Brevet FR2583701A1 — publié le 19861226

Véhicule à chenilles à géométrie variable La présente invention concerne un véhicule à chenilles à géométrie variable conçu de façon à pou- voir se déplacer, éventuellement en transportant une charge, sur un chemin défini comme étant le chemin naturel de l'homme à l'intérieur d'une installation. De façon plus précise, le véhicule à chenil- les selon l'invention est conçu en particulier de façon à pouvoir franchir des portes, monter ou descen- dre des escaliers à plusieurs volées de marches, pren- dre des ascenseurs et franchir ou contourner des obs- tacles mineurs. Ce véhicule doit en outre pouvoir transpor- ter des modules opérationnels propres à chaque mission à remplir, ces missions pouvant être très variées et comprenant notamment l'inspection, le démantèlement ou la dé- contamination d'une installation nucléaire et la lutte contre l'incendie. Les véhicules à chenilles existants vont maintenant être décrits et discutés. Pour cela, on classera ces véhicules en fonction du nombre de che- nilles, de corps chenillés et de corps non chenilles intérieurs ou extérieurs qu'ils comprennent, un corps chenillé étant défini comme un solide indéformable qui participe directement au supportage d'une ou plusieurs chenilles, alors qu'un corps non chenillé peut être défini comme un solide indéformable ne supportant pas de chenille. Un corps non chenillé est dit extérieur s'il constitue un appendice, et il est dit intérieur s'il constitue un élément intermédiaire de raccorde- ment entre plusieurs corps chenillés. En partant de ces définitions, les véhicules connus les plus simples sont les véhicules à deux che- nilles solidaires d'un seul corps chenillé. Les chars d'assaut conventionnels militaires ainsi que certains chars d'intervention civils, militaires ou nucléaires appartiennent à cette catégorie. Dans leur conception de base, ces véhicuLes sont particulièrement instables puisqu'ils ne comprennent aucun moyen de contrôle ac- tif de la posture, c'est-à-dire de la forme du véhicu- le, de la position de son centre de gravité par rap- port aux points d'appui et de l'orientation de l'iner- tie par rapport à ces points d'appui. Comme l'illustre notamment le brevet français n 2 450 191, la stabilité des véhicules de ce type peut être améliorée en articulant sur le corps chenillé un corps non chenillé supportant la charge utile. Dans ce cas, il est possible, en déplaçant le centre de gravité du véhicule par pivotement de la charge utile, d'améliorer sa stabilité lorsqu'il se déplace sur une pente. Certains des véhicules appartenant à cette première catégorie sont capables d'aborder des esca- liers. Cependant, leurs performances sont limitées par le fait que, par nature, ils ne comprennent pas de contrôle de posture intrinsèque, c'està-dire que la posture ne peut pas être contrôlée si le véhicule ne comporte pas de corps non chenillé extérieur. Il en résulte un risque de retournement lors du franchisse- ment d'un obstacle franc tel que le nez d'une marche, par manque de contrôle de la position du centre de gravité. En outre, le véhicule peut retomber brutale- ment après le franchissement d'un point singulier, notamment lors de l'arrivée sur le palier d'un esca- lier. De plus, si l'on accroit la longueur du véhicule afin que celui-ci puisse rester stable sur les nez de marches, cet accroissement de l'encombrement du véhi- cule est nuisible lors de l'arrivée sur les paliers, qui nécessite i'exécution d'un demi tour ou d'un quart de tour pratiquement sur place dans un espace qui peut être extrêmement réduit. Un deuxième type connu de véhicule à chenil- les est illustré par le brevet français n 2 523 914. Il s'agit d'un véhicule comprenant deux chenilles à configuration variable et cinq corps chenillés consti- tués par un corps central et par deux systèmes de bielles arti- culées à deux segments. Ce véhicule constitue en fait une variante du premier type de véhicule indiqué précédem- ment, dans lequel un contrôle intrinsèque de la postu- re est en outre possible dans le plan frontal. En plus de sa réalisation complexe, ce véhi- cule présente pour inconvénient qu'il est toujours difficile d'obtenir une surlongueur au sol importante nécessaire notamment à la stabilité du véhicule sur un escalier. De plus, le guidage latéral des chenilles est difficile à réaliser et un déjantement de celles- ci est possible. Enfin, la déformation des chenilles empêche tout guidage intermédiaire entre les poulies, de