Brevet FR2741026A1 — publié le 19970516

"SYSTEME DE BASCULEMENT POUR VEHICULE FERROVIAIRE" Les trains basculants permettent de résoudre le problème du confort dans les véhicules abordant les courbes à des vitesses élevées. Or, l'augmentation de la vitesse dans les courbes provoque également une augmentation des efforts roue- rail, d'o l'impossibilité, dans la plupart des cas, de tirer partie de toutes les possibilités d'augmentation de vitesse offertes par le système de basculement. Le principe des trains basculants conçus jusqu'à présent repose sur la détection et l'identification en temps réel de certaines caractéristiques des courbes abordées sur le parcours. Pour ce faire, ils utilisent les paramètres ayant trait à la réponse dynamique du véhicule, comme par exemple les paramètres de vitesse et d'accélération, qui sont mesurés par des senseurs installés à bord du train. Ces senseurs de bord (qui sont généralement des mesureurs de vitesse angulaire et des accéléromètres) émettent des signaux lorsqu'ils détectent des perturbations de voie. Si ces signaux annoncent l'entrée dans une courbe, les dispositifs de basculement interviennent, ce qui provoque l'inclinaison du véhicule par rapport au bogie conformément à des stratégies de contrôle établies au préalable. Ce principe d'action présente une série d'inconvénients qui sont énumérés ci-après: - Par définition, l'identification de la courbe est réalisée avec un certain temps de retard. -2- En effet, il faut toujours un certain laps de temps au système pour détecter que le véhicule se trouve dans une courbe. - La loi d'inclinaison du véhicule établie par les systèmes de basculement actuellement en service, n'est pas optimale du point de vue du confort du passager. - L'action anticipée du système, lorsqu'elle existe, ne tient pas compte du type de courbe à aborder. Pour éviter de tels inconvénients, le système qui fait l'objet de la présente invention est basé sur la connaissance préalable du parcours. En outre, il est équipé d'un système (appelé SDP) qui détecte la position du train à tout moment avec une précision de quelques mètres seulement, ainsi que d'une unité intelligente de contrôle programmée sur la base d'une loi de commande paramétrable obtenue grâce à un logiciel conventionnel de simulation dynamique du comportement du véhicule dans les courbes. Ce logiciel permet de calculer la dynamique inverse en admettant comme paramètre dynamique l'accélération latérale du passager du véhicule suivant un profil préétabli. La figure 1 est un diagramme des différents blocs du système faisant l'objet de la présente invention. La figure 2 est une vue schématique d'une forme de réalisation de l'invention, dans laquelle le bâti du bogie et la caisse d'un véhicule ferroviaire sont articulés par un quadrilatère. -3- La figure 3 est une coupe verticale d'une autre forme de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue schématique du déclencheur de basculement de la figure 3. La figure 5 est une représentation en coordonnées d'un profil d'accélérations (a) devant être utilisé par le système. Ci-après, on décrit un exemple de réalisation, non limitatif, de la présente invention. On n'écarte nullement d'autres modes de réalisation dans lesquels pourraient être introduites des modifications accessoires n'en dénaturant pas le fondement; au contraire, la présente invention englobe également toutes ses variantes. Ce système de basculement comprend les blocs suivants (figure 1): - Le système détecteur de position (1) (appelé SDP), qui est chargé de déterminer à chaque instant la vitesse et la position absolue du véhicule sur la voie. - L'unité de contrôle de basculement (2) (UCB), qui émet les consignes de basculement et contrôle leur exécution en temps réel. - Le système d'orientation des axes (3), qui permet d'équilibrer les efforts latéraux roue-rail sur les deux axes d'un même bogie et, en outre, de diminuer leur valeur maximale dans les courbes. Cela permet d'augmenter la vitesse du véhicule dans les courbes. -4- - Les déclencheurs de basculement (4), qui sont chargés d'exécuter mécaniquement l'ordre de basculement émanant de 1'UCB. - Le véhicule (6). - Un bloc mémoire (5) du parcours, qui est divisé en tronçons identifiés par leurs différents paramètres, comme par exemple la position absolue, le rayon de courbure, la longueur de chaque tronçon de courbe, le dévers. Chaque courbe comprend une courbe de transition d'entrée (cte), la courbe (c) à proprement parler et une courbe