Brevet FR3045836A1 — publié le 20170623

-1- « Système de caractérisation du contact rail-roue entre un véhicule ferroviaire et une voie ferrée équipée d'un tel système » L'invention concerne un système de caractérisation du contact rail-roue, entre un véhicule ferroviaire et une voie ferrée équipée d'un tel système. Le domaine de l'invention est le domaine ferroviaire et plus particulièrement le domaine de la caractérisation du contact entre un véhicule circulant sur une voie ferrée et les rails constituant la voie ferrée. Cette caractérisation est importante dans le cadre du shuntage des circuits de voie, de l'homologation des engins roulants vis-à-vis du shuntage des circuits de voie, et de l'étude du comportement électrique du contact rail-roue. Etat de la technique La plupart des voies ferrées sont équipées de systèmes de détection de véhicules circulant sur ces voies. Ces systèmes de détection permettent de localiser un véhicule sur une voie ferrée en vue d'organiser le trafic sur la voie ferrée et d'assister le véhicule tout au long d'un trajet. On connait par exemple les circuits de voie permettant une détection continue des circulations. Le circuit de voie comprend une source électrique appliquant une tension à chaque file de rail et un relais distant de la source électrique connecté à chaque file de rail et alimenté par la source électrique au travers des files de rails. En l'absence de véhicule, le relais est sous tension. En présence d'un véhicule, le contact rail-roue du véhicule permet de réaliser un court-circuit entre les deux files de rail et le relais distant n'est plus alimenté. Le bon fonctionnement d'un tel circuit de voie nécessite une impédance faible du contact rail-roue en vue de réaliser un court-circuit efficace entre les files de rails. Il est important de connaitre l'impédance formée par l'ensemble essieu et roues de chaque véhicule ferroviaire en contact avec les rails, en particulier lorsque ce dernier est en mouvement. On connait des systèmes permettant de mesurer cette impédance lorsque le véhicule est en mouvement. Ces systèmes reposent sur des capteurs pour mesurer le courant dans chaque file de rail pour en déduire le courant passant dans l'ensemble essieu d'un véhicule ferroviaire. Connaissant la tension entre 3045836 -2- les files de rails, il est alors possible de calculer l'impédance du contact rail-roue. Cependant, ces systèmes sont fortement sensibles à la répartition du courant dans le rail aux abords. La mesure du courant n'est donc pas fiable. De 5 plus, le nombre de ces capteurs est élevé, ce qui augmente le coût de fabrication de ses systèmes, ainsi que la complexité et le temps de leur mise en place. Un but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients. 10 Un autre but de l'invention est de proposer un système de caractérisation du contact rail-roue entre une voie ferrée et un véhicule en mouvement sur ladite voie ferrée, moins sensible à la répartition du courant électrique dans les files de rails. Un autre but de l'invention est de proposer un système de caractérisation 15 du contact rail-roue entre une voie ferrée et un véhicule en mouvement sur ladite voie ferrée, plus simple et moins coûteux à fabriquer et à installer. Un autre but de l'invention est de proposer un système de caractérisation du contact rail-roue entre une voie ferrée et un véhicule en mouvement sur ladite voie ferrée, permettant une caractérisation plus fiable et plus efficace de 20 l'impédance de l'ensemble essieu et roues. Exposé de l'invention Au moins un des objectifs précités est atteint par un système de 25 caractérisation du contact rail-roue, entre un véhicule ferroviaire et une voie ferrée à deux rails parallèles, comportant : - un dispositif pour induire un courant électrique dans lesdits rails comprenant : o un circuit électrique inducteur ; 30 o un court-circuit résonnant, dit amont, positionné en amont du circuit électrique inducteur ; et o un court-circuit résonnant, dit aval, positionné en aval du circuit électrique inducteur ; 3045836 -3- - au moins un dispositif de mesure, lorsqu'un essieu dudit véhicule en mouvement est présent entre lesdits court-circuits, du courant électrique dans ledit essieu ; - au moins un moyen de mesure de la tension entre lesdits rails ; et 5 - au moins un moyen de calcul pour calculer l'impédance du contact rail- roue en fonction dudit courant et de ladite tension ; caractérisé en ce que ledit dispositif de mesure du courant électrique dans l'essieu comprend un moyen de mesure inductif, positionné entre lesdits court-circuits. 