Brevet FR2705303A1 — publié le 19941125

Procédé et disDositif pour la détection et la correction du patinage des roues d'un essieu moteur d'enain ferroviaire L'invention porte sur un procédé pour la détection et la correction du patinage des roues d'un essieu moteur d'un engin de traction ferroviaire, comprenant une étape d'élaboration d'une valeur de correction à appliquer à une valeur de consigne de traction. Un tel procédé est connu du brevet français ne2523913. Le procédé décrit dans ce document consiste à réaliser les étapes suivantes: a) on mesure l'accélération de deux essieux moteurs; b) on détermine la dérivée de l'accélération de chaque essieu; c) on élabore, pour chaque essieu, un signal de détection qui est une combinaison linéaire de l'accélération et de sa dérivée; d) on élabore des signaux de correction partiels croissants en fonction de chaque signal de détection respectif; e) on détermine le plus grand des signaux de correction partiels pour constituer une valeur de correction. Dans ce procédé connu, les étapes c) et d), entre autres, requièrent la détermination par expérimentations successives d'un nombre important de paramètres (coefficients de la combinaison linéaire en c), pente en d), seuils). La détermination de ces paramètres est délicate car leur signification physique n'apparaît pas clairement. De plus, la mise en oeuvre de l'algorithme de calcul nécessite une bonne connaissance de sa structure interne. Enfin, cet algorithme est très sensible aux caractéristiques de l'engin de traction. Il en résulte que la mise en oeuvre de ce procédé connu pour un engin de traction est longue et coûteuse. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé caractérisé par le fait que l'élaboration de la valeur de correction est effectuée par application de règles floues sur des variables d'entrée représentatives de l'accélération de l'essieu et de la dérivée de l'accélération de l'essieu. La mise en oeuvre d'un tel procédé est simple car la description du comportement d'un essieu moteur sous la forme de règles floues permet une représentation symbolique, proche du langage naturel, du phénomène à modéliser. Les paramètres de réglage du procédé (partitionnement du domaine de variation des variables en ensembles flous) sont peu nombreux et peu sensibles. Les qualités de robustesse du procédé selon l'invention le rendent facilement adaptable à différents engins de traction ferroviaire tels que train à grande vitesse, métro, tramway, locomotive. La mise en oeuvre d'un tel procédé est également aisée du fait de l'existence sur le marché de compilateurs de règles floues. Une variable d'entrée représente aussi le glissement de l'essieu défini comme la différence entre la vitesse de l'engin de traction et la vitesse de l'essieu, de sorte qu'il est possible de détecter des départs de l'engin de traction en patinage lents, non détectables à l'aide des variables représentatives de l'accélération et de la dérivée de l'accélération de essieu, et qui se produisent surtout à grande vitesse. Une variable d'entrée représente aussi la consigne de traction, de sorte que si un patinage est détecté alors que l'effort de traction demandé est faible, le procédé engendre une valeur de correction plus faible afin de garantir un effort de traction suffisant. Une variable d'entrée représente aussi la vitesse de l'engin de traction, de sorte que l'ensemble des règles floues peut être divisé en trois modes de fonctionnement traitant les situations respectivement en l'absence de patinage, lorsqu'il y a départ en patinage au démarrage et lorsqu'il y a départ en patinage après le démarrage de l'engin de traction. Cette classification des règles floues contribue à la lisibilité et à la maintenabilité du modèle flou. Seules les valeurs positives des variables d'entrée représentatives de l'accélération et de la dérivée de l'accélération de l'essieu sont prises en compte dans les règles floues, ce qui permet d'anticiper la détection d'une situation de patinage. Selon un autre aspect de l'invention, le procédé comprend en outre une étape de filtrage de la valeur de correction, qui amortit la décroissance de ladite valeur de correction de sorte que la reprise de l'effort de traction suit une pente suffisamment faible pour ne pas conduire à un nouveau départ en patinage. Pendant le filtrage de la valeur de correction, la variable filtrée décroît moins vite lorsque la valeur de correction est en dessous