Brevet FR2500393A1 — publié le 19820827

Installation pour la transmission d'informations entre le sol et un véhicule roulant sur une voie ferrée divisée en troncons. La présente invention concerne une installation pour la transmission d'informations entre le sol et un véhicule roulant sur une voie ferrée divisée en tronçons, du type dans laquelle au moins l'un des rails de ladite voie est utilisé comme élément conducteur entre un générateur de courant porteur d'informations situé au sol, et un récepteur porté par le véhicule. Comme on le sait, de telles installations sont actuellement utilisées pour transmettre des ordres de marche aux trains ou aux conducteurs, et donc peuvent permettre diverses fonctions telles que : conduite auto mastique, contrôle de vitesse ou systèmes d'aides à la conduite ... etc. Ledit récepteur porté par le véhicule peut comprendre tout capteur approprié, par exemple du type à induction magnétique. Quant au générateur ou émetteur, il transmet à la voie des signaux électriques dont les informa- tions à transmettre au train sont en principe traduites par une modulation de phase ou de fréquence. Dans les installations de ce type actuellement connues, on met ordinairement en oeuvre un type de transmission dit en "mode différentiel", le générateur de courant porteur étant branché entre les deux rails. Un conducteur de retour branché de place en place entre les deux rails assure le retour du courant , l'espace (variable) qui sépare le générateur de ceconducteur de retour est désigné "tronçon". Pour chaque tronçon de voie auquel se trouve associé un générateur, le circuit électrique comprend donc, en série, le générateur, l'un des rails, un essieu du véhicule (ou ledit conducteur de retour, en l'absence d'un véhicule sur ledit tronçon), pour assurer le retour du courant, etc'autre rail. Ce mode différentiel entraine un certain nombre d'inconvénients, dont les principaux sont les suivants 1. Le générateur doit obligatoirement se trouver en fin de tronçon, c'est-à-dire du côté aval suivant le sens de marche des trains, car autrement, le générateur serait courtcircuité par l'essieu de retour de courant, situé en tete du train, dès l'arrivée de cet essieu au niveau du début du tronçon, pour rester ensuite court-circuité par les autres essieux. 2. La géométrie du circuit de transmission varie avec la position du véhicule sur le tronçon, ayant une longueur maximale lorsque ledit essieu de retour attaque le tronçon, longueur qui diminue ensuite jusqu'à zéro lorsque ledit essieu arrive au niveau du générateur. Pour de longs tronçons, il s'ensuit une variation importante du signal capté par le récepteur porté par le véhicule ; l'existence de ce rapport important entre l'amplitude maximale des signaux reçus et leur amplitude minimale est très genante car il devient alors plus délicat de distinguer entre les signaux réels les plus faibles de la voie et les signaux parasites, émis par exemple par une voie voisine. 3. Les installations à transmission en mode différentiel sont sensibles aux conditions atmosphériques car, par exemple par temps humide, les traverses court-circuitent plus ou moins les rails, ce qui augmente les pertes et affaiblit le signal reçu. Le but de la présente invention est de remédier à tous ces inconvénients de ces installations à transmission à mode différentiel, et d'obtenir aussi d'autres avantages, qui apparaitront mieux par la suite. A cet effet, conformément à l'invention, une installation du type général indiqué au début est caractérisée en ce que chaque tronçon de voie est associé à au moins un générateur de courant connecté entre un branchement prévu sur au moins l'un des rails et un câble de retour longeant la voie, lequel cable est relié au rail par une extrémité, en un emplacement de celui-ci qui est éloigné dudit branchement du générateur d'une distance égale à la longueur, ou à une fraction entière de la longueur, du tronçon considéré. En principe, et quoique ceci ne soit pas absolument obligatoire, on prévoiera deux conducteurs de liaison entre les deux rails, l'un au niveau de ce que l'on a appelé plus haut le "branchement" du générateur, et l'autre au niveau de l'emplacement de la connexion de ladite extrémité du câble de retour, de sorte que la transmission des signaux s'effectuera dans les deux rails de roulement en meme temps, selon un mode de transmission que l'on peut donc dénommer "mode de transmission parallèle". Que la transmission s'effectue par les deux rails ou par un seul, les avantages de la présente invention sont fondamentalement les memes, et résident entre autres dans l'élimination complète des inconvénients cités plus haut 1'. Le générateur peut etre indifféremment en début ou en fin de tronçon, c'est-à-dire en amont ou en aval par rapport au sens de marche des trains, puisqu'il ne peut plus être court-circuité par l'essieu du véhicule. 