EP3315378A1 - Procede de commande d'un manipulateur de conduite de vehicule ferroviaire a retour de force - Google Patents

Procede de commande d'un manipulateur de conduite de vehicule ferroviaire a retour de force Download PDF

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EP3315378A1
EP3315378A1 EP17196839.9A EP17196839A EP3315378A1 EP 3315378 A1 EP3315378 A1 EP 3315378A1 EP 17196839 A EP17196839 A EP 17196839A EP 3315378 A1 EP3315378 A1 EP 3315378A1
Authority
EP
European Patent Office
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setpoint
force
force feedback
control method
manipulator
Prior art date
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Granted
Application number
EP17196839.9A
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German (de)
English (en)
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EP3315378B1 (fr
Inventor
Denis Miglianico
Antoine DEQUIDT
Quoc-Viet Dang
Mathieu MOUCHEL
François LOUVEAU
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Alstom Transport Technologies SAS
Original Assignee
Universite de Valenciennes et du Hainaut Cambresis
Alstom Transport Technologies SAS
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
    • B61D17/04—Construction details of vehicle bodies with bodies of metal; with composite, e.g. metal and wood body structures
    • B61D17/12—Roofs

Definitions

  • the present invention relates to the field of driving manipulators of rail vehicle force feedback.
  • a rail vehicle is configured to move along a railway line. This is for example a subway, a tram, a regional train or a high-speed train.
  • a rail vehicle driving manipulator is a control device comprising a movable control member or "joystick” operable by the driver to control the traction and / or the braking of the railway vehicle.
  • the force feedback function makes it possible to transmit haptic signals to the driver.
  • the driver can then adapt his behavior according to the haptic signals transmitted to him through the force feedback function.
  • One of the aims of the invention is to propose a method of controlling a rail-driving manipulator with force feedback, which is improved.
  • the invention also relates to a rail vehicle driving manipulator force feedback, for controlling the traction and / or braking of the railway vehicle, the manipulator comprising a lever operable by the driver, the minus an actuator configured to exert a force on the handle, and an electronic control unit configured to implement a control method according to any one of the preceding claims.
  • the manipulator 2 of the railway vehicle driving the Figure 1 is configured to allow a driver to control the traction and / or braking of a railway vehicle 4.
  • the railway vehicle 4 comprises a traction system 6 and a braking system 8.
  • the traction system 6 comprises for example one or more motor bogies.
  • the braking system 8 comprises for example brakes arranged on bogie wheels of the railway vehicle.
  • the railway vehicle 4 comprises an electronic control system 10 for controlling the traction system 6 and the braking system 8.
  • the control system 10 is for example a train control and control system, generally designated TCMS ("train control and management system ").
  • the manipulator 2 comprises a lever 12 manually operable by a driver.
  • the displacement of the lever 12 makes it possible to control the traction and / or the braking of the railway vehicle 4.
  • the lever 12 here comprises a lever 14 pivotally mounted on a support 16 about an axis of rotation A, the lever 14 carrying a handle 18 to be grasped by the driver.
  • the manipulator 2 comprises an actuator 20 configured to exert a torque on the lever 12 so as to generate a force feedback.
  • the actuator 20 is here a servomotor coupled to the lever 12 to exert a torque C on the lever 12.
  • the manipulator 2 comprises at least one sensor for measuring a dynamic parameter of the joystick 12.
  • the dynamic parameters of the joystick 12 are the parameters on which the movement of the joystick 12 depends.
  • the dynamic parameters of the lever 12 comprise the position, the speed, the acceleration and the forces experienced by the lever 12.
  • the manipulator here comprises a position sensor 22 configured to measure the position P of the lever 12.
  • the control system 10 is configured to control the traction system 6 and the braking system 8 as a function of a driving instruction generated by the manipulator 2.
  • the driving instruction is for example the position P of the lever 12.
  • the manipulator 2 comprises an electronic control unit 24 configured to implement a control method of the manipulator 2, comprising the calculation of a force feedback setpoint F C according to at least one dynamic parameter of the joystick 12 and at least one contextual parameter received by the manipulator 2 so as to transmit a first haptic signal function of the dynamic parameter and independent of the contextual parameter, and a second haptic signal depending on the contextual parameter and possibly the dynamic parameter, the first haptic signal and the second haptic signal being superimposed, and the control of the actuator 20 as a function of the force feedback setpoint F C.
  • control unit 24 is configured to implement the calculation of a first setpoint F S to generate the first haptic signal, and a second setpoint F D to generate the second haptic signal, and to calculate the force feedback setpoint F C as the sum of the first setpoint F S and the second setpoint F D.
  • the control unit 24 comprises, for example, a first calculation module 26 for calculating the first setpoint F S , a second calculation module 28 for calculating the second setpoint F D , and a setpoint calculation module 30 for calculating the setpoint of force feedback F C , summing the first setpoint F S and the second setpoint F D.
  • control unit 24 comprises a processor 32 and a memory 34, the modules of the control unit 24 (first calculation module 26, the second calculation module 28 and the setpoint calculation module 30) being provided in the form of software code instructions stored in the memory 34 and executable by the processor 32.
  • the modules of the control unit 24 are provided in the form of an integrated circuit dedicated or programmable logic circuit.
  • the first setpoint F S and the second setpoint F D are calculated from predefined tables 36, 38 and / or calculation formulas.
  • FIGS. 2 to 10 illustrate setpoint laws presented in the form of curves.
  • Each setpoint law indicates the force feedback setpoint (ordinate) as a function of the position P of the lever 12 (abscissa).
  • an arrow on a curve means that the instruction applies for a movement of the lever 12 in the direction corresponding to that of the arrow.
  • a positive setpoint corresponds to a force generated by the actuator 20 moving the lever 2 to the maximum traction position P max
  • a negative setpoint corresponds to a force generated by the actuator 20 moving the lever 12 to the position of maximum braking P min .
