FR2578496A1 - Systeme de commande de deceleration - Google Patents

Abstract

SYSTEME DE COMMANDE DE DECELERATION DANS LEQUEL UN DISPOSITIF DE ROBINET DE FREIN A COMMANDE MANUELLE FOURNIT DES SIGNAUX DE DEMANDE DE FREINAGE ELECTRIQUE ET PNEUMATIQUE EN FONCTION D'UNE POSITION PRESELECTIONNEE D'UN LEVIER. LE SIGNAL DE DEMANDE DE FREINAGE PNEUMATIQUE P COMMANDE UN DISPOSITIF DE VANNE DE MELANGE 15 POUR ETABLIR LE NIVEAU MAXIMUM DU FREINAGE A FRICTION TANDIS QUE LE SIGNAL DE DEMANDE DU FREINAGE ELECTRIQUE R EST COMPARE A UN SIGNAL DE TAUX DE DECELERATION INSTANTANE AFIN DE FOURNIR UN SIGNAL DIFFERENTIEL D'ERREUR QUI AGIT SUR UN TRANSDUCTEUR DE LA VANNE DE MELANGE 15 AFIN DE REDUIRE LE FREINAGE A FRICTION EFFECTIF JUSQU'A UN NIVEAU OU LE TAUX DE DECELERATION DEPASSE LA DEMANDE DE FREINAGE. LE SIGNAL DE DEMANDE DE FREINAGE ELECTRIQUE R EST LIMITE EN FONCTION D'UNE CARACTERISTIQUE VITESSEADHERENCE 51 TANDIS QU'UN CIRCUIT SUPPLEMENTAIRE DE GLISSEMENT MODULE LE SIGNAL DE DEMANDE DE FREINAGE.

Description

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SYSTEME DE COMMANDE DE DECELERATION

L'avènement des systèmes de déplacement sur rail à grande vitesse o les voitures et trains sont exploités à des intervalles étroitement commandés et à des vitesses élevées, ce qui permet de transporter des masses importantes de voyageurs dans le temps le plus court possible, on impose des exigences de plus en plus grandes au système de freinage des véhicules. Ces systèmes doivent pouvoir amener le véhicule à l'arrêt sur une distance la plus courte possible, en pratique dans des limites strictement définies, avec un haut degré de reproductibilité et sans

causer d'inconfort aux passagers.

L'évolution des systèmes de freinage est passée des concepts à boucle ouverte aux concepts A boucle fermée, récemment développés, dans lesquels soit des signaux de retour du couple de freinage, soit des signaux de retour de la pression des cylindres de frein sont utilisés pour contrôler la décélération. Quand, de plus, une compensation est effectuée par détermination de la charge et par une solution mixte frein dynamique/frein à friction, on obtient un système de commande de freinage qui tend à obliger le taux de décélération du véhicule à être une fonction linéaire et reproductible du niveau de freinage désiré en dépit des variations dans le poids du véhicule, dans la friction sabot de frein/roue, dans l'efficacité du freinage dynamique, etc. Tandis que les signaux de retour de couple ou de pression ci-dessus mentionnés sont utilisés pour simuler un taux réel de décélération, ces signaux ne parviennent pas à donner une indication vraiment réelle de la force de freinage instantanée, de sorte que même quand on y ajoute de telles boucles auxiliaires à retour, comme mentionné ci-dessus, le taux de

décélération ne peut être commandé avec précision.

Un objet de la présente invention est d'obtenir un système amélioré d'asservissement du frein à la décélération amélioré, utilisant un circuit à retour à boucle fermé dans lequel le taux instantané de décélération

du véhicule est utilisé corme signal de retour ou de contre-réaction.

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Un autre objet de l'invention est d'obtenir un système de commande de décélération selon les objectifs précédents sans que ne se produisent

des interactions entre les voitures du train.

Un autre objet de l'invention est d'obtenir un taux de décélération du véhicule correspondant à une demande d'adhérence maximum prédéterminée. Un autre objet de l'invention est de moduler périodiquement en fonction du glissement ou de l'enrayage de la demande d'adhérence maximale d'un pourcentage prédéterminé dans le cas o un glissement de

roue se produit.

Un autre objet de l'invention est de permettre la décélération à un niveau maximum d'adhérence différent de la demande d'adhérence maximale modulée en fonction du glissement pendant les freinages d'urgence,

indépendamment des conditions de glissement de roue pouvant exister.

Un autre objet de l'invention est de couvrir le système de com-

mande de décélération avec un système de commande de sécurité de sorte que la commande de freinage puisse passer de la commande de décélération

au système de sécurité dans le cas o on détecte un mauvais fonctionne-

ment dans le système de commande de la décélération.

Un autre objet de l'invention est d'assurer le freinage par friction au début, en réponse à une demande de taux de décélération, et

ensuite de desserrer le freinage à friction quand le freinage électrody-

namique devient efficace et produit la décélération.

Un autre objet de l'invention est de fournir un signal différentiel d'erreur en fonction de la différence correspondant à l'excès du taux instantané de décélération du véhicule par rapport à la demande de taux de décélération, le freinage par friction étant réduit en conséquence jusqu'à ce que la décélération instantanée du véhicule soit réduite au

taux requis, comme par exemple en cas d'erreur nulle.

Pour résumer, ces objectifs sont atteints selon la présente invention grâce A un robinet de mécanicien actionné pour commander la

pression de freinage pneumatique d'une façon classique et pour concur-

remment, établir un signal électrique analogique de demande de freinage dont l'amplitude correspond au niveau du freinage pneumatique. Le freinage pneumatique est assuré par une vanne de commande mixte de freinage pneumatique qui répond A la variation de pression pneumatique dans une conduite de freinage de train et qui comprend de plus un moteur électrique relié à la commande pneumatique du dispositif à vanne de commande pour réagir progressivement à l'encontre

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de la pression de freinage pneumatique quand augmente le courant de

commande du moteur.

