WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION
<EMI ID=1.1>
véhicules ferroviaires et concerne plus particulièrement de tels appareils qui détectent une modification du taux d'accélération uu de décélération d'un train
<EMI ID=2.1>
distance nécessaire pour une manoeuvre souhaitée du train, telle qu'une réduc-
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Il est déjà connu de commander la vitesse de déplacement d'un ou plusieurs véhicules ferroviaires le long d'une voie à plusieurs cantonnements ou blocs de signalisation par l'utilisation de signaux de code de vitesse en liaison avec
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de C.S. Miller ainsi que dans le brevet US 3 532 877 et le "reissue" 27472 de G.M. Thorne - Booth. En outre un article de R.C. Hoyler paru dans la revue Westinghouse Engineer de juillet 72, pages 98 à 104 sous le titre "Design Techniques For Automatic Train Control", et un autre article de R.C. Hoyler paru
dans la revue Westinghouse Engineer de septembre 1972 pages 145 à 151, sous le titre "Automatic Train Control Concept Are Implecented By Modern Equipment", décrivent un équipement de commande de train conçu pour un fonctionnement fiable.
Dans le but d'initier et de stopper le mouvement d'un train, il est souhaitable de connaitre la valeur du coefficient d'adhérence ou friction entre les roues du train et les rails sur lesquels roule le train. La vitesse de déplacement permise pour un second train suivant un premier train qui le précède est déterminée en partie par la localisation du premier train sur la voie en avant du second train ainsi que par les conditions d'adhérence des rails en avant du dit second train. S'il est désirable de stopper le second train à une distance de sécurité prédéterminée derrière le premier train sans risque de collision entre les deux trains, il est nécessaire de déterminer une distance de sécurité à partir de laquelle doit commencer le freinage du second train.
Cette distance est fonction du degré d'adhérence et du taux de décélération résultant qui peut être raisonnablement obtenu par freinage du train en tenant compte de sa vitesse. En général la distance d'arrêt D peut être déterminée par la formule :
<EMI ID=6.1>
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où V est la vitesse du train et R le taux de décélération connu. Si de la pluie, de la glace ou toute autre couche de matériau recouvre les rails, le taux de décélération R en sera modifié.
Il est connu de prévoir un appareil de détection de patinage ou de glissement et de commande pour supprimer une consigne pour l'entraînement ou pour le freinage du train jusqu'au moment où l'état d'adhérence anormal soit corrigé.
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corrigé pour permettre aux roues de revenir à une vitesse de rotation correspondant à la vitesse du train. Un signal de vitesse est délivré pour chacun des essieux par des détecteurs de vitesse convenables, une tension de sortie continue, proportionnelle à la fréquence de la sortie du détecteur de vitesse étant fournie et une dérivée de cette tension étant utilisée pour faire basculer un système de commande lié au glissement et au patinage comme décrit dans un article de J. E. Moxie et Consort ayant pour titre "Propulsion Control For Passenger Trains Provides High Speed Service", paru dans la revue "Westinghouse Engineer" de septembre 1970 aux pages 143 à 149.
Quand la tension dérivée dépasse une valeur correspondant à une accélération ou à une décélération des roues de 13 km/h par seconde, un signal de sortie délivré par le système de commande lié au patinage et au glissement excite un relais pour initier une action qui réduit l'effort de traction ou l'effort de freinage jusqu'au moment où la condition de patinage ou de glissement est éliminée. Une fois la condition de patinage ou de glissement éliminée, les roues reviendront à une vitesse correspondant à la vitesse du train.
On peut supposer que le retour des roues à la vitesse voulue se fera avec un taux de variation de l'ordre de 13 km/h par seconde ou supérieur, et de ce fait, une dérivée de vitesse de signe opposé au signe du signal dérivé qui initie la réduction de l'effort de traction ou de freinage peut être utilisé pour remettre à zéro le système de commande, éliminer
la sortie du système, désexciter le relais de commande et rétablir l'effort de freinage ou de traction désiré. Il est reconnu que l'hypothèse qu'une décélération correspondante des roues suit toujours une accélération des roues due au patinage et vice versa, peut ne pas être valable et pour cette raison on prévoit un circuit de cessation qui est mis en service lorsqu'un signal de sortie du système apparaît . Si la dérivée de signe opposé ne se manifeste pas endéans trois secondes, le système de commande est remis à zéro et le relais est désexcité par le circuit de cessation, la désexcitation du dit relais permettant alors le rétablissement de l'effort de traction ou de freinage désiré.
Le signal de commande lié au glissement et au patinage coopère avec l' équipement de commande de consigne de vitesse monté sur le train pour abaisser la vitesse du véhicule à une valeur compatible avec un niveau d'ahérence minimum de sécurité, qui a été précédemment déterminée et qui permet d'arrêter le train sur la distance prévue. Le véhicule arrête soit en concordance avec un niveau normal de vitesse de fonctionnement ou en concordance avec un niveau minimum prédéterminé de vitesse de fonctionnement. Connaissant les caractéristiques du train et l'importance et le type du phénomène affectant la voie au point de vue glissement et patinage, qui existent réellement, on peut si on le désire, prévoir un système de commande réglable.
Un intervalle de temps peut être mesuré pendant une condition donnée de glissement et de patinage ou bien plusieurs conditions de glissement et de patinage de courte durée sont intégrées pour diminuer la vitesse du �rain. En utilisant un signal de commande déterminé par le mouvement des roues du véhicule on peut déterminer si on se trouve en présence seulement d'un phénomène de glissement et de patinage de peu d'étendue ou au contraire en présence d'un phénomène de glissement et de patinage de grande étendue.
