Brevet FR2633887A1 — publié le 19900112

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE CONTROLE DE LA SUSPENSION ACTIVE DE CAISSE SUR UN VEHICULE FERROVIAIRE La pressente invention concerne l'industrie des véhicules ferroviaires et elle vise un procédé ainsi qu'un dispositif pour le contrôle de la suspension active de caisse sur de tels véhitules. L'invention a notamment pour but de permettre de réaliser un dimensionnement maxi@al du maître couple d'une caisse de véhicule ferroviaire. De mani@re habituelle les dimensions de la section transversale, dite encore maître couple, d'une caisse de véhicule ferroviaire sont déterminées en fonction du gabarit des obstacles et des deflexions qéométriques transversales et verticales de la caisse par rapport à se position théorique moyenne. Ces déflexions sont dues @ssentiellement à la flexibilité de la suspension (qui drns les cas extrêmes peut même être hors service) et à l'usure des roues. Selon une caractéristique de la pressente invention il est prévu, pour les suspensions actives de véhicules ferroviaires, c'est-à-dire pour des caisses dont les mouvements par rapport aux organes de roulement sont contr@lés et exécutés prr des servomécanismes, de confier à ces servoeècanisees la mission supplém@ntaire de ne communiquer 1 la caisse de ces véhicules que des mouv@ments compatibles avec le gabarit des obstacles de mani@re à maximaliser les dimensions du maître couple.En d'autres terres, le ou les servomécanismes observent des critères inspires de considérations à caractère dynamique (accélérations mini@@@es à l'intérieur de la caisser, par ex@mple) tant que les mouvements conservent des amplitudes limitées i en revanche, ils suivent des critères à caractère gèooeétrique lorsque les amplitudes des mouvements de caisse deviennent telles qu'il y a risque d'interférence géométrique entre la caisse et les ouvrages de la voie.Lorsqu'il y a risque d'interfér@nce, les mouvements de caisse exécutés par le ou les servomécanis@es se font suivant 1 ou 2 (évantuellement les 3) d@grés de liberté de la section transversale de caisse dans son plan. Dans une suspension active, les servomécanismes comportent des organes moteurs de rappel de la caisse on position moyenne, notassent des vérins hydrauliques à double effet interposés entre la caisse et des organes du véhicule p@u ou pas suspendus, ces vérins étant commandés a partir des signaux issus d'appareils de mesure tels que accélérométres et gyromètres. Dans un dispositif suivant l'invention, des détecteurs de déplacement mesurent les déflexions instantanées de la caisse suivant ses différents degrés de liberté. Selon l'invention les limitations de mouvement lorsqu'il y a risque d'enfreindre les limites géométriques du gabarit sont calculées par un calculateur qui, en fonction des déflexions instantanées de la caisse et du critère choisi, détermine un ou des ordres de substitution a celui ou ceux que suivent le ou les servomécanismes pour les petits mouvements. On peut ainsi réaliser des "butées souples" ou des "butées franches". Selon une autre caractéristique de l'invention, il est possible de tenir compte dans le calcul précédent des flexibilités qui ne seraient pas saisies par les détecteurs de déplacement. Tel serait le cas, par exemple, lorsque les vérins à double effet prennent appui, non pas directement sur les organes de roulement eux-mêmes, mais sur un mobile faiblement suspendu par rapport 1 la voie tel un chassie de bogie (suspendu par rapport à la voie par une suspension primaire, très ride, mais non intégrée dans la boucle du ou des servomécanismes).Dans un tel cas, le calculateur précité pourrait aussi prendre en compte, dans une version très évoluée du système, non seulement les déplacements contr@lés par les détecteurs de déplacement, mais aussi les flexibilités des appuis des vérins par rapport à la voie. Selon une troisième caractéristique de l'invention, il est aussi possible d'introduire dans le calculateur un terme correctif tenant compte de l'usure noyenne des roues de chaque essieu du bogie. Ce terme peut être obtenu de manière continue, et donc introduit dans le calculateur de manière automatique, grace a une centrale de tachymétrie et de localisation conforme aux dispositions caractéristiques exposées drns la demande de brevet français n 88.07419 déposée au nom des mêmes inventeurs le 3 Juin 1988. Les caractéristiques de la présente invention exposées ci-dessus seront mieux comprises à l'examen des figures ci-annexées et a la lecture des commentaires qui sont faits a leur propos. La figure 