Brevet FR2587666A1 — publié le 19870327

- - 1- PROCEDE POUR CONTROLER LE MODE D'ENTRAINEMENT DE VEHICULES ELECTRIQUES La présente invention concerne un procédé pour contr8ler le mode d'entraînement de véhicules électriques circulant sur une voie, tels que des locomotives électriques et des wagons de chemin de fer électriques, afin d'imprimer au véhicule électrique une accélération maximale et une décélération maximale en augmentant l'adhérence qui s'exerce entre les roues du véhicule électrique et le rail. De manière généralement connue, un véhicule de chemin de fer, tel qu'un véhicule de chemin de fer électrique, se déplace à mesure que ses roues roulent sur des rails 1, comme illustré sur la Figure 1. Le mode de roulement de la roue dépend de la corrélation existant entre le rapport d'une adhérence F exercée sur la roue 2 par la surface supérieure du rail 1 sur un poids W exercé sur la surface supérieure du rail 1 par la roue 2, à savoir, le coefficient d'adhérence/#= F/W, d'une part, et le rapport de la différence entre la vitesse circonférentielle Vs de la roue et la vitesse Vp du centre P de la roue 2 par rapport au rail 1 sur la vitesse Vp du centre P de la roue 2 par rapport au rail 1, à savoir, le facteur de glissement = (Vs - Vp)/Vp, d'autre part. La relation entre le coefficient d'adhérence, et le facteur de glissement est représentée par une courbe a sur la Figure 2, dans laquelle le coefficient d'adhérence et le facteur de glissement sont mesurés respectivement sur l'axe des ordonnées et sur l'axe des abscisses. Un appareil de contrôle classique pour contr8ler le mode d'entraînement d'un véhicule électrique fonctionne sur la base de cette relation entre le coefficient d'adhérence /et le facteur de glissement. Comme le montre la Figure 3, l'appareil de contrôle classique comporte quatre roues 2a, 2b, 2c et 2d respectivement supportées par quatre essieux, de manière à rouler sur un rail 1, des détecteurs de vitesse de rotation 11, 22, 33, 44 pour détecter les vitesses de rotation respectives Vsl, Vs2, Vs3 et Vs4 des roues 2a, 2b, 2c et 2d, un détecteur de vitesse relative 5, tel qu'un radar Doppler, pour détecter la vitesse Vp d'un corps de véhicule 7 par rapport au rail 1, et un organe de contr8le de propulsion/freinage 6 qui calcule le facteur de glissement -r sur la base de la vitesse Vp que lui communique le détecteur de vitesse relative 5 et des vitesses de rotation Vs1, Vs2, Vs3 et Vs4 que lui communiquent les détecteurs de vitesse de rotation 11, 22, 33 et 44 et -2- contrôle la vitesse de rotation Vsl, Vs2, Vs3 et Vs4 des roues sur la base du résultat calculé. Un détecteur du système de radar utilisant l'effet Doppler d'ondes radio ou de la lumière sert de détecteur de vitesse relative 5. Afin de répondre aux exigences de précision de mesure, le radar utilise des ondes radio d'une fréquence se situant dans la bande des dizaines de GHz ou la lumière. L'organe de contrôle 6 calcule l = (Vs - Vp)/Vp en utilisant la vitesse Vp qui lui est communiquée par le détecteur de vitesse relative 5, et les vitesses de rotation Vsl, Vs2, Vs3 et Vs4 des roues 2a, 2b, 2c et 2d qui lui sont communiquées par les détecteurs de vitesses de rotation 11, 22, 33 et 44, et puis contrôle les vitesses de rotation Vsl, Vs2, Vs3 et Vs4 des roues 2a, 2b, 2c et 2d en référence à la courbe a de la Figure 2 de manière à obtenir un coefficient de frottement maximal max. Le procédé classique pour contrôler le mode d'entraînement de véhicules électriques pose les problèmes suivants. Comme on emploit un détecteur du système de radar utilisant une onde radio ou la lumière pour détecter la vitesse du corps de véhicule 7 par rapport au rail 1 et que la bande de fréquence de l'onde radio ou de la lumière applicable à la détection est limitée à une plage très étroite, le détecteur de mesure de la vitesse Vp est très cher et seuls quelques fabricants spécialisés, en nombre très restraint, sont en mesure de fabriquer et de réparer ce détecteur. Lorsque l'on utilise une onde radio, le fonctionnement du détecteur