Brevet FR2512556A1 — publié le 19830311

2512556- La présente invention concerne un procédé pour mesurer la vitesse d'un véhicule sur voie ferrée. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Cette mesure est pratiquement indispensable pour divers usages, par exemple pour l'affichage au poste de conduite et la régulation de vitesse, ainsi que pour la détection d'un patinage au démarrage ou d'un enrayage au freinage Or précisément, cette dernière application donne lieu à certaines difficultés. La mesure s'effectue en effet au moyen de détec- teurs classiques à impulsions de la vitesse angulaire des essieux, un transducteur effectuant la conversion en vitesse linéaire du véhicule Pour tenir compte d'une amorce d'en- rayage de certains essieux en cas de freinage, on a proposé de mesurer la vitesse de chaque essieu et d'en calculer la moyenne Mais il est évident que, dans les circonstances évoquées, cette moyenne perd toute signification. On a également proposé de retenir comme vitesse du véhicule celle correspondant à la vitesse de l'essieu le plus rapide Mais là encore cette mesure est sans signi- fication si tous les essieux sont affectés d'une amorce d'enrayage. La présente invention vise à réaliser un procédé et un dispositif de mesure qui fournissent la vitesse réelle du véhicule même quand les essieux sont affectés d'enrayage. Suivant un premier aspect de l'invention, le pro- cédé pour mesurer la vitesse d'un véhicule sur voie ferrée, consiste à mesurer la vitesse angulaire de chaque essieu, et à déterminer la plus grande de ces vitesses Il est caracté- risé en ce qu'on effectue les opérations suivantes: a on détermine au moins la décélération de l'essieu le plus rapide et l'on calcule la décélération moyenne des essieux; b on calcule la dérivée de la décélération de 12556 l'essieu le plus rapide et on la compare, en valeur absolue, à un seuil prédéterminé; c si cette dérivée est inférieure au seuil, on retient comme vitesse du véhicule la vitesse correspondant à la vitesse angulaire de l'essieu le plus rapide; d si cette dérivée est supérieure au seuil, on retient comme vitesse du véhicule la somme algébrique de la vitesse définie en c) et de l'intégrale de la décélération moyenne par rapport au temps. Un essieu en cours d'enrayage est en décélération rapide et augmentant rapidement Si l'essieu le plus rapide est lui-même dans ce cas, c'est que tous les essieux sont en enrayage Par conséquent, la vitesse de rotation d'un essieu n'est plus significative de la vitesse du véhicule L'inté- grale de la décélération y est Et et l'addition algébrique de cette quantité à la vitesse mesurée de rotation de l'essieu donne une valeur pratiquement exacte de la vitesse du véhicule. Suivant une première forme de réalisation du pro- cédé, pour déterminer la décélération de l'essieu le plus rapide, on dérive la vitesse de l'essieu le plus rapide, et, pour calculer la décélération moyenne, on dérive la moyenne des vitesses. Suivant une seconde forme, on mesure les décéléra- tions de tous les essieux pour calculer directement la décélération moyenne, et on dérive chaque-décélération pour comparer séparément chaque dérivée à un seuil prédéterminé en vue de choisir l'opération c) précitée si au moins l'une de ces dérivées est inférieure au seuil, et l'opération d) dans le cas contraire. C'est en effet seulement si les quatre dérivées dépassent le seuil que tous les essieux sont enrayés. Cette seconde forme du procédé est plus exacte que la précédente mais nécessite un montage plus complexe. D'après un résultat d'expérience on a choisi le seuil de comparaison des dérivées de décélération égal à environ 2,5 m/s 3. Toujours d'après l'expérience, le choix de l'opération c) après d) n'est effectué qu'après suporession du dépassement de seuil par toutes les dérivées pendant une durée prédéter- minée, qui est d'environ 0,5 