10 Dans la suite de la description, un « tronçon de mesure » désigne le tronçon de la voie ferrée se trouvant entre le court-circuit amont et le court-circuit aval. Avec le système selon l'invention, la mesure du courant dans l'essieu n'est pas influencée par la répartition du courant dans le rail aux abords. En effet, le 15 courant circulant dans l'ensemble essieu et roues est mesuré directement par un capteur dédié à cette mesure, contrairement à l'art antérieur où la valeur du courant dans l'essieu est déduite à partir des courants électriques dans les files de rails. La valeur du courant mesurée est plus fiable et proche de la valeur réelle du courant dans l'essieu. Ceci permet une caractérisation plus efficace et 20 plus fiable de l'impédance de l'ensemble essieu et roues, et moins sensible à la répartition du courant dans les files de rails. De plus, dans le système selon l'invention un seul capteur pour mesurer le courant peut suffire pour la mesure du courant dans l'essieu. Le coût et la complexité de production et d'installation sont donc réduits. 25 Le dispositif pour mesurer le courant électrique dans l'essieu peut par exemple être une bobine, en particulier un solénoïde. En outre, l'axe longitudinal de la bobine peut être parallèle aux rails de la voie ferrée et dans le plan vertical du circuit électrique inducteur et l'axe 30 transversal, ou radial, perpendiculaire aux rails de la voie. Cette disposition permet de réduire les erreurs de mesure. Le courant mesuré est ainsi proche de la valeur du courant circulant dans l'ensemble essieu et roues. 3045836 -4- En particulier, le dispositif pour mesurer le courant électrique peut être disposé au centre du circuit électrique inducteur. La mesure du courant dans l'ensemble essieu et roues est ainsi plus efficace. Le système selon l'invention est aussi moins sensible à la répartition des courants électriques dans les files 5 de rails et la caractérisation de l'impédance de l'ensemble essieu et roues est plus fiable et plus efficace. Suivant une version préférée, le dispositif pour mesurer le courant électrique peut être fixe par rapport à la voie ferrée. La réalisation du système 10 est facilitée dans ce cas. Suivant un exemple de réalisation particulier, le dispositif pour mesurer le courant électrique peut être disposé entre les rails. 15 Suivant un autre exemple de réalisation, le dispositif pour mesurer le courant électrique peut être disposé à l'extérieur des rails. En particulier, le dispositif pour mesurer le courant électrique peut être placé sur le flanc extérieur d'un des deux rails. 20 Préférentiellement, le dispositif pour mesurer le courant peut être disposé sur l'âme d'un des deux rails. Cette disposition permet de protéger le dispositif de mesure du courant des champs incidents, rayonnés par les divers organes de roulement en dessous des bogies. 25 Cette disposition permet en outre de faciliter l'installation du système selon l'invention. De plus, l'âme du rail est un des endroits où le dispositif est le mieux protégé des risques de chocs et de souillures. 30 Suivant un exemple de réalisation particulier, le circuit électrique inducteur peut comprendre deux boucles de courant. Chacune des boucles de courants peut comprendre une branche parallèle à chaque rail. Les boucles de courants peuvent être agencées de sorte que le courant peut circuler en sens opposés dans les branches parallèles à un même rail. 3045836 -5- Par exemple, le circuit électrique inducteur peut être en forme de « 8 », couché dans la direction des rails. En outre, les boucles de courants peuvent être espacées d'une distance supérieure à la longueur du dispositif pour mesurer le courant électrique. Cette 5 disposition assure l'isolement du dispositif de mesure des champs incidents des boucles du circuit électrique inducteur. La mesure du courant électrique est moins sensible à la répartition des courants électriques dans les files de rails. Dans ce cas la caractérisation de l'impédance de l'ensemble essieu et roues est plus fiable et plus efficace. 10 Dans une version de réalisation, le circuit électrique inducteur peut être configuré pour induire un courant d'une fréquence prédéterminée dans les rails. Chaque court-circuit résonnant peut être configuré pour réaliser un court-circuit électrique dans une bande de fréquence comprenant ladite fréquence 15 prédéterminée. De plus, les moyens de mesure peuvent être configurés pour réaliser la mesure des courants et tensions de la fréquence prédéterminée. Par exemple, au moins un court-circuit résonnant peut être constitué d'une inductance et d'une capacité dans un montage en série. 