est perturbé par des interférences d'induction imputables aux réseaux de communication voisins. D'autre part, lorsque l'on utilise la lumière, le détecteur est perturbé dans son fonctionnement par l'encras- sement des éléments constitutifs du système optique, tels qu'une lentille, et l'usure de la lampe. En outre, étant donné que le détecteur du système radio ou du système optique utilise l'onde réfléchie (la lumière réfléchie) pour mesurer, la précision de mesure se détériore lorsque la surface du rail 1 est très plane, lorsque des congères ou des flaques d'eau se sont formées sur la voie, ou lorsqu'il y a des espaces entre les traverses comme sur les portions de la voie posées sur des ponts, et, dans le pire des cas, il est impossible de mesurer la vitesse de marche du véhicule électrique. Un procédé pour contrôler la rotation à vide minimale des -3- roues en détectant le glissement des roues à partir des données relatives aux essieux individuels est proposé dans un paragraphe "Principes de fonctionnement" d'un document intitulé "Freinage contr8lé, dispositif antipatinage Faively AEF 83", qui explique ceci: "La vitesse de référence calculée par le dispositif antipatinage Faively est très proche de la vitesse réelle du véhicule. Cette vitesse de référence est obtenue en faisant la moyenne de la vitesse reconstituée de quatre essieux à l'aide de moyens très élaborés." Cependant, ce procédé est inapte à contrôler avec une haute précision le mode d'entratnement du véhicule, car l'opération de contr8le de ce procédé repose sur la valeur moyenne de la variation des vitesses de rotation des quatre essieux. En conséquence, le but principal de la présente invention est de réaliser le contrôle précis du mode d'entraînement d'un véhicule électrique en déterminant avec précision sa vitesse de marche pour obtenir une adhérence maximale au niveau des roues par un calcul direct effectué sur la base des vitesses de rotation détectées des roues d'un ou plusieurs essieux. Un autre but de la présente invention est de réaliser le contrôle du mode d'entraînement d'un véhicule électrique sans provoquer d'interférences d'induction dans les réseaux de communication voisins et sans utiliser d'ondes radio ni de lumière, en contrôlant le mode d'entraînement d'un véhicule électrique sur la base de la variation de sa vitesse de marche calculée directement à partir des vitesses de rotation des essieux. Un autre but de la présente invention est de réaliser le contrôle du mode d'entraînement d'un véhicule électrique en utilisant ni ondes radio ni lumière et sans risque de mauvais fonctionnement même. lorsque la voie présente des conditions anormales, telles que des congères, des flaques d'eau ou des espaces ouverts entre les traverses. Un autre but de la présente invention est encore de simplifier la structure et de réduire le coût d'un équipement de contrôle pour contrôler le mode d'entraînement d'un véhicule électrique en déterminant sa vitesse de marche par des moyens arithmétiques, tels qu'un ordinateur, sans utiliser un détecteur de vitesse de marche, tel qu'un radar Doppler. Les buts de l'invention sont atteints par un procédé pour -4- contrôler le mode d'entraînement d'un véhicule électrique, consistant à réduire de façon intermittente ou continue le couple d'un ou plusieurs essieux d'un véhicule électrique pour mettre les roues en contact de roulement avec la surface du rail; à estimer la variation de la vitesse de marche du véhicule électrique au cours d'un intervalle de temps compris entre un instant o est donné un ordre précédent de mettre les roues en contact de roulement avec la surface du rail et un instant o est donné l'ordre suivant de mettre les roues en contact avec la surface du rail, sur la base du rapport de la variation de la vitesse de marche du véhicule électrique au cours d'un intervalle de temps compris entre des ordres successifs sur ledit intervalle de temps; et à contrôler les essieux d'entralnement du véhicule électrique sur la base de la variation estimée de la vitesse de marche