[0001] La présente invention concerne un dispositif de mesure de déplacement d'un véhicule
autoguidé selon le préambule de la revendication 1.
[0002] Plusieurs méthodes ou dispositifs de mesure de déplacement, vitesse ou accélération
d'un véhicule sont aujourd'hui connus, en particulier pour des véhicules destinés
au transport en commun tels qu'une unité wagon d'un train, d'un métro, un trolleybus,
un tramway, un bus ou tel que tout autre véhicule entrainé en traction par au moins
une piste de roulement ou un rail tel un rail de guidage. En particulier dans le cas
d'un véhicule autoguidé par un système de trafic (signaux ferroviaires, autopilote
à bord ou/et à distance du véhicule, etc.), des précautions pour assurer un autoguidage
sûr (contre une panne) et sécurisé (pour des passagers ou des marchandises) est indispensable
quel que soit les propriétés de parcours du véhicule. En ce sens, il est primordial
de bien connaître en temps réel la position, la vitesse (et l'accélération) du véhicule,
en particulier pour des situations où le véhicule est amené à encourir des pertes
d'adhérence inévitables telles que lors d'un patinage (lors d'une accélération du
véhicule) ou d'un enrayage (lors d'un freinage du véhicule) d'essieu de mesure libre
ou moteur.
[0003] Lorsque le véhicule guidé dispose d'un essieu libre de tout effort de traction ou
de freinage, le mouvement du véhicule est directement donné par la rotation de l'essieu
(ou d'une des roues associée à cet essieu).
[0004] Toutefois, cette solution réduit la puissance de traction ou de freinage donc les
performances du véhicule, c'est pourquoi la plupart des systèmes n'offrent pas d'essieux
libres.
[0005] En absence d'essieu libre et pour s'affranchir des conséquences liées au patinage/enrayage
en perte d'adhérence d'une de ses roues, plusieurs dispositifs existent et utilisent
:
- soit des moyens de mesure totalement indépendants des roues permettant une mesure
de vitesse par voie optique ou encore au moyen d'un radar à effet Doppler. Ces dispositifs
à caractère coûteux utilisent cependant le plus souvent un tachymètre supplémentaire
pour le fonctionnement à basse vitesse et à l'arrêt du véhicule, ce dernier permettant
d'extraire la vitesse angulaire d'une roue ou le nombre de tours de roue par unité
de temps ;
- soit des centrales inertielles combinant accéléromètres, gyromètres et systèmes de
localisation terrestre tels qu'un GPS. Ceux-ci restent toutefois fort coûteux en raison
de leur technologie de haut niveau, le plus souvent pour des applications à des systèmes
aéronautiques ;
- soit, tel que dans EP 0 716 001 B1, un seul tachymètre disposé sur un essieu et un moyen de prise en compte d'une marge
de sécurité aux valeurs mesurées sur une ou les roues afin de tenter de compenser
des effets d'un éventuel patinage/enrayage, ce qui dégrade les performances de mesure
de déplacement car reste encore trop approximatif. Il s'en suit aussi un anti-enrayage
de compensation qui peut être brutal pour un véhicule et ses passagers ou marchandises
;
- soit, tel que dans US 2005/0137761 A1, un accéléromètre embarqué dans le véhicule et un tachymètre sur un essieu dont des
signaux de mesure sont reliés à un calculateur central adapté, même si non explicitement
décrit, à prendre en compte des erreurs introduites en présence de perte d'adhérence
et délivrant la vitesse et la position du véhicule sur son parcours. En particulier,
l'accéléromètre comprend deux axes de mesures afin respectivement de déterminer une
accélération suivant une direction de trajectoire du véhicule ainsi que afin de déterminer
et donc prendre en compte dans le calcul de déplacement une pente du véhicule par
rapport à un plan horizontal. Des valeurs des signaux de mesure de l'accéléromètre
et du tachymètre sont aussi comparées à des valeurs seuils de vitesse qui, si dépassement
d'un seuil, permettent d'indiquer une présence de perte d'adhérence (patinage/enrayage)
du véhicule. Bien que prenant en compte les effets de pente subit par le véhicule,
d'autres effets liés à la trajectoire du véhicule en dépendance de l'emplacement de
l'accéléromètre (et du positionnement de ses deux axes de mesure) dans le véhicule
sont inévitables, car une unité de transport ferroviaire a le plus souvent une géométrie
à caractère longiligne le long de laquelle un seul accéléromètre et un tachymètre
placé en amont du véhicule ne peuvent assurer un moyen de mesure révélateur des effets
agissant sur l'ensemble complet du véhicule, tels que par exemple des effets de courbure
ou d'accélération latérale.
[0006] Le document
US 2002/0088904 A1 divulgue un système de localisation ayant des accéléromètres dans les trois dimensions
avec des angles droits entre celles-ci.
