PROCEDE DE COMMANDE D'UN MANIPULATEUR DE CONDUITE DE VEHICULE FERROVIAIRE A RETOUR DE FORCE

Description

[0001] La présente invention concerne le domaine des manipulateurs de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force.

[0002] Un véhicule ferroviaire est configuré pour se déplacer le long d'une voie ferrée. Il s'agit par exemple d'un métro, d'un tramway, d'un train régional ou d'un train à grande vitesse.

[0003] Un manipulateur de conduite de véhicule ferroviaire est un dispositif de commande comprenant un organe de commande mobile ou « manette » manœuvrable par le conducteur pour commander la traction et/ou le freinage du véhicule ferroviaire.

[0004] Un tel manipulateur est décrit dans EP 2 712 783 A1.

[0005] La fonction de retour de force permet de transmettre des signaux haptiques au conducteur. Le conducteur peut alors adapter son comportement en fonction des signaux haptiques qui lui sont transmis par le biais de la fonction de retour de force.

[0006] Un des buts de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un manipulateur de conduite ferroviaire à retour de force, qui soit amélioré.

[0007] A cet effet, l'invention propose un procédé de commande d'un manipulateur de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force conforme à la revendication 1.

[0008] Le procédé de commande comprend en option une ou plusieurs des caractéristiques des revendications 2 à 11.

[0009] L'invention concerne également un manipulateur de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force conforme à la revendication 12.

[0010] L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

• la Figure 1 est un schéma illustrant un manipulateur de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force ; et
• les Figures 2 à 10 sont des graphiques illustrant des lois de consignes pour la commande d'un actionneur du manipulateur permettant de générer un retour de force.

[0011] Le manipulateur 2 de conduite de véhicule ferroviaire de la Figure 1 est configuré pour permettre à un conducteur de commander la traction et/ou le freinage d'un véhicule ferroviaire 4.

[0012] Le véhicule ferroviaire 4 comprend un système de traction 6 et un système de freinage 8. Le système de traction 6 comprend par exemple un ou plusieurs bogies moteurs. Le système de freinage 8 comprend par exemple des freins disposés sur des roues de bogies du véhicule ferroviaire.

[0013] Le véhicule ferroviaire 4 comprend un système électronique de commande 10 pour commander le système de traction 6 et le système de freinage 8. Le système de commande 10 est par exemple un système de contrôle et de commande de train, généralement désigné TCMS (« Train control and management system »).

[0014] Le manipulateur 2 comprend une manette 12 manœuvrable manuellement par un conducteur. Le déplacement de la manette 12 permet de commander la traction et/ou le freinage du véhicule ferroviaire 4.

[0015] La manette 12 comprend ici un levier 14 monté pivotant sur un support 16 autour d'un axe de rotation A, le levier 14 portant une poignée de préhension 18 destinée à être saisie par le conducteur.

[0016] Le manipulateur 2 comprend un actionneur 20 configuré pour exercer un couple sur la manette 12 de manière à générer un retour de force. L'actionneur 20 est ici un servomoteur couplé à la manette 12 pour exercer un couple C sur la manette 12. La force F perçue par le conducteur, est égale au couple C exercé par l'actionneur 20 sur la manette 12, divisé par la distance d (bras de levier) entre l'axe de rotation A de la manette 12 et la poignée de préhension 18 (F = C/d).

[0017] Le manipulateur 2 comprend au moins un capteur pour mesurer un paramètre dynamique de la manette 12. Les paramètres dynamiques de la manette 12 sont les paramètres dont dépend le mouvement de la manette 12. Les paramètres dynamiques de la manette 12 comprennent la position, la vitesse, l'accélération et les forces subies par la manette 12. Le manipulateur comprend ici un capteur de position 22 configuré pour mesurer la position P de la manette 12.

[0018] Le système de commande 10 est configuré pour commander le système de traction 6 et le système de freinage 8 en fonction d'une consigne de conduite générée par le manipulateur 2. La consigne de conduite est par exemple la position P de la manette 12.

[0019] Le manipulateur 2 comprend une unité électronique de commande 24 configurée pour mettre en oeuvre un procédé de commande du manipulateur 2, comprenant le calcul d'une consigne de retour de force F_C en fonction d'au moins un paramètre dynamique de la manette 12 et d'au moins un paramètre contextuel reçu par le manipulateur 2 de manière à transmettre un premier signal haptique fonction du paramètre dynamique et indépendant du paramètre contextuel, et un deuxième signal haptique fonction du paramètre contextuel et éventuellement du paramètre dynamique, le premier signal haptique et le deuxième signal haptique étant superposés, et la commande de l'actionneur 20 en fonction de la consigne de retour de force F_C.

[0020] Dans un mode de réalisation, l'unité de commande 24 est configurée pour mettre en œuvre le calcul d'une première consigne F_S pour générer le premier signal haptique, et d'une deuxième consigne F_D pour générer le deuxième signal haptique, et pour calculer la consigne de retour de force F_C comme la somme de la première consigne F_S et de la deuxième consigne F_D.

[0021] L'unité de commande 24 comprend par exemple un premier module de calcul 26 pour calculer la première consigne F_S, un deuxième module de calcul 28 pour calculer la deuxième consigne F_D, et un module de calcul de consigne 30 pour calculer la consigne de retour de force F_C, en sommant la première consigne F_S et la deuxième consigne F_D.

