Brevet FR3135946A1 — publié le 20231201

Un chariot ferroviaire à deux roues destinées à rouler sur une voie ferrée (1) à deux files de rails (2) parallèles, comporte un châssis supporté par les deux roues et un attelage à au moins trois liaisons pour atteler le châssis à une machine ferroviaire notamment de caractérisation, de pose, d'entretien, de réfection, ou de renouvellement de la voie ferrée, caractérisé en ce qu'au moins deux des trois liaisons sont des actionneurs aptes à modifier l'inscription et l'assiette du chariot par rapport à la voie ferrée (Fig.2) Chariot ferroviaire à deux roues Domaine technique de l’invention L’invention se rapporte aux travaux de caractérisation, de pose, d’entretien, de réfection ou de renouvellement d’une voie ferrée à deux files de rails parallèles, et notamment à l’utilisation d'un chariot à deux roues destinées à rouler sur les deux files de rails de la voie ferrée, et relié à une machine de travaux par un attelage. état de la technique antérieure Des chariots à deux roues sont mis en œuvre dans les trains de travaux ferroviaire, notamment des équipements de caractérisation de la voie ferrée ou des outils ou dispositifs devant intervenir sur la voie ferrée. De tels chariots doivent être guidés par rapport au chariot qui les tracte ou les pousse, car, à la différence de chariots à plus de deux roues, ils ne sont pas stables sur la voie ferrée. L’invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique et à proposer des moyens pour contrôler le positionnement d’un chariot ferroviaire à une paire de roues seulement par rapport à la voie ferrée. Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un chariot ferroviaire à deux roues destinées à rouler sur une voie ferrée à deux files de rails parallèles, le chariot ferroviaire comportant un châssis supporté par les deux roues et un attelage à au moins trois liaisons pour atteler le châssis à une machine ferroviaire notamment de caractérisation, de pose, d’entretien, de réfection, ou de renouvellement de la voie ferrée, caractérisé en ce qu’au moins une des trois liaisons est un actionneur aptes à modifier l’inscription et/ou l’assiette du chariot par rapport à la voie ferrée. Suivant un mode de réalisation, au moins deux des trois liaisons sont des actionneurs aptes à modifier l’inscription et l’assiette du chariot par rapport à la voie ferrée. Suivant un mode de réalisation, le ou les actionneurs sont des vérins linéaires, par exemple des vérins linéaires électriques, hydrauliques ou pneumatiques. La source d’énergie pour entraîner les actionneurs peut être embarquée sur le chariot ou, de préférence, sur la machine ferroviaire. Suivant une mode de réalisation, les trois liaisons sont articulées au châssis par des rotules disposées en triangle, de préférence en triangle isocèle ou équilatéral, de préférence de façon symétrique par rapport à un plan vertical longitudinal médian du châssis. Les rotules dont il est question ici et dans l’ensemble du texte sont des rotules réalisant une liaison sphérique (trois degrés de liberté rotation) ou une liaison à deux degrés de liberté de rotation concentriques perpendiculaires à l’axe de la liaison, le troisième degré de liberté de rotation pouvant le cas échéant être bloqué. De façon analogue, les trois liaisons comportent des rotules destinées à relier les trois liaisons à la machine ferroviaire. Les trois liaisons sont ainsi similaires à des bielles, dont deux à longueur variable constituées par les actionneurs, la troisième pouvant être de longueur fixe, ou également variable, s’il s’agit d’un troisième actionneur. Suivant un mode de réalisation, le chariot comporte un équipement de mesure d’une orientation relative d’inscription et/ou d’assiette d’au moins une, et de préférence de chacune des deux files de rails par rapport au châssis. L’équipement de mesure est destiné à livrer des informations à une commande des actionneurs. Suivant un mode de réalisation, l’équipement de mesure comporte, associés à chacune des deux files de rails, au moins deux capteurs de mesure de distance latérale entre deux points de référence du chariot et la file de rails associée, les deux points de référence étant à une distance (A) l’un de l’autre supérieure à 250mm, et de préférence supérieure à 500mm. Si l’on note A la distance entre les deux points de référence visant une même file de rails