  • the first setpoint F S is calculated as the sum of a first component F S1 and a second component F S2 .
  • the Figure 2 illustrates the first component F S1 .
  • the first component F S1 is here configured to simulate a return force that would be generated by a passive mechanical member such as a cam.
  • the first component F S1 depends solely on the position P of the lever 12.
  • the first component F S1 is strictly negative and substantially constant in the traction zone (curve C10). If the driver releases the lever 12 in the traction zone, it automatically returns to the neutral zone.
  • the neutral zone is located around the neutral neutral position P, which is a stable position of the lever 12.
  • the first component reference F S1 recalls the handle 12 in neutral neutral position P.
  • the first component setpoint F S1 produces a notch effect in the neutral zone.
  • the set point of first component F S1 is negative and decreasing over the neutral P interval ⁇ P ⁇ P1 (curve C11), zero at the neutral P position and positive and decreasing over the interval P2 ⁇ P ⁇ P neutral (C12 curve) .
  • the set point of first component F S1 is possibly non-linear in the neutral zone N, in order to produce a very sharp notch sensation.
  • the first component setpoint F S1 is zero.
  • the first component setpoint F S1 is firstly positive and increases from position P3 to the emergency braking position P min (curve C13), and then once the braking position emergency P min has been reached, the first component setpoint F S1 is negative and decreases from the emergency braking position Pmin to the position P3 (curve C14).
  • the first component F S1 first generates a force opposing the displacement of the lever 12 to the emergency braking position P min , then, once the emergency braking position P min reached, a restoring force from the handle 12 to the emergency braking position P min .
  • the emergency braking position P min is a stable position.
  • the Figure 3 illustrates the first setpoint F S resulting from the combination of the first component F S1 of the Figure 1 and of the component F S2 which is a function of the speed V of the lever 12.
  • the second component F S2 simulates a friction.
  • the manipulator 2 comprises a speed sensor configured to measure the speed of the lever 12.
  • the speed V of the lever 12 is positive when the lever 12 is moved from the maximum braking position Pmin to the maximum pulling position Pmax, and negative when the lever 12 is moved from the maximum pulling position Pmax to the maximum braking position Pmin.
  • the second component F S2 is configured for the generation of a force that opposes the displacement of the lever 12.
  • the second component setpoint F S2 is negative if the speed V is positive, and is positive if the speed V is negative .
  • the second component F S2 takes a first negative value for the positive V speeds and a second positive value for the negative V speeds.
  • the restoring force is different for the negative speeds V (curve C21) and for the positive speeds (curve C22).
  • the restoring force is different for the negative V speeds (curve C23) and for the positive speeds (curve C24).
  • the restoring force is different for the negative V speeds (C25 and C26 curves) and for the positive V speeds (C27 and C28 curves).
  • the first value and the second value are of the same absolute value. Alternatively, they are of different absolute values.
  • the second component F S2 is invariable as a function of the position P of the lever 12. In a variant, the second component F S2 varies as a function of the position P of the lever 12.
  • the second component F S2 is itself calculated from two components: a dry friction component and a viscous friction component.
  • the dry friction component promotes the immobilization of the lever 12 when the driver loosens it and the viscous friction component promotes the stability of the lever 12.
  • F S2 - C1 x tanh (V / C3) - C2 x V, the parameters C1, C2 and C3 being constants to be adjusted to obtain the desired characteristics of sensation of friction and stability, tanh being the hyperbolic tangent function.
  • the control unit 24 is for example configured to calculate the first setpoint F S according to a predefined table 36 indicating the first setpoint F S as a function of the position P and the speed V of the lever 12.
  • control unit 24 is configured to separately calculate the first component F S1 , for example from a predefined table 36, and the second component F S2 , for example by applying a calculation formula, and then to calculate the first setpoint F S as the sum of the first and second components F S1 , F S2 .
  • the invention is not limited to the first setpoint F s described above. Variants can be envisaged depending on the desired force feedback.
  • the first setpoint F s is zero in the traction zone. In another variant, the first setpoint F s is non-zero and constant on the braking zone, the neutral zone and the traction zone.
  • the Figure 4 illustrates a first instruction F S according to a variant, configured for a manipulator 2 dedicated exclusively to the brake control (also called “brake manipulator") with an incrementation of the braking level.
  • the position of the lever 12 varies here between the neutral neutral position P and the emergency braking position P min .
  • the first set point F S is configured to generate a notching effect, making it possible to move the lever 12 incrementally.
  • the lever 12 has a plurality of stable braking positions PF 1 ,... PF i ,... PF n , the first set point F S being configured to generate a restoring force towards each braking position PF i which is stable when the lever 12 moves from the stable braking position PF i to the next braking position PF i + 1 (curves C31 or C32), or to the previous braking position PF i-1 (curve C33).
  • the Figures 5 to 7 illustrate examples of second setpoints F D configured to generate a second contextual haptic signal, which is a function of a contextual parameter and possibly a dynamic parameter of the joystick 12.
  • a contextual parameter is distinct from a dynamic parameter of the joystick 12 (position, speed, acceleration and force undergone).
  • a contextual parameter is associated with the operating conditions of the railway vehicle.
  • the operating conditions of the railway vehicle include, for example, the position along the path, the speed and the load of the railway vehicle.
  • the Figure 5 illustrates a second instruction F D to encourage the driver to adopt a pipe to minimize the energy consumed by the rail vehicle to make his journey.
  • the second setpoint F D varies according to a context parameter indicating here a recommended position P eco of the lever 12, to minimize the energy consumed.
  • the recommended position P eco varies for example depending on the position of the rail vehicle along its path.
  • the second setpoint F D will vary over time, depending on the position of the railway vehicle along its path.
  • the contextual parameter here the recommended position P eco , is for example calculated by the control system 10 and transmitted to the manipulator 2.
