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Procédé et dispositif pour le freinage d'un véhicula.
Demande de brevet français en sa faveur du 30 Juin 1944.
On sait que le couple maximum que l'on peut exercer sur une roue de véhicule est déterminé par l'adhérence de cette roue sur son chemin de roulement. Si on applique à la roue un effort de freinage trop grand, la rotation de la roue cesse et celle-ci glisse sans tourner sur le chemin de roulement, ce qui diminue le freinage et présente de graves inconvénients pour les essieux et les bandages de roues.
On connaît déjà pour remédier à cet inconvénient des freins pour véhicule dans lesquels on fait varier 1'effort de freinage en fonction de la vitesse du véhicule et de l'adhérence entre la roue et le chemin de roulement. ,
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Il est à cet effet connu de mesurer l'adhérence roue - chemin de roulement pour un organe de test constitué par exemple par des galets de roulement ou une roue freinée.
Cet organe de test est amené au contact du chemin de roulement et soumis ainsi à un frottement de roulement ou de glissement qui dépend de l'adhérence et qui entraîne ledit organe en anta- gonisme avec un dispositif de rappel convenablement taré.
Sous les actions opposées de ces deux roues, l'organe de test prend une position d'équilibre dont dépend la pression de freinage.
Dans d'autres freins, la pression de freinage est également fonction de la vitesse du véhicule, cette pression étant également réglée par un régu.lateur de vitesse à boules par exemple.
Ces freins pour véhicules présentent divers incon- vénients et notamment les suivants :
La mesure de l'organe de test est faussée à la base pour les raisons suivantes :
1 - La résistance au roulement n'est liée à l'adhérence mesurer que par une fonction incertaine, si bien que la valeur de freinage n'est pas toujours proportionnée à l'adhérence réelle des roues du véhicule sur le chemin de roulement.
2 - Le glissement entre l'organe de test et le chemin de roulement se produit à une vitesse du véhicule qui peut être très grande. Il en résulte un échauffement exagéré faussant la valeur de la mesure.
La présente invention a pour objet un frein pour véhicule dans lequel la pression de freinage est à tout instant fonction de l'adhérence des roues sur le chemin de roulement et de la vitesse du véhicule.
Elle concerne à cet effet un procède de freinage d'un véhicule dans lequel on utilise un organe de mesure de l'adhérence entre les roues et le chemin de roulement, cet organe de mesure permettant de proportionner la pression de freinage à l'adhérence, procédé caractérisé parce qu'on asservit dans leurs mouvements
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de rotation deux essieux du véhicule et on impose ainsi à ces essieux un rapport des vitesses de rotation différent du rapport des vitesses de rotation qui existe normalement lorsque les.roues de ces essieux tournent sans glisser sur ce chemin de roulement,
de sorte que l'une de ces roues présente une composante de glis- sement dont la valeur est fonction de l'adhérence de ladite roue sur le chemin de roulement et on proportionne le freinage à la valeur de la réaction de glissement ainsi obtenue, la mesure de l'adhérence ainsi réalisée étant indépendante de tous les facteurs perturbateurs, le glissement se produisant d'autre part à pression constante et à faible vitesse, quelle que soit la vitesse du véhicule, ce qui évite les risques d'échauffement et permet de freiner d'une manière certaine et à tout instant le véhicule à une valeur proche du freinage optimum.
L'invention concerne aussi un procédé conforme au paragraphe précédent et caractérisé parce qu'on proportionne le freinage des roues d'une part à l'adhérence ainsi mesurée, d'autre part à la vitesse du véhicule.
L'invention concerne aussi un autre procédé conforme aux paragraphes précédents et caractérisé parce qu'on asservit les deux essieux en rotation à partir d'un certain degré de freinage.
L'invention concerne encore un procédé conforme aux paragraphes précédents et caractérisé parce qu'on corrige à chaque instant les valeurs de l'adhérence et' de la vitesse pout tenir compte noramment des erreursde réglage dùes au fonctionnement du régulateur de vitesse utilisé et des erreurs provenant des variations du coefficient de frottement en fonction des variations des vitesses de glissement.
Ainsi, suivant le procédé de l'invention, on fait tourner un essieu à une vitesse différente de lavitesse d'un autre essieu auquel sa rotation est asservie. Cela assure à la fois un glissement des roues de l'essieu sur les rails et un fenouvellement constant des surfaces glissantes, la valeur de glissement étant toujours maintenue à un faible pourcentage
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da la vitesse d'avancement du véhicule.
La réaction horizontale provoquée par le glissement (sensiblement proportionnelle à la charge et au coefficient d'a- dhérence) est utilisée pour la commande d'un dispositif régu- lateur proportionnant la valeur du freinage à l'adhérence.
Le freinage est en second lieu proportionné à la vi- tesse. A cet effet, on fait agir un dispositif auto-régulateur "vitesse" disposé en série avec le régulateur adhérence ; ce ré- gulateur vitesse est taré proportionnellement à la valeur de l'adhérence transmise par le régulateur adhérence. Cela corrige à chaque instant en fonction de la vitesse la commande de freinage développée par le régulateur adhérence.
Ce procédé permet d'obtenir un freinage très important, quelles que soient les conditions de freinage. En effet, on suppose que la valeur du freinage d'un train soit maintenue à chaque instant à 15 % au-dessous de la valeur optima qui provo- querait l'enrayage. Le rail sec assurant une adhérence d'envi- ron 0,24, le freinage obtenu par le procédé suivant l'invention est basé sur une valeur utilisable de l'adhérence : 0, 24 x 0,85
0, 204. Cette valeur est égale à environ 1,7 fois la valeur inférieure d'adhérence sur laquelle on est obligatoirement tenu de se baser si l'on désire éviter tout risque d'enrayage dans les plus mauvaises conditions d'adhérence roue-rail.