sorte qu'un affaissement des chenilles sur un obs- tacle est possible lorsque leur rigidité est trop fai- ble. Un troisième type de véhicule à chenilles existant est un véhicule à quatre chenilles montées chacune de façon indépendante sur un corps chenillé, les quatre corps chenillés étant articulés sur un corps central non chenillé interne. Un tel'véhicule est illustré notamment par la demande de brevet japo- nais n 83-804 872/44. L'articulation indépendante de chacun des corps chenillés sur le corps central non chenillé confère à ce véhicule des possibilités de contrôle intrinsèque de la posture particulièrement riches. Ce dispositif très ingénieux a toutefois pour inconvénient que le corps central non chenillé peut frotter ou même se bloquer sur un obstacle poin- tu, lors du franchissement de cet obstacle. De ptus, les fonctions de variation de la configuration (per- mettant de s'adapter au terrain) et de contrôle in- trinsèque de La posture (permettant de contrôler La position du centre de gravité) sont coupLées. En con- séquence, lorsque le véhicule se déplace sur une pen- te, il n'est pas possible d'assurer à la fois une con- figuration des corps chenillés optimale et une aodifi- cation de l'attitude de la charge permettant par exem- pie un maintien horizontal de celle-ci. On connaît aussi un autre véhicule à quatre chenilles montées deux à deux sur deux corps chenillés articulés autour d'un axe commun. Le véhicule "Spider" de la Sté britannique Aere Harwell appartient à cette catégorie. Par rapport au véhicule précédent compre- nant un corps non chenillé intermédiaire, ce véhicule permet de supprimer le problème du franchissement d'un obstacle pointu. Ce véhicule a toutefois pour inconvé- nient qu'il présente peu de possibilités de contrôle intrinsèque de posture, les deux chenilles frontales ne constituant qu'un auxiliaire de franchissement qui ne permet pas une modification sensible du centre de gravité de l'ensemble du véhicule. De plus, ce véhicu- le n'est pas réversible, c'est-à-dire qu'it est néces- saire de faire demi tour pour aborder un obstacle si- tué en arrière. Le dernier véhicule à chenilles connu com- prend six chenilles montées deux à deux sur trois corps chenillés articulés directement les uns sur les autres. Ce véhicule,.appelé "Marauder" par la Stt bri- tannique Morfax, correspond au véhicule précédent dans lequel un train supplémentaire de chenilles a été ajouté en arrière afin de rendre le véhicule symêtri- que. On supprime ainsi l'inconvénient de non réversi- bilité du véhicule précédent. Toutefois, [es possibi- lités de contrôle intrinsèque de la posture restent Limitées et la présence de trois trains de chenilles rend ce véhicule relativement complexe. La présente invention a précisément pour objet un véhicule à chenilles articulées de conception particulièrement simple, mettant en oeuvre un minimum de motorisations et présentant l'essentiel des avanta- ges des diverses solutions connues de véhicules à che- nilles, sans en présenter les inconvénients. A cet effet, il est proposé conformément à l'invention un véhicule à chenilles comprenant deux à quatre corps chenillés comportant au moins une chenil- le chacun, le nombre total des chenilles étant de trois ou de quatre, et un corps non chenillé, caracté- risé en ce que les corps chenillés et le corps non chenillé sont articulés autour d'un axe commun. En plus de la simplicité de conception de ce véhicule, il apparaît clairement que celui-ci cumule les avantages des véhicules à chenilles existants sans en présenter les inconvénients. L'appartenance de ce véhicule à la catégorie des engins comprenant trois ou quatre chenilles articulées autour d'un axe commun permet à ce véhicule de modifier sa configuration. Ainsi, les chenilles peuvent être toutes en appui lorsqu'on souhaite une bonne stabilité et une bonne adhérence, par exemple lors du franchissement d'une volée de marches ou encore la stabilité lors du fran- chissement de la dernière marche et de l'arrivée sur le palier. Au contraire, certaines chenilles peuvent être repliées lorsqu'on désire réduire l'encombrement du véhicule pour permettre l'évolution sur les pa- liers. En outre, la présence d'un corps non chenil- lé externe permet de modifier la position du centre de gravité du véhicule sans interagir sur la configura- tion des corps chenillés. Ceci permet éventuellement de positionner en permanence le centre de gravité dans une zone qui assure la stabilité du véhicule ou bien encore de maintenir la charge qu'il transporte hori- zontale. Enfin, L'articulation du corps non chenillé externe porteur d'une charge autour d'un axe confondu avec L'axe d'articulation des corps chenillés entre eux permet éventuellement d'adopter une posture dans laquelLe Les chenilles sont légèrement relevées et le centre de gravité placé à La verticale de l'axe d'ar- ticulation. Cette position autorise un pivotement sur pLace du véhicule qui permet d'obtenir une grande ma- noeuvrabilité sur terrain plat analogue à celle des engins à roues. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les dispositifs de motorisation d'avance des chenilles et de motorisation d'angulation des corps chenillés et du corps non chenillé autour de l'axe commun sont tous portés par les corps chenillés. Le corps non chenillé se trouve ainsi allégé et libéré de tout encombrement pour le transport de la charge utile principale. Cette charge utile ou tout autre équipement complémentaire de l'engin (batteries, con- trôle, commande,...) peut être également répartie dans l'espace restant libre entre les modules chenillés de chacun des corps chenillés. En outre, les poids sont mieux répartis sur le véhicule et le centre de gravité à vide abaissé, ce qui est favorable à la stabilité. Selon ce mode de réalisation préféré de l'invention, le véhicule comprend deux coros chenillés comportant deux chenilles chacun, un premier des corps chenillés portant un dispositif de motorisation d'avance des chenilles placées d'un même côté du véhi- cule et un dispositif de motorisation d'angulation des corps chenillés entre eux, le deuxième corps chenillé portant un dispositif de motorisation d'avance des chenilles placées de l'autre côté du véhicule et un dispositif de motorisation d'angulation du corps non chenillé par rapport au deuxième corps chenillé. Cette configuration particulièrement simple permet de limiter à quatre le nombre de dispositifs de motorisation, tout en permettant d'atteindre le but initialement fixé qui était principalement le fran- chissement des escaliers à plusieurs volées de marche, des obstacles mineurs, et des portes. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'inven- tion en se référant aux dessins annexes dans les- quels: - la figure 1 est une vue de dessus d'un mode de réalisation préféré du véhicule selon l'inven- tion, - la figure 2 est une vue de côté du véhicu- le représenté sur la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus à plus grande échelle illustrant en particulier l'implanta- tion des dispositifs de motorisation sur le véhicule, - les figures 4a à 4d illustrent de façon schématique différentes séquences de montée du véhicu- le des figures 1 à 3 sur un échelon, et - la figure 5 illustre de façon schématique une posture particulière du véhicule des figures I à 3 facilitant un pivotement sur place de celui-ci. Dans le mode de réalisation préféré repré- senté sur les figures 1 à 3, le véhicule 10 selon l'invention comprend deux corps chenillés 12a et 12b, que l'on appellera respectivement corps chenillé avant et corps chenillé arrière, bien que le véhicule soit réversible et puisse donc se déplacer dans l'autre sens. Le véhicule comprend de plus un corps non che- nillé 14. Conformémenrt à une caractéristique essen- tielle de l'invention, les corps chenillés 12a et 12b ainsi que le corps non chenillé 14 sont articulés entre eux autour d'un axe unique commun XX'. Lorsque le véhicule est sur un terrain horizontal, cet axe XX' est également horizontal et il est disposé transversa- Lement par rapport à l'axe Longitudinal du véhicule. Chacun des corps chenillés 12a et 12b com- prend une entretoise 16a et 16b respectivement reliant deux modules chenillés désignés par Les références 18a et 18'afpour Le corps cheniLlé 12a et par Les référen- ces 18b et 18'b pour Le corps chenillé 12b. Lorsque Le véhicule se dépLace dans un sens te'L que Les corps chenillés 12a et 12b constituent respectivement l'avant et L'arrière du véhicule, Les modules cheniL- Lés 18a et 18b sont places à gauche du véhicule et Les modules chenillés 18'a et 18'b à droite du véhicuLe. Chacun des modules chenillés 18a, 18'a, 18b et 18'b est réaLisé de façon identique. Pour cette raison, seul le module 18a va maintenant être décrit, Les parties correspondantes des autres modules étant désignées sur Les figures par Les mêmes références af- fectées de l'indice du module qui Leur correspond. Le module cheniLLé 18a comprend une chenille a montée