Brevet FR3009818A1 — publié le 20150227

Dispositif de sécurité ferroviaire et procédé de détection associé La présente invention concerne un dispositif de sécurité ferroviaire comportant un guide d'onde. La présence d'obstacles sur une voie ferrée est susceptible de compromettre la sécurité des passagers d'un véhicule ferroviaire circulant sur la voie ferrée. L'invention s'applique à la détection de tels obstacles, notamment dans des situations où des dispositifs de détection conventionnels sont inefficaces. Par exemple dans les portions courbes d'une voie ferrée, un radar conventionnel est inopérant si la ligne de vue n'est pas dégagée. AT406616B décrit un dispositif de sécurité ferroviaire comportant un guide d'onde, un rail de la voie ferrée et une ligne aérienne d'alimentation du véhicule ferroviaire en courant électrique formant le guide d'onde. Une onde électromagnétique est injectée dans le guide d'onde et se propage dans le sens de déplacement dudit véhicule. Un obstacle présent sur la voie ferrée réfléchit une partie de l'onde électromagnétique vers le véhicule ferroviaire, qui comporte des moyens propres à analyser l'onde réfléchie et à identifier la présence de l'obstacle. Toutefois, une telle invention ne donne pas entière satisfaction. En effet, dans le dispositif de sécurité décrit par AT406616B, l'onde électromagnétique se propageant dans le guide d'onde est doublement perturbée par la mauvaise qualité du guide d'onde et par la présence des mâts disposés le long de la voie ferrée et supportant la ligne aérienne. Ceci se traduit par des pertes importantes, par exemple de l'ordre de 30 dB/km et par de fortes réflexions du signal masquant l'objet à détecter. On conçoit que des pertes importantes et des réflexions parasites nuisent à l'efficacité de détection et à la fiabilité d'un tel dispositif de sécurité. Un but de l'invention est de proposer un dispositif de sécurité ferroviaire comprenant un guide d'onde dont les pertes sont faibles. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de sécurité ferroviaire du type précité, caractérisé en ce que le guide d'onde comprend une bande conductrice d'électricité et un câble conducteur d'électricité placés chacun entre des rails d'une voie ferrée adaptée pour permettre la circulation d'un véhicule ferroviaire, la bande et le câble étant disposés l'un en regard de l'autre, à l'écart l'un de l'autre, s'étendant parallèlement à un axe longitudinal des rails et séparés par une couche de matériau diélectrique, avantageusement de l'air, le câble étant électriquement isolé d'un fil d'alimentation du véhicule ferroviaire en courant électrique. En effet, dans un tel dispositif, le champ électromagnétique se propageant dans le guide d'onde est confiné au voisinage du guide d'onde : le champ électromagnétique est ainsi peu atténué et peu affecté par la présence des mâts, ce qui réduit les pertes du guide d'onde et améliore la fiabilité du dispositif de sécurité. Suivant des modes particuliers de réalisation, l'invention présente l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : - le dispositif comprend un module embarqué à bord du véhicule ferroviaire, le module embarqué comprenant un dispositif d'émission-réception propre à émettre, respectivement à recevoir, une onde électromagnétique transmise dans, respectivement une onde électromagnétique réfléchie depuis, le guide d'onde ; - le module embarqué comprend un étage d'analyse de l'onde électromagnétique réfléchie, propre à détecter la présence d'un obstacle sur la voie ; - l'étendue transversale de la bande dans un plan orthogonal à l'axe longitudinal des voies est sensiblement supérieure à l'étendue transversale du câble dans ledit plan orthogonal ; - dans tout plan orthogonal à l'axe longitudinal des rails et contenant un essieu du véhicule ferroviaire, le guide d'onde se trouve en-dessous dudit essieu du véhicule ferroviaire ; - la bande comprend une face supérieure orientée vers le haut, le câble étant disposé au-dessus de la face supérieure de la bande ; - le dispositif comprend un dipôle électrique