Brevet FR2683496A1 — publié le 19930514

SYSTEME DE TRANSMISSION FERROVIAIRE L'invention concerne un système de transmission ferroviaire et notamment un système de transmission permettant à un train de communiquer avec un autre train ou avec des points fixes de la voie. Les systèmes actuels de sécurité entre trains sont basés sur un réseau électrique complexe de communication entre rames. Dans les systèmes les plus anciens, tout un réseau de signalisations latérales permet de renseigner le conducteur sur l'état d'occupation du tronçon sur lequel il s'engage (appelé canton). Dans les systèmes plus récents, cette information est reportée en cabine par un circuit électrique utilisant les rails (voies TGV). Des systèmes de gestion du trafic ferroviaire utilisant à terme les satellites sont actuellement à l'étude et sont destinés à couvrir la totalité du réseau. Les positions de chacun des trains seront transmises via les satellites à un système central ordinateur, les informations traitées passeront par cette même voie vers chacun des trains et informeront le conducteur de la position des autres trains sur la même voie. L'invention concerne un système de sécurité ne nécessitant pas d'infrastructure sur voie et pouvant être installé sur du matériel roulant existant. I1 utilise les ondes sonores se propageant dans la voie à la fois comme vecteur d'information et comme moyen de mesure. L'invention concerne donc un système de transmission ferroviaire comprenant au moins un chemin de circulation pour véhicule ferroviaire caractérisé en ce qu'il comprend au moins - un émetteur-récepteur comprenant un premier émetteur d'onde acoustique en contact avec un moyen de transmission d'ondes acoustiques appartenant au chemin de circulation et émettant une onde acoustique sur ce moyen de transmission ; un premier récepteur d'onde acoustique en contact avec le moyen de transmission et recevant des ondes acoustiques transmises sur le moyen de transmission ; un circuit de traitement commandant d'une part, l'émetteur et recevant d'autre part des informations de détection du récepteur et traitant ces informations - un répondeur comprenant un deuxième récepteur d'onde acoustique en contact avec le moyen de transmission et détectant des ondes acoustiques ; ainsi qu'un deuxième émetteur émettant sur le moyen de transmission au moins une onde acoustique en réponse à la détection d'une onde acoustique déterminée par le récepteur. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple et dans les figures annexées qui représentent - la figure 1, un exemple de diagramme d'un émetteur-récepteur selon l'invention; - la figure 2, un exemple de diagramme d'un répondeur selon l'invention; - les figures 3a, 3b, un exemple de réalisation d'un transducteur électro-acoustique selon I'invention - les figures 4 à 6, des exemples de réalisation de l'invention appliqués à un aiguillage. Le système est composé de deux types de dispositifs: - un émetteur récepteur muni d'un calculateur pouvant traiter les données avec transmission des informations vers la cabine de pilotage - un répondeur formé simplement d'un émetteur et d'un récepteur (générateur d'écho). Les émetteurs récepteurs sont installés de préférence sur les motrices, les répondeurs sur chacun des wagons, aux abords des chantiers, sur les butoirs de fin de voie, les aiguillages et plus généralement au voisinage de tout obstacle placé sur la voie. Plus généralement, les émetteurs-récepteurs sont installés aux endroits ou se trouvent des agents d'exploitation et les répondeurs aux endroits où les agents d'exploitation ne sont pas utiles. Si les fréquences des signaux interrogateurs peuvent être toutes identiques, les fréquences des échos sont différentes selon qu'ils proviennent d'un wagon, d'un chantier ou d'une butée de fin de voie, ou selon l'état d'un aiguillage. La gamme de fréquence de ces signaux est choisie de manière à ce que - la longueur physique du train d'onde soit inférieure à celle d'un élément de train (wagon) et ainsi d'éviter les brouillages (interférence des trains d'onde émis par différents wagons) - a onde s'amortisse sur une distance de l'ordre de 10 km et ainsi localise le système. La figure 1 représente un émetteur-récepteur selon l'invention. Il comporte une partie émettrice comprenant - un générateur 10 de signaux électriques; - un amplificateur Il de signaux - un transducteur émetteur 12 électro-acoustique recevant des signaux électriques et émettant des ondes acoustiques. Il comporte également une partie réceptrice comprenant - un transducteur récepteur 15 électro-acoustique recevant des ondes acoustiques et les traduisant en signaux électriques - un amplificateur 14 de signaux - un filtre 13 