Brevet FR3093494A1 — publié le 20200911

Description Titre de l'invention : Système de positionnement ferroviaire [0001] La présente invention concerne un système de positionnement ferroviaire comprenant une pluralité d'éléments structurels disposés successivement le long d'une voie ferroviaire à des positions prédéterminées. [0002] Plus précisément, la présente invention concerne un système de positionnement fer- roviaire utilisé pour permettre la détermination de la position d'un véhicule ferroviaire circulant sur une voie ferroviaire. [0003] Dans le domaine des véhicules ferroviaires, il est connu de déterminer la position d'un véhicule ferroviaire via un système de balises positionnées le long d'une voie ferroviaire et d'un capteur embarqué (mesures de déplacement entre les balises). [0004] 11 est notamment connu du document. US 2010/0266005 Al, un système de balises, métalliques et de tailles différentes, positionnées le long de la voie ferroviaire. Les tailles et positions des balises sur la voie ferroviaire constituent. les éléments d'un codage d'information de position sur la voie ferroviaire selon une modulation d'amplitude en quadrature. Un tel codage est lu par un capteur électromagnétique embarqué à bord d'un véhicule ferroviaire, le capteur émettant un champ électromagnétique et. captant les variations de champs magnétiques propres à la position et la taille de chaque balise métallique pour déduire la position du véhicule ferroviaire circulant sur la voie ferroviaire. [0005] Un tel système de positionnement ferroviaire impose la mise en oeuvre d'un capteur électromagnétique à bord du véhicule ferroviaire [0006] De plus, un tel système de positionnement ferroviaire basé sur un « codage ma- gnétique inductif » selon une modulation d'amplitude en quadrature est complexe à reconfigurer car nécessitant un montage/démontage complexe des balises métalliques pour échanger une balise métallique d'une taille par une autre d'une autre taille. [0007] C'est à ces inconvénients qu'entend remédier l'invention en proposant un système de positionnement ferroviaire facile à reconfigurer, permettant de s'affranchir d'un « codage magnétique inductif », autrement dit permettant de s'affranchir de l'utilisation d'un capteur électromagnétique tout en délivrant des informations de positionnement fiables. [0008] A cet effet, l'invention a pour objet un système de positionnement ferroviaire du type précité dans lequel la pluralité d'éléments structurels comprend au moins un premier élément structurel simple, présentant une première hautcur et au moins un deuxième élément structurel double présentant une deuxième hauteur supérieure à la première hauteur, [0009] le système étant configure pour, à l'aide d'au moins un capteur de distance embarqué 2 à bord d'un véhicule ferroviaire, associer une première valeur binaire et une deuxième valeur binaire respectivement à la première hauteur et à la deuxième hauteur d'élément structurel. [0010] 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 : [0011] - le système de positionnement comprend un lecteur embarqué à bord du véhicule ferroviaire propre à circuler sur la voie ferroviaire, le lecteur comprenant au moins un capteur de distance et étant propre à associer la première valeur binaire et la deuxième valeur binaire respectivement, à la première hauteur d'élément structurel et à la deuxième hauteur d'élément structurel. [0012] - le deuxième élément structurel double correspond à la superposition de deux éléments structurels simples de mêmes hauteurs ou de hauteurs différentes ; [0013] - les éléments structurels sont de forme parallélépipédique ; [0014] - les éléments structurels présentent une forme trapézoïdale dont l'aire d'une face in- férieure est inférieure à l'aire d'une face supérieure ; [0015] - le deuxième élément structurel double présente une forme trapézoïdale et correspond à la superposition de deux éléments structurels simples de même hauteur, ou de hauteur différente, et présentant chacun une forme trapézoïdale, l'aire de la face inférieure