Le rapport des vitesses des roues asservies restant d'autre part assez voisin de l'unité, la vitesse de glissement des roues de l'essieu le moins chargé reste faible par rapport à la vitesse de roulement du. véhicule. La résistance appliquée au mécanisme de liaison entre les essieux (ou à un autre organe) châssis de bogie par exemple), reste proportionnelle à chaque instant : 10 - à la charge (constante sur l'essieu glissement,
2 - au coefficient de frottement roues-rails.
Le procédé de l'invention corrige en outre les erreurs dues à la variation du coefficient de frottement en
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fonction de la vitesse de glissement. Cette variation est d'ailleurs faible ' On suppose que la régulation est appliquée entre des limites devitesses comprises entre 44 et 170 Km. par heure. On suppose en outre que la vitesse de glissement déterminée par le mécanisme de liaison est égal à 20 % de la vitesse de roulement du train. Pour une adhérence fixe du rail égale à 0, 24 les mesures effectuées concernant le freinage montrent que le coefficient de frottement de glissement des bandages sur les rails varie de 0,088 pour une vitesse de glissement de 11 Km heure (vitesse de roulement 44 km) à 0,070 pour une vitesse de glissement de 44 Km heure (vitesse de rou- lement 170 km heure).
Dans les zones de vitesses plus élevées le pourcentage de variation est encore plus réduit.
Cette variation connue en fonction de la vitesse est intégrée conformément au procédé de l'invention dans le fonctionnement du régulateur "vitesse".
L'invention s'étend d'une manière générale aux procédés précédents, quels que soient les freins auxquels ces procédés sont appliqués. Toutefois l'invention s' tend aussi à un frein pour véhicule permettant une mise en oeuvre parti- culièrement simple et efficace du procédé précent ou autres procédés similaires.
Elle concerne à cet effet un frein pour véhicule caractérisé par deux essieux reliés mécaniquement entre eux, le rapport de liaison des vitesses des essieux étant dif- férent du rapport des vitesses normales de roulement des roues de ces essieux, la réaction de glissement agissant sur l'organe mécanique de liaison qui détermine le déplacement d'un organe régulateur tel que piston sollicité en sens contraire par une dépression dont la valeur est fonction de la valeur de la dé- pression de freinage, de telle façon que ladépression de freinage s'établisse à chaque instant à une valeur proportionelle à la réaction de glissement des roues sur le chemin de roule- ment proportionnant ainsi le freinage à l'adhérence des roues sur ledit chemin de roulement.
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L'invention s'étend également aux caractéristiques ci- après décrites et à leurs diverses combinaisons possibles.
Un frein pour véhicules conforme à l'in ention est représenté à titre d'exemple sur les dessins ci-joints dans lesquels : - La figure 1 est une coupe longitudinale du dispositif de réglage du frein pour véhicule dans lequel de régulateur d'adhérence est en position de non-fonctionnement et le régulateur de vitesse dans une position de grande vitesse.
- La figure 2 est une coupe longitudinale du dispositif de réglage du frein pour véhicule de la figure1 dans lequel le régulateur d'adhérence est en position de fonctionnement et le régulateur de vitesse dans une position d'équilibre à faible vitesse.
- La figure 3 est une coupe de régulateur de vitesse du frein pour véhicules des figures 1 et 2 montrant son fonc- tionnement dans une position de grande vitesse.
- La figure 4 représente une variante du frein pour véhicule dans lequel le freinage est commandé par le mécanisme proportionnant son action à un appareil de contrôle visuel.
Le frein pour véhicule des figures 1, 2 et 3 se compose des principaux groupes d'organes suivants :
1 - le dispositif de freinage proprement dit,
2 - le dispositif de commande manuelle et de régulation du freinage, se composant lui-même des groupes d'organes suivants : a ) dispositif de commande manuelle de freinage, b) dispositif de mesure de l'adhérence, a) dispositif de réglage du freinage en fonction de l'adhérence, d) dispositif de réglage du freinage en fonction de la vitesse du véhicule.
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Le dispositif de freinage proprement dit se compose de valves de freins 501 502 503 etc .. à air comprimé.
L'alimentation en air comprimé de ces valves de freins est assurée par la canalisation 40 d'alimentation des valves de freins 50.
Ces valves de freins 50 fonctionnent par dépression, c'est-à-dire quelles sont en position de non freinage, lorsqu' elles sont soumises à l'action de l'air comprimé du réservoir R et agissent lorsqu'on établit une certaine dépression dans leur canalisation 40 d'alimentation, l'action de ces valves de freins étant de préférence proportionnelle à la dépression produite dans ladite conduite 40.
Le dispositif de mesure d'adhérence des roues du véhicule ou leur surface de roulement est réalise de la manière suivante :
Sur les deux essieux 1 et 2 d'une bogie recevant les roues 10 et 10' sont montés respectivement les engrenages hélicoïdaux 3 et 4.
L'engrenage 3 attaque un pignon 5 qui entraîne par la clavette 6 l'arbre horizontal V. Le pignon 5 peut coulisser librement sur l'arbre 7.
L'engrenage 4 attaque un pignon 5' entraînant par la clavette 6' l'arbre horizontal 7'.
L'arbre horizontal 7' peut coulisser axialement à l'intérieur du piston 5' tout en restant solidaire de ce pignon en rotation.
Les extrémités des arbres 7 et 7' placés en regard l'un de l'autre comportant chacun des crabots d'enclenchement
9 et 9'. Les roues 10 ét 10' du véhicule étant de même diamètre les dentures des roues 3 et 4 et de pignons 5 et 5' sont établies de façon à ce que, pendant le roulement, les vitesses angu- laires des arbres 7 et 7' différent d'une certaine valeur.
