Brevet FR2552900A1 — publié le 19850405

La présente invention concerne un dispositif d'asservissement de puissance pour machine hydraulique, ainsi qu'un appareil comprenant au moins un tel dispositif d'asservissement. Plus précisément, elle concerne un dispositif d'asservissement dans lequel les déplacements relatifs en translation d'un organe de travail et d'un objet sont asservis à la puissance absorbée par 1'organe de travail, par exemple une brosse rotative. On connaît déjà des installations de lavage de véhicules comprenant des brosses cylindriques entratnées en rotation afin qu'elles frottent les surfaces de la carrosserie et des roues du véhicule à nettoyer. Ces installations comportent une brosse "frontale" dont l'axe est horizontal et au moins deux brosses "latéxales" tournant autour d'axes sensiblement verticaux. Pendant leur mouvement de rotation, les brosses reçoivent de l'eau, avec ou sans détergent ou autres additifs. Dans un exemple d'installations connues, le v~- hicule est fixe et les brosses sont montées sur un porque rigide qui se déplace le long de rails sensiblement parallèles à l'axe longitudinal du véhicule. Il est important que, pendant ce ddplacement du portique, les brosses suivent aussi régulièrement que possible le contour du véhicule. Un exemple d'installation à portique comprend des moteurs électriques destinés à entratner les brosses en rotation, d'autres moteurs électriques destinés à déplacer en translation les supports des brosses par rapport au portique, et d'autres moteurs électriques destinés à déplacer le portique en translation. Ces installations connues présentent de nombreux inconvénients. D'abord, les différents moteurs doivent avoir une puissance de l'ordre du kilowatt, si bien que leur tension 'alimentation doit être au moins égale à 220 V. L'utilisation d'une telle tension dans une atmosphère saturée d'humidité et en présence d'eau qui ruisselle présente certains dangers. Ensuite, le fonctionnement intermittent de ces moteurs crée des perturbations électriques, notamment du réseau de distribution d'énergie électrique, rendant difficilement réalisable en pratique toute tentative de régulation.Enfin, la vitesse de rotation de ces moteurs électriques est de l'ordre de 1500 tr/min si bien qu'un réducteur de vitesse doit être monté entre chaque moteur d'entraînement en rotation de brosse et la brosse correspondante (tournant à 100 tr/min environ), et entre les moteurs d'entraînement en translation d'une part, et les supports des brosses et le portique d'autre part, dont la vitesse d'entraînement est d'environ 10 tr/min. Ces réducteurs de vitesse consomment une énergie considérable, introduisent des inerties dans le fonctionnement de l'installation, et créent des bruits et des vibrations. L'invention remédie aux inconvénients des installations précitées. D'abord, elle assure l'asservissement des déplacements en translation des brosses à la puissance absorbée par la brosse correspondante. La détermination de cette puissance absorbée est particulièrement simple, fiable et stable. Ensuite, elle concerne un tel dispositif dans lequel le traitement des signaux du capteur est effectué sous forme numérique. Enfin, elle concerne un tel dispositif dans lequel le dispositif qui commande les dépla- cements en translation de l'organe de réglage est un distributeur qui assure une intégration des signaux numériques de commande qu'il reçoit. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif d'asservissement de puissance pour machine hydraulique, du type dans lequel un organe effectue un travail sur un objet à l'aide d'énergie fournie par un moteur hydraulique, l'organe de travail et l'objet étant animés l'un par rapport à l'autre d'un mouvement de translation ; selon itinvention, ce dispositif comporte un dispositif capteur de la pression hydraulique d'alimentation du moteur, cette pression étant représentative de la puissance de ce moteur, un limiteur de débit permettant au moteur de fonctionner à vitesse constante, un dispositif de traitement sous forme numérique de l'information issue du cap teur, un organe hydraulique de réglage destiné à agir sur la distance qui sépare l'organe de travail de l'objet afin qu'il modifie la puissance absorbée par le moteur, et une interface placée entre le dispositif de traitement et l'organe de réglage, comprenant un distributeur destiné à alimenter l'organe de réglage dans deux sens opposés, et commandée par le dispositif de traitement. Il est avantageux que le dispositif de traitement fournisse un signal de sortie constitué d'un ensemble de signaux rectangulaires de facteur de forme variable et appliqué à l'ensemble de deux voies du distributeur commandant l'organe de réglage dans deux sens opposés. Le capteur de pression est avantageusement soit un manocontact, soit un capteur analogique de pression as socié à un dispositif à seuil. Le moteur hydraulique