[0022] Dans un mode de réalisation, l'unité de commande 24 comprend un processeur 32 et une mémoire 34, les modules de l'unité de commande 24 (premier module de calcul 26, deuxième module de calcul 28 et module de calcul de consigne 30) étant prévus sous la forme d'instructions de codes logicielles enregistrées dans la mémoire 34 et exécutables par le processeur 32. En variante ou en option, au moins un module de l'unité de commande 24 est prévu sous la forme d'un circuit intégré dédié ou d'un circuit logique programmable.

[0023] Dans un mode de réalisation, la première consigne F_S et la deuxième consigne F_D sont calculées à partir de tables prédéfinies 36, 38 et/ou de formules de calcul.

[0024] Les Figures 2 à 10 illustrent des lois de consignes présentées sous la forme de courbes. Chaque loi de consigne indique la consigne de retour de force (ordonnée) en fonction de la position P de la manette 12 (abscisse).

[0025] Sur les Figures 2 à 10, une flèche sur une courbe signifie que la consigne s'applique pour un déplacement de la manette 12 dans le sens correspondant à celui de la flèche.

[0026] Par convention, la consigne de conduite est fonction de la position de manette de la manière suivante :

• P = P_min : position de freinage maximum (freinage d'urgence) ;
• P_min < P < P_neutre : position de freinage ;
• P = P_neutre : position neutre (ni freinage, ni traction) ;
• P_neutre < P < P_max : position de traction ; et
• P = P_max : position de traction maximale.

[0027] Par convention, une consigne positive correspond à une force générée par l'actionneur 20 déplaçant la manette 2 vers la position de traction maximale P_max, une consigne négative correspond à une force générée par l'actionneur 20 déplaçant la manette 12 vers la position de freinage maximum P_min.

[0028] Dans un mode de réalisation, la première consigne F_S est calculée comme la somme d'une première composante F_S1 et d'une deuxième composante F_S2.

[0029] La Figure 2 illustre la première composante F_S1. La première composante F_S1 est ici configurée pour simuler une force retour qui serait générée par un organe mécanique passif tel qu'une came.

[0030] La première composante F_S1 est fonction uniquement de la position P de la manette 12.

[0031] La première composante F_S1 varie selon quatre zones de position P distinctes séparées par trois positions de références P1, P2, P3 telles que P_min < P3 < P2 <P_neutre < P1 < Pmax, à savoir :

• une zone de freinage d'urgence (P_min < P < P3),
• une zone de freinage (P3 < P < P2),
• une zone de neutre (P2 < P <P1), et
• une zone de traction (P1 < P < P_max).

[0032] La première composante F_S1 est strictement négative et sensiblement constante dans la zone de traction (courbe C10). Si le conducteur lâche la manette 12 dans la zone de traction, celle-ci revient automatiquement vers la zone de neutre.

[0033] La zone de neutre est située autour de la position neutre P_neutre qui est une position stable de la manette 12. Dans la zone de neutre, la consigne de première composante F_S1 rappelle la manette 12 en position neutre P_neutre. La consigne de première composante F_S1 produit un effet d'encoche dans la zone de neutre. La consigne de première composante F_S1 est négative et décroissante sur l'intervalle P_neutre < P < P1 (courbe C11), nulle à la position P_neutre et positive et décroissante sur l'intervalle P2 < P < P_neutre (courbe C12). La consigne de première composante F_S1 est possiblement non linéaire dans la zone de neutre N, afin de produire une sensation d'encoche très nette.

[0034] Dans la zone de freinage, la consigne de première composante F_S1 est nulle.

[0035] Dans la zone de freinage d'urgence, la consigne de première composante F_S1 est d'abord positive et augmente de la position P3 à la position de freinage d'urgence P_min (courbe C13), puis une fois que la position de freinage d'urgence P_min a été atteinte, la consigne de première composante F_S1 est négative et diminue de la position de freinage d'urgence Pmin vers la position P3 (courbe C14).

[0036] La première composante F_S1 génère d'abord une force s'opposant au déplacement de la manette 12 vers la position de freinage d'urgence P_min, puis, une fois la position de freinage d'urgence P_min atteinte, une force de rappel de la manette 12 vers la position de freinage d'urgence P_min. La position de freinage d'urgence P_min est une position stable.

[0037] La Figure 3 illustre la première consigne F_S résultant de la combinaison de la première composante F_S1 de la Figure 1 et de la composante F_S2 qui est fonction de la vitesse V de la manette 12. La deuxième composante F_S2 simule un frottement.

[0038] La vitesse V de la manette 12 est par exemple déterminée par dérivation numérique de la position P de la manette 12 en fonction du temps (V = dP/dt). En variante ou en option, le manipulateur 2 comprend un capteur de vitesse configuré pour mesurer la vitesse de la manette 12.

[0039] Par convention, la vitesse V de la manette 12 est positive lorsque la manette 12 est déplacée de la position de freinage maximum Pmin vers la position de traction maximale Pmax, et négative lorsque la manette 12 est déplacée de la position de traction maximale Pmax vers la position de freinage maximum Pmin.

[0040] La deuxième composante F_S2 est configurée pour la génération d'une force qui s'oppose au déplacement de la manette 12. La consigne de deuxième composante F_S2 est négative si la vitesse V est positive, et est positive si la vitesse V est négative.

[0041] La deuxième composante F_S2 prend une première valeur négative pour les vitesses V positives et une deuxième valeur positive pour les vitesses V négatives.