observée, y 1 et y 2 les distances latérales mesurées entre la file de rails observée et chaque point de référence et en supposant que lorsque , l’axe longitudinal du châssis est aligné avec l’axe longitudinal de la file de rails, l’équipement de mesure permet d’accéder à la composante d’orientation relative constituée par l’angle de lacet ψ R du châssis par rapport à la file de rails observée, par l’équation : Suivant un mode de réalisation, l’équipement de mesure comporte, associés à chacune des deux files de rails, au moins deux capteurs de mesure de distance verticale entre deux points de référence du chariot et la file de rails associée, les deux points de référence étant à une distance (B) l’un de l’autre supérieure à 250mm, et de préférence supérieure à 500mm. Si l’on note B la distance entre les deux points de référence visant une même file de rails observée, z 1 et z 2 les distances verticales mesurées entre la file de rails observée et chaque point de référence et en supposant que lorsque , l’axe longitudinal du châssis est aligné avec l’axe longitudinal de la file de rails, l’équipement de mesure permet d’accéder à la composante d’orientation relative constituée par l’angle de tangage θ R du châssis par rapport à la file de rails observée, par l’équation : Les capteurs de l’équipement de mesure peuvent fonctionner suivant différents principes (optique, magnétique, capacitif, etc.), qui fonctionnent de manière linéaire et optimale dans une plage de fonctionnement relativement étroite. On a donc intérêt à ce que le positionnement du chariot sur la voie ferrée, tant vertical que latéral, soit proche d’une position « idéale » d’alignement à chaque instant. A cet effet, on peut prévoir que l’on commande au moins un des actionneurs en fonction des signaux délivrés par l’équipement de mesure ou des valeurs successives de la composante d’orientation relative de la file de rails observée par rapport au châssis du chariot pour réduire un écart entre les signaux délivrés par l’équipement de mesure et des valeurs prédéterminées, ou pour réduire un écart entre les valeurs successives de la composante d’orientation relative de la file de rails observée et une valeur prédéterminée de la composante d’orientation relative de la file de rails observée. L’opération de correction sera particulièrement utile pour un chariot roulant sur une seule paire de roues. D’autres principes de mesure de l’orientation relative du châssis par rapport à chacune des files de rails sont envisagés. Suivant un mode de réalisation, l’équipement de mesure comporte au moins une et de préférence au moins deux caméras de détection d’un ou plusieurs faisceaux laser linéiques projetés sur chacune des files de rails. Par exemple, chaque caméra peut capturer la position d’une ligne laser projetée sur la file de rails observée, l’équipement de mesure déterminant par triangulation la position verticale et latérale relative entre la file de rails observée et la caméra, placée dans le repère du châssis. Suivant un autre mode de réalisation, l’équipement de mesure comporte au moins un et de préférence au moins deux télémètres lasers scrutant les files de rails de la voie ferrée. Suivant le principe de télémétrie par laser, la distance est donnée par la mesure du délai entre l’émission d’une impulsion et la détection d’une impulsion réfléchie. Le faisceau laser projeté est orienté par un miroir tournant, ce qui permet de scruter un plan de l’espace qui peut couvrir les deux files de rails et d’en déduire par triangulation pour chaque file de rails une mesure de distance latérale et une mesure de distance verticale. Avec deux télémètres laser placés à distance l’un de l’autre dans la direction longitudinale du chariot, on peut ainsi obtenir les huit dimensions recherchées, à savoir quatre distances latérales et quatre distances verticales. Le cas échéant, l’équipement de mesure peut comporter en outre un capteur d’écartement de la voie ferrée, bien que cette dimension puisse être déduite par les mesures de distance latérale entre les divers points de référence et les deux files de rails. Le cas échéant, l’équipement de mesure peut comporter en outre un capteur de dévers de la voie ferrée. Suivant une utilisation particulière du chariot, on peut souhaiter déterminer des valeurs d’abscisse curviligne d’une file de rails observée parmi les deux files de rails, ou