en vue de la rotation à vide minimale ou du glissement minimal des roues, de manière à augmenter au maximum l'adhérence entre les roues et le rail. Compte tenu du fait que la charge à l'essieu de l'essieu le plus proche de l'attelage est la plus importante parmi celles d'autres essieux d'un véhicule locomoteur accouplé à un véhicule tracté, le frottement de la roue située sur cet essieu est accru en conséquence et cette roue est moins assujettie au glissement que les autres roues. C'est pourquoi, selon la présente invention, la vitesse de marche du véhicule est déterminée en mesurant la vitesse de rotation de la roue située sur l'es- sieu le plus proche de l'attelage à l'aide d'un détecteur de vitesse de rotation, en vue de contrôler avec précision le mode d'entraînement d'un véhicule électrique. Un mode de réalisation préféré de la présente invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une illustration schématique destinée à expliquer le frottement qui s'exerce sur l'une des roues d'un véhicule électrique; la Figure 2 est un graphique montrant la relation qui existe entre le facteur de glissement c et le coefficient de frottement, /de la roue de la Figure 1; la Figure 3 est une illustration schématique d'un système de -5- contrôle destiné à mettre en oeuvre un procédé classique pour contrôler le mode d'entratnement d'un véhicule électrique; les Figures 4A, 4B, 4C et 4D sont des illustrations schémati- ques destinées à expliquer le principe d'un procédé pour contrôler le mode d'entraînement d'un véhicule électrique, dans un mode de réalisation préféré, selon la présente invention; la Figure 5 est une vue schématique latérale en élévation d'un véhicule électrique destiné à être contrôlé par le mode de réalisation de la présente invention; les Figures 6A et 6B sont des graphiques destinés à expliquer le mode de réalisation de la présente invention. En référence à la Figure 4A, un véhicule locomoteur 7 tractant un véhicule tracté 71 est supposé avancer dans la direction indiquée par une flèche. Lorsque le véhicule locomoteur 7 est à l'arrêt, les mêmes charges à l'essieu Wl, W2, W3, et W4 s'exercent verticalement vers le bas aux points de contact de la surface d'un rail 1 et des roues motrices 2a, 2b, 2c et 2d, respectivement, comme illustré sur la Figure 4B. Lorsque le véhicule locomoteur 7 se déplace dans la direction indiquée par une flèche en tractant le véhicule tracté 71, le moment d'une force H x h, à savoir, le produit d'une force de traction H engendrée au niveau d'un attelage 9 et de la distance h entre la surface du rail 1 et l'attelage 9 intervient. En conséquence, les charges à l'essieu s'exerçant sur les roues 2a, 2b, 2c et 2d sont modifiées respectivement par U1, U2, U3 et U4 sous l'effet du moment d'une force, comme illustré sur la Figure 4C, et la somme des produits des variations de charges à l'essieu U1, U2, U3 et U4 et des distances correspondantes 11, 12, 13 et 14 (Figure 4C) contrebalance le moment d'une force H x h, ce qui s'exprime par l'expression suivante: H x h = U1 x 11 + U2 x 12 + U3 x 13 + U4 x 14..... (1) Par conséquent, les charges à l'essieu W1, W2, W3 et W4 qui s'exercent sur les roues lorsque le véhicule locomoteur 7 est à l'arrêt, c'est-à-dire, lorsque H = 0, se transforment respectivement en Wul, Wu2, Wu3 et Wu4 pendant une traction, comme illustré sur la Figure 4D. Donc, Wul = W1 + U1..... (2) Wu2 = W2 + U2.....(3) -6- Wu3 = W3 + U3.. (4) Wu4 = W4 + U4.....