  • the recommended position P eco can be calculated according to the topology of the path (ascents, descents %)
  • the second set point F D is, for example, configured so as not to generate a force on the lever 12 when the position P of the lever 12 is less than the position recommended P eco , and to exert a restoring force when the lever 12 exceeds the recommended position P eco .
  • the second setpoint F D is zero for a position lower than the recommended position P eco , and has, from the recommended position P eco (P ⁇ P eco ), a decreasing ramp (C41 Coupling) extended by a plateau (Curve C42) at a constant negative reference value.
  • a second setpoint F D having a ramp which is not linear and / or a plateau that is not constant, but oscillates around a reference value.
  • the second setpoint F D presents from the recommended position P eco a decreasing nonlinear ramp (Curve C43) followed by a sinusoidal ripple around a strictly negative reference value (Curve C44).
  • the second setpoint F D presents from the recommended position P eco a linear ramp followed by a triangular wave around a strictly negative reference value.
  • the second setpoint F D presents from the recommended position P eco a decreasing linear ramp (curve C45) followed by a random undulation around a strictly negative reference value (curve C46). This makes it possible to simulate a roughness.
  • the force feedback setpoint F C results from the combination of a first setpoint F S and a second setpoint F D , in particular the sum of a first setpoint F S and a second setpoint F D.
  • the Figures 8 and 9 illustrate a force feedback setpoint F C resulting from the sum of a first setpoint F S and a second setpoint F D according to the Figure 5 , for two different recommended P eco positions.
  • the first setpoint F S is a first setpoint dependent solely on the position P and corresponding to the first component of the Figure 2 .
  • the first setpoint F S could alternatively be that of the Figure 3 resulting from the sum of a first component F S1 according to the Figure 1 and a second component F S2 , and dependent on the position P and the speed V.
  • the Figure 8 illustrates a situation in which the vehicle is moving forward and the recommended position P eco is strictly positive (P eco > 0).
  • the P eco position is in the traction zone.
  • the force return setpoint F C by default generates a restoring force (Curve C51) resulting from the first setpoint F S.
  • the force feedback setpoint F C From the recommended position P eco , the force feedback setpoint F C generates a higher handle restoring force (Curves C52 and C53), resulting from the addition of the second setpoint F D.
  • the Figure 9 illustrates a situation in which the railway vehicle brakes and in which the recommended position P eco is strictly negative (Peco ⁇ 0), and is more particularly in the braking zone (outside the emergency braking zone).
  • the force feedback setpoint is zero and does not generate any restoring force on the handle 12 (curve C54).
  • the force return setpoint F C generates a return force towards the recommended position P eco (curves C55 and C56).
  • the Figure 10 illustrates a force return setpoint F C according to a variant, resulting from the combination of a first setpoint F S according to the Figure 2 and a variant of a second setpoint F D configured to produce a notch effect around a reference braking position P BB which, for example, translates a cutting of the braking zone into two: an electric braking zone, above the braking position P BB reference, and a combined braking zone - electrical and pneumatic - below the braking position P BB reference.
  • the second setpoint F D here comprises a notch zone around the reference braking position P BB , in which the force feedback setpoint generates a succession of return force in the direction opposite to the direction of movement of the manipulator in the zone. notch (curves C61 to C64).
  • the second setpoint F D comprises a series of notch zones around the reference braking position P BB .
  • the reference braking position P BB is variable, for example as a function of the speed of the railway vehicle, which then defines a contextual parameter for determining the force feedback setpoint F C.
  • the reference braking position P BB is for example provided by the control system 10 to the manipulator 2.
  • control unit 24 is configured to separately calculate the first setpoint F S and the second setpoint F D , and to calculate the force feedback setpoint F C as the sum of the first setpoint F S and the second setpoint F D.
  • control unit 24 is configured to calculate the force feedback setpoint as a function of a predefined law combining the first setpoint F S and the second setpoint F D and indicating the force feedback setpoint F C in function each dynamic parameter and each context parameter.
  • the first setpoint F S and the second setpoint F D can each result from the sum of several components, as has been seen previously.
  • control unit 24 is configurable so as to modify the predefined law or laws for calculating the force feedback setpoint F C (where appropriate, the predefined prediction laws for calculating the first setpoint F S and the second setpoint set point F D ), for example according to the wishes of the user.
  • the modification or the selection of predefined tables 36, 38 in the memory 34 makes it possible to modify the force feedback function. It is possible, for at least one setpoint (force return setpoint, first setpoint and / or second setpoint) to provide several predefined tables 36, 38 stored in the memory of the control unit 24, and a selector allowing user to select a predefined law to apply.
  • at least one setpoint force return setpoint, first setpoint and / or second setpoint
  • the force feedback setpoint F c is therefore calculated according to predefined parametric laws. If necessary, the predefined laws for calculating the first setpoint F S and the second setpoint F D can be parameterized.
  • first setpoint F S determined solely from one or more dynamic parameters of the lever 12 (position, speed, acceleration and force undergone) and independently of any contextual parameter
  • second setpoint F D determined from at least one contextual parameter
  • the contextual parameters include, for example, the position of the railway vehicle along its path, the speed of the railway vehicle and / or the load of the railway vehicle. These contextual parameters relating to the operation of the railway vehicle are in particular determining for the calculation of a recommended position P eco limiting energy consumption or a braking position P BB reference.
  • a haptic alert signal via the manipulator 2, for example not through an alert setpoint F A in addition to the first setpoint F S and the second setpoint F D to obtain the force feedback setpoint F C.
  • This haptic warning signal must be perceptible by the driver unequivocally in all possible situations and it must not change the position of the lever 12 so as not to interfere with the driving instruction sent by the manipulator 2 to the system. order 10.
