Brevet FR2798347A1 — publié le 20010316

La présente invention concerne un véhicule de mesure de l'état géométrique d'une voie ferrée par rapport à la configuration géométrique théorique de ladite voie, comprenant un châssis rigide constituant la base de mesure supporté par des moyens de roulement sur les rails de la voie ferrée, des moyens agencés pour relever la configuration géométrique de la voie, et des moyens d'exploitation pour déterminer la dégradation de la configuration géométrique relevée par rapport à la configuration géométrique théorique et indiquer les éventuels écarts représentant ladite dégradation. I1 existe différents procédés et moyens de mesure dans lesquels les écarts de position d'un point de la voie par rapport à son tracé théorique sont détectés par des dispositifs appropriés appelés communément bases de référence prenant, souvent, appui sur la voie et matérialisant le tracé désiré. Ces procédés peuvent se ranger dans deux types de catégorie principaux, à savoir les bases de référence dites absolues permettant de déterminer les positions successives d'un point mobile parcourant la voie par rapport à une référence fixe, et les bases de référence dites relatives permettant de déterminer les positions successives d'un point parcourant la voie non plus par rapport à une référence fixe, mais par rapport à une référence mobile définie par un nombre suffisant de points maintenus à des distances constantes l'un de l'autre que l'on déplace tout le long de la voie. 3o La présente invention tombe dans cette dernière catégorie, à savoir on propose un véhicule de mesure 2 2798347 dont le châssis constitue la base de référence dite relative. Les mesures par rapport à cette base relative peuvent être effectuées de différentes manières qui ne font pas l'objet de la présente invention, mais par la suite on parlera de deux moyens différents, à savoir l'utilisation de trois chariots de mesure solidaires de cette base de référence qui est le châssis et, le deuxième au moyen d'une plate-forme dite d'inertie et deux chariots de mesure permettant de mesurer la déviation dans un plan vertical et dans un plan horizontal entre les deux points de mesure correspondant aux deux chariots de mesure. Le fait que les trains, notamment les trains de voyageurs circulent à des vitesses de plus en plus grandes, rend indispensable lors des mesures de voie de pouvoir détecter aussi bien les déformations ondulatoires de la voie ayant aussi bien une petite qu'une grande longueur d'onde. La qualité de mesure en utilisant une base fixe, qui est le châssis du véhicule, est liée à la rigidité du châssis. Il est, néanmoins, évident qu'un châssis ayant une longueur d'une dizaine de mètres peut difficilement être considéré comme absolument rigide à moins de prévoir une structure extrêmement lourde. Si l'on veut détecter avec précision les ondes de déformation présentant une grande longueur d'onde, il est nécessaire de construire des véhicules avec des châssis encore plus longs, de l'ordre d'une vingtaine de mètres et dans ce cas il est pratiquement impossible de fabriquer sans une construction extrêmement lourde de châssis rigides, c'est-à-dire ne subissant aucune déformation élastique 3 2798347 lors de leur déplacement sur une voie ferrée. Les mesu- res se faisant par rapport au châssis de la machine, il est évident que les éventuelles déformations du châssis peuvent influencer les résultats de mesure soit en aug- mentant, soit en diminuant les valeurs réelles. La présente invention a pour but de proposer un véhi- cule de mesure dont la base est constituée par le châs- sis dudit véhicule permettant d'éliminer l'influence de déformations dudit châssis, notamment lorsqu'il s'agit d'un châssis particulièrement long. Le véhicule selon l'invention est caractérisé par le fait que le châssis est muni de moyens optoélectroni- ques agencés pour mesurer les déformations élastiques du châssis lors du déplacement sur ladite voie du véhi- cule, lesdites valeurs de déformation du châssis étant fournies aux moyens