Le présent appareil de commande de vitesse peut être monté à bord de chaque véhicule ce qui fait que chaque véhicule détermine sa propre réponse. Le premier train du matin, par exemple, roule dans des conditions d'environnement comportant du brouillard et de la pluie avec en plus un film de rouille sur les rails et peut être confronté avec assez bien de patinage et de glissement et être obligé de fonctionner à un niveau de vitesse réduit. Cependant, le dixième ou le vingtième train qui passe sur ces mêmes rails le même jour pourra probablement fonctionner au niveau normal de vitesse
L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés. Sur ces dessins :
La figure 1 est une représentation schématique de l'appareil de commande de vitesse de véhicule suivant l'invention, La figure 2 est une illustration du fonctionnement de l'appareil de régulation de vitesse montré à la figure 1, La figure 3 illustre le fonctionnement de l'appareil de contrôle du patina- <EMI ID=9.1> La figure 4 est une représentation de l'appareil de détection de la condition d'adhérence de la voie, La figure 5 est une représentation d'un premier appareil de détermination <EMI ID=10.1> La figure 6 est une représentation d'un deuxième appareil de détermination des caractéristiques d'adhérence de véhicule travaillant à partir de la voie.
Dans les réseaux ferrés à grande vitesse, on atteint une'capacité de circulation élevée en portant au maximum, dans les limites autorisées de sécurité du réseau, les performances des véhicules ferroviaires. En général, les intervalles entre trains roulant dans une même direction et/ou les distances d'approche sont basés sur la vitesse et sur le taux de freinage. Par exemple, si la vitesse du train est maintenue à une valeur V et si on peut compter sur un taux de freinage R, il faudra alors, comme indiqué par l'équation (1) ci-dessus, une distance D pour assurer l'arrêt du véhicule. Si le taux de freinage R disponible est réduit, il faut alors prévoir une distance de freinage D plus importante ou réduire la vitesse V pour maintenir la marge de sécurité requise.
La présente invention peut être utilisée pour exploiter au maximum les possibilités de décèleration disponibles du véhicule par rapport à l'état de la voie en préservant la sécurité du réseau. Il est connu que l'on détermine les 'critères de sécurité du réseau en admettant soit une valeur moyenne du coefficient de friction pour tous les éléments du réseau dans tous les cas ou soit une valeur minimum associée à
un cas défavorable pour tous les calculs. Si on envisage le premier cas, il est évident que dans certaines conditions défavorables il y a risque d'accident à cause de la mise en jeu d'an taux de décélération inférieur au taux de décélération moyen requis et si on envisage le second cas, il est également évident
que si toutes les marges sont calculées sur base d'un cas défavorable il en résulte une détérioration importante de la capacité du réseau. La présente invention est susceptible d'être adaptée aux réseaux à commande automatique ou manuelle dans le but d'obtenir une capacité d'exploitation maximum compatible avec le taux de décélération ou d'accélération disponible et est particulièrement utile dans les réseaux automatisés qui sont exploités dans des régions à variations climatiques brusques provoquant des modifications importantes de la capacité de traction.
Comme montré à la figure 1, un appareil de commande de traction et de freinage 10 monté à bord d'un véhicule ferroviaire Il circulant le long d'une voie
13, coopère avec un ou plusieurs moteurs de traction 12 et avec le système de freinage 14 du véhicule. Un ou plusieurs détecteurs de viLesse à tachymètre 16 couplés aux roues du véhicule, fournissant à l'appareil de régulation de vitesse 20, un signal de réinjection de vitesse réelle à travers un conducteur 18.
Un signal de vitesse désirée est appliqué par un conducteur 22 à l'appareil de régulation de vitesse 20, à partir d'un récepteur 24 de signaux de vitesse asso-
<EMI ID=11.1>
gne de vitesse. L'appareil 23 de régulation de vitesse fournit un signal P comme décrit dans un article de R.C. Hoyler publié aux pages 145 et 151 de la revue "Westinghouse Engineer" de septembre 1972, ayant pour titre : "Automatic Train Control Conceptd Are Implemented By Modern Equipment" et dans l'article "Propulsion Control For Passenger Trains Provides High Speed Service" de V.E. Moxie et Consort, déjà cité. Le signal P délivré sur le conducteur 30 est appliqué à l'appareil 10 de commande de traction et de freinage.
Des détecteurs de vitesse distincts 15 reliés aux roues du -véhicule fournissent un signal de vitesse à un appareil 32 de contrôle de glissement et de patinage, qui délivre un signal de commande sur le conducteur 34 pour l'envoyer à l'appareil 10 de commande de traction et de'freinage et sur le conducteur 60 pour l'envoyer à un appareil 36 de détection de la condition d'adhérence de voie en relation avec la durée et l'importance de chaque condition de glissement ou de patinage des
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dition d'adhérence de voie 36 fournit, par un conducteur 38, un signal de commande à l'appareil 20 de régulation de vitesse, de manière qu'il en résulte une modification du signal de consigne de vitesse désirée dans le but de faire varier le signal d'erreur de vitesse dirigé par le conducteur 30 vers <EMI ID=13.1>
l'appareil 10 de commande de traction et de freinage.
