Brevet FR2913653A1 — publié le 20080919

L'invention concerne un dispositif permettant à un véhicule de transport de passagers, suspendu à une voie aérienne rigide, de maintenir l'horizontalité de son plancher, même sur des sections de ligne à très forte pente longitudinale;d'avoir plus généralement un comportement pendulaire aussi bien transversalement que longitudinalement, et de faire varier la hauteur de la cabine par rapport à la voie. Le véhicule est doté par ailleurs de moyens lui permettant de franchir sans patinage lesdites sections. Le dispositif comprend notamment deux vérins hydrauliques verticaux dits "primaires", dont les corps sont fixés à un chassis commun, dit également "primaire". La tête de tige de chacun des deux vérins est articulée autour d'un axe transversal sur l'un des deux bogies qui constituent le train de roulement. Les allongements des vérins sont commandés de telle sorte que leur différence compense la différence de hauteur des deux bogies sur les sections de ligne comportant une pente longitudinale, même très forte. Cette commande permet de conserver l'horizontalité du chassis et la verticalité des vérins. La tige d'un vérin étant libre en rotation à l'intérieur du corps, chaque bogie se trouve articulé sur le vérin correspondant autour d'un axe toujours vertical et d'un axe transversal toujours horizontal, ce qui permet l'inscription du train de roulement dans des virages de la ligne comportant simultanément ou non une pente longitudinale, éventuellement variable. Il faut toutefois remarquer que si la structure du bogie est rigide, les axes de ses deux essieux, restant parallèles, ne peuvent donc converger sur le centre de courbure du virage et sont donc décalés angulairement par rapport à une section droite de la voie dans laquelle la semelle de la poutre est horizontale. II en résulte, du fait de la pente, une différence de hauteur des deux roues d'un même essieu par rapport à la piste de roulement, différence qui peut être absorbée par un bandage élastique ou par des pneumatiques. L'allongement de chaque vérin est commandé par un automate, en fonction de la position du véhicule le long de la ligne, élaborée avec précision par un navigateur, et du profil en long de la ligne, mémorisé, donnant en chaque point sa pente longitudinale. f, Toutes les roues du train de roulement sont indépendantes, chacune étant dotée de son propre moteur de traction électrique, ce qui permet notamment aux roues d'un côté d'avoir une vitesse différente des roues de l'autre côté dans des virages de faible rayon. Comme indiqué au début, pour franchir sans patinage des sections de ligne à très forte pente, le véhicule doit faire appel à des aides de type funiculaire ou crémailllère par exemple. On supposera par la suite, sans que cela soit exclusif, que l'aide est de type crémaillère. A chaque roue porteuse et motrice est donc fixée sur le même axe une couronne dentée de même diamètre s'engrenant sur une crémaillère qui est accolée à la voie seulement sur les sections de ligne à très forte pente. Le guidage du véhicule est d'autre part assuré par des roues d'axe vertical roulant sur des rails portés par la voie. Moyennant une isolation adéquate de ces rails et du bandage des roues de guidage, ces rails peuvent avantageusement servir également à l'alimentation électrique des moteurs de traction. Tel que décrit jusque là, le dispositif de suspension de la cabine au dessous de son train de roulement permet de conserver l'horizontalité du plancher de la cabine quelle que soit la pente longitudinale de la ligne. Sans que cela soit strictement nécessaire, il est cependant avantageux, et cela sera supposé par la suite, de profiter de la configuration du véhicule, suspendu sous son train de roulement, pour le doter d'un comportement pendulaire, aussi bien transversalement que longitudinalement, ce qui permet de soustraire les passagers à l'effet des virages et des accélérations et freinages du véhicule. Pour assurer la pendularité transversale, le chassis primaire décrit plus haut s'articule autour d'un axe longitudinal sur un cadre dit "de roulis" qui supporte la cabine. Cependant la libre rotation de la cabine autour de cet axe n'empêcherait pas une inclinaison transversale indésirable, ou "gîte", sous l'effet par exemple du vent ou de rafales, ou sous l'effet d'un déséquilibre de la charge. Il est donc souhaitable de "contrôler' cette pendularité en imposant l'angle de rotation entre le chassis primaire et le cadre de roulis grâce à un 2913653 r dispositf