Brevet FR2673901A1 — publié le 19920918

"Procédé de localisation d'un véhicule roulant sur une voie de guidage et installation de localisation équipant un tel véhicule L'invention se rapporte à un procédé de localisation d'un véhicule roulant sur une voie de guidage, par exemple une voie de chemin de fer formée de deux rails, elle concerne également une installation équipant un tel véhicule, notamment une locomotive, permettant de localiser avec précision ledit véhicule tout au long de son trajet. Pour améliorer les conditions de circulation des trains sur un réseau de chemin de fer, ainsi que la sécurité de l'ensemble du trafic, il est de plus en plus nécessaire de connaître avec précision l'emplacement de chaque train sur le réseau. Pour ce faire, il est connu d'estimer la position du train à partir de l'intégration d'une mesure de la vitesse. Cependant, cette intégration est une source d'erreurs et les systèmes qui fonctionnent par mise en oeuvre d'un tel principe manquent généralement de précision. L'invention est remarquable en ce que le principe de mesure utilisé donne directement accès à une grandeur représentative de la distance parcourue. L'idée de base de l'invention consiste à effectuer un marquage magnétique d'une piste magnétisable de la voie, de préférence l'un des rails, et à répéter ce marquage chaque fois qu'une distance prédéterminée a été parcourue et mesurée. Plus précisément, l'invention concerne donc un procédé de localisation d'un véhicule roulant sur une voie de guidage, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer un marquage magnétique sur une piste magnétisable de la voie en activant au moins un moyen de magnétisation porté par le véhicule à l'avant de celui-ci, à détecter un tel marquage magnétique en un autre emplacement du véhicule situé à l'arrière de celui-ci à une distance prédéterminée dudit moyen de magnétisation, à commander un nouveau marquage à chaque détection et à au moins comptabiliser le nombre de marquages détectés, pour la détermination de la distance parcourue. Les marquages magnétiques sont obtenus à partir d'une ou de préférence plusieurs bobines auxquelles on applique des impulsions de courant électrique. Par exemple, la ou chaque bobine, d'axe vertical, est placée au-dessus d'un rail à peu de distance de celui-ci. Un marquage donné peut comporter plusieurs zones magnétisées d'écartement(s) prédéterminé(s). Eventuellement, le sens de magnétisation de ces zones peut être établi selon une configuration choisie pour un marquage donné de sorte que, par combinaison des écartements et des sens de magnétisation, on puisse définir un type de marquage spécifique pour le véhicule considéré. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la localisation précise du marquage est améliorée par le type de détecteur utilisé. Un tel détecteur est en effet composé d'une ou plusieurs cellules de détection, chacune adaptée pour mesurer des composantes de champ magnétique sensiblement horizontales et de sens opposés engendrées par chaque zone magnétisée dudit marquage. On peut ainsi mesurer des composantes sensiblement horizontales transversalement par rapport à la piste magnétisable et/ou longitudinalement par rapport à cette même piste. Dans ce cas, une cellule de détection agencée pour localiser une zone magnétisée peut comporter une et de préférence deux paires de capteurs connectés de façon que les sorties de capteurs d'une même paire soient reliées à un amplificateur différentiel réalisant leur différence algébrique.Cette différence passe par un extremum lorsque le centre de la zone magnétisée est à égale distance des deux capteurs. Si les deux capteurs sont disposés transversalement de part et d'autre de la piste magnétisable (c'est-à-dire le rail), la différence est peu sensible aux déports transversaux car, lorsque l'une des deux composantes diminue d'intensité, l'autre augmente. Si deux autres capteurs se font face longitudinalement au dessus de la piste magnétisable, leur différence passe également par un extremum pour la même position de la zone magnétisée. Les deux signaux obtenus sont multipliés, au moyen d'un circuit multiplicateur analogique. Cette multiplication améliore la sélectivité de la mesure.Bien entendu, lorsqu'on utilise quatre capteurs pour former une cellule, soit une paire agencée transversalement et