(5)..DTD: Comme le montre la description précédente, de manière générale, la roue la plus proche de l'attelage 9 d'accouplement entre le véhicule locomoteur 7 et le véhicule tracté 71 (la roue 2d, dans ce mode de réalisation) est la moins assujettie au glissement comparativement aux autres roues (aux roues 2a, 2b et 2c, dans ce mode de réalisation), parce que le frottement qui s'exerce sur la roues 2d croît proportionnellement à l'augmentation de la charge à l'essieu. La présente invention détecte la vitesse de marche du véhicule locomoteur 7 par rapport au rail 1 par la détection de la vitesse de rotation de cette roue la plus stable, au lieu de détecter la vitesse de marche à l'aide d'un détecteur de vitesse radio ou optique, afin de contrôler les roues en vue d'un glissement minimal ou d'une rotation à vide minimale. Un procédé pour contrôler le mode d'entraînement d'un véhicule électrique reposant sur les principes exposés ci-dessus va maintenant être décrit. En référence à la Figure 5, la vitesse de marche d'un véhicule locomoteur 7 est détectée uniquement par des détecteurs de vitesse de rotation 11, 22," 33 et 44 associés respectivement aux roues motrices 2a, 2b, 2c et 2d. Sur les Figures 5 et 6B, T1, T2, T3 et T4 représentent le couple des roues 2a, 2b, 2c et 2d, respectivement. Si le coefficient d'adhérence 'entre le rail 1 et les roues 2a, 2b, 2c et 2d est toujours constant, la roue 2d qui roule sous la charge à l'essieu la plus importante pendant une traction est la moins assujettie à un glissement. En pratique, l'état de surface du rail 1 varie au niveau des jonctions et des raccordements des rails et est altéré par des corps étrangers qui adhèrent à la surface du rail et par l'état du ballast. Par conséquent, afin d'assurer la détection précise de la vitesse de marche Vp du véhicule locomoteur 7 par rapport au rail 1, on réduit légèrement le couple T4 de la roue 2d, de façon que celle-ci soit toujours sensiblement en contact permanent avec la surface du rail 1 en vue de la détection précise de la vitesse de rotation de la roue 2d. La vitesse de rotation de la roue 2d sert de vitesse de rotation de référence pour contrôler les autres roues 2a, 2b, et 2c en vue d'une rotation à vide minimale ou d'un - 7glissement minimal, de manière à obtenir un coefficient d'adhérence maximal max des autres roues 2a, 2b et 2c. Cependant, si le couple T4 de la roue 2d est maintenu à un niveau faible, la force de traction H reste réduite en conséquence. On réduit donc le couple de la roue 2d de manière intermittente, à un intervalle de temps approprié, comme indiqué sur les Figures 6A et 6B. Les Figures 6A et 6B sont des graphiques montrant respectivement la variation de la vitesse de marche Vp(axe des ordonnées) en fonction du temps t (axe des abscisses) et la variation du couple T (axe des ordonnées) en fonction du temps t (axe des abscisses). Sur les Figures 6A et 6B, TW1, TW2, TW3, TW4 et TW5 sont respectivement des diminutions de couple intervenant aux intervalles de temps tl, t2, t3, t4 et t5, et tW1, tW2, tW3, tW4 et tW5 des durées de réduction de couple. Lorsque le véhicule locomoteur 7 est mis en marche, on abaisse, par exemple, à 90% d'un couple moyen TA, le couple T4 de la roue 2d, pendant un temps tl, et l'accélération moyenne "1 = V 41/tl est calculée par un microprocesseur intégré dans l'organe de contrôle 6 (Figure 5) et stockée dans une mémoire. Puis, on augmente le couple de la roue 2d en vue d'une rotation à vide minimale. Une vitesse de marche V41 du véhicule locomoteur 7 par rapport au rail 1 est supposée atteinte au bout d'un temps ti. Consécutivement, les vitesses de rotation respectives des roues 2a, 2b, 2c et 2d sont contr8ôlées en vue d'une rotation à vide minimale sur la base d'une vitesse de marche V41 + microprocesseur calcule l'accélération moyennev(2 = (V42 - V41)/t2. Consécutivement, les vitesses de rotation respectives des roues 2a, 2b, 2c et 2d sont contrôlées en vue d'une rotation à vide minimale sur la -8 base de la vitesse de marche V42 +D 2.t calculée par le microprocesseur, afin qu'une adhérence maximale s'exerce sur les roues 2a, 2b, 2c et 2d, en supposant que la vitesse de marche Vp du véhicule locomoteur 7 par rapport au rail 1 augmente dans le temps suivant l'accélérationç 2. Au cours de ce contr8le, le couple T4 de la roue 2d est diminué pendant un temps tW2. La vitesse de marche de référence est donc ensuite corrigée après qu'un temps t3, un temps t4 et un temps t5 se soient écoulés depuis la précédente correction de vitesse de marche de référence, en vue de la rotation à vide minimale ou du glissement minimal des roues, afin