motorisé. Ce dispositif est lui-même commandé par un automate en fonction de l'accélération transversale, mesurée dans la cabine parallèlement à son plancher, de façon à annuler cette accélération. L'automate peut aussi avantageusement prendre en compte la 5 mesure de la vitesse de rotation de la cabine autour de l'axe longitudinal pour amortir les oscillations autour de cet axe, ou "oscillations de roulis". Pour assurer la pendularité longitudinale sans compromettre la verticalité des vérins primaires, le dispositif de suspension est doté d'un deuxième jeu de deux vérins dits "secondaires", verticaux en l'absence de 10 toute accélération, entre le cadre de roulis et la structure de la cabine. Le corps de chaque vérin est fixé sur un socle;, la structure de la cabine reposant sur les deux socles par l'intermédiaire de quatre suspensions élastiques amorties. Les têtes de tige des deux vérins sont articulées autour d'un axe transversal chacune sur un mini-bogie roulant sur deux rais longitudinaux portés par le cadre 15 de roulis. En fonction du signe et de l'amplitude de l'accélération longitudinale mesurée dans la cabine parallèlement à son plancher, un automate commande l'allongement de l'un des deux vérins de façon à annuler cette mesure, l'autre vérin restant à allongement nul. L'automate peut aussi avantageusement 20 prendre en compte la mesure de la vitesse de rotation de la cabine autour de l'axe transversal pour amortir les oscillations autour de cet axe, ou "oscillations de tangage". Le fonctionnement décrit des deux vérins secondaires et de l'automate de commande réalise un emportement pendulaire longitudinal 25 artificiel ou "contrôlé". Enfin un automate peut, lors de l'arrêt en station, commander simultanément l'élongation maximale des vérins primaires et des vérins secondaires afin d'abaisser la cabine, depuis une hauteur permettant l'approche 30 de la station en toute sécurité pour les piétons situés sous la trajectoire, jusqu'au niveau du sol pour le débarquement et l'embarquement des passagers. Les figures 1 à 21 annexées illustrent la constitution du dispositif et son application à un véhicule aérien suspendu, dans un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple non limitatif. Les figures 1 à 4 illustrent la composition d'un des deux bogies du train de roulement. La figure 1 le représente en vue transversale, sur la voie représentée en coupe, sur une section de ligne équipée de crémaillère. La figure 2 le représente de même, sur une section de ligne courante non équipée de crémaillère. La figure 3 le représente selon une coupe longitudinale qui montre l'engrenage avec la crémaillère. La figure 4 le représente seul, sans la voie, en vue en plan. La voie est formée d'une succession de poutres longitudinales 1 de section type IPN, soutenue à intervalles réguliers par des supports de type potence ou portique, non représentés. La traverse inférieure de la poutre 1 sert de piste de roulement pour les roues 2 du bogie, à la fois porteuses et motrices, et équipées de pneumatiques. Sur le même arbre que chaque roue 2 est montée une roue dentée 3 qui s'engrène, sur les sections de ligne à très forte pente, sur une crémaillère 4 portée par la poutre 1. Les deux roues 2 et 3 sont entraînées par un même moteur électrique de traction 5, chaque roue étant dotée de son propre moteur. Les quatre ensembles roues-moteur d'un même bogie sont supportés par un chassis 6, de section transversale en forme de U, qui enveloppe la poutre 1. Le chassis 6 supporte également quatre roues de guidage 7 d'axe vertical, situées chacune dans le même plan transversal que deux des roues porteuses et motrices 2. Le bandage métallique 8 de ces roues est isolé électriquement du moyeu de la roue par une couronne isolante 9. Ces roues 7 roulent sur des rails verticaux 10, fixés à la poutre 1 par des isolateurs 11, qui servent à la fois de rails de guidage et de conducteurs d'alimentation. La captation de courant se fait enfin sur le bandage 8 par des frotteurs 12. Le chassis 6 supporte à sa partie inférieure l'axe transversal 13 d'articulation de la tête de tige de vérin primaire. `i Les figures 5 à 7 représentent le dispositif d'adaptation à la pente, comprenant les deux bogies 14, le chassis primaire 15 et les vérins primaires 16. La figure 5 le représente en vue transversale, les figures 6 et 7 en vue longitudinale, respectivement sur une section de ligne horizontale et sur une section de ligne en pente d'environ 30 %. Sur les figures 5 et 6, les vérins 16 sont tous deux à