électriquement relié par l'un de ses pôles à la bande et par l'autre de ses pôles au câble ; - l'impédance du dipôle est différente de l'impédance caractéristique du guide d'onde ; - le dispositif comporte une pluralité de dipôles électriques, chaque dipôle étant relié par l'un de ses pôles à la bande et par l'autre de ses pôles au câble ; - les dipôles sont disposés l'un après l'autre le long de l'axe longitudinal des rails, à intervalle régulier ; - au moins deux dipôles ont la même impédance ; - le dispositif comporte un dispositif transposeur de fréquence disposé à proximité d'un passage à niveau de la voie ferrée, le dispositif transposeur de fréquence étant déconnecté du guide d'onde quand le passage à niveau est ouvert, et électriquement connecté au guide d'onde, entre le câble et la bande, lorsque le passage à niveau est fermé ; - le dispositif transposeur de fréquence est un dispositif doubleur de fréquence, avantageusement un pont de diodes. L'invention a également pour objet un procédé de détection d'obstacle sur une voie ferrée sur laquelle circule un véhicule ferroviaire, le véhicule ferroviaire comportant un dispositif de sécurité ferroviaire tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - émission par un module embarqué à bord du véhicule ferroviaire d'une onde électromagnétique dans le guide d'onde en une onde transmise ; - attente de la réception par le module embarqué d'une onde électromagnétique réfléchie par un obstacle présent sur la voie ferrée ; - émission d'un signal d'alerte en cas de réception d'une telle onde réfléchie. L'invention a également pour objet un procédé de détection de la fermeture d'un passage à niveau d'une voie ferrée sur laquelle circule un véhicule ferroviaire, le véhicule ferroviaire comportant un dispositif de sécurité ferroviaire tel que décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - émission par le module embarqué d'une onde électromagnétique dans le guide d'onde en une onde d'interrogation ; - attente de la réception par le module embarqué d'une onde électromagnétique de réponse de fréquence transposée par rapport à la fréquence de l'onde d'interrogation ; - émission d'un signal d'alerte en cas de non réception d'une telle onde de réponse à l'issue d'une durée prédéterminée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de côté montrant un véhicule ferroviaire sur une voie ferrée comportant un dispositif de sécurité ferroviaire selon l'invention. - la figure 2 est une vue en section selon le plan Il-Il des éléments de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de côté montrant un véhicule ferroviaire sur une voie comportant un dispositif de sécurité selon l'invention, un obstacle se trouvant sur ladite voie; - la figure 4 est une vue de dessus des éléments de la figure 3 ; - la figure 5 est un graphe d'un signal reçu par un module embarqué du dispositif de sécurité des figures 3 et 4 en fonction de la distance par rapport au véhicule ferroviaire ; - la figure 6 est une vue de côté montrant un véhicule ferroviaire sur une voie comprenant un passage à niveau et comportant un dispositif de sécurité selon l'invention ; - la figure 7 est une vue de côté des éléments de la figure 6 après fermeture du passage à niveau. Un dispositif de sécurité ferroviaire 5 est propre à détecter des obstacles métalliques sur une voie ferrée 10. Comme cela apparaît sur les figures 1 et 2, le dispositif de sécurité 5 comprend un guide d'onde 15. Le dispositif de sécurité 5 comprend en outre un module embarqué 20 situé à bord d'un véhicule ferroviaire 25. Le véhicule ferroviaire 25 est adapté pour circuler sur la voie ferrée 10. La voie ferrée 10 comprend deux rails 30 s'étendant le long d'un axe longitudinal X-X. La voie ferrée 10 comprend en outre des mâts 35 verticaux disposés à intervalle régulier le long des rails 30. Les mâts 35 supportent une caténaire 40 comportant un fil d'alimentation 42 propre à alimenter le véhicule ferroviaire 25 en courant électrique. Le guide d'onde 15 comprend une bande 45 conductrice d'électricité et un câble 50 conducteur