Brevet FR2713574A1 — publié le 19950616

BALISE AU SOL ALIMENTEE PAR RAYONNEMENT La présente invention concerne les systèmes, au sol et embarqués, de contrôle du trafic sur les réseaux de transports ferroviaires, en générale, et porte, plus particulièrement, sur une balise au sol alimentée par rayonnement en provenance d'un mobile, notamment pour système d'aide à la conduite, à l'exploitation et à la maintenance. Un système d'aide à la conduite, à l'exploitation et à la maintenance de l'état de la technique est par exemple décrit par J. PORE dans le document REVUE TECHNIQUE GEC ALSTHOM N-l-l990 pages 55 à 62. Le système décrit est un système de contrôle de la vitesse du trafic sur les réseaux de transports urbains comportant des équipements embarqués et des installations au sol. Les équipements embarqués se composent principalement d'une antenne associée à des circuits électroniques ainsi que d'une unité d'évaluation. L'antenne est située sous le véhicule. Dès que le véhicule de conduite est en service, l'antenne du véhicule transmet un signal destiné à la recherche et à l'alimentation des installations au sol. La fréquence d'émission de ce signal peut être comprise entre 100 KHZ et 30 MHz. Les messages reçus des balises sont transmis, par exemple, à une fréquence d'environ 4,5 MHZ avec des impulsions d'horloge à la fréquence de 50 kHz. L'unité d'évaluation, qui peut être un calculateur, est alimentée par son propre convertisseur et est connecté à l'antenne du véhicule. Les installations au sol se composent de balises et de leur électronique de commande. Les balises sont fixées sur les traverses, dans l'axe de voie et coopèrent avec l'antenne du véhicule. Des messages codés peuvent ainsi être transmis de la voie ferroviaire au train au moyen de la liaison sol-train que constituent la balise et l'antenne. Les données provenant de la balise sur la voie se présentent sous la forme de 0 ou 1 appelés "bits" qui constituent chaque mot d'information ou d'instruction. Un mot comporte par exemple 8 bits, voire 16 bits. A titre d'exemple, un message est constitué de 3 mots d'information ou d'instruction utiles appelés X, Y et Z. Chaque mot est codé et comporte 4 bits de données et 4 bits de redondance: chaque mot peut être codé selon 24= 16 valeurs différentes, numérotées de O à 15, donnant 163= 4096 messages différents. La transmission des messages par la balise, s'effectue lors du franchissement de la balise par l'antenne du véhicule. L'antenne du véhicule fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement de la balise. Les procédés de télé-alimentation par rayonnement d'une balise au sol par un ensemble embarqué sont basés sur la captation de l'énergie émise par l'ensemble embarqué permettant le fonctionnement de la balise au sol. L'énergie captée doit assurer la réalisation des fonctions telles que: - la réception des données en provenance de codeurs; - l'accès à des mémoires internes à la balise; et - la transmission de données vers l'ensemble embarqué. La distance ou zone de déplacement de l'antenne du véhicule au-dessus de la balise au sol pendant laquelle le niveau d'énergie capté par la balise au sol est suffisant pour assurer son fonctionnement est appelée distance ou zone de contact. Le dimensionnement de la distance de contact et donc de la zone de contact entre l'ensemble embarqué et la balise au sol est déterminé en fonction des paramètres caractérisant la transmission d'information, à savoir: - nombre de bits à transmettre; - débit de la transmission; et - vitesse maximale du mobile. Les autres paramètres intervenant dans l'évaluation de la distance ou zone de contact sont, principalement: - le niveau d'émission de l'ensemble embarqué; - la sensibilité de la balise au sol; - le diagramme de rayonnement des antennes respectivement de la balise au sol et de l'ensemble embarqué; et - la distances entre ces antennes. Conformément au balise au sol de l'art antérieur, la distance de contact ou zone de contact est donnée par la distance ou la zone durant laquelle l'énergie captée est au moins supérieure à l'énergie nécessaire pour assurer le fonctionnement de la