une paire agencée longitudinalement, lesdits capteurs sont disposés en croix au-dessus de la piste magnétisable, deux capteurs étant alignés suivant la direction longitudinale de cette piste et les deux autres s'étendant suivant une direction transversale perpendiculaire, de part et d'autre de ladite piste magnétisable, c'est-à-dire le rail, dans la grande majorité des cas. L'invention concerne également une installation de localisation d'un véhicule roulant sur une voie de guidage équipée d'une piste magnétisable, caractérisée en ce qu'elle comporte sur ledit véhicule et à peu de distance de ladite piste, - au moins une bobine de marquage magnétique, alimentée par un générateur d'impulsions de courant électrique, ladite bobine étant située à l'avant dudit véhicule, - au moins un détecteur d'un tel marquage magnétique situé à l'arrière dudit véhicule, ladite bobine et ledit détecteur étant éloignés d'une distance prédéterminée l'un de l'autre, - des moyens pour au moins comptabiliser le nombre de tels marquages détectés représentatifs de la distance parcourue par ledit véhicule, et - des moyens pour commander ladite bobine de marquage en réponse à un marquage détecté. Dans les définitions qui précèdent, les termes "avant" et "arrière" se comprennent par rapport au sens de déplacement du véhicule. Pour permettre à l'installation de fonctionner quel que soit le sens de déplacement de ce véhicule, on prévoit au moins une bobine de marquage et un détecteur à l'avant du véhicule et au moins un détecteur et une bobine de marquage à l'arrière du même véhicule. Dans ce cas, la bobine avant est utilisée en même temps que le détecteur arrière et réciproquement. Dans le cas où l'une des bobines (par exemple la bobine avant) est utilisée pour le marquage, on peut mettre en oeuvre l'autre bobine (dans ce cas la bobine arrière) pour effacer ou au moins considérablement atténuer les marquages aussitôt après leur détection. Le marquage peut s'effectuer à partir d'une seule bobine, "imprimant" une ou plusieurs zones magnétisées, chaque zone magnétisée étant obtenue en appliquant une impulsion de courant électrique à ladite bobine.Les conditions d'un marquage de ce genre seront explicitées plus loin. On pourra avantageusement utiliser plusieurs bobines de marquage espacées de distance(s) prédéterminée(s) et alimentées simultanément par des impulsions de courant électrique pour réaliser un marquage donné en une seule fois. L'effacement s'effectuerait grâce à des impulsions de polarité inverse appliquées aux bobines arrière. Comme mentionné précédemment, chaque détecteur de marquage comporte au moins une cellule de détection formée de capteurs de champ magnétique à sensibilité directionnelle, tels que des capteurs à effet Hall. Ces capteurs sont disposés de façon à être sensibles à des composantes sensiblement horizontales du champ magnétique rémanent émis par une zone magnétisée d'un tel marquage. Une cellule comporte au moins une paire de capteurs, les capteurs d'une paire se faisant face longitudinalement et/ou transversalement au-dessus de ladite piste magnétisable, c'est-à-dire le rail. Dans le cas préféré où la cellule comporte deux paires de capteurs, ceux-ci sont disposés en croix. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d'une installation de localisation d'un véhicule roulant sur rails, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'un véhicule tel qu'une locomotive à deux boggies, équipée d'une installation conforme à l'invention; et - la figure 2 est une vue schématique illustrant les moyens de détection et de commande de marquage de ladite installation de localisation. La figure 1 représente un véhicule 11, typiquement une locomotive, se déplaçant sur une voie de guidage 12 formée de deux rails 13. La locomotive comporte deux boggies, respectivement un boggie AV dit boggie avant et un boggie AR dit boggie arrière. En fait, on sait que la plupart des locomotives peuvent se déplacer à grande vitesse aussi bien dans un sens que dans l'autre, de sorte que les éléments essentiels de l'installation objet de l'invention sont répartis de façon "symétrique" entre les deux boggies AV et AR. Les éléments visibles à la partie inférieure de chaque boggie sont les bobines de marquage magnétique de l'un des rails 13 et les détecteurs.Ainsi, à la partie inférieure du boggie