Brevet FR2809683A1 — publié le 20011207

COMMANDE PNEUMATIOVE D'UN PANTOGRAPHE DE VEHICULES MOTEURS ELECTRIOUES L'invention concerne une commande destinée à au moins un pantographe actionné par voie pneumatique d'un véhicule moteur électrique, comportant une tête pouvant etre appliquée contre un système de caténaire avec une force d'application, contenant un moyen de commande de pression pneumatique destiné à la régulation d'une pression d'entraînement qui est transmise à un moyen 'application pouvant être réglé par voie pneumatique du pantographe, et à l'aide duquel la force 'application peut être réglée à une valeur de consigne prédéterminée. Des pantographes actionnés par voie pneumatique destinés à des véhicules moteurs électriques, notamment a des motrices ferroviaires, sont bien connus. La tête pantographe - également qualifiée de tête de friction, bascule ou palette - est appliquée en cours fonctionnement contre le fil de contact conducteur de courant d'un système de caténaire fixe afin d'assurer l'alimentation en courant du véhicule moteur au moyen du contact électrique ainsi établi. Le document EP 0 989 015 A1 révèle une régulation de force d'application sous une forme connue en matière de pantographes ferroviaires, l'adaptation à la position en hauteur du pantographe étant effectuée par une pression de vérin variable mais, de la manière connue par l'intermédiaire d'un disque a came situé au niveau de la base de la structure. Toutes les autres vannes servent uniquement aux nécessités spécifiques au Bus 0 et n'ont pas d'incidence sur la commande de la force de contact. En fonction du type du système de caténaire, et notamment du fil de contact, l'exploitant du réseau, qui met entre autres à disposition le système de caténaire, prescrit des valeurs limites pour la force de contact avec laquelle la tête du pantographe est appliquée contre le système de caténaire. Une valeur limite inférieure doit par exemple définir une force minimale afin d'assurer une alimentation en courant qui est dans une large mesure ininterrompue, alors que la valeur limite supérieure est en premier lieu prescrite afin de protéger le système de caténaire contre une usure excessive, mais également contre une surcharge mécanique. Le respect de ces valeurs limites est assurer lors du fonctionnement afin de ne pas mettre en danger la sécurité contre des contraintes excessives, et de maintenir l'usure, notamment du fil de contact et de sa suspension, dans des limites acceptables. Pour la justification du respect des valeurs limites mentionnées, ainsi que pour la vérification des dispositifs servant à atteindre ces valeurs limites au niveau du véhicule, y compris du pantographe, ainsi que pour déterminer des mesures de correction qui sont le cas écheant nécessaires, de nombreux parcours d'essai coûteux des véhicules moteurs concernés sont effectués dans la pratique. La figure 1 représente un exemple de commande pneumatique connue de la force d'application FK, avec laquelle une tête de friction SK d'un pantographe SA est appliquée contre un système de caténaire (non représenté aux figures), qui est situé dans la zone de travail à une hauteur h au-dessus de la position de repos la tête SK. Le pantographe SA est entre autres constitué d'un bras inférieur UA qui est déplacé par un soufflet pneumatique BG, et d'un bras supérieur OA sur lequel est fixée la tête de friction SK ; des éléments mécaniques supplémentaires, tels qu'une bielle d'accouplement KA, assurent le mouvement correct des éléments du bras. A la figure 1, ainsi que dans les exemples de l'invention présentés par la suite, il n'est représenté qu'un seul pantographe ainsi qu'un seul soufflet d'application BG, qui sont à considérer comme étant représentatifs pour plusieurs pantographes montés cas échéant sur un véhicule moteur, ou plusieurs soufflets d'application prévus pour l'entraînement du/des pantographe(s). Le soufflet BG sert de moyen d'application pouvant être régle par voie pneumatique, et est alimenté par la pression d'entraînement pBG à l'aide laquelle la force d'application FK est à nouveau réglée. La pression d'entraînement pBG est préalablement réglée à une valeur de consigne, qui est par exemple prescrite par l'exploitant du réseau, au moyen une vanne de régulation de pression MR pouvant être réglée manuellement. Par l'intermédiaire 'une vanne principale VE et d'un filtre d'air / déshydrateur F, le régulateur de pression MR est raccordé à 'alimentation en air comprimé AA, qui sert à