  • An alert instruction is for example a periodic signal of low amplitude, for example vis-à-vis a second component F S2 of the first instruction F S simulating a friction, while being perceptible by the driver (for example a amplitude force between 0.1 and 0.5 N) and using a high frequency compared to the frequencies used by the other setpoints, for example the dynamic Figures 7 and 8 .
  • the frequency of this haptic warning signal may for example be between 10 and 30 Hz.
  • the electronic control unit 24 here comprises an alert module 40 for calculating the warning setpoint F A , the calculation module 30 being configured to calculate the force feedback setpoint as a function of the warning setpoint F A , adding the alert instruction.
  • the alert module 40 determines for example the alarm setpoint F A according to a warning signal SA sent by the control system 10.
  • the force return setpoint F C generated by the control unit 24 must not generate a force F perceived by the driver that exceeds a maximum force F max (for example 5 N), so as not to expose the driver to a level uncomfortable or traumatic stress.
  • F max for example 5 N
  • control unit 24 is configured to calculate a capped force feedback setpoint F CS as a function of the force feedback setpoint F C , and to control the actuator 20 as a function of the force feedback setpoint. capped F CS .
  • the capping of the force feedback setpoint is for example implemented by the calculation module 30.
  • the manipulator 2 comprises a force sensor 42 disposed on the lever 12 for measuring a force experienced by the lever 12.
  • the determination of the force experienced by the lever 12 makes it possible to estimate the force F perceived by the driver.
  • the force sensor 42 is for example formed of one or more strain gauges disposed on the handle 12.
  • the estimation of the perceived force F makes it possible to monitor the proper functioning of the various mechanical members of the manipulator 2 such as the actuator 20, a possible gearbox disposed between the actuator 20 and the lever 12.
  • a significant difference established over a given period between the force feedback setpoint F C sent to the actuator and the perceived force F can be used to trigger an alert sent to the control system 10 before the appearance of a malfunction related to a phenomenon of fatigue, wear or aging of one of the organs.
  • a degraded operating mode is triggered in this case to ensure the continuity of service until the end of the journey of the railway vehicle by compensating for the excess or deficit of force F perceived compared to the force instruction F C.
  • the control unit 24 comprises, for example, a monitoring module 44 receiving the signal from the force sensor 42, and configured to transmit a warning signal J A to the control system 10 and / or to calculate a compensation setpoint F CO sent to the calculation module 30.
  • a redundancy of dynamic parameter sensors of the lever 12 makes it possible to check the coherence of the information supplied, and to trigger, if need be, an alert sent to the control system 10.
  • the haptic feedback function is deactivated to avoid any risk of instability of the slave actuator as a function of the speed V of the handle 12.
  • the proposed force feedback instructions make it possible both to push the stability limits of such a manipulator 2 and to deliver unambiguous haptic signals to the driver and comprising several haptic signals discernible by the driver, some of which come from the system. of control 10 of the railway vehicle.
  • the adjustment of the laws of the first and second setpoints F S , F D depends on the specific needs of the user of this manipulator 2. It can be easily performed by a parameterization of the manipulator 2, and in particular by a parameterization of calculation laws of the control unit 24 of the manipulator 2 for the calculation of the force feedback setpoint, if appropriate of the first instruction and the second instruction.
  • the invention it is possible to provide a haptic feedback to the driver on the level of traction and / or braking (including a neutral point between traction and braking) of railway rolling stock.
  • the manipulator performing haptic feedback by means of an actuator controlled according to a force instruction calculated according to one or more predefined control laws makes it possible to bring new functionalities.
  • the manipulator can be generic for different types of rail vehicle, the haptic feedback function being set without hardware modifications, according to the needs of customers.
  • the haptic feedback function can be implemented without a mechanical component such as a cam or a return spring. This avoids the aging problems of such mechanical components.
  • the invention also makes it possible to improve the existing functionalities related to the force feedback function related to the rolling stock (its instantaneous speed or load, for example) or to the driver (his sensitivity or his muscular capacities for example).

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  • Mechanical Control Devices (AREA)
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Abstract

Le procédé de commande est prévu pour un 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 (12), 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 comprend :
- le calcul d'une consigne de retour de force (FC) en fonction du paramètre dynamique (P) et d'au moins un paramètre contextuel (Peco) reçu par le manipulateur (2) de manière à transmettre un premier signal haptique fonction du paramètre dynamique et indépendant du paramètre contextuel (Peco), et un deuxième signal haptique fonction du paramètre contextuel (Peco), 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 (FC).

Description

  • 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. II 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 ;
    • 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 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 ;
    • 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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 commande 10 est par exemple un système de contrôle et de commande de train, généralement désigné TCMS (« 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.
  • 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 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 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 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 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 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 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 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 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 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.
  • 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 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 = Pmin : position de freinage maximum (freinage d'urgence) ;
    • Pmin < P < Pneutre : position de freinage ;
    • P = Pneutre : position neutre (ni freinage, ni traction) ;
    • Pneutre < P < Pmax : position de traction ; et
    • P = Pmax : position de traction maximale.
  • Par convention, une consigne positive correspond à une force générée par l'actionneur 20 déplaçant la manette 2 vers la position de traction maximale Pmax, une consigne négative correspond à une force générée par l'actionneur 20 déplaçant la manette 12 vers la position de freinage maximum Pmin.
  • Dans un mode de réalisation, la première consigne FS est calculée comme la somme d'une première composante FS1 et d'une deuxième composante FS2.
  • La Figure 2 illustre la première composante FS1. La première composante FS1 est ici configurée pour simuler une force retour qui serait générée par un organe mécanique passif tel qu'une came.
  • La première composante FS1 est fonction uniquement de la position P de la manette 12.