On assure ainsi l'asservissement des deux roues 10 - 10' en rotation. Le reçul de l'arbre 7' vers l'arrière du dispositif provoque l'enclenchement des crabots et la solidarisation des
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deux arbres 7 - 7' forçant ainsi les roues les moins chargées à glisser sur les rails tout en continuant à tourner. La roue glissante est la roue 10, l'axe d'application de la charge sur la gogie étant en 11. l'adhérence est fonction de la valeur du glissement de la roue la moins chargée,
Il suffit donc de mesurer la réaction de glissement pour connaître l'adhérence et l'introduire dans le dispositif de réglage de freinage en fonction de l'adhérence.
A cet effet, une butée 12 est montée en bout du pignon
5, coulissant sur l'arbre 7. Cette butée 12 est centrée sur le plateau 13 solidaire du piston 14 coulissant dans un cylindre 15.
Le cylindre 15 reçoit aussi un tiroir 16 dont les dépla- coments sont li@s aux déplacements du piston 14. Ce tiroir 16 comporte une lumière 17 communiquant avec l'intérieur du cylindre
15 et découvrant ou obturant l'orifice 18 d'échappement et l'o- rifice 18 d'admission d'air comprimé.
A cet effet, l'orifice 18 peut être mis en communication par la canalisation 20 avec le réservoir 3 d'air à pression constante (10 Kf par cm2 par exemple). Cette communication n'est établiequ'au moment même du fonctionnement des régulateurs d'adhérence et de vitesse.
Le cylindre 15 reçoit d'autre part la canalisation 21 de commande manuelle qui met en communication ledit cylindre 15 avec le robinet de commande 52 placé sous lecon trôle du mécanicien.
D'autre part, un tiroir 22 est solidaire alun piston 23 soumis sur une de ses faces à la pression régnant à l'intérieur du cylindre 15 et sur l'autre face à la poussée opposée du ressort 24.
Ce titoir assurela distribution ae la dépression de commande du freinage soit par l'intermédiaire de la canali- sation 21 pour la commande manuelle, soit par la canalisation 20 pour la commande automatique à partir d'un certain degré de freinage.
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A cet effet le tiroir 22 présente deux lumières 221 et
222 se déplaçant respectivement dans la canalisation 21 de commande manuelle et dans la canalisation 20 de commande automatique.
Le cylindre 15 est d'autre part relié au dispositif de réclame de freinage en fonction de la vitesse du véhicule par une canalisation 25.
La face arrière du piston relié par la canalisation 39 au réservoir R est soumise à la pression permanente du réser- voir R et à la poussée d'un faible ressort 27.
L'arbre 7' du pignon 5' comporte à son extrémité un piston 29 coulissant dans un cylindre 28. L'extrémité du cy- lindre 28 est reliée par la canalisation 25 au dispositif de réglage du freinage en fonction de la vitesse du véhicule et au cylindre 15. Le piston 29 est d'autre part sollicité vers le fond du cylindre 28 par un ressort 30.
Le dispositif de réglage de freinage en fonction de la vitesse du véhicule comporte quatre cylindres, 31, 32, 33 et
34 dans chacun desquels coulissent respectivement les pistons
35, 36, 37 et 38.
Le cylindre 34 est en relation permanente avec la pression régnant dans la canalisation 40 de commande des freins.
Les déplacements des quatre pistons 35,36, 37 et 38 sont liés ensemble par le fléau 41 s'appuyant sur la courne extérieure du secteur oscillant 42.
L'axe du secteur 42 coulisse dans la glissière fixe 43 et est solidaire des déplacements de l'axe 44 du régulateur à boules 45 dont la rotation est liée par la poulie 46 à la rotation d'un essieu.
La courbure d'appui du secteur 42 sur le fléau 41 ou la courbure de la glissière 43 ou les deux courbures sont cal- culées pour permet-tre d'effectuer toutes les corrections désirables dans le fonctionnement du dispositif, notamment pour corriger en fonction de la vitesse les variations du coefficient de frottement de glissement de la roue glissant sur les rails.
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La courbure de contact du secteur 42 avec le fléau 41 est de préférence différente d'un arc de cercle. Cette cour- bure est telle qu'à des déplacements égaux de l'axe 44 du régu- lateur 45 correspondent aes déplacements inégaux du point de conta tct du fléau 41 sur le secteur 42.
L'extrémité 47 du. fléau 41 commande les déplacements du piston 48 obturant normalement l'échappement 49 de la con- duite 40 de commande des valves de freins, tandis que la cana- lisation 39 fait communiquer ladite conduite 40 avec les trois cylindres 32, 33 et 34 à l'exclusion du cylindre 31 recevant la canalisation 25.
Le basculement du fléau et la descente consécutive du piston 48 a pour effet (figure 3) d'obturer en premier lieu la communication de la conduite 40 de commande des freins avec la canalisation 39 et en second lieu de faire communiquer la- dite conduite 40 avec l'orifice d'échappement 49.
Le frein pour véhicule ci-dessus décrit fonctionne de la manière suivante :
Avant freinage, les organes occupent la position représentée sur la figure 1. La canalisation 21 est er com- munication avec le robinet du mécanicien 52 par la lumière 221 du titoir 22.
En conséquence, le robinet 52 du mécanicien assure la communication du cylindre 15 avec le réservoir R d'air sous pression de 10 Kg.
Par contre, le tiroir 22 obture la canalisation 20 reliée à ce même réservoir R.
La pression de 10 Kg du réservoir R régnant dans le cylindre 15 est transmise par la canalisation 25 au cylindre 28 et agit sur le piston 29 comprimant le ressort 30 et mainte- nant les crabota. 9 et 9' des arbres 7 et 7' écartés l'un de l'autre.
Les arbres 7 et 7', son solidariés, tournent à fies vitesses différentes.