[0007] Tous ces dispositifs permettent ainsi de calculer le mouvement d'un véhicule guidé,
ne disposant pas d'essieux libres de tout effort de freinage et de traction, circulant
sur une voie de profil quelconque, cependant avec une précision bien inférieure à
celle d'un système « idéal » à essieu libre, car ils ne peuvent s'affranchir complètement
des pertes d'adhérence (patinage et enrayage induits par les efforts de traction/freinage)
ainsi que d'erreurs induites par des accélérations latérales (courbe, dévers) voire
aussi verticales (pente).
[0008] Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de mesure de déplacement
d'un véhicule autoguidé présentant une robustesse de mesure accrue, en particulier
lors d'une perte d'adhérence et quel que soit le profil du trajet du véhicule en terme
de pente, de courbe et de dévers.
[0009] A cet effet, un dispositif de mesure de déplacement d'un véhicule autoguidé comprenant
à son bord deux accéléromètres, chacun munis de deux axes de mesure et dont les signaux
de mesure sont couplés à un calculateur de déplacement est proposé selon la revendication
1.
[0010] En option, au moins un tachymètre peut être monté sur un des essieux du véhicule
et aussi être couplé avec le calculateur de traitement des données issues ainsi de
tous les capteurs (accéléromètres et tachymètre). Les signaux de mesure délivrés par
le tachymètre peuvent être utilisés pour améliorer la précision du dispositif.
[0011] Le dispositif selon l'invention délivre, à partir des accélérations mesurées sur
les axes de mesures, des données de vitesse et de déplacement longitudinal du véhicule
(par exemple le long d'une voie ferroviaire). Il peut être associé à tout type de
dispositif embarqué susceptible d'avoir besoin d'une mesure précise et continue de
la vitesse et du déplacement du véhicule, indépendamment des conditions d'adhérence
rail/roue et quel que soit le profil du trajet en terme de pente, de courbe et de
dévers.
[0012] Les accéléromètres et leurs axes de mesures sont disposés de telle sorte qu'ils permettent,
à partir des mesures réalisées sur les différents axes de mesure, de calculer une
accélération longitudinale, une accélération latérale et une accélération de pente
du véhicule, pour ensuite déterminer par intégration en temps sur les valeurs d'accélération,
la vitesse et le déplacement longitudinal du véhicule.
[0013] Le dispositif selon l'invention permet aussi avantageusement de détecter de façon
sécuritaire une immobilisation du véhicule sur son trajet et produit à cet effet une
information de vitesse nulle à partir des informations délivrées par les capteurs.
[0014] Le dispositif comporte un moyen d'auto-calibration et d'autotest qui permet, lorsque
le véhicule est immobile, de vérifier le bon fonctionnement des capteurs et par conséquent
de garantir avec une grande assurance des données mises à disposition par d'autres
systèmes embarqués.
[0015] Une utilisation adaptée du dispositif selon l'invention couvre le domaine des véhicules
guidés quel que soit leur type de guidage (mécanique ou immatériel c'est-à-dire sans
lien mécanique entre le sol et le véhicule), notamment les trains, métros, tramway
ou bus, et quel que soit le type de roulement (essieux, bogies) avec roues fer ou
pneu. Il est ici à noter que pour cette catégorie de véhicule à géométrie/châssis
longiligne, les effets de courbure et de pente ne sont pas négligeables suivant la
position (ou le déport) des accéléromètres à bord du véhicule. L'invention permet
alors de s'affranchir avantageusement de ces effets afin de déterminer le déplacement
du véhicule plus précisément.
[0016] Le dispositif selon l'invention permet ainsi de calculer le mouvement d'un véhicule
guidé, ne disposant pas d'essieux libres de tout effort de freinage et de traction,
circulant sur une voie de profil quelconque, en conservant une précision équivalente
à celle d'un système à essieu libre, tout en s'affranchissant des pertes d'adhérence
(patinage et enrayage induits par des efforts de traction/freinage) et des erreurs
induites par les accélérations latérale (courbure) et verticale (pente).
[0017] Un ensemble de sous-revendications présente également des avantages de l'invention.
[0018] Des exemples de réalisation et d'application sont fournis à l'aide de figures décrites
:
- Figure 1
- un véhicule muni d'un dispositif de mesure de déplacement du véhicule autoguidé selon
l'invention,
- Figure 2
- un schéma de définition des plans liés au vé- hicule en déplacement,
- Figure 3
- un schéma de prise en compte de l'effet de pente sur le dispositif,
- Figure 4
- un schéma de prise en compte de l'effet de courbure sur le dispositif.
[0019] Figure 1 représente un véhicule VEH muni d'un dispositif de mesure de déplacement du véhicule
autoguidé selon l'invention et peut-être associée à la
figure 2 venant clarifier comment des plans liés au véhicule en déplacement sont définis en
accord avec les accélérations subies par le véhicule et mesurées par deux accéléromètres
101, 102. Les
figures 3 et 4 montrent la disposition d'axes de mesure Acc1, Acc2, Acc3, Acc4 des accéléromètres
suivant les plans choisis en fonction du type d'accélération Gx, Glat, Gpes (déplacement
longitudinale, effet de courbure ou/et de pente) subi par le véhicule dans un repère
orthonormé [X, Y, Z] centré sur les accéléromètres et dont l'axe X indique la direction
de trajectoire longitudinale du véhicule.
