Brevet FR2630392A1 — publié le 19891027

Véhicule à chenilles pour transport de charges et/ou fourniture d'énergie dans des zones difficiles d'accès ou dangereuses pour L'homme. La présente invention concerne un véhicule à chenilles destiné au transport de charges et/ou à La fourniture d'énergie dans des zones difficiles d'accès ou dangereuses pour l'homme. On connait bien des véhicules tout-terrain capables de se déplacer sur des terrains perturbés. Le train de roulement de ces engins est constitué soit de deux chenilles, soit d'un ensemble de quatre, six voire huit roues ou plus, et leur conducteur est porté par le véhicule. Les véhicules connus ont pour inconvénients - leur poids important; - - - leur faible garde au sol; - une absence de suspension; - une forte pression au sol; - un mauvais suivi du terrain par le train de roulement; - leur rusticité; - Leur médiocre manoeuvrabilité en terrain très difficile; - ils ne peuvent gravir que des pentes de faible -25 déclivité; - ils n'offrent aucune sécurité pour la vie des conducteurs. La présente invention a notamment pour objet de remédier aux inconvénients et insuffisances susmentionnés des véhicules tout-terrain actuels. Selon l'invention, cet objectif est atteint par la mise en oeuvre d'un procédé ou dispositif suivant lequel Le véhicule est supporté et mû par un ensemble de quatre chenilles indépendantes dont deux au moins constituant le train avant ou le train arrière dudit véhicule, sont orientables, ces chenilles étant télé-opérées. Selon une- autre disposition caractéristique, une centrale d'énergie -2- unique alimente simultanément ou non la motricité du véhicule et son outillage. Le véhicule à chenilles indépendantes selon l'invention a principalement pour avantages: - de permettre le déplacement de charges dans les zones difficiles d'accès tel que terrains de pente supérieure à 40 degrés; - de permettre la fourniture d'énergie à une gamme étendue d'outillage; - de mettre en sécurité le personnel de conduite; - de permettre, grâce à un poids réduit, l'hélitreuillage du véhicule; - de pouvoir être utilisé dans de nombreux domaines tels que: travaux publics, travaux en montagne, travaux forestiers, travaux agricoles, pétrochimie, protection civile, applications militaires, etc. Les buts, caractéristiques et avantages susmentionnés et d'autres encore, ressortiront mieux de la description qui suit et des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation d'un véhicule équipé de quatre chenilles indépendantes selon un premier exemple d'exécution de l'invention. La figure lbis est une vue de c8té et en demi-coupe de la figure 1. La figure 2 est une vue en plan de la figure 1. La figure 3 est une vue schématique illustrant un exemple d'articulation du train de chenilles avant. La figure 4 est une vue schématique illustrant la constitution d'un banc de chenilles. La figure 5 est un schéma d'un exemple de réalisation d'un sous-ensemble hydraulique. La figure 6 est une vue schématique d'ensemble du dispositif de contr8Le-commande. La figure 7 est un schéma détaillé des circuits électroniques de commande des chenilles. La figure 8 est un schéma de principe d'asservissement des chenilles en boucle fermée. On décrit ci-après, successivement: -3- - la conception mécanique et cinématique du véhicule. - un exemple de réalisation du sous-ensemble énergie. - Le dispositif-de contrôle-commande électrique. Conception mécanique et cinématique du véhicuLe. Comme le montrent Les figures 1 et 2, Le véhicule à chenilles indépendantes selon L'invention comprend un châssis supporté par quatre chenilles 11a - 11b, 12a - 12b dont deux au moins constituant le train avant ou le train arrière dudit véhicule, sont orientables, ces dernières étant constituées, de préférence, par Les deux cheniLLes 11a, 11b du train avant. Chaque chenille est mue par un moteur indépendant, selon une autre caractéristique intéressante de l'invention. Le châssis du véhicule est composé d'une-poutre centrale 1 de section carrée ou toute autre section, sur Laquelle vient reposer un ensemble de varangue 2 recevant le plateau de chargement 3. Le châssis supporte, dans sa partie arrière un moteur diesel 4, par exemple de 46 CV, monté sur amortisseur en caoutchouc 5 ou autres. Une caisse à huile hydraulique 6, par exemple d'une capacité de 110 litres, repose sur la poutre centrale, à L'arrière. Un compartiment 7 destiné à la réception des équipements électriques et des batteries 8 est aménagé à l'avant. Un tube de section cylindrique 