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Pour commander le freinage dans une première phase de fonctionnement, le mécanicien agit sur le robinet de commande
52 et crée ainsi une faible dépression dans la canalisation 21 et par suite, dans le cylindre 15. Cette dépression est trans- mise à la fois :
1) au piston 23 commant le tiroir 22,
2 au cylindre 28,
3 au cylindre 31 du dispositif de réglage du freinage en fonction de la vitesse.
Ces trois pistons se déplacent dans leurs cylindres res pectifs. Toutefois, le déplacement du piston 23 poussé par le ressort 24 est insuffisant pour modifier la position du tiroir 22.
Le déplacement du piston 29 poussé par le ressort 30 est insuffisant pour provoquer l'enclenchement des crabots 9 et 9' (et cela jusqu'à ce que la dépression créée par le méca- nicien ait atteint une certaine valeur).
Par contre, la pression diminue sur le piston 35 du cylindre 31 ; suite, ce piston 35 se déplace suivant F.2 (figure 3).
Le fléau 41du dispositif de réglage du freinage en fonction de la vitesse bascule alors sur le secteur 42 suivant F.L provoquant l'abaissement du tiroir 48. Ce tiroir obture en premier lieu l'arrivée d'air sous pression de 10 Kg. de la canalisation 39 et ouvre en second lieu l'échappement 49 de la conduite 40 de commande des valves de freins.
L'échappement reste ouvert jusqutà ce que la dépression dans le cylindre 34 et par suite dans la conduite 40 de com - mande des valves de freins 50 soit égale à la dépression dans le cylindre 31 multipliée par le rapport des bras de leviet droit et gauche du fléau 41 de part et d'autre de son point de contact 421 avec le secteur 42.
La position du point de contact 421 est déterminée par la position du régulateur à boules 45 en fonction de la ,Vitesse et par la courbure de correction de la pièce 42.
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En effet, sous l'action de la force centrifuge, la tige 44 se déplace axialement et modifie la position de l'axe d'oscillation 53 du secteur 42, cet axe glissant dans la glissière
43.
Lorsque la vitesse du véhicule est faible, les boules du régulateur de vitesse sont rapprochées et l'axe d'oscillation
53 du secteur 42 est au fond de la glissière 43. Par suite, le point de contact du secteur 42 avec le fléau 41 est en 422 (figure 2).
Lorsque la vitesse augmente, les boules du régulateur de vitesse s'écartent et l'axe d'oscillation 53 se déplace vers la gauche suivant F.4. dans glissière 43.
Par suite, le point de contact du secteur 42 avec le fléau 41 se déplace vers la gauche et vient en 421 (figures
1 et 3).
Ainsi, la dépression créée par la manoeuvre du bobinet
52 du mécanicien est reproduite dans la conduite 40 de commande des freins 50 et a une échelle dépendant à chaque instant de la vitesse du véhicule et de la correction déterminée par la cour- bure du secteur d'appui 42 sur lequel oscille le fléau 41.
Si, dans une deuxième phase de fonctionnement, le méca- nicien augmente la dépression de freinage, la pression décroît à nouveau dans le cylindre 28 ; par suite, le piston 29 et l'arbre
7' se déplacent vers la gauche, provoquant l'enclenchement des crabots 9 et 9' et la solidarisation consécutive des arbres 7 et
7'.
La roue 10 estalors asservie en rotation à la roue 10' et est tenue de glisser tout en continuant de rouler, la valeur du glissement restant proportionnelle à la vitesse de roulement du véhicule. Ce glissement permet de mesurer l'adhérence et de raire intervenir cette adhérence dans le réglage du freinage de la manière suivante ; la réaction créée par le frottement de glissement entre roues et rails est transmise au pignon héli- coïdal 5 et, par la butée 12 et le plateau 13 au piston 14.
D'autre part, la pression diminuant également sur le
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piston 23, le ressort 24 repousse vers la gauche le tiroir 22 coupant la communication du cylindre 15 avec le robinet du mé- canicien et mettant en communication le réservoir R d'air à
10 kg. avec la canalisation 20 (figure 2) . A partir de ce moment le freinage est uniquement commandé par le dispositif de réglage à régulation automatique.
La réaction de glissement dùe au freinage et traduisant l'adhérence de la roue sur sa surface de roulement agit axia- lement sur le piston 14 ; ce piston se déplace alors vers la -droite entraînant le tiroir 16 qui obture l'ouverture 18 de la canalisation 20.
Le déplacement du piston 14 continant la lumière 17 du tiroir 16 met en communication le cylindre 15 avec l'échap- pement 19.
La pression dans-la cylindre 15 s'abaisse encore jusqu'à ce que la différence de pression entre la face droite du piston 14 soumis à la pression de 10 Kg du réservoir R et la pression rémanente agissant sur la face gauche de ce piston
14 soit très exactement égale à la poussée mécanique trans- mettant l'adhérence roue - surface de roulement.
Si la réaction mécanique de freinage diminue pendant le freinage, par suite d'une variation d'adhérence par exemple, le piston 14 est repoussé vers la gauche, l'échappement est coupé en 19, et le cylindre 15 remis en charge par communica- tion avec la conduite 20.
Si la réaction augmente, le piston 14 se déplace à nouveau vers la droite et le fonctionnement primitivement décrit se renouvelle.
Ainsi, à partir d'une certaine valeur de freinage, l'intervention du mécanicien fait place au fonctionnement automatique du dispositif de réglage en fonction de l'adhérence.
Ce fonctionnement est tel que la dépression créée par ledit dispositif reste à chaque instant très exactement proportion- nelle à la valeur de l'adhérence transmise à chaque instant
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par le pignon 5 et représentant la résistance au glissement des roues sur les rails.
