Brevet FR2705620A1 — publié le 19941202

L'invention se rapporte & un véhicule articulé composé d'une suite de plusieurs modules reliés entre eux par une liaison composite articulée comprenant au moins une articulation élastique à déplacement contrôlé. Le développement des transports sur route, notamment le transport de marchandises et les transports de personnes en milieu urbain ou semi- urbain, a entraîné le besoin de véhicules de grande capacité de chargement et d'accueil. Cependant, ces véhicules doivent également répondre aux impératifs légaux notamment dimensionnels, ainsi qu'à des contraintes de maniabilité adaptées à leur usage. La composition en plusieurs modules interconnectés et articulés formant une rame présente d'importants avantages notamment en ce qui concerne la longueur totale obtenue avec des modules identiques ou différents de longueur réduite, mais aussi du confort de conduite, en particulier dans les courbes. Ceci est particulièrement vrai pour les transports urbains devant suivre parfois un tracé de voies de circulation souvent étroit et tortueux, comportant courbes horizontales et verticales. Cependant, la réalisation en modules articulés présente des difficultés de conception et de réalisation, ces difficultés augmentant avec le nombre de modules. La position relative des trains de roues en ligne droite comme en virage doit être contrôlée, afin d'éviter des déports ou écarts de trajectoire, des glissements, des phénomènes d'oscillations ou de rabattement de certains modules, notamment les modules intermédiaires, ou le module terminal. Un autre problème est lié aux irrégularités de la voie, par exemple bosses, dévers, enfoncements localisés. La position relative des modules doit également être contrôlée dans ce type de mouvement entre les modules. A cet effet, on connaît différents dispositifs de contrôle des positions relatives des modules d'un véhicule modulaire et de ses trains de roues. Mais les dispositifs mettant en oeuvre des vérins ou une gestion automatisée, par exemple électronique, sont onéreux et compliqués. Il existe des dispositifs simplement mécaniques ou à géométrie variable. Par exemple, celui décrit dans le brevet US n 5052707 au nom de Timan qui se rapporte à un dispositif à bras articulés pour le contrôle de la position d'un module intermédiaire d'intercirculation entre les deux autres parties d'un véhicule articulé. Mais ce dispositif comprenant plusieurs parallélogrammes déformables placés en position supérieure s'avère notablement encombrant. De plus, il nécessite que la structure d'extrémité d'un au moins des éléments modulaires soit asymétrique, avec pour conséquence une aptitude réduite à la modularité et des complications de réalisation. Par ailleurs, la publication EP n O 519 813 au nom de GEC ALSTHOM décrit un dispositif de liaison pour véhicule articulé au niveau du passage d'intercirculation, constitué par des bielles obliques reliées par des éléments de liaison, formant un parallélogramme déformable en partie supérieure. Ce dispositif ne prévoit de contrôle de position du passage d'intercirculation que dans un type de mouvement, celui résultant des courbes horizontales. Sa fonction principale se limite à assurer un centrage de la partie supérieure de l'élément intermédiaire entre les deux voitures. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un véhicule articulé de façon mécanique simple, permettant d'assurer un meilleur maintien relatif en position des modules le composant, un quasi parfait suivi des courbes et des irrégularités de la voie, ainsi qu'une limitation sensible des mouvements parasites des modules entre eux, ceci même pour des rames routières composées de deux modules ou plus. A cet effet, l'invention consiste en un véhicule articulé comprenant une pluralité de modules reliés entre eux par une liaison composite articulée à support mobile d'articulation munis de roues et à liaison oblique, le module d'extrémité avant comportant un train de roues directeur, et le module d'extrémité arrière, un train de roues arrière, fixe ou suiveur, véhicule dans lequel chaque support mobile d'articulation est relié à l'un des modules par une liaison à trois degrés de liberté, et à l'autre module par une double liaison formée par une liaison inférieure à trois degrés de liberté et une liaison supérieure constituée par une liaison élastique à déplacement contrôlé. L'invention présente de nombreux avantages, au niveau de la simplicité de construction, coût de revient, fiabilité, efficacité, performance. Elle se montre particulièrement bien adaptée au transport en commun de voyageurs en milieu urbain, car elle permet la circulation de véhicules de grande longueur sans diminution de la maniabilité. Notamment, l'invention assure une amélio- ration