[0042] Il en résulte que dans la zone de freinage, la force de rappel est différente pour les vitesses V négatives (courbe C21) et pour les vitesses positives (courbe C22). De même, dans la zone de traction, la force de rappel est différente pour les vitesses V négatives (courbe C23) et pour les vitesses positives (courbe C24). De même également, dans la zone de neutre, la force de rappel est différente pour les vitesses V négatives (courbes C25 et C26) et pour les vitesses V positives (courbes C27 et C28).

[0043] Dans l'exemple illustré, la première valeur et la deuxième valeur sont de même valeur absolue. En variante, elles sont de valeurs absolues différentes.

[0044] Dans l'exemple illustré, la deuxième composante F_S2 est invariable en fonction de la position P de la manette 12. En variante, la deuxième composante F_S2 varie en fonction de la position P de la manette 12.

[0045] Dans une variante, la deuxième composante F_S2 est elle-même calculée à partir de deux composantes : une composante de frottement sec et une composante de frottement visqueux. La composante de frottement sec favorise l'immobilisation de la manette 12 lorsque le conducteur la lâche et la composante de frottement visqueux favorise la stabilité de la manette 12.

[0046] Un mode de calcul possible d'une telle consigne de deuxième composante F_S2 utilise la fonction suivante : F_S2 = - C1 x signe(V) - C2 x V, dans laquelle C1 et C2 sont des constantes et la fonction « signe » de la vitesse étant définie par : signe(V) = +1 si V> 0, signe(V) = -1 si V< 0, signe(V) = 0 si V = 0.

[0047] En variante, si le ou les capteurs du manipulateur 2 permettent de déterminer la vitesse de la manette 12 seulement par incrément : la fonction « signe » de la vitesse peut être définie par : signe(V) = +1 si V> +e, signe(V) = -1 si V< -e, signe(V) = 0 si -e < V < e, e étant l'incrément de vitesse.

[0048] En variante, un autre mode de calcul de la deuxième composante F_S2 utilise la fonction suivante : F_S2 = - C1 x tanh(V/ C3) - C2 x V, les paramètres C1, C2 et C3 étant des constantes à ajuster pour obtenir les caractéristiques souhaitées de sensation de frottement et de stabilité, tanh étant la fonction tangente hyperbolique.

[0049] L'unité de commande 24 est par exemple configurée pour calculer la première consigne F_S en fonction d'une table prédéfinie 36 indiquant la première consigne F_S en fonction de la position P et de la vitesse V de la manette 12.

[0050] En variante, l'unité de commande 24 est configurée pour calculer séparément la première composante F_S1, par exemple à partir d'une table prédéfinie 36, et la deuxième composante F_S2, par exemple en appliquant une formule de calcul, puis pour calculer la première consigne F_S comme la somme des première et deuxième composantes F_S1, F_S2.

[0051] L'invention n'est pas limitée à la première consigne F_s décrite ci-dessus. Des variantes sont envisageables en fonction du retour de force souhaité.

[0052] Dans une variante, la première consigne F_s est nulle dans la zone de traction. Dans une autre variante, la première consigne F_s est non nulle et constante sur la zone de freinage, la zone de neutre et la zone de traction.

[0053] La Figure 4 illustre une première consigne F_S selon une variante, configurée pour un manipulateur 2 dédié exclusivement à la commande de freinage (aussi nommé « manipulateur de freinage ») avec une incrémentation du niveau de freinage. La position de la manette 12 varie ici entre la position neutre P_neutre et la position de freinage d'urgence P_min.

[0054] La première consigne F_S est configurée pour générer un effet de crantage, permettant de déplacer la manette 12 par incrément. La manette 12 possède pluralité de positions de freinage PF₁,... PF_i, ...PF_n stables, la première consigne F_S étant configurée pour générer une force de rappel vers chaque position de freinage PF_i stable lorsque la manette 12 se déplace de la position de freinage stable PF_i vers la position de freinage suivante PF_i+1 (courbes C31 ou C32), ou vers la position de freinage précédente PF_i-1 (courbe C33).

[0055] Les Figures 5 à 7 illustrent des exemples de deuxièmes consignes F_D configurées pour générer un deuxième signal haptique contextuel, qui est fonction d'un paramètre contextuel et éventuellement d'un paramètre dynamique de la manette 12.

[0056] Un paramètre contextuel est distinct d'un paramètre dynamique de la manette 12 (position, vitesse, accélération et force subie). Un paramètre contextuel est en particulier associé aux conditions de fonctionnement du véhicule ferroviaire. Les conditions de fonctionnement du véhicule ferroviaire comprennent par exemple la position le long du trajet, la vitesse et la charge du véhicule ferroviaire.

[0057] La Figure 5 illustre une deuxième de consigne F_D visant à inciter le conducteur à adopter une conduite permettant de minimiser l'énergie consommée par le véhicule ferroviaire pour réaliser son trajet.

[0058] La deuxième consigne F_D varie en fonction d'un paramètre contextuel indiquant ici une position recommandée P_eco de la manette 12, permettant de minimiser l'énergie consommée.

[0059] La position recommandée P_eco varie par exemple en fonction de la position du véhicule ferroviaire le long de son trajet. Ainsi, la deuxième consigne F_D variera donc au cours du temps, en fonction de la position du véhicule ferroviaire le long de son trajet.

[0060] Le paramètre contextuel, ici la position recommandée P_eco, est par exemple calculée par le système de commande 10 et transmise au manipulateur 2. La position recommandée P_eco peut être calculée en fonction de la topologie du trajet (montées, descentes...)

[0061] La deuxième consigne F_D est par exemple configurée pour ne pas générer de force sur la manette 12 lorsque la position P de la manette 12 est inférieure à la position recommandée P_eco, et pour exercer une force de rappel lorsque la manette 12 dépasse la position recommandée P_eco.