L'appareil de régulation de vitesse 20 est associé au récepteur 24 de signaux de vitesse et au décodeur de consigne de vitesse 28 de façon qu'un ensemble de signaux d'entrée caractérisés par la fréquence soient disponibles sur le conducteur 22, indiquant la vitesse désirée à laquelle le véhicule Il doit rouler et celui-ci alimente un des oscillateurs à cristal prévus dans l'appareil
de régulation de vitesse-20 pour déterminer la vitesse du véhicule en fournissant un signal de vitesse désirée.
A la figure 2, on a représenté l'appareil 20 de régulation de vitesse comportant les oscillateurs d'entrée à cristal qui sont prévus, la fréquence du signal de vitesse désirée étant délivré par l'oscillateur à cristal 50 concerné à un monostable numérique 52, comme décrit dans le brevet US 3 749 994 de T.C.
<EMI ID=14.1>
50 en une tension précise de signal analogique de vitesse désirée, qui est appliquée au comparateur 58. Les détecteurs de vitesse 16 associés aux roues du véhicule Il fournissent au comparateur 58 -un signal de vitesse réelle destiné. à être comparé avec le signal de vitesse souhaitée venant du monostable numérique 52 de façon qu'un signal d'erreur soit envoyé par le dit comparateur 58 à l'appareil 10 de commande de traction et de freinage par le conducteur 30. En outre le signal de vitesse réelle venant du détecteur de vitesse 15 est appli qué à un appareil 32 de contrôle d� patinage et de glissement qui fournit un signal de sortie sur le conducteur 60 quand, entre les roues du véhicule 11 et la voie 13, apparaît une condition de patinage ou de glissement dépassant une valeur déterminée.
Quand apparaît un signal de commande sur le conducteur 60, un oscillateur à cristal 62 de fréquence de fonctionnement prédéterminée, est excité pour fournir un signal, à travers la porte OU 56, au monostable numérique 52. L'oscillateur à cristal 62 fonctionne à une fréquence plus élevée que l'oscillateur à cristal 61 pour, en fait, réduire l'amplitude de la tension de sortie analogique délivrée par le monostable numérique 52 et ceci a pour effet de réduire la vitesse du véhicule Il. Comme les spécialistes le savent, le monostable numérique 52 peut fournir une tension continue moyenne de sortie qui est fonction du rythme d'impulsions déterminé par le signal de fréquence d'entrée délivré par l'oscillateur 50 et de la période d'impulsion.- déterminée par la fréquence du signal de fréquence d'entrée venant de l'un des oscillateur 61
<EMI ID=15.1>
oscillateur 61, la période d'impulsion est plus courte pour l'oscillateur 62 et la tension de sortie du monostable sera d'autant plus courte. Par une sélection judicieuse de la fréquence propre de l'oscillateur 62 par rapport à la fréquence de l'oscillateur 61, tout pourcentage de réduction de vitesse pour le véhicule 11 peut être prévu à volonté en rapport avec la condition de patinage <EMI ID=16.1>
la voie 13.
A la figure 3, on a illustré le fonctionnement de l'appareil 32 de contrôle de glissement et de patinage de manière que le signal de vitesse réelle venant des détecteurs de vitesse 15 soit envoyé par le conducteur 17 à un circuit à impulsion unique 70. La fréquence du signal d'entrée pulsé appliqué au conduc-
<EMI ID=17.1>
cuit 70 il donne un signal de sortie pulsé calibré et un taux de répétition identique à celui du signal d'entrée appliqué au conducteur 17. Le signal de sortie délivré par le circuit 70 est alors envoyé à travers un filtre passe-bas 72 et vu qu'une zone connue tension-temps est mise en jeu à un taux donné, la tension moyenne est proportionnelle à la vitesse du véhicule. Un circuit différentiateur
74 peut être utilise pour détecter des conditions de patinage et de glissement et la sortie de ce dernier est proportionnelle au taux de variation de la tension moyenne. Un détecteur de niveau 76, par exemple une bascule de Schimdt est prévue pour détecter un taux de variation positif supérieur à la normale et un second détecteur de niveau 78 est prévu pour détecter un taux de variation négatif supérieur à la normale.
Une porte OU 79 délivrera un signal de commande sur le conducteur 60 si une condition anormale de patinage ou une condition anormale de glissement est détectée entre les roues du véhicule Il et la voie 13. Dans des conditions normales la porte OU 79 ne délivrera aucun signal de sortie. Une résistance 73 et un condensateur 75 détecteront une sortie hors des limites
<EMI ID=18.1>
La valeur type d'une accélération ou d'une décélération dans un réseau de transport en commun peut être de l'ordre de 5 km/h par seconde. Les détecteurs de niveau 76 et 78 sont réglés pour détecter le taux de variation de vitesse de l'ordre de 13 km/h par seconde alors que le taux de variation normal se situera en dessous de 5 km/h par seconde. Une condition de patinage anormale serait plus rapide et la pente de sa courbe de vitesse serait plus raide. Une fois que l' appareil de contrôle de patinage ou de glissement détecte une condition anorma-
<EMI ID=19.1>
60 qui l'amène à l'appareil 36 de contrôle d'adhérence de voie.
De la même façon, on peut utiliser le contrôle de décélération pour déterminer quel effort de freinage est déployé quand un taux maximum est nécessaire et si la réponse ne se situe pas dans les limites des spécifications prévues une action corrective peut alors être entreprise, comme par exemple une réduction des vitesses sur la base d'un pourcentage ou d'une limite de vitesse. De même, un contrôle d'accélération peut être prévu pour permettre la détection d' un bas niveau d'adhérence avant que le véhicule puisse atteindre une éventuelle vitesse élevée incompatible avec la sécurité, à partir de laquelle il ne pourrait pas arrêter sans danger.