[0020] Le dispositif de mesure de déplacement (position instantanée Dx) du véhicule autoguidé
VEH comprend à son bord :
- un accéléromètre 101 muni de deux axes de mesure Acc1, Acc2 dans un plan longitudinal
Py défini par un premier axe X longitudinal suivant un principal déplacement VEx supposé
rectiligne du véhicule et d'un second axe Z perpendiculaire au plancher du véhicule,
- un calculateur 103 connecté à un signal de sortie S1, S2 associé à chaque axe de mesure
Acc1, Acc2, où chaque signal de sortie S1, S2 comprend une mesure en projection orthogonale
Gacc1, Gacc2 d'une résultante d'accélération globale du véhicule sur l'axe de mesure
associé Acc1, Acc2,
- un second accéléromètre 102 étant muni d'au moins deux axes de mesure Acc3, Acc4 dans
un plan horizontal Pz défini par le premier axe X et un troisième axe Y perpendiculaire
au premier et au second axe X, Z,
- le calculateur 103 est connecté à un signal de sortie S3, S4 associé à chaque axe
de mesure Acc3, Acc4, où chaque signal de sortie S3, S4 comprend une mesure en projection
Gacc3, Gacc4 de la résultante d'accélération globale du véhicule sur l'axe de mesure
associé Acc3, Acc4,
- l'ensemble des axes de mesure Acc1, Acc2 ; Acc3, Acc4 du premier et du second accéléromètre
101, 102 présentent dans leur plan respectif Py, Pz un angle relatif A1+A2, A3+A4
étant ajustable donc ajusté, de façon à ce que le calculateur 103 délivre à partir
des quatre mesures de projection Gacc1, Gacc2, Gacc3, Gacc4 au moins une valeur instantanée
d'accélération longitudinale Gx du véhicule à chaque point d'un trajet comprenant
pente et courbe. En d'autre terme, la valeur d'accélération longitudinale Gx est une
valeur exacte d'accélération prenant en compte les effets de pente et de courbure.
De même, une perte d'adhérence menant à fausser une mesure d'accélération qui serait
déduite de la rotation des essieux, peut être ici idéalement compensée.
[0021] Principalement, le dispositif selon l'invention utilise donc deux accéléromètres
101, 102 bi-axes fixés sur la caisse du véhicule et destinés à mesurer une accélération
longitudinale et une accélération latérale du véhicule. Le véhicule est soumis à trois
forces produisant une accélération longitudinale Gx (déplacement du véhicule soumis
aux efforts de traction/freinage), une accélération latérale Glat (la courbure de
la trajectoire induit une accélération centrifuge) et une accélération verticale Gpes
due à la pesanteur qui s'exerce en présence d'une pente (la pente de la trajectoire).
Le premier accéléromètre 101 dont les deux axes Acc1, Acc2 sont situés dans le plan
vertical Py et le deuxième accéléromètre 102 dont les deux axes Acc3, Acc4 sont situés
dans le plan horizontal Pz, vont permettre de mesurer une résultante des accélérations
(longitudinales, latérales, pesanteur) projetée sur chacun des quatre axes de mesure.
Les angles entre les différents axes de mesure des accéléromètres sont connus et fixés
après ajustage. Le calculateur 103 résout un système composé de quatre équations afin
de déterminer quatre inconnues à la position Dx du véhicule, à savoir un angle de
pente Ax de trajectoire, un angle d'accélération latérale Ay (résultant de la force
centripète due à la vitesse du véhicule et dépendant du rayon de courbure R de la
trajectoire ainsi que du déport de l'accéléromètre par rapport au centre du véhicule),
une valeur de l'accélération latérale Glat et la valeur de l'accélération longitudinale
Gx. Par intégrations successives sur la durée du trajet, le calculateur 103 détermine
la vitesse longitudinale Vx et le déplacement longitudinal Dx du véhicule VEH sur
son trajet pour n'importe quelle pente et courbe COURB.
[0022] Si nécessaire, le dispositif selon l'invention est complété par un tachymètre 108
pour améliorer la précision de mesure précédente de la vitesse Vx et de la distance
parcourue Dx. Le tachymètre 108 est fixé sur un des essieux R1a, R2a, R1b, R2b du
véhicule VEH et son/ses signaux de sortie STb sont transmis au calculateur 103. Le
calculateur 103 évalue un déplacement DxT et une vitesse VxT à partir du/des signaux
de mesure du tachymètre. Le calculateur effectue une comparaison entre les résultats
de mesure de déplacement issus du tachymètre et ceux issus des accéléromètres. Lorsque
pour ces valeurs mesurées, un écart de mesure est inférieur à un seuil, les valeurs
de mesure sont recalées sur celles issues du tachymètre. Dans le cas contraire (valeur
supérieure à un seuil), il n'y a pas de correction des résultats provenant de mesure
des accéléromètres.