La dépression créée par le dispositif de réglage en fonc- tion de l'adhérence est contrôlée à chaque instant par le dispo- sitif de réglage en fonction de la vitesse. Ce dispositif mul- tiplie ladite dépression par un coefficient dépendant à la fois de la vitesse et des corrections établies dans la construction de ce régulateur. Cette dépression est transmise ensuite à la conduite 40 de commande des freins, l'action de ces freins étant ainsi fonction de l'adhérence et de la vitesse, de telle sorte que le freinage réalisé soit à tout instant proche du freinage optimum qui provoquerait l'enrayage des roues du véhicule.
Le frein pour véhicule ci-dessus décrit présente de nombreux avantages et notamment les suivants :
1 - La valeur du glissement mesuré est liée à l'adhérence par une fonction constante si bien que la valeur mesurée corres- pond d'une manière certaine à l'adhérence entre les roues et le chemin de roulement.
2 - Le glissement peut être réglé à une faible valeur ; par suite, il ne se produit pas d'échauffement susceptible de fausser la mesure.
3 - Les surfaces de glissement se renouvellent constamment
4 - Le frein corrige les erreurs dues au fonctionnement du régulateur de vitesse et celles provenant des variations du coefficient de frottement en fonction des variations des vitesses de glissement.
On peut apporter de nombreuses modifications au frein pour véhicule ci-dessus décrit.
On peut notamment prévoir une commande des freins par un appareillage mécanique, électrique, hydraulique, etc ..
De plus, on peut, dans certains cas, simplifier le frein en n'utilisant le régulateur adhérence que pour la commande d'une aiguille 54 sur un cadran 55 placé dans la cabine du mécanicien et destinée à lui indiquer à chaque instant l'intensité possible du freinage suivant l'adhérence (figure 4).
A cet effet, le plateau 13 transmet la poussée qu'il
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ment de l'aiguille 54.
. Le mécanicien règle la position de son robinet de freinage 52 de façon à suivre l'indication qui lui est fournie par l'aiguille 54 du manomètre 55, indication traduisant à chaque instant la valeur de l'adhérence. Les canalisations 25 et 39 sont raccordées comme décrit précédemment au système régulateur-vitesse qui trans- forme la dépression créée par le mécanicien en fonction de la vitesse du véhicule.
REVENDICATIONS
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1 - Procédé de freinage d'un frein pour véhicule dans lequel on utilise un organe de mesure de l'adhérence entre les roues et le chemin de roulement, cet organe de mesure permettant de pro- portionner la pression de freinage à l'adhérence, procédé caracté- risé parce qu'on asservit dans leurs mouvements de rotation deux essieux du véhicule et on impose ainsi à ces essieux un rapport de vitesses de rotation différent du rapport des vitesses de ro- tation qui existe normalement lorsque les roues de ces essieux tournent sans glisser sur le chemin de roulement, de sorte que l'une de ces roues présente une composante de glissement dont la valeur est fonction de l'adhérence de ladite roue sur le chemin la de roulement et on proportionne le freinage à la valeur de réaction de glissement ainsi obtenue,
la mesure de l'adhérence ainsi réalisée étant indépendante de tous les factura perturbateurs, le glisse- ment se produisant d'autre part à pression constante et à faible vitesse, avec renouvellement constant des surfaces de glissement, quelle que soit la vitesse du véhicule, ce qui évite les risques d'échauffement et permet de freiner d'une manière certaine et à tout instant le véhicule à une valeur proche du freinage optimum.
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Method and device for braking a vehicle.
French patent application in his favor of June 30, 1944.
We know that the maximum torque that can be exerted on a vehicle wheel is determined by the grip of this wheel on its raceway. If too great a braking force is applied to the wheel, the rotation of the wheel stops and the wheel slides without turning on the raceway, which decreases the braking and presents serious disadvantages for the axles and the wheel tires. .
To overcome this drawback, vehicle brakes are already known in which the braking force is varied as a function of the speed of the vehicle and of the adhesion between the wheel and the raceway. ,
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To this end, it is known to measure the wheel-raceway adhesion for a test member constituted for example by rollers or a braked wheel.
This test member is brought into contact with the raceway and thus subjected to a rolling or sliding friction which depends on the grip and which drives said member in antagonism with a suitably calibrated return device.
Under the opposing actions of these two wheels, the test organ assumes an equilibrium position on which the braking pressure depends.
In other brakes, the brake pressure is also a function of the speed of the vehicle, this pressure also being regulated by a speed regulator with balls for example.
These vehicle brakes have various drawbacks and in particular the following:
The measurement of the test organ is fundamentally flawed for the following reasons:
1 - The rolling resistance is only linked to the grip measured by an uncertain function, so that the braking value is not always proportional to the real grip of the vehicle's wheels on the track.
2 - The sliding between the test member and the raceway occurs at a vehicle speed which can be very high. This results in excessive heating, distorting the value of the measurement.
The present invention relates to a brake for a vehicle in which the braking pressure is at all times a function of the grip of the wheels on the track and of the speed of the vehicle.
For this purpose, it relates to a method of braking a vehicle in which a member for measuring the adhesion between the wheels and the raceway is used, this measuring member making it possible to proportion the braking pressure to the adhesion, process characterized by slaving in their movements
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of rotation two axles of the vehicle and one thus imposes on these axles a ratio of the speeds of rotation different from the ratio of the speeds of rotation which normally exists when the wheels of these axles rotate without slipping on this raceway,
so that one of these wheels has a slip component whose value is a function of the grip of said wheel on the raceway and the braking is proportioned to the value of the sliding reaction thus obtained, the measurement of the adhesion thus produced being independent of all the disturbing factors, the slip occurring on the other hand at constant pressure and at low speed, whatever the speed of the vehicle, which avoids the risk of overheating and makes it possible to brake the vehicle with certainty and at all times to a value close to optimum braking.
The invention also relates to a method in accordance with the preceding paragraph and characterized because the braking of the wheels is proportioned on the one hand to the adhesion thus measured, on the other hand to the speed of the vehicle.
