Brevet FR2927487A1 — publié le 20090814

DISPOSITIF DE COMMUNICATION ENTRE UN ELEMENT FIXE ET UN ELEMENT MOBILE ET LECTEUR MONOBLOC POUR UN TEL DISPOSITIF La présente invention est relative à un dispositif de communication 5 entre un élément mobile et un élément fixe. L'invention concerne plus particulièrement le domaine du transport ferroviaire. En effet, de nouvelles contraintes imposent de développer les moyens de communication entre les trains et le réseau ferroviaire. II est nécessaire de pouvoir connaître la position de chaque train ~o pour d'évidentes raisons de sécurité. On peut citer également le besoin de pouvoir positionner précisément les portes des trains en face d'aménagements spéciaux prévus sur les quais pour les personnes à mobilité réduite. Les techniques actuelles de communication utilisent des balises 15 émettrices disposées sur les voies qui communiquent avec un lecteur embarqué sur le train. Les balises utilisées comprennent des antennes dites "à boucle" constituées à partir de câbles organisés en boucles de grand diamètre. La mise en place de telles antennes impose des travaux importants de génie civil du fait 20 de l'encombrement des antennes ce qui rend l'implantation des balises complexe et onéreuse. De plus, malgré leur taille, ces systèmes ne permettent pas toujours une communication lorsque le train circule à vitesse élevée. Un autre type de système a été développé pour être installé dans des tramways. Ce système convient à ce type de véhicule circulant à une 25 vitesse faible, inférieure à 70 km/h, le lecteur pouvant par ailleurs être placé proche des voies. Néanmoins ce système s'avère inutilisable pour des trains qui circulent à une vitesse plus élevée et qui ont une garde au sol plus importante. Enfin, le dispositif installé dans ces tramways n'est pas monobloc 30 afin d'éviter que ses différents éléments n'interfèrent entre eux, ce qui rend plus complexe l'installation du dispositif. L'invention a pour but surtout de proposer un dispositif monobloc, capable de fonctionner lorsque le véhicule porteur circule à une vitesse très élevée et comporte une garde au sol importante. 35 Selon l'invention un dispositif de communication du genre défini précédemment est caractérisé en ce que qu'il comprend : un lecteur à champ électromagnétique comprenant un émetteur avec une première antenne à enroulement autour d'un barreau de ferrite rectiligne et un récepteur avec une deuxième antenne à enroulement autour d'un barreau de ferrite mis en place dans un boîtier, les composants électroniques nécessaires au fonctionnement du lecteur étant organisés de manière à maximiser la distance, mesurée dans une section orthogonale à l'axe de la première antenne, entre lesdits composants électroniques et la première antenne, le récepteur du lecteur utilisant une fréquence comprise entre 4 et 12 MHz, ~o et une étiquette comprenant un récepteur apte à recevoir un signal en provenance de la première antenne du lecteur pour fournir de l'énergie à un émetteur apte à envoyer un signal, à une fréquence comprise entre 4 et 12 MHz, reçu par la deuxième antenne du lecteur. De manière avantageuse, le lecteur est embarqué dans l'élément is mobile et l'étiquette est fixe. L'émetteur du lecteur peut fonctionner à une fréquence de 125 kHz. L'émetteur du lecteur peut émettre de manière continue. De manière avantageuse, la zone située à la verticale de la première antenne du lecteur, lorsque le dispositif est en fonctionnement, ne comporte 20 pas d'autres connexions que celles nécessaires à l'implantation de filtres. Les antennes de la balise peuvent être disposées orthogonalement au sens de déplacement de l'élément mobile. Le boîtier peut être rempli d'un matériau isolant, par exemple du polyuréthane. 25 Avantageusement, la dureté de l'isolant autorise les mouvements magnétostrictifs des antennes. La balise peut ne pas comporter de source d'énergie. L'invention concerne également un lecteur à champ électromagnétique apte à être utilisé dans un dispositif selon l'invention. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré avec référence aux dessins annexés mais qui n'a aucun caractère limitatif. Sur ces dessins : Fig. 1 est une vue en perspective d'un lecteur selon l'invention, Fig. 2 est une vue schématique en perspective, à plus grande 35 échelle, du lecteur de Fig. 1 sans son boîtier, Fig. 3 est une vue schématique en perspective de la plaque supportant les antennes, Fig. 4 est une coupe de Fig. 2 selon un plan orthogonal à l'axe des antennes, et Fig. 5 est une vue schématique en élévation latérale d'un dispositif selon l'invention. Dans toute la description qui suit d'un mode de réalisation d'un dispositif de communication selon l'invention, les termes relatifs tels que � supérieur �, � inférieur �, � avant �, � arrière �, � horizontal � et � vertical � sont à interpréter lorsque le lecteur selon l'invention est installé en dessous d'un véhicule en situation de fonctionnement, en particulier en dessous d'un train, le to plan de fixation du lecteur étant horizontal et orienté vers le haut alors que les antennes sont en partie basse. En se référant à Fig. 1, on peut voir un lecteur L destiné à être utilisé dans un dispositif D selon l'invention. Les différents composants du lecteur L sont mis en place dans un 15 boîtier 1 et noyés dans un isolant non représenté à base de polyuréthane. Cet isolant permet de protéger les composants de l'humidité et des vibrations mais aussi d'améliorer la dissipation de la chaleur générée par le fonctionnement du lecteur. Le boîtier 1 a sensiblement la forme d'un tronc de pyramide dont la grande base est formée par un plan d'attache la. Le boîtier 1 comprend des 20 moyens de fixation 1 b permettant la fixation du boîtier sous un véhicule. En se référant maintenant à Fig. 2, les différents composants sont installés à l'intérieur du boîtier 1 de la manière suivante. Deux plaques substrats 2 et 3, de forme rectangulaire, sont fixées parallèlement l'une à l'autre par l'intermédiaire de tiges filetées 4. 25 La plaque 2 est destinée à être placée en partie inférieure du boîtier 1 lorsque celui-ci est fixé sous un véhicule par l'intermédiaire du plan d'attache la. Sous la plaque 2 sont fixées, parallèlement au bord longitudinal de la plaque 2, deux antennes 5 et 6 séparées d'environ 65 mm et réalisées à partir 30 de barreaux de ferrite autour desquels sont mis en place des bobinages. Le boîtier 1 est par ailleurs fixé au véhicule de telle sorte que les antennes 5 et 6 soient orthogonales à la direction de déplacement. La longueur des antennes 5 et 6 est sensiblement égale à la longueur de la plaque 2, soit environ 200 mm. Cette longueur est calculée à 35 partir de la portée désirée. Utiliser une antenne constituée à partir d'un barreau de ferrite permet d'obtenir un champ sous l'antenne lorsque le lecteur L est en place et permet de disposer le lecteur L près de masses métalliques. Par ailleurs, il est nécessaire de doser la dureté de l'isolant utilisé pour protéger les composants. En effet la ferrite étant un matériau magnétostrictif, en fonctionnement le bobinage va réagir avec la ferrite et générer des mouvements de faible amplitude. Un isolant trop dur gênerait ces mouvements et nuirait au fonctionnement de l'antenne. La première antenne 5 est utilisée pour émettre un champ Io électromagnétique à une fréquence basse avantageusement de 125 kHz mais de forte puissance, afin de fournir de l'énergie à une étiquette ou balise B (Fig. 5). Le dispositif selon l'invention comporte également une balise B, (Fig. 5). La balise B comporte une structure similaire au lecteur L et est également 15 dotée de deux antennes. Une première antenne 5b d'un récepteur est apte à fonctionner sur la même fréquence, notamment 125 kHz, que l'antenne 5 du lecteur tandis qu'une seconde antenne 6b est apte à fonctionner sur la même fréquence, notamment entre 4 et 12 MHz, que l'antenne 6 du lecteur. L'antenne 5b fonctionne en réception et n'est donc pas source de perturbations comme 20 l'antenne 5 du lecteur. La deuxième antenne 6b de la balise émet un signal haute fréquence, compris entre 4 et 12 MHz, de puissance relativement faible. Cette émission n'est donc pas source de perturbations. L'énergie de la balise B pour l'émission provient du rayonnement capté par la première antenne 5b de la balise B. La balise B ne comporte aucune source d'énergie permanente. 