Brevet FR2697099A1 — publié le 19940422

DISPOSITIF DE REGULATION PAR CONPRESSION DE LA DEFOEMATION D'UNE PIECE RECTILIGNE FLEXIBLE, SOUMISE A UN EFFORT DE FLEXION VARIABLE ,ET VEHICULE EQUIPE D'UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne la compensation dynamique par compression de la déformation subie par une pièce rectiligne flexible, soumise à un effort de flexion qui évolue dans le temps. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de régulation de la déformation d'une telle pièce rectiligne, ainsi T un qu véhicule équipé d'un tel dispositif de régulation. On désigne dans le présent texte par pièce rectiligne, tout solide engendré par une section se déplaçant normalement sur une fibre moyenne, rectiligne, qui la traverse en son centre de gravité. Cette fibre moyenne est également appelée axe de la pièce. Lorsqu'une pièce rectiligne est soumise à un effort de flexion, elle prend une forme courbe, qui se caractérise par une flèche qui dépend de effort de flexion et du matériau utilisé pour réaliser la pièce rectiligne. I1 existe alors à l'intérieur de la pièce une couche de matériau qui n est ni tendue ni comprimée et qu'on appelle axe neutre de flexion. Cet axe neutre de flexion dépend de la forme de la pièce, et du matériau utilisé. Il délimite les deux parties de la pièce qui travaillent respectivement en compression ou en traction. Une section droite d'une pièce soumise à un effort de flexion comporte donc deux zones distinctes, dites zone de traction et zone de compression. Il est connu dans le domaine de la résistance des matériaux, de s'opposer à cette déformation, par compression de la pièce rectiligne, c est à dire en exerçant localement au niveau de la zone de traction des deux sections droites extrêmes de la pièce, une force de pression perpendiculaire auxdites sections. De la sorte, on peut faire diminuer la flèche de la déformation de la pièce rectiligne. Le but que T s'est fixé le demandeur est de proposer un dispositif de régulation, qui permet de régler dynamiquement à une valeur donnée la flèche de la déformation d'une pièce rectiligne flexible, soumise à un effort de flexion variant dans le temps, en contrôlant la compression à partir de la mesure de ladite flèche. Ce but est parfaitement atteint par le dispositif de régulation de l'invention. De manière caractéristique, celui-ci comprend - des moyens de compression aptes à s opposer à la déformation de la pièce rectiligne sous effort de flexion, par application au niveau de la zone de traction des deux sections droites extrêmes de la pièce, d'une force de pression normale, dont la valeur est fonction d'un signal de commande, - des moyens de mesure de la flèche de la déformation de la pièce rectiligne, délivrant un signal de déformation, - des moyens de comparaison du signal de déformation avec un signal de consigne, lesquels moyens délivrent un signal d'écart, - des moyens de commande délivrant le signal de commande des moyens de compression, en fonction du signal d'écart. Le signal de consigne correspond au signal de déformation que doivent délivrer les moyens de mesure lorsque la flèche qui est mesurée correspond à la flèche devant être obtenue. Avantageusement, afin d'optimiser l'action des moyens de compression, ceux-ci sont conçus pour appliquer chaque force de pression dans la partie de la zone de traction la plus éloignée de l'axe neutre de la pièce avant compression. Dans un mode particulier de réalisation, les moyens de compression consistent au moins en un câble dont une extrémité possède un point d'ancrage au niveau de la zone de traction d'une section droite extrême de la pièce rectiligne, et qui est tendu par un organe de tension ayant un point d'appui au niveau de la zone de traction de la section droite extrême opposée, et commandé par un moteur électrique, en sorte que la pièce rectiligne subit deux forces de pression égales et opposées appliquées perpendiculairement aux sections droites extrêmes, respectivement aux points d'ancrage et d'appui. De préférence le câble est réalisé dans un matériau léger et résistant en traction, par exemple en polyaramide du type Kevlar. Avantageusement, l'organe de tension est un vérin à vis. De la sorte, en cas de coupure de l'alimentation du moteur électrique, la tension du câble est maintenue. Plus particulièrement, les moyens de mesure consistent en un capteur, du type jauge de contrainte, calibré pour délivrer un signal de déformation continu et proportionnel à la flèche de la