DESCRIPTION
Cette invention concerne la mesure de la vitesse et de l'accélération de locomotives, d'engins de terrassement et d'autres véhicules de grande taille. En particulier, l'invention a trait à un nouvel équipement de mesure, de calcul et d'affichage donnant la vitesse et l'accélération d'un véhicule utilisant des techniques digitales pour obtenir un affichage analogique.
L'équipement décrit et revendiqué dans cette demande donne la vitesse et l'accélération d'un véhicule sous forme analogique/digitale en utilisant en même temps la lumière ambiante et une source lumineuse interne.
Les tachymètres digitaux de l'art antérieur (brevets US No 3 525 044 et 3 699563 inclus dans la présente demande à titre de référence) comportent des systèmes d'affichage d'un type plus ancien qui présentaient un certain nombre de problèmes, quelquefois importants. En particulier les chiffres étaient petits, leur contraste était faible, et la lumière ambiante n'améliorait pas ce contraste.
Les affichages numériques des unités actuellement en service présentent l'inconvénient qui reste probablement le plus difficile à surmonter, c'est Absence d'une configuration que l'opérateur peut connaître. Les affichages analogiques sont connus pour nécessiter moins d'attention de la part d'un conducteur de véhicule ayant besoin d'une information donnée. Toutefois, les techniques digitales ne se prêtent pas facilement à un affichage analogique. Par ailleurs, bien que les techniques digitales soient commodes à utiliser pour le calcul de données relativement élaborées telles que l'accélération, il n'existe pas actuellement de système unique combinant un affichage analogique de la vitesse et de l'accélération avec un traitement de signaux digitaux.
Un affichage de ce type serait d'une aide inestimable aux conducteurs de véhicule lorsqu'ils freinent ou qu'ils augmentent la puissance de traction de leur véhicule.
Un but de cette invention est en fait de fournir un équipement qui mesure et donne la vitesse du véhicule de grande taille où l'affichage a un caractere essentiellement analogique.
Un autre but de cette invention est de fournir un équipement qui mesure et donne la vitesse où l'affichage de la vitesse est clairement visible et où cette clarté est accrue par la lumiére ambiante.
Un autre but encore de cette invention est de fournir la vitesse et l'accélération du véhicule sous une forme essentiellement analogique.
Un autre but encore de cette invention est de fournir un équipement qui mesure et donne la vitesse du véhicule de grande taille et qui utilise les techniques digitales pour produire un affichage analogique.
Un autre but encore de l'invention est de fournir un équipement donnant la vitesse du véhicule qui permet au conducteur de contrôler l'équipement et de voir s'il fonctionne correctement ou non.
Un autre but encore de l'invention est de fournir un équipement donnant la vitesse du véhicule ayant des moyens d'accès contrôlé afin d'y faire entrer et ajuster les paramètres intervenant dans la mesure de cette vitesse.
Un autre but encore de l'invention est de fournir des moyens d'accès restreint et protégé pour pouvoir ajuster l'af- fichage de la vitesse, ce qui augmente considérablement la fiabilité de l'unité.
Un tachymètre d'un véhicule est commandé par un générateur d'impulsions qui est asservi à une roue et fournit sous une forme essentiellement analogique la vitesse et l'accélération/la décélération du véhicule. Le système comporte en outre un affichage digital auxiliaire précis de la vitesse donnée par l'affichage analogique. L'affichage est entièrement assuré par des cristaux liquides transflectifs ce qui améliore la visibilité des données lorsque la lumière ambiante est augmentée.
Les techniques digitales mises en oeuvre à l'aide d'un microprocesseur sont utilisées pour mesurer la vitesse, ceci en comptant les impulsions provenant de l'extrémité de l'essieu - ou plus exactement d'un générateur d'impulsions asservi à l'essieu - pendant des intervalles de temps prédéterminés et précis. Les valeurs obtenues pour la vitesse sont conservées pendant une durée prédéterminée pour permettre de calculer l'accélération du véhicule.
La nouvelle technique pour mesurer et afficher la vitesse et l'accélération met en oeuvre la mesure d'au moins deux vitesses successives correspondant à des moyennes prises sur des intervalles de temps quelque peu plus longs que ce qui est nécessaire pour mesurer deux vitesses ponctuelles. L'accélération est alors calculée à partir de la différence de ces deux vitesses moyennes. L'affichage de l'accélération met en oeuvre une configuration logique et correcte sur le plan ergonométrique où le changement de l'accélération et de la décélération est représenté par des barres verticales de taille croissante et/ou décroissante.