allongement nul. Sur la figure 7, la différence d'allongement des deux vérins permet de conserver l'horizontalité du chassis primaire 15. (Un certain allongement est commandé sur le vérin aval pour éviter tout risque de choc entre la cabine et la voie du fait de leur inclinaison relative). L'axe d'articulation transversal 13 permet la rotation du bogie par rapport à la tige de vérin 17. Les figures 8 à 11 représentent les éléments intervenant dans le contrôle de pendularité transversale: chassis primaire, vérins primaires et cadre de roulis, en vue transversale sans inclinaison sur la figure 8, en coupe transversale avec inclinaison sur la figure 9, en vue longitudinale sur la figure 10 et en vue en plan sur la figure 11. Sur le chassis primaire 15 pivote le cadre de roulis 18 autour de l'axe longitudinal 19. Le cadre de roulis 18 supporte un moteur 20 qui entraîne deux roues dentées 21 dont chacune s'engrène sur un secteur denté fixe 22 porté par le chassis primaire 15. Le moteur 20 impose ainsi, selon la commande de l'automate de pendularité transversale, l'angle d'inclinaison du cadre de roulis et de la cabine par rapport au chassis primaire, et donc au train de roulement. Les figures 12 à 15 représentent l'ensemble du train de roulement, du dispositif de suspension complet et de l'ossature de la cabine, respectivement en vue transversale sur la figure 12, en vue longitudinale sans inclinaison sur la figure 13, en vue en plan (sans bogies ni vérins primaires) sur la figure 14, et en vue longitudinale avec inclinaison sur la figure 15. Les figures 16 à 19 sont un agrandissement des quatre précédentes, ne représentant que les éléments intervenant directement dans le contrôle de pendularilté longitudinale. 30 Les têtes de tige des deux vérins secondaires 23, qui permettent le contrôle de pendularité, sont articulées chacune autour d'un axe transversal 24 sur un mini-bogie 25 qui roule sur des rails longitudinaux portés par le cadre de roulis 18. Chaque vérin 23 est solidaire d'un socle 26. L'ossature 27 de la cabine repose sur les deux socles 26 par l'intermédiaire de quatre suspensions élastiques amorties 28. La comparaison des figures 13 et 15, ou 17 et 19, illustre le contrôle de pendularité longitudinale. Hors accélération (figures 13 et 17), les deux minibogie 25 sont en contact avec des butées 29 portées par le cadre de roulis 18. En accélération (figures 15 et 19), un allongement est commandé au vérin 23 avant, et le mini-bogie 25 avant reste au contact de ses butées 29, sous l'effet de l'accélération. Par entre le mini-bogie 25 arrière s'écarte de ses butées 29, du fait de la déformation du quadrilatère formé par le cadre de roulis 22, les deux vérins secondaires 23 et les poutres supérieures 30 de l'ossature de la cabine. L'inclinaison de la cabine est déterminée par l'allongement du vérin 23 avant, sous la commande de l'automate de contrôle de pendularité longitudinale. Les figures 20 et 21 illustrent la configuration du dispositif complet après descente de la cabine en station, pour le débarquement et l'embarquement des passagers au niveau du sol. Pour parvenir à cette configuration, l'automate a commandé simultanément l'allongement maximal des deux vérins primaires 16 et des deux vérins secondaires 23. Le fonctionnement du véhicule est entièrement automatique, commandé par le navigateur pour l'avancement et les séquences de fonctionnement, et par les automates d'adaptation à la pente, de contrôle de pendularité, et de descente en station. Le navigateur et les différents automates sont regroupés dans un même calculateur. La structure de ce calculateur est dotée du degré de redondance voulu (structures "triplex" ou "duplex monitoré" par exemple, à la manière des pilotes automatiques d'avion) pour obtenir le niveau de sécurité requis, tout dysfonctionnement d'un automate pouvant entraîner un risque de collision avec des obstacles, fixes ou non. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de suspension de la cabine sous le train de roulement d'un véhicule circulant sur une voie aérienne rigide, caractérisé par la présence de deux vérins dits "primaires", d'axe vertical, dont chacun permet de faire varier séparément la hauteur de chacun des deux bogies constituant le train de roulement par rapport à un chassis commun dit aussi "primaire" solidarisant les corps des deux vérins. 