l'alimentation de la commande pneumatique en air d'équipement a une pression d'alimentation p1. Le soufflet BG, qui agit conjointement avec la démultiplication de force du bras SA, effectue une conversion pneumatique la pression d'entraînement pBG en la force d'application FK, par exemple une conversion pression / force de 1 bar à 100 N. Comme esquissé par la ligne en traits mixtes, les composants AA, VE représentés sur la partie inférieure droite la figure 1 se trouvent à intérieur du véhicule par exemple dans un cadre pneumatique. La liaison avec les composants se trouvant a l'extérieur est réalisée à l'aide de flexibles d'isolation IL, qui assurent en outre une séparation électrique. Outre une soupape de sécurité SI qui, en tant que limiteur de pression, est prévue pour protéger le soufflet BG contre une surpression, la réalisation d'un dispositif d'abaissement est par ailleurs représentée à figure 1 qui, en cas de détérioration du pantographe, abaisse ce dernier. A cet effet, des tiges rupture BR, BB sont prévues sur la tête SK ou sur la structure du bras, qui peuvent être maintenues à la pression d'alimentation, par exemple par l'intermédiaire de l'orifice de restriction D, et qui commandent une vanne pilote VB par voie pneumatique. En cas de rupture, l'air comprimé s'échappe à l'atmosphère, la pression p1D tombe dans cette partie conduite et la vanne pilote VB se déclenche. La pression d'entraînement pBG est de ce fait dissociée et évacuée de la commande le pantographe est par conséquent abaissé. D'autres éléments pouvant être prévus dans une commande d'application, mais qui ne sont pas nécessaires pour la compréhension de 'invention, tels que par exemple un clapet d'étranglement pour la compensation d'effets rétroatifs mouvement du soufflet sur la commande pneumatique ou une commande d'un abaissemént rapide, ne sont représentés ni à la figure 1 ni sur les autres figures. La force de contact décrite ci-dessus, ou les valeurs limites de cette force, est habituellement définie en fonction de la vitesse, la force 'application partant en l'occurrence d'une valeur limite pour de faibles vitesses (de l'ordre de 5 km/h exemple), et augmentant au fur et à mesure de la vitesse. C'est ainsi que pour les systèmes des chemins fer allemands et des chemins de fers fédéraux autrichiens, il est par exemple prescrit une courbe de force d'application moyenne en fonction de la vitesse qui, de 70 N pour de faibles vitesses, passe au-dessus de 80 N à environ 85 km/h, et à 100 N à environ 180 km/h. Une autre exigence peut porter sur le fait que, à l'arrêt, la force de contact soit augmentée à une valeur d'arrêt - qui dépend nouveau de 'exploitant - de par exemple 140 N. Une solution connue pour l'adaptation de la force contact à la vitesse consiste en des déflecteurs de vent disposés sur les pantographes. Les déflecteurs de vent peuvent être réglables à l'aide de tringleries ou analogues. Cela conduit à un coût considérable en eléments mécaniques qui doivent être réglés avec précision, et qui en outre présentent sensibilité non négligeable aux erreurs. De tels dispositifs sont en outre naturellement sensibles influences perturbatrices extérieures, telles que par exemple au vent ou au déplacement d'air dù à des trains se croisant. Un passage entre différentes courbes dépendant de la vitesse n'est par ailleurs possible que par un échange complexe de la construction des déflecteurs. Dans le cadre d'une solution connue un réglage de la force de contact sur une valeur d'arrêt est réalisé à l'aide d'une ou de plusieurs vannes de régulation qui, à l'arrêt, assurent une commutation sur une valeur 'arrêt. Cela conduit à des circuits pneumatiques complexes dans lesquels la valeur d'arret est en outre a installer indépendamment lors de la configuration de la commande, ce qui, dans le cas où plusieurs configurations sont à régler, entraîne un coût considérable. Des complications supplémentaires peuvent intervenir, notamment lorsqu'un pantographe est disposé en différentes positions de la rame d'un train - par exemple les pantographes avant et arrière d'une locomotive, les pantographes des voitures avant et arrière d'un train moteur, une force de contact plus élevée étant en règle générale exigée pour le pantographe arrière -, lorsque le véhicule est conçu pour différentes vitesses limites (ce qui a une répercussion sur la courbe ascendante de la force de contact dépendant de la vitesse), ou lors l'utilisation dans différents systèmes de caténaires par