qu'une adhérence maximale s'exerce sur celles-ci. Sur la Figure 6A, une courbe C1-C2-C3-C4-C5 montre la variation de la vitesse de marche mesurée du véhicule locomoteur lorsque le couple de la roue 2d a été contrôlé pendant de courtes périodes tW1, tW2, tW3, tW4 et tW5 à des intervalles de temps tl, t2, t3, t4 et t5, les courbes A1, A2, A3 et A4 montrent la variation estimée de la vitesse de marche du véhicule locomoteur avant la correction ultérieure de la vitesse de marche de référence, et V43, V44 et V45 sont respectivement les vitesses de marche du véhicule locomoteur 7 par rapport au rail 1 après écoulement d'un temps t3, d'un temps t4 et d'un temps t5 depuis la précédente correction de la vitesse de marche de référence. Bien que la présente invention ait été décrite à travers un mode de réalisation préféré dans lequel les essieux du véhicule locomoteur électrique à quatre essieux sont contrôlés individuellement, il est également possible de contrôler individuellement un groupe constitué par les roues 2a et 2b et un groupe constitué par les roues 2c et 2d d'une manière semblable à la celle qui vient d'être décrite en vue d'une rotation à vide minimale ou d'un glissement minimal, en considerant chaque groupe comme un seul essieu. En outre, le même procédé pour contrôler le mode d'entraînement de véhicules électriques peut s'appliquer à des véhicules locomoteurs à six et à huit essieux. A proprement parler, les roues diffèrent les unes des autres par l'abrasion et donc par le diamètre. C'est pourquoi, les rapports des diamètres des roues sont stockés dans le microprocesseur lorsque la rotation à vide minimale des roues n'intervient pas au cours d'une marche inertielle, et les rapports sont utilisés pour corriger des erreurs -.9- pendant l'opération de contrôle. Il est nécessaire que la réduction de couple TW, l'intervalle de temps t et la durée tW de réduction de couple soient décidés au préalable en fonction de l'état de la voie et des conditions de marche, ou bien ils peuvent être modifiés au choix. Bien que le couple de la roue soit réduit de manière intermittente dans le mode de réalisation susmentionné, on obtient le même effet avec une réduction continue du couple de la roue. Ainsi, la présente invention est apte à contrôler le mode d'entraînement de véhicules électriques uniquement sur la base des vitesses de rotation des roues mesurées par les détecteurs de vitesse de rotation associés aux roues, sans nécessiter aucun détecteur de vitesse radio ou optique spécial, ce qui est avantageux du point de vue économie et maintenance. De plus, comme la précision de détection des détecteurs de vitesse de rotation n'est pas affectée par l'état de la surface du rail, la présente invention possède un large domaine d'application. En outre également, compte tenu du fait qu'elle n'utilise pas d'ondes radio, la présente invention ne provoque pas d'interférences dans les réseaux de communication voisins. Il est clair, à la lumière de la description qui a été faite précédemment, que la présente invention contrôle le mode d'entraînement de véhicules électriques uniquement sur la base de données mesurées par des détecteurs de vitesse de rotation destinés à détecter les vitesses de rotation des roues, afin qu'un frottement maximal s'exerce sur celles-ci. Le véhicule électrique peut donc être mis efficacement en marche sans qu'aucun détecteur de vitesse radio ou optique spécial soit nécessaire. -!O- REVENDICATIONS 1. Procédé pour contrôler le mode d'entraînement d'un véhicule électrique (7) afin d'imprimer à celui-ci une accélération maximale et une décélération maximale en contrôlant son mode d'entraînement de manière à obtenir une adhérence maximale entre des roues (2a, 2b, 2c, 2d) montées sur plusieurs essieux du véhicule électrique (7) et un rail (1), caractérisé en ce qu'il consiste à réduire le couple (T4) de l'essieu portant la charge à l'essieu la plus importante parmi plusieurs essieux, de sorte que la roue (2d) montée sur ledit essieu portant la charge à l'essieu la plus importante