[0023] Tel que représenté à la figure 1, une information de vitesse nulle Op peut aussi
être sécuritairement délivrée par le calculateur 103 à partir d'informations Im provenant
d'un appareillage du véhicule (signal d'immobilisation, indicateur de vitesse nulle,
etc...) ou être déterminée par le dispositif selon l'invention lui-même. Pour cette
détermination, le calculateur 103 traite les informations provenant du tachymètre
et des accéléromètres.
[0024] Lorsque le dispositif détermine une vitesse nulle et, grâce aux particularités du
montage proposé des accéléromètres, le dispositif a également la capacité avantageuse
de mettre en oeuvre une fonction d'autotest. Cette fonction d'autotest permet d'évaluer
des corrections nécessaires à apporter aux mesures des accéléromètres (après auto-calibration)
et d'identifier des défauts de fonctionnement des accéléromètres. La multiplicité
des axes de mesure apporte une redondance très avantageuse de plusieurs mesures (dues
aux deux accéléromètres bi-axes) et permet par une vérification périodique de fiabilité
des accéléromètres (par exemple à chaque arrêt en station) de garantir des mesures
de test (et donc de déplacement ultérieur) avec une très faible probabilité d'erreur,
les rendant compatibles avec les exigences de sécurité d'un système sûr tel que requis
dans le domaine ferroviaire.
[0025] Dans la suite de cette description, il est fait référence aux deux figures 3 et 4.
[0028] Avec pour les équations (1) à (4) :
- l'angle A1 dans le plan Py entre l'axe X et l'axe Acc1
- l'angle A2 dans le plan Py entre l'axe X et l'axe Acc2
- l'angle A3 dans le plan Pz entre l'axe X et l'axe Acc3
- l'angle A4 dans le plan Pz entre l'axe X et l'axe Acc4
- l'angle Ax de trajectoire du véhicule dans le plan Py (c'est-à-dire angle entre l'horizontale
et l'axe X)
- la distance de déport Dx entre le centre du véhicule et le point de fixation des accéléromètres
101, 102 embarqués sur le véhicule
- l'angle Ay lié au rayon de courbure R dans le plan Py. L'angle Ay est calculé par
Arctg (Lx/R), donc en première approximation Lx/R vu que la valeur du rayon de courbure
R est usuellement plus élevée que la distance de déport Lx.
[0029] La résolution du système formé par les quatre équations (1) à (4) relève de techniques
mathématiques qui ne sont pas décrites ici et dont le but est de calculer les quatre
variables Gx, Glat, Ax et Ay en fonction des mesures de valeurs d'accélération Gacc1,
Gacc2, Gacc3, Gacc4 dont dispose le calculateur 103.
[0030] Toutefois la résolution du système est avantageusement simplifiée dans certaines
hypothèses particulières de disposition des accéléromètres 101, 102.
[0031] Parmi ces hypothèses, on peut choisir des angles relatifs A1+A2, A3+A4 chacun définissant
un angle orthogonal, c'est-à-dire : A1+A2 = 90° et A3+A4 = 90°. Ainsi, le dispositif
selon l'invention peut prévoir qu'au moins un des angles relatifs A1+A2, A3+A4 est
orthogonal.
[0032] Le dispositif selon l'invention est réalisé de telle façon que chaque angle relatif
A1+A2, A3+A4 est en fait subdivisé (ou subdivisable) en un premier et un deuxième
angle A1, A2 et respectivement A3, A4 correspondant à des angles de projection entre
les quatre axes de mesures Acc1, Acc2, Acc3, Acc4 du premier et du second accéléromètre
101, 102 et le premier axe X (axe longitudinal suivant un principal déplacement supposé
rectiligne du véhicule).
[0033] Sous cet aspect, il est aussi fort avantageux de choisir les angles A1, A2, A3, A4
tels que A1=A2 et A3=A4, et en particulier tels que A1=A2=A3=A4 = 45°.
[0034] Concernant le choix des angles A1, A3, il est également possible de leur attribuer
des valeurs ajustables permettant d'estimer au mieux les effets de pente ou de courbure
sans nuire à la précision de la mesure d'accélération longitudinale.
[0036] La résolution de ce système permet de déterminer facilement les quatre inconnues
recherchées et définies par les variables Gx, Glat, Ax, Ay, puis par intégration sur
une durée de déplacement d'en déduire la vitesse longitudinale Vx et la position Dx
associée sur le trajet du véhicule :

[0037] Le dispositif selon l'invention permet donc que le calculateur 103 délivre une valeur
d'angle de pente Ax, d'un angle Ay d'accélération latérale (c'est-à-dire représentant
la rotation de l'accélération latérale au point de fixation du montage d'accéléromètre
par rapport à ce qu'elle serait au centre du véhicule pour le rayon de courbure R)
à chaque point du trajet comprenant pente et courbe.