  • La première composante FS1 varie selon quatre zones de position P distinctes séparées par trois positions de références P1, P2, P3 telles que Pmin < P3 < P2 < Pneutre < P1 < Pmax, à savoir :
    • une zone de freinage d'urgence (Pmin < P < P3),
    • une zone de freinage (P3 < P < P2),
    • une zone de neutre (P2 < P <P1), et
    • une zone de traction (P1 < P < Pmax).
  • La première composante FS1 est strictement négative et sensiblement constante dans la zone de traction (courbe C10). Si le conducteur lâche la manette 12 dans la zone de traction, celle-ci revient automatiquement vers la zone de neutre.
  • La zone de neutre est située autour de la position neutre Pneutre qui est une position stable de la manette 12. Dans la zone de neutre, la consigne de première composante FS1 rappelle la manette 12 en position neutre Pneutre. La consigne de première composante FS1 produit un effet d'encoche dans la zone de neutre. La consigne de première composante FS1 est négative et décroissante sur l'intervalle Pneutre < P < P1 (courbe C11), nulle à la position Pneutre et positive et décroissante sur l'intervalle P2 < P < Pneutre (courbe C12). La consigne de première composante FS1 est possiblement non linéaire dans la zone de neutre N, afin de produire une sensation d'encoche très nette.
  • Dans la zone de freinage, la consigne de première composante FS1 est nulle.
  • Dans la zone de freinage d'urgence, la consigne de première composante FS1 est d'abord positive et augmente de la position P3 à la position de freinage d'urgence Pmin (courbe C13), puis une fois que la position de freinage d'urgence Pmin a été atteinte, la consigne de première composante FS1 est négative et diminue de la position de freinage d'urgence Pmin vers la position P3 (courbe C14).
  • La première composante FS1 génère d'abord une force s'opposant au déplacement de la manette 12 vers la position de freinage d'urgence Pmin, puis, une fois la position de freinage d'urgence Pmin atteinte, une force de rappel de la manette 12 vers la position de freinage d'urgence Pmin. La position de freinage d'urgence Pmin est une position stable.
  • La Figure 3 illustre la première consigne FS résultant de la combinaison de la première composante FS1 de la Figure 1 et de la composante FS2 qui est fonction de la vitesse V de la manette 12. La deuxième composante FS2 simule un frottement.
  • La vitesse V de la manette 12 est par exemple déterminée par dérivation numérique de la position P de la manette 12 en fonction du temps (V = dP/dt). En variante ou en option, le manipulateur 2 comprend un capteur de vitesse configuré pour mesurer la vitesse de la manette 12.
  • Par convention, la vitesse V de la manette 12 est positive lorsque la manette 12 est déplacée de la position de freinage maximum Pmin vers la position de traction maximale Pmax, et négative lorsque la manette 12 est déplacée de la position de traction maximale Pmax vers la position de freinage maximum Pmin.
  • La deuxième composante FS2 est configurée pour la génération d'une force qui s'oppose au déplacement de la manette 12. La consigne de deuxième composante FS2 est négative si la vitesse V est positive, et est positive si la vitesse V est négative.
  • La deuxième composante FS2 prend une première valeur négative pour les vitesses V positives et une deuxième valeur positive pour les vitesses V négatives.
  • II en résulte que dans la zone de freinage, la force de rappel est différente pour les vitesses V négatives (courbe C21) et pour les vitesses positives (courbe C22). De même, dans la zone de traction, la force de rappel est différente pour les vitesses V négatives (courbe C23) et pour les vitesses positives (courbe C24). De même également, dans la zone de neutre, la force de rappel est différente pour les vitesses V négatives (courbes C25 et C26) et pour les vitesses V positives (courbes C27 et C28).
  • Dans l'exemple illustré, la première valeur et la deuxième valeur sont de même valeur absolue. En variante, elles sont de valeurs absolues différentes.
  • Dans l'exemple illustré, la deuxième composante FS2 est invariable en fonction de la position P de la manette 12. En variante, la deuxième composante FS2 varie en fonction de la position P de la manette 12.
  • Dans une variante, la deuxième composante FS2 est elle-même calculée à partir de deux composantes : une composante de frottement sec et une composante de frottement visqueux. La composante de frottement sec favorise l'immobilisation de la manette 12 lorsque le conducteur la lâche et la composante de frottement visqueux favorise la stabilité de la manette 12.
  • Un mode de calcul possible d'une telle consigne de deuxième composante FS2 utilise la fonction suivante : FS2 = - C1 x signe(V) - C2 x V, dans laquelle C1 et C2 sont des constantes et la fonction « signe » de la vitesse étant définie par : signe(V) = +1 si V> 0, signe(V) = -1 si V< 0, signe(V) = 0 si V = 0.
  • En variante, si le ou les capteurs du manipulateur 2 permettent de déterminer la vitesse de la manette 12 seulement par incrément : la fonction « signe » de la vitesse peut être définie par : signe(V) = +1 si V> +e, signe(V) = -1 si V< -e, signe(V) = 0 si -e < V < e, e étant l'incrément de vitesse.
  • En variante, un autre mode de calcul de la deuxième composante FS2 utilise la fonction suivante : FS2 = - C1 x tanh(V/ C3) - C2 x V, les paramètres C1, C2 et C3 étant des constantes à ajuster pour obtenir les caractéristiques souhaitées de sensation de frottement et de stabilité, tanh étant la fonction tangente hyperbolique.
  • L'unité de commande 24 est par exemple configurée pour calculer la première consigne FS en fonction d'une table prédéfinie 36 indiquant la première consigne FS en fonction de la position P et de la vitesse V de la manette 12.
  • En variante, l'unité de commande 24 est configurée pour calculer séparément la première composante FS1, par exemple à partir d'une table prédéfinie 36, et la deuxième composante FS2, par exemple en appliquant une formule de calcul, puis pour calculer la première consigne FS comme la somme des première et deuxième composantes FS1, FS2.
