Brevet FR2642387A1 — publié le 19900803

PROCEDE ET DISPOSITIF DE GUIDAGE UNILATERAL AUTOMATIQUE D'UN VEHICULE AUTOMOTEUR g ROUES DIRECTRICES LE LONG D'UNE PAROI SENSIBLEMENT CONTINUE. ET VEHICULE C3RRESPONDNT L'invention concerne un procédé et un dispositif de guidage unilatéral automatique d'un véhicule automoteur a roues directrices le long d'une paroi sensiblement continue. ainsi qu'un véhicule comprenant les moyens de mise en oeuvre de ce procédé ou ce dispositif. L'invention est. de façon générale, applicable a tous types de véhicules roulants a guidage et/ou pilotage automatique, qui ne sont pas conçu-s pour être guides de fa çon positive sur des rails ou autres moyens de guidage imposant une trajectoire fixe prédéterminée. L'invention s'applique plus particuliêrement a des véhicules a guidage et/ou pilotage automatique dans un tunnel de grande longueur, tel que le tunnel sous la Manche entre la France et l'Angleterre. On sait que ce tunnel comprendra deux tunnels ferroviaires parallèles entre lesquels sera formé un tunnel de service de plus petit diamètre, dans lequel devront circuler des véhicules de secours et d'intervention en cas d'urgence. Pour des raisons pratiques, il est nécessaire que ces véhicules puissent circuler dans le tunnel de secours dans les deux sens, et doivent donc pouvoir se croiser, mais ils doivent aussi pouvoir se dépasser, changer de voie pour eviter un obstacle ou un autre véhicule immobilisé ou se déplaçant a vitesse réduite-, etc... Ces conditions font que l'on est amené a utiliser des véhicules ayant des roues directrices et des moyens de commande et de pilotage manuels. I1 faut cependant que ces véhicules puissent être guides automatiQuement de facon fiable et a vitesse relativement élevée sur une voie déterminee. le long d'une paroi ou de l'autre du tunnel, pour eviter a un conducteur numain la fatigue résultant d'une conduite prolongée a vitesse elevée dans un tunnel rectiligne, et les dangers qui résulteraient d'une défaillance du conducteur. Ces circonstances sont encore aggravées par le fait que le tunnel. a une dimension relativement réduite (diamètre intérieur in férieur a cinq mètres) et que les véhicules devront donc se déplacer a faible distance des parois du tunnel et se croiser en laissant entre eux une distance faible, ces distances étant de l'ordre du decimetre.. On a déjà proposé, dans la technique antérieure, des moyens de guidage automatique d'un véhicule le long d'une trajectoire déterminée, mais ces moyens sont du type a guidage bilatéral, par des moyens d'appui sur deux parois parallèles entre lesquelles se deplace le véhicule. ou bien sont du type a guidage positif sur un ou deux rails matérialisant la trajectoire déterminée du véhicule, ce qui interdit de changer de voie ou de trajectoire sauf aux endrcits où sont prévus des aiguillages cu autres dispositifs équivalents Ces moyens connus ne permettent donc pas de résoudre le problème posé. L'invention propose pour cela un procédé de guidage unilatéral automatique d'un véhicule automoteur a roues directrices le long d'une paroi sensiblement continue, caractérisé en ce qu'il-consiste à pousser systématiquement le véhicule vers ladite paroi et a équilibrer la poussée du véhicule vers la paroi par une force d'appui du véhicule sur cette paroi ou sur une surface fixe s'étendant parallelement à ladite paroi, dans le but de maintenir autant aue possible une distance fixe prédéterminée entre véhicule et paroi. 11 suffit alors d'une seule surface de guidage, sur laquelle le véhicule prend constamment appui. Corollairement, le procédé selon l'invention consiste a contrôler la force de poussée-du véhicule vers ladite paroi, pour la rendre sensiblement constante. Selon un mode de réalisation Dréféré de l'invention, le procédé consiste a produire ladite force de poussée par orientation des roues du véhicule en direction de la paroi, l'angle de braquage des roues étant relativement faible, par exemple de l'ordre d'un degré. La force d'appui du véhicule sur ladite paroi ou sur une surface fixe s'étendant parallèlement a cette paroi, peut aisement être détectée et utilisée pour contrôler et réguler l'angle de braquage des roues du