déformation de la pièce. Dans ce cas, le signal de consigne est continu, et les moyens de comparaison délivrent un signal d'écart continu dont la valeur est fonction de la différence entre la valeur des signaux de déformation et de consigne. Plus particulièrement, l'organe de tension étant commandé par un moteur électrique à courant continu, les moyens de commande délivrent à destination de ce moteur, un signal de commande continu qui est fonction du signal d'écart. Le dispositif de régulation de l'invention est particulièrement adapté pour réaliser le contrôle de la déformation subie par la caisse d'un véhicule, montée sur deux essieux. Lorsque cette caisse subit une charge variable, la partie de la caisse comprise entre les deux essieux, et qui est une pièce rectiligne particulière, subit une déformation qui est fonction de la charge. L'invention concerne donc également un tel véhicule, qui de manière caractéristique est équipé d'au moins un premier dispositif de régulation selon l'invention, dont les moyens de compression sont aptes à appliquer une force de pression au niveau de la zone de traction des deux sections droites extrêmes de la partie de la caisse qui est située entre les essieux. Lorsque la charge supportée par la caisse est concentrée e principalement au niveau d'une partie extrême de la caisse, c'est à dire d'une partie qui stétend de I'extrémité de la caisse à l'essieu le plus proche, ladite partie extrême est soumise également à un effort de flexion qui la déforme. Afin de contrôler et corriger cette déformation, le véhicule est en outre avantageusement équipé d'au moins un deuxième dispositif de régulation selon l'invention, dont les moyens de compression exercent une force de pression au niveau de la zone de traction des deux sections droites extrêmes de l'une des deux parties de la caisse qui est centrée sur un essieu. De préférence, la caisse du véhicule est réalisée en matériau composite à base de fibre de verre. Elle est donc plus légère, et subit donc une charge moins importante du fait de son propre poids. En outre, un tel matériau possède une limite d'élasticité très importante, et peut donc être soumis à des contraintes mécaniques élevées. Certes, pour une charge donnée, la déformation de la caisse en matériau est importante, du fait de ltélasticité même du matériau. Cependant le ou les dispositifs de régulation dont est équipé le véhicule permettent aisément de compenser cette déformation excessive. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode particulier de réalisation d'un véhicule selon l'invention, donnée en référence au dessin annexé sur lequel - La figure 1A est une représentation schématique d'un véhicule dont la caisse est déformée sous l'action de son poids intrinsèque, - La figure 1B est une représentation schématique d'un véhicule équipé d'un dispositif de régulation, - Les figures 2A, 2B et 2C sont des représentations schématiques de ltévolution de la déformation de la caisse du véhicule de la figure 1B,supportant une surcharge variable régulièrement répartie entre les deux essieux, - et la figure 3 est une représentationschématique de la déformation de la caisse du véhicule de la figure 1B, supportant une surcharge répartie dans toute la caisse. Le véhicule 1A représenté schématiquement à la figure 1 est constitué d'une caisse 2 d'axe 2a, supportée par deux essieux 3a, 3b. Par souci de simplification, et sans pour autant nuire à la généralité de l'invention, on considère que le centre de gravité G du véhicule 1 est équidistant des deux essieux 3a et 3b. La partie 2b de la caisse 2 qui stétend entre les deux essieux 3a et 3b et qui est donc délimitée par les deux sections droites 2c et 2d de la caisse 2, subit une déformation constante sous l'action du poids intrinsèque P de la caisse 2, par rapport aux deux essieux 3a et 3b. Le centre de gravité G étant équidistant des deux essieux 3a et 3b, cette déformation est symétrique et se caractérise par une flèche h. Les extrémités de la caisse 2 situées à ltextérieur des essieux 3a et 3b subissent également une déformation, qui s'ajoute à la déformation subie par la partie 2b. Cependant afin de faciliter la compréhension de l'invention, on négligera dans un premier temps cette déformation. Lorsque le véhicule 1 est soumis entre ses deux essieus à une surcharge, la déformation de la partie 2b de la caisse est accentuée. Si la surcharge est répartie régulièrement entre les deux essieux, cette accentuation de la déformation est