Brevet FR2358303A1 — publié le 19780210

La présente invention concerne un circuit de régulation électropneumatique pour la force de freinage de véhicules, plus particulièrement de véhicules sur rails, du type comportant, pour chaque cylindre de frein, une électrovanne contrôlant l'alimentation Ou la désaération de ce dernier, les électrovannes étant à leur tour contrées par une commande électrique de correction ou d'asservissement. Dans le brevet accordé en République Fédérale d'Allemagne sous le nO 1.100 672, on a déjà décrit une installation de freinage électropnoematique pour des véhicules sur rails, du type dans laquelle la pression qui règne dans un cylindre de rein est contre lée ou commandée par l'intermédiaire de 1' électrovanne d'alimentation et de déssération grace au fait que ces électrovannes sont contrôlfies, du point de vue de leur comportement à la commande, par un circuit électrique de correction ou d'asservissement. A cet effet, on prévoit deux diviseurs de tension qui constituent ensemble un pont de Wheatstone, et dont l'un est commandé à la main (valeur de consigne de la pression) alors que l'autre est commandé par un piston chargé élastiquement ainsi que par la pression à contrôler (valeur réelle de la pression). Dans la branche transversale du pont, est monté un relais polarisé par l'inter- médiaire duquel est commandée l'électrovanne d'alimentation ou de déssération, en fonction de la polarité de la tension différentielle qui règne entre les deux prises des diviseurs de tension. Mais le relais polarisé nécessite, pour sa commutation, une certaine tension minimale, en sorte qu'il faut dépasser une valeur de seuil. De plus, le relais présente, dans son comportement de commutation, une certaine hystérèse. Cette installation de freinage présente l'inconvénient qui réside principalement dans la faible vitesse de commutation qui résulte du réglage du rhéostat ou résistance à curseur ainsi qu't l'inertie du relais polarisé. De plus, il n'est pas possible de régler la valeur de seuil et l'hystérèse, et l'installation de freinage est sensible aux secousses. Pour remédier à ces inconvénients, on a déjà proposé un transformateur électro-pneumatique pour la commande électrique à distance de génératetrs de pression pneumatiques, sur la base d'une commande à poursuite. La valeur réelle de la pression ainsi que la valeur de consigne de la pression sont appliquées, sous la forme de valeurs de tension proportionnelles à la pression, à un am- plificateur différentiel. La différence de tension est appliquée à deux circuits de déclenchement distincts (seuil positif et négatif) dont les sorties sont amplifiées et commandent respectivement l'électrovanne d'alimentation et de désaération. Pour obtenir des vitesses de commutation élevées, le circuit de contrôle ou de commande asservi ntest constitué que par des composants électroniques. L'inconvénient de cette dis position réside dans le fait que pour éviter l'apparition d'oscillations de dépassement, une circuiterie complexe supplémentaire est nécessaire. La présente invention a pour objet un circuit de régulation électropneumatiqoe de la force de freinage du type rappelé en tete du présent mémoire, et qui, bien que possédant une sensibilité élevée ainsi qu'une régulation à action rapide, peut etre réalisé avec des moyens simples sans apparition d'oscillations de dépassement. A cet effet, le circuit de régulation selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait qu'une tension d'un pont de Wheatstone, représentant un écart de réglage,est appliquée aux entrées de l'amplificateur différentiel, que ce dernier est relié à deux comparateurs représentant des détecteurs de signes, et que lesdits comparateurs sont reliés, par l'intermédiaire d'amplificateurs, à des bobines d'excitation des électrovannes d'alimentation et de désaération des cylindres de frein. D'autres avantages et formes de réalisation sont définis dans les revendications annexées au présent mémoire dont elles font partie mais dans lequel elles ntont pas été reproduites afin d'éviter des longueurs inutiles. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 représente le schéma de principe d'un circuit de régulation électropneumatique pour la force de freinage de véhicules, selon l'invention. La figure la est un schéma explicatif. La figure 2 est un schéma de montage de la régulation élec tronque La figure 3 est un autre schéma de montage d'une telle régulation électronique. Dans la figure 1, on a représenté la constitution de principe d'un circuit de régulation de la force de freinage. Un dispositif 1 fonctionnant avec de l'air comprimé, et qui peut par exemple etre un cylindre de frein, est relié par l'in termédiaire d'une électrovanze d'alimentation 2 à un réeervoir d'air comprimé 3, et, par l'intermédiaire d'une électrovanne de désaération 4, à l'atmosphère. La pression qui règne dons le dispositif 1 est mesurée par un générateur de pression 5 et la tension électrique qui en résulte, et qui est proportionnelle à la pression, est appliquée à un régulateur électronique 6. Par une autre entrée, le régulateur 6 est relié à un générateur de valeurs de consigne 7 qui fournit une tension électrique qui est proportionnelle à la valeur de consigne de la pression qui règne dans le dispositif I. A deux sorties du régulateur 6 sont respectivement reliées les électrovannes 2 et 4. Dans ce qui suit, on explicitera le mode de fonctionnement du circuit de régulation de la force de freinage, tel que repré senté dans la figure 1. La valeur souhaitée de la pression est réglée altomatique- ment ou à la main au générateur de la valeur de consigne 7. Cette valeur de consigne est comparée, dans le régulateur, à la valeur réelle fournie par le générateur de pression 5. Trois cas sont à distinguer 1. Valeur de consigne - valeur réelle (plage 2 de la fi gure la) 2. Valeur de consigne c valeur réelle (plage 1 de la fi gure la) 3. Valeur de consigne > valeur réelle (plage 3 de la fi gure la). Suivant le cas, les mesures suivantes doivent etre prises. Cas 1 : La pression doit etre maintenue constante, les électrovan- nes 2 et 4 ne doivent pas etre excitées. Cas 2 : Augmenter la pression, exciter l'électrovanne 2, l'électro- vanne 4 est désexcitée. Dans ce dernier cas, 1' électrovanne 2 est ouverte et de l'air sous pression passe du rdservoir 3 dans le dispositif 1 jus qu'à ce que le cas I soit atteint. L'électrovanne 4 est fermée en permanence. Cas 3 : La pression est abaissée, ltElectrovanne 2 reste à tat désexcité, l'électrovanne 4 est excitée. L'électrovanne 4 s'ouvre, de l'air sous pression s'échappe dans l'atmosphère, la pression baisse jusqu'd ce que le cas I soit atteint. L'électrovanne 2 reste fermée en permanence. Pour éviter les oscillations dans le mode opératoire de la régulation, la courbe caractéristique du régulateur 6est celle qui est représentée dans la figure la. La ligne représentée en traits interrompus représente l'allure de la tension à la sortie 4a, la ligne en traits pleins représente l'allure de la tension de la sortie 2a. Pour éviter des oscillations, on prévoit dansure zone Ou plage 2 dans laquelle les deux électrovannes ne sont pas sollicitées, bien que l'on soit en présence d'un écart de régulation (Us - UI). En outre, les deux courbes caractéristiques montrent la présence d'une hystérèse qui sert également à éviter des oscillations inutiles. Des seuils de mise en service et de mise hors service, et par voie de conséquence d'hystérèse, sont réglables, en sorte que l'on peut également satisfaire les exigences posées à la sensibilité de la commutation. Il est bien évident que dans le cas présent, il faut, comme dans tout circuit de régulation accepter un compromis, pour l'ajustage, entre la fréquence de lamise en service et la sensibilité de la réponse. Dans la figure 2, on a représenté un schéma de montage du régulateur 6 de la figure 1. Les résistances 8, 9 , 10 et 11, 12, 13 forment un pont de Wheatstone symétrique? la résistance 9 représentant le générateur 7 de la valeur de consigne et la résistance 12 le générateur de pression 5. La prise médiane de la résistance 9 est reliée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 14, et la prise médiane de la résistance 12 est reliée à l'entrée inverseuse de cet amplificateur opérationnel. La sortie de l'amplificateur opérationnel 14 est reliée à deux comparateurs 15 et 16 qui sont, à leur tour, reliés à des amplificateurs d'attaque ou de commande 17, 18. Ces amplificateurs sont reliés aux bobines 19, 20 des électrovannes 2, 4 (figure 1). LR mode de fonctionnement de ce circuit est le suivant S'il y a un écart entre la valeur réelle et la valeur de consigne, les prises médianes des résistances 9 et 11 ne se situent pas symétriquement entre elLes, et la tension aux bornes du pont représente une valeur positive ou négative, différente de zéro.Cette tension est amplifiée dans l'amplificateur différentiel 14 aux bornes de sortie duquel apparat une tension qui est proportionnelle à 1' écart de réglage Us UI. Pour séparer les écarts de réglage positifs et négatifs, on a prévu les deux comparateurs 15, 16, le comparateur 15 n'étant sollicité que pour un écart de régulation positif, et le comparateur 16 pour un écart de régulation négatif. les comparateurs tiennent compte des valeurs de seuil de sollicitation et de l'hystérèse. Si l'on est