AV, on distingue successivement deux bobines de marquage B1, B2, parallèles et distantes d'une distance faible d prédéterminée et un détecteur DAV composé de deux cellules C1, C2 séparées de la même distance b. A la partie inférieure du boggie AR, on rencontre d'abord un détecteur DAR composé de deux cellules C3, C4 séparées de la distance d puis deux bobines de marquage B3, B4, séparées de cette même distance d. Lorsque le boggie AV se situe à l'avant compte tenu du sens de déplacement du véhicule, le marquage s'effectue à l'aide des bobines B1, B2 et la détection de ce même marquage s'effectue à l'aide du détecteur DAR. Dans l'autre sens, le marquage s'effectuerait à partir des bobines B3, B4 et la détection à partir du détecteur DAV. La distance prédéterminée caractéristique du marquage est donc la distance Lg séparant le groupement des bobines B1, B2 du détecteur DAR. Bien entendu, cette distance se retrouve entre le groupement des bobines B3, B4 et le détecteur DAV. Dans l'installation telle que représentée, il apparat donc que chaque marquage comporte deux zones magnétisées 15 espacées d'une distance d caractéristique et destinées à être "lues" simultanément par les deux cellules que comporte le détecteur situé sur l'autre boggie, ces deux cellules étant espacées de la même distance d. Cependant le marquage pourrait consister en un plus grand nombre de zones magnétisées "imprimées" à chaque fois, qui pourraient être détectées par un détecteur comportant un nombre correspondant de cellules de détection. Bien entendu, les écartements entre les zones magnétisées seraient différents et prédéterminés et les écartements entre les cellules auraient la même configuration. On pourrait également imprimer des zones magnétisées avec des polarités différentes et polariser les cellules de détection de façon correspondante. On peut donc de cette façon faire correspondre à chaque véhicule circulant sur le réseau une configuration particulière de marquage susceptible de réaliser un bornage codé réduisant la probabilité de fausse lecture de bornages laissés par les circulations précédentes. Bien entendu, l'invention couvre également un bornage plus simple dans lequel chaque marquage ne comporte qu'une zone magnétisée (ne nécessitant qu'une seule bobine par boggie) et susceptible d'être lue par un détecteur ne comportant qu'une cellule. Comme indiqué ci-dessus, on prévoit de préférence un nombre de bobines de marquage égal au nombre de zones magnétisées défini dans chaque marquage. Cependant, il est possible de réaliser un marquage à plusieurs zones magnétisées présentant les mêmes caractéristiques qu'indiqué ci-dessus, à partir d'une bobine unique. La bobine est alors alimentée par plusieurs impulsions de courant électrique successives, à chaque marquage. Par exemple, dans le cas où chaque détecteur comporte deux cellules, les deux impulsions sont réalisées au moyen d'une bobine unique avant commandée au départ par le passage d'une première zone magnétisée dite de "prébornage" devant chacune des deux cellules C1, C2 du détecteur DAV.Le décodage est ensuite donné par la lecture simultanée du marquage par les deux cellules C1, C2 du détecteur DAV situé sur le boggie AV puis par la lecture du même marquage au moyen des cellules C3, C4 du détecteur DAR. Pour réaliser un bornage continu, on déclenche un nouveau marquage au moyen de la bobine avant au moment où se produit la lecture du marquage précédent au niveau du détecteur arrière. Revenant à l'exemple spécifiquement décrit, le marquage est opéré simultanément par les deux bobines avant B1, B2 reliées à un même générateur d'impulsions de courant électrique G1. De la même façon, les bobines B3, B4 sont reliées à un même générateur d'impulsions de courant électrique G2. La figure 2 montre schématiquement la détection d'un marquage formé de deux zones magnétisées 15 espacées d'une distance d. Cette détection est ici opérée par le détecteur DAR composé de deux cellules de détection C3, C4 formées, chacune, de quatre capteurs de champ magnétique à sensibilité directionnelle, agencés par paires. Il s'agit de capteurs à effet Hall disposés de façon à être sensibles à des composantes sensiblement horizontales du champ magnétique rémanent émis par une zone magnétisée 15. Ainsi, pour chaque cellule, on distingue une paire de capteurs 16 se