Brevet FR2830966A1 — publié le 20030418

3,4 et sensiblement 10. La présente invention se rapporte à un procédé de traitement analogique et numérique de signaux fournis par des capteurs piézo-électriques implantés dans une chaussée pour permettre une mesure de la vitesse des véhicules qui passent sur cette chaussée. Les techniques de réalisation de capteurs piézo-électriques (brevet N 2703374, 2567550...) et les techniques de pose sont connues et utilisent des capteurs coaxiaux à isolation céramique. Ces capteurs sont des capteurs linéaires coaxiaux de diamètre faible compris entre lo 1 etmm. D'autres capteurs à isolation plastique (PVDF ou piézo polymère) peuvent également être utilisés. La présente invention a pour but la mesure de plusieurs vitesses lors du passage d'un véhicule avec au moins deux mesures de vitesse pour chaque roue ou chaque essieu. sDes mesures de vitesse multiples présentent l'avantage de permettre de déterminer une vitesse moyenne de chaque essieu, puis une vitesse moyenne du véhicule et d'éliminer des mesures aberrantes. Les avantages de la méthode apparaitront au fur et à mesure de la description qui va suivre. Les figures qui suivent sont données à titre d'exemple, permettant de mieux comprendre l'invention proposée. Les figures la et lb représentent l'installation au sol de deux capteurs piézo- électriques perpendiculaires au trafic et d'une boucle à induction. La figure 1 c représente les signaux obtenus sur le détecteur de boucle à induction 2s et sur les capteurs piézo-électriques avec une impédance adaptée au problème. Les figures 2a et b représentent deux capteurs installés avec un angle de 15 à 30 et le signal obtenu lors du passage des roues d'un véhicule. La figure 3 représente l'effort généré par un pneumatique sur une chaussée en fonction de son appui longitudinal. La figure 4 représente un outillage permettant le montage de deux capteurs de manière parallèle entre eux et à une distance connue. La figure 5 représente le signal obtenu avec une impédance d'entrée de lOMQ lors du passage du pneu de la figure 3 sur un capteur et sa digitalisation. - 2 La figure 6 représente le passage d'un véhicule à deux essieux sur un groupe de deux capteurs installés à une distance connue, et la mesure de la vitesse à partir des points caractéristiques des courbes avec une impédance d'entrée de 10 MQ. La figure 7 représente la même variation de tension obtenue avec une impédance s d'entrée de l'ordre de 40 à 1 OOKQ et sa digitalisation. La figure 8 représente le passage d'un véhicule à deux essieux sur un groupe de deux capteurs installés à une distance connue, et la mesure de la vitesse à partir des points caractéristiques des courbes avec une impédance d'entrée de 40 à 100 KQ. La figure 9 représente un exemple de montage électronique suivant l'invention. l La figure 10 représente un système utilisant 3 capteurs et 1 boucle pour la mesure de vitesse. Le brevet N 2673717 décrit les méthodes de traitement du signal sur des impédances d'entrée de lOMQ, et de l'ordre de 40 à 100 KQ et en explique les avantages et inconvénients. Pour effectuer une mesure de vitesse correcte, les deux capteurs (Cl)et (C2) décrits à la figure lb devront étre strictement parallèles. Pour ce faire, un outillage de montage tel que décrit à la figure 4 pourra étre utilisé; il garantira un montage parallèle des capteurs (C1) et (C2), et une distance (3) connue entre les deux capteurs. Dans ce montage les capteurs seront en position C1 et C2 parfaitement parallèles grâce aux usinages de quatre points de contact (4), (5), (6) et (7)sur les supports et des distances (8), et (9) égales, contrôlées et mesurées sur une machine 3D. De cette manière, cette distance entre les deux capteurs sera connue, fixe et indépendante de la zone dans laquelle le véhicule passera sur la voie de circulation. 2s La figure 3 représente la répartition des forces verticales générces par un pneumatique en contact avec la route. Nous examinerons le traitement du signal dans un premier temps sur une impédance de l'ordre de 10 MQ. La figure S représente la digitalisation de ce signal lors du passage d'une roue ou d'un essieu sur le capteur. L'écart de temps entre deux points de mesure AT sera donné par la vitesse de scrutation d'une horloge du système à calculateur ou à microprocesseur. La partie négative du signal correspond (voir brevet 2673717) à la déformation de la chaussée due à l'approche de l'essieu du véhicule. Le passage de l'essieu décrit à la s figure 3 sera matérialisé par l'inversion du signal dans la zone (10), et par l'apparition d'une pente positive dans le signal (AV/ AT change de signe et devient positif en (11). L'apparition de la pente positive matérialise la pression directe du pnenmatique sur le capteur. Il sera ainsi possible de déterminer le début de l'empreinte du pneumatique sur le capteur. 