d'exploitation pour corriger les valeurs de la configuration géométrique relevée. L'avantage du véhicule selon la présente invention est le fait que les éventuelles déformations du châssis dues aux irrégularités de la voie et également aux dé- formations inhérentes à la grandeur du châssis sont me- surées et fournies aux moyens d'exploitation pour pou- voir corriger les mesures relevées par rapport au châs- sis. Selon une variante préférée de l'invention, les moyens optoélectroniques comprennent un dispositif un disposi- tif récepteur optique formé de capteurs munis chacun de plusieurs éléments photosensibles pour la réception de 4 2798347 faisceaux lumineux émis par des sources lumineuses se trouvant à distance du dispositif récepteur de mesure de chaque côté de celui-ci, deux systèmes de lentilles disposés dans la zone située entre les sources lumineu- ses des deux côtés du dispositif récepteur, chaque source lumineuse étant associée à au moins un des cap- teurs recevant les faisceaux lumineux émis par la source lumineuse correspondante et traversant le sys- tème de lentilles correspondant, les deux systèmes de lentilles étant constitués d'une lentille fixe dont les axes optiques sont alignés et que les éléments photo- sensibles de chaque capteur sont alignés de telle façon que les rayons lumineux passant à travers la lentille concernée soient projetés en fonction de leur angle d'incidence sur une zone correspondante du capteur, le dispositif et les sources lumineuses étant solidaires dudit châssis. Les moyens optoélectroniques sont ceux décrits dans le brevet EP-B-0.518 822 de la déposante, dispositif qui a été prévu à l'origine pour mesurer les déformations de la voie ferrée. Ces moyens sont mainte- nant utilisés pour mesurer uniquement les déformations du châssis et sont disposés de manière fixe, à savoir les sources lumineuses aux deux extrémités du châssis, tandis que le récepteur optique vers le milieu du châs- sis. Selon une variante d'exécution de l'invention, le dis- positif de relevé de la voie comprend trois chariots palpeurs de la voie ferrée permettant de relever les coordonnées géométriques de la voie en trois points par rapport au châssis (9) dans le plan du tracé et dans le plan du profil. Ces moyens sont disposés en principe à la verticale, d'une part, des sources lumineuses et, d'autre part, du dispositif récepteur. Ces dispositifs mesurent la position de trois points par rapport au châssis, ladite position étant corrigée par l'éven- tuelle déformation du châssis relevée par le dispositif optoélectronique ainsi la position réelle de ces trois points est connue. Les palpeurs sont des dispositifs soit mécanique (roues), soit électroniques, soit opti- ques. Selon une autre variante d'exécution, le véhicule est muni de deux chariots palpeurs de voie pour relever la position géométrique de la voie en deux points par rap- port au châssis et d'une plate-forme de référence abso- lue tridimensionnelle dite inertielle, ladite plate- forme étant agencée pour relever la différence vecto- rielle entre le châssis et le Nord et entre le châssis et le plan horizontal permettant ainsi de déterminer les courbures de la voie dans le plan horizontal et vertical ainsi que les dévers. Selon une autre variante d'exécution, la plate-forme inertielle est munie dans trois plans d'accéléromètres, de gyroscopes et de moyens de traitement des signaux pour déterminer des défauts de voie particuliers. Selon une variante d'exécution, ladite plate-forme est solidaire d'un point du châssis, de préférence un point commun au châssis et un des chariots palpeur. Selon une autre variante d'exécution, la plate-forme inertielle est solidaire du train de roulement du cha- 6 2798347 riot palpeur ou de sa structure et d'un moyen de trai- tement des signaux pour déterminer les défauts de la géométrie de la voie. Selon une autre variante, la position de ladite plate- forme par rapport au châssis est mesurée chaque fois par des capteurs, dont elle est munie ce qui signifie que cette plate-forme peut être solidaire