  • L'invention n'est pas limitée à la première consigne Fs décrite ci-dessus. Des variantes sont envisageables en fonction du retour de force souhaité.
  • Dans une variante, la première consigne Fs est nulle dans la zone de traction. Dans une autre variante, la première consigne Fs est non nulle et constante sur la zone de freinage, la zone de neutre et la zone de traction.
  • La Figure 4 illustre une première consigne FS selon une variante, configurée pour un manipulateur 2 dédié exclusivement à la commande de freinage (aussi nommé « manipulateur de freinage ») avec une incrémentation du niveau de freinage. La position de la manette 12 varie ici entre la position neutre Pneutre et la position de freinage d'urgence Pmin.
  • La première consigne FS est configurée pour générer un effet de crantage, permettant de déplacer la manette 12 par incrément. La manette 12 possède pluralité de positions de freinage PF1,... PFi, ...PFn stables, la première consigne FS étant configurée pour générer une force de rappel vers chaque position de freinage PFi stable lorsque la manette 12 se déplace de la position de freinage stable PFi vers la position de freinage suivante PFi+1 (courbes C31 ou C32), ou vers la position de freinage précédente PFi-1 (courbe C33).
  • Les Figures 5 à 7 illustrent des exemples de deuxièmes consignes FD configurées pour générer un deuxième signal haptique contextuel, qui est fonction d'un paramètre contextuel et éventuellement d'un paramètre dynamique de la manette 12.
  • Un paramètre contextuel est distinct d'un paramètre dynamique de la manette 12 (position, vitesse, accélération et force subie). Un paramètre contextuel est en particulier associé aux conditions de fonctionnement du véhicule ferroviaire. Les conditions de fonctionnement du véhicule ferroviaire comprennent par exemple la position le long du trajet, la vitesse et la charge du véhicule ferroviaire.
  • La Figure 5 illustre une deuxième de consigne FD visant à inciter le conducteur à adopter une conduite permettant de minimiser l'énergie consommée par le véhicule ferroviaire pour réaliser son trajet.
  • La deuxième consigne FD varie en fonction d'un paramètre contextuel indiquant ici une position recommandée Peco de la manette 12, permettant de minimiser l'énergie consommée.
  • La position recommandée Peco varie par exemple en fonction de la position du véhicule ferroviaire le long de son trajet. Ainsi, la deuxième consigne FD variera donc au cours du temps, en fonction de la position du véhicule ferroviaire le long de son trajet.
  • Le paramètre contextuel, ici la position recommandée Peco, est par exemple calculée par le système de commande 10 et transmise au manipulateur 2. La position recommandée Peco peut être calculée en fonction de la topologie du trajet (montées, descentes...)
  • La deuxième consigne FD est par exemple configurée pour ne pas générer de force sur la manette 12 lorsque la position P de la manette 12 est inférieure à la position recommandée Peco, et pour exercer une force de rappel lorsque la manette 12 dépasse la position recommandée Peco.
  • Sur la Figure 5, la deuxième consigne FD est nulle pour une position inférieure à la position recommandée Peco, et présente, à partir de la position recommandée Peco (P ≥ Peco), une rampe décroissante (Coubre C41) prolongée par un plateau (Courbe C42) à une valeur de référence constante strictement négative.
  • Pour permettre de mieux discerner le premier signal haptique et le deuxième signal haptique qui peuvent se concrétiser sous la forme de forces de rappel qui s'ajoutent, il est possible de prévoir une deuxième consigne FD présentant une rampe qui ne soit pas linéaire et/ou un plateau qui ne soit pas constant, mais qui oscille autour d'une valeur de référence.
  • Dans la variante de la Figure 6, la deuxième consigne FD présente à partir de la position recommandée Peco une rampe non linéaire décroissante (Courbe C43) suivie d'une ondulation sinusoïdale autour d'une valeur de référence strictement négative (Courbe C44).
  • Dans la variante de la figure 7, la deuxième consigne FD présente à partir de la position recommandée Peco une rampe linéaire suivie d'une ondulation triangulaire autour d'une valeur de référence strictement négative.
  • Dans une autre variante, la deuxième consigne FD présente à partir de la position recommandée Peco une rampe linéaire décroissante (courbe C45) suivie d'une ondulation aléatoire autour d'une valeur de référence strictement négative (courbe C46). Ceci permet de simuler une rugosité.
  • La consigne de retour de force FC résulte de la combinaison d'une première consigne FS et d'une deuxième consigne FD, en particulier de la somme d'une première consigne FS et d'une deuxième consigne FD.
  • Les Figures 8 et 9 illustrent une consigne de retour de force FC résultant de la somme d'une première consigne FS et d'une deuxième consigne FD selon la Figure 5, pour deux positions recommandées Peco différentes.
  • Pour des raisons de clarté des dessins, la première consigne FS est une première consigne dépendant uniquement de la position P et correspondant à la première composante de la Figure 2. Bien entendu, la première consigne FS pourrait être en variante celle de la Figure 3 résultant de la somme d'une première composante FS1 selon la Figure 1 et d'une deuxième composante FS2, et dépendant de la position P et de la vitesse V.
  • La Figure 8 illustre une situation dans laquelle le véhicule avance en marche avant et la position recommandée Peco est strictement positive (Peco > 0). La position Peco est 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 FS. 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 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 < 0), et est plus particulièrement dans la zone de freinage (hors de la zone de freinage d'urgence). Au-dessous de la position recommandée Peco, la consigne de retour de force est nulle et ne génère aucune force de rappel sur la manette 12 (courbe C54). Au-dessus de la position recommandée Peco, la consigne de retour de force FC génère un effort de rappel vers la position recommandée Peco (courbes C55 et C56).