d'électricité, disposés entre les rails 30 de la voie ferrée 10. Par exemple, les rails 30, les mâts 35 et la bande 45 sont reliés électriquement et sont sensiblement au même potentiel électrique. Par exemple, la bande 45 est au même potentiel que la terre 52. Par exemple, le câble 50 est isolé électriquement de l'alimentation électrique du véhicule ferroviaire 25. En variante, la bande 45 est électriquement isolée des rails 30 et des mâts 35. La bande 45 et le câble 50 s'étendent chacun selon un axe sensiblement parallèle à l'axe longitudinal X-X des rails. Le câble 50 est disposé en regard de la bande 45, à l'écart de la bande 45. La bande 45 comporte une face supérieure 55 orientée vers le haut. Le câble 50 est suspendu au-dessus de la face supérieure 55. La bande 45 et le câble 50 sont séparés par une couche de matériau diélectrique, par exemple de l'air ou un patin d'un matériau diélectrique. La distance entre le câble 50 et la bande 45 est telle que le câble 50 n'est pas dégradé par le passage du véhicule ferroviaire 25. Par exemple, la distance entre le câble 50 et la bande 45 est telle que le câble 50 n'entre pas en contact avec les essieux du véhicule ferroviaire 25, en se trouvant au-dessous des essieux du véhicule ferroviaire 25. Un tel guide présente des pertes inférieures à 10 dB/km, notamment inférieures à 5 dB/km, par exemple inférieures à 2 dB/km. Le guide d'onde 15 comprend au moins un dipôle électrique 60, représenté sur la figure 1. Le dipôle 60 est électriquement relié par l'un de ses pôles à la bande 45, et par l'autre de ses pôles au câble 50. Les dipôles 60 du guide d'onde 15 sont disposés à intervalle régulier, par exemple tous les 0.5 km à 6 km. L'impédance du dipôle 60 est, par exemple, différente de l'impédance caractéristique du guide d'onde 15. Le module embarqué 20 comprend un dispositif d'émission-réception 65 propre à émettre, respectivement à recevoir, une onde électromagnétique dans, respectivement depuis, le guide d'onde 15. Le module embarqué 20 comporte en outre un étage d'analyse 70 de l'onde électromagnétique reçue par le dispositif d'émission-réception 65 depuis le guide d'onde 15. En fonctionnement, le module embarqué 20 émet une onde électromagnétique dans le guide d'onde 15 par l'intermédiaire du dispositif d'émission-réception 65. Une telle onde électromagnétique est par exemple une onde radiofréquence. La longueur d'onde de l'onde électromagnétique est avantageusement très petite devant l'étendue du guide d'onde le long de l'axe longitudinal X-X. En particulier, l'étendue du guide d'onde le long de l'axe longitudinal X-X est supérieure à dix fois la longueur d'onde de l'onde électromagnétique. L'onde électromagnétique se propage le long du guide d'onde 15 en une onde électromagnétique transmise. Lorsque l'impédance du dipôle 60 est différente de l'impédance caractéristique du guide d'onde 15, le dipôle réfléchit vers le véhicule ferroviaire 25 une partie de l'onde transmise en une onde électromagnétique réfléchie. A un instant donné, la puissance en fonction de la distance par rapport au véhicule ferroviaire 25 de l'onde réfléchie est par exemple représentée par une courbe 75, visible sur la figure 5. En l'absence d'obstacle sur la voie ferrée 10, l'étage d'analyse 70 détecte un signal caractéristique du guide d'onde 15 et de l'impédance du dipôle 60. Ce signal correspond à la portion de la courbe 75 comprise entre les abscisses 0 m et 360 m. La présence d'un obstacle 80, illustré par les figures 3 et 4, sur la voie ferrée 10 perturbe localement l'impédance du guide d'onde 15. La perturbation créée par l'obstacle 80 se traduit par une variation du profil de la puissance réfléchie. La perturbation correspond à la portion de la courbe 75 comprise entre les abscisses 360 m et 370 m. La perturbation se traduit également par une atténuation de la puissance réfléchie par la portion du guide d'onde 15 plus éloignée du véhicule ferroviaire 25 que l'obstacle 80, comme cela est visible sur la portion de la courbe 75 comprise entre les abscisses 370 m et 480 m. L'onde réfléchie est