sensible du comportement en tangage et en roulis. Ce dispositif d'articulation permet de rendre l'ensemble du véhicule quasi-isostatique ce qui diminue notablement les efforts dynamiques supportés par les structures. o D'autres caractéristiques techniques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple et accompagnée des dessins dans lesquels: la figure 1 est une vue générale schématique en perspective d'un véhicule articulé à trois modules ne faisant ressortir que les organes intéressant l'invention; la figure 2 est une vue identique à celle de la figure 1 représentant une variante de réalisation à deux modules; la figure 3 est une vue schématique en plan du véhicule en position alignée des modules la figure 4 est une vue schématique en plan du véhicule en début de virage horizontal; la figure 5 est une vue schématique en plan du véhicule en cours de virage; 15. la figure 6 est une vue schématique en plan du véhicule dans un virage en S; les figures 7,8 et 9 sont des vues schématiques de détail de dessus d'une liaison composite entre deux modules respectivement en ligne droite, en virage léger et en virage prononcé; la figure 10 est une vue schématique de profil du véhicule dans une courbe verticale. L'idée générale inventive consiste à relier les modules d'un véhicule articulé par des liaisons composites articulées formées chacune d'un support mobile d'articulation porté par un essieu et d'une liaison complémentaire par bielle oblique, chaque support mobile d'articulation étant relié à l'un des modules par une liaison à trois degrés de liberté et à l'autre module par une double liaison dont la liaison inférieure est une articulation à trois degrés de liberté et la liaison supérieure une articulation élastique à déplacement contrôlé. Ainsi, chaque support d'articulation est relié de façon articulée d'une part à l'un des modules adjacents par une articulation du type rotule et d'autre part à l'autre module adjacent par une 2705620 articulation double formant un pivot à mouvement pendulaire. Selon la variante préférée, chacun ou l'un au moins, ou l'un sur deux, des supports mobiles d'articulation est porté par un essieu moteur. Toute la force de propulsion de ce type de véhicule provient uniquement selon cette variante des essieux moteurs portant les supports mobiles d'articulation. Un exemple de véhicule articulé à trois modules selon l'invention est représenté sur la figure 1. Il constitue la version de base de l'invention qui s'étend aussi à un véhicule de deux modules et aux véhicules de plus de trois modules. Il se compose d'un module de tête 1, d'un module intermédiaire 2 et d'un module de queue 3. Ces modules sont reliés entre eux de façon articulée par des liaisons composites doubles telles que 4,5 formées d'une part d'un support mobile d'articulation 6,7 et d'autre part d'une liaison oblique articulée 8,9. Chaque support mobile d'articulation 6,7 est porté par un essieu ou un train de roues 10,11 à direction fixe par rapport au corps du support mobile d'articulation. Le module de tête 1 est muni d'un train de roues directeur à l'avant 12, et le module de queue 3 comporte un train de roues 13 fixe ou suiveur à l'arrière. Ce train de roues peut être orientable comme représenté, par un asservissement à la position du support mobile d'articulation adjacent par l'intermédiaire d'une liaison articulée spécifique de renvoi. Ce train arrière peut également être fixe dans le cas d'une variante simplifiée. Les liaisons articulées 4,5 entre les modules sont similaires, et il en serait également ainsi si le véhicule comportait un nombre plus élevé de modules. Pour cette raison on se contentera de décrire la liaison double articulée 4 existant entre le module de tête 1 et le module intermédiaire 2. Le support mobile d'articulation avant 6, pris comme exemple, est relié au module de tête 1 selon une présentation dite avant- arrière par une articulation unique de liaison avant 14 à trois degrés de liberté, par exemple de type à rotule ou à cardan, et au module suivant, ici le module intermédiaire 2, par une liaison articulée double arrière 15, réalisant la fonction générale d'un pivot vertical oscillant c'est-à-dire libre en débattements pendulaires. Cette articulation double arrière 14 est constituée d'une articulation inférieure 16 du type à rotule ou à cardan à axe principal horizontal et d'une articulation supérieure élastique 17 à déplacement contrôlé destinée à reprendre tous les efforts dus aux mouvements de roulis et de tangage et la composition de ceux-ci. Ce pivot présente donc un débattement d'oscillation permettant d'absorber les amplitudes des mouvements de roulage liés aux variations de forme de la route et aux mouvements des caisses des modules. D'autre part, le support mobile