  • La Figure 10 illustre une consigne de retour de force FC selon une variante, résultant de la combinaison d'une première consigne FS selon la Figure 2 et d'une variante de deuxième consigne FD configurée pour produire un effet d'encoche autour d'une position de freinage PBB de référence qui traduit par exemple un découpage de la zone de freinage en deux : une zone de freinage électrique au-dessus de la position de freinage PBB de référence, et une zone de freinage combiné - électrique et pneumatique - au-dessous de la position de freinage PBB de référence.
  • La deuxième consigne FD comprend ici une zone d'encoche autour de la position de freinage PBB de référence, dans laquelle la consigne de retour de force génère une succession de effort de rappel de sens opposé au sens de déplacement du manipulateur dans la zone d'encoche (courbes C61 à C64). En variante, la deuxième consigne FD comprend une série de zones d'encoche autour de la position de freinage PBB de référence.
  • La position de freinage PBB de référence est variable, par exemple en fonction de la vitesse du véhicule ferroviaire, qui définit alors un paramètre contextuel pour la détermination de la consigne de retour de force FC. La position de freinage PBB de référence est par exemple fournie par le système de commande 10 au manipulateur 2.
  • En fonctionnement, il est possible de modifier la sensibilité de freinage électrique ou du freinage combiné du véhicule ferroviaire en faisant varier la valeur de la position de freinage PBB de référence, par exemple en fonction de la vitesse du véhicule ferroviaire, ce qui permet d'étendre la zone de freinage électrique à petite vitesse et d'étendre la zone de freinage combiné à haute vitesse.
  • Dans le mode de réalisation décrit en référence à la Figure 1, l'unité de commande 24 est configurée pour calculer séparément la première consigne FS et la deuxième consigne FD, et pour calculer la consigne de retour de force FC comme la somme de la première consigne FS et de la deuxième consigne FD.
  • En variante, l'unité de commande 24 est configurée pour calculer la consigne de retour de force en fonction d'une loi prédéfinie combinant la première consigne FS et la deuxième consigne FD et indiquant la consigne de retour de force FC en fonction de chaque paramètre dynamique et de chaque paramètre contextuel.
  • La première consigne FS et la deuxième consigne FD peuvent chacune résulter de la somme de plusieurs composantes, comme cela a été vu précédemment.
  • De préférence, l'unité de commande 24 est configurable de manière à modifier la ou les lois prédéfinies de calcul de la consigne de retour de force FC (le cas échéant les lois prédéfinies de calcul de la première consigne FS et de la deuxième consigne FD), par exemple en fonction des souhaits de l'utilisateur.
  • Dans l'exemple illustré, la modification ou la sélection de tables prédéfinies 36, 38 dans la mémoire 34 permet de modifier la fonction de retour de force. II est possible, pour au moins une consigne (consigne de retour de force, premier consigne et/ou deuxième consigne) de prévoir plusieurs tables prédéfinies 36, 38 enregistrées dans la mémoire de l'unité de commande 24, et un sélecteur permettant à l'utilisateur de sélectionner une loi prédéfinie à appliquer.
  • La consigne de retour de force Fc est donc calculée en fonction de lois prédéfinies paramétrables. Le cas échéant les lois prédéfinies de calcul de la première consigne FS et de la deuxième consigne FD sont paramétrables.
  • La combinaison d'une première consigne FS déterminée uniquement à partir d'un ou plusieurs paramètres dynamiques de la manette 12 (position, vitesse, accélération et force subie) et indépendamment de tout paramètre contextuel, et d'une deuxième consigne FD déterminée à partir d'au moins un paramètre contextuel, permet de retourner simultanément un premier signal haptique et un deuxième signal haptique superposés et susceptibles d'être perçus par le conducteur.
  • Les paramètres contextuels comprennent par exemple la position du véhicule ferroviaire le long de son trajet, la vitesse du véhicule ferroviaire et/ou la charge du véhicule ferroviaire. Ces paramètres contextuels relatifs au fonctionnement du véhicule ferroviaires sont notamment déterminants pour le calcul d'une position recommandée Peco limitant la consommation d'énergie ou d'une position de freinage PBB de référence.
  • En option, il est possible de retourner au conducteur un signal haptique d'alerte par l'intermédiaire du manipulateur 2, par exemple pas le biais d'une consigne d'alerte FA s'ajoutant à la première consigne FS et à la deuxième consigne FD pour obtenir la consigne de retour de force FC.
  • Ce signal haptique d'alerte doit être perceptible par le conducteur de façon non équivoque dans toutes les situations possibles et il ne doit pas modifier la position de la manette 12 afin de ne pas parasiter la consigne de conduite envoyée par le manipulateur 2 au système de commande 10.
  • Une consigne d'alerte est par exemple une signal périodique de faible amplitude, par exemple vis-à-vis d'une deuxième composante FS2 de la première consigne FS simulant un frottement, tout en étant perceptible par le conducteur (par exemple une force d'amplitude comprise entre 0,1 et 0,5 N) et en utilisant une fréquence élevée par rapport aux fréquences utilisées par les autres consignes, comme par exemple les consignes dynamiques des Figures 7 et 8. La fréquence de ce signal haptique d'alerte peut par exemple est comprise entre 10 et 30 Hz.
  • L'unité électronique de commande 24 comprend ici un module d'alerte 40 pour calculer la consigne d'alerte FA, le module de calcul 30 étant configuré pour calculer la consigne de retour de force en fonction de la consigne d'alerte FA, en ajoutant la consigne d'alerte.
  • Le module d'alerte 40 détermine par exemple la consigne d'alerte FA en fonction d'un signal d'alerte SA envoyé par le système de commande 10.
  • La consigne de retour de force FC générée par l'unité de commande 24 ne doit pas générer une force F perçue par le conducteur qui dépasse une force maximale Fmax (par exemple 5 N), pour ne pas exposer le conducteur à un niveau d'effort inconfortable ou traumatisant. Les amplitudes des différentes consignes superposées doivent donc être ajustées pour ne pas dépasser cette valeur.