Comme indiqué à la figure 4, quand une condition da patinage-glissement apparaît, un signal positif présent sur le conducteur 60 est appliqué à l'entrée d'une porte OU 80 et ce signal est inversé par cette dernière pour fournir un signal négatif à sa sortie.
Ce signal initie la décharge du condensateur 81 à travers la résistance 82
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glissement, qui se présente à l'entrée de la porte "OU" 80 se manifeste suffisammen� longtemps, le condensateur 81 se déchargera en dessous du niveau de la tension de seuil établi par les résistances 83 et 84 pour le circuit à bascu-
<EMI ID=21.1>
cuit à bascule 85 change d'état pour devenir négative. L'inverseur 86 détecte ce changement d'état de la sortie du circuit à bascule 85 et délivre alors une sortie positive au relais 88 pour le désexciter et faire ouvrir ses contacts
87. Les contacts 87 peuvent s'ouvrir par gravité et, lorsque le relais 88 est
<EMI ID=22.1>
courte durée, le condensateur 81 ne se déchargera pas en dessous du niveau de tenaion de seuildu circuit à bascule 85 et la sortie de ce dernier restera positive et ne changera donc pas d'état, ce qui fait que le relais 88 restera alimenté et que ses contacts 87 resteront fermés.
Si les signaux de patinage-glissement apparaissent sur le conducteur 60 en quantité suffisante pour décharger le condensateur 81 en dessous de la tension de seuil du circuit à bascule 85, la sortie de ce dernier deviendra négative
et provoquera, comme expliqué précédemment l'ouverture des contacts 87.
Un circuit constitué d'un condensateur 89, d'une résistance 90 et d'un transistor 91 agit comme un circuit d'impulsion à largeur minimum pour faire en sorte qu'une fois le relais 88 désexcité, les contacts 87 restent ouverts pendant un court intervalle de temps au bénéfice de l'appareil 20 de régulation de vitesse pour qu'il répondre correctement à l'ouverture des dits contacts 87. Quand les contacts 87 sont ouverts, le conducteur 92 n'est plus en mesure d'assurer l' alimentation du relais 93 dont les contacts 94 s'ouvrent par gravité. En même temps, les contacts 95 s'ouvrent pour mettre fin au fonctionnement de l'oscillateur 61 tandis que les contacts 96 se forment pour mettre l'oscillateur 62 en fonctionnement.
Un interrupteur 99 de remise à zéro manuelle instantanée est prévu pour alimenter le relais 93 et fermer les contacts 94 et 95 quand le conducteur du véhicule le juge utile.
Le choix de la constante de temps de décharge du condensateur 81 associé à la résistance 82 et de la constante de temps de recharge du condensateur 81 associé à la résistance 95 et à la diode 96 détermine un fonctionnement asymétrique pour la détermination de la tension de seuil prévue pour faire changer la <EMI ID=23.1>
posants données ci-après conviennent dans le cas d'une réalisation particulière de cet appareil donnée à tint: d'exemple, pour obtenir une constante de temps de l'ordre de une demi-seconde :
<EMI ID=24.1>
<EMI ID=25.1>
<EMI ID=26.1>
Le circuit à largeur d'impulsion minimum fonctionne de manière telle que quand la sortie de l'inverseur 86 devient positive, celle-ci provoque, à travers le condensateur 89, la conduction du transistor 91. Le collecteur du transistor
91 est reliée une entrée 97 de l'inverseur 86 pour maintenir la sortie 98 positive aussi longtemps que l'entrée 97 est maintenue négative. Du fait que le courant à la base du transistor 91 est appliqué à travers le condensateur 89,
ce courant décroît en fonction du temps et atteindra un niveau en dessous duquel le transistor 91 deviendra non conducteur pour libérer l'entrée 97 et permettre
<EMI ID=27.1>
est positive à ce moment.
A la figure 5, on a illustré la mesure, à partir de la voie/des performan-
<EMI ID=28.1>
ment de vitesse automatique qui intervient en un endroit connu de la voie. Si
le véhicule Il roule à sa vitesse normale, lorsqu'il passe en un point de ralentissement prédéterminé de la voie 13 on peut mesurer soit le temps nécessaire pour atteindre un point donné soit la vitesse du véhicule en un point donné.
Un transmetteur de signaux de vitesse 120 associé à une antenne 122 couplée à un shunt 124 raccordé entre les rails 126 et 128 de la voie 13 est utilisé pour apporter un changement dans la commande du véhicule Il quand il pénètre dans le contonnement dont le shunt 124 constitue une des limites. Quand le véhicule atteint l'emplacement du détecteur de véhicule 100, point dont on connait la distance par rapport à l'antenne 122, l'appareil de détection de voie 102 peut établir le temps qui s'écoule entre le passage du véhicule au droit de l'emplacement du détecteur 100 et son passage au droit d'un second détecteur de véhicule
104 situé à une distance connue du premier détecteur 100. De cette façon, la vitesse du véhicule Il circulant entre les deux détecteurs peut être établie.