exemple différentes administrations de voies dont le type de caténaire exige des forces de contact différentes, tout en comportant le même système courant. Le respect de multiples exigences de ce genre est encore compliqué davantage dans le cas d'un véhicule à plusieurs systèmes, pour lequel peuvent être prévus par exemple jusqu'à quatre pantographes. L'objectif de l'invention consiste à proposer une valeur destinée à une commande améliorée et plus fiable la force de contact, la commande nécessaire à cet effet devant notamment être simplifiée. Une régulation une force d'application en fonction de la vitesse doit en outre être possible. En partant d'une commande du type mentionné en introduction, cet objectif est atteint au moyen d'une commande pour laquelle un dispositif pilote est prévu selon l'invention, qui génère un signal pilote sur la base d'au moins une grandeur d'entrée dépendant dans le temps de l'état de fonctionnement et/ou de marche du véhicule moteur, le signal pilote étant transmis au moyen de commande de pression en tant que signal de valeur de consigne. Cette solution permet de simplifier la commande, notamment de supprimer les vannes de régulation et les coûts et possibilités de perturbations qui y sont liés. avantage essentiel de l'invention est la réduction de la sensibilité aux perturbations extérieures dues à l'influence du vent ou analogues. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, un dispositif de conversion est prévu du côté du dispositif pilote, qui utilise le signal pilote ou un signal utilisé pour l'engendrer en fonction d'un signal de vitesse correspondant à la vitesse du véhicule moteur. Cela permet déjà de prendre en compte dans la commande la dépendance par rapport à la vitesse de la force de contact exigée, la dépendance par rapport à la vitesse pouvant etre réglée selon une fonction préréglée au lieu de l'être par des constructions, telles que des deflecteurs de vent. Un passage sur une autre configuration peut en outre être effectué par une simple sélection d'une autre fonction programmée - contrairement à un nouvel ajustement coûteux ou à un remplacement des déflecteurs de vent -. Un détecteur de force est avantageusement prévu sur la tête du pantographe ; détecteur génère un signal d'application en fonction de la force d'application exercée par le système de caténaire contre la tête, lequel signal est transmis au dispositif pilote ou au dispositif de conversion en tant que grandeur d'entrée. Ce détecteur augmente la fiabilité de la régulation de force d'application à la valeur de consigne prescrite. Un tel détecteur de force également prévu dans une variante tout aussi avantageuse de l'invention, le signal d'application étant transmis au moyen de commande de pression en tant que signal pilote. I1 est par ailleurs avantageux qu'un élément de régulation pouvant être commandé par voie pneumatique soit prévu, pour réguler la pression d'entraînement en fonction d'une pression de commande délivrée par le moyen de commande de pression. Grâce à cette simple mesure, l'hystérésis de la pression d'entraînement peut notamment être efficacement réduite. Le signal pilote est opportunément un signal pneumatique. Il est en l'occurrence avantageux, notamment en liaison avec une commande pilote est au moins partiellement électronique, que le moyen de commande de pression soit réalisé sous la forme 'une vanne commande de pression commandée électriquement. Le moyen de commande de pression peut également être réalise sous la forme d'une vanne pouvant être commandee par voie pneumatique, ce qui est avantageux si l'ensemble de la commande est par exemple entièrement pneumatique, et ne comporte donc pas d'éléments électroniques. La vanne pouvant être commandee peut être avantageusement une vanne de comparaison de pression, à l'aide de laquelle la pression d'entraînement peut être régulée en fonction de la différence entre le signal pilote et un signal de référence qui lui est également transmis. L'invention et d'autres avantages sont expliqués ci-après plus en détail à l'aide d'exemples de réalisation représentés sur les dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente une commande d'application de type connu ; la figure 2 représente une commande selon l'invention avec une régulation la force d'application dépendant de la vitesse ; la figure 3 représente une deuxième commande selon l'invention avec une régulation de la force d'application dépendant de la vitesse utilisant un détecteur de force