s. Suivant un second aspect de l'invention, le dis- positif pour mesurer la vitesse d'un véhicule sur voie ferrée, et notamment pour appliquer un procédé tel que celui décrit plus haut, comprend, sur chaque essieu, un détecteur de la vitesse angulaire dudit essieu, et un étage de comparaison déterminant la plus grande de ces vitesses et relié à une borne de sortie du dispositif Il est caracté- risé en ce qu'il comprend: a un étage de calcul de la décélération moyenne des essieux; b un étage de dérivation d'au moins la décéléra- tion de l'essieu le plus rapide; c un étage de comparaison de cette dérivée avec un seuil prédéterminé; d un intégrateur de la décélération moyenne relié en sortie à une entrée d'un additionneur dont une autre entrée est reliée en dérivation à la sortie de l'étage de comparaison de vitesse et dont la sortie est reliée à la borne de sortie de l'appareil; e une liaison entre la sortie de l'étage de com- paraison de la dérivée de décélération moyenne et un inter- rupteur placé sur un court-circuit de l'intégrateur; f une porte OU recevant le signal de vitesse maximale et le signal de sortie de l'additionneur et reliée à la borne de sortie de l'appareil; g un interrupteur situé sur la ligne reliant l'étage de comparaison de vitesse à l'additionneur, cet interrupteur étant relié à la sortie de l'étage de compa- raison de la dérivée de décélération, un étage de mémoire étant relié en dérivation entre cet interrupteur et l'addi- tionneur. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est un schéma électrique d'une pre- mière forme de réalisation de l'invention; la figure 2 est un schéma électrique d'une seconde forme de réalisation de l'invention; la figure 3 est un diagramme temporel destiné à expliquer le fonctionnement du dispositif; En référence à la figure 1, le dispositif conforme à l'invention comprend, dans une première forme de réalisa- tion, quatre détecteurs de vitesse 1 montés respectivement sur quatre essieux d'un véhicule ferroviaire Ces détecteurs sont d'un type classique délivrant des impulsions de fré- quence proportionnelle à la vitesse de rotation des essieux et ils sont reliés à un étage de comparaison 2 qui détermine de façon connue la plus grande des quatre vitesses angulai- res et délivre un signal Vmax représentatif de cette vitesse Dans ce qui suit, on considérera comme équivalents les signaux de vitesse angulaire des essieux et de vitesse linéaire du véhicule, la conversion résultant d'une multi- plication par un coefficient constant Il en sera de même des décélérations. Le signal Vmax est appliqué à une entrée 3 d'un amplificateur opérationnel 4 dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'une diode 5, à une borne de sortie 6 de l'appareil. Le signal V max est appliqué en dérivation par une ligne 7 vers une entrée 8 d'un additionneur 9 dont la sortie est reliée à la borne de sortie 6 par l'intermé- diaire d'une diode il, l'ensemble des diodes 5 et il cons- tituant une porte OU classique 12 laissant passer le plus grand des signaux qui lui sont appliqués à travers les diodes respectives. La ligne 7 comporte, en série, le circuit drain- source d'un transistor 13 à effet de champ formant interrup- teur, dont la grille est commandée par un étage qui sera décrit plus loin. Enfin, un condensateur 10 polarisé négativement est branché en dérivation sur la ligne 7, entre l'interrup- teur 13 et l'additionneur 9, pour servir d'étage de mémoire. Les détecteurs de vitesse 1 sont reliés en dériva- tion à un point commun 14 par l'intermédiaire de quatre résistances identiques 15, de sorte que le signal recueilli en 14 représente la vitesse moyenne V', des essieux Le signal Vm est appliqué à l'entrée 16 d'un dérivateur 17 qui délivre en sortie un signal U m considéré comme la décé- lération moyenne des essieux L'ensemble de résistances 15 et du dérivateur 17 constituent