0 L'inversion de la courbe dans la zone (12) matérialise le passage par une force verticale maximale sur le capteur piézo-électrique. Il sera ainsi possible de déterminer cette position de l'essieu correspondant à l'axe de l'essieu (13). En fonction de la précision recherchée, ce point pourra étre matérialisé par l'inversion de la courbe au point (14) ou par l'intersection des deux pentes positive et 1S négative les plus importantes déterminant un point (13). Il est donc possible de déterminer une deuxième position caractéristique de l'essieu sur le capteur piézo-électrique. On pourra également déterminer le point o l'empreinte du pneumatique de l'essieu quitte le capteur piézo-électrique par la seconde inversion de la courbe dans la zone (15). Ce point pourra étre déterminé, soit par période entière (16), soit par l ' inters e cti on de courb e s ayant le s plus grande s p ente s à l ' intéri eur d 'une p éri o de de deux scrutations AT données comme pour le pic du signal (17). On voit sur cette description et sur ce dessin qu'il est possible de déterminer trois instants caractéristiques de passage d'un pneumatique sur un capteur: 2s début de l'empreinte du pneumatique (ou de l'essieu) sur le capteur, - axe du maximum de force verticale générée par le pneumatique sur le capteur. - fin de l'empreinte du pnenmatique sur le capteur. La figure N 6 décrit les passages successifs des essieux A, B. sur chacun des capteurs (C1) et (C2) du montage décrit à la figure lb. Il est possible de déterminer trois points caractéristiques indicés 1, 2, et 3, pour chaque passage d'essieu (A) et (B) sur chaque capteur (C1) et (C2). La distance entre les deux capteurs étant parfaitement connue et mesurée, il est possible de déterminer pour - 4 chaque essieu des vitesses de déplacement du début de l'empreinte, du "milieu de l'essieu" et de la fin de l'empreinte, pour chaque essieu entre les deux capteurs (C1) et (C2). Ces vitesses seront déterminées à partir du rapport de la distance des capteurs, divisée par les durées TA1, TA2 et TA3 pour le premier essieu, par TB1, TB2 et TB3 pour le second essieu, et ainsi de suite pour chaque essieu. On voit donc qu'il est possible de déterminer un maximum de six vitesses pour chaque véhicule à deux essieux. Les véhicules à trois essieux mettront en évidence la détermination de neuf vitesses, les véhicules à quatre essieux douze vitesses, et ainsi de suite. 0 La mesure des trois vitesses d'un même essieu doit donner des valeurs sensiblement identiques pour vérifier un caractère d'homogéncité des mesures. L'écart entre les vitesses de deux essieux successifs peut être la caractéristique d'un véhicule en accélération ou en décélération. Simultanément à la vitesse, le système permet de déterminer le poids dynamique d'un véhicule et sa catégorie comme le montrent les brevets d'invention, tels que le brevet 2673717 déposé en mars 1991. Une mesure de deux paramètres caractérisant la vitesse du début de l'empreinte et des axes de l'empreinte, peut également être envisagée et permet d'obtenir un minimum de quatre mesures de vitesse par véhicule. Nous allons examiner le cas du traitement du signal sur une impédance comprise entre 40 et 100 KQ. Cette impédance comme le décrit le brevet antérieur N 2673717 permet de rendre le signal sensiblement symétrique et de s'affranchir de l'influence de la flexibilité de la chaussée sur la forme du signal. Par contre, il introduit une constante de temps non négligeable dans la décharge du capteur piézo-électrique et dans la forme asymptotique du signal à la fin du passage de l'essieu. Cette déformation ne permet pas de mesurer la position avec précision de la fin de l'empreinte du pnenmatique. La position du début de l'empreinte du pneumatique sera déterminée comme dans le cas précédent, par la variation de pente AV/AT au début du signal (zone 18). Le pic de l'effort vertical correspondant sensiblement à l'axe de l'essieu (appelé axe de l'essieu dans la suite) se traduira par l'inversion du signal et par le passage par 0 de ce signal. La position de l'axe de l'essieu sera déterminée par une tension nulle au niveau du signal. Cette position sera précise car la variation de signal est très brusque zone (19)-. s L'instant o l'empreinte de l'essieu quitte le capteur est lui mal déterminé en raison des constantes électriques de l'ensemble formé par le capteur et l'électronique. La figure N 8 donne les points caractéristiques de début de l'empreinte indice 1 et de l'axe de l'essieu indice 2, pour chaque essieu A, B.... sur chacun des capteurs (C1) et (C2). La connaissance de la distance entre les capteurs permet de déterminer aisément par calcul la vitesse de chacun des points caractéristiques de l'essieu. Le calcul est effectué en divisant la distance entre l'axe des capteurs par les durées TA1 et TA2 pour le premier essieu et TB1, et TB2 pour le second essieu. On voit qu'il est possible de déterminer un minimum de deux vitesses par essieu 0 et donc un minimum de quatre vitesses pour un véhicule à deux essieux. Comme dans le cas précédent, un écart extrêmement faible doit étre constaté entre la vitesse des deux points caractéristiques