d'une valeur de seuil que lorsque la valeur de correction dépasse cette valeur de seuil. De cette façon, la correction du patinage exploite au plus près l'adhérence disponible sur le rail et réagit de la manière la plus efficace par rapport au compromis nécessaire entre la rapidité de détection d'une situation de patinage et la conservation d'un effort de traction suffisant. L'invention s'étend à un dispositif de détection et de correction de patinage des roues d'un essieu moteur d'un engin de traction ferroviaire destiné à engendrer une valeur de correction à appliquer à une valeur de consigne de traction, comprenant un processeur de traitement de données spécialement programmé pour activer des règles floues de manière à engendrer ladite valeur de correction. L'invention est maintenant décrite plus en détail cidessous en référence aux dessins. La figure 1 est un synoptique du procédé selon l'invention. Les figures 2 à 6 représentent des exemples d'ensembles flous définis sur les variables d'entrée des règles floues. Les figures 7 et 8 représentent des exemples d'ensembles flous définis sur la variable de sortie des règles floues. Le procédé selon l'invention pour la détection et la correction du patinage des roues d'un essieu moteur d'un engin de traction ferroviaire est mis en oeuvre par un programme d'ordinateur commandant un processeur de traitement de données 10 sur la figure 1. Ce programme d'ordinateur réalise une fonction d'antipatinage. Le but de cette fonction est d'ajuster la consigne d'effort du moteur de traction de l'engin ferroviaire, en fonction du comportement de l'essieu moteur de celui-ci. Le comportement de l'essieu moteur dépend des conditions d'adhérence entre les roues de l'essieu et le rail. I1 est entendu que le procédé selon l'invention peut s'appliquer à un engin de traction comportant plusieurs essieux moteurs. Sur la figure 1, la fonction d'anti-patinage prend en entrée les variables suivantes: - CT: consigne de traction en provenance du conducteur de l'engin ferroviaire, - VT: vitesse de l'engin de traction en provenance par exemple d'un capteur cinétique placé sur un essieu libre de 1' engin ferroviaire, - GL: glissement de l'essieu défini par la différence entre la vitesse de l'essieu moteur et la vitesse de l'engin ferroviaire, - GA: accélération de l'essieu moteur, - DG: dérivée de l'accélération de l'essieu moteur. La fonction d'anti-patinage restitue en sortie une variable CS de consigne de traction corrigée à utiliser pour la régulation du moteur de traction de l'engin ferroviaire. La fonction d'anti-patinage tient compte de l'existence de deux constantes de temps différentes dans le phénomène à modéliser. D'une part, la détection et la correction d'un départ en patinage de l'essieu doit se faire à la fréquence de calcul des paramètres de pilotage du moteur, qui est de l'ordre de quelques milli-secondes. I1 s'agit d'un traitement quasi-statique par rapport à la constante de temps de l'engin de traction lui-même. D'autre part, la reprise de l'effort de traction doit être progressive et le traitement correspondant doit prendre en compte la constante de temps de l'engin de traction qui est de l'ordre de la seconde. Cette dissymétrie du phénomène physique est reportée dans l'architecture de la fonction d'anti-patinage qui comprend deux modules de traitement distincts: un module de traitement statique 1 et un module de traitement dynamique 2. Le module de traitement statique 1 fournit en sortie un terme de correction statique TC dont la valeur est fonction de l'importance du départ en patinage, de l'effort de traction demandé par le conducteur de l'engin de traction et de la vitesse de l'engin de traction. Le module de traitement dynamique 2 dérive un terme de correction dynamique TC', à partir du terme de correction statique TC calculé à l'instant t et du terme de correction dynamique TC' calculé à l'instant t-1. Le terme de correction dynamique TC', dont la diminution est amortie dans le temps, est retranché de la consigne de traction CT dans un soustracteur 3. Le module de traitement statique 1 est réalisé par application de règles floues sur les variables d'entrée, ces règles floues R1 à R9, qui correspondent à une description symbolique du comportement attendu du procédé, sont données ci-après. R1: Si GA est PETIT et DG est PETIT et GL est PETIT alors TC est NUL Si VT est PETIT alors R2: Si GA est PETIT et DG est GRAND et GL est PETIT alors TC