[0038] Par extension, le calculateur 103 délivre une vitesse Vx et une position Dx à chaque
point du trajet comprenant pente et courbe en intégrant successivement la valeur d'accélération
longitudinale Gx du véhicule.
[0039] Tel que décrit précédemment, le dispositif peut aussi comprendre:
- un tachymètre 104 disposé sur au moins un essieu du véhicule et délivrant une valeur
tachymétrique de vitesse VxT et position DxT du véhicule,
- les valeurs tachymétriques VxT, DxT et les valeurs de vitesse et de position Vx, Dx
obtenues et respectivement délivrées par le calculateur 103 sont fournies à un comparateur
106 compris dans le calculateur 103,
- le comparateur 106 détermine des écarts entre catégories de valeurs de vitesse et
position, et si celles-ci sont en-dessous d'un seuil prédéfini, un recalage des valeurs
de vitesse et de position Vx, Dx délivrées par le calculateur 103 à chaque point du
trajet comprenant pente et courbe est effectué sur les valeurs tachymétriques VxT,
DxT. Si les écarts sont en-dessous du seuil, le recalage est inhibé.
[0040] Cette possibilité de recalage présente une augmentation de la précision de mesure
de vitesse et de déplacement fondé sur une simple mesure supplémentaire de vitesse
et de déplacement proportionnelle au rayon de la roue.
[0041] Le dispositif selon l'invention peut aussi comprendre un moyen de détection de vitesse
nulle 107 du véhicule étant compris ou couplé au calculateur 103 et au tachymètre
104. Celui-ci comprend au moins un corrélateur des valeurs de vitesse et de position
Vx, Dx délivrées par le calculateur 103 et des valeurs tachymétriques correspondantes
VxT, DxT.
[0042] De ce fait, une fonction de détection de vitesse nulle très sécuritaire est réalisée
soit :
- en prenant en compte une information externe au dispositif mis à disposition par un
des dispositifs du véhicule (par exemple au moyen d'un signal interne de véhicule
immobilisé, ...)
- en déterminant un arrêt du véhicule par filtrage des informations de vitesse et de
déplacement Vx, Dx délivrées par le calculateur 103. Cette détermination peut ainsi
être corrélée avec les données tachymétriques VxT, Dxt correspondantes.
- suite à ces traitements, si le véhicule est réellement assuré d'être à l'arrêt, le
dispositif met à disposition une information dite de vitesse nulle.
[0043] Une fonction dite d'autotest peut alors avantageusement utiliser l'information dite
de vitesse nulle. Lorsque cette information est valablement fournie, elle signifie
que le véhicule est immobile et par conséquent les accélérations longitudinale et
latérale sont alors nulles.
[0045] Un exemple de résolution de ce système est donné ici dans l'hypothèse particulière
de disposition des accéléromètres, pour laquelle les angles de projection A1, A2 ;
A3, A4, sont égaux par paire dans chacun des plans Py, Pz, c'est-à-dire que A1=A2
et A3=A4 :
Des deux dernières équations (3) et (4) les relations suivantes (5) et (6) peuvent
être déduites:


[0046] Par report du terme Sin(Ax) dans les équations (1) et (2), il est alors possible
de vérifier les valeurs mesurées des accélérations projetées Gacc1, Gacc2 du premier
accéléromètre 101 avec les résultats de calcul ci-dessus.
[0047] Les accélérations projetées Gacc3, Gacc4 du second accéléromètre 102, sont vérifiées
par l'équation (5). En première approximation, il est légitime de considérer que le
devers a peu d'influence sur la mesure, ce qui est généralement le cas, par exemple
lors des stationnements en garage ou des arrêts en station.
[0048] Afin d'affiner la vérification des accélérations projetées Gacc3, Gacc4 du deuxième
accéléromètre 102 il est toutefois aussi possible de lire une valeur du devers à partir
d'une banque de donnée.
[0049] Par ces vérifications et en sélectionnant un seuil de filtrage, on peut déterminer
des facteurs de correction à apporter aux mesures issues des accéléromètres. Dans
le cas du deuxième accéléromètre 102, il est possible de tirer avantageusement profit
du processus lent de dérive des accéléromètres avant de modifier ses facteurs de correction.
Ces facteurs de correction seront appliqués suite à une confirmation obtenue après
plusieurs arrêts. Ce nombre d'arrêts est ajustable en fonction de la précision retenue.
Ceci permet d'auto-calibrer le dispositif selon l'invention.
[0050] Un deuxième seuil choisi plus élevé que le premier seuil peut aussi être défini pour
déclarer le dispositif selon l'invention hors de fonctionnement.