pneumatique ; la figure 4 représente une troisième commande selon l'invention destinée à la régulation de la force d'application sur une valeur pouvant être réglée manuellement ; figure S représente une quatrième commande selon l'invention avec une régulation , la force d'application dépendant la vitesse à l'aide d'une rétroaction purement pneumatique de la valeur reelle de la force d'application. Les principes d'une commande pneumatique la force d'application ont déjà été décrits ci-dessus à 'aide de la commande de type connu représentée a la figure 1. Les exemples exposés ci-après représentent modes de réalisation de l'invention s'appliquant à la commande de la figure 1, ce qui fait que seuls les détails différant de la figure 1 sont décrits. Des détails non essentiels pour l'invention, tels que par exemple un filtre d'air F (cf. figure 1), ne sont non plus pas représentés aux figures décrites ci-après car ceux-ci peuvent être aisément complétés par l'homme de l'art. La figure 2 représente un premier exemple 'une commande pneumatique, dans laquelle la force application est réglée en fonction de la vitesse. Un dispositif pilote BC est prévu selon l'invention. Ce dispositif BC qui, dans l'exemple représenté, se trouve dans le cadre pneumatique déjà mentionné à l'interieur véhicule, comporte un dispositif de conversion électronique C qui génère un signal électrique qui est transmis en tant que signal pilote selon l'invention à une vanne de commande électropneumatique EP. La vanne de commande EP sert à la régulation de la pression d'air pBG nécessaire à l'alimentation du soufflet d'air BG. L'alimentation du soufflet BG peut en principe être effectuée directement, une friction pneumatique trop importante peut cependant intervenir dans ce cas en raison différentes conduites d'air comprimé LL, et surtout longues, entre le caisson de commande et les composants pneumatiques situés à l'extérieur. Afin d'éviter dans une large mesure les répercussions indésirables de la friction pneumatique, notamment l'hystérésis une vanne booster R est disposée à proximité soufflet BG, laquelle est alimentée directement air et commandée par la vanne de commande EP au moyen de la pression de commande pC engendrée par cette dernière. La vanne booster R régule la pression d'entrainement PB1, PBG avec laquelle le soufflet BG est alimente sur une courte distance ; étant donné que la vanne pilote VB est active lorsque le fonctionnement n pas perturbé, les deux pressions PB1, PBG sont identiques. A l'aide de l'élément de régulation disposé en amont, la vanne de commande EP est en outre soulagée des quantités d'air comprimé souvent considérables nécessaires à l'entraînement du soufflet. Le dispositif électronique C reçoit par exemple un signal de vitesse ev, qui est généré de la manière connue par la commande véhicule moteur en fonction de la vitesse v du véhicule, et mis à disposition en tant que signal d'entrée dépendant du temps. Le signal de vitesse ev est converti en un signal eC qui est proportionnel à la force d'application FK, à l'aide d'une première courbe FK(v) vitesse / force d'application configurée a l'avance par le dispositif C. Des convertisseurs de signaux pouvant être configurés ou programmés par voie électronique, qui peuvent être utilisés en tant que dispositif de conversion C, sont connus et peuvent être analogiques ou numériques. Une courbe de type fonctionnel de la force de contact FK en fonction de la vitesse, en particulier également une valeur d'arrêt, peut être programmée de manière simple à l'aide du dispositif de conversion C. En tant qu'autre signal d'entrée du dispositif de conversion C, il peut par exemple être prévu signal de configuration ek qui peut être réglé manuellement par le personnel du véhicule, et qui sert choix d'une certaine courbe vitesse / force d'application parmi un nombre de courbes configurés. Le dispositif C peut en outre commander également la vanne principale VE de commande pneumatique, par exemple moyen d'un signal de fonctionnement eent spécifique. La force de contact FK pour toutes les valeurs de configuration et dépendant de la vitesse peut être commandee avec le dispositif selon la figure 2. Lorsque le pantographe est conçu de façon neutre au plan aérodynamique, on obtient de ce fait également une large indépendance par rapport à des influences dues au vent, aux déplacements d'air, aux tunnels et à 'autres influences environnementales. L'exemple de réalisation représenté à la figure 3 est une extension