En règle générale, la partie gauche de l'affichage comporte des barres verticales de taille décroissante pour indiquer la décélération, alors que la partie droite de l'affichage comporte des barres verticales de taille croissante pour représenter l'accélération.
La nature analogique de l'affichage combiné de la vitesse, de l'accélération et/ou de la décélération donne à l'opérateur du véhicule un maximum d'informations en un temps très court. On sait que le fait d'utiliser des configurations pour représenter des valeurs sous une forme analogique permet rapidement d'interpréter les données et d'identifier toute anomalie afin d'effectuer les corrections nécessaires.
Un test qui peut être mis en oeuvre par l'opérateur du véhicule à n'importe quel moment permet à celui-ci de voir si l'unité fonctionne normalement. Tout fonctionnement défectueux est indiqué et l'unité est arrêtée. L'opérateur sait alors que l'unité doit être réparée ou que d'autres systèmes de mesure de la vitesse doivent être utilisés. L'opérateur peut également effectuer des étalonnages et ajuster des paramètres tels que le diamètre des roues intervenant dans le calcul de la vitesse et de l'accélération. L'accès au système d'ajustage et d'étalonnage est restreint par l'emploi d'interrupteurs cachés que l'on doit maneuvrer au moyen d'un aimant permanent externe.
Figure 1 montre le schéma de fonctionnement du système de l'invention et en particulier les chemins empruntés par les signaux/l'alimentation dans les composantes majeures de ce système.
Figures 2 et 2a sont des vues en plan des portions d'affichage du système de l'invention, et elles montrent en particulier l'échelle et l'index analogiques, Affichage digital de la vitesse indiquée par l'index analogique et un système de barres pour représenter l'accélération et/ou la décélération.
Figure 3 (1 à 14) est le schéma de fonctionnement de l'indicateur de vitesse et du système d'affichage de l'invention, et elle montre en particulier le fonctionnement du microprocesseur, les opérations du système de mesure du tachymètre ainsi que les opérations d'essai/d'étalonnage mises en oeuvre par l'opérateur pour lui permettre de connaître l'état du système.
Figure 4 est une explication graphique et algébrique du mode de détermination de raccélération utilisant les concepts de l'invention.
Figure 5 est une vue en perspective du tachymètre et de l'enceinte contenant les composantes électroniques. La partie découpée montre l'emplacement des interrupteurs d'essai/ d'étalonnage mis en oeuvre par un aimant.
Le tachymètre décrit ici correspond à la forme d'exécution préférée, et il est clair que l'intention du demandeur n'est pas de limiter l'invention à cette mise en oeuvre particulière. Au contraire, la présente description est destinée à inclure toutes les variantes, les modifications et les équivalents correspondant à l'esprit de l'invention dans le domaine d'application de l'invention tel qu'il est défini dans les revendications en annexe.
Dans la figure 1 qui représente le schéma de fonctionnement de l'équipement de l'invention 2, un arbre d'entrée tournant ou arbre de véhicule 7 commande un générateur d'im pulsions 6 situé à l'extrémité de l'essieu du type décrit et revendiqué dans le brevet US No 3 566 169. Des impulsions électriques dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation de l'arbre d'entrée 7 sont traitées par un filtre 8 et transmises à l'entrée d'un microprocesseur 10 tel qu'un Intel 80351. L'alimentation du microprocesseur vient de la source 4. La source 4 fournit également le courant électrique nécessaire au circuit de commande de l'affichage 16 controlant la partie électroluminescente 18 de l'écran d'affichage 14.
Après avoir effectué les opérations appropriées conformément à l'invention sur les impulsions reçues, le microprocesseur 10 fournit des informations sous forme digitale au circuit de commande 12 de l'affichage à cristaux liquides. Les opérations du microprocesseur 10 aboutissant à l'obtention de l'information correcte nécessaire à l'écran d'affichage seront décrites plus loin. Le circuit de commande de l'affichage à cristaux liquides agit en outre sur la sortie du microprocesseur pour que la vitesse et l'accélération apparaîssent sur l'écran d'affichage 14 aussi bien sous une forme analogique que digitale. Il y a lieu de noter que la combinaison de l'affichage par cristaux liquides 14 et du panneau électroluminescent 18 donne un fond transflectif.
Ce système transflectif améliore la visibilité sur l'écran d'affichage 14 en faisant intervenir aussi bien la lumière ambiante que les émissions électroluminescentes.
Dans les figures 2, 2a et 5, l'affichage sur l'écran 14 a l'aspect illustré en 30 (ou 40) et il comporte un indicateur ou index analogique 32 qui - lorsque le tachymètre fonctionne parcourt un chemin circulaire le long d'une échelle circulaire 34 donnant la vitesse tout en restant en alignement radial avec les graduations de cette échelle.