The invention also relates to another method in accordance with the preceding paragraphs and characterized because the two axles are enslaved in rotation from a certain degree of braking.
The invention also relates to a method in accordance with the preceding paragraphs and characterized because the values of the adhesion and of the speed are corrected at each instant in order to take account of the adjustment errors due to the operation of the speed regulator used and of the errors. from variations in the coefficient of friction as a function of variations in sliding speeds.
Thus, according to the method of the invention, an axle is rotated at a speed different from the speed of another axle to which its rotation is controlled. This ensures both axle wheels slippage on the rails and constant fenestration of slippery surfaces, with the slip value always being kept at a low percentage.
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from the forward speed of the vehicle.
The horizontal reaction caused by the slip (substantially proportional to the load and the coefficient of adhesion) is used to control a regulating device proportioning the value of the braking to the adhesion.
Braking is secondly proportional to speed. To this end, a self-regulating "speed" device arranged in series with the grip regulator is made to act; this speed regulator is calibrated in proportion to the grip value transmitted by the grip regulator. This corrects the braking command developed by the grip regulator at any time as a function of the speed.
This method makes it possible to obtain very significant braking, whatever the braking conditions. In fact, it is assumed that the value of the braking of a train is maintained at any time at 15% below the optimum value which would cause the engagement. The dry rail ensuring a grip of about 0.24, the braking obtained by the process according to the invention is based on a usable value of the grip: 0, 24 x 0.85
0, 204. This value is equal to approximately 1.7 times the lower value of adhesion on which we are obliged to base ourselves if we wish to avoid any risk of clutching in the worst conditions of wheel adhesion. rail.
The ratio of the speeds of the servo-controlled wheels on the other hand remaining fairly close to unity, the sliding speed of the wheels of the least loaded axle remains low compared to the rolling speed of the. vehicle. The resistance applied to the linkage mechanism between the axles (or to another component) bogie frame for example), remains proportional at all times: 10 - to the load (constant on the sliding axle,
2 - the wheel-rail friction coefficient.
The method of the invention further corrects the errors due to the variation of the coefficient of friction in
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depending on the sliding speed. This variation is also small. It is assumed that the regulation is applied between speed limits of between 44 and 170 km. Per hour. It is further assumed that the sliding speed determined by the linkage mechanism is equal to 20% of the running speed of the train. For a fixed rail adhesion equal to 0.24, the measurements taken concerning braking show that the sliding friction coefficient of the tires on the rails varies from 0.088 for a sliding speed of 11 km per hour (running speed 44 km) to 0.070 for a sliding speed of 44 km per hour (travel speed 170 km per hour).
In higher speed zones the percentage of variation is even smaller.
This known variation as a function of the speed is integrated in accordance with the method of the invention into the operation of the “speed” regulator.
The invention generally extends to the foregoing methods, regardless of the brakes to which these methods are applied. However, the invention also relates to a brake for a vehicle allowing a particularly simple and efficient implementation of the above method or other similar methods.
For this purpose, it relates to a brake for a vehicle characterized by two axles mechanically connected to one another, the linkage ratio of the axle speeds being different from the ratio of the normal rolling speeds of the wheels of these axles, the sliding reaction acting on the axle. 'mechanical connecting member which determines the movement of a regulating member such as a piston urged in the opposite direction by a depression whose value is a function of the value of the braking pressure, so that the braking depression is established at each instant at a value proportional to the slip reaction of the wheels on the rolling track, thus proportioning the braking to the grip of the wheels on said rolling track.
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The invention also extends to the characteristics described below and to their various possible combinations.
A vehicle brake according to the in ention is shown by way of example in the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a longitudinal section of the vehicle brake adjuster in which the grip regulator is in the non-operating position and the cruise control in a high speed position.
- Figure 2 is a longitudinal section of the vehicle brake adjustment device of Figure 1 in which the grip regulator is in the operating position and the speed regulator in a low-speed equilibrium position.
- Figure 3 is a sectional view of the speed regulator of the vehicle brake of Figures 1 and 2 showing its operation in a high speed position.
- Figure 4 shows a variant of the vehicle brake in which the braking is controlled by the mechanism proportioning its action to a visual inspection device.
The vehicle brake of Figures 1, 2 and 3 consists of the following main groups of components:
1 - the actual braking device,
2 - the manual brake control and regulation device, itself consisting of the following groups of components: a) manual brake control device, b) adhesion measuring device, a) brake adjustment device braking as a function of adhesion, d) device for adjusting the braking as a function of vehicle speed.
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The actual braking device consists of compressed air brake valves 501 502 503 etc. ...
The compressed air supply to these brake valves is provided by the line 40 for supplying the brake valves 50.
These brake valves 50 operate by vacuum, that is to say they are in the non-braking position, when they are subjected to the action of the compressed air from the reservoir R and act when a certain vacuum is established. in their supply line 40, the action of these brake valves being preferably proportional to the depression produced in said line 40.
The device for measuring the grip of the vehicle's wheels or their running surface is produced as follows:
On the two axles 1 and 2 of a bogie receiving the wheels 10 and 10 'are mounted respectively the helical gears 3 and 4.
The gear 3 engages a pinion 5 which drives the horizontal shaft V via the key 6. The pinion 5 can slide freely on the shaft 7.
The gear 4 engages a pinion 5 'driving the horizontal shaft 7' by the key 6 '.
The horizontal shaft 7 'can slide axially inside the piston 5' while remaining secured to this rotating pinion.
The ends of the shafts 7 and 7 'placed opposite each other, each comprising engagement dogs
9 and 9 '. The wheels 10 and 10 'of the vehicle being of the same diameter, the toothings of the wheels 3 and 4 and of the pinions 5 and 5' are established so that, during the rolling, the angular speeds of the shafts 7 and 7 'differ of some value.