Le signal de demande de freinage électrique est électriquement comparé avec un signal correspondant au taux instantané de décélération du train afin de fournir un signal d'erreur de taux seulement quand le

taux de décélération instantané excède le signal de demande de freinage.

Ce signal différentiel d'erreur fournit le courant de commande du moteur de vanne de commande mixte de sorte qu'est réduite la pression de freinage pneumatique produite initialement lorsque l'opérateur fait fonctionner le dispositif de vanne de freinage, ceci tandis que le taux de décélération du train augmente. De cette manière, le délai normal obtenu par l'expérience dans le développement du frein électrodynamique primaire peut être totalement compensé par le freinage pneumatique pendant la phase Initiale du cycle de freinage et peut ensuite être relâché dans la mesure oO l'efficacité du freinage électrodynamique se développe pour le freinage électrodynamique. De plus, la commande pneumatique viendra parer aux déficiences subséquentes qui apparaissent normalement dans l'efficacité du freinage électrodynamique quand la vitesse du train tend vers zéro sous la contrainte du signal de demande

de freinage.

Couplé avec le système de commande de base de la décélération à boucle fermée, un circuit de limitation de décélération inclut un générateur agissant sur la fonction vitesse/adhérence dont la sortie fournit un signal de décélération maximum autorisé en parallèle avec le signal électrique de demande de freinage. Ce signal de décélération maximum autorise issu du générateur, représente une limite qui est imposée au signal de demande de freinage électrique en raison du fait qu'un dispositif comparateur fonctionne de façon à définir le plus faible des deux entre le signal de demande de freinage et le signal de décélération maximum autorisé, qui correspondra à la demande de taux de décélération effectif. De plus, un circuit de modulation en fonction du glissement est prévu qui inclut de plus un détecteur de glissement de roue et un générateur à paliers successifs et qui module périodiquement la sortie du générateur de fonction d'un pourcentage prédéterminé auss.i

longtemps qu'existe un état de glissement de roue pendant toute applica-

tion du freinage donnée.

Ces objets et d'autres et les avantages qui découlent de la présen-

te invention apparaîtront plus clairement à la lumiAre des explications

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détaillées suivantes qui sont données à titre non limitatif en référence aux dessins d'accompagnement, dans lesquels: - la figure 1 montre un bloc diagramme du système de commande de décélération conforme à la présente invention; - la figure 2 représente une coupe schématique d'une vanne de type SERVOTROL utilisée comme valve de commande mixte ou à mélange; - la figure 3 représente un circuit de générateur de fonction qui fournit un profil vitesse/adhérence en fonction de la vitesse du train selon les variations connues dans les valeurs d'adhérence de la roue au rail dans différentes conditions de vitesse de train; - la figure 4 représente un circuit générateur à paliers successifs

qui répond au signal de glissement de roue en engen-

drant les marches en décélération qui doivent être

soustraites du signal de décélération maximum autori-

sé produit par le générateur de fonction; - la figure 5 représente un circuit de sommation qui assure la soustraction des marches de décélération, du signal de décélération maximum autorisé; et - la figure 6 représente un circuit de prise de décision qui sélectionne, comme signal de demande de taux de décélération, soit le signal électrique de demande de freinage, soit le signal de décélération maximum

autorisé, en choisissant le plus bas.

En se référant maintenant à la figure 1, est représenté un système de commande de décélération conforme à la présente invention disposé sur une voiture à cabine de commande, c'est-a-dire une voiture de chemin de fer disposant d'une commande par un conducteur. De telles voitures à cabine de commande sont généralement entraînées par des moteurs de traction qui fournissent le freinage électrodynamique en dissipant l'énergie motrice de la voiture ou du train, en utilisant les moteurs de traction pour produire du courant dans la ligne d'alimentation par

l'intermédiaire des circuits et caténaires de voitures en vue de l'uti-

lisation par d'autres voitures ou trains en cours de traction.

Un dispositif de vanne de freinage par opérateur ou robinet de mécanicien de type classique 10, tel qu'une vanne de freinage SA-9 fabriquée par Westinghouse Air Brake Company, comprend une poignée ou un

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levier 11 que l'opérateur entraîne en rotation pour pouvoir faire varier la pression PR de l'air comprimé amenée dans la conduite 12. Par rotation de la poignée 11, une tension est amenée à un fil électrique 13 par l'intermédiaire d'un rheostat 14, de façon à faire varier entre un minimum dans une position de desserrage du frein jusqu'à une valeur en proportion plus grande, correspondant à une position d'application de freinage à plein service. Cette tension de rhéostat représente le signal de demande de freinage électrique RBV, tandis que la pression dans la conduite 12 représente le signal de demande de freinage pneumatique PR qui varie également entre une basse pression en position de desserrage du frein et une pression plus élevée en position d'application de freinage en plein service, concurremment avec une variation du signal électrique de demande de freinage. La conduite 12 peut être reliée tout le long du train afin de transmettre le signal de demande de freinage pneumatique aux équipements de freinage pneumatique de chaque voiture du train. Le système de freinage pneumatique est classique et comprend un dispositif 15 de vanne de commande mixte de freinage de type SERVOTROL, avec mélange du freinage mécanique et électrique, un dispositif 16 de vanne de relais de type J-1, et un cylindre de frein pneumatique 17 auquel sont reliés des patins ou sabots de freinage à friction 18

s'engageant avec des disques ou jantes de roues de véhicule (non repré-

sentés). Est également comprise dans le système de freinage pneumatique,

une source d'air tel qu'un compresseur et un réservoir principal repré-

sentés par le bloc 19, ainsi qu'un capteur de charge, tel qu'un ressort

pneumatique représenté par le bloc 20.