permettant de séparer le bruit et les signaux utiles - une fréquencemètre 17 déterminant la gamme de fréquence du signal reçu (détermination du type d'obstacle) et, dans le cas où le signal reçu a été l'objet d'un effet Doppler, ce fréquencemètre détermine également le décalage en fréquence dû à l'effet Doppler. Par ailleurs, un circuit de calcul de temps de transit 16 est informé par le générateur 10 de l'instant d'émission d'un signal par la partie d'émission 10, 11, 12. I1 est également informé de l'instant de réception d'un signal reçu par la partie de réception 13, 14, 15. I1 calcule alors le temps séparant l'émission et la réception de signaux et transmet cette information de temps T à un circuit de traitement 18. Le circuit de traitement ayant donné un ordre de transmission à un générateur 10, il reçoit, après réception d'un signal dans la partie réception - Une information de temps de transit provenant du circuit de calcul 16. I1 calcule à partir de ce temps la distance séparant l'émetteur-récepteur (de la figure 1) d'un répondeur distant - Un signal 0 identifiant la gamme de fréquence du signal reçu. I1 détermine à partir de ce signal 0, le type de dispositif (aiguillage, butoir d'arrêt, wagon à l'arrêt ou non, motrice, etc ...) ayant transmis le signal - Un signal V correspondant au décalage en fréquence dû à l'effet Doppler et permettant de calculer la vitesse du dispositif distant (la vitesse de la motrice sur laquelle est installé le présent émetteur-récepteur étant connue). Les informations obtenues par le circuit de traitement sont ensuite affichées ce qui permet à un opérateur de connaître le type de dispositif détecté, sa distance et sa vitesse. I1 est bien évident que la partie réception est capable de recevoir plusieurs signaux de types différents ou non, ce qui permet de détecter plusieurs dispositifs. Dans les dispositifs distants est installé soit un émetteur-récepteur tel que celui de la figure 1, soit un répondeur dont le rôle est de recevoir le signal, de l'identifier et de répondre en émettant un signal qui est caractéristique du dispositif sur lequel il est installé. Un tel répondeur tel que représenté en figure 2 comprend - une partie réception comportant un transducteur récepteur 20 recevant des ondes acoustiques et les transformant en signaux électriques un amplificateur de signaux 21 un filtre 22 séparant le bruit et les signaux reçus un circuit de test 23 identifiant le signal reçu et commandant l'émission en retour dtun signal de réponse - une partie émission comportant un générateur 24 recevant une commande d'émission d'un signal de retour du circuit 23 un amplificateur de signal 25 un transducteur d'émission 26 transformant le signal de réponse à émettre en onde acoustique. Les transducteurs émetteurs et récepteurs 12, 15, 20, 26 sont réalisés de préférence sous forme de transducteurs piézoélectriques ou électromatiques. Par exemple, un réseau de transducteurs piézoélectriques ou électromagnétiques placés directement sur une roue d'un véhicule et alimentés alternativement par un système de contacts électriques tournants peut constituer un transducteur. Dans le cas d'un dispositif fixe (butoir d'arrêt, aiguillage, ...) ce réseau de transducteurs peut être placé directement sur un rail. Selon un autre exemple de réalisation représenté en figure 3, un transducteur peut comporter un disque métallique 30 solidaire de Itaxe 31. Un boîtier 32 rempli d'un liquide bon conducteur des ondes acoustiques dans laquelle sont fixés les transducteurs électromagnétiques 33, 34 entoure ce disque et est solidaire du châssis. Du mercure 35 (impédance acoustique voisine de l'acier) contenu dans le boîtier 32, assure la bonne transmission des ondes sonores du transducteur à la roue via le disque. Par exemple, le transducteur faisant travailler l'axe en flexion, des ondes transverses seront transmises au rail. La figure 3b représente le montage du dispositif de la figure 3a sur un essieu de wagon. Un autre dispositif particulièrement bien adapté à l'émission du signal acoustique fait appel à un transducteur magnétostrictif, qui peut comprendre un matériau à fort coefficient de magnétostriction de forme adaptée et solidaire d'une roue et d'un boblnage d'induction fixe. Le matériau magnétostrictif sera couplé acoustiquement à la roue en ayant dans ce cas une géométrie de type couronne soit homogène soit composée de plusieurs secteurs. Une réalisation alternative pourra comporter une excitation par l'arbre, le matériau transducteur étant dans ce cas solidaire de celui-ci. Ainsi selon l'invention, plusieurs modes de fonctionnement sont prévus : passifs/actifs avec ou non interrogation/réponse. Dans ce dernier mode, un train