25 La seconde antenne 6 est utilisée pour recevoir un signal de faible puissance à une haute fréquence comprise entre 4 et 12 MHz émis par la balise B. Une fréquence inférieure à 4 MHz est insuffisante pour obtenir des vitesses de communication élevées, tandis que l'utilisation d'une fréquence trop 3o élevée, supérieure à 10 MHz, rend la réalisation de l'antenne 6 difficile. Le mode de réalisation décrit ici utilise avantageusement une fréquence de 6,78 MHz. L'utilisation d'un émetteur de forte puissance au voisinage d'un récepteur génère d'importants problèmes de parasites. 35 Pour pallier ce problème, des dispositifs de filtrage 7 sont donc mis en place sur la plaque 3 au-dessus de l'antenne 5. La plupart des autres composants électroniques nécessaires au fonctionnement du lecteur sont fixés sur la seconde plaque 3. En effet, il a été constaté que le champ électromagnétique basse fréquence généré par l'antenne 5 interagissait avec les pistes conductrices à base de cuivre, reliant les composants entre eux. Cette interaction provoque un important échauffement dû aux phénomènes d'induction, susceptible d'entraîner des dégradations. L'implantation des circuits imprimés est donc définie de manière à éloigner au maximum les masses de cuivre de l'antenne 5. Ceci a conduit à to regrouper la majorité des composants électroniques dans une zone 8 située sur la face 3a de la plaque 3 opposée à l'antenne 5. Sur cette face 3a, la zone 8 est située au voisinage du bord longitudinal le plus éloigné de l'antenne 5, décalée par rapport à la verticale de l'antenne 5. Les pistes permettant les connexions entre les différents composants 15 électroniques sont blindées de manière à les protéger du champ généré par l'antenne 5. La zone 8 est recouverte d'un capot protecteur non représenté. Pour cette raison les dispositifs de filtrage 7, qui sont encombrants, se trouvent à l'extérieur de la zone 8. 20 Orthogonalement aux plaques 2 et 3, une troisième plaque 9 est fixée à ces plaques, et supporte un connecteur 10. En fonctionnement le lecteur L est fixé, par exemple, sous une voiture de train par l'intermédiaire de son plan de fixation la. Le lecteur est relié à une alimentation électrique et à un équipement de contrôle par l'intermédiaire 25 de son connecteur 10. Le lecteur L émet en permanence un signal à partir de son antenne 5. La balise B est autonome et ne nécessite pas d'être reliée à une alimentation ou à un quelconque autre équipement. Elle est fixée sur la voie ferrée, par exemple sur une traverse. 30 Lors du passage d'un train au dessus de la balise B, le signal émis à une fréquence de 125kHz par l'antenne 5 est capté par la balise B et permet à la balise B d'être alimentée en énergie. La balise B émet alors un signal en réponse à une fréquence comprise entre 4 et 12 MHz, en particulier de 6,78 MHz à partir de son antenne. Le signal de réponse comprend un code de balise 35 spécifique pour chaque balise. Le lecteur reçoit le code de balise, le traite et l'envoie vers un calculateur par l'intermédiaire du connecteur 10. Comme on peut le voir Fig. 5, compte tenu de la distance H (environ 50 cm) séparant le lecteur L de la balise B, lorsque le lecteur L est fixé sous le train et la balise B fixée sur la voie, et de la forme et de la portée maximale Pmax (environ 80 cm) du signal généré par la seconde antenne de la balise B, 5 la zone de lecture ZI est d'environ 1 mètre. Cela signifie que lorsque le train se déplace et arrive au voisinage de la balise B, entre le moment où le signal de la balise B commence à être reçu par le lecteur L et le moment où le signal de la