Brevet FR2673004A1 — publié le 19920821

La présente invention concerne un procédé de formation d'informations visuelles variables pour l'agent de conduite d'un véhicule ferroviaire et les moyens destinés à le mettre en oeuvre. Par souci de simplification et dans la suite du texte, il faut entendre par le terme véhicule ferro- viaire toutes les motrices de chemin de fer, de métro, de tramway et autres moyens de transport de personnes ou de marchandises dont la trajectoire est guidée par l'intermédiaire d'une suite de rails et dont la circulation est, par exemple, gérée par des signaux disposés le long des voies et/ou gérée par un poste de régulation. Le machiniste ou l'agent responsable de la conduite d'un véhicule ferroviaire assure la marche de son convoi à partir de plusieurs types d'informations provenant: de la signalisation latérale le long des voies, des ordres et conseils qu'il reçoit du régulateur, des alarmes qui l'informent visuellement ou auditive- ment des dysfonctionnements de son convoi ou des incidents survenant en cours de conduite ou propres à la bonne marche de son engin moteur, des éléments de conduite du convoi. La signalisation latérale est un système apportant un ensemble d'informations transmises vi- suellement aux agents de conduite qui s'en approchent, par exemple des optiques de couleurs montées sur des potences installées le long de la voie ferrée. Le régulateur est un agent sédentaire ou un système automatique qui a une vision globale du trafic et transmet, par exemple par radio, des ordres et conseils de conduite à chacun des agents de conduite se trouvant dans son secteur de régulation. Les alarmes sont censées informer au plus tôt l'agent de conduite de tout incident ou dysfonctionne- ment risquant d'altérer l'intégrité du convoi ou la sécurité des personnes ou des marchandises transpor- tées. Les éléments de conduite, tels que vitesse, pression, etc, sont reportés à partir des appareils de mesure sur la planche de bord du véhicule. De plus, un système automatique de conduite, suivi et contrôlé par un système interactif d'envoi et d'émission de données peut compléter, doubler ou remplacer l'ensemble des informations énumérées précédemment et de plus agir directement sur le véhi- cule ferroviaire C'est le cas par exemple d'un frei- nage d'urgence. Un premier but de l'invention est de per- mettre selon des critères hiérarchisés de simultanéité, de criticité ou de priorité, la transmission: d'ordres, de conseils, d'alarmes d'éléments de conduite à l'agent de conduite placé aux commandes du convoi ferroviaire. Un autre but de l'invention est d'assurer une continuité de la transmission des ordres, des conseils, des alarmes et des éléments de conduite sans perturber ni distraire l'agent de conduite qui doit, en perma- nence, consacrer toute son attention sur l'environnement extérieur. Encore un autre but de l'invention est de créer une présentation ergonomique des ordres, des conseils, des alarmes et des conditions de conduite selon une organisation s'appuyant sur l'ordonnancement souhaité de ses actions. Pour atteindre ces différents buts simultané- ment, on ne connaît à l'heure actuelle aucun système unique totalement intégré dans la cabine de conduite. D'autre part, en vue de l'application au domaine ferroviaire, il a fallu répondre à des pro- blèmes spécifiques notamment: des contraintes mécaniques liées à l'environnement (vibration, résistance aux chocs), des contraintes thermiques (utilisation en gamme de température étendue), des difficultés logiques pour la transformation d'un signal binaire en information graphique, des difficultés optiques: par exemple une distance visualisée à plusieurs mètres sous forme d'image selon un agrandissement donné convenant par exemple aux différentes tailles des agents de conduite. L'invention comporte au moins en combinaison les éléments et caractéristiques qui suivent: un dispositif de réception des informations (ordres, conseils, alarmes) et de leur gestion selon une organisation s'appuyant sur leur ordonnancement souhaité; un dispositif de transformation de ces informations en une présentation ergonomique; un dispositif optique de mise en forme et de trans- mission de la présentation ergonomique visuelle dans le champ visuel principal de l'agent de conduite, par exemple collimaté à une distance correspondant à la profondeur de champ désirée ou imposée par l'environnement. Les principaux avantages de l'invention sont repris non limitativement ci-après: adaptabilité à la taille des agents de conduite, modification à volonté de la symbologie utilisée, possibilité d'attaquer avec un autre message d'information, ou utilisation d'autres capteurs des éléments de conduite. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après effectuée en référence aux figures annexées suivantes dans lesquelles: la figure 1 est une vue schématique d'ensemble de l'agent de conduite et du système de visualisation en cabine, par exemple sous la planche de bord du véhi- cule ferroviaire; la figure 2 est un schéma d'ensemble du système de visualisation; la figure 3 est un schéma représentant un exemple de formation d'informations dans un cadre circulaire; la figure 4 est un schéma représentant un exemple de formation d'informations dans un cadre rectangulaire. L'idée générale inventive consiste à traduire toutes les informations, qu'elles soient internes ou externes, à l'aide d'un système de gestion unique 1 situé en amont d'un système optique de visualisation 2, puis de les afficher sur un même support d'informations 3 à l'aide d'une symbologie cohérente et ergonomique selon l'ordonnancement souhaité et de les projeter dans le champ de vision du conducteur. On décrira tout d'abord en se reportant aux figures 1 et 2 et en suivant un axe optique 4, le sys- tème optique de visualisation 2 de la figure 2, spécia- lement adapté pour répondre au cahier des charges et notamment: à des contraintes d'encombrement précises afin de permettre l'intégration dans la cabine de conduite 5, par exemple dans son pupitre de conduite 6, tout en superposant dans le champ visuel 7 de l'agent de conduite 8 une image virtuelle 9 de l'objet 10 du support d'information 3; à des contraintes d'intensité lumineuse en fonction de la luminosité du milieu extérieur au véhicule; à des contraintes géométriques définissant le type de visualisation choisie "tête haute", "moyenne", basse", à des contraintes chromatiques selon le type d'information. Un mode de réalisation du système optique de visualisation 2 représenté à titre d'exemple non limi- tatif sur la figure 2, se compose essentiellement des moyens suivants se succédant dans le sens de l'axe optique 4: un support d'informations 3 un système optique intermédiaire 11 une optique mélangeuse 12 transparente aux longueurs d'onde non utilisées. Le support d'informations 3 joue le rôle de surface objet, il peut être lumineux émissif par lui même (type à diodes électroluminescentes) ou non (support à cristaux liquides utilisé en transmittance) et combiné à une source de lumière comme c'est le cas dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2. Selon une variante de source lumineuse, celle-ci est une lampe 13, par exemple une lampe halogène de 400 watts munie d'un réflecteur déportant une partie des calories vers l'arrière du système. Comme la lumière émise par le filament de la lampe 13 diverge en cône, un bloc optique appelé collecteur- diffuseur 14 est placé entre la lampe 13 et le support d'informations 3 pour reporter l'énergie lumineuse de la lampe sur le support d'information 3, par exemple un écran à cristaux liquides Ce collecteur-diffuseur 14 est avantageusement composé, par exemple successivement et dans le sens des rayons lumineux, d 'une lentille- condenseur 15, d'un verre dépoli 16 diffuseur uniformisant la puissance lumineuse, d'un filtre infra- rouge 17 pour s'affranchir des émissions de chaleur, d'un filtre couleur 18 pour améliorer le confort visuel de l'agent de conduite et pour adapter la source lumineuse à de possibles contraintes chromatiques limitant entre autres des réflexions vitreuses sur les optiques. 6 2673004 Dans le cas de cette variante de source lumineuse, il est nécessaire d'évacuer la puissance calorifique émise par la source au moyen d'une pluralité de ventilateurs non représentés, en complément éventuel du filtre infra rouge 17. L'optique relais se poursuit sur l'axe optique 4 et en aval du support d'information dans le sens des rayons lumineux par un système à lentilles 19 formant l'image de l'information, puis par une pluralité de miroirs 20, par exemple trois disposés à 450 d'angle, pour renvoyer l'image de l'information dans le champ visuel d'un composant optionnel 21 nécessaire pour répondre aux contraintes géométriques d'intégration en cabine par exemple un objectif multi- lentilles choisi de telle sorte que l'aberration chromatique soit nulle pour les deux longueurs d'onde distinctes choisies par exemple le bleu et le rouge. L'ensemble du système optique 11 ci-dessus a pour fonction de guider l'image dans le champ objet de l'optique mélangeuse 12 et, si nécessaire, de mettre en forme l'image