étant inférieure à l'aire de la face supérieure de l'élément structurel simple inférieur, l'aire de la face supérieure de l'élément structurel simple inférieur étant égale à l'aire de la face inférieure de l'élément structurel simple supérieur, l'aire de la face inférieure étant inférieure à l'aire de la face supérieure de l'élément structurel simple supérieur ; [0016] - la hauteur totale de l'élément structurel double est inférieure ou égale à la distance séparant le sommet du rail de la voie ferroviaire et une surface sur laquelle l'élément structurel double est installé ; [0017] - la première hauteur du premier élément structurel simple est supérieure ou égale à la somme du déplacement vertical maximal du véhicule ferroviaire et d'une précision en distance du capteur de distance embarqué à bord du véhicule ferroviaire ; [0018] - la largeur du premier élément structurel simple et du deuxième élément structurel double est supérieure ou égale à un déplacement latéral maximal du capteur de distance embarqué à bord du véhicule ferroviaire ; [0019] - la longueur du premier élément structurel simple et du deuxième élément structurel double est comprise entre, le produit de vitesse maximale du véhicule ferroviaire par le double d'un taux d'échantillonnage du capteur de distance embarqué à bord du véhicule ferroviaire, et la moitié d'un intervalle de distance minimal séparant deux éléments structurels successifs. 3 [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : [0021] [fig.1] La figure 1 est une représentation schématique d'un système de positionnement ferroviaire selon l'invention, [0022] [fig.2] [Fig 3] [Fig 4] [Fig 5] Les figures 2 à 5 sont des représentations schématiques vues de côté et vues en perspective, respectivement d'un élément structurel simple et d'un élément structurel double d'un système de positionnement selon l'invention, localisés sur une traverse de voie ferroviaire, [0023] [fig.6] [Fig 7] [Fig 8] [Fig 9] Les figures 6 à 9 sont des représentations schématiques vues de côté et vues en perspective, respectivement d'un élément structurel simple et d'un élément structurel double d'un système de positionnement selon l'invention dont la position est plus précisément associée à celle d'un élément de fixation de voie ferroviaire, [0024] [fig.10] [Fig 11] Les figures 10 et 11 illustrent une forme alternative trapézoïdale d'élément structurel double et la capture de sa hauteur selon deux variantes de capteur. [0025] Selon la figure 1, un système de positionnement ferroviaire selon l'invention comprend une pluralité d'éléments structurels 10A, 10B, disposés successivement le long d'une voie ferroviaire 12 à des positions prédéterminées, correspondant par exemple aux traverses des rails et/ou à des éléments de fixation de traverse. [0026] Plus précisément, la pluralité d'éléments structurels comprend deux types d'éléments structurels à savoir d'une part un élément structurel simple 10A, présentant une première hauteur H1 et d'autre part un élément structurel double 10B présentant une deuxième hauteur H2 supérieure à la première hauteur, Hl. [0027] Par la suite, par « double » il est à noter que la hauteur totale H2 de l'élément structurel « double » 10B n'est pas nécessairement égale à deux fois la hauteur Hl d'élément structurel simple, mais seulement strictement supérieure à la hauteur Hl. [0028] Sur l'exemple de la figure 1, la valeur binaire 0 (i.e. bit 0) est, par exemple, associée à la hauteur H1 des éléments structurels simples 10A et la valeur binaire 1 (i.e. bit 1) est associée à la hauteur H2 des éléments structurels doubles 10B. [0029] Une telle association est mise en oeuvre par au moins un lecteur, non représenté sur la figure 1, comprenant un capteur de distance et embarqué à bord d'un véhicule ferroviaire. Un tel lecteur est propre à transformer, lors du passage du capteur de distance au-dessus d'un élément structurel, la hauteur détectée par le capteur de distance de cet élément structurel en sa valeur binaire associée de manière prédéterminée (i.e. le lecteur connaît