ainsi un étage 18 de calcul de la décélération moyenne Ym, dont la sortie est appliquée à une entrée 19 d'un intégrateur 21 La sortie de cet inté- grateur est reliée à l'autre entrée 22 de l'additionneur 9. L'intégrateur 21 est muni d'une ligne de court- circuit 23 qui le rend inopérant quand elle est fermée. Cette ligne comporte un interrupteur 24 constitué par un transistor à effet de champ dont la grille est attaquée en parallèle avec celle du transistor 13. Le signal V max est encore appliqué à l'entrée 25 d'un dérivateur 26 qui fournit en sortie un signal (max représentant la décélération de l'essieu le plus rapide. Ce signal est appliqué à l'entrée 27 d'un autre dérivateur 28 qui délivre en sortie la dérivée d Ymaxde cette décélé- dt ration. Ce signal est appliqué à un étage 29 de comparai- son avec un seuil prédéterminé S dont la valeur, dans l'exem- ple décrit, correspond à une valeur de 2,5 m/s 3 Cet étage délivre un signal de validation VAL qui vaut "zéro" quand le seuil est dépassé, et qui vaut "un" dans le cas con- traire Ce signal "VAL" est appliqué, par l'intermédiaire d'un étage de temporisation 31 de 0,5 s, à une ligne 32 reliée aux grilles des transistors 13 et 24 Toutefois, seul le passage de "zéro" à "un" est affecté par cette tempori- sation, qui correspond à un désenrayage effectif. On va maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif décrit, en référence à la figure 3. Un véhicule ferroviaire est en cours de freinage et l'on suppose que sa vitesse V décroît linéairement. Tant que tous les essieux ne sont pas enrayés, la vitesse Vmaxde l'essieu le plus rapide est représentative de la vitesse du véhicule et c'est cette vitesse qui apparaît sur la borne de sortie 6 En effet, la décélération e est constante (courbe A) et sa dérivée est nulle (courbe B). Le seuil S n'est donc pas dépassé et le signal VAL vaut "un", ce qui maintient fermés les interrupteurs 13 et 24, ce qui, notamment, rend l'intégrateur inopérant puisqu'il est court-circuité La vitesse prise en compte sur la sortie 6 est celle représentée sur la partie t 1 de la courbe E. A cet instant tl, tous les essieux (donc en par- ticulier l'essieu le plus rapide) se-trouvent enrayés et le signal Vm n'a plus aucune signification La décélération augmente rapidement (courbe A) et sa dérivée prend une valeur importante qui dépasse le seuil S pendant plus d'une demi-seconde (courbe B) Le signal VAL (courbe C) tombe à zéro ce qui ouvre les interrupteurs 13 et 24 L'intégrateur 21 fonctionne et délivre un signal "m t (courbe D) qui vient s'ajouter, dans l'additionneur 9, à la valeur Vmax 1 à l'instant tl, valeur mise en mémoire dans le condensa- teur 10. Par la porte OU 12, la valeur apparaissant sur la borne de sortie 6 est donc: V 3 M 5 1 + im-t Cette valeur, représentée sur la partie E 2 de la courbe E représente assez fidèlement la vitesse réelle du véhicule, c'està-dire la dernière valeur connue comme significative à partir d'une vitesse d'essieu, corrigée de l'effet de décélération dé à l'enrayage (le terme ym t est négatif). Après désenrayage, le signal VAL revient à 1 et l'amplificateur 4 transmet à nouveau la valeur Vmax à cet instant sur la sortie 6 (partie E 3 de la courbe E). On va maintenant décrire, en référence à la figure 2, une seconde forme de réalisation de l'invention Pour désigner les éléments analogues ou jouant le même rôle que dans la réalisation précédente, on utilisera les mêmes numéros de référence augmentés de 100. Quatre détecteurs de vitesse 101 sont montés sur les essieux d'un véhicule ferroviaire et attaquent un étage de comparaison 102 qui délivre un signal Vmax représentatif de la vitesse du véhicule déduite de la vitesse de rotation de l'essieu le plus rapide Ce signal est transmis sur une borne de sortie 106 par l'intermédiaire d'une diode 105. Un circuit en dérivation 107 applique également ce