L'affichage électroluminescent se trouve dans une enceinte 3 qui comporte les interrupteurs de contrôle magnétiques 20 et 22 (voir figure 5). Ces interrupteurs déclanchent les opérations du microprocesseur destinées à ajuster les paramètres de fonctionnement et à vérifier le fonctionnement du tachymètre (voir TEST D'ENSEMBLE, INITIALISATION DE
BORD et TEST DE BORD, figure 3-3).
Les divisions principales de l'échelle circulaire correspondent à des milles/heure. L'échelle peut également être graduée en kilomètres/heure. Généralement, l'échelle circulaire comporte 100 divisions. Au centre de la partie inférieure de l'affichage 30, il y a en outre un affichage digital de la vitesse 44 correspondant à la vitesse donnée par l'index 32 sur l'échelle 34. L'affichage 44 donne les vitesses entre 0 et 99,99 milles/heure, ou lorsque cela est souhaité l'équivalent de ces vitesses en kilomètres/heure.
Le coin supérieur gauche de l'affichage 30 comporte un ensemble essentiellement trapézoïdal 36 composé de segments ou de barres essentiellement verticaux. Les différentes barres 38 ont la même largeur mais varient en hauteur de la gauche à la droite. Dans la présente invention, l'affichage 36 représente l'accélération négative (quelquefois dénommée décélération) en milles/heure/seconde (MPH/SEC). On voit qu'il y a dix barres verticales représentant la décélération décroissant de gauche à droite. La barre située à l'extrême gauche correspond à six milles/heure/seconde alors que la barre située à l'extrême droite correspond à une décélération de 0,25 milles/heure/seconde. Les barres intermédiaires cor respondent à des décélérations de 43 25 20 15 l007Set 0,5.
Ceux versés dans l'art comprendront aisément que d'autres combinaisons de valeurs et/ou de dimension des barres pourraient également être utilisés pour représenter la décélération. L'information visuelle donnée par la figure 2 est donc que la vitesse instantanée est de 30,00 milles/heure et que la décélération est de 0,75 milles/heure/seconde. Il y a lieu de noter que l'intervalle entre 0,75 milles/heure/seconde et 0,5 ou 1,0 milles/heure/seconde procure un affichage stable de l'accélération qui ne sautille pas.
L'affichage 40 de la figure 2a représente une situation inverse de celle de la figure 2, c'est-à-dire un véhicule qui roule à 30 milles/heure en accélérant. Comme dans le cas de l'ensemble utilisé pour afficher la décélération, l'élément pour afficher l'accélération 41 comporte des barres pour représenter l'accélération 42. Les pointillés au niveau des barres 42 indiquent que l'accélération est de 1,0 mille/heure/ seconde. L'accélération maximale donnée par la barre située à l'extrême droite de l'ensemble est généralement de 5,5 milles/heure/seconde. Ceux versés dans l'art comprendront aisément que les valeurs d'accélération et de décélération doivent être ajustées pour tenir compte de la taille et de la puissance du véhicule. La forme d'exécution décrite donne les valeurs propres aux locomotives diesel tirant des trains de marchandises de 100 wagons.
La méthode pour calculer l'accélération sera décrite maintenant à l'aide des figures 3 et 4. Elle part de deux valeurs successives de la vitesse. Comme cela est illustré, après l'initialisation de l'affichage à zéro et quelques autres opérations exécutées par le microprocesseur qui sont décrites en détail dans la figure composée 3, l'horloge incluse dans le microprocesseur 10 mesure deux cycles complets 52 et 53 (voir figure 3-3). La durée de chaque cycle mesuré est enregistrée dans le microprocesseur pour être utilisée à déterminer la première vitesse (voir 52). Il y a lieu de noter qu'un cycle complet est défini par la tension 50 passant par la valeur zéro. Cette tension 50 a la fréquence du générateur d'extrémité d'essieu 6.
De la même manière, une seconde vitesse 53 est déterminée à partir du temps nécessaire pour que s'effectuent deux cycles de la tension 50 produits par le générateur (voir 56).
L'accélération du véhicule pendant le temps nécessaire pour passer de la première vitesse 52 à la seconde vitesse 53 est calculée comme cela est indiqué en 57 (voir figure 3-3). I1 y a lieu de noter que la détermination de l'accélération implique l'utilisation d'un intervalle de temps additionnel delta t, en l'occurence delta t2 (55). Un intervalle de temps additionnel similaire delta tl (54) a été utilisé pour déterminer la vitesse 1(52). La mesure ou détermination de l'accélération s'effectue dans le microprocesseur comme cela est indiqué en 57 où l'on a représenté le calcul effectué par le microprocesseur sous forme symbolique. La mesure de l'accélération faite comme décrit fournit des données qui sont stables et peu susceptibles de donner lieu à des sautillements .