[0051] Afin de réaliser la fonction d'autotest, le dispositif selon l'invention comprend
:
- un moyen d'auto-calibration 105 des accéléromètres 101, 102 activable si le moyen
de détection de vitesse nulle confirme un arrêt du véhicule,
- le moyen d'auto-calibration traitant des mesures issues des accéléromètres 101, 102
et données par une unité de calcul d'accélérations 104 (elle-même recevant les mesures
issues des accéléromètres 101, 102 et étant comprise dans le calculateur 103),
- le moyen d'auto-calibration calibre les mesures en correspondance avec des valeurs
nulles de l'accélération longitudinale Gx et latérale Glat du véhicule.
[0052] Le moyen d'auto-calibration 105 a un premier mode de contrôle pour vérifier l'égalité
des valeurs de mesure Gacc3, Gacc4 sur le deuxième accéléromètre 102 et un moyen de
re-calcul de l'angle de pente Ax à partir duquel les valeurs de mesure Gacc1, Gacc2
du premier accéléromètre 101 sont vérifiées au moyen d'un deuxième mode de contrôle.
Ainsi, la vérification est rendue très fiable et encore plus si l'angle de pente peut
être évalué et confirmé en redondance par une information connue externe au dispositif.
[0053] Pour cette réalisation en rapport avec la fonction d'autotest décrite précédemment,
au-delà d'un premier seuil d'erreur provenant de résultats du moyen d'auto-calibration
105, des facteurs de corrections issus du moyen d'auto-calibration 105 sont alors
re-transmis à l'unité de calcul 104 (plus généralement, au calculateur 103 de déplacement).
[0054] De même, au-delà d'un deuxième seuil d'erreur moins sécuritaire que le premier seuil
provenant de résultats du moyen d'auto-calibration 105, un indicateur de défaillance
de mesure à bord est activé.
[0055] Un modèle simplifié d'évaluation d'une probabilité de défaillance de la fonction
dite d'autotest peut être ainsi réalisée en considérant qu'à l'arrêt du véhicule,
des mesures effectuées sur les axes de mesure acc1, acc2, acc3, acc4 des accéléromètres
101, 102 sont obtenues en redondance.
[0056] Supposons un intervalle de temps T entre deux arrêts du véhicule : la probabilité
de défaillance Pr de la fonction d'autotest appliquée aux deux axes de mesure Acc1,
Acc2 dans le plan Py est définie par :

[0057] Où les taux de défaillance respectifs λacc1 et Àacc2 des axes de mesure Acc1 et Acc2
de l'accéléromètres bi-axes sont supposés chacun égal à une valeur communément admise
de 10
-5 dans l'exemple de calcul suivant :
Avec T = 60 secondes, Pr = 10-10*0,017 = 1,7 *10-12
Avec T = 10 minutes, Pr = 10-10*0,17 = 17*10-12
[0058] Il apparaît donc que si le véhicule s'arrête périodiquement et fréquemment, le dispositif
permet de garantir un niveau de confiance des données mesurées qui est requis pour
la sécurité exigée dans le domaine ferroviaire.
[0059] Conformément à cette évaluation d'une probabilité de défaillance de la fonction dite
d'autotest, le dispositif selon l'invention peut alors comprendre un moyen d'évaluation
de probabilité de défaillance activables entre deux arrêts du véhicule et employant
une mesure en redondance sur les axes de mesures des accéléromètres. Ce moyen d'évaluation
peut être intégré dans le moyen d'auto-calibration 105 précédemment décrit.
[0060] Enfin, le dispositif selon l'invention peut aussi optionnellement comprendre un détecteur
de perte d'adhérence du véhicule (en cas de patinage ou d'enrayage) couplé à au moins
un des premier et second accéléromètres 101, 102 bi-axes pour lesquels les mesures
de déplacement peuvent être associées à des valeurs externes (pente, courbure d'une
banque de donnée ou données d'un système de balisage de trajectoire, etc.). En cas
de divergence de ces données, un risque de perte d'adhérence du véhicule peut être
détecté et par extension complémenter l'information fournie par le système de détection
de vitesse nulle (roue bloquée, mais véhicule en mouvement).
[0061] Le détecteur de perte d'adhérence du véhicule peut aussi, le cas échéant, être couplé
à au moins un tachymètre 108 d'essieu de véhicule en addition d'un des premier et
second accéléromètres 101, 102 de façon à comparer leurs données de mesure de mouvement
angulaire et respectivement de déplacement longitudinal. Par ce biais, la fonction
de détection de vitesse nulle peut être alors rendue encore plus sécuritaire.