Avant de décrire brièvement le fonctionnement du système de freinage pneumatique, on se référera à la figure 2, montrant en détail

une vanne 15 de commande mixte de freinage de type SERVOTROL, particu-

lièrement adéquate pour les dispositions conformes à l'invention du fait

de la possibilité de freinage mixte.

La vanne 15 de commande mixte de freinage SERVOTROL comprend un transducteur électrique/pneumatique comprenant un moteur-force ou moteur 21, une vanne de relais 22 du type à détendeur auto-régulé, un régulateur de pression 23, une commande 24 répondant à la charge, et une commande de frein pneumatique 25. La force de sortie de l'organe de commande 25 est modulée en fonction de la charge par un balancier 26, dont le point de rotation est situé sur une roulette mobile 27 qui est

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positionnée en fonction des forces de contre-réaction ou opposition d'un ressort réglable 28 et d'un piston-diaphragme 29 soumis à la pression du ressort pneumatique correspondant à la voiture, comme représenté par le bloc capteur de charge 20. Un passage d'amenée 31, un premier passage d'alimentation 32 et un passage d'évacuation 33 sont reliés a l'ensemble valve à tiroirs de la vanne de relais 22 qui, en position neutre ou de recouvrement, obture ces passages. Un piston-diaphragme 34 est soumis à la pression pneumatique fournie par un second passage d'alimentation 35 et un régulateur de pression 23 pour solliciter la vanne de relais 22 vers le bas, pour dégager la position dans laquelle l'ensemble valve à tiroirs de la vanne relais relie le passage d'amenée 31 au passage d'évacuation 33, comme représenté. Cette pression pneumatique amenée au piston-diaphragme 34 est modulée par le moteur 21, de façon à varier de façon directement proportionnellee le courant instantané, comme on le verra ci-après. Quand augmente le courant du moteur, une valve de soutirage présentant la forme d'une vanne à billes 36, disposée dans une branche d'échappement du passage d'alimentation 35 et sollicitée vers son siège pour réduire l'air évacué et établir ainsi une contre-pression dans le passage 35 et sur le piston du diaphragme 34, qui augmente quand augmente le courant du moteur. A l'inverse, une diminution dans le courant du moteur permet à la pression sous la bille 36 de se décharger à l'atmosphère, ce qui diminue la pression en retour dans le passage 35

et agit efficacement sur le piston-diaphragme 34.

La commande 25 de frein pneumatique de l'unité mixte de frei-

nage 15 comprend un piston-diaphragme 37 soumis à la pression de comman-

de de sortie PRfournie par le dispositif 10 de vanne de freinage de l'opérateur via la conduite 12. Ainsi, la rotation de la poignée 11 du dispositif de vanne de freinage 10 depuis la position de desserage du frein vers la position de plein service fera concurremment la pression PR dans la conduite 12 et le courant RBV dans la ligne électrique 13 respectivement de 0 à 3,5 bars et de 0 à 500 mA. La pression pneumatique efficace sur le piston-diaphragme 37 sollicite le diaphragme et sa tige de poussée 38 vers le bas. Cette force dirigée vers le bas tend à faire tourner le balancier 26 dans le sens opposé aux aiguilles d'une montre autour de sa roulette de point de rotation 27 pour solliciter la tige de poussée 39 associée avec l'ensemble de valve à tiroirs de la vanne de relais à auto-régulation 22 et ceci vers le haut pour la position

d'application des freins.

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Cette force dirigée vers le haut agissant sur la vanne de relais 22 A auto-régulation est opposée par la force de la pression agissant sur le piston-diaphragme 34 sous la commande du moteur 21, comme indiqué précédemment. On comprendra donc qu'aussi longtemps que le courant du moteur est d'une valeur telle que soit établie une pression en retour sur le diaphragme-piston 34, suffisante pour annuler la force exercée par la commande de frein pneumatique 25 au moyen du balancier 26, l'ensemble de valve à tiroirs de la vanne relais 22 à auto-régulation restera en position de desserrage. Cependant, si le courant du moteur 21 est insuffisant pour maintenir une force de pression de contre-réaction sur le piston-diaphragme 34, l'ensemble valve à tiroirs de la vanne de

relais à auto-régulation 22 sera glissé vers le haut en position d'ap-

plication du frein dans laquelle le premier passage de vanne d'alimen-

tation 32 est relié au passage de sortie 31. La pression d'amenée

résultante est reliée via une conduite 40 au dispositif de vanne re-

lais 16 qui, à son tour, alimente en air comprimé à partir de la source de pression 19 le cylindre de freinage pneumatique 17, ce qui déclenche le freinage par friction de la voiture correspondante avec la pression admise au passage 31. Concurremment, la pression au passage de sortie 31 est reliée à un piston-diaphragme de retour 42 qui agit également sur l'ensemble de vanne-bobine à auto-régulation en opposition à la force effective exercée vers le haut via le balancier 26. Quand ces'forces comprenant la force du petit ressort de desserrage 43 sont en équilibre, l'ensemble de valve à tiroirs A auto-régulation prend sa position neutre ou d'obturation dans laquelle l'alimentation en fluide sous pression s'arrête. En conséquence, la pression pneumatique de freinage à friction

est définie par la force pneumatique exercée par la commande de frei-

nage 25 réduite de la force pneumatique exercée via la vanne de relais 22

par le moteur 21. Comme on le verra dans la description qui suit, tant

que le niveau de freinage électrodynamique est suffisant pour satisfaire la demande de freinage selon une position donnée de la poignée de vanne de freinage 11 de sorte qu'aucun freinage à friction supplémentaire n'est nécessaire, le courant du moteur 21 est suffisant pour annuler la force pneumatique de la commande de frein 25, empêchant ainsi la vanne

de commande mixte de freinage 15 de développer un freinage par friction.