est avantageusement de type cycloldal. En outre, l'organe de réglage est lui aussi avantageusement un moteur hydraulique, de préférence de type cyclordal. Cependant, cet organe de réglage peut aussi comporter un ou plusieurs vérins hydrauliques. L'invention concerne aussi un appareil de lavage comprenant au moins un dispositif d'asservissement selon l'invention, l'organe de travail étant une brosse rotative. De préférence, cet appareil comporte au moins trois brosses disposées par exemple sur un portique de lavage de véhicules ou dans un tunnel de lavage de véhicules. Elle concerne aussi un tel appareil dans lequel un dispositif assure la commande séquentielle du cycle de fonctionnement de l'appareil en fonction des signaux de sortie des différents dispositifs d'asservissoe#nt des brosses. Dans un mode de réalisation avantageux, un accumulateur hydraulique est associé à la pompe hydraulique de l'appareil afin que toutes les brosses soient ouvertes automatiquement par utilisation de l'énergie accumulée, à la suite du fonctionnement automatique d'une électrovanne commandée en présence de certains incidents, par exemple en cas de panne de courant-électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence açx dessins annexés sur lesquels la figure 1 est un diagramme synoptique d'un exemple de dispositif d'asservissement d'une brosse d'une installation de lavage de véhicules, réalisé selon l'invention les figures 2 et 3 sont des schémas du circuit électronique de commande de l'appareil selon l'invention la figure 4 est un diagramme des temps représentant diverses formes d'onde utiles pour la compréhension du fonctionnement du circuit de la figure 3 ; et la figure 5 est un schéma d'une autre partie d'un appareil selon l'invention comportant trois brosses. La figure 1 est un diagramme synoptique d'un appareil selon l'invention. Celui-ci entraîne en rotation une brosse 8 d'une installation de lavage de véhicules, par exemple le véhicule 9. L'appareil comporte une pompe hydraulique 1 destinée à alimenter un moteur hydraulique cyclo#- dal 4 d'entraînement en rotation de la brosse 8, et un organe 7 d'entraînement en translation d'un support de la brosse 8, cet organe 7 étant par exemple un moteur hydraulique cycloldal ou un ou plusieurs vérins hydrauliques. L'appareil comporte aussi un capteur 3- destiné àengendrer un signal représentatif de la puissance absorbée par le frottement de la brosse 8 sur la surface à laver, un dispositif 5 de traitement et de commande et un organe de commande de l'alimentation du moteur hydraulique 7. Le capteur 3 est un dispositif de mesure de la pression hydraulique d'alimentation du moteur 4 d'entraînement en rotation de la brosse. Un limiteur de débit 2 est monté dans la canalisation d'alimentation, en amont du capteur de pression hydraulique. De cette manière, le signal du capteur 3 est représentatif de la puissance absorbée par le moteur 4 d'entraînement en rotation, et en conséquence de la puissance absorbée par la brosse. L'organe de commande 6 du moteur 7 de translation du support de brosse est un distributeur hydraulique, commandé par un courant électrique à basse tension par le dispositif 5 et qui peut être avantageusement un distributeur hydraulique à quatre voies et trois positions, ayant deux organes électriques de commande. Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif 5 de traitement et de commande et, avantageusement, l'organe 6 ont un fonctionnement numérique. Le capteur 3 est par exemple un manocontact, transmettant un signal par tout ou rien qui est traité dans un circuit int- grateur afin que les perturbation#s consécutives aux rebonds des contacts mécaniques soient supprimées. Le manocontact a un seuil de basculement qui est réglable. Le capteur 3 peut aussi comprendre un capteur analogique de pression dont le signal analogique est mis sous forme numérique par un traitement par un dispositif à seuil ("trigger"). Le seuil de basculement est alors réglable. Le dispositif de commande 5, décrit plus en détail dans la suite du présent mémoire, engendre un ou deux signaux rectangulaires de facteur de forme variable, transmis au distributeur 6.Compte tenu de l'inertie mécanique de l'équipage mobile du distributeur 6 (et notamment de son tiroir), le signal de commande du moteur 7 correspond à une forme intégrée du signal parvenant au distributeur 6. Cependant, l'intégration du signal peut aussi être réalisée par un circuit électronique intégrateur, placé en amont du distributeur 6. Ainsi, la boucle d'asservissement du moteur de déplacement en translation est ensuite fermée, car le déplacement en translation du support de la brosse 8 par le moteur 7 provoque une variation de la puissance absorbée par la brosse 8, cette variation étant détectée par le capteur 3 de pression. En effet, lorsque la distance comprise entre l'axe de la brosse et la surface à laver du véhicule 9 