d'un disposi- tif indépendant du châssis. Ladite plate-forme peut être équipée dans les trois plans de mesure d'accéléromètres et de gyroscopes et des moyens de traitement des signaux pour déterminer des défauts très particuliers de la voie. Selon une autre variante, la plate-forme d'inertie peut être réalisée soit par des moyens mécaniques, soit par des moyens optoélectroniques. Ces plates-formes d'iner- tie sont utilisées depuis longtemps dans l'aviation pour déterminer la position d'un aéronef et également dans d'autres circonstances dans des applications sur- tout aéronautiques mais pas uniquement. Il est évident que d'autres bases de mesure peuvent être utilisées pour le relevé de la voie, le but de la présente invention étant de prévoir un véhicule dont les déformations éventuelles du châssis lors de son dé- placement sur la voie ferrée puissent être mesurées afin qu'elles n'entachent pas d'erreurs les résultats de mesure de la position réelle de la voie et accessoi- rement de proposer une base de mesure utilisant les performances d'une plate-forme inertielle. 7 2798347 L'invention sera décrite plus en détail à l'aide du dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue schématique du dispositif optoélectronique proposé pour la mesure des déformations du châssis telle que décrite dans le brevet EP-B-0 518 822 de la déposante. La figure 2 montre un véhicule de mesure. La figure 3 montre une vue schématique en plan et en coupe le long du châssis dudit véhicule de mesure. Les figures 4, 5 et 6 montrent schématiquement une va- riante d'exécution de la présente invention utilisant une plate-forme inertielle. Nous allons maintenant décrire brièvement le dispositif optoélectronique du EP-B-0 518 822. Deux bandes de capteurs 4, 5 sont disposées au milieu de l'axe optique formé par deux lentilles 1, 2 de sec- tion semi-circulaire. Ces bandes sont disposées de telle façon que selon la position des sources lumineu- ses respectives, les rayons lumineux concentrés par les lentilles sont projetés en tant que fin faisceau lumi- neux le long des bandes de capteurs. Dans l'exemple, une source lumineuse A située sur l'axe optique 3 est projetée à l'emplacement A' de la bande de capteurs 5. Une source lumineuse B disposée à l'extérieur de l'axe optique est respectivement projetée sur le point B' de 8 2798347 la bande de capteurs 5. La distance entre le point pro- jeté sur la bande de capteurs et le point de l'axe op- tique sur la bande de capteurs est une mesure de l'an- gle D de la source lumineuse par rapport à l'axe opti- que en ce point. Pour filtrer la lumière parasitaire, un filtre en verre coloré 6 et des filtres polariseurs 7, 8 sont disposés devant la lentille 2. On peut obte- nir grâce à ceux-ci que seule la lumière d'une source lumineuse déterminée peut atteindre les bandes de cap- teurs et qu'un signal bien défini peut être produit. En particulier, lors de l'utilisation de capteurs CCD (Charge Coupled Device), seule une quantité relative- ment petite de lumière doit pouvoir atteindre les cap- teurs. En disposant les deux filtres polariseurs de ma- nière à ce qu'ils soient orientés de 90 l'un par rap- port à l'autre, une grande partie de la lumière inci- dente est absorbée. Dans le cas o seules des sources lumineuses très puissantes sont utilisées, seule une très faible partie de ces rayons lumineux peut attein- dre les capteurs et toutes les autres sources lumineu- ses étrangères sont filtrées. En disposant une lentille et une bande de capteurs de chaque côté de l'axe opti- que, les angles d'une ou plusieurs sources lumineuses de chaque côté du dispositif de mesure par rapport à l'axe optique peuvent être déterminés et analysés. En se référant maintenant aux figures 2 et 3, nous al- lons décrire l'une des variantes d'exécution de cette invention représentée de manière tout à fait schémati- que. 9 2798347 Un véhicule de mesure V est muni d'un châssis 9, trois boggies 10, 11, 12 et trois chariots palpeurs 13, 14, permettant de mesurer et le tracé d'une voie formée de rails