sur deux roues 22a (non visibles sur Les figures) assurant de façon connue le maintien Latéral de La chenille. L'une des roues de chacun des modules chenillés est centrée sur l'axe XX' du véhicule et supportée directement par une extension Latérale de L'entretoise correspondante. Comme on le verra uLté- rieurement, c'est cette roue qui assure L'entrainement de la chenille correspondante. Les axes des autres roues de chacun des modules chenillés sont supportés par une structure rigide 24a montée de façon réglable sur L'entretoise 16a, afin d'assurer la tension de la chenille correspondante. Chacun des modules chenillés comporte de plus une structure (non représentée) placée entre Les roues et servant d'appui à La partie inférieure de La cheniLLe qui est en contact avec le sol. Compte tenu de L'articuLation des deux corps chenillés 12a et 12b autour de L'axe commun XX', l'em- pattement de L'un de ces corps (12a sur la figure 1) est inférieur à celui de L'autre. Dans Le mode de réalisation préféré de L'in- vention représenté sur les figures, les dispositifs de motorisation des chenilles ainsi que ceux qui servent à articuler les corps chenillés 12a et 12b l'un par rapport à l'autre et Le corps non chenillé 14 autour de l'axe XX' sont supportés par les corps chenillés et placés à l'intérieur de l'enveloppe délimitée par les modules chenillés du corps chenillé correspondant. De plus, l'articulation des corps chenillés 12a et 12b autour de l'axe XX' permet d'entraîner les deux che- nilles placées d'un même côté du véhicule à l'aide d'un seul dispositif de motorisation assurant à la fois la propulsion et les changements de direction du véhicule. De façon plus précise et comme l'illustre notamment la figure 3, le corps chenillé 12a supporte par son entretoise 16a un premier moteur de propulsion 26'a servant par exemple à entraîner simultanément les chenilles 20'a et 20'b situées du côté droit du véhi- cule et un moteur 28a servant par exemple à commander l'articulation des corps chenillés 12a et 12b entre eux. De façon comparable, l'entretoise 16b du corps chenillé 12b supporte un deuxième moteur de propulsion 26b assurant dans ce cas l'entraînement des chenilles 18a et 18b situées du côté gauche du véhicule et un moteur 30b de contrôle d'attitude commandant le pivo- tement du corps non chenillé 14 autour de l'axe XX'. L'arbre de sortie du moteur 26a est relié par un mécanisme de transmission 32'a d'un quelconque type connu, tel qu'un système à chaîne et roues den- tées, à un arbre 34' centré sur l'axe XX' et sur le- quel sont solidarisées en rotation les roues des modu- les chenillés droits 18'a et 18'b également centrés sur cet axe XX'. Ainsi, la mise en oeuvre du moteur 26a a pour effet d'entraîner simultanément les chenil- Les 20'a et 20'b. L'entraînement des chenilles 20a et 20b par Le moteur 26b s'effectue de façon totalement identique par l'intermédiaire du mécanisme de transmission 32b qui entraîne en rotation l'axe 34 portant les roues des modules 18a et 18b centrés sur l'axe XX'. Le moteur 28a d'articulation des corps che- nillés entre eux porte sur son arbre de sortie un pignon 36a qui vient s'engrener sur un secteur denté 36b formé sur une chape prolongeant l'entretoise 16b du corps chenillé 12b. Grâce à cette configuration, il est clair que la mise en oeuvre du moteur 28a a pour effet de faire pivoter les corps chenillés 12a et 12b l'un par rapport à l'autre autour de leur axe d'arti- culation XX'. Enfin, L'arbre de sortie du moteur 30b porte également un pignon 38b qui vient s'engrener sur une couronne dentée 38 formée sur une chape par laquelle le corps non chenillé 14 est supporté de façon pivo- tante sur l'axe 34. Comme le secteur denté 36b, le secteur denté 38 est centré sur l'axe d'articulation XX' du véhicule. Par conséquent, la mise en oeuvre du moteur 30b a pour effet de faire pivoter le corps non chenillé 14 par rapport aux corps non chenillés autour de l'axe XX'. Dans le mode de réalisation.représenté sur les figures 1 à 3, le corps non chenillé 14 se présen- te sous la forme d'un simple plateau sur lequel peut être posée une charge C (figure 2) adaptée à l'appli- cation envisagée. Sur la figure 2, on a également re- présenté le cas o le corps non chenillé 14 supporte une caméra orientable A. On comprendra que la forme du corps non che- nillé 14 pourra être modifiée et adaptée en fonction des applications particulières envisagées. Afin d'illustrer par un exemple les possibi- lités du véhicule selon