Brevet FR3057527A1 — publié le 20180420

PROCEDE DE COMMANDE D'UN MANIPULATEUR DE CONDUITE DE VEHICULE FERROVIAIRE A RETOUR DE FORCE La présente invention concerne le domaine des manipulateurs de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force. Un véhicule ferroviaire est configuré pour se déplacer le long d'une voie ferrée. Il s'agit par exemple d'un métro, d'un tramway, d'un train régional ou d'un train à grande vitesse. Un manipulateur de conduite de véhicule ferroviaire est un dispositif de commande comprenant un organe de commande mobile ou « manette » manoeuvrable par le conducteur pour commander la traction et/ou le freinage du véhicule ferroviaire. La fonction de retour de force permet de transmettre des signaux haptiques au conducteur. Le conducteur peut alors adapter son comportement en fonction des signaux haptiques qui lui sont transmis par le biais de la fonction de retour de force. Un des buts de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un manipulateur de conduite ferroviaire à retour de force, qui soit amélioré. A cet effet, l'invention propose un procédé de commande d'un manipulateur de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force, le manipulateur comprenant une manette manoeuvrable par le conducteur, au moins un capteur pour mesurer au moins un paramètre dynamique de la manette, et au moins un actionneur configuré pour exercer une force sur la manette de manière à générer un retour de force, le procédé de commande comprenant : - le calcul d'une consigne de retour de force en fonction du paramètre dynamique et d'au moins un paramètre contextuel reçu par le manipulateur de manière à transmettre un premier signal haptique fonction du paramètre dynamique et indépendant du paramètre contextuel, et un deuxième signal haptique fonction du paramètre contextuel, le première signal haptique et le deuxième signal haptique étant superposées ; et - la commande de l'actionneur en fonction de la consigne de retour de force. Le procédé de commande comprend en option une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la consigne de retour de force est fonction d'au moins un paramètre dynamique de la manette choisi parmi : la position, la vitesse, l'accélération et une force subie par la manette ; 3057527 2 - un paramètre contextuel est déterminé à partir d'au moins une donnée choisie parmi : la position du véhicule le long de son trajet, la vitesse du véhicule et la charge du véhicule ; - la consigne de retour de force est calculée comme la somme d'une première 5 consigne calculée pour générer le premier signal haptique et d'une deuxième consigne calculée pour générer le deuxième signal haptique ; - il comprend le plafonnement de la consigne de force pour éviter de générer une force d'intensité trop élevée ; - un paramètre contextuel est une position recommandée de la manette ; 10 - la consigne de retour de force ou une composante de la consigne de retour de force est configurée pour générer au moins un effet parmi les suivants : un effet d'encoche autour d'au moins une position de référence stable, la consigne générant une force de rappel vers la position de référence stable dans une zone d'encoche située autour de la position stable ; un effet d'encoche autour d'une position neutre 15 correspondant à une absence de traction et une absence de freinage, la consigne générant une force de rappel vers la position neutre dans une zone de neutre d'encoche située autour de la position stable ; un effet d'encoche pour atteindre et quitter une position de freinage d'urgence, la consigne générant une force de rappel s'opposant à l'atteinte de la position de freinage d'urgence, puis, une fois la position de freinage 20 d'urgence atteinte, une force de rappel à vaincre pour quitter la position de freinage d'urgence ; un effet de crantage, la manette comprenant une série de positions stables, la consigne générant une force de rappel ramenant la manette vers chaque position stable lors du déplacement de la manette vers la position stable suivante ou précédente ; - la consigne de retour de force est configurée pour générer une force de rappel 25 seulement à partir d'une position de référence qui est fonction du paramètre contextuel. - la consigne de retour de force est configurée pour générer un effet de dentelure, la consigne générant une force de rappel oscillant régulièrement ou aléatoirement autour d'une valeur de référence ; - il comprend la détermination d'une consigne d'alerte, et le calcul de la consigne 30 de retour de force en fonction en outre de la consigne d'alerte de manière à générer un signal haptique d'alerte ; - il comprend la détermination de la consigne d'alerte en fonction d'un signal fourni par un capteur de force disposé sur la manette. L'invention concerne également un manipulateur de conduite de véhicule 35 ferroviaire à retour de force, pour commander la traction et/ou le freinage du véhicule ferroviaire, le manipulateur comprenant une manette manoeuvrable par le conducteur, au 3057527 3 moins un actionneur configuré pour exercer une force sur la manette, et une unité électronique de commande configurée pour la mise en oeuvre d'un procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description 5 qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la