symétrique. S'agissant de véhicules du type ferroviaire, tel que ceux constitutifs d'une rame de métro ou de train, cette surcharge est liée à la présence des voyageurs transportés. On peut considérer en première approximation que dans de tels véhicules, la surcharge due à la présence de ces voyageurs est régulièrement répartie dans la caisse du véhicule et est principalement située entre les deux essieux. Cette surcharge évolue en fonction du nombre de voyageurs transportés. La partie 2b du véhicule subit donc un effort de flexion variable dans le temps, ce qui se traduit par une variation de la flèche h de la déformation de la caisse 2 du véhicule. Pour des raisons de sécurité, il est impératif que cette flèche ne dépasse pas une valeur limite qui est en pratique de l'ordre de 15 mm. Dans le but de contrôler cette flèche, on équipe le véhicule 1 représenté à la figure lA avec un dispositif de régulation représenté à la figure IB, lequel permet d'agir sur la déformation de la partie 2b de la caisse, afin que la flèche de cette déformation soit quasiment constante, c'est à dire en l'occurrence quasiment nulle, et en tout cas inférieure à la valeur limite précitée, quelque soit la variation de la charge entre les deux essieux. Le dispositif de régulation de l'invention consiste en des moyens de compression 4, qui sont pilotés par des moyens de commande 7, en fonction d'un signal d'écart 16 fourni par des moyens de comparaison 6, recevant en entrée un signal de consigne 15 et un signal de déformation 14 qui est délivré par des moyens de mesure 5 de la flèche de la déformation de la partie 2b de la caisse 2. Les moyens de compression consistent en un câble 8, réalisé dans un matériau qui à titre d'exemple peut être du Kevlar ou un acier à haute limite élastique , dont une extrémité est fixée à la caisse 2, selon un point d'ancrage 9 situé dans le plan de la section droite 2c, à proximité de l'essieu 3a et dont I'extrémité opposée est reliée à un vérin à vis 10. Ce vérin 10 est piloté par un moteur à courant continu 13, par l'intermédiaire d'un système de transmission 12, et a dans la caisse 2 un point d'appui 11, situé dans le plan de la section droite 2d à proximité de l'essieu 3b. La mise en rotation du moteur électrique à courant continu 13 provoque la translation du vérin à vis 10, dans un sens qui dépend du sens de rotation du moteur, ce qui a pour effet d'accentuer ou de diminuer la tension du câble 8. si l'on se réfère à la figure 1B, la tension du câble 8 par le vérin 10 a pour effet de créer deux forces de pression Fl égales et opposées, appliquées respectivement aux points d'ancrage 9 et d'appui 11. De la sorte, on réalise une compression de la partie 2b de la caisse 2, qui a pour effet de s'opposer à la déformation subie par cette partie 2b. La position des points d'ancrage 9 et d'appui 11 à proximité des essieux permet d'exercer une force de pression au niveau des deux sections droites 2~ et 2d en un point où l'effort de traction subie par la partie 2b est maximum. Les moyens de compression ont ainsi une action plus efficace. En pratique, le câble 8 sera monté dans le plancher de la caisse 2 du véhicule 1. S'agissant d'une caisse réalisée en matériau composite, à base de fibres de verre, le câble 8 sera par exemple monté dans une feuillure pratiquée longitudinalement dans le plancher de la caisse. Dans l'exemple de la figure 1B, la compression permet de compenser la déformation subie par la partie 2b de la caisse 2, sous l'action de son poids intrinsèque P. La flèche de cette déformation est donc nulle. Tant que la partie 2b ne subit pas de surcharge, cette compression reste constante, le vérin 10 restant dans la même position. A partir de cette position initiale, le fonctionnement du dispositif de régulation est le suivant. Lorsque la partie 2b de la caisse 2 subit une surcharge nP tel que cela est représenté sur la figure 2A, la partie 2b subit une déformatiou qui se caractérise par une flèche h'.Cette flèche est mesurée par les moyens de mesure 5, qui consistent en l'occurrence en une jauge de contrainte calibrée pour délivrer un signal de déformation 14 continu, et proportionnel à la flèche mesurée. La valeur du signal de consigne 15 continu est choisie en sorte qu'elle soit égale à la valeur du signal de déformation 14, qui est délivré par la jauge de contrainte lorsque la flèche mesurée est égale à la flèche que l'on souhaite obtenir, c'est à dire en l'occurrence à une flèche nulle. Le signal d'écart 16 qui est délivré