  • En option, afin de garantir que cette force maximale Fmax ne soit pas dépassée en fonctionnement, il est possible de réaliser un plafonnement de la consigne de retour de force FC. Par exemple, l'unité de commande 24 est configurée pour calculer une consigne de retour de force plafonnée FCS en fonction de la consigne de retour de force FC, et pour commander l'actionneur 20 en fonction de la consigne de retour de force plafonnée FCS.
  • La consigne de retour de force plafonnée FCS est par exemple calculée comme suit : F CS = F max si F C > F max
    Figure imgb0001
     F CS = − F max si F C < − F max
    Figure imgb0002
     F CS = F C si − F max < F C < − F max .
    Figure imgb0003
  • Le plafonnement de la consigne de retour de force est par exemple implémenté par le module de calcul 30.
  • En option ou en variante, le manipulateur 2 comprend un capteur de force 42 disposé sur la manette 12 pour mesurer une force subie par la manette 12. La détermination de la force subie par la manette 12 permet d'estimer la force F perçue par le conducteur. Le capteur de force 42 est par exemple formé d'une ou plusieurs jauges de contrainte disposées sur la manette 12.
  • L'estimation de la force F perçue permet de surveiller le bon fonctionnement des différents organes mécaniques du manipulateur 2 tels que l'actionneur 20, un éventuel réducteur disposé entre l'actionneur 20 et la manette 12... etc.
  • Une dégradation mécanique ou électrique, même mineure, d'un organe mécanique du manipulateur 2, due par exemple à un phénomène de fatigue, d'usure ou de vieillissement, peut produire une modification par intermittence ou de manière permanente de la force F perçue, de sorte que la force F perçue ne correspond pas à la consigne de retour de force FC.
  • Un écart significatif établi sur une période donnée entre la consigne de retour de force FC envoyé à l'actionneur et la force F perçue peut être utilisé pour déclencher une alerte envoyée au système de commande 10 avant l'apparition d'un dysfonctionnement lié à un phénomène de fatigue, d'usure ou de vieillissement de l'un des organes.
  • En option, un mode de fonctionnement dégradé est déclenché dans ce cas de figure pour assurer la continuité du service jusqu'à la fin du trajet du véhicule ferroviaire en compensant l'excès ou le déficit de force F perçue par rapport à la consigne de force FC.
  • L'unité de commande 24 comprend par exemple un module de surveillance 44 recevant le signal du capteur de force 42, et configuré pour émettre un signal d'alerte JA vers le système de commande 10 et/ou pour calculer une consigne de compensation FCO envoyée au module de calcul 30.
  • En option, une redondance de capteurs de paramètres dynamiques de la manette 12 (position, vitesse, accélération, force subie) permet de vérifier la cohérence des informations délivrées, et déclencher s'il y a lieu une alerte envoyée au système de commande 10.
  • De préférence, si une incohérence provient d'un capteur utilisé pour déterminer la vitesse V de la manette 12, la fonction de retour haptique est désactivée pour éviter tout risque d'instabilité de l'actionneur 20 asservi en fonction de la vitesse V de la manette 12.
  • Grâce à l'invention, il est possible d'exploiter pleinement la perception haptique avec un manipulateur de conduite de véhicule ferroviaire générique. Les consignes de retour de force proposées permettent à la fois de repousser les limites de stabilité d'un tel manipulateur 2 et de délivrer des signaux haptiques sans ambiguïté pour le conducteur et comportant plusieurs signaux haptiques discernables par le conducteur, dont certains sont issues du système de commande 10 du véhicule ferroviaire. L'ajustement des lois des première et deuxième consignes FS, FD dépend des besoins précis de l'utilisateur de ce manipulateur 2. II peut être effectué facilement par un paramétrage du manipulateur 2, et en particulier par un paramétrage de lois de calcul de l'unité de commande 24 du manipulateur 2 pour le calcul de la consigne de retour de force, le cas échéant de la première consigne et de la deuxième consigne.
  • Grâce à l'invention, il est possible de fournir un retour haptique au conducteur sur le niveau de traction et/ou de freinage (incluant un point neutre entre la traction et le freinage) d'un matériel ferroviaire roulant.
  • Le manipulateur réalisant un retour haptique au moyen d'un actionneur commandé selon une consigne de force calculée en fonction d'une ou plusieurs lois de commande prédéfinies permet d'apporter de nouvelles fonctionnalités.
  • Le manipulateur peut être générique pour différent types de véhicule ferroviaire, la fonction de retour haptique étant paramétrée sans modifications matériels, en fonction des besoins des clients.
  • La fonction de retour haptique peut être mise en oeuvre sans composant mécanique tel qu'une came ou un ressort de rappel. Cela évite les problèmes de vieillissement de tels composants mécaniques.
  • L'invention permet encore d'améliorer les fonctionnalités existantes liées à la fonction de retour d'effort liées au matériel roulant (sa vitesse instantanée ou sa charge par exemple) ou au conducteur (sa sensibilité ou ses capacités musculaires par exemple).
  • Elle permet en outre de réaliser des fonctionnalités de retour haptique dynamiques très performante en fonction de signaux externes d'alerte ou de conseil, en sollicitant judicieusement le sens haptique du conducteur.

Claims (12)

  1. 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 (Peco) reçu par le manipulateur (2) de manière à transmettre un premier signal haptique fonction du paramètre dynamique et indépendant du paramètre contextuel (Peco), et un deuxième signal haptique fonction du paramètre contextuel (Peco), 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 (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.
  7. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (FC) ou une composante de la consigne de retour de force (FC) 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 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 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.
  8. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (FC) est configurée pour générer une force de rappel seulement à partir d'une position de référence qui est fonction du paramètre contextuel.
  9. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (FC) 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.
  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.
  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.
  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 l'une quelconque des revendications précédentes.
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