordés à un commutateur multiplex 4 (par souci de clarte seul est représenté celui pour les capteurs 1.1, 1.2 ...) le commutateur multiplex 4 est commandé au rythme des signaux délivrés. par les capteurs dynamométriques et applique les valeurs de mesure, provenant des capteurs, de chacune des roues passant sur le trajet de mesure à chaque fois aux filtres numériques récursifs 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 associés respectivement à ces roues.Pour le fonctionnement des filtres numériques 5.1 à 5.4, il suffit d'un opérateur arithmétique 6 qui exécute les multiplications et les additions nécessaires et qui est automatiquement accouplé à chaque fois aux filtres numériques. le dispositif représenté sur la figure 1 permet la mesure de la charge des roues d'au maximum quatre essieux circulant simultanément sur le tronçon de mesure. Un signal correspondant à la charge statique des roues peut entre prélevé sur les filtres numériques 5.1 à 5.4 pour traitement ultérieur, par exemple surveillance de la valeur limite, expression ou affichage optique. La figure 2 représente schématiquement la structure d'un capteur dynamométrique 1 selon l'invention. Une jauge extenst- métrique 7, qui est directement raccordee au: rail en un point approprié, délivre un signal de mesure correspondant à la déformation élastique de la section du rail lorsqu'une roue d'un véhicule ferroviaire passe sur le point de mesure. Ce signal de mesure eSt envoyé à un détecteur de valeur maximale 8 qui extrait la valeur maximale du signal de mesure et l'applique à un transformateur analogique-numérique 9 . L'impulsion qui apparaît à la sortie du transformateur analogique-numérique correspond à la valeur de la charge des roues, constituée par une composante dynamique et une composante statique et agissant momentanément au point de mesure. Les impulsions produites par les capteurs dynamométriques et émises les unes après les autres par une roue sont soit directement soit, comme représenté sur la figure 1, par 1' inter- médiaire d'un commutateur multiplex, appliquées à un filtre numérique récursif à caractéristique passe-bas. Un tel filtre numérique est connu par la littérature (C.N. Rader, B. Gold Digital Processing of Signals, (traitement numérique des signaux), McGraw-Hill, N.Y0 1969) et n'a pas besoin d'être décrit ici en détail. La réaction d'un tel filtre numérique aux impulsions déclenchéBs par une roue individuelle passant sur le tronçon de mesure est expliquée à l'aide des figures 3a et 3b. La figure 3a représente la charge des roues, constituée par une composante statique RS et une composante dynamique Rns en tant que fonction de l'endroit X le long d'une section de rail contenant le tronçon de mesure 0-L . Sur le tronçon de mesure 0-S sont répartis, à des intervalles équidistants d, les capteurs dynamométriques 1.1, 1.2... qui "lisent" la fonction locale R (x) et délivrent des valeurs correspondantes au filtre numérique qul traite de façon connue.A la sortie du filtre numérique apparaît alors un signal M (figure 3b) augmentant avec le nombre b des valeurs de mesure traitées et tendant vers une valeur de saturation Rs . Cette valeur de saturation correspond à la valeur de la charge statique des roues. Lors du dimensionnement du filtre numérique passe-bas, il faut que l'affaiblissement de blocage minimal , nécessaire pour supprimer suffisamment les efforts perturbateurs dynamiques à la plus faible fréquence locale" ( t n)min intervenant, soit atteint avec largeur de bande la plus grande possible du filtre passe-bas, afin d'avoir un court "trajet transitoire" et un petit nombre de capteurs dynamométriques nécessaires. Il y a lieu de se rendre compte que la longueur du tron çon de mesure 0-D et par conséquent le nombre des capteurs dynamométriques aux intervalles déterminés d doit etre suffisamment grand pour pouvoir capter au moins une période d'oscillationda plus petite fréquence perturbatrice à tenir compte pour éviter une altération de la valeur de mesure. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la détermination de la charge statique des roues de véhicules ferroviaires, dans lequel la charge des roues agissant sur les rails et constituée d'une composante statique et d'une composante dynamique, est mesurée au moyen de capteurs dynamométriques disposés sur les rails, et dans lequel les signaux de sortie des capteurs sont, par un dispositif de filtrage électronique, transformés en un signal correspondant à la charge statique des roues, caractérisé par le fait quten plusieurs points le long d'un tronçon de mesure, on mesure la charge des roues agissant localement et que l'on envoie les différentes impulsions de mesure, au rythme de leur formation, à un filtre numérique à caractéristique passe-bas. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour mesurer la charge statique de plusieurs roues circulant simultanément sur le tronçon de mesure, les impulsions de mesure, associées à chaque roue, des capteurs dynamométriques sont appliquées à chaque fois à un filtre numérique fonctionnant en multiplex. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'aux points de mesure du tronçon de mesure, on mesure à chaque fois la déformation locale élastique du rai 10 4. Dis.positif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que des capteurs dynamométriques permettant de mesurer la charge des roues agissant localement d'un véhicule ferroviaire sont disposés à distance. les uns des autres sur les rails d'un tronçon de mesure et sont raccordés au moins à un filtre numérique à caractéristique passe-bas actionné au rythme des impulsions de mesure délivrées par les capteurs. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les capteurs dynamométriques sont, par l'in- termédiaire d'un commutateur multiplex actionné au rythme des impulsions de mesure délivrées par les capteurs, raccordés au moins à deux filtres numériques. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que le capteur dynamométrique comporte une jauge extensiométrique, un détecteur de valeur maximale relié à cette dernière et un transformateur analogique-numérique s'y raccordant. 7. Dispositif selon ltune quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que la plus grande distance réciproque des capteurs dynamométriques d'un tronçon de mesure est déterminée par la relation : d Vm t vmax vmax # fmax + vmin # fmin relation dans laquelle f et fmax représentent respectivement la plus petite et la plus grande fréquence intervenant de la composante dynamique de la charge des roues, et vmin et Vmax respectivement la plus petite et la plus grande vitesse de passage, intervenant dans la zone du tronçon de mesure, des véhicules ferroviaires. 8. Dispositif selon Itune quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé par le fait que le nombre des caFteurs dynamométriques installés les uns derrière les autres est déterminé par l'état transitoire maximal à attendre du ou des filtres numériques.