véhicule afin de maintenir une distance prédeterminee sensiblement constante entre le véhicule et la paroi. De préférence, les roues du véhicule sont équipees de pneumatiques, pour obtenir par leur dérive permanente un effet d'amortissement automatique des perturbations de trajectoire dues a l'appui du véhicule sur la paroi ou la surface fixe précitée. L'angle faible de braquage des roues du véhicule se traduit par une déformation élastique des pneumatiques, qui roulent sans glisser sur une trajectoire paral lèle a ladite paroi, mais qui exercent sur le véhicule une force de poussée élastique orientée vers la paroi. Cette précontrainte élastique des pneumatiques et de la suspension du véhicule en direction de la paroi permet de stabiliser automatiquement la trajectoire du véhicule, en absorbant les faibles perturbations de trajectoire causes par des reactions du sol ou de la surface d'appui, et d'amortir rapidement des perturbations isolées pl-us importantes, par exemple par tangage. roulis ou autre cause fortuite. De préférence, les moyens d'appui du véhicule sur la paroi ou sur la face fixe précitee sont associés a des moyens élastiques de rappel et des moyens å'amcrtissement. L'invention propose egalement un dispositif de guidage unilatéral automatique d'un véhicule automoteur a roues directrices le long d'une paroi sensiblement continue, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant d'exercer systematiquement sur le véhicule une Pousse orientée vers ladite paroi, et des moyens d'appui du véi- cule sur la paroi ou sur une surface fixe s'étendant parallelement a cette paroi, permettant d'équilibrer par réaction la poussée précitée. Avontageusement, ce dispositif comprend des moyens de commande automatique des roues directrices du véhicule, imposant ces roues un angle de braquage faiole en direction de ladite paroi, et des moyens de régulation de l'angle de braquage des roues du véhicule en fonction de la force d'appui sur la paroi ou surface fixe précitée. Selon les modes de réalisation de l'invention, les moyens d'appui comprennent des roues, des galets, des coussins d'air ou des patins de glissement, amenés par des moyens elastiques en contact avec ladite paroi ou surface fixe précitée. Les moyens d'appui peuvent coopérer avec une zone de la Daroi ou surface fixe precitée ou avec un flanc d'un Drsfilé en U ou en V fixé au sol parallelement a la paroi. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, chaque moyen d'appui comprend une roue dont l'ase oblique, par exemple a 45", s'étend parallelement a une face d'un canal ou d'une ornière de guidage formée au sol, et est porté par un équipage mobile monté élastiquement sur le châssis du véhicule, des moyens étant prévus pour abaisser et relever la roue précitée et pour l'orienter de part et d'autre d'un plan longitudinal vertical en fonction du sens de déplacement du véhicule. L'invention propose également un véhicule a guidage automaticue le lcng d'une paroi en particulier dans un tuner, caracterise en ce qu'il comprend des moyens de mise en oeuvre du procédé précité, ou bien un dispositif cu type écrit ci-dessus. Avantageusement, ce véhicule comprend également des moyens de commande et de pilotage manuels, montés en -parallèle sur ses moyens de commande et de pilotage automatique, et est du type amphidrome, avec des roues directrices à l'avant et à l'arrière, qui sont équipées de pneumatiques, ses moyens de commande et de pilotage automatique étant efficaces pour l'un et l'autre sens de déplacement du véhicule. L'invention sera mieux comprise et d'autres détamils, caractéristiques et avantages de celle-ci aDparal- tront plus clairement a la lecture de la description qui suit, faite a titre d'exemple en référence aux dessins annexes, dans lesquels la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale verticale d'un ensemble de tunnels la figure 2 représente schématiquement deux vé- hicules se déplaçant en sens inverse dans le tunnel de ser vice ; les figures 3 a 7 représentent schématiquement divers moyens de guidage d'un véhicule. En figure 1, on a représente un ensemble de tunnels, tels que celui qui est destiné a relier la France et l'ngleterre en passant