Brevet FR2707577A1 — publié le 19950120

L'invention se rapporte à une unité de commande pour le freinage-défreinage automatique des freins d'un convoi ferroviaire formé d'une motrice et de wagons. La procédure de défreinage des wagons demande actuellement une durée de remise en condition importante qui s'avère exagérément longue dans le cas de nombreuses manoeuvres sur chantiers privés car il s'agit de temps morts peu compatibles avec les exigences opérationnelles actuelles. En effet, à chaque freinage des wagons, l'opérateur doit commander une baisse de pression dans la conduite générale de freinage des wagons. Cet abaissement de la pression s'effectue en-dessous d'un seuil prédéterminé fixé par une réglementation internationale à 5 bars. Pour ce faire, l'opérateur agit sur un organe dit "robinet de mécanicien" qui consiste en une vanne rudimentaire destinée à décharger le circuit en laissant s'échapper une certaine quantité d'air. I1 en résulte un gaspillage d'air et le risque d'un ralentissement brutal par surfreinage. Ou bien, l'opérateur doit posséder une sérieuse habileté pour bien maîtriser le dosage d'évacuation de l'air correspondant à cette manoeuvre. Lors de l'opération de défreinage, c'est-àdire de libération des freins, il suffit de basculer ce robinet dans l'autre sens afin de remplir et de mettre en pression la conduite générale à une pression supérieure au seuil indiqué pour permettre le desserrage des mâchoires de freins. La remontée en pression s'effectue à travers un dispositif de régulation de la pression comprenant un détendeur. La constitution mécanique du détendeur lui confère le défaut principal de laisser le débit varier considérablement en le diminuant fortement à l'approche de la pression maximale pour laquelle il est réglé. Cette pression maximale correspond au seuil de défreinage. Ceci entraine une remise en pression non linéaire jusqu'au seuil et une attente très longue jusqu'au défreinage des wagons, d'autant plus longue que les wagons sont nombreux. En effet, le volume à remplir jusqu'à la pression du seuil est important et le détendeur ne diminuant que très progressivement son débit à partir d'environ 4,5 bars, met un temps exagérément long pour atteindre le seuil à partir duquel le défreinage peut se produire. Par ailleurs, ce même détendeur introduit une perte de pression dite d'insertion puisqu'il est placé en série sur la ligne de remise en pression. I1 faut donc une pression différentielle entrée/sortie détendeur, par exemple d'environ 1 bar, pour un fonctionnement normal du système. D'où une pression source initiale d'au moins 6 bars sinon la régulation à 5 bars du détendeur ne peut s'effectuer correctement. Pour freiner la motrice, locotracteur ou autre, le fonctionnement inverse s'applique. En effet, le freinage est commandé par le dépassement d'un seuil de pression comme sur un véhicule routier. Un autre problème est lié à la synchronisation du freinage entre la motrice et les wagons. L'ensemble des dispositifs de freinage est logé dans la motrice. A cet effet elle est équipée d'une commande de frein wagons précédemment citée, d'une commande de frein motrice appelée "frein direct", d'une commande couplée des freins wagons et des freins motrice, appelée "frein automatique". Le frein automatique est commandé à partir d'un organe de sécurité appelé "triple valve". Cet organe de sécurité commande d'une part le remplissage prioritaire d'un réservoir d'air auxiliaire qui est une réserve d'énergie disponible pour le freinage de la motrice et d'autre part le freinage automatique à partir du moment où la conduite générale de freinage wagons se trouve à une pression d'environ 4,5 bars. Ainsi, lorsqu'on décide de freiner les wagons, à partir d'un certain dosage de ce frein, la ntriple valve" ordonne le freinage de la motrice. La principale difficulté réside dans le fait que la motrice réagit très brutalement à ce freinage alors que les wagons ralentissent beaucoup plus lentement. I1 s' ensuit souvent un blocage des roues de la motrice qui glissent sur la voie et occasionnent ainsi une usure prématurée des freins et des roues. Le but général de l'invention est de remédier à ces inconvénients en fournissant