Connaissant la vitesse du véhicule Il circulant entre les deux détecteurs, on peut déterminer le niveau d'adhérence disponible des roues du véhicule Il par rapport à la voie 13, ce qui permet l'initiation d'une manoeuvre appropriée de commande de vitesse de véhicule à partir de la voie. Par exemple, si l'adhérence est faible, la consigne de vitesse destinée au véhicule peut être abaissée par une consigne de vitesse appropriée dans les cantonnements en aval ou bien la distance de sécurité permise entre des véhicules qui se suivent doit être augmentée par <EMI ID=29.1>
A la figure 6; on a représenté un système de détection à partir de la voie
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
les rails de la voie !3. Un encodeur de vitesse 110 associé au cantonnement N-2 fonctionne pour fournir un niveau prédétermine de vitesse désirée de véhicule
à l'intérieur des limites du cantonnement N-2. Un appareil 112 de détection à partir de la voie est associé à un transmetteur 114 pour fournir une vitesse de
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116 est associé à l'appareil de détection 112 pour déterminer quand le véhicule I1 pénètre dans le cantonnement N+2. Du fait que la distance entre le cantonne-
<EMI ID=33.1>
terminer l'accélération ou la décélération du véhicule entre le changement de consigne de vitesse fourni par le transmetteur 114 en rapport avec le cantonnement N-1 et le temps nécessaire au véhicule pour atteindre le cantonnement N+2.
Le système de mesure illustré aux figures 5 et 6 peut être installé sur la base de zones et pourrait commander les véhicules traversant les zones particulières concernées. L'appareil de commande illustré à la figure 1 est monté à bord du véhicule.
En plus de l'appareil de commande tel que montré à la figure 4, il est possible d'envoyer un signal à partir du véhicule chaque fois qu'une condition de faible adhérence apparaît, cette transmission pouvant se faire en des points identifiés ou bien le signal pouvant être envoyé par une liaison radio de manière qu'une restriction de vitesse puisse alors être appliquée au réseau ou à un sous-réseau quand on juge que c'est nécessaire. Lors du fonctionnement de l'appareil de commande tel que montré aux figures 1 et 2, la commande de vitesse délivrée par l'oscillateur à cristal 62 pourrait, par exemple, si on le désirait
<EMI ID=34.1>
autrement serait obtenue par le signal de vitesse désirée délivré par le décodeur 28.
REVENDICATIONS.
1. Appareil de commande de vitesse de véhicule ferroviaire destiné à régir la conduite d'un véhicule ferroviaire circulant sur une voie, l'appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend :
des moyer.s pour fournir un premier signal de commande de vitesse au dit véhicule,
des moyens pour détecter la vitesse réelle des roues du dit véhicule,
des moyens de détermination des caractéristiques d'adhérence associés aux moyens de détection de la vitesse réelle des roues pour déterminer une première caractéristique d'adhérence et une seconde caractéristique d'adhérence entre les roues du dit véhicule et la dite voie,
des moyens sensibles a une caractéristique prédéterminée des dites première et seconde caractéristiques pour fournir un second signal de commande de vitesse au dit véhicule et,
des moyens associés aux dits moyens de détermination des caractéristiques d'adhérence pour sélectionner un des dits premier et second signaux de commande de vitesse pour commander la vitesse du dit véhicule ferroviaire.
2. Appareil de commande de vitesse de véhicule ferroviaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la dite première caractéristique d'adhérence est liée à une première condition prédéterminée de "kilomètres par heure par seconde" des roues du véhicule et en ce que la dite seconde caractéristique d'adhérence
<EMI ID=35.1>
de" des dites roues du véhicule.
WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION
<EMI ID = 1.1>
railway vehicles and more particularly relates to such devices which detect a change in the rate of acceleration uu deceleration of a train
<EMI ID = 2.1>
distance required for a desired train maneuver, such as a reduction
<EMI ID = 3.1>
It is already known to control the speed of movement of one or more railway vehicles along a track with several blocks or signaling blocks by the use of speed code signals in conjunction with
<EMI ID = 4.1>
<EMI ID = 5.1>
by C.S. Miller as well as in US Pat. No. 3,532,877 and G.M. Thorne-Booth's "reissue" 27,472. In addition an article by R.C. Hoyler published in the Westinghouse Engineer journal July 72, pages 98-104 under the title "Design Techniques For Automatic Train Control", and another article by R.C. Hoyler published
in the Westinghouse Engineer magazine September 1972 pages 145-151, under the title "Automatic Train Control Concept Are Implecented By Modern Equipment", describe train control equipment designed for reliable operation.
In order to initiate and stop the movement of a train, it is desirable to know the value of the coefficient of adhesion or friction between the wheels of the train and the rails on which the train is running. The permitted speed of movement for a second train following a first train which precedes it is determined in part by the location of the first train on the track in front of the second train as well as by the conditions of adhesion of the rails in front of said second train. . If it is desirable to stop the second train at a predetermined safety distance behind the first train without risk of collision between the two trains, it is necessary to determine a safety distance from which to start braking of the second train.
This distance is a function of the degree of grip and the resulting rate of deceleration that can be reasonably obtained by braking the train taking into account its speed. In general, the stopping distance D can be determined by the formula:
<EMI ID = 6.1>
<EMI ID = 7.1>
where V is the train speed and R is the known deceleration rate. If rain, ice or any other layer of material covers the rails, the rate of deceleration R will be affected.
It is known to provide an apparatus for detecting skidding or slipping and for controlling a setpoint for driving or for braking the train until the moment when the abnormal grip state is corrected.
<EMI ID = 8.1>
corrected to allow the wheels to return to a rotational speed corresponding to the speed of the train. A speed signal is provided for each of the axles by suitable speed detectors, a DC output voltage proportional to the frequency of the speed detector output being provided and a derivative of this voltage being used to switch a shifting system. control related to slip and slip as described in an article by JE Moxie and Consort titled "Propulsion Control For Passenger Trains Provides High Speed Service", published in the journal "Westinghouse Engineer" of September 1970 on pages 143 to 149.