R par rapport à la base qui est constituée par le châssis 9. Les chariots palpeurs 13, 14, 15, dans le cas présent, sont des chariots munis de roues roulant sur la voie mais on pourrait très bien avoir des cha- riots électroniques avec des dispositifs électroniques ou optiques pour mesurer les éventuelles déformations de la voie par rapport à la base 9. Le châssis 9 est muni d'un dispositif optoélectronique dérivé de celui décrit brièvement par rapport à la figure 1 qui fait l'objet du brevet EP O 518 822. En effet, dans les plans verticaux contenant les chariots palpeurs 13, 14, 15 on a disposé respectivement quatre sources lumineu- ses, L1, L2, L3, L4 envoyant leurs faisceaux vers un dispositif N qui est en réalité un ensemble de len- tilles correspondant aux références 4, 5 de la figure 1. Dans le cas présent, ce dispositif N permet de mesu- rer la déviation de faisceaux lumineux par rapport à la position idéale, c'est-à-dire lorsque le châssis n'est pas du tout déformé, aussi bien dans un plan vertical que dans un plan horizontal. De cette manière on peut connaître l'éventuelle déformation du châssis et ces mesures viennent corriger les mesures des trois cha- riots 13, 14, 15 pour obtenir la mesure du tracé de la voie réelle et les comparer ensuite par rapport au tra- cé idéal. Ainsi, on peut utiliser un châssis 9 qui est particulièrement long ce qui permet de pouvoir égale- ment mesurer les déformations présentant une grande longueur d'onde sans que les mesures soient erronées à cause de la déformation du châssis. Nous allons maintenant nous référer aux figures 4, 5 et 6. A la figure 4 nous avons représenté schématiquement un châssis 19 muni de deux boggies 20, 21 et des palpeurs de voie 22, 23 pour mesurer la position de deux points d'une voie formée de rails R' par rapport au châssis 19. Afin de pouvoir mesurer également les courbures de voie dans un plan horizontal et vertical ainsi que le dévers, on utilise une plate-forme inertielle P repré- sentée de manière schématique, laquelle dans le cas présent est fixée sur le châssis 19. Le dispositif op- toélectronique mentionné précédemment formé d'un sys- tème de lentilles N' et des sources lumineuses L'l, L'2, L'3, L'4 est également utilisé pour pouvoir mesu- rer la déformation du châssis 19, la base de mesure étant formée de deux palpeurs 22, 23 et la plate-forme d'inertie. Dans le cas de la figure 4, dans le plan perpendiculaire à la voie parallèle à son axe, il n'y a aucune déformation ni de la voie, ni du châssis. Dans le cas de la figure 5, la voie présente dans le même plan un profil en pente (déformé ou non) qui est en fait mesuré par l'angle a détecté par la plate-forme d'inertie. A la figure 6, la plate-forme d'inertie mesure un autre angle a' qui n'est pas dû à une déformation de la voie, mais a un affaissement sur le boggie 21 du châssis. Cet affaissement sera corrigé par le fait que la distance entre le châssis et le boggie n'est pas la même concer- nant les deux boggies ce qui permet d'obtenir une me- sure correcte car les deux résultats seront compensés dans le dispositif électronique de calcul qui tient compte toujours aussi bien des éventuelles déformations du châssis relevées par le dispositif N', L'1, L'2, L'3, L'4, par les mesures effectuées concernant le tra- cé de la voie par les palpeurs 22 et 23 et par les élé- ments détectés par la plate-forme d'inertie P à savoir la différence vectorielle entre la position du châssis et le Nord magnétique. En effet, la plate-forme d'iner- tie permet non seulement de mesurer l'angle dans un plan perpendiculaire à la voie mais aussi bien dans un plan horizontal ce qui complète la mesure concernant les courbures de voie et également les dévers. Il faut aussi mentionné que les mesures peuvent égale- ment être réalisées en utilisant le système de mesure de la position par satellites connu sous la dénomina- tion GPS. 12 2798347 REVENDICATIONS 1. Véhicule de mesure (V) de l'état géométrique d'une voie ferrée (R) par rapport à la configuration géomé- trique théorique de ladite