sous la Manche, et qui comprend deux tunnels principaux parallèles 10, du type ferroviaire, entre lesquels se trouve un tunnel de service 12 relié a intervalles réguliers aux tunnels principaux 10 par des galeries transversales 14. Pour fixer les idées, on indiquera a titre d'exemple que les tunnels ferroviaires 10 peuvent avoir un diamètre de l'ordre de 7 mètres. le tunnel de service 12 un diamètre de l'ordre de 5 mètres, les galeries transversales 14 un diamètre de l'ordre de 3 mètres. les tunnels 10 et 12 pouvant avoir une longueur de l'ordre d'une cinquantaine de ki lcmetres. Le tunnel de service 12 comprend un radier 16, formant une surface. sensiblement horizontale de roulement de véhicules et un plafond 18, délimitant avec la paroi su cérieure du tunnel 12 un espace 20 de réception de câbles, conduites, etc... Le tunnel de service 12 doit également permettre des interventions rapides en cas d'urgence, par exemple pour l'évacuation des passagers d'un train arrêté ou bloqué dans un tunnel 10. On a prévu pour cela d'utiliser des vehicules automoteurs 22, qui doivent pouvoir circuler dans les deux sens à l'intérieur du tunnel de service 12 en longeant l'une ou l'autre de ses parois et qui doivent également pouvoir circuler momentanément a contre-sens en passant d'un côté à l'autre du tunnel. Les véhicules 22 sont donc équipés de roues directrice et sont du type amphidrome, c'est-à-dire que leurs e > trémités sont équipées de façon identique d'un train de roues directrices et d'un systeme classique 26 de pilotage manuel, de sorte -que chaque véhicule 22 peut se replacer indifféremment dans un sens et dans l'autre à l'intérieur du tunnel 12, sans avoir à effectuer de aemitour, ce qui serait de toute façon impossible compte tenu de la longueur des véhicules. Chaque véhicule 22 est également équipé d'un système de Dilotage et de guidage automatique le long d'une Daroi 28 du tunnel (ou le long de la paroi opposée 30 de ce tunnel pour le sens de marche opposé). Dans une forme de realisation représentée en figure 2. un véhicule 22 comprend, sur ses côtés, des roulettes ou galets 32 d'appui sur la paroi 28 du tunnel, ces roulettes ou galets 32 étant portés par des bras tirés 34 prévus a l'avant et à l'arrière du véhicule. Chaque bras 34 est associé a des moyens élastiques de rappel et, de préference, également a des moyens amortisseurs, agissant de telle sorte que ies galets 32 soient maintenus au contact de la paroi 28 du tunnel, lorsque le véhicule 22 se déplace dans des conditions normales le long de cette paroi. L'invention prévoit que les roues directrices 24 du véhicule soient toujours orientees en direction de la paroi 28 pour, compte tenu du sens de déplacement du véhicule 22 indiqué par la fleche 36, tendre constamment a rapprocher le véhicule 22 de la paroi 28. Cette poussée laterale exercée sur le véhicule est équilibrée par la force d'appui des roulettes 32 sur la paroi 28. Cette force d'appui est fonction de la poussée latérale, et donc de l'angle de braquage du véhicule, et on peut la détecter pour contrôler l'angle de braquage des roues directrices 24, de telle sorte que la force d'appui sur la paroi 28 reste sensiblement constante pour une trajectoire désirée du véhicule. On peut donc asservir le système de direction du véhicule 22 a cette force d'appui par l'intermédiaire des circuits hydrauliques d'asservissement équipant en ge- néral les systémes de direction, ou bien commander directement le systeme de direction en fonction de la distance entre le véhicule 22 et la paroi 28, ou encore agir de fa çon limitée, en tout ou rien, sur le système de direction du véhicule, lorsque ia force d'appui sur la paroi 28 varie amans un sens ou dans l'autre, ou que la distance entre le vehicule et cette paroi varie. En pratique, l'angle de braquage des roues directrices 24 est faible (inférieur à 1', par exemple de l'ordre de 0,5-0,7"). Dans ces conditions. les pneumatiques des roues 24 se déforment élastiquement et roulent sans glisser sur la surface 16 tout en poussant élastiquement le véhicule sur la paroi 28. Cette précontrainte élastique permet d'absorber et d'amortir les perturbations de trajectoire dues au passage du