balise. Aussi un but de l'invention est-il d'augmenter le niveau d'énergie pendant une durée donnée après que le niveau d'énergie capté soit inférieur au niveau nécessaire pour le fonctionnement de la balise. Conformément à l'invention, la balise au sol alimentée par rayonnement comporte un circuit d'antenne et un circuit d'émission et se caractérise en ce-que le circuit d'émission comporte un circuit de décharge permettant d'augmenter la distance d'action et donc la zone d'action de la balise au sol. L'invention a également pour objet une balise au sol alimentée par rayonnement satisfaisant à l'une des caractéristiques suivantes: - le circuit de décharge se compose d'un condensateur de décharge; - le circuit d'antenne se compose d'une bobine réceptrice et d'un condensateur d'accord connectés en série au primaire d'un transformateur d'isolement; - le circuit d'émission se compose d'un circuit redresseur disposé entre le secondaire du transformateur d'isolement et un circuit de charge; - le condensateur de décharge est disposé en parallèle aux bornes du circuit de charge; - la fréquence de télé-alimentation par rayonnement est comprise entre 100 et 600 kHz; - l'antenne de l'ensemble embarqué a un encombrement horizontal d'environ 40X40 cm; et - l'antenne de la balise au sol a un encombrement horizontal d'environ 20X20 cm. Un avantage de la balise au sol alimentée par rayonnement conforme à l'invention est de permettre l'augmentation de la quantité des informations transmises d'un facteur d'environ quatre. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtrons à la lecture de la description du mode de réalisation préféré de la balise au sol alimentée par rayonnement, description faite en liaison avec les dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue générale d'un système d'aide à la conduite, à l'exploitation et à la maintenance de l'état de la technique comprenant un équipement embarqué dans un véhicule ferroviaire et une installation au sol; - la figure 2 représente un schéma de principe d'une balise au sol alimentée par rayonnement conforme à l'invention. La figure 1 est une vue générale d'un système d'aide à la conduite, à l'exploitation et à la maintenance de l'état de la technique. Le système comprend des installations au sol 1 et des équipements embarqués 2,3 dans un véhicule ferroviaire 4. Les installations au sol se composent d'une balise 1 et de son électronique de commande intégrée. La balise au sol 1 est fixée sur les traverses 5, dans l'axe de la voie ferroviaire 4. Les équipements embarqués se composent principalement d'une antenne 2 et d'une unité d'évaluation 3. L'unité d'évaluation 3, qui peut être un calculateur, est alimentée par son propre convertisseur et est connectée à l'antenne 2. L'antenne 2 est située sous le véhicule ferroviaire 4. L'antenne 2 du véhicule ferroviaire 4 coopère avec la balise 1 et fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement de cette balise. La balise au sol alimentée par rayonnement correspondant au schéma de principe représenté à la figure 2 comporte un circuit d'antenne 11 et un circuit d'émission 12. Le circuit d'antenne 11 se compose d'une bobine réceptrice 13 et d'un condensateur d'accord 14 connectés en série au primaire d'un transformateur d'isolement 15. L'énergie captée par la bobine réceptrice 13 induit un courant Ip dans le circuit d'antenne 11 de manière à alimenter le primaire du transformateur d'isolement 15. Le courant induit Ip crée par couplage un courant Is dans le circuit d'émission 12. Le circuit d'émission 12 se compose d'un circuit redresseur 16 disposé entre le secondaire du transformateur d'isolement 15 et le circuit de charge 17. Le circuit redresseur 16 est du type à pont de diodes. A titre d'exemple, la bobine réceptrice 13 à une section rectangulaire d'environ 600 cm2. L'un des cotés de la bobine réceptrice 13 a une longueur égale à 300 mm et est parallèle à l'axe de la voie. Le condensateur d'accord 14 à une valeur de 33 nF à une fréquence de 142500 Hz. Le transformateur d'isolement 15 est du type AL 400 RM 14 et à un nombre de spires secondaires égal à 55. Le nombre de