Abréviations principales
[0062]
X : axe longitudinal (de déplacement) du véhicule
Y : axe perpendiculaire à l'axe X et dans le plan du plancher du véhicule
Z : axe perpendiculaire au plancher du véhicule
Px : plan orthogonal à l'axe X et déterminé par les axes Y, Z
Py : plan orthogonal à l'axe Y et déterminé par les axes X, Z
Pz : plan orthogonal à l'axe Z et déterminé par les axes X, Y
Gpes : accélération de la pesanteur = 9.81 m/s2
Gx : accélération longitudinale du véhicule selon l'axe X
Glat : accélération latérale du véhicule au point des accéléromètres dans le véhicule
Vx : vitesse longitudinale selon l'axe X
Dx : position/déplacement longitudinal selon l'axe X
VxT : vitesse longitudinale donnée par le tachymètre
DxT : déplacement longitudinale donnée par le tachymètre
Acc1 : premier axe de mesure de l'accéléromètre 101
Acc2 : second axe de mesure de l'accéléromètre 101
Acc3 : premier axe de mesure de l'accéléromètre 102
Acc4 : second axe 2 de mesure de l'accéléromètre 102
A1 : angle dans le plan Py entre l'axe X et l'axe Acc1
A2 : angle dans le plan Py entre l'axe X et l'axe Acc2
A3 : angle dans le plan Pz entre l'axe X et l'axe Acc3
A4 : angle dans le plan Pz entre l'axe X et l'axe Acc4
Ax : angle de trajectoire du véhicule dans le plan Py (c'est-à-dire angle entre l'horizontale
et l'axe X)
Lx : distance de déport entre le centre du véhicule et le point de fixation des accéléromètres
101, 102
Ay : angle lié au rayon de courbure dans le plan Py. Ay est claculé par Arctg (Lx/R),
donc en première approximation Lx/R
Vx : vitesse longitudinale du véhicule selon l'axe X
1. Dispositif de mesure de déplacement d'un véhicule autoguidé (VEH) comprenant à son
bord :
- un accéléromètre (101) muni de deux axes de mesure (Acc1, Acc2) dans un plan longitudinal
(Py) défini par un premier axe (X) longitudinal suivant un principal déplacement supposé
rectiligne du véhicule et d'un second axe (Z) perpendiculaire au plancher du véhicule,
- un calculateur (103) connecté à un signal de sortie (S1, S2) associé à chaque axe
de mesure (Acc1, Acc2), où chaque signal de sortie (S1, S2) comprend une mesure en
projection (Gacc1, Gacc2) d'une résultante d'accélération globale du véhicule sur
l'axe de mesure associé (Acc1, Acc2),
caractérisé en ce que :
- un second accéléromètre (102) est muni d'au moins deux axes de mesure (Acc3, Acc4)
dans un plan horizontal (Pz) défini par le premier axe (X) et un troisième axe (Y)
perpendiculaire au premier et au second axe (X,Z),
- le calculateur (103) est connecté à un signal de sortie (S3, S4) associé à chaque
axe de mesure (Acc3, Acc4), où chaque signal de sortie (S3, S4) comprend une mesure
en projection (Gacc3, Gacc4) de la résultante d'accélération globale du véhicule sur
l'axe de mesure associé (Acc3, Acc4),
- les axes de mesure (Acc1, Acc2 ; Acc3, Acc4) du premier et du second accéléromètre
(101, 102) présentent dans leur plan respectif (Py, Pz) un angle relatif (A1+A2, A3+A4)
étant ajustable, de façon à ce que le calculateur (103) délivre à partir des quatre
mesures de projection (Gacc1, Gacc2, Gacc3, Gacc4) au moins une valeur d'accélération
longitudinale (Gx) du véhicule à chaque point d'un trajet comprenant pente et courbe.
2. Dispositif selon une des revendications précédentes, pour lequel au moins un des angles
relatifs (A1+A2, A3+A4) est orthogonal.
3. Dispositif selon une des revendications précédentes, pour lequel chaque angle relatif
(A1+A2, A3+A4) est subdivisé en un premier et un deuxième angle (A1, A2 ; A3, A4)
correspondant à des angles de projection entre les quatre axes de mesures (Acc1, Acc2,
Acc3, Acc4) du premier et du second accéléromètre (101, 102) et le premier axe (X).
4. Dispositif selon revendication 3, pour lequel les angles de projection (A1=A2 ; A3=A4)
de chaque accéléromètre sont égaux.
5. Dispositif selon une des revendications précédentes, pour lequel le calculateur (103)
délivre à chaque point du trajet comprenant pente et courbe une valeur d'accélération
latérale (Glat), d'angle de pente (Ax), un angle d'accélération latérale (Ay) résultant
de la force centrifuge due à la vitesse du véhicule et dépendant d'un rayon de courbure
(R) de la trajectoire ainsi que d'un déport de l'accéléromètre par rapport au centre
du véhicule.
6. Dispositif selon une des revendications précédentes, pour lequel le calculateur (103)
délivre une vitesse (Vx) et une position (Dx) à chaque point du trajet comprenant
pente et courbe en intégrant successivement la valeur d'accélération longitudinale
(Gx) du véhicule.