au préalable, par exemple par stockage d'une table de correspondance dans une mémoire, la relation bijective entre hauteurs H1, H2 d'éléments structurels simple ou double et valeur binaire 0 ou 1 respectivement). [0030] Plus précisément, un tel lecteur connaît au préalable (par exemple par stockage dans sa mémoire) les positions prédéterminées des éléments structurels sur la voie ferroviaire, les mesures de distance mises en oeuvre par le capteur de distance étant activées en ces positions. [0031] Plus précisément, grâce à une telle valeur binaire, le lecteur met ensuite en oeuvre un procédé de détermination de la position d'un véhicule ferroviaire basé sur l'obtention d'une séquence de données de sorte à former une liste de séquences de données identifiant successivement chacune un élément structurel successif de la voie ferroviaire tel que décrit en détail dans la demande de brevet FR 1 658 473 déposée au nom de la Demanderesse. [0032] Par exemple, selon l'exemple de la figure 1, le premier élément structurel simple 10A, selon le sens de déplacement D du véhicule ferroviaire, est associé à la séquence binaire 01011, et le premier élément structurel double 10B est associé à la séquence binaire 10111 et ainsi de suite tout au long du parcours du véhicule ferroviaire muni du système de positionnement ferroviaire selon la demande de brevet FR 1 658 473 déposée au nom de la Demanderesse. [0033] Un tel système de positionnement basé sur un codage purement mécanique, permet de s'affranchir d'un « codage magnétique inductif » et d'un capteur électromagnétique et n'impose pas l'utilisation d'éléments structurels simples 10A ou doubles 10B formé d'un matériau métallique mais autorise des éléments structurels à base de matériaux non métalliques tels que par exemple du bois ou du plastique moins coûteux à produire et moins complexes à assembler/désassembler. [0034] Selon un premier exemple tel que représenté en relation avec les figures 2 et 3 pour les éléments structurels simples 10A, et en relation avec les figures 4 et 5 pour les éléments structurels doubles 10B, les éléments structurels 10A ou 10B du système de positionnement selon l'invention sont positionnés et fixés sur des traverses 14 de la voie ferroviaire 12. [0035] Plus précisément, sur la vue de côté de la figure 2 et sur la vue en perspective de la figure 3, un élément structurel 10A est fixé à la traverse 14 et présente une forme parallélépipédique, voire cubique ou correspondant à un pavé, caractérisée par la hauteur HI, la longueur LI et la largeur Wl. [0036] Sur les vues de côté et en perspective respectivement des figures 4 et 5, un élément structurel double 10B présente également une forme parallélépipédique, voire cubique ou correspondant à un pavé, caractérisée par la hauteur H2, la longueur L2 et la largeur W2. Par exemple, tel que représenté sur les figures 4 et 5, l'élément structurel double 10B correspond à la superposition de deux éléments structurels simples 10A identiques de même hauteur Hl . Autrement dit, la hauteur H2 de l'élément structurel double 10B associé à la valeur binaire 1 est le double de la hauteur Hl de l'élément structurel simple 10A, et les largeurs W1 et W2 comme les longueurs Ll et L2 sont égales deux à deux. Selon une autre variante, non représentée, les hauteurs HI et HI' des deux éléments structurels simples 10A composant un élément structurel double 10B sont différentes de sorte quell2=H1+H1 ' [0037] Pour permettre une telle superposition, un élément structurel simple 10A comprend, par exemple, un ou plusieurs picots ou protubérances rétractables (comme des boutons poussoirs), non représentés sur la face destinée à venir en contact avec l'autre élément structurel simple 10A. De tels picots ou protubérances rétractables d'un élément structurel simple 10A sont propres à venir en prise dans des orifices ou fentes ménagé(e)s dans la face de superposition de l'autre élément structurel simplelOA pour former, par emboîtement, par exemple telles des pièces de LEGO®, un élément structurel double 