de l'exemple de la figure 2 utilisant la mesure de la force d'application FK pour la rétroaction de régulation. Au moyen d'un détecteur de force S disposé sur la tête SK du pantographe, force de contact FK réelle peut être mesurée de façon supplémentaire sous la forme d'un signal d'application pS. De cette façon, la force de contact FK est accessible en tant qu'autre grandeur d'entrée de la commande pilote BC' pour la correction ou l'adaptation du signal pilote. Comme représenté à la figure 3, le détecteur de force S est par exemple une vanne de régulation de pression dépendant de la force qui est alimentée par la pression d'alimentation pl ou plD, et qui, en fonction de la force FK exercée, génère un signal d'application pneumatique pS qui est transmis aux autres composants de la commande pilote BC' par l'intermédiaire d'une conduite d'isolation ILS. A ce niveau, le signal d'application pneumatique pS est converti en un signal de tension ou un autre signal électrique es, par exemple à l'aide d'un transmetteur de pression TR. outre le signal de vitesse ev et le cas échéant le signal de configuration ek, ce signal d'application électrique eS est transmis au dispositif de conversion C' en tant que signal d'entrée supplementaire, et sert à la commande de régulation supplémentaire du signal pilote eC ou de la force d'application FK, par exemple à la manière d'un régulateur PID. La détection de force S peut également être réalisée au moyen d'une vanne d'étranglement dépendant de la course, dans laquelle un orifice de sortie est libéré par l'intermédiaire d'un ressort en fonction de la force exercée. La perte de charge en résultant dans la conduite située en amont, ou également le débit, peut être utilisée en tant que mesure de la course du ressort, et par conséquent de la force d'application FK. De cette manière, des influences supplémentaires agissant sur la force de contact, notamment des forces dynamiques agissant sur le pantographe ou des forces de résistance FB se modifiant rapidement, telles que par exemple des tourbillons de Karman, peuvent être compensées. I1 est en outre possible adapter la force de contact au comportement dynamique de la caténaire ou du pantographe, par exemple à l'aide d'une détection de valeur limite. De cette façon, des valeurs de pointe de la force d'application se modifiant dans le temps peuvent par exemple être surveillées, une force maximale étant à chaque fois définie pour un intervalle de temps d'une durée prédéterminée et, au cas ou celle- ci dépasse une valeur limite prescrite, le dispositif pilote BC' réduit la valeur réglée de la force d'application. La force de contact est de cette manière reduite lorsque la dynamique est trop importante. I1 est d'une part avantageux que le signal d application pS généré par le détecteur de force soit type pneumatique, comme déjà mentionné, et 'autre part que la courbe caractéristique de l'élément de detection de force S soit conçu à coefficient negatif. Selon la courbe caractéristique négative une augmentation de la force de contact FK correspond à un abaissement du signal d'application pS. Un dispositif d'abaissement automatique, qui dans le cas d'une detérioration déclenche un abaissement du pantographe, peut de ce fait être réalisé de façon simplifiee dans commande pneumatique. A cet effet, et comme représenté à la figure 3, les tiges de rupture BR, BB sont par exemple raccordées directement à la conduite de pression du signal d'application pS. En cas de rupture d'une tige BR, BB, le signal de pression pS tombe à zéro (à savoir à la pression ambiante), ce qui correspond selon la courbe caractéristique négative à une force de contact fictive très importante. En réaction à cette valeur, la régulation commande par impulsions inverses la pression du soufflet pBG à une valeur minimale, ce qui abaisse le pantographe SA. Une vanne de commutation spécifique VB (figures 1 et 2), à l'aide de laquelle un dispositif d'abaissement est commandé, est de cette façon inutile. La figure 4 représente une autre variante de l'invention, dans laquelle la force de contact FK est uniquement réglée à une valeur pouvant être présélectionnée manuellement, à savoir au moyen d'une vanne de régulation manuelle MR. Dans ce cas, la force de contact FK sert elle-même de grandeur d'entrée du dispositif pilote BC" selon l'invention. La force d'application FK est mesurée par un détecteur pression S, et le signal d'application pS est transmis en tant que signal pilote à une vanne de comparaison