voie, comprenant un châssis rigide (9, 19) constituant la base de mesure supporté par des moyens de roulement (10, 11, 12; 20, 21) sur les rails de la voie ferrée (R), des moyens agencés (13, 14, 15; 22, 23) pour relever la configuration géo- métrique de la voie, et des moyens d'exploitation pour déterminer la dégradation de la configuration géométri- que relevée par rapport à la configuration géométrique théorique et indiquer les éventuels écarts représentant ladite dégradation, caractérisé par le fait que le châssis (9, 19) est muni de moyens optoélectroniques (21, 22, 23, 24, N; L', L'2, L'3, L'4, N') agencés pour mesurer les déformations élastiques du châssis (9, 19) lors du déplacement sur ladite voie (R) du véhicule (V), lesdites valeurs de déformation du châssis étant fournies aux moyens d'exploitation pour corriger les valeurs de la configuration géométrique relevée. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens optoélectroniques compren- nent un dispositif récepteur optique (4, 5) formé de capteurs munis chacun de plusieurs éléments photosensi- bles pour la réception de faisceaux lumineux émis par des sources lumineuses (A, B, C) se trouvant à distance du dispositif récepteur de mesure de chaque côté de ce- lui-ci, deux systèmes de lentilles (1, 2) disposés dans la zone située entre les sources lumineuses (A, B, C) des deux côtés du dispositif récepteur (4, 5), chaque 13 2798347 source lumineuse (A, B, C) étant associée à au moins un des capteurs (4, 5) recevant les faisceaux lumineux émis par la source lumineuse correspondante et traver- sant le système de lentilles (1, 2) correspondant, les deux systèmes de lentilles étant constitués d'une len- tille fixe dont les axes optiques sont alignés et que les éléments photosensibles de chaque capteur sont ali- gnés de telle façon que les rayons lumineux passant à travers la lentille concernée soient projetés en fonc- tion de leur angle d'incidence sur une zone correspon- dante du capteur, le dispositif et les sources lumineu- ses étant solidaires dudit châssis. 3. Véhicule selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé par le fait que le véhicule (V) est muni de trois chariots palpeurs (10, 11, 12) de la voie ferrée permettant de relever les coordonnées géométriques de la voie en trois points par rapport au châssis (9) dans le plan du tracé et dans le plan du profil. 4. Véhicule selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé par le fait que le véhicule est muni de deux chariots palpeurs (22, 23) de voie pour relever la po- sition géométrique de la voie en deux points par rap- port au châssis (19), et d'une plate-forme (P) de réfé- rence absolue tridimensionnelle dite inertielle agencée pour relever la différence vectorielle entre le châssis et le Nord et entre le châssis et le plan horizontal permettant ainsi de déterminer les courbures de la voie dans le plan horizontal et vertical ainsi que les dé- vers. 14 2798347 5. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite plate-forme inertielle (P) est munie de capteurs pour mesurer sa position par rapport au châssis. 6. Véhicule selon l'une des revendications 4 ou 5, ca- ractérisé par le fait que la plate-forme inertielle est réalisée, soit par des moyens mécaniques, soit par des moyens électroniques, soit par des moyens optiques. 7. Véhicule selon l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait que la plate-forme inertielle est munie dans trois plans d'accéléromètres, de gyro- scopes et de moyens de traitement des signaux pour dé- terminer des défauts de voie particuliers. 8. Véhicule selon l'une des revendications 4, 6 ou 7, caractérisé par le fait que la plate-forme inertielle est solidaire du train de roulement du chariot palpeur ou de sa structure et d'un moyen de traitement des si- gnaux pour déterminer les défauts de la géométrie de la voie. 9. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite plate-forme inertielle est solidaire d'un point du châssis, de préférence un point commun au châssis et un des chariots palpeur.