des valeurs d’abscisse curviligne des deux files de rails. Suivant un mode de réalisation, le châssis porte un ou plusieurs odomètres. L’opération de détermination des valeurs successives d’abscisse curviligne du chariot sur la file de rails observée est faite en fonction au moins de signaux délivrés par un odomètre associé à la file de rail observée. Dans le cas où chacune des files de rails est associée à au moins un odomètre, cette opération pourra être effectuée pour chacune des files de rails. Suivant un mode de réalisation, l'opération de détermination des valeurs successives d’abscisse curviligne du chariot sur la file de rails observée est faite en fonction au moins de signaux délivrés par un odomètre qui n’est pas associé à la file de rail observée. Dans le cas où une seule des files de rails est associée à un odomètre, cette opération pourra être effectuée pour l’autre file de voie. En pratique, les roues auxquelles sont liées le ou les odomètres, peuvent de façon transitoire perdre le contact avec la file de rails observée, auquel cas les signaux délivrés ne renseignent plus de façon fiable sur le positionnement du chariot par rapport à la file de rails observée. Suivant un mode de réalisation, le châssis porte une centrale inertielle à au moins trois gyromètres et trois accéléromètres. On peut alors, en combinant les mesures d’orientation relative d’inscription et d’assiette et les mesures de la centrale inertielle, accéder à des coordonnées absolues de chaque file de rails ou de l’une d’entre elles dans un repère géostationnaire. Suivant un mode de réalisation, les deux roues ont un diamètre inférieur à 500 mm, de préférence inférieur à 300 mm, par exemple de l’ordre de250mm ou moins. Le chariot n’est en effet pas destiné au transport, mais constitue un auxiliaire d’une machine de travail sur la voie, Par ailleurs, les roues du chariot sont de préférence indépendantes de sorte que la garde au sol n’est pas impactée par un essieu traversant. Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un sous-ensemble ferroviaire comportant un charriot ferroviaire tel que décrit précédemment et un circuit de commande des actionneurs pour piloter l’inscription et l’assiette du châssis du charriot ferroviaire en fonction de signaux de l’équipement de mesure. Le circuit de commande peut être embarqué sur le chariot ou déporté, par exemple sur la machine ferroviaire, voire dans une installation distante. Suivant un autre aspect de l’invention, celle-ci a trait à un ensemble ferroviaire comportant un sous-ensemble ferroviaire tel que décrit précédemment et une machine ferroviaire reliée au chariot par l’intermédiaire de l’attelage. De préférence, un moteur d’entraînement des actionneurs est disposé sur la machine ferroviaire. Suivant un mode de réalisation, le ou les actionneurs sont des vérins linéaires solidarisés à la machine ferroviaire et au chariot par des rotules. De préférence, au moins l’une des liaisons est une bielle de longueur fixe solidarisée à la machine ferroviaire et au chariot par des rotules. brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : la , une vue schématique de côté d’un système de détermination de paramètres géométrique d’une voie ferrée intégrant un chariot ferroviaire suivant un mode de réalisation de l’invention ; la , une vue schématique de dessus du système de la ; la , une vue schématique de capteurs de distance intégrés à un équipement de mesure du système de la . Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures. description DÉTAILLÉE de modes de réalisation Sur les figures 1 et 2 est illustré un système 10 de détermination d’au moins un paramètre géométrique d’une voie ferrée 1 à deux files de rails 2, comportant un chariot 12 apte à rouler sur la voie ferrée, attelé à une machine ferroviaire 14, qui peut notamment être une machine de pose, de réfection ou de renouvellement de la voie ferrée. Le chariot 12 est ici un chariot comportant un châssis indéformable 16 reposant sur unique paire de roues 18 le cas échéant avec interposition d’une suspension primaire. Le chariot 12 est de préférence sans moyen de propulsion, et simplement tracté ou poussé par la machine ferroviaire 14 au fur et à mesure de l’avancée de cette dernière sur la voie. L’attelage 20 liant le chariot 12 à la machine ferroviaire 14 est ici constitué par une liaison à une bielle 22 et deux vérins 