Dans la commande 24 répondant à la charge, la pression pneumatique du ressort pneumatique 20 de la voiture est reliée au piston-diaphragme 29 afin de régler la position de la roulette formant centre de rotation 27 le long du balancier 26 à l'encontre de la résistance du ressort 28, ce qui permet d'ajuster le rapport de levier du balancier 26 et ainsi l'amplification avec laquelle le courant du moteur 21 agira a l'encontre

de la force pneumatique de la commande de frein 25.

Ayant maintenant étudié la vanne 15 de commande mixte de freinage

dans la partie de freinage pneumatique du présent système, la descrip-

tion suivante sera orientée vers la manière avec laquelle le signal de courant de commande du moteur 21 est engendré par un réseau de commande

électronique régulé en décélération.

Le signal électrique de demande de freinage engendré par la vanne de freinage RBV est relié depuis le fil 13 a une entrée de remise e zéro R d'un générateur à paliers successifs 44, un amplificateur 45, un

détecteur d'urgence 46 et un équipement de freinage par récupération 48.

Le générateur à paliers successifs est remis à zéro par un signal de tension de zéro, de sorte qu'à la fin de chaque cycle de freinage, quand l'opérateur ramène la poignée de vanne de freinage 11 en position de desserrage et le fil 13 est porté à une tension nulle, le générateur a

paliers successifs 44 étant remis à zéro. De même, le détecteur d'urgen-

ce 46 détecte quand la poignée de vanne de freinage 11 est mue au-delà de la position de plein service vers une position d'urgence; dans ce cas, une tension supérieure à la tension de freinage prédéterminée de

plein service apparaît sur le fil 13.

Essentiellement, le réseau de commande électronique regulé en décélération répond a un signal électrique de demande de freinage correspondant au taux de décélération désiré selon la position de la poignée de vanne de freinage 11 et détermine le taux de décélération instantané du train et fait varier le freinage à friction instantané seulement en diminuant la force exercée sur les sabots de frein 18 pour essayer de maintenir le taux de décélération du train a la valeur désirée. Il se peut, cependant, que l'effort de freinage requis pour

donner le taux de décélération nécessaire soit plus grand que l'adhé-

rence ne le permet entre roues et rail, de sorte que quelque unes ou toutes les roues de la voiture peuvent commencer A glisser. Un tel glissement est détecté par le détecteur de glissement 47, tel qu'un E-5 DECELOSTAT classique, fabriqué par la Westinghouse Air Brake Company, ce qui alors oblige l'effort de freinage à diminuer jusqu'à ce que le glissement de roue disparaisse et qu'un freinage effectif soit rétabli. De plus, comme la voiture dispose également de dispositif de

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freinage à récupération 48, la force exercée sur les sabots de frein 18 est commandée de sorte que la somme du freinage de récupération et du freinage à friction donne le taux de décélération le plus grand possible

dans les limites des contraintes du système.

Le réseau électronique de commande régulê en décélération comprend également un indicateur de déplacement 49 qui indique la distance parcourue par la voiture. Ceci peut être effectué de façon adéquate en mesurant l'angle de rotation des roues de la voiture, ce qui permet de déterminer la distance parcourue, connaissant la circonférence de ces roues. Un signal fourni par l'indicateur de déplacement 49 est dérivé dans un différentiateur 50 pour fournir un signal de vitesse V qui est fourni au générateur de fonction 51 et à un nouveau différentiateur 52 qui fournit un signal RA représentatif de la décélération instantanée de la voiture. Tandis que les différents blocs différentiateurs 50 et 52 ainsi que le bloc indicateur de déplacement 49 sont représentés pour montrer comment la vitesse du train et les signaux de différentiation sont obtenus, on notera que le E-5 DECELOSTAT, utilisé comme détecteur de glissement 47, comprend un tel circuit dont les sorties peuvent être prises pour obtenir ces signaux de vitesse et de différentiation. Le

générateur de fonction 51 présente une certaine caractéristique vites-

se/adhérence qui montre les valeurs d'adhérence variant selon les

différentes vitesses et fournit, en conséquence, un signal RM repré-

sentatif du taux de décélération maximum auquel la voiture peut être normalement décélérée depuis une vitesse donnée sans glissement des roues. Comme on peut le voir sur le profil de courbe du générateur de fonction 51, la valeur d'adhérence maximale entre une roue et un rail

augmente quand la vitesse décrolt. Le profil présente une caractéris-

tique de raccordement au voisinage de la vitesse zéro pour réduire la variation de décélération (jerk) de la voiture quand elle vient à

l'arrêt.

Le signal instantané de taux de décélération RA est fourni à l'additionneur 53 ainsi qu'à un autre différentiateur 54 qui fournit un signal d'anticipation à l'additionneur par l'amplificateur 55. Ainsi l'additionneur reçoit un signal RA représentatif du taux de décélération

instantané du train et un autre signal qui représente le taux de varia-

tion de la décélération du train est changée. En utilisant un signal d'anticipation dans la boucle de commande, on améliore la stabilité du système et le taux de décélération de la voiture est ainsi réduit pour

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les hauts niveaux de décélération, ce qui augmente le confort des

passagers de la voiture.

L'additionneur 53 fournit un signal RT qui est amené à l'entrée

positive d'un amplificateur d'opération 56.

En fonctionnement normal, un signal de réglage RSp qui est amené à l'entrée négative de l'amplificateur d'opération 56 est un signal RD du

taux de décélération désiré, fourni par l'amplificateur 45 par l'intermé-

diaire de relais 57 unipolaire et à double contact. Ce relais est commandé par un comparateur 58 ayant un contacteur 59 qui est déplacé par le relais pour engager soit le contact 60, soit le contact 61. Le contacteur 59 engage normalement le contact 60 en l'absence d'un signal

provenant du comparateur 56 pour exciter le relais 57.