d'articulation est doublé de la liaison articulée oblique sous la forme d'une bielle oblique d'asservissement 18, articulée par une de ses extrémités 19 sur le châssis du module précédent, et par son autre extrémité 20 sur le châssis du module suivant, en deux points de leurs extrémités en vis-à- vis décalés symétriquement par rapport à l'axe longitudinal central commun des modules successifs lorsqu'ils sont alignés. La bielle oblique d'asservissement 18 est montée sur les extrémités des châssis par des articulations omnidirectionnelles par exemple du type à rotule ou à la cardan. Comme on peut le constater sur les premières figures, les supports mobiles d'articulation avant 6 et 7 2705620 arrière 7 réalisent l'équivalent d'une liaison à la cardan ou d'une bielle si l'on fait abstraction des débattements de roulis et de tangage. Ainsi deux modules successifs sont reliés par une liaison articulée se présentant comme l'équivalent de deux bielles croisées. Comme représenté à titre d'exemple sur la figure 1, une liaison double 15 à pivot pendulaire est utilisée à chacune des extrémités du module intermédiaire 2 pour le véhicule à trois modules articulés et ceci de façon inversée. En effet, le support mobile d'articulation avant 6 présente l'articulation unique 14 vers l'avant et la liaison articulée double 15 vers l'arrière alors que le support mobile d'articulation arrière 7 présente une orientation inverse. Bien qu'utilisée à titre illustratif, cette disposition ne présente aucun caractère obligatoire. De cette façon, la présente invention permet de réaliser un ensemble articulé à cinq éléments, trois modules et deux supports mobiles d'articulation, qui est le parfait équivalent d'un ensemble isostatique articulé à trois éléments. De façon non obligatoire, on peut prévoir à l'extrémité supérieure faisant face à l'articulation inférieure unique 14 une liaison d'amortissement constituée par exemple de deux amortisseurs disposés en V. La liaison articulée composite 4,5 inter- module présente la particularité suivante. Dans une courbe située dans un plan horizontal, on impose à l'axe transversal médian de chaque support mobile d'articulation de correspondre en permanence à la bissectrice de l'angle formé par les deux modules successifs qu'il relie. Ceci constitue la géométrie la plus avantageuse pour le roulage en courbe. Ceci revient à ce que les axes des essieux ou leurs équivalents géométriques passent par le centre instantané de rotation. Dans une courbe verticale se développant longitudinalement, par exemple un début de pente, ou un tangage, le pivotement relatif s'effectue entre le module précédent ou suivant et le support mobile d'articulation adjacent par l'articulation unique à rotule. Les mouvements de roulis sont absorbés par les articulations inférieures et l'articulation supérieure des supports mobiles d'articulation. Les mouvements d'oscillation de chaque module intermédiaire sont repris par au moins une articulation élastique 17 à déplacement contrôlé disposée en partie supérieure. L'association de cette articulation élastique 17 en partie supérieure et de l'articulation 15 de type rotule lui-faisant face en partie inférieure permet que les efforts principaux de charge et les efforts verticaux d'accélération ainsi que ceux de traction et de freinage soient transmis par l'intermédiaire de la liaison inférieure. L'articulation du type pivot entre le module et le support mobile est libre en pivotement dans un plan horizontal, les autres mouvements secondaires sont contrôlés par la liaison élastique supérieure destinée à reprendre les efforts liés au roulis et au tangage. Dans la réalisation avec essieu arrière orientable 13, celui-ci est monté à pivotement sur le module de queue 3. Son asservissement est constitué par une liaison articulée, par exemple une bielle oblique 21 reliée de façon articulée par deux articulations l'une sur l'essieu 13 du train de roues arrière, l'autre sur le support mobile d'articulation arrière 7, ces deux points d'articulation étant décalés symétriquement par rapport à un axe longitudinal commun lorsque les modules sont alignés. La bielle est montée 9 2705620 à ses extrémités par une articulation à trois degrés de liberté de type rotule. Bien entendu, d'autres moyens de commande du train directionnel arrière peuvent être prévus. De même, celui-ci peut tout aussi bien être du type essieu pivotant que du type à roues braquées comme celui du train avant. Les figures 3 à 8 représentent les positions relatives des supports mobiles d'articulation et des modules dans différentes configurations susceptibles de se présenter sur une voie de circulation. Ces figures illustrent clairement les possibilités du véhicule concernant le suivi de trajectoire, correspondant à la conception