d'impulsions émis par un transducteur placé sur les roues d'un premier véhicule est transmis de la roue au rail. Il se propage dans le rail à une vitesse environ de 5.105 cm/s jusqu 'à rencontrer un second véhicule. Ce dernier émet immédiatement un second train d'onde appelé écho. La mesure du temps mis par le signal pour se propager et revenir sous forme d'écho, renseigne sur la distance entre les deux véhicules. La mesure précise de la fréquence de l'écho renseigne sur la vitesse relative des deux véhicules (utilisation de l'effet Doppler). L'avantage de ce système est que ces paramètres positions et vitesses des deux véhicules peuvent être déterminés quelque soit le temps atmosphérique et quelque soit la courbure de la voie. De plus, des objets immobiles et relativement inertes mais pourvus d'un répondeur peuvent être détectés : wagon, chantier, butoir de fin de voie .... Moyennant quelques modifications des aiguillages (mise en place d'un répondeur), l'état de ceux-ci pourront être transmis. Par exemple, dans un aiguillage les différentes voies aboutissant à cet aiguillage pourront être connectées acoustiquement entre elles et un répondeur sera connecté aux voies dans la zone de l'aiguillage. Une motrice émettant un signal d'interrogation recevra en retour du répondeur de l'aiguillage, un signal d'écho lui permettant de localiser l'aiguillage. Egalement, les voies étant connectées entre elles du point de vue acoustique une motrice sera susceptible de recevoir tout signal provenant de toute autre motrice située sur les voies aboutissant à l'aiguillage. Cependant la portée de transmission du système étant limitée (10 Km par exemple), une motrice n'aura connaissance uniquement que de la présence des motrices situées dans ce champ d'action.Par ailleurs, par utilisation de l'effet Doppler, cette motrice pourra connaître le sens de circulation de toute autre motrice et savoir notamment si une motrice se rapproche ou s 'éloigne de l'aiguillage. Lorsqu'une motrice émet un signal, les premiers répondeurs à entendre et à émettre un écho seront les wagons du même train, Suivent les wagons et la motrice du train la plus proche, les différents aiguillages .... Dès la réception, chacun des échos sera analysé: pour chacun d'eux on connaît la position et la vitesse du véhicule correspondant. Les réponses des wagons du train émetteur seront éliminées : même vitesse, faible distance. Les véhicules appartenant à un même train seront compilés en une information unique, train composé de n véhicules se déplaçant à la vitesse v et distants de d. Les échos provenant d'aiguillages, de chantiers ou de butoirs de fin de voie seront différenciés. L'ensemble de ces informations sera affiché en temps réel à l'intérieur de la cabine de pilotage. En ce qui concerne les aiguillages l'invention prévoit de - Connecter acoustiquement les rails entre eux au moyen de lames métalliques et on place un répondeur sur la voie qui va indiquer la position de la fourche. Selon cette solution, plusieurs réseaux sont connectés en parallèle. Selon une variante de l'invention représentée en figure 4, on déconnecte acoustiquement les trois portions de voies V1, V2, V3 aboutissant en des points tels que Il et I2. Des répondeurs R1, R2, R3 sont connectés aux trois portions des voies. Lorsqu'un répondeur recevra un signal d'interrogation, il émettra un signal de réponse indiquant la position de l'aiguillage. Les répondeurs Ri, R2, R3 peuvent être également interconnectés de façon à ce que - lorsqu'un répondeur, Ri par exemple, reçoit un signal d'interrogation sur la vole V1, il commande l'émission par les autres répondeurs d'un signal d'interrogation sur les voies V2 et V3 - lorsqu'un répondeur, R2, par exemple, reçoit un signal de réponse (écho) sur la voie V2 il commande sa réémission par les autres répondeurs. Les figures 5 et 6 représentent des variantes simplifiées du système appliqué à un aiguillage. Selon la figure 5, les voies V1, V2, V3 sont découplées acoustiquement. Un circuit de commutation C schématisé sur la figure 5 par un contact "repos-travail" permet de connecter acoustiquement, selon la position de l'aiguillage, la voie V1 soit à la voie V2, soit à la vole V3. Sur la figure 5, l'aiguillage étant en position pour relier la voie V1 à la voie V3, le circuit C connecte la voie Vi à la voie V3. Lorsque l'aiguillage changera de position pour relier la voie V1 à la voie V2, le circuit C connectera la voie V1 à la voie V2. Selon la figure 6, les voies ne sont pas découplées. Le circuit de commutation ne comporte qu'une position ouverte ou fermée. Comme on peut le voir sur la figure 6, l'un des rails des trois voies comporte une interruption. Ce contact permet de shunter cette