Le réseau électronique de commande régulé en décélération présente également un relais d'urgence 62 qui est un relais unipolaire à double contact, commandé par le détecteur d'urgence 46. Ainsi, le relais 62 présente un contacteur 63 qui est déplacé sous l'action du relais pour engager soit un contact 64, soit un contact 65. Le contacteur 63 engage

normalement le contact 64.

Le fonctionnement du comparateur 58 et du détecteur d'urgence 46 est étudié ci-dessous. L'amplificateur d'opération 56 fournit un signal d'erreur RE qui est amplifié par un amplificateur 66, intégré par un intégrateur 67 (qui permet seulement de fournir un signal de sortie

positif) et le signal intégré BD est amené à l'additionneur 68.

L'additionneur 68 recoit également un signal en retour BR de l'équipe-

ment de freinage par récupération 48 qui est représentatif de la quantité de freinage électrodynamique fourni. Ce signal en retour BR est, cependant, normalement isolé de l'additionneur 68 et n'y est seulement connecté en boucle de retour que dans le cas o une anomalie se présente,

qui empêche la génération du signal d'erreur BD de polarité positive.

Dans un tel cas, le système différentiel ou à commande régulée en

décélération se transforme en un système régulé sans taux.

L'additionneur 68 fournit alors un signal de courant BF au moteur 21 de la vanne de commande mixte de freinage 15. De plus, ce signal BF traverse chaque voiture d'un train de façon à moduler l'effet de freinage par friction sur les voitures remorquées, comme sur les voitures à poste de commande.

La vanne de commande mixte 15 fournit une pression pilote pneumati-

que à la vanne relais 16 par l'intermédiaire de la conduite pneumatique 40 et la vanne relais commande a son tour la fourniture de pression fluide

par l'intermédiaire de la conduite pneumatique 70 au cylindre de frein 17.

Une conduite pneumatique 71 relie la source d'air comprimé 19 à la vanne

relais 16 et à la vanne de commande mixte 15. Comme mentionné précedem-

ment, la vanne de commande 15 est alimentée avec un signal pneumatique indicatif des conditions de charge du véhicule, délivré par le capteur de charge 20 qui peut être par exemple constitué par les ressorts

pneumatiques de la voiture.

On notera que la pression de sortie pneumatique dans la condui-

te 40 est amplifiée par la vanne relais 16 en ce sens qu'elle fournit le

débit important nécessaire pour faire fonctionner le cylindre de frein 17.

La vanne de commande mixte 15 opère de façon directement proportionnelle.

Ainsi, la pression maximale dans la conduite 12 se traduit par une pression maximale dans les conduites 40 et 70 pour obtenir l'effort de

freinage maximal.

Ainsi, le signal PR de demande de freinage pneumatique fourni par

la vanne de freinage 10 par l'intermédiaire de la conduite pneumati-

que 12 est modifié par la vanne de commande mixte en réponse au signal

pneumatique fourni par le capteur de charge 20 et par le signal élec-

trique BF fourni par l'additionneur 74 pour amener le moteur 21 à fournir une pression modulée PB à la sortie de la vanne mixte. On notera également que le signal électrique BF fourni à l'additionneur 74 peut agir seulement dans le sens de la décroissance de la pression PB par rapport à ce qui se passerait s'il n'y avait pas de signal électrique BF effectif au moteur 21 de vanne de commande mixte. De plus, plus grand est le signal BF, plus importante est la décroissance de la pression pneumatique PB dans les conduites 40 et 70. Ainsi, si le signal de commande de moteur BF augmente, le signal pneumatique PB décrolt et vice

versa. Il peut ne se produire aucune augmentation de l'effort de frei-

nage par friction au-dessus du niveau requis selon la position sélec- tionnie de la poignée de vanne de freinage 11. Par exemple, si la poignée

de vanne de freinage 11 est mue vers une position correspondant

à 'la moitié de la pleine pression de freinage de service et que l'équipe-

ment de freinage 48 par récupération fournit un certain degré de freinage électrodynamique, la décélération instantanée du train sera alors évidemment trop importante due à la décélération additionnelle du freinage par friction en réponse au signal de demande de freinage pneumatique PR agissant par l'intermédiaire de la vanne mixte 15. Le 12 tEo2578496

signal de décélération instantanée RA et donc le signal RT à l'amplifi-

cateur d'opération 56 excédera donc le signal RspS correspondant à la demande de freinage telle que modifiée par le réseau de limitation de

décélération ci-après décrit. Le signal résultant RE d'erreur de diffé-

rentiation à la sortie de l'amplificateur d'opération 56 aura,-dans ce cas, une valeur positive dépendant de la différence entre la demande de taux de décélération et le taux de décélération instantané. De même, la sortie BF de l'additionneur 68 suivra ce signal d'erreur RE pour amener le moteur 21 à réduire la pression pneumatique dans les conduites 40 et 70 et ainsi réduire l'effort de freinage de friction en conséquence. Si l'effort de freinage électrodynamique pourvu par l'équipement de freinage par récupération 48 est capable de satisfaire pleinement à la demande de freinage, le signal BF sera maximum, ce qui amène le moteur 21 à couper complètement l'effet de freinage pneumatique requis par la pression PR R la conduite 12, de sorte que le freinage par friction sera totalement desséré et que seul le freinage électrodynamique sera en service. Si l'effort de freinage électrodynamique est seulement capable de fournir une partie de la demande de freinage, le signal BF prendra une valeur positive inférieure à ce maximum, et le moteur 21 coupera partiellement

le freinage pneumatique d'une certaine quantité de sorte que la décélé-

ration du train selon la demande de freinage sera assurée par une

combinaison des efforts de freinage électrodynamique et par friction.