9 est fixé solidairement de La poutre centrale à l'arrière, dans sa partie inférieure. IL sert de support aux deux bancs de chenilles arrières. Un dispositif connu en soi permet de faire varier la voie arrière du véhicule, c'est-à-dire l'écartement entre les chenilles du train arrière dudit véhicule. La poutre centrale est percée sensiblement au quart avant et supporte le palier de direction 10. La figure 3 montre un exemple d'articulation du train de chenilles avant. L'agencement iLLustré comprend de chenilles avant. L'agencement illustré comprend: -4- - un axe vertical 1 permettant l'orientation en direction des deux chenilles avant. - un axe longitudinal 2 permettant de garder le contact avec le sol en cas de forte déclivité latérale. - des axes transversaux 3a et 3b permettant Le suivi Longitudinal du terrain. - des vérins hydrauliques 4a et 4b commandant la direction du train avant. Comme le montre Le schéma de la figure 4, chaque banc de chenille est constitué d'un châssis en tôle mécano-soudé 1. Ce châssis supporte, à l'avant, l'axe 2 du barbotin 9. Dans sa partie arrière, deux échancrures en forme de "U" 3 couché à l'horizontale, font fonction de glissières dans Lesquelles viennent coulisser deux paliers 4 supportant l'axe du galet arrière 12 du banc de chenille. Ces deux i 5 paliers à position réglable dans la direction longitudinale, assurent la tension de la chenille au moyen d'un système vis-écrou 5. Un moteur hydraulique 6 situé sur le quart avant du banc entraîne le barbotin 9 par l'intermédiaire d'une chaine 7 et d'un pignon ou couronne 8 solidaire dudit barbotin. Un pignon réglable en position 10, assure la tension de la chaine. Le barbotin 9 entraine la chenille 11. Des boggies 13 sur lesquels sont fixés des galets 14 permettent à la chenille de garder un contact pérmanent avec Le sol. Un galet 15 permet à La chenille de ne pas fLotter en sa partie supérieure. ExempLe de réalisation du sous-ensemble énergie. Selon L'invention, La centrale d'énergie du véhicule est utiLisée pour assurer à la fois, ensemble ou séparément, La propulsion du véhicule, c'est-à-dire l'alimentation des moteurs hydrauliques 6 (figures 4) assurant l'entraînement des bancs de chenilles, et le fonctionnement des outillages équipant ledit véhicule. -5- La figure 5 représente un exemple de réalisation d'un sous-ensemble hydraulique assurant: - la conversion de l'énergie mécanique du moteur diesel 4 (figures 1 et 2) en énergie hydraulique par entraînement d'une pompe auto-régulée en pression I; - la distribution de l'énergie hydraulique produite par la pompe 1, à travers un sélecteur 2, soit vers les moteurs de translation 3, soit vers les prises d'outillage extérieur 4, soit vers les deux à la fois. Ce dispositif comprend encore notamment - deux filtres destinés à éliminer les impuretés du fluide hydraulique, soit: - - un filtre haute-pression 5; - un filtre basse-pression 6; - une vanne de circulation 7 permettant le démarrage du moteur diesel avec une pompe hydraulique n'étant pas en charge; - un contacteur électrique 8 n'autorisant le démarrage du moteur que si la vanne 7 est en position ouverte. - une soupape de sécurité 9 évitant les surpressions du circuit hydraulique (225 bars); - un régulateur de pression 10 qui, lorsque le sélecteur 2 est dans la position autorisant l'alimentation des outils extérieurs 4, fait chuter la pression hydraulique à 150 bars; - quatre électro-distributeurs proportionnels 11 alimentant les moteurs hydrauliques 3 des chenilles en fonction du courant de commande appliqué aux bobines solénoides; - un électro-distributeur 12 à deux positions de travail et une position de repos, permettant de commander Les deux vérins de direction du train de chenille avant 13a et 13b; - un électrodistributeur 14 permettant de piloter le vérin de commande de frein 15 du véhicule. Dispositif de contrôLe-commande électrique. La figure 6 est une vue d'ensemble du dispositif de contrôle-commande. - 6 - La difficuLté de la commande des quatre chenilles indépendantes réside dans le fait qu'elles ont des vitesses différentes lorsque le véhicule est en virage. Soit Vo = vitesse de base. On démontre que les -5 vitesses respectives des chenilles sont: - chenille avant intérieure au virage V1 = Vo (1 - A x SIN (D)/2 x E) - chenille avant extérieure au virage V2 = Vo (1 + A x SIN (D)/2 x E) - chenille arrière intérieure au virage V3 = Vo (Cos (D) - B x SIN(D)/2 x E) - chenille arrière extérieure au virage V4 = Vo (Cos (D) + B x SIN(D)/2 x E) Formules