interruption de façon à relier les voies V1 et V2. Lorsque la voie V1 est reliée à la voie V3, le circuit C est ouvert mais la voie V1 est connectée acoustiquement à la voie V3. Lorsque la voie V1 est reliée à la voie V2, le circuit C est fermé et connecte acoustiquement la voie Vi à la voie V2. Il convient de préciser que selon une variante du système de l'invention, le signal émis par l'émetteur installé sur une motrice possède une longueur d'onde caractéristique de la motrice, et chaque répondeur émet un signal de longueur d'onde caractéristique du type de dispositif sur lequel est installé le répondeur. REVENDICATIONS 1. Système de transmission ferroviaire comprenant au moins un chemin de circulation pour véhicule ferroviaire, caractérisé en ce qu'li comprend au moins - un émetteur-récepteur comprenant un premier émetteur d'onde acoustique en contact avec un moyen de transmission d'onde acoustique appartenant au chemin de circulation et émettant une onde acoustique sur ce moyen de transmission ; un premier récepteur d'onde acoustique en contact avec le moyen de transmission et recevant des ondes acoustiques transmises sur le moyen de transmission ; un circuit de traitement commandant, d'une part l'émetteur et recevant d'autre part, des informations de détection du récepteur et traitant ces informations - un répondeur comprenant un récepteur d'onde acoustique en contact avec le moyen de transmission et détectant des ondes acoustiques ; ainsi qu'un deuxième émetteur émettant sur le moyen de transmission au moins une onde acoustique en réponse à la détection d'une onde acoustique déterminée par le récepteur. 2. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chemin de circulation comporte des rails de chemin de fer. 3. Système de transmission selon la revendication 2, caractérisé en ce que les signaux sont transmis sur les rails sous forme d'ondes acoustiques. 4. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un émetteur-récepteur est installé sur les motrices des trains. 5. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que des répondeurs sont installés sur les wagons d'un train et sur des dispositifs de la voie. 6. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal émis par l'émetteur installé sur une motrice possède une longueur d'onde caractéristique de la motrice, et chaque répondeur émet un signal de longueur d'onde caractéristique du type de dispositif sur lequel est installé le répondeur. 7. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un émetteur-récepteur comporte une partie émission équipée d'un générateur de signaux électriques (10) d'un amplificateur (11) et d'un transducteur acoustoélectrique (12) recevant les signaux électriques et couplés acoustiquement à la voie et émettant sur celle-ci des signaux acoustiques ; une partie réception équipée dtun transducteur acousto-électrique (15), d'un amplificateur (14), d'un filtre (13) et d'un circuit d'identification de fréquences identifiant les fréquences des signaux reçus (17) ; un circuit de calcul de temps de transit (16) connecté à la partie émission et à la partie réception et calculant le temps séparant l'instant d'émission d'un signal de l'instant de réception d'un signal retour ; ainsi qu'un circuit de traitement (18) connecté au circuit d'identification de fréquences et au circuit de calcul de temps de transit (16) et déterminant au moins un type de dispositif distant, sa distance et sa vitesse. 8. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un répondeur possède au moins un transducteur électro-acoustique d'émission (26) et un transducteur électro-acoustique de réception (20). 9. Système de transmission selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'un transducteur électro-acoustique comporte au moins un transducteur piézoélectrique ou magnétoélectrique couplé acoustiquement à la voie. 10. Système de transmission selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un disque (30) solidaire d'un essieu (31) d'un véhicule ferroviaire, ce disque étant situé dans une enceinte étanche (32) remplie d'un liquide (35) bon conducteur des ondes acoustiques, une ou plusieurs parois de l'enceinte possédant un plusieurs transducteurs acoustoélectriques (33, 34) capables de transmettre des ondes acoustiques au disque. 11. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce qu a chaque aiguillage est connecté un circuit de commutation (C) permettant de coupler sur commande une voie (Vî) aboutissant à l'aiguillage à l'une des autres voies (V2, V3) aboutissant également à l'aiguillage. 12. Système de transmission selon la revendication 1, caractérisé en ce que les différentes voies aboutissant à un aiguillage sont couplées acoustiquement.