vehicule 22 sur des inégalités de la surface de roulement 16. ou au passage des roulettes 32 sur des inegalites superficielles de la paroi 28. et aussi d amortir l'effet de lacet induit provoque par de petites variations de trajectoire du véhicule résultant de changements 'assiette. On comprend qu'un véhicule 22 ainsi équipé peut se déplacer a vitesse relativement élevée le long de la paroi 28 au tunnel, en pilotage automatique. Une intervention manuelle est nécessaire pour changer de voie de déplace- ment, par exemple pour dépasser un autre véhicule 22, arrêté sur la méme voie ou se déplaçant à vitesse reduite. On a également representé en figure 2 un autre véhicule 22, se déplaçant en sens inverse du premier, et qui est équiDé de moyens d'appui sur la paroi 30, d'un type différent. Ces moyens d'appui comprennent des roulettes ou des galets 32 au nombre de trois, qui sont portés par un même palonnier 38 monté sur le véhicule 22 par l'intermédiaire de ressorts et d'amortisseurs. Chaque roulette 32 du palonnier 38 est écarté d'une autre roulette d'une distance supérieure au diamètre d'une galerie transversale 14, ce qui permet au véhicule 32 de passer les ouvertures de ces galeries sans problème. Par ailleurs, les roulettes ou autres moyens d'appui latéraux sont escamotables. pour être actifs du coté de la paroi du tunnel, et diminuer l'encombrement de l'autre côté. En variante, les moyens d'appui peuvent com Drendre des coussins d'air, formés sur un côté du véhicule. La pression d'air dans ces coussins est alors utilisable pour commander le système de direction du véhicule. On a représenté dans les figures 3 a 7 d'autres modes de realisation possibles des moyens de guidage et d'appui d'un véhicule. En figure 3 on retrouve la paroi 28 du tunnel, sur laquelle le véhicule 22 prend appui, à l'avant et a l'arriere. par une roulette 32 portée par un bras 40 associe a un ressort de rappel 42. Une tringlerie 44 relie ci rectement ce rraz 40 au systeme de direction du vehicule 22, ajour orienter les roues 24 du véhicule en fonction de la distance entre le véhicule et la paroi 28. Bien entendu, le système est conçu de telle sorte que, quand le véhicule 22 se trouve une distance prédéterminée de la paroi 28t ses roues 24 soient très lé- gerement braquées en direction de cette paroi. Toute déviation du véhicule dans un sens ou dans l'autre se traduit par un déplacement transversal du bras 40 portant la roulette 32, et donc par une modification correspondante de l'angle de braquage des roues 24 pour annuler la déviation précitée. En figure 4, on a representé un moyen de guidage d'un type different, comprenant une roue 46 du type biconique, d'axe horizontal, dont la partie inférieure est reçue dans un canal ou une ornière 48 formée dans la surface de roulement 16 parallelement à une paroi 28, 30 du tunnel. La roue 46 est montée sur le châssis du véhicule 22 par l'intermédiaire de moyens élastiques et de moyens amortisseurs, dont l'action est schématisée par la double flèche horizontale 50, et est en outre associée à des moyens de relevage, dont l'action est schématisée par la double fleche verticale 52. Ce type de guidage offre une sécurité supplémentaire, par butée de la roue 46 sur l'autre face de l'ornière 48, si le véhicule devait s'écarter trop de la paroi correspondante du tunnel pour une raison fortuite. On a représenté en figure 5 une autre forme de réalisation de ces moyens de guidage, qui comprennent ici un boltier creux 54 à deux parois Darallèles verticales 56 percées d'une multitude de trous 58. Ce boîtier est reçu dans un canal ou une orniere 60, suffisamment profond et s'etendant parallèlement a la paroi correspondante du tunnel. Le boîtier 56 est alimente en air sous pression, qui s'echappe par les trous 58 d'une de ses parois 5x, pour former un coussin d'air avec la face verticale correspondante de l'ornière 60. Une Dlaque 62 est prévue dans le boîtier 54 et est déplaçable d'une paroi latérale a l'autre, pour obturer les trous 58 d'une paroi 56 ou de l'autre. en fonction du sens de déolacement du véhicule. Comme dans le mode de realisation précédent, des moyens sont prévus pour abaisser et relever le boîtier 54, qui est monté