[0062] Sur la Figure 5, la deuxième consigne F_D est nulle pour une position inférieure à la position recommandée P_eco, et présente, à partir de la position recommandée P_eco (P ≥ P_eco), une rampe décroissante (Coubre C41) prolongée par un plateau (Courbe C42) à une valeur de référence constante strictement négative.

[0063] Pour permettre de mieux discerner le premier signal haptique et le deuxième signal haptique qui peuvent se concrétiser sous la forme de forces de rappel qui s'ajoutent, il est possible de prévoir une deuxième consigne F_D présentant une rampe qui ne soit pas linéaire et/ou un plateau qui ne soit pas constant, mais qui oscille autour d'une valeur de référence.

[0064] Dans la variante de la Figure 6, la deuxième consigne F_D présente à partir de la position recommandée P_eco une rampe non linéaire décroissante (Courbe C43) suivie d'une ondulation sinusoïdale autour d'une valeur de référence strictement négative (Courbe C44).

[0065] Dans la variante de la figure 7, la deuxième consigne F_D présente à partir de la position recommandée P_eco une rampe linéaire suivie d'une ondulation triangulaire autour d'une valeur de référence strictement négative.

[0066] Dans une autre variante, la deuxième consigne F_D présente à partir de la position recommandée P_eco une rampe linéaire décroissante (courbe C45) suivie d'une ondulation aléatoire autour d'une valeur de référence strictement négative (courbe C46). Ceci permet de simuler une rugosité.

[0067] La consigne de retour de force F_C résulte de la combinaison d'une première consigne F_S et d'une deuxième consigne F_D, en particulier de la somme d'une première consigne F_S et d'une deuxième consigne F_D.

[0068] Les Figures 8 et 9 illustrent une consigne de retour de force F_C résultant de la somme d'une première consigne F_S et d'une deuxième consigne F_D selon la Figure 5, pour deux positions recommandées P_eco différentes.

[0069] Pour des raisons de clarté des dessins, la première consigne F_S est une première consigne dépendant uniquement de la position P et correspondant à la première composante de la Figure 2. Bien entendu, la première consigne F_S pourrait être en variante celle de la Figure 3 résultant de la somme d'une première composante F_S1 selon la Figure 1 et d'une deuxième composante F_S2, et dépendant de la position P et de la vitesse V.

[0070] La Figure 8 illustre une situation dans laquelle le véhicule avance en marche avant et la position recommandée P_eco est strictement positive (P_eco > 0). La position P_eco est dans la zone de traction. Dans la zone de traction, la consigne de retour de force F_C génère par défaut une force de rappel (Courbe C51) résultant de la première consigne F_S. A partir de la position recommandée P_eco, la consigne de retour de force F_C génère une force de rappel de la manette plus élevée (Courbes C52 et C53), résultant de l'ajout de la deuxième consigne F_D.

[0071] La Figure 9 illustre une situation dans laquelle le véhicule ferroviaire freine et dans laquelle la position recommandée P_eco est strictement négative (Peco < 0), et est plus particulièrement dans la zone de freinage (hors de la zone de freinage d'urgence). Au-dessous de la position recommandée P_eco, la consigne de retour de force est nulle et ne génère aucune force de rappel sur la manette 12 (courbe C54). Au-dessus de la position recommandée P_eco, la consigne de retour de force F_C génère un effort de rappel vers la position recommandée P_eco (courbes C55 et C56).

[0072] La Figure 10 illustre une consigne de retour de force F_C selon une variante, résultant de la combinaison d'une première consigne F_S selon la Figure 2 et d'une variante de deuxième consigne F_D configurée pour produire un effet d'encoche autour d'une position de freinage P_BB de référence qui traduit par exemple un découpage de la zone de freinage en deux : une zone de freinage électrique au-dessus de la position de freinage P_BB de référence, et une zone de freinage combiné - électrique et pneumatique - au-dessous de la position de freinage P_BB de référence.

[0073] La deuxième consigne F_D comprend ici une zone d'encoche autour de la position de freinage P_BB de référence, dans laquelle la consigne de retour de force génère une succession de effort de rappel de sens opposé au sens de déplacement du manipulateur dans la zone d'encoche (courbes C61 à C64). En variante, la deuxième consigne F_D comprend une série de zones d'encoche autour de la position de freinage P_BB de référence.

[0074] La position de freinage P_BB de référence est variable, par exemple en fonction de la vitesse du véhicule ferroviaire, qui définit alors un paramètre contextuel pour la détermination de la consigne de retour de force F_C. La position de freinage P_BB de référence est par exemple fournie par le système de commande 10 au manipulateur 2.

[0075] En fonctionnement, il est possible de modifier la sensibilité de freinage électrique ou du freinage combiné du véhicule ferroviaire en faisant varier la valeur de la position de freinage P_BB de référence, par exemple en fonction de la vitesse du véhicule ferroviaire, ce qui permet d'étendre la zone de freinage électrique à petite vitesse et d'étendre la zone de freinage combiné à haute vitesse.

[0076] Dans le mode de réalisation décrit en référence à la Figure 1, l'unité de commande 24 est configurée pour calculer séparément la première consigne F_S et la deuxième consigne F_D, et pour calculer la consigne de retour de force F_C comme la somme de la première consigne F_S et de la deuxième consigne F_D.