par les moyens de comparaison 6, est fonction de la différence entre la valeur du signal de consigne 15 et la valeur du signal de déformation 14. En fonction de la valeur de ce signal d'écart 16, les moyens de commande 7 délivrent un signal de commande 17 à destination du moteur à courant continu 13 en sorte de commander de façon continue la variation de la tension du câble 8, et par lâ même des forces de pression exercées sur les deux sections droites 2c et 2d. Dans le cas de la déformation subie par la partie 2b de la caisse 2 de la figure 2A, le signal de commande 17 a pour effet d'accentuer progressivement la tension exercée sur le câble 8 par le vérin 10, en sorte d'accroître les forces de pression d'une valeur tF. Si l'on se réfère à la figure 2B, cet accroissement des forces de pression a pour effet de redresser la déformation qui était subie par la caisse 2 du véhicule de la figure 2a, en sorte d'obtenir une flèche nulle. Quand la flèche atteint sa valeur de consigne, qui est en l'occurrence nulle, ce qui est le cas pour les véhicules des figures 1B et 2B, le signal de commande devient nul, ce qui provoque l'arrêt du moteur 13, et par lâ même l'arrêt du mouvement de translation du vérin 10. I1 est intéressant de noter à ce sujet, que l'utilisation d'un vérin à vis permet de pallier à une éventuelle coupure accidentelle de l'alimentation du moteur 13.En effet, lorsqu'une telle coupure se produit le vérin à vis reste dans la position qutil avait juste avant la coupure et maintient son effort de tension sur le câble. Si l'on retire la surcharge a P qui est subie par le véhicule de la figure 2B, celui-ci, du fait de l'application d'une force de compression supérieure à Fl, a tendance à subir une déformation contraire de flèche h' représentée à la figure 2C. Cependant le dispositif de régulation de l'invention réagit à cette déformation en réduisant la tension exercée sur le câble par le vérin 10. La valeur maximale de la flèche h' dépend de la sensibilité des moyens de mesure et du temps de réaction du dispositif de régulation. Le dispositif de régulation doit être conçu par l'homme du métier pour que la flèche h' ne dépasse pas une valeur limite, en l'occurrence 15 mm. I1 revient également à l'homme du métier de définir précisément les moyens de commande 7 pour un véhicule donné, afin que le dispositif de régulation réagisse suffisamment rapidement à une variation de la flèche de la déformation de la partie 2b, tout en évitant une oscillation provoquée par des variations de flèche qui ne sont pas significatives. De telles variations peuvent par exemple être provoquée e par des accélérations ou des décélérations subies par le véhicule.Dans ce cas,une solution peut consister à inhiber le dispositif de régulation par un signal détectant les variations de vitesse du véhicule. Une autre solution consiste à intégrer le signal d'écart au niveau des moyens de commande 7. I1 est possible que le véhicule de la figure 1A subisse une charge telle que la déformation subie par le.s parties de la caisse 2, situés à I'extérieur des essieux , ne soit plus négligeable. On obtient alors une déformation similaire à celle représentée sur le véhicule de la figure 3, et qui a e été volontairement accentuée. Dans la zone Pi, située entre les deux essieux, la caisse 2 du véhicule subit une déformation caractérisée par une flèche hl. Les parties extrêmes de la caisse 2, situées à I'extérieur des essieux, subissent chacune une déformation caractérisée respectivement par une flèche h2 et h3.En fonction de la répartition de la charge, les deux flèches h2 eth 3 peuvent être différentes.Dans ce cas, il est préférable d'équiper le véhicule avec un deuxième et un troisième dispositifs de régulation selon l'invention qui agissent respectivement sur les parties 2e et 2f de la caisse 2 situées dans les zones P2 et P3, c'est à dire centrées respectivement sur les essieux 3a et 3b. Le dispositif de régulation de la partie 2e de la zone P2 exerce une force de compression F'2 en sorte de contrôler la flèche h2, et le dispositif de régulation de la partie 2f de la zone P3 exerce une force de compression F'3 en sorte de contrôler la flèche h3. Les forces de compression F'2 et F'3 sont de préférence appliquées à proximité du pavillon du véhicule, afin que l'action des moyens de compression des deuxième et troisième dispositifs de régulation soient plus efficace. Les véhicules dont la caisse est réalisée par l'assemblage dans le sens de la longueur de deux ou plusieurs