en présence d'un écart de régulation positif Us - UI) 0, c'est-a-dire si la valeur de consigne est plus grande que la valeur réelle, le comparateur 15 est excité et il excite, par 1' intermédiaire de l'amplificateur 17, la bobine 19 ;; ltélectrovanne 2 s' ouvre et la pression croit jusqu'à ce que l'écart de régulation soit annulé. Si l'on se trouve en présence d'un écart de régulation négatif, Us - Ul c'est-a-dire si la valeur de consigne est plus petite que la valeur réelle, le comparateur 16 est sollicité et il excite par l'intermédiaire de l'amplificateur 18, la bobine 20 ; l'électrovanne 4 s'owre et la pression diminue jusqu'à ce que l'écart de régulation soit à nouveau annulé. La figure 3 représente un autre schéma du régulateur 6 ; ce schéma est constitué par des composants discrets. Les mêmes chiffres de référence représentent les mssmes éléments que ceux des autres figures. les résistances 8, 9, 10 et 11, 12, 13 forment à niveau le pont de Wheatstone. En parallèle sur la résistance 5 est branchée une autre résistance réglable 21 pour un équilibrage fin du pont. La prise médiane du potentiomètre 9 est reliée à la base d'un transistor 22 dont le collecteur est relié à la masse par 1' intermédiaire d'une résistance 23. Symétriquement à ce montage est prévu le montage comprenant Z résistance 12, le transistor 22' et sa résistance de collecteur 23'. les deux transistors 22 et 22' sont donc associés pour constituer un amplificateur différentiel. les deux émetteurs des transistors 22 et 22' sont reliés en commun avec le collecteur d'un transistor 24 qui sert de source de courant pour l'amplificateur différentiel. Par 1' intermédiaire de la résistance d'émetteur 25, le transistor 24 est relié à la tension d'alimentation. Par l'intermédiaire d'un diviseur de tension comprenant la résistance 26 et un po tentiometre 27 dont le point commun est relié à la base du transistor 24, on détermine le point de fonctionnement de ce dernier. Au collecteur du transistor 22 est reliée la base d'un tran sistor 28 qui est relié à sa résistance de collecteur 29 pour cons- tituer un comparateur. Pour fournir le seuil de commutation souhaité et indiqué ci-dessus, ainsi que l'hystérèse, la tension de collecteur du transistor 28 est accouplée, par l'intermédiaire d'une résistance fortement ohmique -30, à la base du transistor 22. Uh montage symétrique au précédent est réalisé, par l'intermédiaire d'une résistance, entre le transistor 22', le transistor 28' et sa résistance de collecteur 29'. Les collecteurs des transistors 28 et 28' sont reliés avec des circuits amplificateurs de commande, non non résentEs, reliés à leur tour aux bobines des élec- trovannes. Le mode de fonctionnement du circuit selon la figure 3 est analogue à celui du montage de la figure 2 si l'on tient compte que les transistors 22 et 22' et leurs résistances associées represen- tent l'amplificateur différentiel et que les transistors 28 et 28' et leurs résistances représentent les comparateurs. De ce fait, il est inutile de décrire dans son détail le mode de fonctionnement du circuit de la figure 3. Il convient en outre de noter que, sans sortir du cadre de 1' invention, le technicien moyen peut réaliser des variantes de ces circuits et de leur mode d'application. Par ailleurs, il faut noter que l'on peut utiliser, comme générateur de pression, tout dispositif pouvant fournir directement ou indirectement, par I'intewédiaire d'un piston chargé par un ressort et déplaçant la prise d'une résistance à curseur, une tension électrique proportionnelle à la pression. Par ailleurs, il n'est pas impossible d'utiliser comme générateur de valeurs de consigne des dispositifs variés. Ainsi, une forme d'application préférée prévoit par exemple de dériver la valeur de consigne de la pression de freinage, sous la forme d'une tension électrique, à partir d'un dispositif antiblocage. L'utilisation de générateurs de pression, de générateurs d'efforts, de générateurs de vitesse ou d'accélération et autres dispositifs servant à transformer une grandeur physique en une tension électrique peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention, Il est bien évident pour le technicien que l'invention peut également être mise en oeuvre pour la régulation de l'effort de freinage de véhicules automobiles et d'avions. Il est également possible de contrôler la pression dans des réservoirs contenant un milieu sous pression. Enfin, il convient de noter que 1 'inven- tion n'est pas limitée à des dispositifs fonctionnant à l'air comprimé mais peut égalenent s'étendre à des dispositifs mettant en oeuvre tout moyen hydraulique. Enfin, il convient de noter que la résistance - valeur de