1 est une vue en coupe d'un véhicule ferroviaire équipé d'une suspension active. La figure 2 montrc le schéma de principe de fonctionnement d'une installation complète de stabilisation verticale, transversale et d'inclinaison avec application des caractéris- tiques de la présente invention. La figure 3 montre le détail d'un vérin a double effet avec son détecteur de position. On a représente sur la Figure 1 la caisse C d'un véhicule ferroviaire montée sur châssis B d'un bogie par l'intermédiaire d'une suspension secondaire classique, par exemple pneumatique, S. Les roues R du bogie roulent sur une voie Y. La suspension active comprend 2 vérins hydrauliques a double effet 6b t de stabilisation verticale et d'inclinaison ainsi qu'un vérin de stabilisation transversale. Le schéma de principe d'une stabilisation de caisse ferroviaire représentée sur la figure 2 correspond a l'ensemble des organes attachés 3 un bogie d'une rame articulée. Si en revanche, chacune des caisses du convoi est portée par deux bogies, l'un des bogies seulement est a équiper aussi complètement que ce qui est figuré en figure 2. Sur l'autre bogie l'installation peut alors être simplifiée un peu par l'omission de la stabilisation de l'inclinaison de caisse. La channe de stabilisation normale de caisse comprend un circuit de traitement 2 qui élabore les ordres a destination des 3 vérins hydrauliques à double effet repérés 6t, 6b, et 6h placés respectivement verticalement à tribord et à babord @ntre caisse et chassie de bogie (év@ntuellement organes de roulement eux-memes) et horizontalement entre les mîmes mobiles. Les ordres élaborés par le circuit 2 sont dirigés au travers d'un circuit de commutation B, sur lequel on reviendra, vers trois organes moteurs 4t, 4b, 4h qui actionnent les organes de distribution de l'huile D vers les vérins précités a partir de réserves haute et basse pression HP-BP.L'ensemble de ces organes de distribution et reserves d'huile est repéré 10 sur la figure 2. L*s informations de base entrant drns le circuit de traitement 2 du servomécanisme de stabilisation sont l'accélération mesurée selon l'axe horizontal transversal de la caisse délivrée prr un accélérométre 12, l'accélération mesurée selon l'axe vertical de la caisse délivrée par un accéléromètre 14, la vitesse de roulis de la caisse mesurée autour de son axe longitudinal et fournie par un gyromètre 16 (permettant de remonter à l'angle de roulis de caisse nécessaire pour la correction d'inclinaison de l'accéléromètre 12) et enfin la courbure de la voie et la vitesse d'avancement du véhicule obtenues à partir "d'une centrale de tachymétrie et de localisation" 15. Une telle "centrale de tachymétrie et de localisation " a été décrite drns la demande de brevet français déposée le 3 Juin 1988 sous le nQ 88-07419 aux noms des mîmes inventeurs. Il est a noter a propos de celle-ci que si elle est équipée pour délivrer également le dévers de la voie, alors l'angle de roulis de caisse peut itre obtenu autrement qu'a partir du gyromètre 16, puisqu'il suffit pour obtenir cet angle d'additionner l'angle de devers avec l'angle de roulis de caisse par rapport au plan de la voie.Ce dernier ressort directement des mesures de déplacement faites sur les vérins et Chacun des vérins à double effet précités est équipé d'un détecteur de déplacement linéaire les détecteurs de position des trois vérins selon figures 2 et 3 sont des détecteurs à effet capacitif, mais il est possible, sans sortir du cadre de la présente invention, d'utiliser de mime des détecteurs de position à effet magnétique, résistif (potentiomètres), volumétrique (débitmètres), etc.... Les informations de déplacement correspondantes, soit dt, db et d sont dirigées vers un calclateur 24 qui détermine, selon le h critère qui lui est fixe, les ordres de rappel de la caisse vers une position plus centrale lorsque la caisse risque d'interférer avec le gabarit des obstacles. Dans ce cas, le calculateur 24 détermine un ordre de priorité ir qui provoque le basculement du circuit de commutation B, Ce sont alors les instructions du calculateur 24 qui sont substituées à celles du circuit normal 2. Celui-ci est reconnecté sur les 3 servomécanismes de stabilisation lorsque le risque d'interférence est étarté. Si dans le schéma des figures 1 et 2, les 3 vérins bt, b et 6h prennent appui sur le cassis de bogie, et non sur les organes de roulement, on peut, dans la mesure où une grande précision est recherchée, faire calculer par le calculateur 24 les déflexions de la suspension primaire en fonction de sa flexibilité