faisant face longitudinalement, au-dessus du rail 13 et une paire de capteurs 17 se faisant face transversalement au-dessus du même rail et de part et d'autre de celui-ci, les quatre capteurs étant disposés en croix. Une version simplifiée, quoique moins fiable pourrait ne comporter qu'une paire de capteurs par cellule.Les sorties des capteurs 16 sont connectées aux entrées d'un amplificateur différentiel 18 tandis que les sorties des capteurs 17 sont connectées aux entrées d'un amplificateur différentiel 19. Les sorties des deux amplificateurs 18 et 19 associés respectivement à chaque paire de capteurs sont reliées aux entrées d'un multiplicateur analogique 20. L'agencement décrit ci-dessus en référence à la cellule C3 est identique pour la cellule C4 et sur la figure 2, les composants analogues portent les mêmes références numériques. On distingue donc une paire de capteurs 16, une paire de capteurs 17 respectivement connectés à des amplificateurs différentiels 18 et 19 euxmêmes connectés aux entrées d'un multiplicateur analogique 20. Les sorties des deux multiplicateurs analogiques 20 sont elles-mêmes connectées aux entrées d'un autre multiplicateur analogique 21 dont la sortie délivre un signal représentatif du produit des signaux délivrés simultanément par les différentes cellules. Le circuit qui vient d'être décrit est généralisable de façon évidente pour un détecteur comportant un plus grand nombre de cellules correspondant à un marquage comportant plus de deux zones magnétisées 15.Le circuit d'amplificateurs 18, 19 et de multiplicateurs 20, 21, décrit ci-dessus, réalise donc une combinaison optimale des signaux délivrés par 11 ensemble des capteurs. Le signal délivré par le dernier multiplicateur 21 passe par un extremum très prononcé représentatif de la position du marquage. L'installation est complétée par une unité de calcul 25 dont la fonction principale est de totaliser le nombre de signaux de détection élaborés par le multiplicateur 21. En effet, en première approximation, la distance parcourue est égale au produit de ce nombre par la distance Lg. La distance parcourue est donc disponible en permanence à la sortie S de l'unité 25. Cependant, l'installation comporte également un circuit de fenêtrage temporel 26 intercalé entre le multiplicateur 21 et une entrée de comptage de l'unité 25 et un circuit de correction 27 fournissant à l'unité 25 des informations de correction dépendant de la vitesse du véhicule. Cette dernière est évaluée par un circuit d'estimation de vitesse 28 recevant les impulsions validées à la sortie du circuit de fenêtrage 26 et des impulsions provenant d'une base de temps 30. La sortie du circuit 28 est appliquée à la fois à une entrée du circuit 27 et à une entrée du circuit de fenêtrage 26. Cette évaluation de vitesse n'est pas utilisée pour la détermination de la distance parcourue mais simplement pour augmenter la fiabilité de la détection par le détecteur DAR, grâce au circuit de fenêtrage 26 et pour corriger une erreur systématique dépendant de la vitesse, grâce au circuit 27. Le circuit de fenêtrage 26 permet en effet de ne valider les informations appliquées à l'entrée de l'unité 25 que pendant un intervalle de temps où on "sait" qu'un marquage venant d'être imprimé par les bobines B1, B2 est sur le point d'être détecté par le détecteur DAR. D'autre part, l'erreur systématique mentionnée ci-dessus provient de la largeur de l'impulsion de courant électrique appliqué aux bobines B1, B2 pour créer les zones magnétisées 15. A titre d'exemple, si cette impulsion dure 500 microsecondes le centre de la zone magnétisée (sensiblement elliptique) qui en résulte, à la surface du rail est décalé d'une valeur égale au produit de la moitié de la durée d'impulsion (soit 250 microsecondes) par la vitesse. Il faut donc ajouter cette valeur de correction à la distance Lg prise en compte à chaque marquage. Ce calcul est effectué par l'unité 25 à chaque impulsion transmise par le circuit de fenêtrage 26, l'information de correction étant élaborée par le circuit 27. Par ailleurs, la sortie du circuit de fenêtrage 26 est reliée à une entrée de pilotage du générateur G1 de façon à commander un nouveau marquage au moyen des bobines B1, B2. Il va de soi que des circuits de commutation sont prévus pour substituer le générateur G2 au générateur GI et pour