modulaire et aux liaisons articulées selon l'invention. La trajectoire de chaque module suit très précisément la trajectoire du module précédent. Bien entendu, l'invention décrite pour un véhicule articulé de trois modules est applicable pour un nombre plus élevé de modules, ou bien pour un véhicule comportant seulement deux éléments comme représenté sur la figure 2. Le module avant 22 comporte un train avant directeur 23, et le module arrière 24 un train arrière orientable 25, comme décrit plus haut de façon générale. Ces modules sont reliés par une liaison articulée composite unique 26 mettant en oeuvre un support unique mobile d'articulation 27 du type de celui décrit plus haut, et une liaison articulée oblique sous la forme d'une bielle oblique 28. La bielle d'asservissement 29 de l'articulation du train arrière orientable 25 est reliée à ce support mobile unique d'articulation 27. Le support mobile d'articulation unique 27 est relié au module avant 22 par une liaison unique de type rotule 30, et au module arrière 24 par une liaison 1O 2705620 articulée double 31, formée d'une articulation inférieure de type rotule 32 et une articulation supérieure 33 élastique à déplacement contrôlé. On obtient ainsi l'équivalent d'un véhicule à deux modules isostatiques, sauf pour les pivotements dans un plan horizontal. Il est bien entendu qu'au-delà des moyens décrits, diverses modifications évidentes et variantes simples entrent dans le cadre de la présente invention. 11 2705620 REVENDICATIONS 1. Véhicule articulé formé d'une pluralité de modules reliés entre eux de façon articulée, composé d'au moins un module de tête (1) à un train avant directeur (12), un module de queue (3) à train arrière (13), et selon le cas un ou plusieurs modules intermédiaires tels que (2), caractérisé en ce que deux modules successifs sont reliés entre eux par l'intermédiaire d!une liaison composite articulée double (4,5) constituée chacune d'abord d'un support mobile d'articulation (6,7) porté par un essieu, comprenant une articulation simple (14) d'un côté et une liaison double (15) de l'autre côté, cette dernière étant formée d'une articulation inférieure (16) à trois degrés de liberté et d'une articulation supérieure élastique (17) à déplacement contrôlé, réalisant ensemble un pivot pendulaire, chaque liaison composite articulée double (4,5) étant complétée par une liaison articulée oblique (18), et en ce que l'orientation de chaque support mobile d'articulation (6) ou (7) est asservie de façon que son axe médian transversal corresponde en permanence à la bissectrice de l'angle formé par lesdits deux modules successifs. 2. Véhicule selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les supports mobiles d'articulation (6,7) sont orientés de façon que la liaison double (15) à pivot pendulaire existe à chacune des extrémités du module intermédiaire (2). 3. Véhicule selon les revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que l'essieu d'au moins un support mobile d'articulation (6,7) est moteur. 4. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le train arrière (13) du module de queue (3) est orientable et asservi de façon que son axe médian transversal et celui de l'essieu (11) du module adjacent passent par le centre instantané de rotation. 5. Véhicule selon la revendication 4 caractérisé en ce que le train arrière (13) orientable du module de queue (3) est asservi à la position du support mobile d'articulation (7) précédent. 6. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison articulée oblique (8) entre deux modules successifs est rigide sous la forme d'une bielle de liaison (18) montée articulée par ses extrémités (19,20) sur chacun des châssis des modules en des points décalés symétriquement par rapport à l'axe médian longitudinal des modules alignés. 7. Véhicule selon les revendications 1, 5 et 6 caractérisé en ce que le train arrière (13) est asservi à la position du support mobile d'articulation arrière (7) par l'intermédiaire d'une bielle oblique d'asservissement (21) également montée articulée par ses extrémités en des points décalés symétriquement par rapport à l'axe médian longitudinal des modules alignés, d'une part sur le train arrière (13), et d'autre part sur le support mobile d'articulation arrière. 8. Véhicule selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les bielles sont montées articulées par l'intermédiaire d'articulations à trois degrés de liberté présentes à chacune de leurs extrémités. 9. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les articulations à trois degrés de liberté sont des articulations de type rotule. 10. Véhicule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les articulations à trois degrés de liberté sont des articulations de type à la cardan.