varie, la déformation de la brosse varie ainsi que l'aire de la zone de la brosse qui est en contact avec la surface du véhicule 9. La longueur totale des poils de la brosse qui frottent contre la surface du véhicule 9 varie donc et fait varier la puissance mécanique absorbée par ce frottement. La valeur de consigne d'asservissement est déterminée par le réglage du capteur 3. Le dispositif 5 de traitement et de commande peut faire appel à différentes techniques de traitement, notamment pneumatique, hydraulique, électronique ou par programmation informatique Les figures 2 et 3 représentent un dispositif de commande réalisé sous forme électronique à l'aide de circuits intégrés à bas niveau d'intégration, constitués essentiellement par des amplificateurs et des portes ET et OU, avec inversion ou non, associés à des compteurs et des décodeurs. Cependant, les hommes du métier peuvent noter que les différentes fonctions peuvent être remplies par mise en oeuvre d'une autre technique, donnant des résultats analogues. La détermination du déplacement du support de brosse suppose la définition d'un sens et d'une vitesse de rotation du moteur de déplacement en translation de la brosse 8. L'élaboration de ces données nécessitent la connaissance de l'état du capteur 3 qui, en régime asservi, se maintient au voisinage de la valeur de consigne. La vitesse doit donc correspondre à un état voisin du basculement du signal transmis par le capteur 3. La figure 2 indique que le dispositif de commande 5 comporte une horloge 10 commandant l'échantillonnage de l'état du capteur 3. Selon l'état du signal transmis par ce capteur, après passage dans l'inverseur 11, l'une des portes 14 ou 15 est ouverte et transmet alors à un comp teur-décompteur 16 l'impulsion d'échantillonnage de l'hor- loge 10. Le compteur-décompteur 16 reçoit donc des impulsions à son entrée de comptage par l'intermédiaire de la porte 14 ou à son entrée de décomptage par l'intermédiaire de la porte 15. Un décodeur 17 transmet, à partir des sorties codées en binaire (signaux stables de poids 1, 2, 4, 8) du compteur 16, un signal stable sur l'une de ses n sorties (dans le cas considéré, n = 10). Le signal de la sortie O ou 9 est utilisé pour inhiber un comptage ou un décomptage indéfini. A cet effet, le signal de la sortie 0 ou g ferme la porte 12 ou 13 et bloque l'entrée de comptage ou de décomptage respectivement, par empêchement de la transmission du signal de l'horloge à l'entrée correspondante. L'état du compteur-décompteur est bloqué. en bas (sortie n0 O, "butez basse"), lorsque le signal du capteur est absent depuis longtemps (pression trop faible), et est bloqué en haut (sortie n0 9 "butée haute"), quand ce même signal est présent depuis longtemps (pression trop forte); cet état se stabilise autour d'une position intermédiaire lorsque la vitesse convenable de déplacement en translation du support de brosse est atteinte. En effet, à cette vitesse, le signal de sortie du capteur 3 oscille, la pression passant alternativement de part et d'autre de la valeur de seuil, si bien que le signal de sortie du décodeur 17 oscille entre deux sorties voisines. Le signal formé par le dispositif de commande 5 est un signal rectangulaire dont la destination ("ouverte ture" ou "fermeture" de la brosse) et le facteur de forme dépendent du signal du décodeur 17. La figure 3 indique comment ce signal est obtenu à la sortie d'une bascule bistable constituée par des portes 30, 31. Une horloge 20 associée à un compteur-décodeur 21 dont l'entrée de remise à zéro RAZ est commandée par l'une de ses propres sorties, engendre un ensemble de m signaux rectangulaires (m dépendant du numéro de la sortie choisie pour la remise à zéro), chaque sortie étant au niveau logique "1" pendant une période de l'horloge 20, les signaux des différentes sorties étant décalés dans le temps d'une période de l'horloge 20 comme indiqué sur la figure 4. Sur celle-ci, la première forme d'onde représente le signal de l'horloge 10, et les six formes d'onde suivantes représentent les six signaux de sortie du compteur-décodeur 27. Le circuit bistable formé par les portes 30, 31 est "ouvert" par le signal de la sortie n0 O du compteur décodeur 21 et "fermé" par l'un des signaux transmis par la porte 29, d'une autre sortie du compteur-décodeur 21, la sortie sélectionnée étant choisie par l'ouverture de l'une des portes 26, 27 ou 28. La commande de la porte 26, 27 ou 28 qui est ouverte dépend du signal de sortie du décodeur précité 17. Lorsque le décodeur 17 transmet un signa à sa sortie 0 ou 9 (butée basse ou haute), le circuit bistable n'est pas refermé et le facteur de forme est alors maximum et égal à 1. Plus le signal de sortie du décodeur 17 s'écarte d'une position extrême et plus le circuit bistable se referme vite. Les portes 22, 23 et 24 donnent ainsi un même facteur de forme au signal du circuit bistable 30, 31 pour les