de façon elastique amortie sur le châssis du véhicule. Une autre forme de réalisation des moyens de guidage du véhicule a été représentée en figure 6, dans laquelle ces moyens comprennent des roues 64, par exemple équipées de Dneumatiques, d'axe vertical 66, sui prennent apDui sur une face verticale 68 d'un caniveau formé dans la surface de roulement 16 du tunnel, ou mieux d'un trottoir ou seuil formé a la jonction de la surface de roulement îe et de la paroi du tunnel. Comme dans les modes de réalisation précédents, des moyens non représentés, permettent de relever et d'abaisser la roue 64, et de la monter élastiquement dE façon amortie sur le châssis du véhicule, ce qui permet, comme expliqué plus haut, de détecter également la force d'appui ae la roue 64 sur la paroi 68. Enfin. la figure 7 représente schématiquement un autre mode de réalisation de ces moyens de guidage. qui comprennent une roue 70, par exemple équipee d'un pneumatique, et dont l'axe de rotation 70 est oblique, par exemple à 45 , et s'étend parallèlement à une face oblique 74 d'un canal ou d'une ornière de guidage formée dans la surface de roulement 16 du tunnel. La roue 70 est, comme précédemment, portée par un équipage mobile monté élastiquement sur le châssis du véhicule, par exemple de façon flottante comme schématisé par les fleches 76, et qui comprend également des moyens de relevage et d'abaissement de la roue 7G. a résultante des forces agissant sur la roue 70 peut être a peu rires peroendicuiaire a la face 74 de guidage (combinaison d'une force horizontale orientée vers la gauche, et d'une force verticale orientée vers le bas de la figure) de sorte que cette roue n'aura pas tendance à monter ou descendre sur la face 74. On prévoit de plus, avantageusement, des moyens de montage de cette roue à pivotement autour d'un axe vertical, comme indiqué par la double flèche 78, pour changer l'orientation de la roue par rapport à un plan longitudinal vertical en fonction du sens de déplacement du véhicule. On prevoit également, de façon avantageuse, que l'ornière ou le canal de guidage comprend une autre face oblique 80, oppose à la face 74 et symetrique de celle-ci. On peut alors monter un ou plusieurs galets de roulement 82, ou moyens analogues, en bout de l'arbre de la roue 70, pour éviter des chocs et des frottements sur la paroi oblique 80, lorsque le véhicule dévie de sa trajectoire et que la roue 70 s'écarte de la paroi oblique de guidage 74. On comprend que les moyens de guidage du type de ceux représentés dans les figures 4 à 7 sont montés sur un seul côté d'un véhicule, ou sur l'axe longitudinal de celui-ci. Ils permettent au véhicule de se déplacer dans le tunnel sur une même voie de déplacement, dans un sens et dans l'autre, sans qu'il soit necessaire de modifier la position ou l'orientation de ces moyens de guidage. Lorsque le véhicule doit changer de voie de déplacement, il faut relever ces moyens de guidage et les déplacer lateralement ou les réorienter par rapport au véhicule, avant de les abaisser dans l'ornière de guidage correspondante. Lorsque ces moyens sont du type elastique (cas des figures 5, 6 et 7), leur élasticité s'ajoute à celle des pneumatiques equipant les roues du véhicule pour compenser et amortir les perturbations de trajectoire dues a des irrégularités de la surface d'appui ou de la surface de roulement au sol. Les vehicules 22 seront en principe équices d'un moteur à combustion interne du type moteur diesel, et axe moteurs électriques de secours. Pour fixer les idées, on indiquera que ces véhicules peuvent avoir une longueur d'environ 8 métres, une largeur de l'ordre de 2 mètres, un poids d'environ 10 tonnes et peuvent transporter de 10 à 20 personnes, a une vitesse de l'ordre de 60 kilomètres par heure. en pilotage automatique. REVENDICATIONS 1) Procédé de guidage unilatéral d'un véhicule automoteur à roues directrices le long d'une paroi sensiblement continue, caractérisé en ce qu'il consiste à pousser systématiquement le véhicule (22) vers ladite paroi (28,30) et à équilibrer la poussée du véhicule vers la paroi par une force d'appui du véhicule sur cette paroi ou sur une surface fixe (48,60,68,74) s'étendant parallèlement à cette paroi 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à contrôler la force de poussée du véhicule (22) vers la paroi (28,30) pour la rendre sensiblement constante. 