When the derivative voltage exceeds a value corresponding to an acceleration or deceleration of the wheels of 13 km / h per second, an output signal from the control system related to the slip and slip energizes a relay to initiate an action which reduces the tractive effort or the braking force until such time as the slip or slip condition is eliminated. Once the slip or slip condition has been eliminated, the wheels will return to a speed corresponding to the speed of the train.
We can assume that the return of the wheels to the desired speed will be done with a rate of change of the order of 13 km / h per second or greater, and therefore, a speed derivative of sign opposite to the sign of the derivative signal which initiates the reduction in tractive or braking effort can be used to reset the control system, eliminate
system output, de-energize the control relay and restore the desired braking or traction force. It is recognized that the assumption that a corresponding deceleration of the wheels always follows an acceleration of the wheels due to skidding and vice versa, may not be valid and for this reason a termination circuit is provided which is put into service when system output signal appears. If the derivative of the opposite sign does not appear within three seconds, the control system is reset and the relay is de-energized by the termination circuit, the de-energization of said relay then allowing the restoration of the tractive force or of desired braking.
The slip and slip control signal cooperates with the speed setpoint control equipment mounted on the train to lower the vehicle speed to a value compatible with a minimum safety level of grip, which has been previously determined. and which makes it possible to stop the train on the planned distance. The vehicle stops either in accordance with a normal level of operating speed or in accordance with a predetermined minimum level of operating speed. Knowing the characteristics of the train and the extent and type of the phenomenon affecting the track from the point of view of sliding and skidding, which actually exist, it is possible, if desired, to provide an adjustable control system.
A time interval can be measured during a given slip and slip condition, or several short duration slip and slip conditions are incorporated to decrease the speed of the rain. By using a control signal determined by the movement of the wheels of the vehicle, it is possible to determine whether there is only a phenomenon of sliding and skidding of small extent or on the contrary in the presence of a phenomenon of sliding and large area skating.
The present speed control apparatus can be mounted in every vehicle so that each vehicle determines its own response. The first train in the morning, for example, runs in environmental conditions involving fog and rain with the addition of a rust film on the rails and can be faced with quite a bit of slip and slip and be forced to run. at a reduced speed level. However, the tenth or twentieth train that passes on these same rails on the same day will probably be able to operate at the normal level of speed.
The invention will be better understood by referring to the description which follows and to the accompanying drawings. On these drawings:
Figure 1 is a schematic representation of the vehicle speed control apparatus according to the invention, Figure 2 is an illustration of the operation of the speed control apparatus shown in Figure 1, Figure 3 illustrates the operation patina tester - <EMI ID = 9.1> Figure 4 is a representation of the track adhesion condition detection device, Figure 5 is a representation of a first device for determining <EMI ID = 10.1> FIG. 6 is a representation of a second apparatus for determining the grip characteristics of a vehicle working from the track.
In high-speed rail networks, high traffic capacity is achieved by maximizing the performance of rail vehicles within the authorized safety limits of the network. In general, the intervals between trains traveling in the same direction and / or the approach distances are based on the speed and the braking rate. For example, if the train speed is kept at a value V and a braking rate R can be relied on, then as shown by equation (1) above, a distance D will be required to ensure the stopping the vehicle. If the available braking rate R is reduced, then a greater braking distance D must be provided or the speed V reduced to maintain the required safety margin.
The present invention can be used to make the most of the available detection possibilities of the vehicle in relation to the condition of the track while preserving the safety of the network. It is known that the security criteria of the network are determined by admitting either an average value of the coefficient of friction for all the elements of the network in all cases or a minimum value associated with
an unfavorable case for all calculations. If we consider the first case, it is obvious that under certain unfavorable conditions there is a risk of an accident due to the application of a deceleration rate lower than the required average deceleration rate and if we consider the second case, it is also obvious
that if all the margins are calculated on the basis of an unfavorable case, this results in a significant deterioration in network capacity. The present invention is capable of being adapted to networks with automatic or manual control in order to obtain a maximum operating capacity compatible with the rate of deceleration or acceleration available and is particularly useful in automated networks which are operated. in regions with sudden climatic variations causing significant changes in traction capacity.
As shown in Figure 1, a traction and braking control device 10 mounted on board a rail vehicle II traveling along a track
13, cooperates with one or more traction motors 12 and with the braking system 14 of the vehicle. One or more tachometer speed detectors 16 coupled to the wheels of the vehicle, providing the cruise control apparatus 20 with an actual speed feedback signal through a conductor 18.
A desired speed signal is applied by a conductor 22 to the speed control apparatus 20, from a receiver 24 of associated speed signals.
<EMI ID = 11.1>
speed. The speed regulating apparatus 23 supplies a signal P as described in an article by RC Hoyler published on pages 145 and 151 of the journal "Westinghouse Engineer" of September 1972, entitled: "Automatic Train Control Conceptd Are Implemented By Modern Equipment "and in the article" Propulsion Control For Passenger Trains Provides High Speed Service "by VE Moxie and Consort, already cited. The signal P delivered to the conductor 30 is applied to the traction and braking control apparatus 10.
Separate speed detectors 15 connected to the wheels of the vehicle provide a speed signal to a slip and skid control apparatus 32, which outputs a control signal to the driver 34 for sending to the control apparatus 10. traction and braking and on the driver 60 to send it to an apparatus 36 for detecting the condition of track adhesion in relation to the duration and extent of each condition of slippage or skidding.