This ensures the slaving of the two wheels 10 - 10 'in rotation. The receipt of the shaft 7 'towards the rear of the device causes the engagement of the dogs and the securing of the
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two 7 - 7 'shafts thus forcing the less loaded wheels to slide on the rails while continuing to turn. The sliding wheel is wheel 10, the axis of application of the load on the gogie being in 11. the grip is a function of the value of the slip of the least loaded wheel,
It is therefore sufficient to measure the slip reaction to know the grip and introduce it into the braking adjustment device according to the grip.
For this purpose, a stop 12 is mounted at the end of the pinion
5, sliding on the shaft 7. This stop 12 is centered on the plate 13 integral with the piston 14 sliding in a cylinder 15.
The cylinder 15 also receives a slide 16, the displacements of which are linked to the movements of the piston 14. This slide 16 comprises a slot 17 communicating with the interior of the cylinder.
15 and uncovering or closing off the exhaust port 18 and the compressed air inlet port 18.
For this purpose, the orifice 18 can be placed in communication by the pipe 20 with the reservoir 3 of air at constant pressure (10 Kf per cm2 for example). This communication is only established when the grip and speed regulators are operating.
The cylinder 15 also receives the manual control pipe 21 which puts said cylinder 15 in communication with the control valve 52 placed under the control of the mechanic.
On the other hand, a slide 22 is integral with the piston 23 subjected on one of its faces to the pressure prevailing inside the cylinder 15 and on the other face to the opposite thrust of the spring 24.
This distributor ensures the distribution of the brake control depression either through the channel 21 for manual control or through line 20 for automatic control from a certain degree of braking.
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For this purpose the drawer 22 has two slots 221 and
222 moving respectively in the manual control line 21 and in the automatic control line 20.
The cylinder 15 is on the other hand connected to the braking device according to the speed of the vehicle by a pipe 25.
The rear face of the piston connected by pipe 39 to the reservoir R is subjected to the permanent pressure of the reservoir R and to the thrust of a weak spring 27.
The shaft 7 'of the pinion 5' has at its end a piston 29 sliding in a cylinder 28. The end of the cylinder 28 is connected by the pipe 25 to the device for adjusting the braking according to the speed of the vehicle and to the cylinder 15. The piston 29 is also biased towards the bottom of the cylinder 28 by a spring 30.
The vehicle speed brake adjuster has four cylinders, 31, 32, 33 and
34 in each of which respectively slide the pistons
35, 36, 37 and 38.
The cylinder 34 is in permanent relationship with the pressure prevailing in the brake control pipe 40.
The movements of the four pistons 35, 36, 37 and 38 are linked together by the beam 41 resting on the outer ring of the oscillating sector 42.
The axis of the sector 42 slides in the fixed slide 43 and is integral with the movements of the axis 44 of the ball regulator 45, the rotation of which is linked by the pulley 46 to the rotation of an axle.
The support curvature of the sector 42 on the beam 41 or the curvature of the slide 43 or the two curvatures are calculated to make it possible to make all the desirable corrections in the operation of the device, in particular to correct as a function of speed changes in the coefficient of sliding friction of the wheel sliding on the rails.
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The contact curvature of the sector 42 with the beam 41 is preferably different from an arc of a circle. This curvature is such that equal displacements of the axis 44 of the regulator 45 correspond to the unequal displacements of the contact point of the flail 41 on the sector 42.
The 47 end of the. flail 41 controls the movements of the piston 48 normally closing off the exhaust 49 of the brake valve control pipe 40, while the pipe 39 communicates said pipe 40 with the three cylinders 32, 33 and 34 to the end. exclusion of the cylinder 31 receiving the pipe 25.
The tilting of the flail and the subsequent descent of the piston 48 has the effect (FIG. 3) firstly of closing off the communication of the brake control pipe 40 with the pipe 39 and secondly of making said pipe 40 communicate. with the exhaust port 49.
The vehicle brake described above operates as follows:
Before braking, the components occupy the position shown in FIG. 1. The pipe 21 is in communication with the mechanic's valve 52 through the light 221 of the titoir 22.
Consequently, the mechanic's valve 52 ensures communication between cylinder 15 and the 10 kg pressurized air tank R.
On the other hand, the slide 22 closes the pipe 20 connected to this same reservoir R.
The pressure of 10 kg from the reservoir R prevailing in the cylinder 15 is transmitted through the pipe 25 to the cylinder 28 and acts on the piston 29 compressing the spring 30 and maintaining the clutch. 9 and 9 'of shafts 7 and 7' spaced apart from each other.
The shafts 7 and 7 ', their integral parts, rotate at different speeds.
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To control the braking in a first phase of operation, the mechanic acts on the control valve
52 and thus creates a low negative pressure in line 21 and consequently in cylinder 15. This negative pressure is transmitted at the same time:
1) to the piston 23 starting the slide 22,
2 to cylinder 28,
3 to cylinder 31 of the speed-dependent braking adjustment device.
These three pistons move in their respective cylinders. However, the movement of the piston 23 pushed by the spring 24 is insufficient to modify the position of the spool 22.
The displacement of the piston 29 pushed by the spring 30 is insufficient to cause the engagement of the dogs 9 and 9 '(and this until the depression created by the mechanic has reached a certain value).
On the other hand, the pressure decreases on the piston 35 of the cylinder 31; following, this piston 35 moves along F.2 (Figure 3).
The flail 41 of the speed-dependent braking adjustment device then switches to the sector 42 following FL causing the lowering of the spool 48. This spool firstly closes the 10 kg pressurized air inlet from the pipe. 39 and secondly opens the exhaust 49 of the line 40 for controlling the brake valves.
The exhaust remains open until the depression in the cylinder 34 and consequently in the control line 40 of the brake valves 50 is equal to the depression in the cylinder 31 multiplied by the ratio of the right and left lever arms. of the flail 41 on either side of its point of contact 421 with the sector 42.