2 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel chaque bogie est articulé sur la tête de tige du vérin correspondant autour de deux axes, l'un transversal et toujours horizontal, l'autre toujours vertical, ce qui permet l'inscription du train de roulement dans des sections de ligne en virage et, simultanément ou non, en pente longitudinale, éventuellement variable. 3 - Dispositif selon la revendication 2 dans lequel les vérins sont de type hydraulique, l'axe d'articulation vertical étant constitué par l'axe du vérin, dont le piston peut tourner librement à l'intérieur du corps. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3 dans lequel les roues des bogies sont dotées de bandages élastiques ou de pneumatiques, ce qui permet d'absorber la différence de hauteur des deux roues d'un même essieu par rapport à la piste de roulement dans un virage en pente. 5 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel les allongements des deux vérins sont commandés de telle sorte que leur différence compense la pente longitudinale de la voie et que l'axe des vérins demeure toujours vertical et le chassis primaire toujours horizontal . 6 - Dispositif selon la revendication 5 dans lequel les allongements des vérins sont commandés par un automate en fonction de la position du véhicule sur la ligne, élaborée avec précision par un navigateur, et du profil en long de la ligne mémorisé. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6 dans lequel chacune des roues porteuses des deux bogies est également motrice, le même moteur entraînant simultanément une roue dentée de même diamètremontée sur le même arbre et s'engrenant sur une crémaillère accolée à la voie sur les sections de ligne à très forte pente longitudinale. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7 dans lequel un cadre dit "de roulis", qui supporte la cabine, pivote sur le chassis primaire autour 5 d'un axe longitudinal. 9- Dispositif selon la revendication 8 dans lequel l'angle de rotation entre le cadre de roulis et le chassis primaire est commandé par un automate en fonction de l'accélération transversale, mesurée dans la cabine parallèlement à son plancher, de façon à annuler cette accélération, ce qui a pour effet d'incliner 10 transversalement la cabine en virage pour soustraire les passagers à l'effet de ce virage, mais aussi de contrer les inclinaisons transversales indésirables, dues par exemple à l'effet du vent ou aux déséquilibres de charge. 10- Dispositif selon la revendication 9 dans lequel l'automate prend aussi en compte la mesure de la vitesse de rotation de la cabine autour de l'axe 15 longitudinal pour amortir les oscillations, dites "de roulis", autour de cet axe. 11- Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10 dans lequel un deuxième jeu de deux vérins dits "secondaires", d'axe verticalen l'absence d'accélérations, permet de faire varier l'inclinaison longitudinale de la cabine. 12 - Dispositif selon la revendication 11 dans lequel le corps de 20 chacun de ces deux vérins secondaires est lié à la structure de la cabine, soit directement soit par l'intermédiaire d'une suspension élastique amortie, et dans lequel la tête de tige de chacun est articulée autour d'un axe transversal sur un mini-bogie roulant sur des rails longitudinaux portés par le cadre de roulis. 13 - Dispositif selon la revendication 12 dans lequel l'inclinaison 25 longitudinale de la cabine par rapport au cadre de roulis est obtenue en commandant l'allongement d'un seul des deux vérins secondaires, le déplacement du mini-bogie de l'autre vérin permettant l'écartement des deux mini-bogies. 14- Dispositif selon la revendication 13 dans lequel l'allongement du 30 vérin seccondaire est commandé par un automate en fonction de l'accélération longitudinale, mesurée dans la cabine parallèlement à son plancher, le choix du vérin commandé étant fait en fonction du signe de cette accélération, de façon àannuler cette accélération, ce qui a pour effet de soustraire les passagers à l'effet des accélérations ou décélérations du véhicule. 15- Dispositif selon la revendication 14 dans lequel l'automate prend aussi en compte la mesure de la vitesse de rotation de la cabine autour de l'axe transversal pour amortir les oscillations, dites "'de tangage", autour de cet axe. 16- Dispositif selon l'une des revendications 11 à 15 dans lequel un automate commande en station l'allongement maximal simultané des deux vérins primaires et des deux vérins secondaires, afin d'abaisser la cabine, depuis une hauteur permettant l'approche de la station en toute sécurité pour les piétons situés sous la trajectoire, jusqu'au niveau du sol pour le débarquement et l'embarquement des passagers.