modules sont particulièrement fragiles aux efforts de flexion provoqués par la charge de la caisse. Le dispositif de régulation de l'invention qui permet de compenser cet effort de flexion est donc particulièrement bien adapté à ce type de véhicule. Le dispositif de régulation de l'invention n'est pas limité au mode particulier de réalisation qui a e' été décrit, mais en couvre toutes les variantes. Le câble de tension et le vérin à vis peuvent notamment être remplacés par une tige filetée; un même dispositif de régulation peut comporter plusieurs moyens de compression afin de répartir au mieux les forces de pression exercées localement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régulation de la déformation d'une pièce rectiligne flexible, soumise à un effort de flexion variant dansle temps, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens de compression (4) aptes à s'opposer à la déformation de la pièce rectiligne sous l'effort de flexion, par application au niveau de la zone de traction des deux sections droites extrêmes de la pièce, d'une force de pression normale, dont la valeur est fonction d'un signal de commande (17), - des moyens de mesure (5) de la flèche de la déformation de la pièce rectiligne, délivrant un signal de déformation (14), - des moyens de comparaison (6) du signal de déformation (14) avec un signal de consigne (15), lesquels moyens délivrent un signal d'écart (16), - des moyens de commande (7) délivrant le signal de commande (17) des moyens de compression (4), en fonction du signal d'écart (16). 2. Dispositif de régulation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de compression sont conçus pour appliquer chaque force de pression dans la partie de la zone de traction la plus éloignée de l'axe neutre de la pièce avant compression. 3. Dispositif de régulation selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens de compression (4) consistent au moins en un câble (8) dont une extrémité possède un point d'ancrage (9) au niveau de la zone de traction d'une section droite extrême de la pièce rectiligne, et qui est tendu par un organe de tension ayant un point d'appui (11) au niveau de la zone de traction de la section droite extrême opposée, et commandé par un moteur électrique (13) en sorte que la pièce rectiligne subit deux forces de pression égales et opposées appliquées perpendiculairement aux sections droites extrêmes , respectivement aux points d'ancrage (9) et d'appui (11). 4. Dispositif de régulation selon la revendication 3 caractérisé en ce que le câble est réalisé dans un matériau léger et résistant en traction, en polyaramide du type Kevlar. 5. Dispositif de régulation selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'organe de tension est un vérin à vis (10). 6. Dispositif de régulation selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de mesure (5) consistent en un capteur, du type jauge de contrainte, calibré pour délivrer un signal de déformation (14) continu et proportionnel à la flèche de la déformation de la pièce, et en ce que le signal de consigne étant continu, les moyens de comparaison (6) délivrent un signal d'écart (16) continu dont la valeur est fonction de la différence entre la valeur des signaux de déformation (14) et de consigne (15). 7. Dispositif de régulation selon la revendication 6 caractérisé en ce que le moteur électrique (13) est à courant continu, et les moyens de commande (7) délivrent à destination de ce moteur, un signal de commande (17) continu qui est fonction du signal d'écart (16). 8. Véhicule (1) constitué d'une caisse (2) montée sur deux essieux (3a, 3b) caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un premier dispositif de régulation selon l'une quelconques des revendications 1 à 7, dont les moyens de compression (4) sont aptes à appliquer une force de pression au niveau de la zone de traction des deux sections droites extrêmes (2c, 2d) de la partie (2b) de la caisse (2) qui est située entre les essieux (3a, 3b). 9. Véhicule selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il est en outre équipé d'au moins un deuxième dispositif de régulation, dont les moyens de compression exercent une force de pression au niveau de la zone de traction des deux sections droites extrêmes de l'une des deux parties de la caisse qui est centrée sur un essieu (3a, 3b). 10. Véhicule selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que la caisse (2) est réalisée dans un matériau composite à base de fibres de verre.