3) Procède selon la revendication 1 ou 2, ca ractérisé en ce qu'il consiste à produire ladite force de poussée par orientation des roues (24) du véhicule (22) en direction de la paroi, l'angle de braquage des roues étant relativement faible, par exemple de l'ordre d'un degré 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à réguler l'angle de braquage des roues (24) en fonction de la force d'appui du véhicule (22) sur la paroi (28) ou la surface fixe précitée (48,60,68,74). 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à équiper les roues du véhicule de pneumatiques, pour obtenir par leur dérive permanente un effet d'amortissement automatique des perturbations de trajectoire dues aux irrégularités de la paroi (2â) ou surface fixe précitee, et de la surface de roulement (16), et aux réactions de suspension induites. 6) Procédé selon l'une des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à monter sur le véhicule (22) les éléments d'appui (32,46,54,64,70) par l'intermédiaire de moyens élastiques de rappel (42) et de moyens amortisseurs. 7) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit des éléments d'appui (32,46,54,64,70) au moins à l'avant et à l'carrière du véhicule (32). 8) Dispositif de guidage unilatéral automatique d'un véhicule automoteur à roues directrices le long d'une paroi sensiblement continue, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant d'exercer systématiquement sur le véhicule (22) une poussée orientée vers ladite paroi (28,30), et des moyens (32,46,54,64,70) d'appui du véhicule sur la paroi ou sur une surface fixe (48,60,68,74) s'étendant parallèlement à cette paroi, pour équilibrer par réaction ladite poussée. 9) Dispositif selon la revendication 8, carac térisé en ce qu'il comprend des moyens de commande automatique aes roues directrices (24) du véhicule, imposant à ces roues un angle de braquage faible en direction de ladite paroi (28,30). 10) Dispositif selon la revendication 9, carac térisé en ce quil comprend des moyens de régulation de l'angle de branquage des roues (24) du véhicule en fonction ae la force d'appui sur la paroi ou surface fixe précitee. 11) Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'appui comprennent des roues (32), des galets, des coussins d'air ou des patins de glissement, amenés par des moyens élastiques en contact avec ladite paroi ou surface fixe précitée. 12) Dispositif selon l'une des revendications 8 a 11, caractérisé en ce que les moyens d'appui coopérent avec un flanc d'un profilé (48,60,68,74) a section en U ou en V, fixé au sol parallèlement à ladite paroi. 13j Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que chaque moyen d'appui comprend une roue (70) dont l'axe oblique (72), par exemple à 45', s'étend parallelernent à une face (74) d'u canal ou d'une ornière de guidage formé au sol, et est porte par un equipage mo bile monté élastiquement sur le châssis du véhicule, des moyens étant prévus pour abaisser et relever la roue (70), et pour l'orienter de part et d'autre d'un plan longitudinal vertical en fonction du sens de déplacement dû véhicule. 14) Véhicule à guidage automatique le long d'une paroi, en particulier dans un tunnel, caractérise en ce qu'il comprend des moyens de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, ou un dispositif selon l'une des revendications 8 à 13. 15) Véhicule selon la revendication 14, carac terisé en ce qu'il comprend des moyens (26) de commande et de pilotage manuel, montés en parallèle sur ses moyens de commande et de pilotage automatique. 16) Véhicule selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce qu'il est amphidrome et comprend des roues directrices (24) à l'avant et à l'arrière, équipées de pneumatiques, ses moyens de commande et de pilotage automatique etant efficaces pour l'un et l'autre sens de déplacement du véhicule. 17) Véhicule selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un moteur à combustion interne. tel qu'un moteur diesel, et de moyens moteurs électriques de secours.