2'. La géométrie du circuit de transmission ne varie pas avec la position du véhicule sur le tronçon, puisque l'essieu de cclui-ci ne joue pratiquement plus aucun rôle visà-vis du circuit du générateur. En corollaire, le niveau du signal capté par le véhicule ne varie pas avec sa position sur le tronçon, ce qui permet d'utiliser des circuits détecteurs simplifiés,acceptant une dynamique beaucoup moins grande, et ce qui facilite donc en permanence la distinction entre les signaux parasites et les signaux porteurs des informations intéressantes. 3'. L'installation conforme à l'invention est très peu sensible aux conditions atmosphériques, car, meme lorsque l'on utilise les deux rails de roulement, selon le mode de transmission dit "en parallèle", les liaisons parasites entre les deux rails sont pratiquement sans effet sur le niveau des signaux reçus par les capteurs du véhicule, et d'une façon générale sur les caractéristiques de la transmission, les rails étant pratiquement au meme potentiel en tout emplacement de la longueur de la voie. Quant à la présence d'un câble de retour le long de la voie, câble qui n'existe pas avec le mode de transmission dit "en différentiel", elle n'impose pas de contraintes particulières, car la position de ce câble est indifférente on peut le loger dans des caniveaux longeant la voie, ou sur des corbeaux. L'environnement de la voie ne pose donc pas de problème à ce sujet. La pose et l'entretien du câble de retour sont faciles et peuvent s'effectuer à moindres frais. La portée maximale, pour un générateur donné, dépend principalement de la fréquence du courant porteur, compte tenu de ce que, pour éviter ou limiter les couplages parasites entre tronçons voisins mécaniquement isolés, la longueur des tronçons devra être faible vis-à-vis du quart de la longueur d'onde de ce courant. Toutefois, un mode d'injection symétrique permet, pour une fréquence donnée, de doubler cette portée. Une installation conforme à l'invention pourra donc être encore caractérisée en ce que le générateur est disposé à mi-chemin entre les deux extrémités du tronçon considéré, l'une de ses bornes étant branchée sur un ou les deux rails en cet endroit et l'autre borne sur le point milieu d'un câble de retour longeant la voie, une extrémité de ce câble étant reliée à un ou aux deux rails en un emplacement correspondant à une extrémité du tronçon, et l'autre extrémité dudit câble en un emplacement correspondant à l'autre extrémité du tronçon. Le tronçon de transmission est ainsi symétrisé, ce qui permet d'équilibrer les potentiels de part et d'autre du gé générateur et minimise ainsi les couplages parasites entre tronçons, en amont et en aval, qui sont dûs aux capacités entre les rails et la terre et entre ledit câble de retour et la terre. L'effet de ces couplages entre tronçons par lesdites capacités parasites peut encore être diminué si l'on fait en sorte que la répartition des potentiels le long de la voie ait une valeur moyenne nulle par rapport au potentiel ae référence de la terre. A cet effet, une installation conforme à l'invention pourra encore être caractérisée en ce que le tronçon de voie considéré est divisé essentiellement en trois sections, à savoir deux sections extrêmes de même longueur et une section centrale de longueur double, deux générateurs de courant de polarités opposées étant branchés entre la voie (en étant connectés à l'un des rails ou aux deux) et un câble de retour longeant celle-ci, respectivement aux deux emplacements situés aux jonctions entre la section centrale et les deux sections extrêmes dudit tronçon. Cette configuration mettant en oeuvre deux générateurs de polarités opposées permet donc d'obtenir, pour une fréquence donnée, une portée quatre fois supérieure à celle autorisée avec la solution la plus générale indiquée au début (un seul générateur en bout de tronçon). L'invention sera de toute façon mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaitront à la lecture de la description qui suit, d'une part d'une installation connue et d'autre part d'installations conformes à différents modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement le mode de transmission différentiel connu, la voie concernée étant représentée en plan - les figures 2 à 4 représentent schématiquement des installations conformes à l'invention, la voie concernée étant représentée en plan - la figure 5 montre schématiquement des branchements de shunt entre voie et caténaire pour deux voies voisines, chacune représentée en élévation ; et - la figure 6 est un schéma plus complet d'une installation conforme à l'invention, la voie concernée étant représentée en plan. En mode de transmission différentiel connu (figure 1), pour un tronçon de voie de longueur 1, l'installation comprend un générateur 1 de courant porteur modulé, par exemple en phase ou en fréquence, lequel générateur est branché entre les rails 2 et 3 de la voie. Le branchement du générateur sur la voie est situé à l'une des extrémités du tron çon considéré, tandis qu'à l'autre extrémité du tronçon les rails 2 et 3 sont reliés par un conducteur de liaison 4. Les flèches I représentent le sens de circulation du courant dans les rails. On a représenté schématiquement en 5 un essieu de retour de courant d'un véhicule se déplaçant sur le tronçon, et en 6 un capteur, par exemple de type électromagnétique, propre à fournir au véhicule une commande fonction des caractéristiques du signal porteur sur le tronçon considéré. On voit sur cette figure que la géométrie du circuit comprenant le générateur 1, l'essieu de retour de courant 5 et la longueur des rails comprise entre cet essieu et le générateur est essentiellement variable,puisqu'elle est directement fonction de la position de l'essieu entre le générateur et le conducteur de liaison 4. Les inconvénients entrainés par cette disposition ont été expliqués plus haut. Conformément à l'invention, au contraire, (figure 2) le générateur de courant porteur modulé 1 est branché entre la voie et un câble de retour longeant celle-ci et référencé en 7. Plus précisément, et considérant là encore un tronçon de voie de longueur 1, le générateur 1 est connecté entre une extrémité 7a dudit câble de retour 7 et un branchement 8a prévu au moins sur l'un des rails, tandis que l'autre extrémité 7b du câble 7 est-reliée au même rail (en l'occu- rence au rail 3) en un emplacement de celui-ci, référencé en 9b, séparé du branchement 8a par la longueur 1. Sur la figure 2, on a représenté également deux conducteurs, respectivement 9a et lob, de liaison entre les deux rails 2 et 3. Dans cet exemple, on a supposé que l'essieu 5, qui ne sert pas au retour du courant, est associé à deux capteurs 6 et 6', éventuellement aussi de type électromagnétique. Les flèches I et I' représentent également le sens de circulation du courant issu du générateur 1, et circulant respectivement dans les rails 2 et 3 (les courants dans les deux rails peuvent ne pas être rigoureusement égaux). On voit bien grâce à cet exemple de réalisation d'une installation conforme à l'invention que les deux tronçons de rails 2 et 3 sont branchés en parallèle dans le circuit du générateur. On voit bien en particulier que la position de l'essieu 5 ne modifie en rien la géométrie du circuit de transmission; celle-ci étant déterminée une fois pour toutes par l'emplacement des connections 8a et 9b, et des liaisons 9a et lOb. Les avantages essentiels d'une telle disposition ont été expliqués plus haut. ' Dans le mode de réalisation de la figure 3, le générateur 1 est disposé à mi -chemin entre les deux extrémités 9a et lob du tronçon considéré, lequel a dans ce cas une longueur totale égale à 2 1. Plus précisément, l'une des bornes du générateur est reliée aux rails 2 et 3 en un endroit correspondant à la moitié du tronçon, ces deux rails étant connectés en cet endroit par une liaison 11, tandis que l'autre borne du générateur est reliée au milieudu câble de retour de courant 7 dont les deux extrémités 7a et 7b sont quant à elles reliées respectivement aux rails 2 et 3, aux emplacements des liaisons 9a et lOb. On voit sur cette figure et à l'aide du diagramme situé au-dessous, qu'avec un même générateur l,de tension aux bornes v, on peut obtenir le même courant I+I' qu'avec le mode de réalisation de