The position of the contact point 421 is determined by the position of the ball regulator 45 as a function of the speed and by the corrective curvature of the workpiece 42.
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Indeed, under the action of the centrifugal force, the rod 44 moves axially and modifies the position of the axis of oscillation 53 of the sector 42, this axis sliding in the slide
43.
When the vehicle speed is low, the cruise control balls are brought together and the axis of oscillation
53 of the sector 42 is at the bottom of the slide 43. Consequently, the point of contact of the sector 42 with the beam 41 is at 422 (FIG. 2).
When the speed increases, the balls of the speed regulator move apart and the axis of oscillation 53 moves to the left according to F.4. in slide 43.
As a result, the point of contact of the sector 42 with the beam 41 moves to the left and comes to 421 (figures
1 and 3).
Thus, the depression created by the operation of the coil
52 of the mechanic is reproduced in the line 40 for controlling the brakes 50 and has a scale depending at all times on the speed of the vehicle and on the correction determined by the curvature of the support sector 42 on which the beam 41 oscillates.
If, in a second operating phase, the mechanic increases the braking depression, the pressure decreases again in cylinder 28; consequently, the piston 29 and the shaft
7 'move to the left, causing the engagement of the dogs 9 and 9' and the subsequent securing of the shafts 7 and
7 '.
The wheel 10 is then slaved in rotation to the wheel 10 'and is required to slip while continuing to roll, the value of the slip remaining proportional to the running speed of the vehicle. This slip makes it possible to measure the grip and to intervene this grip in the adjustment of the braking as follows; the reaction created by the sliding friction between wheels and rails is transmitted to the helical pinion 5 and, through the stop 12 and the plate 13 to the piston 14.
On the other hand, the pressure also decreasing on the
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piston 23, the spring 24 pushes the spool 22 to the left, cutting off communication between cylinder 15 and the mechanic's valve and placing the air reservoir R in communication with
10 kg. with pipe 20 (figure 2). From this moment the braking is only controlled by the automatic regulating device.
The slippage reaction due to braking and reflecting the grip of the wheel on its rolling surface acts axially on the piston 14; this piston then moves to the -right driving the slide 16 which closes the opening 18 of the pipe 20.
The movement of the piston 14 continuing the lumen 17 of the slide 16 places the cylinder 15 in communication with the exhaust 19.
The pressure in the cylinder 15 is further reduced until the pressure difference between the right face of the piston 14 subjected to the pressure of 10 kg of the reservoir R and the residual pressure acting on the left face of this piston
14 is very exactly equal to the mechanical thrust transmitting wheel - rolling surface adhesion.
If the mechanical braking reaction decreases during braking, as a result of a variation in grip for example, the piston 14 is pushed to the left, the exhaust is cut off at 19, and the cylinder 15 is put back on load by communication. tion with driving 20.
If the reaction increases, the piston 14 again moves to the right and the operation originally described is repeated.
Thus, from a certain braking value, the intervention of the mechanic gives way to the automatic operation of the adjustment device according to the grip.
This operation is such that the depression created by said device remains at each instant very exactly proportional to the value of the adhesion transmitted at each instant.
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by pinion 5 and representing the resistance to sliding of the wheels on the rails.
The vacuum created by the adhesion adjustment device is controlled at all times by the speed adjustment device. This device multiplies said depression by a coefficient depending both on the speed and on the corrections established in the construction of this regulator. This depression is then transmitted to the brake control line 40, the action of these brakes being thus a function of the grip and of the speed, so that the braking achieved is at all times close to the optimum braking which would cause the braking. 'clutching of the vehicle's wheels.
The vehicle brake described above has many advantages and in particular the following:
1 - The value of the measured slip is linked to the grip by a constant function so that the measured value corresponds with certainty to the grip between the wheels and the track.
2 - The slip can be set to a low value; consequently, there is no heating likely to distort the measurement.
3 - The sliding surfaces are constantly renewed
4 - The brake corrects errors due to the operation of the speed regulator and those resulting from variations in the coefficient of friction as a function of variations in sliding speeds.
Numerous modifications can be made to the vehicle brake described above.
In particular, provision can be made for controlling the brakes by mechanical, electrical, hydraulic equipment, etc.
In addition, it is possible, in certain cases, to simplify the brake by using the grip regulator only for the control of a needle 54 on a dial 55 placed in the mechanic's cabin and intended to indicate to him at all times the intensity. possible braking depending on the grip (figure 4).
For this purpose, the plate 13 transmits the thrust that it
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- {; ec01 t -ne causal manomtri q "1e 5s which causes the displacement
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ment of the needle 54.
. The mechanic adjusts the position of his brake valve 52 so as to follow the indication supplied to him by the needle 54 of the pressure gauge 55, an indication reflecting at each moment the value of the grip. The pipes 25 and 39 are connected as described above to the speed regulator system which transforms the vacuum created by the mechanic as a function of the speed of the vehicle.
CLAIMS
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1 - Braking method for a vehicle brake in which a member for measuring the grip between the wheels and the raceway is used, this measuring member making it possible to proportion the braking pressure to the grip, process characterized by slaving two axles of the vehicle in their rotational movements and thus imposing on these axles a rotational speed ratio different from the rotational speed ratio which normally exists when the wheels of these axles are rotating without slipping on the raceway, so that one of these wheels has a sliding component whose value is a function of the grip of said wheel on the raceway and the braking is proportioned to the reaction value of sliding thus obtained,
the measurement of the grip thus obtained being independent of all the disturbing factors, the slip occurring on the other hand at constant pressure and at low speed, with constant renewal of the sliding surfaces, whatever the speed of the vehicle, which avoids the risk of overheating and allows the vehicle to be braked with certainty and at any time to a value close to optimum braking.