On notera de ce qui précède que le niveau de freinage pneumatique assuré par la vanne de commande mixte 15, opérant par l'intermédiaire de la vanne relais 16, et les dimensions du cylindre pneumatique 17 sont

tels que, dans des circonstances normales et en tenant compte de varia-

bles telles que la résistance de roulement, la pente de la voie, etc., une force de freinage par friction suffisante peut être atteinte pour

fournir la décélération du train à un taux admissible maximum prédéter-

miné. Ainsi, l'amplificateur 66 laisse seulement passer le signal d'erreur de décélération RE vers l'additionneur 68 par l'intermédiaire de l'intégrateur 67 quand le signal d'erreur RE est de polarité positive car des signaux d'erreur RE de polarité négative ne sont produits que dans le cas improbable o le système n'a pas à répondre, la décélération

fournie étant supérieure à celle demandée.

L'homme de l'art notera également que la boucle de commande

proportionnelle intégrale différentielle est pourvue grâce à l'amplifi-

cateur 66, à l'intégrateur 67, au différentiateur 54, des moyens pour

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anticiper la variation du taux instantané de décélération RA afin

d'améliorer la stabilité du système.

Le système 10 assure non seulement la commande en boucle fermée pour augmenter la décélération commandée, mais contrôle et surveille également le glissement de roue et fait varier les paramètres de commande pour obtenir un freinage optimal. Ceci est obtenu grâce au générateur de fonction 51 qui est utilisé pour obtenir pour chaque vitesse un signal

ponctuel de décélération différent de celui fourni par l'opérateur.

On comprendra que si l'effort total de freinage appliqué est plus

grand que celui que peut supporter le taux d'adhérence existant normale-

ment entre roues et rail, l'effort total de freinage doit être diminué

jusqu'à disparition du glissement. Ainsi, un profil adéquat vitesse/adhé-

rence est fourni par le générateur de fonction 51 soit par calcul, soit par expérimentation, de façon à obtenir à la sortie du générateur 51 un signal RM, qui est représentatif du taux maximum de décélération du véhicule permis à une vitesse donnée, afin de minimiser le risque de glissement des roues. Le signal RM est fourni à l'entrée positive d'un amplificateur d'opération 72 et A l'entrée positive d'un amplificateur d'opération 73. La sortie du générateur à paliers successifs 44 est connectée à l'entrée négative de l'amplificateur d'opération 73 et le

signal de valeur constante est amené à l'entrée négative d'un amplifica-

teur d'opération 72 à partir d'une source adéquate 74. La sortie de l'amplification d'opération 72 est un signal modifié R'M de décélération autorisée maximale. Ce signal R'M est applique à l'entrée positive du comparateur 58 et au contact 60. Le signal de décélération désiré RD est fourni par l'amplificateur 45 à l'entrée négative du comparateur 58. Si le signal de décélération désiré RD est inférieur au signal maximum autorisé modifié R'M, le comparateur 58 commande alors le relais 57 pour déplacer le contacteur 59 hors de sa position normale pour l'amener à s'engager avec le contact 61 de sorte que le signal de décélération désiré RE est fourni à l'amplificateur d'opération 56 comme signal de réglage ponctuel RSp. Cependant, si le décélération désiré RD est

supérieure à la valeur autorisée maximale modifiée R'M, alors le compara-

teur 58 est actionné pour désexciter le relais 57 et la valeur R'M est fournie à l'amplificateur d'opération 56 comme valeur de réglage. Ainsi,

si l'opérateur essaie d'obtenir dans des conditions normales de fonction-

nement une plus grande décélération par rapport au maximum autorisé modifié, le système ne pourran pas décélérer la voiture à la valeur

14 2578496

requise par l'opérateur mais le fera au maximum modifié pourvu par

l'amplificateur d'opération 72.

Si les roues de la voiture glissent ou s'enrayent, cet état est détecté par le détecteur de glissement 47 qui oblige le générateur à paliers successifs 44 à augmenter son signal de sortie qui est ensuite soustrait du signal de décélération maximum RM produit par le générateur de fonction 51 pour fournir un signal de décélération autorisée maximum modulé ou réduit R'M, qui est alors utilisé. Si le glissement continue, après une période de temps prédéterminée, la sortie du générateur à paliers successifs 44 augmente à nouveau pour ensuite diminuer le signal R'M. Quand R'M est supérieur à RD, le signal de réglage est RD. Cependant, quand R'M devient plus petit que RD, alors le comparateur 58 commande le relais 57 et R'M devient le signal de réglage. Si le glissement se poursuit, alors R'M continue à diminuer et le freinage par friction est réduit jusqu'au moment oO il ne se produit plus de glissement. Quand décrolt la vitesse de la voiture, la valeur de RM augmente selon le profil vitesse/adhérence, en fournissant ainsi le freinage optimal. Il peut se produire que, dans des conditions de fonctionnement normales, lorsque la vitesse de la voiture diminue, la valeur de R'M puisse augmenter pour être supérieure à RD. Quand ceci se produit, cette situation est détectée par le comparateur 58 qui commute le relais 57 de sorte que la valeur de réglage est à nouveau RD. Quand la vitesse du train tend vers zéro, la partie de raccordement de la caractéristique dans le profil vitesse/adhérence fourni par le générateur de fonction 51 entre en jeu et le signal de réglage devient R'M diminue progressivement jusqu'à zéro quand le train ralentit, l'effort de freinage diminuant pour diminuer la variation de décélération qui autrement se produit

quand le train s'arrête.

Dans des conditions de freinage d'urgence, le détecteur d'ur-

gence 46 commande le relais 62 de sorte que le signal de réglage devient REM, c'est-à-dire le signal de décélération fourni par l'amplificateur d'opération 73. Le signal REM est le signal maximum de décélération RM, moins le signal de tension constante k de la source 74, pour garantir que persiste encore un effort de freinage dans les conditions les plus mauvaises de glissement de roue. En variante, la valeur constante peut correspondre à l'adhérence dans les meilleures conditions et le signal maximum peut alors être diminué si apparait le glissement, comme on l'a

indiqué plus haut.