dans lesquelles on a: A = distance entre barbotins des chenilles avant. B = distance entre barbotins des chenilles avantrrière. B = distance entre barbotins des chenilles arrière. E = Entraxe des essieux. D = Angle de direction. La figure 7 représente une carte électronique permettant de générer les signaux électriques de consigne des électro-vannes à commande proportionnelle, en fonction de la consigne de vitesse Vo et de l'angle de direction "D". La constitution de cette carte électronique et son principe de fonctionnement sont les suivants: - Un potentiomètre I génère une tension au point "A", égale à l'angle d'orientation du train avant "D" multipliée par la consigne de vitesse Vo. - Un pont diviseur à résistance 2a permet de disposer en "B" d'une tension égale à Vo (D x A)/(2 x E). - Un pont diviseur à résistance 2b permet de disposer en "C" d'une tension égale à Vo (D x B)/(2 x E). -7- - Un circuit redresseur 3 suivi d'un pont diviseur 4 permet de disposer en "D" d'une tension égaLe à la valeur absolue de D/4 multiplié par la consigne de vitesse Vo. - Les circuits 5 permettent d'additionner ou soustraire une valeur unité aux signaux "B" et "C". - Un sommateur 6 en sortie Sl duquel on dispose d'un signal égal à: Sl = Vo (1 - (A x D)/(2 x E)) - Un sommateur 7 en sortie S2 duquel on dispose d'un signal égal à: S2 = Vo (1 + CA x D)/(2 x E)) - Un sommateur 8 en sortie S3 duquel on dispose d'un signal égal à: S3 = Vo (1 - ABS(D)/4 - (B x D)/(2 x E) Un sommateur 9 en sortie S4 duquel on dispose d'un signal égal à: S4 = Vo (1 - ABS(D)/4 + (B x D)/(2 x E)) Les signaux S1, S2, S3 et S4 sont respectivement les signaux de commande des électrovannes proportionelles ou électro-distributeurs proportionnels des chenilles: - Avant gauche (S1) - Avant droite (S2) - Arrière gauche (S3) Arrière droite (S4) Il est facile de vérifier par Le calcul que ces signaux S1, S2, S3 et S4 "approximent" ou approchent les valeurs des vitesses V1, V2, V3 et V4. Les erreurs sont inférieures à 5 Z pour des angles de direction inférieurs à degrés. Le dispositif électronique qui vient d'être décrit permet le pilotage différentiel des quatre chenilles, avec prise en compte du chemin réel parcouru par chacune d'elles. -8- La figure 8 précise La constitution et Le principe de fonctionnement de l'asservissement en boucle-fermée de La vitesse des chenilles. Un détecteur de proximité 1 situé sur chaque banc de cheniLLe, devant le barbotin, génère une tension alternative "A" à chaque passage d'une dent du barbotin ou de la couronne ou pignon 8 (figure 4) d'entraînement de ce dernier. Un convertisseur fréquense-tension 2 génère une tension continue "B" proportionnelle à La vitesse de rotation du barbotin. Un circuit comparateur 3 calcule Le signal d'erreur E entre La tension de consigne C et la mesure B: Erreur E = C-B- Un circuit additionneur 4 génère une tension de commande "D" qui-pilote la servo-vanne proportionnelle 11 (figure 5) du train de chenille correspondant. Ce dispositif présente l'avantage, qu'en cas de perte d'adhérence d'une chenille avec le sol, de ne pas la faire tourner à vide, en absorbant tout le débit hydraulique de la pompe. En effet, si B est supérieur à C, E sera négatif et, le signal de commande D sera diminué, en assurant Le ralentissement de La chenille. Le véhicule ainsi asservi se conduit avec beaucoup de souplesse et chaque train chenillé reçoit toute la puissance qu'iL peut utiLiser pour propulser l'engin. 9- R E V E N D I C A T I 0 N S 1. - Véhicule à chenilles destiné au transport de charge et/ou à La fourniture d'énergie dans des zones difficiles d'accès ou dangereuses pour l'homme, caractérisé en ce qu'il est supporté par un ensemble de quatre chenilles (11a, 11b; 12a, 12b) dont deux au moins (11la, 11b) constituant le train avant ou le train arrière dudit véhicule sont orientables. 2. - Véhicule à chenilles selon La revendication 1, caractérisé en ce que Les deux chenilles orientables (11a, 11b) sont celles du train avant dudit véhicule. 3. - Véhicule à chenilles suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque banc de chenille (11a, 11b, 12a, 12b) comporte un moteur d'entraînement indépendant (6). 4. - Véhicule à chenilles suivant l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé en ce que le train directeur (11a-11b; 12a-12b) orientable en direction, est également orientable en déport latéral, autour d'un axe Longitudinal (2). 