20 Avantageusement, le système selon l'invention peut comporter au moins un moyen de détection de passage de roue. En particulier, le système selon l'invention peut comprendre : - un premier moyen électronique de détection de passage de roue 25 situé à une distance d'environ 20 mètres du circuit électrique inducteur, et/ou - un deuxième moyen électronique de détection de passage de roue situé au centre du circuit électrique inducteur. Ces détecteurs électroniques peuvent être associés à une carte 30 électronique analogique transformant un signal renvoyé par les détecteurs de passage en un état logique à 1 pendant le passage de roue. Ce signal peut piloter l'acquisition des mesures au passage de l'essieu sur le premier détecteur. 3045836 -6- De plus, un amplificateur de puissance peut être ajouté au système. L'amplificateur peut délivrer environ 50 W jusqu'à 100 kHz. L'amplificateur de puissance peut alimenter le circuit inducteur avec un courant électrique à une fréquence et une amplitude données. 5 Le système selon l'invention peut en outre comprendre au moins un circuit électrique de mise en forme des signaux, par exemple au moins un des signaux suivants : - le signal d'alimentation du circuit inducteur ; 10 - le courant électrique mesuré ; et - la tension électrique mesurée. Dans un mode de réalisation particulier, le système peut comprendre un capteur d'humidité pour déterminer un état mouillé ou sec du rail. Ainsi, le 15 système selon l'invention permet de tenir compte des conditions météorologiques lors des mesures réalisées et de pondérer ces mesures en fonction de l'état sec ou mouillé des rails en vue d'obtenir des mesures comparables entre elles et ce indépendamment des conditions météorologiques. 20 Dans une version préférée de l'invention, le système selon l'invention peut comprendre un capteur pour mesurer une donnée relative à la masse d'un essieu du véhicule, tel qu'une jauge de contrainte disposée sur un rail ou un montage de jauges de contrainte, de type pont complet par exemple. Le 25 montage de jauges de contrainte peut être associé à un adaptateur pour donner la masse de l'ensemble essieu et roues en présence dans le tronçon de mesure à partir des signaux fournis par les jauges de contrainte. Chaque donnée de masse couplée à l'impédance de l'ensemble essieu et roues peut permettre une caractérisation par type de véhicule circulant sur les voies ferrées. 30 Dans un mode de réalisation de l'invention, le système selon l'invention peut comprendre un moyen de communication avec un appareil distant au travers d'un réseau filaire ou non-filaire, pour transmettre les données mesurées, telles que le courant électrique, la tension électrique, la masse de 3045836 -7- l'essieu, la condition météorologique, etc., en vue de leur traitement ou de leur sauvegarde. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé une voie ferrée qui 5 peut être équipée d'un système de caractérisation du contact selon l'invention. La voie ferrée peut en outre être équipée d'un circuit de voie pour la détection d'un véhicule ferroviaire en mouvement sur ladite voie ferrée. Le circuit de voie peut comprendre un détecteur électromécanique de passage de roue. Le détecteur électromécanique peut permettre de shunter le 10 courant issu de l'émetteur du circuit de voie équipant la voie ferrée, qui pourrait modifier la valeur de l'impédance du contact rail roue. Ainsi, la mesure du courant est plus proche de la valeur réelle du courant circulant dans l'essieu. 15 Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'exemples nullement limitatifs, et des dessins annexés sur lesquels : - la FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de circuit 20 de mesure mis en oeuvre dans un système selon l'invention ; et - la FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de système selon l'invention. Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes 25 de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle 30 sans détail structurel, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont 3045836 -8- combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique. Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence. 5 La FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de circuit de mesure mis en oeuvre dans un système selon l'invention. Le système selon l'invention comprend un circuit de mesure 100, représenté sur la FIGURE 1, disposé sur une voie ferrée 102 comportant deux 10 rails parallèles 104 et 106. Le circuit de mesure 100 est compris dans un tronçon de mesure 108 délimité par deux court-circuits : - un premier court-circuit résonnant 110, dit court-circuit amont, situé en amont du tronçon de mesure 108 ; et 15 - un deuxième court-circuit résonnant 112, dit court-circuit aval, situé en aval du tronçon de mesure 108. Les court-circuits 110 et 112 sont composés d'inductances et de capacités dans un montage en série. 20 En outre, le circuit de mesure 100 comprend un circuit électrique inducteur 114. Ce circuit 114 comprend deux boucles de courant 116 et 118. Chaque boucle de courants 116 et 118 comporte une branche parallèle aux rails 104 et 106. Les courants 120 et 122 circulent dans les boucles de courant, respectivement 116 et 118, selon deux sens opposés. Le courant 120 circule 25 dans la boucle de courant 116 suivant le sens horaire, tandis que le courant 122 circule dans la boucle de courant 118 suivant le sens antihoraire. Le système 100 est configuré de façon que, en l'absence d'essieu 124 dans le tronçon de mesure 108, les courants électriques induits 126 et 128 dans les court-circuits, respectivement 110 et 112, s'annulent dans les files de rails 104 30 et 106. En revanche, lorsqu'un essieu 124 se trouve au centre du tronçon de mesure 108, lesdits courants 126 et 128 s'additionnent en empruntant l'essieu 124 comme conducteur. Le courant électrique 130 dans l'essieu 124 résultant est représenté sur la FIGURE 1. 3045836 -9- En outre, le circuit de mesure 100 comporte un dispositif pour mesurer le courant électrique 130 traversant l'essieu 124, qui est dans l'exemple représenté sur la FIGURE 1 un solénoïde 132. Le solénoïde 132 est placé au centre du tronçon de mesure 108, à l'extérieur des rails, en particulier sur l'âme 5 du rail 104. L'axe longitudinal 134 du solénoïde 132 est parallèle au rail 104 de la voie ferrée 102. De plus, l'axe transversal 136 du solénoïde 132 est perpendiculaire au rail 104 de la voie ferrée 102. Cette disposition permet de réduire les erreurs de mesure du courant 130 traversant l'essieu 124. Cette disposition du 10 solénoïde 132 permet aussi de limiter l'influence de la répartition des courants électriques dans les files de rails. Par ailleurs, le circuit de mesure 100 comporte un moyen 138 pour mesurer la tension électrique entre les rails 104 et 106, tel que par exemple un 15 voltmètre. La FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple de système selon l'invention. Le système 200, représenté sur la FIGURE 2, comprend le circuit de 20 mesure 100 de la FIGURE 1. De plus, le système 200 comprend des détecteurs de passage de roues : - un premier capteur électronique 202 pour détecter le passage de roues situé à une distance d'environ 20 mètres du circuit électrique inducteur 114, et 25 - un deuxième moyen 204 de détection de passage de roues situé au centre du circuit électrique inducteur 114. Au moins un des capteurs 202 et 204 de détection de passage peut être un capteur optique de type infrarouge ou un capteur de mouvement de type piézoélectrique. 30 Le système 200 comporte en outre un pont de jauges 206 de contrainte, permettant de mesurer la masse de l'essieu 124 en présence dans le tronçon de mesure 108. Les jauges sont placées sur le rail 104. 3045836 -10- De plus, le système 200, tel que représenté de façon non limitative à la FIGURE 2, comprend un amplificateur 210 de puissance alimentant le circuit inducteur 114. L'amplificateur 210 peut délivrer environ 50 W jusqu'à 100 kHz. 5 Le système 200 représenté sur la FIGURE 2 comprend un circuit électrique 212 de mise en forme des signaux d'entrées et de sorties, tel que le courant et la tension électriques fournies au circuit inducteur 114 ainsi que les différents signaux mesurés. 10 Le système 200 comprend, en plus, un capteur 214 d'humidité pour déterminer un état mouillé ou sec du rail. Afin de déterminer l'impédance de l'ensemble essieu 124 et roues, le système 200 est équipé d'un calculateur 216. Le calculateur 216 calcule 15 l'impédance de l'ensemble essieu et roues à partir de la tension électrique mesurée entre les rails 104 et 106 et le courant électrique mesuré par le solénoïde 132. Les différentes données acquises, telles que le courant électrique, la 20 tension électrique, la masse de l'essieu 124 etc., sont transmises du calculateur 216 à un ordinateur distant 218, par des moyens de communication : un moyen de communication filaire de type Ethernet 220 et un moyen de communication non filaire de type 3G 222 à travers un serveur 224. 