de transition de sortie (cts) (figure 5). Dans ce bloc mémoire (5) sont identifiés les tronçons de courbe sur lesquels doit se déclencher le système de basculement. Le mode de fonctionnement du système de basculement est le suivant. Le SDP (1) communique à 1'UCB (2) la position absolue réelle et la vitesse à laquelle roule le véhicule. Après avoir reçu cette information, 1'UCB (2) consulte le bloc mémoire du parcours (5) pour connaître les paramètres du tracé à cet endroit-là. Si cette position correspond au tronçon de courbe sur lequel doit se déclencher le système de basculement, un signal de consigne (cur) est envoyé aux déclencheurs de basculement (4) et au système d'orientation des axes (3), suivant une loi paramétrable en fonction de la vitesse à laquelle roule le véhicule et des caractéristiques du tracé. -5- Cette loi paramétrable est une courbe normalisée (cur) en abscisses et en ordonnées comme suit: cur = func-param(vel, Lt, R, per, pos) o: cur = loi de consigne func-param = fonction des paramètres vel = vitesse à laquelle roule le véhicule Lt = longueur de la courbe de transition R = rayon de courbure du tracé per = dévers de la courbe pos = position absolue pour laquelle est évaluée cur Le paramétrage est réalisé à partir de fonctions polynomiales ou harmoniques, par exemple. La loi paramétrable (func-param) est unique et appliquée à toutes les courbes et à chaque type de véhicule. Pour obtenir la loi de consigne (cur) dans chaque cas, il suffit d'introduire les valeurs de vel, Lt, R, per et pos dans la formule précédente. Cette loi paramétrable ou loi du comportement du véhicule dans les courbes, est définie par l'usager comme la loi la mieux adaptée au type de tracé devant être parcouru par le véhicule et elle dépend des caractéristiques dynamiques de ce dernier, ainsi que du type de déclencheur utilisé et de son emplacement physique. Enfin, elle peut être obtenue de façon conventionnelle à travers des méthodes d'analyse théoriques ou pratiques. - 6 - Ci-après, on décrit la façon de procéder pour obtenir cette loi paramétrable dans un cas précis. Suivant le type de tracé devant être parcouru, les caractéristiques dynamiques du véhicule, le type de déclencheur et son emplacement dans le véhicule, on réalise une simulation dynamique sur ordinateur du comportement du véhicule dans la courbe. Ces logiciels de simulation (conventionnels) disposent de différents outils, dont un progiciel de calcul de la dynamique inverse. Cet outil permet de déterminer quelle loi doit suivre un signal de commande (loi de commande) d'un déclencheur pour qu'un paramètre dynamique du véhicule suive une loi préétablie. En résumé, du fait que l'on connaît d'avance la réponse au problème (la loi préétablie pour un paramètre dynamique du véhicule), il reste à obtenir la question (loi du déclencheur). La loi obtenue est ajustée et paramétrée suivant une méthode conventionnelle, comme par exemple l'utilisation de fonctions polynomiales ou harmoniques. Pour ce système de basculement, la loi préétablie étant fixée comme objectif est un profil trapézoïdal pour l'accélération latérale (a) que subit le passager (figure 5). La forme de cette courbe est proportionnelle au profil de la courbure du tracé (1/R) et l'amplitude de l'accélération maximale (amax) latérale du passager est limitée, par exemple, à 0,65m/s2. cte = courbe de transition d'entrée c = courbe à proprement parler cts = courbe de transition de sortie Pa = position absolue Ce sont les déclencheurs (4) qui provoquent le basculement. Ces déclencheurs sont logés entre le bâti du bogie (8) et, directement ou indirectement, la caisse du véhicule (7). Ils peuvent être de plusieurs types, comme par exemple: hydrauliques, électromécaniques, etc. Pour exercer sur la caisse (7) l'effet de basculement souhaité, il est possible d'installer, entre le bogie et la caisse, certains éléments mécaniques permettant un mouvement giratoire relatif entre les deux. En outre, ces déclencheurs sont équipés de mesureurs de mouvement giratoire (9) qui réalimentent l'(UCB) (2). Ci-après, on décrit deux exemples de réalisation pratique, non limitative, de la configuration mécanique d'un véhicule basculant: configuration articulée et configuration à suspension surélevée. Configuration 1: articulée (figure 2). Dans cette configuration, entre le bâti du bogie (8) et la caisse (7) du véhicule ferroviaire, est placée une traverse basculante (10) articulée par un quadrilatère, au moyen de bielles (11), par