d'un essieu donné (vérification de valeur aberrante) alors que l'écart de vitesse entre deux essieux peut être significative d'une variation de vitesse du véhicule (accélération ou freinage). On voit qu'à l'aide de ces deux méthodes différentes, il est possible de déterminer avec précision la vitesse d'un véhicule et éventuellement sa variation de vitesse (accélération ou freinage). Dans le cas de capteurs inclinés comrne décrit aux figures 2a et 2b, il sera possible de déterminer une série de mesures de vitesse (2 ou 3) pour chaque roue donc entre 8 et 12 mesure pour une voiture ou un autre véhicule à deux essieux. La détermination simultanée de la catégorie du véhicule et de son poids, peut p ermettre d' i ntro duire de s l im ite s de vite s se ou d' alerte s de dép as s ement de vite s se en fonction du type de véhicule. Cette combinaison de propriété peut permettre de déclencher des alarmes ou des mesures répressives. Le dispositif décrit ci-dessus peut également utiliser un groupe de trois capteurs piézo-électriques parallèles associés à une boucle à induction (fig. 10) ou à un autre moyen de détection de l'enveloppe du véhicule. Le nombre de capteurs peut passer à 4 ou 5 ou plus. Dans ce dernier dispositif il est également possible de déterminer la vitesse de plusieurs points caractéristiques de chaque essieu entre les capteurs (20) et (21), (21) et (22) et entre les capteurs (20) et (22). Il sera ainsi possible de mesurer trois groupes de vitesse par groupe d'essieux de chaque véhicule. L'introduction de mesure de conditions météorologiques peut également permettre d'introduire des seuils de vitesses variables en fonction des conditions de roulage. Les systèmes électroniques utilisés sont du type de ceux déjà décrits dans les brevets antérieurs et utilisent des amplificateurs opérationnels, microprocesseurs 16 ou s 32 bits,... La figure 9 est un exemple de réalisation possible et non limitatif de systèmes suivant l'invention. L'utilisation de systèmes ayant les caractéristiques suivantes: - distance entre capteurs 1800 mm 3, o - fréquence de scrutation donnant un AT entre 2 échantillons de 200 ps. - système stabilisé par quartz - microprocesseur 16 bits avec convertisseur 12 bits, donnent des intervalles de tolérance de +1% 1/2 digit signifcatif par exemple 1% O,Skm/h pour les systèmes affichant le krn/h. REVENDICATIONS 1/ Procédé de détermination de vitesse d'un véhicule passant sur une chaussée équipée d'au moins deux capteurs piézo-électriques de type linéaires coaxiaux perpendiculaires au trafic et parallèles entre eux, caractérisé par le fait que le kaitement numérique des signaux de chaque capteur par échantillonnage, permet de déterminer les s instants de passage du début, de la fin et du maximum de pression générés par les empreintes de chaque essieu ou pnenmatique sur chaque capteur, et d'en déduire par calcul la vitesse de ces trois points singuliers entre les capteurs successifs puis d'en déduire la vitesse moyenne de chaque essieu, celle du véhicule, son accélération ou sa décélération. o 2/ Procédé tel que décrit à la revendication 1 ou l'impédance d'entrée des capteurs piézo-électriques est supérieure ou égale à 10 MQ. 3/ Procédé tel que décrit aux revendications 1 et 2 ci-dessus, caractérisé par le fait que le début, la fin et le maximum de pression exercée par le pneumatique ou l'essieu sur le capteur, sont déterminés par les inversions successives du signal fourni par les capteurs. 4/ Procédé tel que décrit à la revendication 1, o l'impédance d'entrée des capteurs piézo-électriques est comprise entre 40 et 100 KQ. / Procédé tel que décrit aux revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que le début de l'empreinte du pneumatique ou de l 'essieu est déterminée par l' apparition d'une pente positive dans le signal, que le maximum de pression générée par le pneumatique ou l'essieu, est caractérisé par le passage par O après inversion du signal. 6/ Procédé suivant revendications 1 et suivantes, caractérisé par le fait que la détermination des instants de passage des points caractéristiques de chaque pnenmatique ou de chaque essieu sur chaque capteur, permet de calculer jusqu'à trois vitesses pour chaque essieu. 7/ Procédé suivant revendication 1 caractérisé en ce que les capteurs forment un angle de 15 à 30 par rapport à l'axe du trafic pour permettre de distinguer chaque roue et de déterminer les points caractéristiques de chaque roue indépendamment les uns des autres et de déterminer ainsi jusqu'à un maximum de 12 vitesses pour un véhicule à deux essieux. 8/ Dispositif suivant procédé décrit à la revendication 1 o le signal est digitalisé et o les instants singuliers et les vitesses sont déterminés par calculateur ou S microprocesseur. 9/ Procédé suivant revendication 7 caractérisé par le fait que la connaissance de vitesses multiples pour chaque essieu permet d'éliminer la ou les valeurs aberrantes, de calculer la vitesse moyenne du véhicule et les variations de cette vitesse en fonction des