spires primaires est compris entre 1 et 10 et est avantageusement égal à 4. Le circuit de charge 17 à une impédance d'entrée d'environ 100 Kfl. Conformément au mode de réalisation préféré de la balise au sol alimentée par rayonnement de l'invention, un condensateur de décharge 18 est disposé en parallèle aux bornes du circuit de charge 17. Lorsque le niveau capté par la balise est supérieure à l'énergie de fonctionnement, le circuit de décharge, en l'occurrence le condensateur de décharge 18, emmagasine de l'énergie qui sera restituée dés que le niveau d'énergie capté ne suffit plus au fonctionnement de la balise au sol. La durée de restitution de l'énergie emmagasinée est fonction de la décharge du circuit de décharge. A titre d'exemple et en complément des données précédentes, le condensateur de décharge a une impédance capacitive d'environ 13/6 ZF. Le tableau 1 ci-après montre les mesures effectuées avec différents rapport de transformation du transformateur d'isolement 15 (nombre de spires secondaires: 55). fréquence nombre de écart tension temps de d'accord spires entre de réponse primaires antennes charge U U=20V 142100 Hz 1 460 mm 120V 3 ms 142300 Hz 2 460 mm 91 V 1,55 ms 142400 Hz 3 460 mm 64 V 1,3 ms 142400 Hz 4 460 mm 48 V 1,1 ms 142400 Hz 4 460 mm ~ 48 V 1,1 ms 142400 Hz 4 250 mm 48 V 1,25 ms 142400 Hz 4 ~ 460 mm 48 V 1,1 ms Tableau 1 On montre que plus le rapport de transformation est élevé, plus la tension U en fin de charge est élevée mais plus le courant Is en début de charge est faible. Le temps de charge dépend de la valeur de ce courant Is et l'énergie accumulée dépend de la tension U maximum à laquelle peut être chargé le condensateur de décharge 18. Il y a donc un compromis à trouver pour accumuler le maximum d'énergie dans le condensateur de décharge 18 en un minimum de temps. Les mesures effectuées pour un nombre de spires primaires égal à 3 et 4 montrent que la diminution du temps de charge du condensateur de décharge 18 est faible. Le mode de réalisation préféré correspond donc au nombre de spires primaires égal à 4. Les performances susceptibles d'être obtenues sont données ci-après, à titre d'exemple, pour une vitesse de déplacement de l'équipement embarqué par rapport à la balise au sol d'environ 350 Km/h et pour une énergie captée par la bobine réceptrice 13 d'environ 100 mW. I Fréquence de télé-alimentation par rayonnement: 100-600 KHZ Antenne de l'ensemble embarqué: 40X40 cm Antenne de la balise au sol: 20X20 cm Distance de contact sans circuit de décharge: 1 m Distance de contact avec circuit de décharge: 4 m REVENDICATIONS 1. Balise au sol alimentée par rayonnement comportant un circuit d'antenne 11 et un circuit d'émission 12; caractérisée en ce que le circuit d'émission 12 comporte un circuit de décharge 18 permettant d'augmenter la distance d'action et donc la zone d'action de la balise au sol. 2. Balise au sol selon la revendication 1; dans laquelle le circuit de décharge 18 se compose d'un condensateur de décharge. 3. Balise au sol selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2; dans laquelle le circuit d'antenne 11 se compose d'une bobine réceptrice 13 et d'un condensateur d'accord 14 connectés en série au primaire d'un transformateur d'isolement 15. 4. Balise au sol selon l'une quelconque des revendications 1 à 3; dans laquelle le circuit d'émission 12 se compose d'un circuit redresseur 16 disposé entre le secondaire du transformateur d'isolement 15 et un circuit de charge 17. 5. Balise au sol selon l'une quelconque des revendications 1 à 4; dans laquelle le condensateur de décharge 18 est disposé en parallèle aux bornes du circuit de charge 17. 6. Balise au sol selon l'une quelconque des revendications 1 à 5; dans laquelle la fréquence de télé-alimentation par rayonnement est comprise entre 100 et 600 KHz. 7. Balise au sol selon l'une quelconque des revendications 1 à 6; dans laquelle l'antenne de l'ensemble embarqué a un encombrement horizontal d'environ 40X40 cm. 8. Balise au sol selon l'une quelconque des revendications 1 à 7; dans laquelle l'antenne de la balise au sol a un encombrement horizontal d'environ 20X20 cm.