<EMI ID = 12.1>
The track adhesion modification 36 supplies, via a driver 38, a control signal to the speed control apparatus 20, so that the desired speed reference signal is modified in order to vary the speed error signal directed by driver 30 to <EMI ID = 13.1>
the traction and braking control apparatus 10.
The speed control apparatus 20 is associated with the speed signal receiver 24 and the speed reference decoder 28 so that a set of input signals characterized by the frequency are available on the conductor 22, indicating the speed. desired to which the vehicle It must run and this one feeds one of the crystal oscillators provided in the device
Cruise Control-20 to determine vehicle speed by providing a desired speed signal.
In FIG. 2, the speed regulating apparatus 20 has been shown comprising the crystal input oscillators which are provided, the frequency of the desired speed signal being delivered by the crystal oscillator 50 concerned to a digital monostable 52 , as described in U.S. Patent 3,749,994 to TC
<EMI ID = 14.1>
50 to a precise desired speed analog signal voltage, which is applied to comparator 58. Speed detectors 16 associated with vehicle wheels II provide comparator 58 with an intended actual speed signal. to be compared with the desired speed signal from the digital monostable 52 so that an error signal is sent by said comparator 58 to the traction and braking control apparatus 10 by the driver 30. Further the actual speed signal from speed sensor 15 is applied to a control device 32 of � slip and slip which provides an output signal to the driver 60 when, between the wheels of the vehicle 11 and the track 13, a slip or slip condition occurs which exceeds a determined value.
When a control signal appears on lead 60, a crystal oscillator 62 of predetermined operating frequency is energized to provide a signal, through OR gate 56, to digital monostable 52. Crystal oscillator 62 is operated at a low speed. higher frequency than the crystal oscillator 61 to, in fact, reduce the amplitude of the analog output voltage delivered by the digital monostable 52 and this has the effect of reducing the speed of the vehicle II. As those skilled in the art know, digital monostable 52 can provide an average DC output voltage which is a function of the pulse rate determined by the input frequency signal delivered by oscillator 50 and the pulse period. determined by the frequency of the input frequency signal coming from one of the oscillators 61
<EMI ID = 15.1>
oscillator 61, the pulse period is shorter for oscillator 62 and the output voltage of the monostable will be all the shorter. By a judicious selection of the natural frequency of the oscillator 62 relative to the frequency of the oscillator 61, any percentage of speed reduction for the vehicle 11 can be provided at will in relation to the slip condition <EMI ID = 16.1>
track 13.
In FIG. 3, the operation of the slip and slip control apparatus 32 is illustrated so that the actual speed signal from the speed detectors 15 is sent through the lead 17 to a single pulse circuit 70. The frequency of the pulsed input signal applied to the conduc-
<EMI ID = 17.1>
fired 70 it gives a calibrated pulsed output signal and a repetition rate identical to that of the input signal applied to the conductor 17. The output signal delivered by the circuit 70 is then sent through a low pass filter 72 and seen that a known voltage-time zone is brought into play at a given rate, the average voltage is proportional to the speed of the vehicle. A differentiator circuit
74 can be used to detect slip and slip conditions and the output of the latter is proportional to the rate of change of the average tension. A level detector 76, for example a Schimdt flip-flop is provided to detect a higher than normal positive rate of change and a second level detector 78 is provided to detect a higher than normal negative rate of change.
An OR gate 79 will deliver a control signal to the driver 60 if an abnormal slip condition or an abnormal slip condition is detected between the wheels of vehicle II and track 13. Under normal conditions the OR gate 79 will not deliver any signal. Release. A resistor 73 and a capacitor 75 will sense an output out of range
<EMI ID = 18.1>
The typical value of an acceleration or deceleration in a public transport network can be of the order of 5 km / h per second. Level detectors 76 and 78 are set to detect the rate of change of speed on the order of 13 km / h per second while the normal rate of change will be below 5 km / h per second. An abnormal skating condition would be faster and the slope of its speed curve would be steeper. Once the slip or slip tester detects an abnormal condition
<EMI ID = 19.1>
60 which brings it to the track adhesion control device 36.
Likewise, deceleration control can be used to determine how much braking force is exerted when maximum rate is required and if the response is not within specification limits then corrective action can be taken, as per example a reduction of speeds on the basis of a percentage or a speed limit. Likewise, acceleration control may be provided to allow detection of a low level of grip before the vehicle can reach a possible high speed incompatible with safety, from which it could not safely stop.
As shown in Figure 4, when a slip-slip condition occurs, a positive signal present on conductor 60 is applied to the input of an OR gate 80 and this signal is inverted by the latter to provide a negative signal to its exit.
This signal initiates the discharge of capacitor 81 through resistor 82
<EMI ID = 20.1>
slip, which occurs at the entrance to the "OR" gate 80 is manifested sufficiently � long, capacitor 81 will discharge below the threshold voltage level set by resistors 83 and 84 for the flip-flop circuit.
<EMI ID = 21.1>
baked toggle 85 changes state to become negative. The inverter 86 detects this change of state of the output of the toggle circuit 85 and then delivers a positive output to the relay 88 to de-energize it and make its contacts open.
87. Contacts 87 can open by gravity and, when relay 88 is
<EMI ID = 22.1>
short duration, the capacitor 81 will not discharge below the threshold level of the toggle circuit 85 and the output of the latter will remain positive and therefore will not change state, so that the relay 88 will remain energized and that its contacts 87 will remain closed.