Ceci est dû à l'introduction d'un intervalle de temps delta t entre deux mesures successives de la vitesse du véhicule (voir figure 4).
On a représenté sur la figure 3 le traitement en continu par le microprocesseur de l'information qu'il reçoit sous la forme d'impulsions provenant du générateur d'extrémité d'essieu 6 et traitées par le filtre à signaux 8. Les références données dans la figure 3 correspondent aux références des autres figures. I1 est à noter que l'on utilise le langage d'assemblage ASM5 1 pour la programmation du microprocesseur/contrôleur Intel 8051 et qu'il est prévu des dispositifs périphériques entrée/sortie.
Le tachymètre analogique/digital de l'invention a un certain nombre d'améliorations par rapport aux tachymètres digitaux de l'art antérieur qui permettent à l'opérateur de mieux utiliser et de mieux entretenir le véhicule pourvu d'un tel appareil. Parmi les améliorations on peut citer: a) la possibilité d'effectuer une vérification du tachymètre qui permet à l'opérateur de mettre clairement en évidence tout mauvais fonctionnement (voir TEST D'ENSEMBLE de la figure 3-1); b) la possibilité de procéder aisément à des étalonnages du tachymètre pour tenir compte de facteurs tels que la taille des roues et le point de survitesse (l'accès à cet étalonnage est contrôlé); et la possibilité de détecter une survitesse du véhi cule et de donner l'alarme (voir TEST DE BORD de la figure 3-3).
Conformément aux concepts de l'invention décrite, les opérations ci-dessus effectuées par l'opérateur qui utilise pour cela un nouveau système d'interrupteurs cachés 20 et 22 qui sont actionnés par des aimants et qui sont situés dans l'en- ceinte sous l'affichage à cristaux liquides. Un interrupteur de mise en service (non représenté) est en outre prévu à l'arrière de l'enceinte de l'unité. I1 est à noter que cet interrupteur qui est un interrupteur de sécurité a un sceau ou un fil de sécurité pour empêcher un étalonnage non-autorisé des constantes internes du tachymètre qui pourrait modifier les mesures de vitesse et d'accélération, et donc fausser l'information concernant la vitesse et l'accélération fournie par le tachymètre et compromettre la sécurité de la conduite.
On va décrire maintenant les opérations que l'opérateur peut effectuer pour vérifier que l'appareil fonctionne correctement (voir TEST D'ENSEMBLE de la figure 3-1).
L'interrupteur de gauche 20 est actionné en mettant une sonde magnétique près de lui (position 24). Comme cela se voit sur la figure 3, tout le microprocesseur est soumis à une série de tests prédéterminés, suivie de Affichage des indicateurs, c'est-à-dire des barres de décélération 36 et des barres d'accélération 40, de l'indicateur tournant 32, des graduations de l'échelle circulaire 39, et de la vitesse digitale 44 (voir figure 2).
Toujours en relation avec la figure 3, lorsque l'interrupteur de sécurité a été fermé et que rinterrupteur de droite 22 a été actionné comme décrit précédemment, la taille des roues est affichée à l'emplacement d'affichage de la vitesse 44 (voir figure 3-3 TEST BORD ).
L'opération continue ensuite comme cela est représenté sur la figure 3-3 à partir de AT-A . Tous les registres du microprocesseur sont initialisés et les opérations programmées c'est-à-dire celles assurant la mesure et l'affichage de la vitesse - se mettent en route. Ces opérations s'effectuent comme cela est représenté sur la figure 3-3 en CALC
VITESSE et Déter. Acc. . Toutes les valeurs de vitesse et d'accélération sont transmises au système d'affichage à cristaux liquides 30.
Au cas où il serait décidé ou qu'il serait nécessaire de changer les constantes enregistrées utilisées pour calculer la vitesse, l'accélération ou la survitesse, ou de procéder à une remise à zéro. L'interrupteur de sécurité (non représenté) situé à l'arrière de l'appareil sur son côté droit est mis en service, ce qui améne le programme du microprocesseur à la partie Initialisation de bord (voir figure 3-3.) Lorsqu'on actionne l'interrupteur caché droit 22 à l'aide d'un aimant, on déplace le programme représenté sur la figure 3-6 à la partie TAILLE . Dans la position ATTENTE 1 , il est nécessaire d'actionner l'interrupteur caché 20 en moins de 30 secondes.