pression T, qui réalise ici le moyen de commande de pression selon l'invention. La vanne de comparaison de pression T compare le signal pS avec la valeur consigne PR qui est délivrée par la vanne de régulation MR, et règle la force de contact ou la pression soufflet pBG à la valeur de consigne, la pression PR réglée la vanne de régulation MR pouvant exemple servir simultanément de pression d'alimentation pV. Le pantographe devient de cette façon également indépendant d'influences extérieures. I1 convient toutefois procéder à une adaptation à différentes courbes caractéristiques de vitesse par d'autres moyens, exemple à l'aide de déflecteurs de vent ne peuvent être remplacés que de façon coûteuse. Une combinaison de la régulation par une vanne comparaison de pression selon la figure 4 avec commandes selon la figure 2 ou 3 est également possible moyen par lequel la rétroaction de la force de contact est effectuée de façon purement pneumatique. Une commande pneumatique de ce type est représentée a la figure 5. Cette commande permet une rétroaction de la valeur réelle de la force de contact FK à l'aide de la vanne T, ce qui réduit le coût électronique par rapport à la solution comparable de la figure 3, économise un flexible d'isolation ILS. Pour le reste les explications données en liaison avec la figure 3 ou la figure 4 s'appliquent à la commande selon la figure 5. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Commande destinée à au moins un pantographe actionne par voie pneumatique d'un véhicule moteur électrique, comportant une tête (SK) pouvant être appliquée contre un système de caténaire par une force d'application (FK), contenant un moyen de commande de pression pneumatique (EP, T) pour la régulation d'une pression d'entraînement (pBG) qui est transmise à un moyen application (BG) pouvant être réglé par voie pneumatique du pantographe, et à l'aide duquel force d'application (FK) peut être réglée à une valeur de consigne prédéterminée, caractérisée en ce que il est prévu un dispositif pilote (BC), génère un signal pilote (eC, pS) sur la base d'au moins une grandeur d'entrée (ev, Fk) dépendant dans temps de l'état de fonctionnement et/ou de marche du véhicule moteur, et en ce que le signal pilote (eC, pS) est transmis au moyen de commande de pression (EP, T) en tant que signal valeur de consigne. 2. Commande selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un dispositif de conversion (C) est prévu du côté du dispositif pilote, qui utilise le signal pilote ou un signal (eC) utilisé pour l'engendrer en fonction d'un signal de vitesse (ev) correspondant à la vitesse du véhicule moteur figure 2). 3. Commande selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'il prévu un détecteur de force (S) disposé sur la tête (SK) du pantographe, qui génère un signal d'application (pS) en fonction de la force d'application (FK) exercée par le système de caténaire contre la tête (SK), lequel est transmis en tant que grandeur d'entrée au dispositif pilote (BC') ou au dispositif de conversion (C) (figure 3). 4. Commande selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu un détecteur de force (S) disposé sur la tête (SK) du pantographe, qui génère un signal d'application (pS) en fonction de la force d'application (FK) exercée par le système de caténaire contre la tête (SK), lequel est transmis en tant que signal pilote au moyen de commande de pression (T) (figure 4). 5. Commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'il est prévu un élément de régulation (R) pouvant être commandé par voie pneumatique, qui régule la pression d'entraînement (pBG) en fonction d'une pression de commande (pC) délivrée par le moyen de commande de pression (EP). 6. Commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le signal pilote un signal pneumatique. 7. Commande selon la revendication , caractérisée en ce que le moyen de commande de pression est agencé sous la forme d'une vanne de commande pression (EP) commandée électriquement. 8. Commande selon la revendication , caractérisée en ce que le moyen de commande de pression est agencé sous la forme d'une vanne (T) pouvant être commandée par voie pneumatique. 9. Commande selon la revendication , caractérisée en ce que la vanne (T) pouvant être commandée est une vanne de comparaison de pression, à l'aide laquelle la pression d'entraînement (pBG) peut être régulée en fonction de la différence entre signal pilote (pS) et un signal de référence (PR) qui lui est également transmis.