balise B cesse d'être reçu par le lecteur L, le lecteur L embarqué sur le train franchit une distance ZI d'environ 1 io mètre. De manière à augmenter la fiabilité du système, pendant le laps de temps où le lecteur L se trouve à portée de la balise B, la balise B envoie plusieurs fois son code. Des tests ont été effectués sur un train à grande vitesse circulant à 1s 286 km/h. Le lecteur selon le mode réalisation exposé ici a été apte à effectuer 4 fois la lecture du code de la balise. Le code de la balise B une fois transmis permet donc, à partir de la position de la balise B, de connaître la position du train. En particulier, il est possible d'installer une ou plusieurs balises au 20 voisinage des rampes d'accès pour les personnes à mobilité réduite. Un ou plusieurs lecteurs, disposés à proximité de la porte du train devant être mise en correspondance avec une rampe d'accès située sur le quai, détecteront la présence de la ou de les balises et transmettront cette information pour positionner correctement le train. 25 Compte tenu des performances du dispositif selon l'invention, même lorsque le train circule à très grande vitesse, il est possible de prévoir l'installation de balises dans tous les trains de manière à détecter leur passage grâce à des lecteurs disposés en des lieux déterminés. Le fait d'utiliser des fréquences différentes pour l'émission et la 30 réception permet de disposer deux lecteurs proches l'un de l'autre. Les deux lecteurs pourront alors lire la même balise sans risque d'interférence. REVENDICATIONS 1. Dispositif (D) de communication entre un élément mobile et un élément fixe, caractérisé en ce qu'il comprend : s un lecteur (L) à champ électromagnétique comprenant un émetteur avec une première antenne (5) à enroulement autour d'un barreau de ferrite rectiligne et un récepteur avec au moins une deuxième antenne (6) à enroulement autour d'un barreau de ferrite mis en place dans un boîtier (1), les composants électroniques nécessaires au fonctionnement du lo lecteur étant organisés de manière à maximiser la distance, mesurée dans une section orthogonale à l'axe de la première antenne (5), entre lesdits composants électroniques et la première antenne (5), le récepteur du lecteur (L) utilisant une fréquence comprise entre 4 et 12 MHz, et une balise (B) comprenant un récepteur apte à recevoir un signal en 15 provenance de la première antenne (5) du lecteur (L) pour fournir de l'énergie à un émetteur apte à envoyer un signal, à une fréquence comprise entre 4 et 12 MHz, reçu par la deuxième antenne (6) du lecteur (L). 20 2. Dispositif (D) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lecteur (L) est embarqué dans l'élément mobile et la balise (B) est fixe. 3. Dispositif (D) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'émetteur du lecteur (L) fonctionne à une fréquence de 125 kHz. 4. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'émetteur du lecteur (L) émet de manière continue. 5. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé 30 en ce que la zone située à la verticale de la première antenne (5) du lecteur (L), lorsque le dispositif (D) est en fonctionnement, ne comporte pas d'autres connexions que celles nécessaires à l'implantation des filtres (7). 6. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé 35 en ce que les antennes de la balise sont disposées orthogonalement au sens de déplacement de l'élément mobile. 25 10 7. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le boîtier (1) est rempli d'un matériau isolant. 8. Dispositif (D) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau 5 utilisé est le polyuréthane. 9. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que la dureté de l'isolant autorise les mouvements magnétostrictifs des antennes (5), (6). 10. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la balise (B) ne comporte pas de source d'énergie. 11. Lecteur (L) à champ électromagnétique apte à être utilisé dans un dispositif 15 (D) selon l'une des revendications 1 à 10.