une unité de commande de freinage-défreinage pour convoi ferroviaire de chantier, de transit ou de transport longues distances. Les objectifs de la présente invention sont multiples. Il s'agit d'abord et de façon générale d'obtenir une pression stable, indépendante du débit et rapidement disponible, du fluide d'actionnement pour permettre une remise en pression rapide dans la conduite générale. Il s'agit ensuite de réaliser un freinage par impulsions ou par dosage proportionnel. I1 s'agit également de réguler par paliers le freinage de la motrice en correspondance avec celui des wagons. Finalement, l'invention permet d'envisager, selon la variante simplifiée préférée, de supprimer la triple valve d'origine en la substituant par une carte électronique permettant de travailler avec une très grande sécurité. A cet effet, l'invention consiste en une unité de freinage-défreinage des freins de motrice et de wagons pour un convoi ferroviaire comprenant une commande électronique programmable. Plus particulièrement, l'unité de commande en freinage-défreinage pour convoi ferroviaire est alimentée par un compresseur d'air comprimé, un réservoir principal d'air sous pression et un réservoir auxiliaire facultatif pour l'alimentation en air comprimé des freins par une conduite et des circuits de servitude par une conduite, chaque wagon et la motrice comportant un circuit de freinage pneumatique déclenchant le freinage des wagons en-dessous d'un seuil de pression de freinage, et débloquant le freinage des wagons au-dessus d'un seuil de pression de défreinage, l'ensemble des circuits de freinage des wagons étant reliés à une conduite générale d'alimentation en air sous pression, et est caractérisée en ce qu'un module de contrôle électronique programmable d'asservissement relié à un capteur de pression sur la conduite générale d'alimentation est incorporé dans le circuit de freinage-défreinage des wagons en vue de contrôler les variations de pressions de façon à éviter les pressions de transition et de fournir une pression constante indépendante du débit, ledit module étant asservi à un module électronique programable de commande du frein automatique de la motrice. Ce dispositif assure le pilotage et la régulation électronique de la pression maintenue à une valeur constante indépendante du débit d'air dans le circuit de freinage des wagons, en remplacement du dispositif actuel du type dit à "robinet de mécanicien". Le dispositif selon l'invention permet également de doser avec précision le freinage de la motrice en fonction de l'intensité du freinage des wagons. L'invention s'applique à toutes les motrices ou locomotives du marché, radiocommandées ou non. L'invention présente de nombreux avantages et concilie notamment . un temps très rapide d'établissement de la pression souhaitée sans dépassement ni rebonds . une grande précision et stabilité du niveau de pression dans le temps ; un débit d'air maximum jusqu'à la pression préréglée suppression éventuelle de la triple valve . asservissement du frein de la motrice par paliers programmables . commande électronique des organes de freinage doublée d'un dispositif d'arrêt d'urgence à sécurité entièrement positive. Ainsi, il devient possible de réduire sensiblement les temps de manoeuvre et les coûts de maintenance surtout lors d'une utilisation en mode radiocommandé. D'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention effectuée à titre d'exemple uniquement en référence aux dessins accompagnants dans lesquels . la figure 1 est le schéma général simplifié d'ensemble de l'unité de commande en freinage dé freinage de la motrice et des wagons . la figure 2 est un schéma synoptique fonctionnel illustrant la commande de freinage-défreinage des wagons selon l'invention ; . la figure 3 est un schéma synoptique fonctionnel illustrant la commande de freinage-défreinage selon 1'invention pour les freins de la motrice ; . la figure 4 est un schéma synoptique fonctionnel illustrant la commande de freinage-défreinage de la motrice selon une variante avec maintien de la triple valve. les figures 5 et 6 sont les schémas des modules de régulation de la pression respectivement de freinage wagons et de freinage