est GRAND R3: Si GA est GRAND et DG est PETIT et GL est PETIT alors TC est MOYEN R4: Si GA est GRAND et DG est GRAND et GL est PETIT alors TC est TRESGRAND R5: Si GA est GRAND et DG est GRAND et GL est PETIT et CT est PETIT alors TC est TRESPETIT Si VT est GRAND alors R6: Si GA est PETIT et DG est GRAND et GL est PETIT alors TC est TRESGRAND R7: Si GA est GRAND et DG est PETIT et GL est PETIT alors TC est MOYEN R8: Si GA est GRAND et DG est GRAND et GL est PETIT alors TC est GRAND R9: Si GL est GRAND alors TC est GRAND Les ensembles flous définis sur les variables d'entrée CT,VT,GL,GA et DG sont représentés sur les figures 2 à 6. Sur la figure 2, la variable GA appartient à l'ensemble flou "PETIT" désigné par PE si sa valeur est comprise entre 0 et 2,5 m/s2 et à l'ensemble flou "GRAND" désigné par GR si sa valeur est supérieure à 1 m/s2. Sur la figure 3, la variable DG appartient à l'ensemble flou "PETIT" (PE) si sa valeur est comprise entre O et 4 m/s3 et à l'ensemble flou "GRAND" (GR) si sa valeur est supérieure à 1,5 m/s3. Sur la figure 4, la variable GL appartient à l'ensemble flou "PETIT" (PE) si sa valeur est comprise entre O et 18 km/h et à l'ensemble flou "GRAND" si sa valeur est supérieure à 1,8 km/h. Sur la figure 5, la variable VT appartient à l'ensemble net "PETIT" (PE) si sa valeur est comprise entre O et 3,6 km/h et à l'ensemble net "GRAND" (GR) si sa valeur est supérieure à 3,6 km/h. Sur la figure 6, la variable CT appartient à l'ensemble net "PETIT" (PE) si sa valeur est comprise entre O et 3000 mN et à l'ensemble net "GRAND" (GR) si sa valeur est supérieure à 3000 mN. Les ensembles flous définis sur la variable de sortie TC sont représentés sur les figures 7 et 8. La figure 7 illustre les ensembles flous utilisés pour la variable TC au démarrage de l'engin de traction ferroviaire, c'est à dire quand la variable VT appartient à l'ensemble net "PETIT". La figure 7 montre que si la variable TC appartient à l'ensemble flou "NUL" (NU) alors sa valeur précise calculée sera comprise entre 0 et 1000 mN, si la variable TC appartient à l'ensemble flou "TRESPETIT" (TP) alors sa valeur précise calculée sera comprise entre 0 et 4300 mN, si la variable TC appartient à l'ensemble flou "MOYEN" (MO) alors sa valeur précise calculée sera comprise entre 1000 et 6000 mN, si la variable TC appartient à l'ensemble flou "GRAND" (GR) alors sa valeur précise calculée sera comprise entre 4300 et 7700 mN, si la variable TC appartient à l'ensemble flou "TRESGRAND" (TG) alors sa valeur précise calculée sera supérieure à 6000 mN. La figure 8 illustre les ensembles flous utilisés pour la variable TC après le démarrage de l'engin de traction ferroviaire, c'est-à-dire quand la valeur de la variable VT appartient à l'ensemble net "GRAND". La figure 8 montre que si la variable TC appartient à l'ensemble flou "NUL" (NU) alors sa valeur précise calculée sera comprise entre 0 et 5400 mN, si la variable TC appartient à l'ensemble flou "MOYEN" (MO) alors sa valeur précise calculée sera comprise entre 0 et 6000 mN, si la variable TC appartient à l'ensemble flou "GRAND" (GR) alors sa valeur précise calculée sera comprise entre 5400 et 7200 mN, si la variable TC appartient à l'ensemble flou "TRESGRAND" (TG) alors sa valeur précise calculée sera supérieure à 6000 mN. La présence d'une zone de recouvrement entre les ensembles flous définis sur la plupart des variables confère une robustesse au modèle flou et garantit un fonctionnement continu de la fonction d'anti-patinage. Les bornes des ensembles flous ou nets sont données à titre indicatif et doivent être réglées en fonction du type d'engin de traction ferroviaire considéré. Par ailleurs, seules les valeurs positives des variables GA et DG sont retenues pour l'application des règles floues, ce qui permet de caractériser efficacement les départs en patinage. Quelle que soit la vitesse de l'engin de traction ferroviaire, les règles floues R1 à R9 mettent en évidence l'existence de plusieurs phases successives dans un phénomène de patinage. Ces phases sont caractérisées par les valeurs des paramètres cinétiques de l'essieu moteur, à savoir DG est GRAND, puis DG est GRAND et GA est GRAND, puis GA est GRAND pour le départ en patinage, GL est GRAND pour le patinage installé, de nouveau DG est GRAND pour la fin de patinage. La zone de recouvrement entre l'ensemble flou "GRAND" et l'ensemble flou "PETIT" pour la variable DG doit être réglée de manière à différencier