2578496?

En se référant maintenant A la figure 3, est représenté un circuit

constituant le générateur de fonction 51 sous forme d'un réseau clas-

sique, non linéaire, à diodes et résistances, aussi bien dans les circuits directs que dans les circuits de bouclage d'un amplificateur d'opération A1, pour engendrer-la relation non linéaire requise entre le signal de vitesse V à l'entrée du générateur de fonction 51 et la sortie RM. En sélectionnant des valeurs appropriées des différentes résistances et diodes, la sortie de l'amplificateur A fournira le signal

de décélération autorisé maximum RM en fonction de la courbe vitesse/adhé-

rence à différentes vitesses.

A la figure 4, est représenté un générateur à paliers successifs 44

sous forme d'un circuit accumulateur pas-à-pas, qui comprend un amplifi-

cateur à gain programmable A2 ayant une entrée à laquelle le signal de

décélération maximum autorisé RM est amené depuis la sortie de l'amplifi-

cateur A1 en fonction du circuit générateur de la figure 1, et un compteur qui est commandé par un signal de glissement du détecteur de glissement 47. La sortie de l'amplificateur A fournit un signal décrément RS pas-à-pas, aussi longtemps que le compteur est maintenu basculé par la présence d'un signal de glissement. Le signal décrément RS varie d'une valeur différente prédéterminée à chaque période de comptage du compteur. Une entrée de remise à zéro du compteur reçoit du rhéostat 14 un signal d'excitation quand la poignée de vanne

de freinage 11 est mue en position de desserrage après un cycle d'appli-

cation du freinage.

A la figure 5, est représenté un amplificateur d'opération 72 comprenant un amplificateur à gain négatif A3 auquel est amené, à son entrée négative, le signal décrément Rs, ainsi qu'un amplificateur de gain A4 recevant à son entrée négative la différence de potentiel entre le signal décrément RS de l'amplificateur A3 et le signal de taux de décélération maximum autorisé RM. La sortie de l'amplificateur A4 émet ainsi un signal de sortie R'M qui est le signal de décélération maximum

autorisé RM diminué par le signal décrément effectif Rs.

La figure 6 représente un comparateur 58 comprenant l'amplifica-

teur A5 dont l'entrée est reliée à la borne de base d'un transistor T1

ayant un enroulement de relais 57 dans son circuit émetteur/collecteur.

Le contacteur 59 du relais 57 est commandé par l'enroulement de relais de façon à engager le contact 61 quand l'enroulement de relais est excité et engager le contact 60 quand l'enroulement de relais est

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désexcité. Le contact 61 est relié au signal électrique RBV déclenchée par la demande de freinage et le contact 60 est relié au signal de

décélération maximum permissible décrémenté R'M. La sortie de l'amplifi-

cateur A5 est sensible en polarité selon que, soit le signal R'M, soit le signal RBV est le plus faible, de façon à alimenter ou ne pas alimenter le transistor T1 en conséquence. Le transistor, à son tour, commande le relais 57 pour émettre le plus faible soit du signal R'M, soit du

signal RBV.

On comprendra que le générateur à paliers successifs 44 peut être modifié de façon qu'au début d'un cycle de freinage, sa sortie augmente d'une valeur adéquate telle qu'initialement R'M = RD. Ceci réduira le délai avant que l'effort de freinage ne soit diminué pour éviter le glissement. On comprendra également qu'au moins une partie de la boucle de commande fonctionne de façon numérique plutôt qu'analogique, comme représenté sur les dessins. Ainsi, un calculateur central peut être

adéquatement programmé afin d'être utilisé pour effectuer la différen-

tiation et les autres fonctions de façon numérique. De même, au lieu d'utiliser des interrupteurs physiques tels que les relais 57 ou 62, des

systèmes d'interrupteurs logiques peuvent être utilisés.

Egalement, une vanne de freinage de type classique 26 ou 28, fabriquée par la Westinghouse Air Brake Company, peut être utilisée a la place de la vanne de freinage de type SA-9. Comme ces types de vanne de freinage fonctionnent sur un principe inverse, c'est-à-dire qu'une réduction de pression par mouvement de la poignée depuis le desserrage jusqu'à la position de plein service; un inverseur de pression tel qu'une vanne de commande MC-30 classique, également fabriquée par

Westinghouse Air Brake Company, peut être utilisée sur le conduit 12.

En variante à l'inverseur de pression sur la conduite 12, quand on emploie une vanne de freinage de type 26 ou 28, on peut utiliser une version différente de vanne mixte 15 SERVOTROL dans laquelle la commande pneumatique 24 est modifiée en disposant un ressort pour commander le balancier par l'intermédiaire d'un piston soumis à la pression de la

canalisation 12 agissant en opposition au ressort.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitte aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte de

l'esprit de l'invention.

17.2578496

Claims (17)

REVENDICATIONS

1.- Système de commande de freinage pour un véhicule ferroviaire roulant, caractérisé en ce qu'il comporte: (a) des moyens (10 à 13) pour fournir en même temps un signal de demande de freinage pneumatique (RBV)et un signal de demande de freinage électrique correspondant; (b) des moyens de vanne de commande (22) pour fournir un effort de freinage à friction sur ledit véhicule en réponse audit signal de demande de freinage à commande pneumatique; (c) des moyens de limitation pour fournir un taux maximum admissible de signal de décélération;

(d) des moyens pour fournir un signal de demande de taux de décéléra-

tion (RM) en correspondance au plus faible des deux parmi le signal de demande de freinage électrique et le signal de taux de décélération maximum admissible; (e) des moyens pour fournir un signal différentiel de contre-réaction en fonction du taux instantané de décélération dudit véhicule; (f) des moyens pour fournir un signal différentiel d'erreur en fonction

de la différence entre ledit signal de demande de taux de décéléra-

tion et ledit signal différentiel de contre-réaction; et (g) des moyens de vanne de commande comportant des moyens sensibles audit signal différentiel d'erreur pour s'opposer audit signal de demande de freinage pneumatique de façon à moduler ledit effort de

freinage à friction.