24 pour permettre d’ajuster l’orientation angulaire du châssis 16 par rapport à la machine ferroviaire 14 et à la voie ferrée 1, notamment dans un plan vertical et dans un plan transversal. Les roues 18 sont de préférence indépendantes, au sens où elles tournent indépendamment l’une de l’autre, et ont de préférence un faible diamètre, inférieur à 500 mm, de préférence inférieur à 300 mm, par exemple de l’ordre de250mm ou moins. Le chariot 12 est instrumenté avec un équipement de mesure 28 destiné à déterminer l’orientation du châssis 16 par rapport à chaque file de rail 2, au moins dans un plan de référence du châssis 16, et de préférence dans au moins deux plans orthogonaux, à savoir un plan horizontal H et un plan vertical longitudinal V. À cet effet, l’équipement de mesure comporte, associés à au moins une des deux files de rails 2, et de préférence à chacune des deux files de rails 2, au moins deux capteurs de mesure de distance latérale 30 entre deux points de référence du chariot et la file de rails associée, les deux points de référence étant à une distance A l’un de l’autre, comme illustré sur la figure 2. Si l’on note y 1 et y2 les distances latérales mesurées entre la file de rails 2 observée et chaque point de référence 30 et en supposant que lorsque , l’axe longitudinal du châssis 16 est aligné avec l’axe longitudinal de la file de rails 2, l’équipement de mesure permet d’accéder à la composante d’orientation relative constituée par l’angle de lacet ψ R du châssis par rapport à la file de rails observée dans un plan horizontal, par l’équation : La précision du résultat augmente naturellement avec la distance A, que l’on choisira de préférence supérieure à 250mm, et de préférence supérieure à 500. De façon similaire pour l’orientation du châssis du chariot observée dans un plan vertical V, l’équipement de mesure comporte, associés à au moins une des deux files de rails 2, et de préférence à chacune des deux files de rails 2, au moins deux capteurs de mesure de distance verticale 32 entre deux points de référence du chariot et la file de rails associée, comme illustré sur la figure 1. Si l’on note B la distance entre les deux points de référence 32 visant une même file de rails observée, que l’on choisira de préférence supérieure à 250mm, et de préférence supérieure à 500, et z 1 et z2 les distances verticales mesurées entre la file de rails observée et chaque point de référence et en supposant que lorsque , l’axe longitudinal du châssis 16 e est aligné avec l’axe longitudinal de la file de rails, l’équipement de mesure permet d’accéder à la composante d’orientation relative constituée par l’angle de tangage θ R du châssis par rapport à la file de rails observée dans un plan longitudinal vertical du châssis, par l’équation : La mesure de distance à la file de rails 2 peut se faire avec des capteurs sans contact 30, 32 comme illustré sur la , notamment des capteurs de proximité, notamment des capteurs inductifs, photoélectriques, magnétiques, capacitifs, à ultrasons. Pour éviter les interférences entre capteurs visant la même région d’une file de rails, on pourra choisir deux types de capteurs différents pour les mesures de distances latérales et verticales. On utilise les signaux délivrés par l’équipement de mesure 28 ou des valeurs successives de la composante d’orientation relative de la file de rails observée 2 par rapport au châssis du chariot 34 pour piloter les vérins 24 d’attelage du chariot à la machine, dans le but de minimiser l’écart d’alignement entre le châssis 16 du chariot 12 et la voie ferrée 1. Si l’on s’intéresse à l’alignement par rapport à la direction longitudinale dans le plan horizontal, on peut par exemple construire une boucle de rétroaction négative visant à minimiser l’angle ψ R observé pour l’une des files de rails 2, ou plus simplement visant à minimiser en valeur absolue la différence constatée sur une file de rails 2. Si l’on s’intéresse aux deux files de rails, on pourra construire une boucle de rétroaction visant à minimiser la somme des valeurs absolues des écarts observés pour chacune des deux files de rails : De façon analogue, si l’on s’intéresse à l’alignement par rapport à la direction longitudinal dans le plan horizontal, on peut par exemple construire une boucle de rétroaction négative visant à minimiser l’angle θ R observé pour l’une des files de rails, ou plus