convenablement les deux progressions de la variable DG respectivement en début et en fin de patinage. Les règles floues R1 à R9 différencient le traitement à appliquer en cas d'absence de patinage (règle R1), en cas de départ en patinage au démarrage (règles R2 à R5) et en cas de patinage à plus grande vitesse (règles R6 à R9). La règle R9 permet de détecter un départ en patinage lent à haute vitesse de l'engin ferroviaire. L'exécution des règles floues est classique en soi et ne sera donc pas décrit. Le module de traitement dynamique 2 met en oeuvre un filtrage numérique du premier ordre, classique en soi. Le filtrage est réalisé de manière à amortir exponentiellement la diminution du terme de correction statique TC reçue en entrée. Le filtrage n'est mis en oeuvre que dans le cas où le terme de correction statique TC a une valeur qui décroît dans le temps. I1 fournit un terme de correction dynamique TC' qui décroît plus lentement que le terme de correction statique TC. Dans le cas contraire, la valeur du terme de correction statique TC est directement appliquée à la consigne de traction CT dans le soustracteur 3. De préférence, le filtrage est mis en oeuvre par deux filtres numériques du premier ordre ayant des caractéristiques de filtrage différentes en terme de rapidité d'amortissement. Le filtre le plus lent est mis en oeuvre quand la valeur du terme de correction statique TC reçue en entrée du module 2 est en dessous d'une valeur de seuil préfixée réglable (cas d'un patinage de faible intensité ou d'un tout début de patinage). Le filtre le plus rapide est mis en oeuvre quand la valeur du terme de correction statique TC est au dessus de la valeur de seuil (cas d'un patinage violent ou d'un patinage installé). Cette valeur est déterminée de manière à adapter au mieux la correction du patinage à l'adhérence au rail disponible. Les sorties des deux filtres sont sommées pour former le terme de correction dynamique TC' afin de prendre en compte des situations dans lesquelles le terme de correction statique TC prend successivement des petites et des grandes valeurs. I1 est entendu que la valeur du terme de correction TC fournie en entrée du module de traitement dynamique 2 est toujours maintenue inférieure à la consigne de traction. REVENDICATIONS 1. ) Un procédé pour la détection et la correction du patinage des roues d'un essieu moteur d'un engin de traction ferroviaire, comprenant une étape d'élaboration d'une valeur de correction (TC) à appliquer à une valeur de consigne de traction (CT), caractérisé par le fait que l'élaboration de la valeur de correction est effectuée par application de règles floues (R1 à R9) sur des variables d'entrée (GA,DG) représentatives de l'accélération de l'essieu et de la dérivée de l'accélération de l'essieu. 2. ) Le procédé selon la revendication 1, dans lequel une variable d'entrée (GL) représente aussi le glissement de l'essieu défini comme la différence entre la vitesse de l'engin de traction et la vitesse de l'essieu. 3. ) Le procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel une variable d'entrée (CT) représente aussi la consigne de traction. 4. ) Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel une variable d'entrée (VT) représente aussi la vitesse de l'engin de traction. 5. ) Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les règles floues sont appliquées que sur les valeurs positives des variables d'entrée (GA,DG) représentatives de l'accélération de l'essieu et de la dérivée de l'accélération de l'essieu. 6. ) Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant en outre une étape de filtrage de la valeur de correction (TC) fournissant une valeur de correction filtrée (TC') qui décroît plus lentement que ladite valeur de correction. 7. ) le procédé selon la revendication 6, dans lequel pendant le filtrage de la valeur de correction (TC), la valeur de correction filtrée (TC') décroît plus vite lorsque la valeur de correction dépasse une valeur de seuil (S) que lorsque la valeur de correction est en dessous de cette valeur de seuil. 8. ) Un dispositif de détection et de correction de patinage des roues d'un essieu moteur d'un engin de traction ferroviaire destiné à engendrer une valeur de correction (TC) à appliquer à une valeur de consigne de traction, comprenant un processeur (10) de traitement de données spécialement programmé pour activer des règles floues de manière à engendrer ladite valeur de correction.