25 La voie ferrée 102 comprend en outre un circuit de voie 208 de détection d'un véhicule ferroviaire en mouvement sur ladite voie ferrée 102. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples 30 sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Système (200) de caractérisation du contact rail-roue, entre un véhicule ferroviaire et une voie ferrée (102) à deux rails parallèles (104,106), comportant : - un dispositif pour induire un courant électrique dans lesdits rails (104,106) comprenant : o un circuit électrique inducteur (114) ; o un court-circuit résonnant (110), dit amont, positionné en amont du circuit électrique inducteur (114) ; et o un court-circuit résonnant (112), dit aval, positionné en aval du circuit électrique inducteur (114) ; - au moins un dispositif (132) de mesure, lorsqu'un essieu (124) dudit véhicule en mouvement est présent entre lesdits court-circuits (110,112), du courant électrique (130) dans l'essieu (124) ; - au moins un moyen (138) de mesure de la tension entre lesdits rails (104,106) ; et - au moins un moyen de calcul (216) pour calculer l'impédance du contact rail-roue en fonction dudit courant (130) et de ladite tension ; caractérisé en ce que ledit dispositif pour mesurer le courant électrique (130) dans l'essieu (124) est un moyen de mesure inductif (132), positionné entre lesdits court-circuits (110,112). 2. Système (200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit dispositif pour mesurer le courant électrique (130) dans l'essieu (124) est une bobine, en particulier un solénoïde (132). 3. Système (200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite bobine (132) est au centre du circuit électrique inducteur (114), son axe transversal (134) est suivant l'axe transversal du circuit électrique inducteur (114) et son axe longitudinal (136) est dans le plan vertical du circuit électrique inducteur (114). 3045836 -12- 4. Système (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (132) pour mesurer le courant électrique (130) est fixe par rapport à la voie ferrée (102). 5 5. Système (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (132) pour mesurer le courant électrique (130) est disposé entre les rails (104,106). 10 6. Système (200) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif (132) pour mesurer le courant électrique (130) est disposé à l'extérieur des rails (104,106). 7. Système (200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le 15 dispositif (132) pour mesurer le courant électrique (130) est placé sur le flanc extérieur d'un des deux rails (104,106). 8. Système (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit électrique inducteur (114) comprend deux 20 boucles de courants (116,118), en forme de « 8 », lesdites boucles de courants (116,118) sont espacées d'une distance supérieure à la longueur dudit dispositif (132) pour mesurer le courant électrique (130). 9. Système (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans 25 lequel le circuit électrique inducteur (114) est configuré pour induire un courant (126,128) d'une fréquence prédéterminée dans les rails (104,106), chaque court-circuit résonnant (110,112) étant configuré pour réaliser un court-circuit électrique dans une bande de fréquence comprenant ladite fréquence prédéterminée, lesdits moyens de mesure étant configurés pour réaliser la 30 mesure des courants et tensions de ladite fréquence prédéterminée. 10.Système (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen (202,204) de détection de passage de roue. 3045836 -13- 11. Système (200) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend : - un premier moyen (202) de détection de passage de roue situé à 5 une distance d'environ 20 mètres du circuit électrique inducteur (114), et/ou - un deuxième moyen (204) de détection de passage de roue situé au centre du circuit électrique inducteur (114). 10 12.Système (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur (206) pour mesurer une donnée relative à la masse d'un essieu (124) du véhicule, tel qu'une jauge de contrainte disposée sur un rail. 15 13. Voie ferrée (102) équipée d'un système (200) de caractérisation du contact rail-roue selon l'une quelconque des revendications précédentes.