[0077] En variante, l'unité de commande 24 est configurée pour calculer la consigne de retour de force en fonction d'une loi prédéfinie combinant la première consigne F_S et la deuxième consigne F_D et indiquant la consigne de retour de force F_C en fonction de chaque paramètre dynamique et de chaque paramètre contextuel.

[0078] La première consigne F_S et la deuxième consigne F_D peuvent chacune résulter de la somme de plusieurs composantes, comme cela a été vu précédemment.

[0079] De préférence, l'unité de commande 24 est configurable de manière à modifier la ou les lois prédéfinies de calcul de la consigne de retour de force F_C (le cas échéant les lois prédéfinies de calcul de la première consigne F_S et de la deuxième consigne F_D), par exemple en fonction des souhaits de l'utilisateur.

[0080] Dans l'exemple illustré, la modification ou la sélection de tables prédéfinies 36, 38 dans la mémoire 34 permet de modifier la fonction de retour de force. Il est possible, pour au moins une consigne (consigne de retour de force, premier consigne et/ou deuxième consigne) de prévoir plusieurs tables prédéfinies 36, 38 enregistrées dans la mémoire de l'unité de commande 24, et un sélecteur permettant à l'utilisateur de sélectionner une loi prédéfinie à appliquer.

[0081] La consigne de retour de force F_c est donc calculée en fonction de lois prédéfinies paramétrables. Le cas échéant les lois prédéfinies de calcul de la première consigne F_S et de la deuxième consigne F_D sont paramétrables.

[0082] La combinaison d'une première consigne F_S déterminée uniquement à partir d'un ou plusieurs paramètres dynamiques de la manette 12 (position, vitesse, accélération et force subie) et indépendamment de tout paramètre contextuel, et d'une deuxième consigne F_D déterminée à partir d'au moins un paramètre contextuel, permet de retourner simultanément un premier signal haptique et un deuxième signal haptique superposés et susceptibles d'être perçus par le conducteur.

[0083] Les paramètres contextuels comprennent par exemple la position du véhicule ferroviaire le long de son trajet, la vitesse du véhicule ferroviaire et/ou la charge du véhicule ferroviaire. Ces paramètres contextuels relatifs au fonctionnement du véhicule ferroviaires sont notamment déterminants pour le calcul d'une position recommandée P_eco limitant la consommation d'énergie ou d'une position de freinage P_BB de référence.

[0084] En option, il est possible de retourner au conducteur un signal haptique d'alerte par l'intermédiaire du manipulateur 2, par exemple pas le biais d'une consigne d'alerte F_A s'ajoutant à la première consigne F_S et à la deuxième consigne F_D pour obtenir la consigne de retour de force F_C.

[0085] Ce signal haptique d'alerte doit être perceptible par le conducteur de façon non équivoque dans toutes les situations possibles et il ne doit pas modifier la position de la manette 12 afin de ne pas parasiter la consigne de conduite envoyée par le manipulateur 2 au système de commande 10.

[0086] Une consigne d'alerte est par exemple une signal périodique de faible amplitude, par exemple vis-à-vis d'une deuxième composante F_S2 de la première consigne F_S simulant un frottement, tout en étant perceptible par le conducteur (par exemple une force d'amplitude comprise entre 0,1 et 0,5 N) et en utilisant une fréquence élevée par rapport aux fréquences utilisées par les autres consignes, comme par exemple les consignes dynamiques des Figures 7 et 8. La fréquence de ce signal haptique d'alerte peut par exemple est comprise entre 10 et 30 Hz.

[0087] L'unité électronique de commande 24 comprend ici un module d'alerte 40 pour calculer la consigne d'alerte F_A, le module de calcul 30 étant configuré pour calculer la consigne de retour de force en fonction de la consigne d'alerte F_A, en ajoutant la consigne d'alerte.

[0088] Le module d'alerte 40 détermine par exemple la consigne d'alerte F_A en fonction d'un signal d'alerte S_A envoyé par le système de commande 10.

[0089] La consigne de retour de force F_C générée par l'unité de commande 24 ne doit pas générer une force F perçue par le conducteur qui dépasse une force maximale F_max (par exemple 5 N), pour ne pas exposer le conducteur à un niveau d'effort inconfortable ou traumatisant. Les amplitudes des différentes consignes superposées doivent donc être ajustées pour ne pas dépasser cette valeur.

[0090] En option, afin de garantir que cette force maximale F_max ne soit pas dépassée en fonctionnement, il est possible de réaliser un plafonnement de la consigne de retour de force F_C. Par exemple, l'unité de commande 24 est configurée pour calculer une consigne de retour de force plafonnée F_CS en fonction de la consigne de retour de force F_C, et pour commander l'actionneur 20 en fonction de la consigne de retour de force plafonnée F_CS.

[0091] La consigne de retour de force plafonnée F_CS est par exemple calculée comme suit :

[0092] Le plafonnement de la consigne de retour de force est par exemple implémenté par le module de calcul 30.

[0093] En option ou en variante, le manipulateur 2 comprend un capteur de force 42 disposé sur la manette 12 pour mesurer une force subie par la manette 12. La détermination de la force subie par la manette 12 permet d'estimer la force F perçue par le conducteur. Le capteur de force 42 est par exemple formé d'une ou plusieurs jauges de contrainte disposées sur la manette 12.

[0094] L'estimation de la force F perçue permet de surveiller le bon fonctionnement des différents organes mécaniques du manipulateur 2 tels que l'actionneur 20, un éventuel réducteur disposé entre l'actionneur 20 et la manette 12... etc.