exemple. Sur cette traverse basculante (10) repose l'embase de la suspension secondaire verticale (12), qui peut être de type conventionnel à ressort ou pneumatique. Le seul mouvement relatif permis entre le bâti du bogie et la traverse basculante, est un mouvement giratoire dans le sens de la marche (appelé mouvement de lacet ou de roulis). Configuration 2: suspension secondaire surélevée (figures 3 et 4). -8- Il existe une autre configuration possible pour le basculement, qui consiste à installer sur un bogie conventionnel deux déclencheurs de basculement (4) entre le bâti du bogie (81) et l'embase (b) de la suspension verticale secondaire (13). Ces déclencheurs (4) ont pour mission de provoquer un déplacement relatif de l'embase (b) de la suspension secondaire verticale par rapport au bâti du bogie (81). Ciaprès, on décrit un exemple d'application de cette solution, qui consiste à placer deux cylindres (14) hydrauliques à simple effet et de type plongeur sur l'embase des ressorts hélicoïdaux (15) de la suspension secondaire d'un bogie conventionnel de passagers, le corps du cylindre étant logé à l'intérieur du ressort. L'inconvénient de cette solution est que le cylindre (14) doit supporter le poids de la caisse (7) reposant sur lui. Sur la figure 3 est représenté la coupe transversale d'un bogie conventionnel doté d'une suspension verticale de type ressort, o l'on peut observer le montage du cylindre de basculement suivant cette configuration. Il est entendu qu'au lieu du profil de l'accélération latérale et angulaire, on peut préétablir le profil de la vitesse ou du déplacement du véhicule/passager (il suffit pour cela d'une dérivation) ou de l'accélération non compensée, qui est l'accélération latérale non compensée par la gravité ou tout autre variable du genre. -9- REVENDICATIONS 1.- Système de basculement pour véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un bloc mémoire (5) dans lequel chaque trajet est divisé en tronçons étant au moins identifiés par les paramètres suivants: rayon de courbure, longueur de courbe, dévers de courbe et position absolue; b) un système détecteur (1) de position communiquant à chaque instant les paramètres de vitesse et de position absolue réelle du véhicule à c) une unité intelligente (2) de contrôle, établissant une loi de commande qui est quantifiée à partir des valeurs des paramètres émanant du bloc mémoire et du système détecteur de position, et établissant également une loi de consigne qui est envoyée à d) des déclencheurs (4) de basculement placés entre le bâti du bogie et directement/indirectement la caisse du véhicule, ce qui permet à une variable liée directement/indirectement à l'accélération non compensée du véhicule, de se conformer à un profil préétabli. 2.- Système de basculement pour véhicule ferroviaire selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est équipé de mesureurs de mouvement giratoire relatif entre la caisse du véhicule et le bâti du bogie (8), qui envoient leurs signaux à l'unité de contrôle (2). - 10 - 3.- Système de basculement pour véhicule ferroviaire selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que son action s'étend à un système d'orientation des axes réduisant le déséquilibre des efforts latéraux roue-rail sur les deux axes du même bogie. 4.- Système de basculement pour véhicule ferroviaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est équipé, entre la caisse du véhicule (7) et le bogie (8), d'une traverse basculante (10) articulée avec le bogie par un quadrilatère, les déclencheurs (4) agissant quant à eux entre le bogie et la traverse basculante. 5.- Système de basculement pour véhicule ferroviaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les déclencheurs (4) sont placés entre le bâti du bogie et l'embase de la suspension verticale secondaire (12). 6.- Système de basculement pour véhicule ferroviaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque déclencheur (4) est un cylindre fluidique de type plongeur appuyé sur l'embase des ressorts de la suspension secondaire. 7.- Système de basculement pour véhicule ferroviaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité intelligente (2) de contrôle établit une loi de commande paramétrable obtenue grâce à un logiciel conventionnel de simulation dynamique du comportement du véhicule dans les courbes, permettant de calculer la dynamique inverse en admettant comme paramètre dynamique l'accélération latérale du passager du véhicule suivant un profil préétabli.