simplement visant à minimiser en valeur absolue la différence constatée sur une file de rails. Si l’on s’intéresse aux deux files de rails, ou visant à minimiser la somme des valeurs absolues des écarts observés pour chacune des deux files de rails : De façon optionnelle, on peut également pourvoir le chariot de divers dispositifs de mesure, et notamment un ou plusieurs odomètres 26 équipant par exemple une des roues 18 du chariot 12 pour déterminer la distance parcourue sur la file de rails 2 sur laquelle roule la roue 18, ou l’abscisse curviligne du chariot 12 par rapport à cette file de rails 2. De préférence, chacune des deux roues 18 est équipée d’un odomètre 26, de façon à pouvoir déterminer directement l’abscisse curviligne du chariot 12 par rapport à chacune des deux lignes de rails 2 de la voie ferrée 1. On peut envisager de n’équiper le chariot que d’un seul odomètre, permettant de mesurer directement l’abscisse curviligne d’une des files de rails. L’opération de détermination des valeurs successives d’abscisse curviligne de la file de rails opposée peut alors être effectuée en fonction au moins de signaux délivrés par l’odomètre de signaux délivrés par l’équipement de mesure. Dans d’autres applications, les odomètres ne seront pas utiles. Suivant un mode de réalisation, l’équipement de mesure comporte au moins une et de préférence au moins deux caméras de détection d’un ou plusieurs faisceaux laser linéiques projetés sur chacune des files de rails. Par exemple, chaque caméra est fixée au châssis portant la centrale inertielle de manière fixe dans le repère de la centrale inertielle, et orientée de manière à viser et capturer la position d’une ligne laser projetée sur la file de rails observée, l’équipement de mesure déterminant par triangulation la position verticale et latérale relative entre la file de rails observée et la caméra. Suivant un autre mode de réalisation, l’équipement de mesure comporte au moins un et de préférence au moins deux télémètres lasers également placés dans le repère du châssis de manière à scruter les files de rails de la voie ferrée. Suivant le principe de télémétrie par laser, la distance est donnée par la mesure du délai entre l’émission d’une impulsion et la détection d’une impulsion réfléchie. Le faisceau laser projeté est orienté par un miroir tournant, ce qui permet de scruter un plan de l’espace qui peut couvrir les deux files de rails et d’en déduire par triangulation pour chaque file de rails une mesure de distance latérale et une mesure de distance verticale. Avec deux télémètres laser placés à distance l’un de l’autre dans la direction longitudinale du chariot, on peut ainsi obtenir les huit dimensions recherchées, à savoir quatre distances latérales et quatre distances verticales. Suivant une autre variante, l’équipement de mesure comporte au moins une caméra à temps de vol (caméra ToF, « time of flight ») placée dans le repère du châssis, permettant de visualiser une scène en trois dimensions dans son champ de vision. Dans la mesure où le champ de vision de ce type de caméra est relativement étroit, on pourra avantageusement utiliser une caméra de ce type par file de rails. Au châssis indéformable 16 du chariot 12 peut être fixé tout outil ou dispositif utile aux travaux ferroviaires. Dans l’exemple illustré, c’est une centrale inertielle 34 à au moins trois gyromètres et trois accéléromètres qui est fixée au châssis indéformable 16 du chariot 12, cette centrale inertielle 34 étant dite de précision, au sens où elle est en mesure de délivrer des signaux d’orientation absolue, c’est-à-dire sans dérive, dans un référentiel géostationnaire. Il s’agit donc d’un type de centrale dont les gyroscopes sont en mesure de détecter la projection de la rotation de la terre et dont les accéléromètres sont en mesure de détecter la projection de la gravité. Ainsi instrumenté, le chariot 12 permet de déterminer d’une part l’orientation absolue de la centrale inertielle 34 dans un référentiel géostationnaire, et d’autre part l’orientation relative de chacune des files rails 2 par rapport au châssis 16, donc à la centrale inertielle 34 solidaire du châssis 16. Chariot ferroviaire (12) à deux roues destinées à rouler sur une voie ferrée (1) à deux files de rails (2) parallèles, le chariot ferroviaire (12) comportant un châssis (16) supporté par les deux roues (18) et un attelage (20) à au moins trois liaisons (22, 24) pour atteler le châssis (16) à une machine ferroviaire (14) notamment de caractérisation, de pose, d’entretien, de réfection, ou de renouvellement de la voie ferrée (1), caractérisé en ce qu’au moins une des trois liaisons est un actionneur (24) aptes à modifier l’inscription et/ou l’assiette du chariot (12) par rapport à la voie ferrée (1). Chariot ferroviaire (12) selon la revendication 1, caractérisé en ce que qu’au moins deux des trois liaisons sont des actionneurs (24) aptes à modifier l’inscription et l’assiette du chariot (12) par rapport à la voie ferrée (1). Chariot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les actionneurs (24) sont des vérins linéaires, par exemple des vérins linéaires électriques, hydrauliques ou pneumatiques. Chariot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trois liaisons sont articulées au châssis par des rotules disposées en triangle, de préférence en triangle isocèle ou équilatéral, de préférence de façon symétrique par rapport à un plan vertical longitudinal médian du châssis (16). Chariot ferroviaire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trois liaisons comportent des rotules destinées à relier les trois liaisons à la machine ferroviaire (14). Chariot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que qu’il comporte un équipement de mesure (28) d’une orientation relative d’inscription et/ou d’assiette d’au moins une, et de préférence de chacune des deux files de rails (2) par rapport au châssis. Chariot ferroviaire (12) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’équipement de mesure (28) comporte, associés à chacune des deux files de rails (2), au moins deux capteurs de mesure de distance latérale (30) entre deux points de référence du chariot et la file de rails associée, les deux points de référence étant à une distance (A) l’un de l’autre supérieure à 250mm, et de préférence supérieure à 500mm. Chariot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que l’équipement de mesure (28) comporte, associés à chacune des deux files de rails (2), au moins deux capteurs de mesure de distance verticale (32) entre deux points de référence du chariot et la file de rails associée (2), les deux points de référence étant à une distance (B) l’un de l’autre supérieure à 250mm, et de préférence supérieure à 500mm. Chariot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l’équipement de mesure (28) comporte au moins une et de préférence au moins deux caméras de détection d’un ou plusieurs faisceaux laser linéiques projetés sur chacune des files de rails. Chariot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l’équipement de mesure (28) comporte au moins un et de préférence au moins deux télémètres lasers scrutant les files de rails de la voie ferrée. Chariot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le châssis porte un ou plusieurs odomètres (26). Chariot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le châssis (16) porte une centrale inertielle (34) à au moins trois gyromètres et trois accéléromètres. Chariot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux roues ont un diamètre inférieur à 500 mm, de préférence inférieur à 300 mm, par exemple de l’ordre de250mm ou moins. Sous-ensemble ferroviaire comportant un charriot ferroviaire (12) selon l’une quelconque des revendications précédentes dépendantes de la revendication 6 et un circuit de commande des actionneurs pour piloter l’inscription et l’assiette du châssis (16) du charriot ferroviaire (12) en fonction de signaux de l’équipement de mesure (28). Ensemble ferroviaire comportant un sous-ensemble ferroviaire selon la revendication 14 et une machine ferroviaire (14) reliée au chariot par l’intermédiaire de l’attelage (20). Ensemble ferroviaire selon la revendication 15, caractérisé en ce qu’un moteur d’entraînement des actionneurs (24) est disposé sur la machine ferroviaire (14). Ensemble ferroviaire selon l’une quelconque des revendications 15 à 16, caractérisé en ce que le ou les actionneurs (24) sont des vérins linéaires solidarisés à la machine ferroviaire (14) et au chariot (12) par des rotules. Ensemble ferroviaire selon l’une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce qu’au moins l’une des liaisons est une bielle de longueur fixe solidarisée à la machine ferroviaire (14) et au chariot (12) par des rotules.