10B. [0038] D'autres variantes, non représentées de forme d'éléments structurels simples propres à s'emboitcr sont également envisageables. [0039] En variante, la superposition/sol idarisation de plusieurs éléments structurels simples 10A pour former un élément structurel présentant une hauteur H2 égale à un multiple de la hauteur d'un élément structurel simple est obtenue par collage, vissage, etc. [0040] En relation avec les exemples des figures 2 à 5, tout élément structurel 10A ou 10B du système de positionnement ferroviaire selon l'invention est par exemple positionné au milieu selon la largeur de la traverse 14 ou à une distance El prédéterminée du bord extérieur selon la longueur de la traverse de sorte à former sensiblement, selon la hauteur, un alignement avec le capteur de distance embarqué à une position fixe, à bord du véhicule ferroviaire. [0041] Selon un deuxième exemple tel que représenté en relation avec les figures 6 à 9, la position de chaque élément structurel simple 10A ou double 10B est plus précisément associée à celle d'un élément de fixation 16 de la voie ferroviaire 12. [0042] Un tel deuxième exemple est par exemple mis en oeuvre pour des radiers 17 en béton, dépourvues de traverse 14 de voie ferroviaire 12. [0043] Sur ces figures 6 à 9, tout élément structurel 10A ou 10B du système de posi- tionnement ferroviaire selon l'invention est par exemple positionné par rapport à l'élément de fixation 16 de sorte que l'élément de fixation 16 est localisé à une position prédéterminée selon la longueur d'élément structurel 10A ou 10B, et à une distance E2 prédéterminée de l'élément de fixation 16 selon la largeur de voie ferroviaire de sorte à former sensiblement, selon la hauteur, un alignement avec le capteur 6 de distance embarqué à une position fixe, à bord du véhicule ferroviaire. [0044] Selon les deux exemples des figures 2 à 9, la structure existante de la voie ferroviaire est utilisée pour positionner les éléments structurels 10A ou doubles 10B du système de positionnement ferroviaire selon l'invention. [0045] Selon un autre exemple, non représenté, une réglette longitudinale (i.c. parallèle aux mils de la voie ferroviaire 12) est en outre installée entre les rails de la voie ferroviaire 12 pour servir de support de fixation à une pluralité d'éléments structurels 10A ou 10B du système de positionnement selon l'invention. En particulier, une ou plusieurs réglettes, comprenant chacune une pluralité d'orifices, sont par exemple utilisée(s) pour permettre un déplacement des éléments structurels 10A ou 10B du système de positionnement le long de la voie ferroviaire 12. Selon cet aspect particulier, non représentés, la face inférieure des éléments structurels 10A ou 10B du système de positionnement comprend par exemple un picot propre à venir en prise ou être ôté des orifices de réglette. [0046] Les figures 10 et 11 illustrent une forme alternative trapézoïdale d'élément structurel double 10B du système de positionnement ferroviaire selon la présente invention ainsi que la capture de sa hauteur H2 selon deux modes de réalisation 18 et 24 de capteur. [0047] Plus précisément, sur ces figures 10 et 11, les éléments structurels simples 20sup, 20inf, ou doubles 10B présentent une forme trapézoïdale dont l'aire de la face inférieure Finf est inférieure à l'aire de la face supérieure Fsup. Une telle forme trapézoïdale (ou encore dite en « vase carré ou rectangulaire ») permet notamment une détection de hauteur optimisée lorsque du fait de la vitesse ou du mouvement de déplacement D du véhicule ferroviaire le capteur 18 est incliné d'un angle a par rapport à la verticale, ce qui permet de tenir compte des phénomènes de tangage du bogie ou du train ou de son installation. [0048] Plus précisément, le deuxième élément structurel double présente une forme tra- pézoïdale et correspond à la superposition de deux éléments structurels simples 20sup et 20inf de même hauteur Hl, ou de hauteur distincte H1 et H1', de sorte que la hauteur H2 d'un élément structurel double est dans tous les cas supérieure