sorties numéro 8 et 1, ou 7 et 2, etc. du décodeur 17, et ceci symétriquement pour les sens d'ouverture et de fermeture de la brosse.Dans le cas des positions extrêmes, correspondant par exemple au lavage d'une surface perpendiculaire au sens-de déplacement d'un portique de lavage par rapport à un véhicule (face avant ou arrière plane et verticale du véhicule), la translation du portique peut être inhibée par un signal transmis par la porte 25. Lorsque la translation du support de brosse est autorisée au cours du déroulement du cycle de lavage (signal 34), le signal de sortie du circuit bistable est dirigé vers l'une ou l'aUtre des entrées électriques du distributeur d'alimentation du moteur 7, selon que la porte 35 ou la porte 36 est ouverte, c'est-à-dire selon que la porte 32 ou la porte 33 détecte la présence du signal de sortie du décodeur 17 dans le sens d'ouverture ou dans le sens de fermeture de la brosse. Par exemple, si le signal du capteur 3 est absent, le décodeur 17 transmet un signal à la sortie 0 si bien que, dans le cas d'un distributeur unique, celui-ci st alimenté par la voie qui commande la fermeture de la brosse, et, dans le cas de deux distributeurs, le distributeur commandé est celui qui provoque la fermeture de la brosse. Ce signal de commande reste effectif jusqu'à ce que la pression de lavage soit suffisante et provoque alors le basculement du signal du capteur 3. La porte 37 permet la prise en compte d'ordres d'ouverture de la brosse qui sont prioritaires, par exemple un ordre d'ouverture en fin de cycle de lavage ou un ordre traduisant la présence d'un signal d'alarme de surpression (alarme redondante pour la sacurité du véhicule lavé), ou un ordre indiquant qu'une brosse latérale a une inclinaison excessive par rapport à la verticale, comme indiqué plus en détail dans la suite du présent mémoire. La porte 38 assure l'inhibition du signal de fermeture en présence d'un ordre d'ouverture qui est prioritaire ; les portes 39 et 40 interrompent la transmission des ordres de fermeture et d'ouverture lorsqu'elles sont fermées par des signaux 41 et 42 indiquant l'arrivée du support de brosse se en fin de translation (butée mécanique) dans le sens de déplacement correspondant. Des amplificateurs à semi-conducteur (transistors de type Darlington) assurent la liaison avec le distributeur et l'interface entre la tension de 5 V des circuits intégrés logiques et la tension de 24 V nécessaires pour la commande du distributeur Le signal de commande du distributeur peut être intégré soit par l'inertie mécanique de l'équipage mobile (tiroir), soit par addition d'un condensateur à l'entrée des transistors de type Darlington. Dès que le mouvement de translation de la brosse est autorisé au cours du déroulement du cycle de lavage et tant que la brosse n'est pas en contact avec une surface à laver, le décodeur 17 présente un signal à sa sortie O et le distributeur commandant la fermeture de la brosse est alimenté jusqu'd ce que le support de brosse atteigne la butée mécanique de fermeture. Cet état "fermé" des brosses asservies indique donc que la machine fonctionne et que les brosses ne sont pas au contact du véhicule à laver. Cet état est obtenu trois fois au cours d'un cycle de lavage : initialement, avant le premier contact entre les brosses et le véhicule, puis à la fin d'un cycle aller, lorsque le portique a dépassé le véhicule, et enfin, à la fin du cycle retour, lorsque le portique se rapproche de sa position de repos. La figure 5 représente une autre partie d'une variante d'appareil selon l'invention ayant trois brosses et dans laquelle un circuit détecte l'état fermé de l'ensemble des brosses, état représenté par le signal de sortie d'une porte 43. Chaque signal d'entrée de la porte 43 correspond à l'état de l'une des trois brosses. Un compteurdécodeur 44 fonctionne de la même manière que le compteurdécodeur 21. Après remise à zéro au début du cycle de lavage, le signal apparaît à la sortie n0 0. A chacune des coincidences détectées par la porte 43, le signal saute successivement aux sorties n0 1, 2 et 3 et permet la détermination des différentes parties du cycle. L'appareil décrit précédemment a. des caractéristiques de commande-et de sécurité que les installations existantes ne comportent pas. Par exemple, toute anomalie du contour du véhicule, même lorsqu'elle n'est pas détectée instantanément par la mesure de puissance (par exemple la présence d'un essuie-glace extérieur dont la surface de contact avec la brosse est suffisamment faible pour que sa contribution à la puissance absorbée par le moteur 4 d'entraînement en. rotation de la brosse -soit négligeable), peut donner lieu à une commande instantanée d'ouverture de la brosse correspondante (écartement de la brosse 8 de la surface en cours de lavage).En outre, en cas d'interruption accidentelle de la fourniture de courant électrique, un accumulateur hydraulique avantageusement associé à la pompe hydraulique, peut assurer l'ouverture automatique de toutes les brosses par utilisation de l'énergie accu mulée à la suite du fonctionnement automatique d'une électrovanne commandée lors de la coupure du courant. Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages et, dans son application particulière aux portiques de lavage de véhicules, il donne notamment les caractéristiques avantageuses suivantes. D'abord, l'asservissement de la vitesse de translation des brosses évite les arrêts de translation du portique qui créent du bruit et provoquenttdes vibrations. Les moteurs hydrauliques cycloïdaux utilisés ont un arbre dont la vitesse de sortie est faible, si bien qu'ils peuvent être couplés directement à l'organe entraîné, une brosse ou un support de brosse, le rendement énergétique n'étant pas réduit par des pertes dans des réducteurs mécaniques.La pompe hydraulique unique qui est le seul élément directement alimenté en courant électrique par le réseau de distribution d'énergie électrique, fonctionne en permanence pendant tout le cycle de lavage, si bien que les démarrages et arrêts sont en nombre minimal pendant tout le cycle. Les régimes électriques transitoires et les perturbations radioélectriques correspondantes sont donc pratiquement éliminés. De plus, le rendement global de l'appareil est accru puisqu'un seul moteur de puissance élevée a un meilleur rendement que plusieurs moteurs moins puissants, susceptibles d'effectuer le même travail.Enfin, la vitesse de rotation des moteurs est commandée par un ou plusieurs distributeurs dont la consommation est faible ; en outre, ceux-ci sont alimentés en courant électrique à basse tension dite "de sécurité" (24 V) t si bien que les risques pour les utilisateurs et les perturbations radioélectriques qui peuvent être créées sont considérablement réduits. Bien que la description qui précède concerne l'asservissement d'un déplacement en translation d'une brosse de lavage à la puissance absorbée par cette brosse au cours de sa rotation, l'invention s'applique de façon générale à tout organe rotatif dont la puissance absorbée peut être réglée par écartement de cet organe d'une surface à traiter. Par exemple, le balayage est une application dans laquelle un dispositif d'asservissement selon l'invention est particulièrement utile. Bien qu'on ait indiqué qusil s'agissait de brosses rotatives, l'organe de travail peut aussi être un plateau ou un support déformable, par exemple utilisé dans une opération de polissage. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'asservissement de puissance pour machine hydraulique, du type dans lequel un organe (8) effectue un travail sur un objet (9) à l'aide d'énergie fournie par un moteur hydraulique (4), l'organe de travail (8) et l'objet (9) étant animés l'un par rapport à l'autre d'un mouvement de translation, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif capteur (3) de la pression hydraulique d'alimentation du moteur (4), cette pression étant représentative de la puissance de ce moteur, un limiteur de débit (2) permettant au moteur de fonctionner à vitesse constante, un dispositif (5) de traitement sous forme numé- rique de l'information issue du capteur (3), un organe hydraulique de réglage (7) destiné à agir sur la distance qui sépare l'organe de travail (8) de l'objet (9) afin qu'il modifie la puissance absorbée par le moteur (4), et une interface placée entre le dispositif de traitement (5) et l'organe de réglage (7), comprenant un distributeur (6) destiné à alimenter l'organe de réglage (7) dans deux sens opposés, et commandée par le dispositif de traitement (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de traitement (5) fournit un signal de sortie constitué d'un ensemble de signaux rectangulaires de facteur de forme variable et appliqué à l'ensemble de deux voies du distributeur commandant l'organe de réglage (7) dans deux sens opposés. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le capteur de pression (3) est un manocontact. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le capteur de pression (3) comporte un capteur analogique de pression associé à un dispositif à seuil. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur hydraulique (4) est de type cycloïdal. 6. Appareil de lavage, caractérisé en ce qu'il com porte au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, l'organe de travail (8) étant une brosse rotative. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois brosses disposées sur un portique de lavage de véhicules. 8. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois brosses disposées dans un tunnel de lavage de véhicules. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commandt: séquentielle du cycle de fonctionnement de 1' ap- pareil en fonction des signaux de sortie des dispositifs d'asservissement des brosses rotatives.