Lorsque cette opération a lieu, le diamètre des roues enregistré auparavant est affiché. Le chiffre situé à l'extrême gauche clignote, on peut alors actionner l'interrupteur d'ajustage caché de gauche 20 pour changer ce chiffre. Tous les chiffres définissant le diamètre des roues peuvent être changés de cette manière. Si aucune opération n'intervient par l'intermédiaire de l'interrupteur d'ajustage 20 dans un intervalle de temps prédéterminé (généralement 30 secondes), le programme continue vers GAMME (figure 3-8) et Changement échelle .
Comme dans le cas de l'ajustage de la taille des roues, si on actionne l'interrupteur d'ajustage en moins de 30 secondes, on provoque l'affichage de l'échelle enregistrée auparavant, c'est-à-dire de l'échelle DOUBLE ou SIMPLE . Le terme simple indique que l'échelle est continue et va de 0 à 99,9 milles/heure et le terme double indique que l'échelle va d'abord de 0 à 9,99 milles/heure avec un changement automatique sur une échelle allant de 0 à 99,99 milles/heure.
Dans la partie suivante du programme Changement échelle (figure 3-8) le choix entre double et simple est effectué en maneuvrant l'interrupteur caché magnétique d'ajustage de gauche 20 (on suppose ici qu'un changement a été effectué sur l'interrupteur de droite). Si l'interrupteur de gauche ou l'interrupteur de droite n'est pas actionné durant les 30 secondes qui suivent, l'échelle ne peut plus être changée. Dans la partie suivante du programme SURVI
TESSE la valeur maximale de la vitesse du véhicule à partir de laquelle une indication de survitesse est fournie ou une alarme est mise en route est affichée.
Dans le cas où l'interrupteur d'ajustage est actionné durant les 30 secondes qui suivent le passage à Changement survitesse (figure 3-9) la survitesse précédente est affichée.
Comme dans le cas du diamètre des roues, le chiffre à l'extrême gauche clignote et il est modifiable.
Toujours en relation avec la figure 3, tous les chiffres déterminant la survitesse peuvent être changés à l'aide de l'interrupteur d'ajustage de gauche 20. Après l'ajustage de la survitesse, l'opération se poursuit comme indiqué sur la figure 3-10. Lorsqu'on arrive en CONSERVER SURVITESSE la nouvelle valeur de la survitesse se trouve enregistrée.
Comme dans le cas du diamètre des roues et de la valeur de la survitesse, l'absence d'opération sur l'interrupteur de droite pendant 30 secondes provoque l'affichage de la fréquence du signal de l'extrémité d'essieu (EDE). C'est un nombre compris entre 0 et 99 et le chiffre à l'extrême gauche clignote.
A ce moment (voir figure 3-10 on peut actionner l'interrupteur d'ajustage de gauche 20 pour changer la fréquence des signaux de l'extrémité de l'essieu indiquant le nombre d'impulsions par rotation de la roue qui seront utilisées pour la détermination de l'accélération et de la vitesse. Il y a lieu de noter que le système de tachymètre décrit est très adaptable et qu'il peut être ajusté pour les fréquences de signaux d'entrée relativement élevées, ce qui permet d'utiliser certains détecteurs de vitesse à radar dont le fonctionnement est basé sur l'effet doppler et qui émettent des signaux de fréquence radio.
Tout comme dans le cas de la taille des roues, de la survitesse et de l'ajustement de la gamme, si l'interrupteur d'ajustage 20 n'est pas actionné pendant 3 périodes de 30 secondes, le programme continue vers BARRES ACCELERATION (Fig. 3-11), où toutes les indications sont affichées simultanément. A ce point, le tachymètre est prêt à fonctionner avec les données nouvelles ou modifiées concernant la taille des roues, la survitesse et la fréquence des impulsions de l'essieu pour mesurer et donner la vitesse et/ou l'accélération du véhicule.
On voit donc que l'invention fournit un tachymètre pour véhicules ayant des moyens pour indiquer la vitesse et l'accélération qui remplit pleinement les objectifs visés et possède les avantages recherchés indiqués plus haut. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec une forme d'exécution particulière, il est évident à ceux versés dans l'art que de nombreuses variantes, modifications et changements sont possibles à partir des concepts et des détails présentés dans la description qui précède. Naturellement, ces variantes, modifications ou changements ne se départissent pas de l'esprit de l'in- vention et restent dans le domaine d'application de celle-ci telle qu'elle est définie dans les revendications.