signal à une entrée 108 d'un additionneur 109 dont la sortie est reliée à la borne 106 par l'intermédiaire d'une diode 111 L'ensemble des deux diodes 105 et 111 constitue une porte OU 112 qui laisse passer le plus grand des deux signaux qui lui est appliqué. Sur la ligne 107 est intercalé un interrupteur 113 dont l'entrée de commande est reliée à un étage qui sera décrit plus loin Un condensateur 110 formant étage de mémoire est branché en dérivation entre l'interrupteur et l'additionneur. Quatre accéléromètres 141 sont montés sur les essieux respectifs et sont reliés à un additionneur 118 qui délivre en sortie un signal Ym égal à la moyenne des décé- lérations mesurées par les accéléromètres Ce signal est 12556 appliqué à l'entrée 119 d'un intégrateur 121 dont la sortie est reliée à l'autre entrée 122 de l'additionneur 109 Un circuit 123, muni d'un interrupteur 124, court- circuite l'intégrateur pour le rendre inopérant. Les signaux de décélération issus des accéléro- mètres sont appliqués respectivement à des dérivateurs 128 qui produiront chacun la dérivée de la décélération d ' de l'essieu correspondant, donc, en particulier, de dt l'essieu le plus rapide. Ces signaux sont appliqués respectivement à des étages 129 de comparaison à un seuil prédéterminé S Ces étages délivrent un signal VAL qui vaut "zéro" en cas de dépassement du seuil et "un" dans le cas contraire Dans l'exemple décrit, le signal S correspond à une dérivée de décélération de 2,5 ms 3 Chaque signal VAL passe par un étage de temporisation 131 de manière à n'être transmis qu'après une persistance de 0,5 S au passage de "zéro" à "un". Ces signaux VAL sont appliqués en parallèle, par une liaison 132, aux entrées de commande des interrupteurs 113 et 124. Le fonctionnement de ce dispositif est tout à fait analogue à celui du dispositif décrit précédemment Quand les quatre signaux VAL tombent à zéro (donc en particulier celui correspondant à l'essieu le plus rapide), les quatre essieux sont enrayés et le signal Vnax perd toute signifi- cation Les interrupteurs 113 et 124 s'ouvrent L'intégra- teur fonctionne et la quantité Yn t vient s'ajouter algébri- quement à la dernière valeur significative connue Vmax 1 de Vrax. La différence tient au fait que la décélération moyenne Ym est calculée plus rigoureusement comme la moyenne des décélérations et non comme la dérivée de la vitesse moyenne De même, les décélérations (en particulier la décélération de l'essieu le plus rapide) sont mesurées directement, et non calculées comme dérivées de la vitesse 12556 (en particulier de Vmax) En contre-partie de ces avantages, le montage est un peu plus complexe. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit mais couvre toute variante à la portée de l'homme de l'art. REVEND ICAT IONS 1 Procédé pour mesurer la vitesse d'un véhicule sur voie terrée, dans lequel on mesure la vitesse angulaire de chaque essieu, et dans lequel on détermine la plus grande (Vwax) de ces vitesses, caractérisé en ce qu'on effectue les opérations suivantes: a on détermine au moins la décélération () de l'essieu le plus rapide et l'on calcule la décélération moyenne (X) des essieux; b on calcule la dérivée (d'max de la décéléra- dt tion de l'essieu le plus rapide et on la compare à un seuil (S) prédéterminé; c si cette dérivée est inférieure au seuil, on retient comme vitesse du véhicule la vitesse V Vnax) cor- respondant à la vitesse angulaire de l'essieu le plus rapide; d si cette dérivée est supérieure au seuil, on retient comme vitesse du véhicule la somme algébrique de la vitesse (Vmax) définie en c) et de l'intégrale (ym t) de la décélération moyenne par rapport au temps. 2 Procédé conforme à la revendication 1, carac- térisé en ce que, pour déterminer la décélération (Mx) de l'essieu le plus rapide, on dérive la vitesse (Vnmax) de l'essieu le plus ràpide, et en ce que, pour calculer la décélération moyenne ('i m), on dérive la moyenne (Vm) des vitesses. 