motrice. L'idée générale inventive consiste à effectuer dans un convoi ferroviaire un défreinage rapide à pression constante régulée à une pression de service, par exemple de 5,1 bars, de façon précise et instantanée au moyen d'un capteur de pression et d'un module électronique de contrôle à vanne proportionnelle, aussi bien pour le circuit de freinage des wagons que pour celui de la motrice. Elle consiste également à procéder au freinage de la motrice par paliers calibrés de pression. La figure 1 -représente schématiquement l'ensemble des blocs fonctionnels de l'unité de freinage-défreinage selon l'invention. L'ensemble de freinage-défreinage automatique représenté dans son ensemble se compose d'une alimentation en air comprimé, de deux coffrets de commande de freinage-défreinage wagons CCFW et de freinage-défreinage motrice CCDM, d'un boîtier de contrôle et de commande manuelle en cabine BCCMC avec bouton général d'arrêt d'urgence BADUR et d'un frein automatique de motrice constitué essentiellement d'un sélecteur SELECT dirigeant la pression vers les vérins de freins de la motrice VRFRNM, soit à partir de la commande directe de cabine DIRECT, soit à partir de la commande asservie électroniquement par le module de freinage motrice MFDM. La commande de feinage de la motrice est asservie électroniquement à la commande de freinage des wagons par une liaison d'asservissement LA qui transmet les informations de freinage rame et de gonflage rame d'un coffret de commande à l'autre à partir de la commande provenant de BCCMC. Celle-ci est doublée d'une liaison d'urgence LU. Chaque coffret de commande comporte un module électronique programmable d'asservissement et de commande dont un module de freinage-défreinage wagons MFDW à vanne proportionnelle pilotée VAPROW et un module de freinage-défreinage de la motrice MFDM également à vanne proportionnelle pilotée VAPROM. A chaque module est associé un bloc d'arrêt d'urgence ARDU formé principalement d'une vanne d'urgence pilotée en sécurité positive WSP1 et WSP2. L'alimentation en air comprimé est constituée d'un compresseur COMP débitant dans un réservoir principal REP, doublé éventuellement d'un réservoir auxiliaire facultatif RAF, pour alimenter, à travers une triple valve TRW éventuelle ou une valve de barrage VABA, les coffrets et modules de commande par une conduite d'arrivée principale CAP ou les circuits de contrôle. Comme déjà indiqué, l'invention permet de se dispenser de la triple valve TRVV dans les nouveaux équipements et, éventuellement, de la garder dans le cadre d'une rénovation. Les figures 2 et 3 représentent conjointement un exemple de circuit de freinage automatique d'un convoi ferroviaire selon l'invention sans triple valve TRW, représenté dans son principe, comportant le module électronique programmable d'asservissement à vanne proportionnelle MFDW pour le freinage-défreinage des wagons (figure 2) et le module programmable d'asservissement MFDM pour le freinage-défreinage de la motrice (figure 3). Ce circuit comprend une arrivée d'air sous pression ARDSP à partir de la conduite générale d'alimentation CGA à pression constante régulée, par exemple 5,5 bars ou une valeur constante quelconque jusqu'à 18 bars, se développant jusqu'aulx freins des wagons FRNW. Le module électronique programmable d'asservissement et de commande MFDW est interposé dans le circuit entre l'arrivée d'air sous pression ARDSP et les freins. Ce module règle la pression transmise aux freins à partir des informations émises par un capteur de pression CPTP1 placé en dérivation sur la conduite générale d'alimentation CGA à côté d'un manomètre Mans1. Le freinage peut être effectué en commandant la variation de la pression par paliers de pression, c'est-à-dire par impulsions calibrées de saut réglable, par exemple de hauteur 100, 200 ou 300 millibars, afin de gaspiller le moins possible d'air et de maîtriser parfaitement la pression des divers paliers de freinage. Un dispositif d'urgence a été prévu sur chacun des coffrets qui comprend une vanne d'urgence pilotée en sécurité positive WSP1 et WSP2 par absence d'énergie électrique ou pneumatique prévues pour courtcircuiter respectivement le module MFDW et le module