Figure 1 est un schéma illustrant un manipulateur de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force ; et - les Figures 2 à 10 sont des graphiques illustrant des lois de consignes pour la 10 commande d'un actionneur du manipulateur permettant de générer un retour de force. Le manipulateur 2 de conduite de véhicule ferroviaire de la Figure 1 est configuré pour permettre à un conducteur de commander la traction et/ou le freinage d'un véhicule ferroviaire 4. Le véhicule ferroviaire 4 comprend un système de traction 6 et un système de 15 freinage 8. Le système de traction 6 comprend par exemple un ou plusieurs bogies moteurs. Le système de freinage 8 comprend par exemple des freins disposés sur des roues de bogies du véhicule ferroviaire. Le véhicule ferroviaire 4 comprend un système électronique de commande 10 pour commander le système de traction 6 et le système de freinage 8. Le système de 20 commande 10 est par exemple un système de contrôle et de commande de train, généralement désigné TOMS (« Train control and management system »). Le manipulateur 2 comprend une manette 12 manoeuvrable manuellement par un conducteur. Le déplacement de la manette 12 permet de commander la traction et/ou le freinage du véhicule ferroviaire 4. 25 La manette 12 comprend ici un levier 14 monté pivotant sur un support 16 autour d'un axe de rotation A, le levier 14 portant une poignée de préhension 18 destinée à être saisie par le conducteur. Le manipulateur 2 comprend un actionneur 20 configuré pour exercer un couple sur la manette 12 de manière à générer un retour de force. L'actionneur 20 est ici un 30 servomoteur couplé à la manette 12 pour exercer un couple C sur la manette 12. La force F perçue par le conducteur, est égale au couple C exercé par l'actionneur 20 sur la manette 12, divisé par la distance d (bras de levier) entre l'axe de rotation A de la manette 12 et la poignée de préhension 18 (F = C/d). Le manipulateur 2 comprend au moins un capteur pour mesurer un paramètre 35 dynamique de la manette 12. Les paramètres dynamiques de la manette 12 sont les paramètres dont dépend le mouvement de la manette 12. Les paramètres dynamiques 3057527 4 de la manette 12 comprennent la position, la vitesse, l'accélération et les forces subies par la manette 12. Le manipulateur comprend ici un capteur de position 22 configuré pour mesurer la position P de la manette 12. Le système de commande 10 est configuré pour commander le système de 5 traction 6 et le système de freinage 8 en fonction d'une consigne de conduite générée par le manipulateur 2. La consigne de conduite est par exemple la position P de la manette 12. Le manipulateur 2 comprend une unité électronique de commande 24 configurée pour mettre en oeuvre un procédé de commande du manipulateur 2, comprenant le calcul 10 d'une consigne de retour de force Fc en fonction d'au moins un paramètre dynamique de la manette 12 et d'au moins un paramètre contextuel reçu par le manipulateur 2 de manière à transmettre un premier signal haptique fonction du paramètre dynamique et indépendant du paramètre contextuel, et un deuxième signal haptique fonction du paramètre contextuel et éventuellement du paramètre dynamique, le premier signal 15 haptique et le deuxième signal haptique étant superposés, et la commande de l'actionneur 20 en fonction de la consigne de retour de force Fc. Dans un mode de réalisation, l'unité de commande 24 est configurée pour mettre en oeuvre le calcul d'une première consigne FS pour générer le premier signal haptique, et d'une deuxième consigne FD pour générer le deuxième signal haptique, et pour calculer la 20 consigne de retour de force Fc comme la somme de la première consigne FS et de la deuxième consigne FD. L'unité de commande 24 comprend par exemple un premier module de calcul 26 pour calculer la première consigne FS, un deuxième module de calcul 28 pour calculer la deuxième consigne FD, et un module de calcul de consigne 30 pour calculer la consigne 25 de retour de force Fc, en sommant la première consigne FS et la deuxième consigne FD. Dans un mode de réalisation, l'unité de commande 24 comprend un processeur 32 et une mémoire 34, les modules de l'unité de commande 24 (premier module de calcul 26, deuxième module de calcul 28 et module de calcul de consigne 30) étant prévus sous la forme d'instructions de codes logicielles enregistrées dans la mémoire 34 et 30 exécutables par le processeur 32. En variante ou en option, au moins un module de l'unité de commande 24 est prévu sous la forme d'un circuit intégré dédié ou d'un circuit logique programmable. Dans un mode de réalisation, la première consigne FS et la deuxième consigne FD sont calculées à partir de tables prédéfinies 36, 38 et/ou de formules de calcul. 