WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION
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véhicules ferroviaires et concerne plus particulièrement de tels appareils qui détectent une modification du taux d'accélération uu de décélération d'un train
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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 :
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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-
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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.
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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
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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-
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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
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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-
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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-
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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
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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 :
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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
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est positive à ce moment.
A la figure 5, on a illustré la mesure, à partir de la voie/des performan-
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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
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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-
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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
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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
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de" des dites roues du véhicule.