5. - VéhicuLe à chenilles selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque banc de chenille du train directeur (11a-11b; 12a-12b) orientable en direction, est également orientable en déport Longitudinal, autour d'un axe transversal (3a, 3b). 6. - Véhicule à chenilles suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que La centrale d'énergie dudit véhicule est utilisée pour assurer à La fois, ensemble ou séparément, la propulsion du véhicule et Le fonctionnement des outillages équipant celui-ci. - 10 - 7. - Véhicule à chenilles selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un sous-ensemble hydraulique assurant la conversion de l'énergie mécanique du moteur en énergie hydraulique et la distribution de l'énergie hydraulique, soit vers les moteurs de translation (3), soit vers les branchements (4) d'outillage extérieur, soit vers les deux à la fois, ce sous-ensemble hydraulique comprenant: - une pompe (1) entraÂnée par le moteur diesel du véhicule; - un sélecteur (2) permettant de distribuer l'énergie hydraulique soit vers tes moteurs de translation (3) du véhicule, soit vers les branchements (4) des outillages équipant celuici, soit vers les deux à la fois; - une vanne de circulation (7) permettant le démarrage du moteur diesel avec une pompe hydraulique n'étant pas en charge; - un contacteur électrique (8) n'autorisant le démarrage du moteur que si la vanne (7) est en position ouverte; - une soupape de sécurité (9) évitant les surpressions du circuit hydraulique; un régulateur de pression (10) qui, lorsque le sélecteur (2) est dans la position autorisant l'alimentation des outils extérieurs (4), fait chuter la pression hydraulique; - quatre électro-distributeurs proportionnels (11) alimentant les moteurs hydrauliques (3) des chenilles en fonction du courant de commande appliqué aux bobines solénoides; - un électrodistributeur (12) à deux positions de travail et une position de repos permettant de commander les deux vérins de direction du train de chenille avant (13a) et (13b); - un électro-distributeur (14) permettant de piloter le vérin de commande de frein (15) du véhicule. 8. - Véhicule à chenilles selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif électronique de pilotage différentiel des quatre -11cheniLLes, avec prise en compte du chemin parcouru par chacune d'elles. 9. - Véhicule à chenilles suivant La revendication 8, caractérisé en ce que ce dispositif électronique comprend: - Un potentiomètre (1) permettant de générer une tension au point "A", égaLe à L'angle d'orientation du train avant "D" multipLiée par La consigne de vitesse Vo; - Un pont diviseur à résistance (2a) permettant de disposer en "B" d'une tension égale à Vo (D x A)/(2 x E); - Un pont diviseur à résistance (2b) permettant de disposer en "C" d'une tension égaLe à Vo (D x B)/(2 x E); Un circuit redresseur (3) suivi d'un pont diviseur (4), permettant de disposer en "D" d'une tension égale à La valeur absolue de D/4 multiplié par la consigne de vitesse Vo; - des circuits (5) permettant d'additionner ou soustraire une valeur unité aux signaux "B" et "C"; - un sommateur (6) en sortie Si duquel on dispose d'un signal égaL à: - S1 = Vo (1 - (A x D)/(2 x E)); - un sommateur (7) en sortie S2 duqueL on dispose d'un signal égaL à: S2 = Vo (1 + (A x D)/(2 x E)); - un sommateur (8) en sortie S3 duquel on dispose d'un signal égaL à: S3 = Vo (1 - ABS(D) /4 - (B x D)/(2 x E); - un sommateur (9) en sortie S4 duquel on dispose d'un signal égal à: S4 = Vo (1 - ABS(D)/4 + (B x D)/(2 x E)); Les signaux Si, S2, S3 et S4 étant respectivement Les signaux de commande des électrovannes proportioneLLes ou éLectro-distributeurs proportionnels des chenilles: - 12 - - Avant gauche (S1) - Avant droite (S2) - Arrière gauche (S3) - Arrière droite (S4) 10. - Véhicule à chenilles selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'asservissement en boucle fermée de la vitesse des chenilles, ce dispositif comprenant: - un détecteur de proximité (1) situé sur chaque banc de chenille, devant le barbotin, permettant de générer une tension alternative (A) à chaque passage d'une dent du barbotin ou de la couronne ou pignon d'entraînement de ce dernier; - un convertisseur fréquense-tension (2) permettant de générer une tension continue (B) proportionnelle à la vitesse de rotation du barbotin; - un circuit comparateur (3) permettant de calculer le signal d'erreur (E) entre la tension de consigne (C) et la mesure (): - un circuit additionneur (4) permettant de générer une tension de commande (D) qui pilote la servovanne proportionnelle du train de chenille correspondant.