reçue par le dispositif d'émission-réception 65 et analysée par l'étage d'analyse 70. L'étage d'analyse 70 détecte la perturbation de l'onde réfléchie par l'obstacle 80 et délivre un signal d'alerte à destination du conducteur et/ou de moyens de mise en arrêt du véhicule ferroviaire 25. Le signal d'alerte comprend, par exemple, la distance à laquelle se trouve l'obstacle 80. Selon un autre mode de réalisation, l'impédance du dipôle 60 est égale à l'impédance caractéristique du guide d'onde 15. L'onde électromagnétique transmise dans le guide d'onde 15 est réfléchie vers le véhicule ferroviaire 25 uniquement en cas de présence de l'obstacle 80 sur la voie ferrée 10. Selon le mode de réalisation d'un dispositif de sécurité illustré par les figures 6 et 7, la voie ferrée 10 comporte un passage à niveau 85. Le guide d'onde 15 comporte alors un dispositif transposeur de fréquence 90. Par « dispositif transposeur de fréquence », on entend un dispositif propre à réfléchir une partie l'onde émise qu'il reçoit en une onde réfléchie dont la fréquence est une fréquence transposée, différente de la fréquence de l'onde émise. Par exemple, une fréquence transposée est une fréquence égale à un multiple de la fréquence de l'onde émise. Par exemple, le dispositif transposeur de fréquence 90 est un dispositif doubleur de fréquence, avantageusement un pont de diodes, propre à réfléchir une partie l'onde émise qu'il reçoit en une onde réfléchie dont la fréquence transposée est égale au double de la fréquence de l'onde émise. Lorsque le passage à niveau est ouvert, comme illustré par la figure 6, le dispositif doubleur de fréquence 90 est déconnecté du guide d'onde 15. Lorsque le passage à niveau est fermé, comme illustré par la figure 7, le dispositif doubleur de fréquence 90 est électriquement connecté à la bande 45 d'une part, et au câble 50 d'autre part. En fonctionnement, lorsque le véhicule ferroviaire 25 se trouve à proximité du passage à niveau 85, le module embarqué 20 émet une onde électromagnétique dans le guide d'onde 15 par l'intermédiaire du dispositif d'émission-réception 65. L'onde électromagnétique se propage le long du guide d'onde 15 en une onde électromagnétique d'interrogation. Lorsque le passage à niveau 85 est fermé et que le dispositif doubleur de fréquence 90 est connecté au guide d'onde 15 comme décrit précédemment, le dispositif doubleur de fréquence 90 réfléchit vers le véhicule ferroviaire 25 une partie de l'onde d'interrogation en une onde électromagnétique de réponse dont la fréquence est le double de la fréquence de l'onde d'interrogation. L'onde de réponse est reçue par le dispositif d'émission-réception 65 et analysée par l'étage d'analyse 70. L'étage d'analyse 70 détecte un signal dont la fréquence est le double de la fréquence de l'onde d'interrogation. L'étage d'analyse 70 émet un signal d'autorisation et le véhicule ferroviaire 25 poursuit sa course. Lorsque le passage à niveau 85 est ouvert et que le dispositif doubleur de fréquence 90 est déconnecté, aucune onde électromagnétique de fréquence double par rapport à la fréquence de l'onde d'interrogation n'est réfléchie vers le véhicule ferroviaire 25. L'étage d'analyse 70 ne détecte pas de signal dont la fréquence est le double de la fréquence de l'onde d'interrogation. L'étage d'analyse 70 délivre alors un signal d'alerte à destination du conducteur et/ou de moyens de mise en arrêt du véhicule ferroviaire 25. REVENDICATIONS1.- Dispositif de sécurité ferroviaire (5) comportant un guide d'onde (15), caractérisé en ce que le guide d'onde (15) comprend une bande (45) conductrice d'électricité et un câble (50) conducteur d'électricité placés chacun entre des rails (30) d'une voie ferrée (10) adaptée pour permettre la circulation d'un véhicule ferroviaire (25), la bande (45) et le câble (50) étant disposés l'un en regard de l'autre, à l'écart l'un de l'autre, s'étendant parallèlement à un axe longitudinal (X-X) des rails (30) et séparés par une couche de matériau diélectrique, avantageusement de l'air, le câble (50) étant électriquement isolé d'un fil d'alimentation (42) du véhicule ferroviaire (25) en courant électrique. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un module embarqué (20) à bord du véhicule ferroviaire (25), le module embarqué (20) comprenant un dispositif d'émission-réception (65) propre à émettre, respectivement à recevoir, une onde électromagnétique transmise dans, respectivement une onde électromagnétique réfléchie depuis, le guide d'onde (15). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module embarqué (20) comprend un étage d'analyse (70) de l'onde électromagnétique réfléchie, propre à détecter la présence d'un obstacle (80) sur la voie. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étendue transversale de la bande (45) dans un plan orthogonal (II-II) à l'axe longitudinal (X-X) des voies est sensiblement supérieure à l'étendue transversale du câble (50) dans ledit plan orthogonal (II-II). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans tout plan orthogonal (II-II) à l'axe longitudinal (X-X) des rails (30) et contenant un essieu du véhicule ferroviaire (25), le guide d'onde (15) se trouve en-dessous dudit essieu du véhicule ferroviaire (25). 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bande (45) comprend une face supérieure (55) orientée vers le haut, le câble (50) étant disposé au-dessus de la face supérieure (55) de la bande (45). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dipôle (60) électrique électriquement relié par l'un de ses pôles à la bande (45) et par l'autre de ses pôles au câble (50). 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'impédance du dipôle (60) est différente de l'impédance caractéristique du guide d'onde (15). 9.- Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de dipôles (60) électriques, chaque dipôle (60) étant relié par l'un de ses pôles à la bande (45) et par l'autre de ses pôles au câble (50). 10.- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les dipôles (60) sont disposés l'un après l'autre le long de l'axe longitudinal (X-X) des rails (30), à intervalle régulier. 11.- Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'au moins deux dipôles (60) ont la même impédance. 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif transposeur de fréquence (90) disposé à proximité d'un passage à niveau (85) de la voie ferrée (10), le dispositif transposeur de fréquence (90) étant déconnecté du guide d'onde (15) quand le passage à niveau (85) est ouvert, et électriquement connecté au guide d'onde (15), entre le câble (50) et la bande (45), lorsque le passage à niveau (85) est fermé. 13.- Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif transposeur de fréquence (90) est un dispositif doubleur de fréquence, avantageusement un pont de diodes. 14.- Procédé de détection d'obstacle (80) sur une voie ferrée (10) sur laquelle circule un véhicule ferroviaire (25), le véhicule ferroviaire (25) comportant un dispositif de sécurité ferroviaire (5) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - émission par un module embarqué (20) à bord du véhicule ferroviaire (25) d'une onde électromagnétique dans le guide d'onde (15) en une onde transmise ; - attente de la réception par le module embarqué (20) d'une onde électromagnétique réfléchie par un obstacle (80) présent sur la voie ferrée (10) ; - émission d'un signal d'alerte en cas de réception d'une telle onde réfléchie. 15.- Procédé de détection de la fermeture d'un passage à niveau (85) d'une voie ferrée (10) sur laquelle circule un véhicule ferroviaire (25), le véhicule ferroviaire (25) comportant un dispositif de sécurité ferroviaire (5) selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - émission par le module embarqué (20) d'une onde électromagnétique dans le guide d'onde (15) en une onde d'interrogation ; - attente de la réception par le module embarqué (20) d'une onde électromagnétique de réponse de fréquence transposée par rapport à la fréquence de l'onde d'interrogation ;- émission d'un signal d'alerte en cas de non réception d'une telle onde de réponse à l'issue d'une durée prédéterminée.