MFDM. La première vanne d'urgence WSP1 est commandée par un bouton poussoir d'urgence freins wagons du type dit "coup de poing" PCPGW placé à proximité du conducteur ou dans le boîtier de contrôle et de commande manuelle en cabine BCCMC. Cette première vanne d'urgence WSP1 permet un vidage rapide total de la conduite générale CGA. La deuxième vanne d'urgence WSP2 est commandée par le défaut de pression dans la conduite d'alimentation pour assurer le freinage immédiat de la motrice et manuellement par PCPGM. Les deux vannes d'urgence WSP1 et WSP2 possédant une sortie directe à l'air ECHAP sont courtcircuitées par une valve relais. Elles assurent une sécurité supplémentaire automatique en cas d'une baisse de pression anormale faisant agir cette baisse sur les pilotes des vannes dans le sens de la sécurité. En variante, de façon optionnelle, il est possible de rendre ce freinage proportionnel. A cet effet, la commande pourra comporter un dispositif de pré-réglage du module électronique de contrôle par un potentiomètre optionnel PTMO1 du module MFDW, éventuellement couplé à un potentiomètre PTMO2 du module MFDM comme représenté sur les figures 2 et 3. Le boîtier de commande manuelle en cabine BCCMC présente au moins trois positions. I1 s'agit d'une position de freinage POFR progressif ou par paliers de pression, par exemple à saut de hauteur constante. I1 s'agit ensuite d'une position de défreinage PODEFR. Les deux positions précédentes sont séparées par une position neutre de repos POREP. Ce boîtier comporte également, comme indiqué, un bouton d'arrêt d'urgence ARDU. Ce boîtier de commande BCCMC est relié simultanément aux deux. modules MFDW et MFDM. La figure 3 représente le circuit de freinage associé de la motrice. Ce freinage de la motrice est également asservi au freinage des wagons au moyen du module électronique programmable d'asservissement et de commande MFDM. Ce module électronique contrôle et commande la pression du circuit de freinage de la motrice avec précision en fonction du dosage de freinage des freins des wagons FRNW de façon à assurer un freinage d'ensemble coordonné. Le circuit de freinage de la motrice se compose classiquement du sélecteur SELECT constitué d'une double valve DBW dirigeant la pression vers les vérins de freins de motrice VRFRNM, soit à partir de la commande directe de cabine DIRECT, soit à partir de la commande asservie électroniquement par le module de freinage motrice MFDM. A cet effet, les deux modules de freinagedé freinage wagons et motrice sont reliés entre eux et asservis en fonctionnement. Un mamomètre MAN02 est monté sur la sortie vers les vérins de freins de motrice VRFRNM. Le module électronique de contrôle programmable et d'asservissement des freins de la motrice MFDM est inséré dans le circuit en amont de cette double valve DBW, et règle la pression soumise à l'ensemble de freinage à partir des informations provenant d'un capteur de pression CPTP2 monté sur le circuit de freinage de la motrice en aval dudit module MFDM de freinage de la motrice. Comme indiqué, le freinage peut être contrôlé en fonction des conditions liées à l'unité motrice elle-même, et également en fonction du comportement de l'ensemble du convoi. Ce dispositif est court-circuité par la vanne d'urgence à sécurité positive WSP2 commandée par un bouton d'urgence motrice du type dit "coup de poing" PCPGM branché en série avec BADUR. En cas de freinage d'urgence de la rame, l'absence de pression pilote à savoir la pression dans la conduite générale d'alimentation CGA, libère la vanne d'urgence, indépendamment des conditions de fonctionnement des modules électroniques. Selon l'invention, le réservoir auxiliaire RAF devient facultatif. Pour cette raison et suite aux avantages et performances de l'asservissement électronique programmable, on peut se dispenser totalement de la triple valve TRW occasionnant ainsi une économie importante d'installation ou de reconditionnement. La variante simplifiée préférée sans triple valve représentée sur la figure 3 diffère peu du schéma ci-dessus. Le réservoir auxiliaire RAF devient facultatif. La triple valve TRVV n'existe plus. Une liaison de sécurité entre le compresseur d'air COMP et le