à la hauteur Hl ou HI' d'un élément structurel simple et présentant chacun une forme trapézoïdale, l'aire de la face inférieure Finf de l'élément structurel simple inférieur 20inf étant inférieure à l'aire de sa face supérieure, l'aire de la face supérieure de l'élément structurel simple inférieur 20inf étant égale à l'aire de la face inférieure de l'élément structurel simple supérieur 20sup, l'aire de la face inférieure de l'élément structurel simple supérieur 20sup étant inférieure à l'aire de sa face supérieure Fsup. [0049] Selon un aspect particulier, les éléments structurels de forme parallélépipédique et trapézoïdale sont associés pour former un système de positionnement ferroviaire selon l'invention, les positions des éléments structurels de forme trapézoïdale correspondant 7 aux points de parcours du véhicule ferroviaire où le capteur 18 ou 24 est incliné par rapport à la verticale. [0050] Indépendamment de la forme parallélépipédique des éléments structurels des figures 1 à 9 ou trapézoïdale des éléments structurels des figures 10 et 11 le di mensionnement des éléments structurels du système de positionnement ferroviaire selon la présente invention respecte au moins une des règles suivantes, en considérant que par « largeur » et « longueur » on entend la largeur et la longueur maximales d'un élément structurel double : [0051] - la deuxième hauteur H2 de l'élément structurel double 10B est inférieure ou égale à la distance séparant le sommet du mil de la voie ferroviaire 12 et la surface S sur laquelle l'élément structurel double 10B est disposé, [0052] - la première hauteur Hl ou H1' de l'élément structurel simple 10A, 20inf, 20sup est supérieure ou égale à la somme du déplacement vertical maximal du véhicule ferroviaire et de la précision en distance du capteur 18, 24 de distance embarqué à bord du véhicule ferroviaire, [0053] - la largeur W2 d'élément structurel simple parallélépipédique 10A ou trapézoïdale 20inf, 20sup et de l'élément structurel double 10B est supérieure ou égale au déplacement latéral maximal du capteur 18, 24 de distance embarqué à bord du véhicule ferroviaire, en effet, le rayon minimal de la courbe suivie par le véhicule ferroviaire en cours de déplacement sur la voie ferroviaire 12 et/ou la position du capteur 18 sur le véhicule ferroviaire ont un impact sur le déplacement latéral maximum du capteur 18, [0054] - la longueur L2 d'élément structurel simple parallélépipédique 10A ou trapézoïdale 20inf, 20sup et de l'élément structurel double 10B est comprise entre, le produit de vitesse maximale du véhicule ferroviaire par le double du taux d'échantillonnage du capteur 18 de distance embarqué à bord du véhicule ferroviaire, et la moitié de l'intervalle de distance minimal séparant deux éléments structurels 10A ou 10B successifs. [0055] Plus précisément, un tel capteur 18 de distance, ou télémètre, est par exemple un télémètre laser ou à ultrasons et est localisé sur un châssis de bogie d'un véhicule ferroviaire. [0056] Sur la figure 11, une protection 22, tel un cône ou un embout, est ajouté à l'extrémité du capteur de distance 18, non fixée au châssis, de sorte à réduire la perturbation du faisceau de mesure émis par le capteur de distance 24 (correspondant à l'ensemble capteur de distance 18 auquel est fixée la protection 22) par des éléments tel que l'eau, des débris ou des feuilles mortes, etc. [0057] En comparaison avec les systèmes existants, le système de positionnement ferroviaire selon l'invention est simple à mettre en oeuvre et flexible car le codage binaire du positionnement est modifiable mécaniquement par superposition ou par désempilage, selon 8 le principe « Lego(D) » d'éléments structurels simples de sorte à obtenir deux hauteurs d'éléments structurels associées respectivement à deux valeurs binaires (bits) distinctes. Autrement dit la présente invention permet de remplacer le « codage magnétique inductif » complexe à modifier par un codage mécanique binaire plus facilement rcconfigurable. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6]