substituer le détecteur DAV au détecteur DAR ainsi que les moyens de lecture associés, lorsque le véhicule 11 se déplace dans l'autre sens. Le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrit découle avec évidence de la description qui précède. Un marquage donné est composé, ici, de deux zones magnétisées 15 "imprimées" par les bobines B1, B2 connectées au générateur d'impulsion de courant électrique G1. Lorsque le véhicule a parcouru une distance Lo, les deux zones magnétisées 15 sont détectées simultanément par les deux cellules C3, C4 du détecteur DAR. Cette détection se traduit par quatre extremum apparaissant aux sorties des amplificateurs différentiels 18, 19. Ces signaux sont multipliés par les multiplicateurs analogiques 20 puis par le multiplicateur 21. Les effets favorables de la multiplication sur la réjection des signaux de bruit et sur la largeur du signal exploitable sont bien connus. Le signal de sortie du multiplicateur 21 est validé par le circuit de fenêtrage puis pris en compte par l'unité 25. La distance parcourue, déduite de la totalisation des impulsions validées reçues par l'unité 25, après prise en compte des valeurs de correction fournies par le circuit 27, est réactualisée et apparaît à la sortie S. Simultanément, un nouveau marquage est imprimé par le générateur G1. REVENDICATIONS 1- Procédé de localisation d'un véhicule roulant sur une voie de guidage (12), caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer au moins un marquage magnétique (15) sur une piste magnétisable (13) de la voie en activant au moins un moyen de magnétisation (B1, B2) porté par le véhicule à l'avant de celui-ci, à détecter un tel marquage magnétique (DAR) en un autre emplacement du véhicule situé à l'arrière de celui-ci à une distance prédéterminée dudit moyen de magnétisation, à commander un nouveau marquage à chaque détection et à au moins comptabiliser (25) le nombre de marquages détectés, pour la détermination de la distance parcourue. 2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un rail (13) de la voie de guidage en tant que piste magnétisable précitée. 3- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser les marquages en appliquant des impulsions de courant électrique à au moins une bobine (B1, B2) portée par le véhicule et située à peu de distance de ladite piste magnétisable. 4- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque marquage consiste à créer au moins deux zones magnétisées (15) distantes d'une distance prédéterminée (b) et en ce qu'un tel marquage est détecté par la lecture simultanée de signaux délivrés par au moins deux cellules (C3, C4) de détection séparées par cette même distance. 5- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le marquage est réalisé simultanément à l'aide d'au moins deux bobines (B1, B2) écartées de ladite distance prédéterminée (d). 6- Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le nombre de zones magnétisées de chaque marquage, leur(s) écartement(s) et éventuellement leur sens sont représentatifs du véhicule considéré. 7- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on localise un tel marquage magnétique en mesurant des composantes de champ magnétique sensiblement horizontales et de sens opposés d'au moins une zone magnétisée formant ledit marquage, transversalement et/ou longitudinalement par rapport à ladite piste magnétisable (13) et en combinant (18, 19, 20) les mesures desdites composantes de façon à élaborer un signal passant par un extremum, représentatif de la position de ladite zone magnétisée. 8- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, un tel marquage magnétique comportant plusieurs zones magnétisées distinctes, on mesure lesdites composantes sensiblement horizontales simultanément (18, 19, 20) en des emplacements différents correspondant à la ou les distances prédéterminées (d) séparant lesdites zones et on combine (21) lesdits signaux représentatifs correspondants en un signal unique passant par un extremum. 9- Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que ces combinaisons de signaux représentatifs consistent à multiplier les valeurs de ces signaux. 10- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on traite la détection des marquages pour élaborer (28) une estimation de vitesse et en ce qu'on utilise ladite estimation pour définir une fenêtre temporelle de validation de lecture (26) de chaque marquage. 11- Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on utilise ladite estimation de vitesse pour élaborer une valeur de correction d'erreur systématique due à la durée d'impulsion de magnétisation d'une zone magnétisée. 12- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à effacer (B3, B4) ou au moins fortement atténuer lesdits marquages après leur détection. 13- Installation de localisation d'un véhicule roulant sur une voie de guidage (12) équipée d'une piste magnétisable (13), caractérisée en ce qu'elle comporte sur ledit véhicule (11) et à peu de distance de ladite piste, - au moins une bobine de marquage magnétique (B1, B2), alimentée par un générateur d'impulsions de courant électrique, ladite bobine étant située à l'avant dudit véhicule, - au moins un détecteur (DAR) d'un tel marquage magnétique situé à l'arrière dudit véhicule, ladite bobine et ledit détecteur étant éloignés d'une distance prédéterminée (Lg) l'un de l'autre, - des moyens (25) pour au moins comptabiliser le nombre de tels marquages détectés représentatifs de la distance parcourue par ledit véhicule, et - des moyens (21, 26, G1) pour commander ladite bobine de marquage en réponse à un marquage détecté. 14- Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite piste magnétisable est un rail (13) de ladite voie de guidage. 15- Installation selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une bobine de marquage (B1, B2) et un détecteur (DAV) à l'avant dudit véhicule et au moins un détecteur (DAR) et une bobine de marquage (D3, D4) à l'arrière du même véhicule, disposés de façon à permettre la localisation dudit véhicule quel que soit le sens de déplacement de ce dernier. 16- Installation selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisée en ce qu'elle comporte plusieurs bobines de marquage (B1, B2) à l'avant et éventuellement à l'arrière, espacées de distance(s) prédéterminée(s) et en ce qu'un détecteur précité à l'arrière et éventuellement à l'avant comporte un nombre correspondant de cellules de détection espacées de distance(s) prédéterminée(s) identiques, lesdites bobines étant alimentées simultanément et lesdites cellules étant reliées à un circuit de lecture commun (18, 19, 20, 21) adapté pour combiner leurs signaux de sortie de façon à élaborer un extremum représentatif d'un marquage détecté. 17- Installation selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisée en ce que le ou chaque détecteur comporte au moins une cellule de détection formée de capteurs de champ magnétique (16, 17) à sensibilité directionnelle, par exemple des capteurs à effet Hall et en ce que ces capteurs sont disposés de façon à être sensibles à des composantes sensiblement horizontales du champ magnétique rémanent émis par une zone magnétisée (15) d'un tel marquage. 18- Installation selon la revendication 17, caractérisée en ce que lesdits capteurs sont agencés par paires, les capteurs (16, 17) d'une paire se faisant face longitudinalement et/ou transversalement au-dessus de ladite piste magnétisable. 19- Installation selon la revendication 18, caractérisée en ce que les capteurs d'une paire sont connectés aux entrées d'un même amplificateur différentiel (18, 19) ou analogue. 20- Installation selon la revendication 19, comportant deux paires de capteurs, caractérisée en ce que les sorties des amplificateurs différentiels associés à chaque paire sont reliées aux entrées d'un circuit multiplicateur (20). 21- Installation selon la revendication 20, caractérisée en ce qu'un détecteur comportant plusieurs cellules (C3, C4), les sorties des circuits multiplicateurs correspondants sont reliées à un ou plusieurs autres multiplicateurs (21) de façon à obtenir un signal représentatif du produit des signaux délivrés par les différentes cellules. 22- Installation selon l'une des revendications 13 à 21, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de fenêtrage temporel (26) pour valider les détections des marquages. 23- Installation selon l'une des revendications 13 à 22, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'estimation de vitesse (28) et des moyens pour élaborer une valeur de correction d'erreur systématique (27) sur la distance parcourue, due à la durée d'impulsion de magnétisation d'une zone magnétisée.