soit mise en contact de roulement permanent avec le rail (1), afin de détecter la variation de la vitesse de marche (Vp) du véhicule électrique (7) par rapport au rail (1); à estimer le mode de variation de la vitesse de marche (Vp) du véhicule électrique (7) en fonction du temps (t) au cours de l'intervalle de temps suivant entre deux opérations de réduction de couple successives, sur la base du rapport de la variation de la vitesse de marche au cours de l'intervalle de temps précédent entre deux opérations de réduction de couple successives sur ledit intervalle de temps précédent; et à contrôler minutieusement la vitesse de rotation de l'essieu portant la charge à l'essieu la plus importante sur la base du mode de variation estimé de la vitesse de marche (Vp) dans le temps (t), de manière à obtenir une adhérence maximale répondant aux conditions de marche du véhicule électrique (7) entre les roues (2a, 2b, 2c, 2d) et le rail (1). 2. Procédé pour contrôler le mode d'entraînement d'un véhicule électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit véhicule électrique est un véhicule électrique locomoteur (7) pourvu de quatre essieux et tractant un ou plusieurs véhicules tractés (71), en ce que la vitesse de rotation de l'essieu situé le plus à l'arrière et portant la charge à l'essieu la plus importante parmi les quatre essieux est contrôlée pour réduire le couple (T4) de celui-ci, de manière que la roue située le plus à l'arrière (2d) montée sur l'essieu situé le plus à l'arrière soit mise en contact de roulement permanent avec le rail (1), en ce que le mode de variation de la vitesse de marche (Vp) du véhicule électrique locomoteur (7) au cours de l'intervalle de temps suivant entre deux opérations de réduction de couple successives est estimé sur la base du rapport de la variation de la vitesse de marche (Vp) du véhicule -11- électrique locomoteur (7) au cours de l'intervalle de temps précédent entre deux opérations de réduction de couple successives sur ledit intervalle de temps précédent, et en ce que la rotation des arbres de transmission de puissance en vue d'entraîner en rotation les quatre essieux est contrôlée sur la base du mode de variation estimé de la vitesse de marche (Vp) du véhicule électrique locomoteur (7) au cours de l'intervalle de temps suivant entre deux opérations de réduction de couple successives, de manière à obtenir une adhérence effective maximale entre les roues (2a, 2b, 2c, 2d) montées sur les quatre essieux et le rail (1). 3. Procédé pour contrôler le mode d'entraînement d'un véhicule électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de marche (Vp) du véhicule électrique (7) par rapport au rail (1) est déterminée sur la base de la vitesse de rotation de chaque roue (2a, 2b, 2c, 2d) détectée par des moyens détecteurs (11, 22, 33, 44) de vitesse de rotation fixés sur chaque essieu, en ce qu'une vitesse de référence en vue d'estimer le mode de variation de la vitesse de marche (Vp) est calculée sur la base de la variation de la vitesse de marche (Vp) par un organe de contrôle (6) , et en ce que la vitesse de référence est corrigée séquentiellement pour contrôler le mode d'entraînement du véhicule électrique (7), de manière à obtenir une adhérence maximale entre les roues (2a, 2b, 2c, 2d) et le rail (1). 4. Procédé pour contrôler le mode d'entraînement d'un véhicule électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vitesse de marche (Vp) du véhicule électrique (7) est déterminée sur la base de données détectées par lesdits moyens détecteurs de vitesse de rotation comportant des détecteurs de vitesse de rotation (11, 22, 33, 44), en ce que ladite vitesse de référence est calculée par un traitement de la variation de la vitesse de marche par ledit organe de contrôle (6) comprenant des moyens arithmétiques comportant un ordinateur, et en ce que le mode d'entraînement du véhicule électrique (7) est contrôlé de manière à obtenir une adhérence maximale entre les roues (2a, 2b, 2c, 2d) et le rail (1) sur la base de la vitesse de référence.