la figure 2, et ceci sur une longueur de tronçon double. Dans le mode de réalisation de la figure 4, on utilise deux générateurs de courant 1 et 1' pour alimenter la voie, et qui sont branchés avec des polarités opposées. Si l'on considère un tronçon de longueur 4 1 divisé fictivement en deux sections extrêmes de longueur 1 et en une section centrale de longueur 2 1, ces deux générateurs sont, comme on le voit, branchés respectivement aux jonctions entre les sections extrêmes et la section centrale, lesquelles trois sections sont délimitées par les conducteurs de liaison entre les deux rails 2 et 3, à savoir les conducteurs 9a, 11, 11' et 106 (pour mieux montrer les analogies entre les différents modes de réalisation, ainsi que l'unité du concept inventif, on a utilisé dans les figures certaines des références déjà utilisées dans les autres pour désigner les mêmes éléments ou des éléments analogues). Dans cet exemple, les deux générateurs sont donc branchés entre les rails 2 et 3 en parallèle d'une part, et le câble de retour de courant 7 d'autre part (connexions 7c et 7d entre les extrémités 7a et 7d du câble). On obtient grâce à ce montage les mêmes courants I et I', mais sur une longueur de tronçon quadruple et, comme le montre bien le diagramme au-dessous de la figure 4, avec un potentiel moyen de la voie qui est nul, ou pratiquement nul, par rapport au potentiel de référence de la terre. En outre, on peut s'affranchir, grâce à ce montage, du couplage entre tronçons apporté par les capacités parasites. Cependant, pour éviter tout couplage parasite entre tron çons voisins dans le cas où les impédances du câble de retour et des rails ne seraient pas homogènes sur toute la longueur du tronçon, on peut prévoir avantageusement que deux tronçons voisins sont alimentés par des générateurs de fréquences différentes. Deux fréquences fl et f2 utilisées en alternance suffisent à l'obtention de ce résultat, comme le montre bien la figure 5 (tronçons nO 1, nO 2, nO 3, nO 4... alimentés alternativement sous les fréquences fl, f2, fl, f2 etc). Il peut encore se faire, malgré ces précautions, que des couplages parasites apparaissent entre deux tronçons (meme deux tronçons non voisins) par l'intermédiaire des moteurs des motrices, lorsque l'impédance de ceux-ci est faible. Pour éviter ce phénomène, il pourra être opportun de prévoir des shunts (pour les fréquences considérées) entre le caténaire 12 (ou un rail d'amenée de courant appelé "troisième rail") et les rails de roulement 2 et 3, aux extrémités des tronçons. Ces shunts peuvent être constitués de filtres passe-bande accordés sur ces fréquences, mais on les a référencés, sur la figure 5, par de simples lignes 13. En outre, lorsque l'on désire une transmission sécuritaire, un numéro d'identification nO 1, nO 2, , 3, nO 4 etc est affecté à chacun des tronçons et ce numéro est reconnu par le train au début de chaque tronçon. Par ailleurs, lorsque deux voies 2, 3 et 2', 3' (figure 5) parallèles sont rapprochées, des couplages par mutuelle inductance peuvent se faire entre les caisses des trains. On pourra éviter cet inconvénient en utilisant des groupes de fréquences différentes pour les deux voies : fréquences fl, f2, fl, f2 etc pour la voie 2, 3, et fréquences f'l, f'2, f'l, f'2 etc pour la voie 2', 3', dont, sur la figure 5, les nO d'identification des tronçons délimités par les shunts 13' sont nO 1', nO 2', nO 3' et nO 4' etc ; ces shunts 13' sont raccordés au caténaire ccrrespondant 12'. A la figure 6, on a représenté encore une installation conforme à l'invention, du type à deux générateurs par tron çon de transmission, mais plus complète. Les deux générateurs 1 et 1' sont branchés entre le câble de retour de courant 7 et les rails 2 et 3 par l'intermédiaire d'impédances de couplage 14. Les extrémités du câble 7 sont quant à elles reliées aux cables 2 et 3 par des impédances de bouclage 15. On a représenté aussi en 16 deux circuits de voie, servant par exemple à détecter la position des trains sur la voie. Un shunt 17 peut permettre, si nécessaire, au courant porteur d'informations provenant des générateurs 1 et 1' de circuler entre les deux circuits de voie, malgré la présence des joints mécaniques 18 qui les séparent. On voit sur cet exemple qu'un tronçon de transmission (délimité par les impédances de bouclage 15) peut s'étendre au moins sur deux circuits de voie, alors qu'en mode de transmission différentiel la longueur d'un tronçon est limitée par celle du circuit de voie. Il s'agit là d'un avantage complémentaire très important de l'invention. D'une façon générale, il s'avère qu'un mode de transmission parallèle par les rails est superposable sans complication à tous les systèmes de détection de trains ou à tout autre matériel préexistant dans la voie (pédales, balises, etc). Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. Notamment, on pourra prévoir d'utiliser des tronçons adaptés, ce qui pourra fournir l'avantage de permettre une augmentation de la longueur des tronçons pour une même fré quence de la source ; bien entendu, cependant, il n'est aucunement exclu d'utiliser des tronçons non adaptés, ceci pour limiter les couplages parasites entre tronçons. Il est à noter en outre que par l'expression " générateur de courant" utilisée dans ce qui précède et dans les revendications, on n'entend pas désigner un générateur de courant au sens rigoureux, c'est-à-dire un générateur à grande impédance de sortie, mais d'une façon générale tout type de générateur, même à impédance de sortie faible, c'est-à-dire les générateurs que les spécialistes appellent "générateurs de tension". REVENDICATIONS 1. Installation pour la transmission d'informations entre le sol et un véhicule roulant su une voie ferrée divisée en tronçons, du type dans laquelle au moins l'un des rails de ladite voie est utilisé comme élément conducteur entre un générateur de courant porteur d'informations situé au sol, et un récepteur porté par le véhicule, caractérisée en ce que chaque tronçon de voie est associé à au moins un générateur de courant (1) connecté entre un branchement (8a) prévu sur au moins l'un des rails (2, 3) et un câble de retour (7) longeant la voie, lequel cable est relié au rail (3) par une extrémité, en un emplacement (9b) de celui-ci qui est éloigné dudit branchement du générateur d'une distance(l)égale à la longueur, ou à une fraction entière de la longueur, du tronçon considéré. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre deux conducteurs de liaison (9a, lOb) entre les deux rails, l'un au niveau dudit branchement (8a) du générateur, et l'autre au niveau dudit emplacement (9b) de la connexion de ladite extrémité du câble de retour (7), permettant ainsi une transmission dite "en mode parallèle" (figure 2). 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le générateur (1) est disposé à mi-chemin entre les deux extrémités du tronçon considéré, l'une de ses bornes étant branchée sur un ou les deux rails en cet endroit et l'autre borne sur le point milieu d'un câble (7) de retour longeant la voie, une extrémité (7a) de ce câble étant reliée à un ou aux deux rails (2, 3) en un emplacement correspondant à une extrémité du tronçon, et l'autre extrémité (7b) dudit câble en un emplacement correspondant à l'autre extrémité du tronçon (figure 3). 4. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le tronçon de voie considéré est divisé essentiellement en trois sections, à savoir deux sections extrêmes de même longueur et une section centrale de longueur double, deux générateurs de courant (1, 1') de polarités opposées étant branchés entre la voie (en étant connectés à l'un des rails ou aux deux) et un câble de retour (7) longeant celle-ci, respectivement aux deux emplacements (7c, 7d) situés aux jonctions entre la section centrale et les deux sections extrêmes dudit tronçon (figure 4). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que deux tronçons voisins de la voie sont associés à des générateurs de courants de fréquences différentes, pour empêcher ou limiter les couplages parasites entre tronçons. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que des shunts (13, 13'), pour les fréquences considérées, sont prévus entre le caténaire 12, 12') (ou le rail d'amenée de courant) et les rails de roulement (2, 3 ; 2', 3'), aux extrémités des tronçons de la voie, rour empéenel LU liciter les coupla- ges parasites entre tronçons, par l'interiBédiaire des mo- teurs des motrices circulant sur ladite voie (figure S). 7. Installation selon l'une quelconque des revendica tions précédentes, caractérisée en ce qu'au moins dans leurs parties rapprochées, les tronçons de deux voies parallèles (2, 3 ; 2', 3') sont, dans une voie, alimentés sous une fréquence différente de celle de l'autre voie.