consigne (9) est susceptible d'etre ajustée ou réglée par 1' inter- médiaire d'un dispositif de protection contre les blocages et/ou par un dispositif de sécurité inductive du train ; à l'aide de la pédale de frein d'un véhicule à A la main ou automatiquement en fonction de la charge du véhicule, ou d'autres grandeurs telles que l'inclinaison de la voie, la température extérieure, la valeur d'adhérence entre la roue et la voie et autres grandeurs qui exercent une influence sur le comportement du freinage d'un véhicule, et qu'à la place de cette résistance - valeur de consigne (9) on peut prévoir plusieurs résistances en parallèle ou en série, à chacune desquelles on associe les possibilités de réglage suppldmen- taire susmentionnées. R E VI -D n:c aT I O N S 1 - Circuit de régulation électropneumatique pour la force de freinage de véhicules, plus particulièrement de véhicules sur rails, du type comportant, pour chaque cylindre de frein, une électrovanne contrôlant l'alimentation ou la désaération de ce dernier, les électrovannes étant à leur tour contrôlées par une commande électrique de correction ou d'asservissement, caractérisé par le fait qu'une tension d'un pont de Wheatstone (8, 9, 10 et 11, 12, 13) représentant un écart de réglage est appliquée aux entrées d'un amplificateur différentiel, que ce dernier est relié à deux comparateurs (15, 16) de signes et que lesdits comparateur;; (15, et 16) sont reliés, par l'intermédiaire d'amplificateurs (17, 18), à des bobines d'excitation (19, 20) des électrovannes d'alimentation et de désaération des cylindres de frein. 2 - Circuit de régulation électropneumatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on prévoit, dans le pont de Wheatstonne deux résistances réglables (9, 12) dont la première (9) est susceptible autre ajustée d l'aide d'un générateur de valeur de consigne (7) et l'autre à l'aide dlM générateur de pression (5). 3 - Circuit de régulation selon les revendications 1 et 2 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que les comparateurs (15, 16) comportent un seuil de mise en circuit et une hystérèse de mise en circuit réglables 4 - Circuit de régulation électropneumatique selon les revendications 1 à 3 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que l'un des comparateurs (15) n'est en circuit que pour des tensions positives par rapport à une ligne de passage par la valeur zéros alors que l'autre comparateur (16) n'est mis en circuit que pour des tensions négatives par rapport à cette ligne 5 - Circuit de régulation électropneumatique selon les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que la résistance - valeur de consigne (9) - est susceptible d'etre ajustée à l'aide de la pédale de frein d'un véhicule. 6 - Circuit de régulation électropneumatique selon les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que la résistance- valeur de consigne (9)-est susceptible d'etre ajustée par l'intermédiaire d'un dispositif de protection contre les blocages et/ou par un dispositif de sécurité inductive du train. 7 - Circuit de régulation électropneumatique selon les revendications 1 à 6 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que la résistance - valeur de consigne (9) est susceptible, de plus, d'étire ajustée à la main ou automatiquement en fonction de 1' état de charge du véhicule. 8 - Circuit de régulation électropneumatique selon les revendications 1 å 7 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que la résistance - valeur de consigne est de plus susceptible d'être ajustée en fonction d' autres grandeurs telles que l'in- clinaison de la voie, la température extérieure, la valeur d'adné rence entre la roue et la voie et d'autres grandeurs qui exercent une influence sur le comportement du freinage d'un véhicule. 9 - Circuit de régulation électropneumatique selon les revendications 5 à 8 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'à la place d'une résistance - valeur de consigne (9), on prévoit plusieurs résistances en parallèle ou en série à chacune desquelles on associe des possibilités de réglage supplémentaires selon l'une quelconque des revendications 6 à 8. 10 - Circuit de régulation électropneumatique selon les revendications 1 à 9 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait que le générateur de valeurs de consigne (7) est distant des électrovannes (2 et 4) pour une comnande à distance de la pression. 11 - Circuit de régulation électropneumatique selon les revendications 1 à 4 prises dans leur ensemble, caractérisé par le fait qu'à la place d'un dispositif fonctionnant à air comprimé (1), on prévoit un réservoir de réserve d'air comprimé ou une cuve à milieu sous pression.