3 Procédé conforme à la revendication 1, carac- têrisé en ce qu'on mesure les décélérations de tous les essieux pour calculer directement la décélération moyenne (Y m), et en ce qu'on dérive chaque décélération pour comparer séparément chaque dérivée à un seuil (S) prédéter- miné en vue de choisir l'opération c) précitée si au moins l'une de ces dérivées est inférieure au seuil, et l'opéra- tion d) dans le cas contraire. 4 Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le seuil (S) de comparaison des dérivées de décélération est d'environ 2,5 m/s 3. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le choix de l'opérationc)aprèsd) est effectué après suppressiondu dépassement de seuil par toutes les dérivées pendant une durée prédéterminée. 6 Procédé conforme à la revendication 5, carac- térisé en ce que la durée de suppressiondu dépassement de seuil est d'environ 0,5 s. 7 Dispositif pour mesurer la vitesse d'un véhi- cule sur voie ferrée, et notamment pour appliquer un procédé conforme à la revendication 1, comprenant, sur chaque essieu, un détecteur ( 1,101) de la vitesse angulaire dudit essieu, et un étage de comparaison ( 2,102) déterminant la plus grande (Vmax) de ces vitesses et relié à une borne de sortie ( 6,106) du dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend: a un étage ( 18,118) de calcul de la décélération moyenne (y m) des essieux; b un étage ( 28,128) de dérivation d'au moins la décélération (Y max) de l'essieu le plus rapide; c un étage ( 29,129) de comparaison de cette dérivée avec un seuil prédéterminé (S); d un intégrateur ( 21,121) de la décélération moyenne (Y m) relié en sortie à une entrée ( 22,122) d'un additionneur ( 9,109) dont une autre entrée ( 8,108) est reliée en dérivation à la sortie de l'étage ( 2,102) de comparaison de vitesse et dont la sortie est reliée à la borne de sortie ( 6,106) de l'appareil; e une liaison ( 32,132) entre la sortie de l'étage ( 29,129) de comparaison de la dérivée de décéléra- tion moyenne (t m) et un interrupteur ( 24,124) placé sur court-circuit ( 23,123) de l'intégrateur ( 21,121); f une porte OU ( 12,112) recevant le signal de vitesse maximale (Vmax) et le signal de sortie de l'additionneur ( 9,109) et reliée à la borne de sortie ( 6,106) de l'appareil; g un interrupteur ( 13,113) situé sur la ligne ( 7,107) reliant l'étage ( 2,102) de comparaison de vitesse à l'additionneur ( 9, 109), cet interrupteur étant relié à la sortie de l'étage ( 29,129) de comparaison de la dérivée de décélération, un étage de mémoire ( 10,110) étant relié en dérivation entre cet interrupteur et l'additionneur. 8 Dispositif conforme à la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un étage de temporisation ( 31,131) en:sortie de l'étage ( 29, 129) de comparaison de la dérivée de décélération. 9 Dispositif conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'étage ( 18) de calcul de la décélération moyenne comprend un étage ( 15) de calcul de la vitesse moyenne (Vm) des essieux relié en sortie à un dérivateur ( 17). Dispositif conforme à la revendication 9, carac- térisé en ce que l'étage de dérivation de la décélération ( autre dérivateur ( 26) recevant le signal de vitesse maxi- male (Vmax). 11 Dispositif conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'étage de calcul de la décé- lération moyenne (y m) comprend un additionneur ( 118) dont les entrées sont reliées à des capteurs de décélération ( 141) disposés sur chaque essieu. 12 Dispositif conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que l'étage de calcul d'au moins la décé- lération de l'essieu le plus rapide comprend autant de dérivateurs ( 128) que d'essieux, reliés respectivement par leur entrée aux capteurs de décélération ( 141) et par leur sortie à des comparateurs à seuil ( 129) respectifs.