3057527 5 Les Figures 2 à 10 illustrent des lois de consignes présentées sous la forme de courbes. Chaque loi de consigne indique la consigne de retour de force (ordonnée) en fonction de la position P de la manette 12 (abscisse). Sur les Figures 2 à 10, une flèche sur une courbe signifie que la consigne 5 s'applique pour un déplacement de la manette 12 dans le sens correspondant à celui de la flèche. Par convention, la consigne de conduite est fonction de la position de manette de la manière suivante : P = : position de freinage maximum (freinage d'urgence) ; 10 Pmin 0, signe(V) = -1 si V +e, signe(V) = -1 si V 0). La position Peco est 3057527 10 dans la zone de traction. Dans la zone de traction, la consigne de retour de force Fc génère par défaut une force de rappel (Courbe C51) résultant de la première consigne F. A partir de la position recommandée Peco, la consigne de retour de force Fc génère une force de rappel de la manette plus élevée (Courbes C52 et C53), résultant de l'ajout de la 5 deuxième consigne FD. La Figure 9 illustre une situation dans laquelle le véhicule ferroviaire freine et dans laquelle la position recommandée Peco est strictement négative (Peco F'x 30 Fcs = - F'x si Fc REVENDICATIONS1.- Procédé de commande d'un manipulateur (2) de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force, le manipulateur (2) comprenant une manette (12) manoeuvrable par le conducteur, au moins un capteur (22) pour mesurer au moins un paramètre dynamique de la manette, et au moins un actionneur configuré pour exercer une force sur la manette (12)de manière à générer un retour de force, le procédé de commande comprenant : - le calcul d'une consigne de retour de force (Fc) en fonction du paramètre dynamique (P) et d'au moins un paramètre contextuel (Peu ) reçu par le manipulateur (2) de manière à transmettre un premier signal haptique fonction du paramètre dynamique et indépendant du paramètre contextuel (P 1 et un deuxième signal haptique fonction du eco, paramètre contextuel (P 1 le première signal haptique et le deuxième signal haptique eco, étant superposées ; et - la commande de l'actionneur en fonction de la consigne de retour de force (Fc). 2.- Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel la consigne de retour de force est fonction d'au moins un paramètre dynamique de la manette choisi parmi : la position, la vitesse, l'accélération et une force subie par la manette. 3.- Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, dans lequel un paramètre contextuel est déterminé à partir d'au moins une donnée choisie parmi : la position du véhicule le long de son trajet, la vitesse du véhicule et la charge du véhicule. 4.- Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (Fc) est calculée comme la somme d'une première consigne calculée pour générer le premier signal haptique et d'une deuxième consigne calculée pour générer le deuxième signal haptique. 5.- Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant le plafonnement de la consigne de retour de force (Fc) pour éviter de générer une force d'intensité trop élevée. 6.- Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un paramètre contextuel est une position recommandée de la manette. 3057527 16 7.- Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (Fa) ou une composante de la consigne de retour de force (Fa) est configurée pour générer au moins un effet parmi les 5 suivants : - un effet d'encoche autour d'au moins une position de référence stable, la consigne générant une force de rappel vers la position de référence stable dans une zone d'encoche située autour de la position stable ; - un effet d'encoche autour d'une position neutre correspondant à une absence de 10 traction et une absence de freinage, la consigne générant une force de rappel vers la position neutre dans une zone de neutre d'encoche située autour de la position stable ; - un effet d'encoche pour atteindre et quitter une position de freinage d'urgence, la consigne générant une force de rappel s'opposant à l'atteinte de la position de freinage d'urgence, puis, une fois la position de freinage d'urgence atteinte, une force de rappel à 15 vaincre pour quitter la position de freinage d'urgence ; - un effet de crantage, la manette comprenant une série de positions stables, la consigne générant une force de rappel ramenant la manette vers chaque position stable lors du déplacement de la manette vers la position stable suivante ou précédente. 20 8.- Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (Fa) est configurée pour générer une force de rappel seulement à partir d'une position de référence qui est fonction du paramètre contextuel. 25 9.- Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (Fa) est configurée pour générer un effet de dentelure, la consigne générant une force de rappel oscillant régulièrement ou aléatoirement autour d'une valeur de référence. 30 10.- Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant la détermination d'une consigne d'alerte, et le calcul de la consigne de retour de force en fonction en outre de la consigne d'alerte de manière à générer un signal haptique d'alerte. 3057527 17 11.- Procédé de commande selon la revendication 10, comprenant la détermination de la consigne d'alerte en fonction d'un signal fourni par un capteur de force disposé sur la manette. 5 12.- Manipulateur (2) de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force, pour commander la traction et/ou le freinage du véhicule ferroviaire, le manipulateur (2) comprenant une manette (12) manoeuvrable par le conducteur, au moins un actionneur (20) configuré pour exercer une force sur la manette (12), et une unité électronique de commande (24) configurée pour la mise en oeuvre d'un procédé de commande selon 10 l'une quelconque des revendications précédentes.