de l'information. On peut prévoir en outre de faire varier la puissance lumineuse de la source, quelle qu'en soit la variante, en fonction de la luminance extérieure à la cabine de conduite De préférence, on diminuera l'intensité de la source avec la diminution de l'éclairage extérieur, pour ne pas éblouir l'agent de conduite (notamment la nuit et dans les tunnels), au moyen d'un petit ensemble électronique de régulation recevant des informations d'un capteur externe par exemple d'une photodiode. Le système optique se termine, dans le sens de l'axe optique 4 par l'optique mélangeuse 12 recevant l'image 9 de l'information L'optique mélangeuse 12 peut être soit une plaque dont la réflexion est due à la différence d'indice de réfraction soit une plaque partiellement réfléchissante, soit un élément diffrac- tif L'optique mélangeuse répondant entre autres aux contraintes énoncées est une optique diffractive, par exemple un élément optique holographique, placé au niveau du pare-brise 22 du véhicule, et dont la fonc- tion première est de transmettre les informations avec une grande efficacité de diffraction dans le champ visuel des agents de conduite qui effectuent simultanément un contrôle visuel de l'ensemble des voies pour signaler au poste central d'éventuels obstacles sur les voies présentes dans son champ de vision. L'hologramme 12 forme en arrière du pare- brise 22 et sensiblement dans le champ visuel 7 du conducteur, une image virtuelle 9 de l'information reçue (voir figure 1). L'implantation de l'hologramme 12 correspond à la position moyenne du conducteur, dont les varia- tions sont comprises, toutes directions confondues, entre + ou 4 degrés d'angle environ pour un type donné de cabine de conduite, ce que permet de garder fixe l'inclinaison prévue du miroir holographique plan pour les différentes hauteurs des yeux variables avec la taille du conducteur. L'image virtuelle 9 est conforme à celle qui a été composée sur le support d'information 3 par un système électronique de gestion 1 de l'ensemble des données internes et externes Ce système électronique de gestion 1 est constitué d'un microprocesseur avec un ensemble de cartes de gestion capables d'une part de gérer l'affichage graphique de la symbologie et d'autre part, de gérer les entrées et des sorties du microprocesseur réalisant le dialogue entre les infor- mations reçues et émises. Le système électronique de gestion 1 reçoit divers types d'informations telles que: les données internes (par exemple: la vitesse réelle, ou la valeur de la luminosité) ; les données extérieures issues d'un calculateur embarqué, en liaison avec l'extérieur par exemple par des bornes au niveau de la voie ou par différentes techniques d'émissions hertziennes Les informations transmises sont de type binaire ou rendues binaires et donnent toutes les indications nécessaires telles que par exemple: l'indication d'un signal latéral (par exemple la limite de la vitesse à 60 km/h) le conseil ou l'ordre envoyé par le régulateur qui contrôle le trafic l'information sur l'existence d'un incident survenu sur la voie ou sur le véhicule la vitesse contrôlée. Ces informations internes et externes sont gérées par le système électronique de gestion et trans- formées à l'aide d'une symbologie en une information graphique se formant sur un des supports d'information décrits 3. Plusieurs types de symbologies peuvent être choisis A titre d'exemple, on citera la symbologie à cadre circulaire 25 (figure 3) ou celle à cadre rectan- gulaire 26 (figure 4). Les informations affichées sur les deux exemples sont au nombre non limitatif de cinq: la vitesse limite contrôlée par le calculateur de contrôle de vitesse qui est la vitesse maximale admissible, son dépassement entraînant le freinage d'urgence et son amplitude étant représentée par l'aire d'une zone pleine 27 dans le cadre; la vitesse but qui est la vitesse vers laquelle tend la vitesse de contrôle et qui est représentée par une flèche 28 et par sa valeur numérique; la vitesse instantanée qui est la vitesse réelle du train et dont l'amplitude est représentée par l'aire d'une zone hachurée 29 dans le cadre rectangulaire 26 ou par une flèche 30 dans le cadre circulaire 25; la présomption de survitesse qui s'affiche pour une vitesse réelle immédiatement voisine de la vitesse limite contrôlée représentée par un symbole 34 de forme triangulaire; le freinage d'urgence qui est- actionné en cas de survitesse (ici, le symbole triangulaire de danger est le seul affiché). REVENDICATIONS 1 Procédé de visualisation d'informations pour les agents de conduite en cabine d'un véhicule ferroviaire ou convoi caractérisé d'une part en ce que les informations sont visuelles et variables provenant à la fois de l'environnement du véhicule, du véhicule ou du convoi lui-même, et d'un poste de régulation central et d'autre part en ce qu'il comporte: une étape de transformation des informations reçues en informations graphique, une étape de formation de l'information graphique à une distance correspondant à la profondeur du champ désirée imposée par l'environnement. 