If the slip-slip signals appear on the conductor 60 in sufficient quantity to discharge the capacitor 81 below the threshold voltage of the toggle circuit 85, the output of the latter will become negative.
and will cause, as explained above, the opening of the contacts 87.
A circuit consisting of a capacitor 89, a resistor 90, and a transistor 91 acts as a minimum width pulse circuit to ensure that after relay 88 is de-energized, contacts 87 remain open for a period of time. short period of time for the benefit of the speed control apparatus 20 so that it responds correctly to the opening of said contacts 87. When the contacts 87 are open, the conductor 92 is no longer able to ensure the supply of relay 93, the contacts 94 of which open by gravity. At the same time, the contacts 95 open to terminate the operation of the oscillator 61 while the contacts 96 are formed to put the oscillator 62 into operation.
An instantaneous manual reset switch 99 is provided to supply the relay 93 and close the contacts 94 and 95 when the driver of the vehicle deems it useful.
The choice of the discharge time constant of the capacitor 81 associated with the resistor 82 and of the recharge time constant of the capacitor 81 associated with the resistor 95 and the diode 96 determines an asymmetrical operation for the determination of the threshold voltage. intended to change the <EMI ID = 23.1>
The figures given below are suitable in the case of a particular embodiment of this device given at tint: for example, to obtain a time constant of the order of half a second:
<EMI ID = 24.1>
<EMI ID = 25.1>
<EMI ID = 26.1>
The minimum pulse width circuit operates in such a way that when the output of the inverter 86 becomes positive, this causes, through the capacitor 89, the conduction of the transistor 91. The collector of the transistor
91 is connected to an input 97 of the inverter 86 to keep the output 98 positive as long as the input 97 is held negative. Since current at the base of transistor 91 is applied through capacitor 89,
this current decreases as a function of time and will reach a level below which the transistor 91 will become non-conductive to release the input 97 and allow
<EMI ID = 27.1>
is positive at this time.
In FIG. 5, the measurement has been illustrated, from the channel (s)
<EMI ID = 28.1>
automatic speed control which occurs at a known point on the track. Yes
the vehicle It is traveling at its normal speed, when it passes through a predetermined deceleration point of the track 13, it is possible to measure either the time necessary to reach a given point or the speed of the vehicle at a given point.
A speed signal transmitter 120 associated with an antenna 122 coupled to a shunt 124 connected between the rails 126 and 128 of the track 13 is used to make a change in the control of the vehicle II when it enters the contonnement whose shunt 124 is one of the limits. When the vehicle reaches the location of the vehicle detector 100, a point whose distance from the antenna 122 is known, the lane detection apparatus 102 can establish the time elapsing between the passage of the vehicle to the right the location of the detector 100 and its passage to the right of a second vehicle detector
104 located at a known distance from the first detector 100. In this way, the speed of the vehicle II traveling between the two detectors can be established.
Knowing the speed of the vehicle II circulating between the two detectors, it is possible to determine the level of grip available from the wheels of the vehicle II with respect to track 13, which allows the initiation of an appropriate vehicle speed control maneuver. from the track. For example, if the grip is weak, the speed setpoint intended for the vehicle can be lowered by an appropriate speed setpoint in the downstream blocks or the safety distance allowed between following vehicles must be increased by <EMI ID = 29.1>
In Figure 6; a detection system has been shown from the track
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
the track rails! 3. A speed encoder 110 associated with block N-2 operates to provide a predetermined level of desired vehicle speed
within the limits of cantonment N-2. A detection apparatus 112 from the track is associated with a transmitter 114 to provide a speed of
<EMI ID = 32.1>
116 is associated with the detection device 112 to determine when the vehicle I1 enters the cantonment N + 2. Because the distance between the block
<EMI ID = 33.1>
end the acceleration or deceleration of the vehicle between the change of speed setpoint supplied by the transmitter 114 in relation to the N-1 block and the time required for the vehicle to reach the N + 2 block.
The measurement system illustrated in Figures 5 and 6 can be installed on the basis of zones and could control vehicles passing through the particular zones concerned. The control device illustrated in Figure 1 is mounted on board the vehicle.
In addition to the control device as shown in figure 4, it is possible to send a signal from the vehicle whenever a condition of low adhesion occurs, this transmission being able to take place at identified points or else the signal can be sent over a radio link so that a speed restriction can then be applied to the network or to a subnetwork when deemed necessary. When operating the control apparatus as shown in Figures 1 and 2, the speed command from crystal oscillator 62 could, for example, if desired
<EMI ID = 34.1>
otherwise would be obtained by the desired speed signal delivered by decoder 28.
CLAIMS.
1. A rail vehicle speed control apparatus for controlling the driving of a rail vehicle traveling on a track, the apparatus being characterized in that it comprises:
moyer.s for providing a first speed control signal to said vehicle,
means for detecting the real speed of the wheels of said vehicle,
means for determining the grip characteristics associated with the means for detecting the actual speed of the wheels to determine a first grip characteristic and a second grip characteristic between the wheels of said vehicle and said track,
means responsive to a predetermined characteristic of said first and second characteristics for providing a second speed control signal to said vehicle and,
means associated with said means for determining the adhesion characteristics for selecting one of said first and second speed control signals to control the speed of said rail vehicle.
2. Rail vehicle speed control apparatus according to claim 1, characterized in that said first grip characteristic is related to a first predetermined condition of "kilometers per hour per second" of the vehicle wheels and in that the known as the second adhesion characteristic
<EMI ID = 35.1>
of "said wheels of the vehicle.