2.- Un système de commande de freinage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'opposition audit signal de demande de freinage pneumatique sont constitués par un transducteur

électrique pneumatique (21 à 25).

3.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens pour fournir lesdits signaux de demande de freinage électrique et pneumatique sont constitués par un dispositif (10) de vanne de freinage commandé par un opérateur comportant un levier (11) grâce auquel lesdits signaux de demande de freinage électrique et pneumatique varient entre des valeurs inférieure et supérieure selon la position choisie dudit levier (11) entre des positions de desserrage des freins et d'application du frein à la valeur

maximale de service.

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4.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: (a) des moyens (50) pour fournir un signal de vitesse (V) en fonction de la vitesse de déplacement dudit véhicule; et (b) lesdits moyens de limite étant constitués par un générateur de fonction (51) présentant une caractéristique vitesse/adhérence

prédéterminée à partir de laquelle ledit signal de taux de décélé-

ration maximum admissible est engendré à différentes vitesses du véhicule.

5.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour fournir le signal de demande de taux de décélération (RM) comporte: (a) des moyens de commutation (57) comportant un contact normalement ouvert et auquel est fourni ledit signal de demande de freinage électrique et un contact normalement fermé auquel est fourni le signal de taux de décélération maximum admissible; et (b) des moyens de comparateur (58) comportant une première entrée à

laquelle est fourni le signal de demande de freinage électri-

que (RD), une seconde entrée à laquelle est fourni le signal de taux de décélération maximum admissible (R'M) et une sortie par l'intermédiaire de laquelle lesdits moyens de commutation (57)

sont excités lorsque ledit signal de demande de freinage élec-

trique est inférieur audit signal de taux de décélération maximum

admissible et ne sont pas excités lorsque ledit taux de décéléra-

tion maximum admissible est inférieur audit signal de demande de

freinage électrique.

6.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: (a) des moyens (47) pour détecter une situation de glissement ou d'enrayage des roues; et (b) des moyens de modulation du glissement pour réduire ledit signal de taux de décélération maximum admissible au cours de ladite

situation de glissement ou d'enrayage des roues.

7.- Un système de commande de freinage selon la revendication 1,

caractérisé en ce que lesdits moyens de modulation du glissement compor-

tent: (a) des moyens (47) aptes à fournir un signal de glissement lorsque

l'une quelconque des roues dudit véhicule est soumise à un glisse-

ment ou A un enrayage; et

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(b) des moyens de générateur à paliers successifs (44) aptes à fournir un signal de décrémentation ou de décroissance en réponse à la présence dudit signal de glissement et grâce auquel ledit signal

de taux de décélération maximum admissible est réduit.

8.- Un système de commande de freinage selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit signal de décrémentation ou de décroissance comporte une valeur telle que ledit signal de taux de décélération maximum admissible (R'M) est réduit d'une proportion ou d'un pourcentage prédéterminée.

9.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 7 ou 8, caractérisé en ce que ledit signal de décrémentation est présent pendant une durée prédéterminée et est répété périodiquement en

présence dudit signal de glissement.

10.- Un système de commande de freinage selon la revendication 9, caractérisé en ce que la valeur dudit signal de dÉcrémentation varie au cours de ladite période de temps prédéterminée, de telle façon que ledit signal de taux de décélération maximum admissible (RM) est réduit

périodiquement de ladite proportion prédéterminée.

11.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 7 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de générateur à paliers successifs (44) sont susceptibles d'être remis a zéro dans le cas o ledit signal de demande de freinage électrique atteint une valeur prédéterminée.

12.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: (a) des moyens (46) pour détecter un freinage d'urgence; et (b) des moyens de modulation de l'urgence pour fournir ledit signal de demande de taux de décélération au cours d'un freinage d'urgence

en parallèle auxdits moyens de modulation du glissement.

13.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour

relier ledit signal différentiel d'erreur auxdits moyens de contre-

réaction uniquement lorsque ledit signal différentiel d'erreur comporte

une polarité prédéterminée indiquant que ledit signal de taux de contre-

réaction excède ledit signal de demande de taux de décélération.

14.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 à 13, caractérisé en ce que ledit signal d'erreur agit sur lesdits moyens de contre-réaction dans une direction propre t diminuer

D 2578496

ledit effort de freinage à friction.

15.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: (a) un amplificateur d'opération (56) comportant une première entrée soumise audit signal de demande de taux de décélération, une deuxième entrée soumise audit signal de taux de contre-réaction, et une sortie fournissant ledit signal différentiel d'erreur (RE); et (b) des moyens agissant sur ledit signal de taux de contre-réaction pour fournir un signal d'anticipation apte à modifier ledit signal de taux-de contre- réaction en fonction du taux de variation dudit

signal de taux de réaction.

16.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de

freinage électrodynamique (48) aptes à réaliser le freinage par régénéra-

tion dudit véhicule en fonction dudit signal de demande de freinage

électrique (BR).

17.- Un système de commande de freinage selon l'une des revendica-

tions 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens aptes à relier un signal de contre-réaction du freinage à régénération auxdits moyens de contre-réaction en parallèle audit signal différentiel d'erreur (RE) dans le cas o la polarité dudit signal différentiel

d'erreur est opposée à ladite polarité prédéterminée.