2 Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que les informations sont reçues sous forme binaire. 3 Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est adaptable en fonction de la profondeur de champ désirée et/ou de la taille de l'agent de conduite. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'information graphique est ergonomique. 5 Dispositif pour la réalisation du procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte la combinaison suivante des moyens intégrés en cabine: un dispositif électronique de gestion ( 1) de l'ensemble des données internes et externes, d'une part pour la gestion graphique de la symbologie, d'autre part pour la gestion et le dialogue des entrées et sorties; un dispositif de transformation de ces informations en une présentation visuelle; un dispositif optique de mise en forme, de transmis- sion, de réalisation dans le champ visuel principal d'un des agents de conduite, des informations visuelles selon une présentation ergonomique choisie. 6 Dispositif selon la revendication précé- dente caractérisé en ce que le dispositif optique se compose essentiellement de: un bloc optique; un support d'information ( 3) pour la formation d'une image jouant le rôle d'un objet; un système optique intermédiaire ( 11) à lentilles et/ou miroirs et/ou optiques diffractives pour guider l'image dans le champ objet d'une optique mélangeuse; une optique mélangeuse ( 12) pour la transmission de l'image avec une grande efficacité de diffraction dans le champ visuel de l'agent de conduite. 7 Dispositif selon la revendication 6 carac- térisé en ce que le support d'information ( 3) est lumineux par lui-même. 8 Dispositif selon la revendication 6 carac- térisé en ce que le support d'information ( 3) est émissif ou non et alors combiné à une source de lumière. 9 Dispositif selon la revendication précé- dente caractérisé en ce que la source de lumière est une lampe ( 13) halogène munie d'un réflecteur Dispositif selon l'une des revendications à 9 caractérisé en ce qu'un bloc optique comporte un collecteur- diffuseur ( 14) entre la source lumineuse et le support d'information ( 3) pour collecter l'énergie lumineuse sur un écran à cristaux liquides, composé dans le sens des rayons lumineux d'une lentille condenseur ( 15), d'un verre dépoli diffuseur ( 16), d'un filtre infra-rouge ( 17), d'un filtre couleur ( 18). 11 Dispositif selon l'une de revendications 5 à 10 caractérisé en ce que le système optique intermédiaire ( 11) comporte au moins un ventilateur. 12 Dispositif selon l'une des revendications à 11 caractérisé en ce que le système optique intermédiaire ( 11) comporte en aval et se succédant dans le sens des rayons lumineux du support d'information 3 une optique par exemple à lentilles 19, une pluralité de miroirs 20 par exemple au nombre de trois disposés à 450 d'angle. 13 Dispositif selon la revendication précé- dente caractérisé en ce que le système optique intermédiaire ( 11) comporte en outre en aval des miroirs ( 20) un composant optionnel ( 21) qui est un objectif multilentilles choisi pour que l'aberration chromatique soit nulle pour deux longueurs d'onde distinctes. 14 Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de réglage de la puissance lumineuse de la source en fonc- tion ou non de la luminance extérieure à la cabine de conduite. 15 Dispositif selon l'une des revendications 6 à 14 caractérisé en ce que l'optique mélangeuse ( 12) est une plaque dont la diffraction est due à la diffé- rence d'indice de réfraction. 16 Dispositif selon l'une des revendications 6 à 14 caractérisé en ce que l'optique mélangeuse ( 12) est une plaque partiellement réfléchissante. 17 Dispositif selon l'une des revendications 6 à 14 caractérisé en ce que l'optique mélangeuse ( 12) est un élément diffractif. 18 Dispositif selon la revendication précé- dente caractérisé en ce que l'élément diffractif est un élément optique holographique placé au niveau du pare- brise ( 26) du véhicule, formant à l'avant du pare-brise et dans le champ visuel ( 7) du conducteur une image virtuelle.