et des efforts exercés par les vérins et déterminer ainsi la position de la caisse par rapport aux rails avec précision Si la centrale de tachymétrie est équipée par ailleurs pour délivrer de manière continue les diamètres moyens de roulement des deux essieux du bogie, on peut de mime faire faire par le calculateur 24 la correction d'usure des roues. En se référant à la figure 3 . on y reconnait un vérin à double effet constitué par un corps de cylindre 32 et une tige de piston 26. Sur le corps de cylindre 32 est fixée une pièce 36 en forme de cloche qui se termine a sa partie inférieure par une bride 30. Celle-ci prend appui, avec un jeu minimum, sur le chassis de bogie par exemple. A l'autre extrémité du vérin, la tige de piston 2B se termine par une bride 26 qui prend appui, toujours avec le minimum de jeu, sur la caisse du véhicule. Le détecteur de déplacement 33 est associé au vérin. Suivant le mode de réalisation représenté sur la Figure 3, la contre-tige 28 bis de la tige du piston 28 s'enfonce dans un cylindre concentrique conducteur et coaxial avec la contre-tige repéré 34. C'est ce cylindre 34, maintenu en place å l'intérieur de la cloche 36 par un isolant 36, qui constitue le détecteur de déplacement linéaire a effet capacitif du vérin en cause. La sortie électrique de ce détecteur de déplacement est repérée 40. Bien entendu les détecteurs de déplacement de la caisse peuvent itre disposés indépendamment des organes de puissance, c'est-à- dire indépendamment des vérins hydrauliques 6b, 6T, 6h R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour le contrôle d'une suspension active de caisse ferroviaire caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser le ou les servomécanismes de suspension pour prévenir les interférences de caisse avec le gabarit des obstacles en rappelant la caisse, selon un critère déterminé1 vers une position moyenne et centrale par rapport au gabarit des obstacles lorsque le contour transversal de caisse atteint une position créant un risque - d'interférence, le ou les servomécanismes reprenant les critères normaux fixés dans le cadre de la suspension de caisse des que le risque d'interférence est écarté. 2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à apprécier le risque d'interférence de la caisse avec les obstacles de la voie grâce à un calculateur dans lequel sont introduits le ou les critères de risque d'interférence et qui détermine la position de caisse à partir des déplacements mesurés sur des détecteurs de déplacement qui sont soit intégrés aux organes de puissance assurant les mouvements de la suspension active, soit encore disposés indépendamment de ces organes de puissance. 3. Procédé selon revendications l et 2, caractérisé en ce qu'il consiste à affiner le calcul de la position de caisse, lorsque celle-ci n'est pas entièrement déterminée par la donnée des déplacements1 mais dépend pour partie des flexibilités d'organes non saisies par les détecteurs de déplacement précités1 en tenant compte dans le calcul de position à la fois des flexibilités et des efforts en jeu. 4. Procédé selon revendications 1 et Z, caractérisé en ce qu'il consite à affiner le calcul de position de caisse en tenant compte dans le calcul de celle-ci des usures de roues 5. Dispositif pour le contrôle de la suspension active de caisse d'un véhicule ferroviaire, ladite suspension active comprenant : des vérins hydrauliques (6b, 6t, 6h) de recentrage de la caisse ; un ensemble de distribution et de réserve d'huile (10) ; des actionneurs (4b, 4t, 4h) dudit ensemble de distribution agissant en réponse à des signaux produits par un circuit de traitement (2) qui reçoit les informations accélération, vitesse, cap et analogues d'appareils de mesure (12, 14, 16, 18), ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend : des détecteurs (33) de déplacement de la caisse fournissant des signaux (d d t dh), représentatifs de ces déplacements ; un calculateur (24) recevant lesdits signaux et dans lequel sont introduites des instructions représentatives d'un gabarit à ne pas dépasser ; et un circuit de commutation (8) interposé entre, d'une part, le cirtuit de traitement (2) et le calculateur (24) et d'autre part, les actionneurs (4b, 4t, 4h), ledit circuit de commutation (B) basculant du circuit de traitement (2) vers le calculateur (24) en cas de dépassement dudit gabarit, pour inhiber les ordres dudit circuit de traitement et pour transmettre auxdits actionneurs des instructions prioritaires limitant les déplacements de la caisse aux valseurs autorisées par le gabarit.