l'invention résultant notam- ment du découplage entre les fonctions de contrôle de l'attitude et de variation de la configuration du véhicule, on a représenté sur les figures 4a à 4d dif- férentes séquences de montée sur un échelon à l'aide du véhicule décrit précédemment. Sur la figure 4a, on voit qu'à l'approche de l'échelon E, le corps chenillé avant 12a peut être relevé (flèche F1), le corps non chenillé 14 suppor- tant la charge C étant pivoté vers l'arrière par rap- port àl'axe XX'. La partie avant du corps chenillé 12a étant placée en appui sur l'échelon E, on voit sur la figure 4b qu'un pivotement en sens inverse entre les deux corps chenillés (flèche F2) tendant à ramener ceux-ci dans l'alignement l'un de l'autre, ainsi qu'un commen- cement de basculement du corps non chenillé 14 portant la charge vers l'avant permet d'atteindre une position d'attente. La poursuite des deux mêmes mouvements et en particulier le basculement vers l'avant du corps non chenillé 14 illustré par la flèche F3 sur la figure 4c, amène la face inférieure du corps chenillé avant 12a au-dessus de l'échelon E. Comme l'illustre la figure 4d, l'actionne- ment des chenilles à l'aide des moteurs 26 a et 26b ainsi que la remise en alignement des deux corps che- nillés 12a et 12b permet au véhicule de poursuivre sa progression sur l'échelon E. Une autre possibilité de posture particu- lièrement intéressante permise par le véhicule à che- nilles selon l'invention est illustrée par la figure 5. On voit sur cette figure que te corps non cheniLLé 14 est placé dans une position teLLe que le centre de gravité de La charge C se trouve placé verticalement audessus de L'axe d'articulation XX' du véhicule. Les corps chenillés 12a et 12b étant légèrement relevés, on se trouve alors dans une position parfaitement sy- métrique dans laqueLLe seuLes Les parties des chenit- Les situées à proximité de L'axe d'articulation XX' sont en contact avec Le sol. Les frottements sont ainsi considérabLement diminués et un demi tour sur place du véhicuLe est faciLité (fLèche F4). Bien entendu, Le véhicuLe dont seuLe La structure mécanique vient d'être décrite peut être équipé de tout moyen de guidage teL qu'une téLécomman- de par Liaison radio ou qu'un système de commande in- formatisé analysant les informations déLivrées par exemple par une caméra de téLévision et par des cap- teurs. Un teL dispositif de guidage ne fait pas partie de L'invention et ne sera pas décrit ici en détail. Le véhicule dont un mode de réalisation pré- féré vient d'être décrit peut subir différentes modi- fications sans sortir du cadre de L'invention. Ainsi, -le véhicuLe pourrait ne comprendre que trois-chenilles et chacune des cheniLLes ou au moins certaines d'entre elles pourraient disposer de moyens d'articulation au- tonomes autour de l'axe commun XX'. Une teLLe confi- guration, qui présente l'avantage d'accroître le nombre de postures pouvant être adoptées par te véhi- cuLe, a cependant pour inconvénient d'augmenter Le nombre de moteurs et, par conséquent, La complexité du véhicule. REVENDICATIONS 1. Véhicule à chenilles comprenant deux à quatre corps chenillés (12a, 12b) comportant au moins une chenille (20a, 20b, 20'a, 20'b) chacun, le nombre total des chenilles étant de trois ou de quatre, et un corps non chenillé (14), caractérisé en ce que les corps chenillés (12a, 12b) et le corps non chenillé (14) sont articulés autour d'un axe commun (XX'). 2. Véhicule à chenilles selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend des disposi- tifs (26a, 26b) de motorisation d'avance des chenil- les et des dispositifs (28a, 30b) de motorisation d'angulation des corps chenillés entre eux et du corps non chenillé autour dudit axe commun (XX'), ces dispo- sitifs de motorisation étant tous portés par les corps chenillés (12a, 12b). 3. Véhicule à chenilles selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux corps chenillés (12a, 12b) comportant deux chenilles (20aet 20'a, 20b et 20'b) chacun, un premier (12a) des corps chenillés portant un dispositif (26a) de motorisation d'avance des chenilles (20'a, 20'b) placées d'un même c8té du véhicule et un dispositif (28a) de motorisa- tion d'angulation des corps chenillés entre eux, le deuxième corps chenillé (12b) portant un dispositif (26b) de motorisation d'avance des chenilles (20a, b) placées de l'autre côté du véhicule et un dispo- sitif (30b) de motorisation d'angulation du corps non chenillé (14) par rapport au deuxième corps chenillé.