[0095] Une dégradation mécanique ou électrique, même mineure, d'un organe mécanique du manipulateur 2, due par exemple à un phénomène de fatigue, d'usure ou de vieillissement, peut produire une modification par intermittence ou de manière permanente de la force F perçue, de sorte que la force F perçue ne correspond pas à la consigne de retour de force F_C.

[0096] Un écart significatif établi sur une période donnée entre la consigne de retour de force F_C envoyé à l'actionneur et la force F perçue peut être utilisé pour déclencher une alerte envoyée au système de commande 10 avant l'apparition d'un dysfonctionnement lié à un phénomène de fatigue, d'usure ou de vieillissement de l'un des organes.

[0097] En option, un mode de fonctionnement dégradé est déclenché dans ce cas de figure pour assurer la continuité du service jusqu'à la fin du trajet du véhicule ferroviaire en compensant l'excès ou le déficit de force F perçue par rapport à la consigne de force F_C.

[0098] L'unité de commande 24 comprend par exemple un module de surveillance 44 recevant le signal du capteur de force 42, et configuré pour émettre un signal d'alerte J_A vers le système de commande 10 et/ou pour calculer une consigne de compensation F_CO envoyée au module de calcul 30.

[0099] En option, une redondance de capteurs de paramètres dynamiques de la manette 12 (position, vitesse, accélération, force subie) permet de vérifier la cohérence des informations délivrées, et déclencher s'il y a lieu une alerte envoyée au système de commande 10.

[0100] De préférence, si une incohérence provient d'un capteur utilisé pour déterminer la vitesse V de la manette 12, la fonction de retour haptique est désactivée pour éviter tout risque d'instabilité de l'actionneur 20 asservi en fonction de la vitesse V de la manette 12.

[0101] Grâce à l'invention, il est possible d'exploiter pleinement la perception haptique avec un manipulateur de conduite de véhicule ferroviaire générique. Les consignes de retour de force proposées permettent à la fois de repousser les limites de stabilité d'un tel manipulateur 2 et de délivrer des signaux haptiques sans ambiguïté pour le conducteur et comportant plusieurs signaux haptiques discernables par le conducteur, dont certains sont issues du système de commande 10 du véhicule ferroviaire. L'ajustement des lois des première et deuxième consignes F_S, F_D dépend des besoins précis de l'utilisateur de ce manipulateur 2. Il peut être effectué facilement par un paramétrage du manipulateur 2, et en particulier par un paramétrage de lois de calcul de l'unité de commande 24 du manipulateur 2 pour le calcul de la consigne de retour de force, le cas échéant de la première consigne et de la deuxième consigne.

[0102] Grâce à l'invention, il est possible de fournir un retour haptique au conducteur sur le niveau de traction et/ou de freinage (incluant un point neutre entre la traction et le freinage) d'un matériel ferroviaire roulant.

[0103] Le manipulateur réalisant un retour haptique au moyen d'un actionneur commandé selon une consigne de force calculée en fonction d'une ou plusieurs lois de commande prédéfinies permet d'apporter de nouvelles fonctionnalités.

[0104] Le manipulateur peut être générique pour différent types de véhicule ferroviaire, la fonction de retour haptique étant paramétrée sans modifications matériels, en fonction des besoins des clients.

[0105] La fonction de retour haptique peut être mise en œuvre sans composant mécanique tel qu'une came ou un ressort de rappel. Cela évite les problèmes de vieillissement de tels composants mécaniques.

[0106] L'invention permet encore d'améliorer les fonctionnalités existantes liées à la fonction de retour d'effort liées au matériel roulant (sa vitesse instantanée ou sa charge par exemple) ou au conducteur (sa sensibilité ou ses capacités musculaires par exemple).

[0107] Elle permet en outre de réaliser des fonctionnalités de retour haptique dynamiques très performante en fonction de signaux externes d'alerte ou de conseil, en sollicitant judicieusement le sens haptique du conducteur.

Revendications

1. Procédé de commande d'un manipulateur (2) de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force, le manipulateur (2) comprenant une manette (12) manœuvrable par le conducteur, au moins un capteur (22) pour mesurer au moins un paramètre dynamique de la manette, et au moins un actionneur configuré pour exercer une force sur la manette (12)de manière à générer un retour de force, le procédé de commande comprenant :

- le calcul d'une consigne de retour de force (F_C) en fonction du paramètre dynamique (P) et d'au moins un paramètre contextuel (P_eco) reçu par le manipulateur (2) de manière à transmettre un premier signal haptique fonction du paramètre dynamique et indépendant du paramètre contextuel (P_eco), et un deuxième signal haptique fonction du paramètre contextuel (P_eco), et

- la commande de l'actionneur en fonction de la consigne de retour de force (F_C), caractérisé en ce que le premier signal haptique et le deuxième signal haptique sont superposés, l'au moins un paramètre contextuel étant déterminé à partir d'au moins une donnée choisie parmi la vitesse du véhicule et la charge du véhicule.

2. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel la consigne de retour de force est fonction d'au moins un paramètre dynamique de la manette choisi parmi : la position, la vitesse, l'accélération et une force subie par la manette.

3. Procédé de commande selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'au moins un paramètre contextuel est déterminé à partir de la position du véhicule le long de son trajet.

4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (F_C) est calculée comme la somme d'une première consigne calculée pour générer le premier signal haptique et d'une deuxième consigne calculée pour générer le deuxième signal haptique.

5. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant le plafonnement de la consigne de retour de force (F_C) pour éviter de générer une force d'intensité trop élevée.

6. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un paramètre contextuel est une position recommandée de la manette.

7. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (F_C) ou une composante de la consigne de retour de force (F_C) est configurée pour générer au moins un effet parmi les suivants :

- un effet d'encoche autour d'au moins une position de référence stable, la consigne générant une force de rappel vers la position de référence stable dans une zone d'encoche située autour de la position stable ;

- un effet d'encoche autour d'une position neutre correspondant à une absence de traction et une absence de freinage, la consigne générant une force de rappel vers la position neutre dans une zone de neutre d'encoche située autour de la position stable ;

- un effet d'encoche pour atteindre et quitter une position de freinage d'urgence, la consigne générant une force de rappel s'opposant à l'atteinte de la position de freinage d'urgence, puis, une fois la position de freinage d'urgence atteinte, une force de rappel à vaincre pour quitter la position de freinage d'urgence ;

- un effet de crantage, la manette comprenant une série de positions stables, la consigne générant une force de rappel ramenant la manette vers chaque position stable lors du déplacement de la manette vers la position stable suivante ou précédente.

8. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (F_C) est configurée pour générer une force de rappel seulement à partir d'une position de référence qui est fonction du paramètre contextuel.

9. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la consigne de retour de force (F_C) est configurée pour générer un effet de dentelure, la consigne générant une force de rappel oscillant régulièrement ou aléatoirement autour d'une valeur de référence.

10. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant la détermination d'une consigne d'alerte, et le calcul de la consigne de retour de force en fonction en outre de la consigne d'alerte de manière à générer un signal haptique d'alerte.

11. Procédé de commande selon la revendication 10, comprenant la détermination de la consigne d'alerte en fonction d'un signal fourni par un capteur de force disposé sur la manette.

12. Manipulateur (2) de conduite de véhicule ferroviaire à retour de force, pour commander la traction et/ou le freinage du véhicule ferroviaire, le manipulateur (2) comprenant une manette (12) manœuvrable par le conducteur, au moins un capteur pour mesurer au moins un paramètre dynamique de la manette, au moins un actionneur (20) configuré pour exercer une force sur la manette (12), et une unité électronique de commande (24) configurée pour la mise en œuvre d'un procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes.

Ansprüche

1. Steuerungsverfahren eines Manipulators (2) zur Steuerung eines Schienenfahrzeugs mit Kraftrückkopplung, wobei der Manipulator (2) einen Hebel (12) umfasst, der vom Fahrer gehandhabt werden kann, mindestens einen Sensor (22), um mindestens einen dynamischen Parameter des Hebels zu messen, und mindestens eine Betätigungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Kraft auf den Hebel (12) auszuüben, um einen Kraftrückkopplung zu generieren, wobei das Steuerungsverfahren Folgendes umfasst:

- Berechnen eines Sollwerts der Kraftrückkopplung (F_C) in Funktion des dynamischen Parameters (P) und mindestens eines kontextuellen Parameters (P_eco), erhalten durch den Manipulator (2), um ein erstes haptisches Signal als Funktion des dynamischen Parameters und unabhängig vom kontextuellen Parameter (P_eco) und ein zweites haptisches Signal als Funktion des kontextuellen Parameters (P_eco) zu übertragen, und

- Steuern der Betätigungsvorrichtung als Funktion des Sollwerts der Kraftrückkopplung (Fc),

dadurch gekennzeichnet, dass das erste haptische Signal und das zweite haptische Signal übereinander gelegt sind, wobei der mindestens eine kontextuelle Parameter ausgehend von mindestens einem Datum bestimmt wird, ausgewählt aus der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Ladung des Fahrzeugs.

2. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Sollwert der Kraftrückkopplung die Funktion mindestens eines dynamischen Parameters des Hebels ist, ausgewählt aus: der Position, der Geschwindigkeit, der Beschleunigung und einer Kraft, die vom Hebel ausgeübt wird.

3. Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine kontextuelle Parameter ausgehend von der Position des Fahrzeugs entlang seines Wegs bestimmt wird.

4. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sollwert der Kraftrückkopplung (F_C) wie die Summe eines ersten Sollwerts, berechnet, um das erste haptische Signal zu generieren, und eines zweiten Sollwerts, berechnet, um das zweite haptische Signal zu generieren, berechnet wird.

5. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Festsetzung einer Höchstgrenze des Sollwerts der Kraftrückkopplung (F_C), um zu vermeiden, eine Kraft mit einer sehr hohen Intensität zu generieren.

6. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein kontextueller Parameter eine empfohlene Position des Hebels ist.

7. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sollwert der Kraftrückkopplung (F_C) oder eine Komponente des Sollwerts der Kraftrückkopplung (F_C) konfiguriert ist, um mindestens eine Wirkung aus den Folgenden zu verursachen:

- eine Kerbwirkung um mindestens eine stabile Referenzposition, wobei der Sollwert eine Rückstellkraft hin zur stabilen Referenzposition in einem Kerbbereich generiert, der sich um die stabile Position befindet;

- eine Kerbwirkung um eine neutrale Position, die einer Abwesenheit von Zugkraft und einer Abwesenheit von Bremswirkung entspricht, wobei der Sollwert eine Rückstellkraft hin zur neutralen Position in einem neutralen Kerbbereich generiert, der sich um die stabile Position befindet;

- eine Kerbwirkung, um eine Position der Notbremsung zu erreichen und zu verlassen, wobei der Sollwert eine Rückstellkraft generiert, die sich dem Erreichen der Position der Notbremsung entgegensetzt, dann, nachdem die Position der Notbremsung erreicht ist, eine zu bezwingende Rückstellkraft, um die Position der Notbremsung zu verlassen;

- eine Rastwirkung, wobei der Hebel eine Reihe von stabilen Positionen umfasst, wobei der Sollwert eine Rückstellkraft generiert, die den Hebel hin zu jeder stabilen Position bei der Verschiebung des Hebels in die folgende oder vorhergehende stabile Position zurückbringt.

8. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sollwert der Kraftrückkopplung (F_C) konfiguriert ist, um eine Rückstellkraft nur ausgehend von einer Referenzposition zu generieren, die eine Funktion des kontextuellen Parameters ist.

9. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sollwert der Kraftrückkopplung (F_C) konfiguriert ist, um eine Zahnungswirkung zu generieren, wobei der Sollwert eine Rückstellkraft generiert, die regelmäßig oder zufällig um einen Referenzwert oszilliert.

10. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend das Bestimmen eines Alarmsollwerts und das Berechnen des Sollwerts der Rückstellkraft außerdem in Funktion des Alarmsollwerts, um ein haptisches Alarmsignal zu generieren.

11. Steuerungsverfahren nach Anspruch 10, umfassend das Bestimmen des Alarmsollwerts in Funktion eines Signals, das von einem Kraftsensor, angeordnet auf dem Hebel, geliefert wird.

12. Manipulator (2) zur Steuerung eines Schienenfahrzeugs mit Kraftrückkopplung, um die Zugkraft und/oder die Bremswirkung des Schienenfahrzeugs zu steuern, wobei der Manipulator (2) einen Hebel (12) umfasst, der vom Fahrer gehandhabt werden kann, mindestens einen Sensor, um mindestens einen dynamischen Parameter des Hebels zu messen, mindestens eine Betätigungsvorrichtung (20), die konfiguriert ist, um eine Kraft auf den Hebel (12) auszuüben, und eine elektronische Steuereinheit (24), die konfiguriert ist, um ein Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.

Claims

1. A method for controlling a manipulator (2) for driving a railway vehicle with force feedback, the manipulator (2) comprising a handle (12) maneuverable by the driver, at least one sensor (22) for measuring at least one dynamic parameter of the handle, and at least one actuator configured to exert a force on the handle (12) so as to generate a force feedback, the control method comprising:

- calculating a force feedback setpoint (F_C) as a function of the dynamic parameter (P) and at least one contextual parameter (P_eco) received by the manipulator (2) so as to send a first haptic signal as a function of the dynamic parameter and independent of the contextual parameter (P_eco), and a second haptic signal as a function of the contextual parameter (P_eco), and

- controlling the actuator as a function of the force feedback setpoint (FC),

characterized in that the first haptic signal and the second haptic signal are superimposed, the at least one contextual parameter being determined from at least one datum chosen from among the speed of the vehicle and the load of the vehicle.

2. The control method according to claim 1, wherein the force feedback setpoint is a function of at least one dynamic parameter of the handle chosen from among: the position, the speed, the acceleration and a force experienced by the handle.

3. The control method according to claim 1 or 2, wherein the at least one contextual parameter is determined from the position of the vehicle along its path.

4. The control method according to at least one of the preceding claims, wherein the force feedback setpoint (F_C) is calculated as the sum of a first setpoint calculated in order to generate the first haptic signal and a second setpoint calculated to generate the second haptic signal.

5. The control method according to any one of the preceding claims, comprising the capping of the force feedback setpoint (F_C) in order to avoid generating a force with too high an intensity.

6. The control method according to any one of the preceding claims, wherein a contextual parameter is a recommended position of the handle.

7. The control method according to any one of the preceding claims, wherein the force feedback setpoint (F_C) or a component of the force feedback setpoint (F_C) is configured to generate at least one effect among the following:

- a notch effect around at least one stable reference position, the setpoint generating a return force toward the stable reference position in a notch area located around the stable position;

- a notch effect around a neutral position corresponding to an absence of traction and an absence of braking, the setpoint generating a return force toward the neutral position in a neutral notch zone located around the stable position;

- a notch effect to reach and leave an emergency braking position, the setpoint generating a return force opposing reaching the emergency braking position, then, once the emergency braking position is reached, a return force to be overcome in order to leave the emergency braking position;

- a slotting effect, the handle comprising a series of stable positions, the setpoint generating a return force returning the handle toward each stable position during the movement of the handle toward the following or previous stable position.

8. The control method according to any one of the preceding claims, wherein the force feedback setpoint (F_C) is configured to generate a return force only from a reference position that is a function of the contextual parameter.

9. The control method according to any one of the preceding claims, wherein the force feedback setpoint (F_C) is configured to generate a serration effect, the setpoint generating a return force oscillating regularly or randomly around a reference value.

10. The control method according to any one of the preceding claims, comprising determining an alert setpoint, and calculating the force feedback setpoint further as a function of the alert setpoint so as to generate an alert haptic signal.

11. The control method according to claim 10, comprising determining the alert setpoint as a function of a signal supplied by a force sensor positioned on the handle.

12. A manipulator (2) for driving a railway vehicle with force feedback, for controlling the traction and/or the braking of the railway vehicle, the manipulator (2) comprising a handle (12) maneuverable by the driver, at least one sensor for measuring at least one dynamic parameter of the handle, at least one actuator (20) configured to exert a force on the handle (12), and an electronic control unit (24) configured to carry out a control method according to any one of the preceding claims.

Dessins