réservoir d'air sous pression REP est réalisée sous la forme d'une valve de barrage VABA, montée entre le compresseur et le réservoir principal pour desservir le circuit des servitudes CS et alimenter les freins de la motrice et des wagons à travers les modules électroniques programmables d'asservissement et de commande. Les modules d'asservissement et de commande des freins wagons MFDW ou de freins motrice MFDM se composent principalement chacun d'un module de régulation MOREGW de la pression des freins des wagons et d'un module de régulation MOREGM de la pression des freins de la motrice. Pour une meilleure compréhension, ces modules de régulation et ces circuits sont représentés sur les figures 5 et 6. On décrira d'abord dans sa généralité, le module de régulation du freinage des wagons MOREGW représenté à l'intérieur d'un rectangle tracé en tirets. Ce module est formé d'un circuit de comparaison CIRCOMP entre les valeurs de consigne stockées en mémoire et celles demandées c'est-à-dire en service par la commande manuelle. Les sorties de ce circuit de comparaison sont reliées chacune à un comparateur COMPA1 et COMPA2 recevant chacun sur l'une de ses deux entrées les informations du capteur de pression CPTP1 ou CPTP2 propres à chaque module. Les sorties des comparateurs aboutissent sur les entrées de pilotage de deux électrovannes de commande ELVC1 et ELVC2 montées en dérivation tête-bêche, respectivement en charge et en décharge, sur un réservoir tampon RESTAMP dont la pression de sortie pilote la vanne proportionnelle VAPROW qui transmet ainsi une pression régulée et dosée à la conduite générale CGA de freinage. Pour ce faire, la première électrovanne ELVC1 est placée en série sur l'arrivée d'air comprimé au réservoir tampon alors que la deuxième électrovanne ELVC2 est montée de façon à constituer l'échappement commandé de ce même réservoir tampon. La sortie de ce réservoir tampon est raccordée à l'entrée pilote de la vanne proportionnelle dont l'entrée principale reçoit l'air comprimé de la ligne d'arrivée. Ainsi, la pression dans la conduite générale CGA de freinage des wagons est régulée et dosée par une commande en impulsions de pression de la vanne proportionnelle VAPROW en fonction de l'écart instantané qui existe entre la valeur de consigne, c'est-à-dire celle commandée par BCCMC et la pression instantanée dans la conduite générale CGA. Dans le module de régulation de pression de freinage de la motrice MOREGM, représenté dans un rectangle tracé en tirets, la logique est inverse. Les circuits sont identiques dans leurs principales composantes, différant simplement par l'interposition de deux inverseurs INV1 et 1NV2 entre les sorties du circuit de comparaison CIRCOMP et les entrées des comparateurs COMPA1 et COMPA2. Ces inverseurs permettent de monter en pression pour le freinage alors que pour les wagons, il faut baisser la pression pour freiner. La commande de la vanne proportionnelle de freinage motrice VAPROM s'effectue selon le même principe que la commande de la vanne VAPROW. REVENDICATIONS 1. Unité de freinage-défreinage pour convois ferroviaires permettant le défreinage rapide des wagons et le pilotage automatique de freinage, alimenté par un compresseur d'air comprimé COMP, un réservoir principal d'air sous pression REP et un réservoir auxiliaire facultatif RAF pour l'alimentation en air comprimé des freins par une conduite CAP et des circuits de servitude par une conduite CS, chaque wagon et la motrice comportant un circuit de freinage pneumatique déclenchant le freinage des wagons en-dessous d'un seuil de pression de freinage, et débloquant le freinage des wagons au-dessus d'un seuil de pression de défreinage, l'ensemble des circuits de freinage des wagons étant reliés à une conduite générale d'alimentation en air sous pression CGA, caractérisée en ce qu'un module de contrôle électronique programmable d'asservissement MFDW relié à un capteur de pression CPTP1 sur la conduite générale d'alimentation est incorporé dans le circuit de freinage-défreinage des wagons en vue de contrôler les variations de pressions de façon à éviter les pressions de transition et de fournir une pression constante indépendante du débit, ledit module étant asservi en commande à un module électronique programmable de commande du frein automatique de la motrice MFDM. 2. Unité de freinage-défreinage selon la revendication 1 caractérisée en ce que le module de contrôle électronique programmable d'asservissement MFDM que comporte le circuit pneumatique de freinage de la motrice est relié à au moins un capteur CPTP2 de pression sur le circuit de freinage de la motrice en aval dudit module. 3. Unité de freinage-défreinage selon la revendication 1 caractérisée en ce que le module électronique d'asservissement programmable de freinage wagons MFDW est à vanne proportionnelle VAPROW. 4. Unité de freinage-défreinage selon la revendication 1 caractérisée en ce que le module électronique d'asservissement programmable de freinage wagons MFDW est à vanne proportionnelle VAPROW. 5. Unité de freinage-défreinage selon les revendications 3 et 4 caractérisée en ce que la commande de freinage s'effectue par impulsions de pression calibrées. 6. Unité de freinage-défreinage selon les revendications 3 et 4 caractérisée en ce que la commande de freinage s'effectue par une variation progressive de la pression. 7. Unité de freinage-défreinage selon la revendication 6 caractérisée en ce que la commande est progressive par un dispositif de pré-règlage du module électronique d'asservissement MFDW et MFDM par potentiomètres PTOM1 et PTOM2. 8. Unité de freinage-défreinage selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'une vanne d'urgence VUSP1 pilotée en sécurité positive par absence d'énergie électrique ou pneumatique, condamnée par un bouton d'urgence, court circuite le module électronique d'asservissement de freinage wagon MFDW pour un vidage rapide et total de la conduite générale CGA. 9. Unité de freinage-défreinage selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce qu'une vanne d'urgence WSP2 pilotée en sécurité positive par absence d'énergie électrique ou pneumatique, condamnée par un bouton d'urgence, court-circuite le module électronique d'asservissement de freinage motrice MFDM pour un remplissage de la conduite de freinage de la motrice CFM au seuil de pression fixé. 10. Unité de freinage-défreinage caractérisée en ce que le compresseur COMP est relié directement à la conduite d'alimentation CAP et au réservoir RAF puis aux servitudes CS et au réservoir principal à travers une valve de barrage VABA. 11. Unité de freinage-défreinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le compresseur COMP alimente le réservoir d'air sous pression REP et un réservoir auxiliaire facultatif RAF à travers une triple valve TRW raccordée aux circuits de servitude CS et aux modules électroniques programmables d'asservissement de freins wagons MFDW et de freins motrice MFDM par la conduite d'alimentation en air comprimé CAP. 12. Unité de freinage-défreinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les modules d'asservissement et de commande MFDW et MFDM contiennent chacun un module de régulation MOREGW et MOREGM formés chacun d'un circuit de comparaison CIRCOMP entre les valeurs de consigne stockées en mémoire et celles demandées, les valeurs de sortie en freinage ou en défreinage étant comparées, après inversion pour MOREGM, dans deux comparateurs COMPA1 et COMPA2 aux valeurs de pression sur la conduite de freinage données par le capteur de pression CPTP1 ou CPTP2 respectivement pour les wagons et pour la motrice pour commander deux électrovannes ELVC1 et ELVC2 montées tête-bêche en dérivation, en alimentation pour l'une et en échappement pour l'autre, d'un réservoir tampon RESTAMP alimentant la conduite de freinage à travers une vanne proportionnelle VAPROW ou VAPROM montée sur l'arrivée en air comprimé et pilotée par la pression de la sortie commune des électrovannes ELVC1 et ELVC2. 13. Unité de freinage-défreinage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la régulation et la commande de pression de freinage ou de défreinage s'effectuent par le pilotage de chaque vanne proportionnelle VAPROW ou VAPROM en impulsions de pression, pilotage qui est fonction de l'écart instantané qui existe entre la valeur de consigne en service et la pression instantanée dans la conduite générale.