7. Dispositif selon une des revendications précédentes, comprenant :
- un tachymètre (104) est disposé sur au moins un essieu du véhicule et délivre une
valeur tachymétrique de vitesse (VxT) et position (DxT) du véhicule,
- les valeurs tachymétriques (VxT, DxT) obtenues et les valeurs de vitesse et de position
(Vx, Dx) délivrées par le calculateur (103) sont fournies à un comparateur (106),
- le comparateur (106) détermine des écarts entre catégories de valeurs de vitesse
et position, et si celles-ci sont en-dessous d'un seuil prédéfini, un recalage des
valeurs de vitesse et de position (Vx, Dx) obtenues par le calculateur (103) à chaque
point du trajet comprenant pente et courbe est effectué sur les valeurs tachymétriques
(VxT, DxT).
8. Dispositif selon revendication 7, comprenant un moyen de détection de vitesse nulle
(107) du véhicule couplé au calculateur (103) et au tachymètre (104) et comprend au
moins un corrélateur des valeurs de vitesse et de position (Vx, Dx) délivrées par
le calculateur (103) et des valeurs tachymétriques (VxT, DxT).
9. Dispositif selon revendication 5 et 8, comprenant :
- un moyen d'auto-calibration (105) des accéléromètres (101, 102) étant activable
si le moyen de détection de vitesse nulle confirme un arrêt du véhicule,
- le moyen d'auto-calibration traitant des mesures issues des accéléromètres 101,
102 et données par une unité de calcul d'accélérations 104 comprise dans le calculateur
103
- le moyen d'auto-calibration calibre les mesures en correspondance avec des valeurs
nulles de l'accélération longitudinale (Gx) et latérale (Glat) du véhicule.
10. Dispositif selon revendication 4 et 9, pour lequel le moyen d'auto-calibration (105)
a un premier mode de contrôle pour vérifier l'égalité des valeurs de mesure (Gacc3,
Gacc4) sur le deuxième accéléromètre (102) et un moyen de re-calcul de l'angle de
pente (Ax) à partir duquel les valeurs de mesure (Gacc1, Gacc2) du premier accéléromètre
(101) sont vérifiées au moyen d'un deuxième mode de contrôle.
11. Dispositif selon une des revendications 9 ou 10, pour lequel au-delà d'un premier
seuil d'erreur provenant de résultats du moyen d'auto-calibration, des facteurs de
corrections issus du moyen d'auto-calibration sont transmis au calculateur (103).
12. Dispositif selon revendication 11, pour lequel au-delà d'un deuxième seuil d'erreur
moins sécuritaire que le premier seuil provenant de résultats du moyen d'auto-calibration,
un indicateur de défaillance de mesure à bord est activé.
13. Dispositif selon une des revendications 7 à 12, comprenant un moyen d'évaluation de
probabilité de défaillance activables entre deux arrêts du véhicule et employant une
mesure en redondance sur les axes de mesures des accéléromètres.
14. Dispositif selon une des revendications précédentes, comprenant un détecteur de perte
d'adhérence du véhicule couplé à au moins un des premier et second accéléromètres.
15. Dispositif selon revendication 14, pour lequel le détecteur de perte d'adhérence du
véhicule est couplé à au moins un tachymètre en addition d'un des premier et second
accéléromètres.
1. Device for measuring movement of a self-guided vehicle (VEH), comprising, on-board
said vehicle:
- an accelerometer (101) having two measurement axes (Acc1, Acc2) in a longitudinal
plane (Py) defined by a first longitudinal axis (X) corresponding to a principal movement,
assumed to be rectilinear, of the vehicle, and having a second axis (Z) perpendicular
to the floor of the vehicle,
- a computer (103) connected to an output signal (S1, S2) associated with each measurement
axis (Acc1, Acc2), wherein each output signal (S1, S2) comprises a projection measurement
(Gacc1, Gacc2) of a total resultant acceleration of the vehicle on the associated
measurement axis (Acc1, Acc2),
characterised in that
- a second accelerometer (102) has at least two measurement axes (Acc3, Acc4) in a
horizontal plane (Pz) defined by the first axis (X) and a third axis (Y) perpendicular
to the first and to the second axis (X, Z),
- the computer (103) is connected to an output signal (S3, S4) associated with each
measurement axis (Acc3, Acc4), wherein each output signal (S3, S4) comprises a projection
measurement (Gacc3, Gacc4) of the total resultant acceleration of the vehicle on the
associated measurement axis (Acc3, Acc4),
- the measurement axes (Acc1, Acc2 ; Acc3, Acc4) of the first and second accelerometer
(101, 102) have in their respective plane (Py, Pz) an adjustable relative angle (A1+A2,
A3+A4) such that, based on the four projection measurements (Gacc1, Gacc2, Gacc3,
Gacc4), the computer (103) provides at least one longitudinal acceleration value (Gx)
of the vehicle at each point of a route including slopes and turns.
2. Device according to one of the preceding claims, wherein at least one of the relative
angles (A1+A2,A3+A4) is a right angle.
3. Device according to one of the preceding claims, wherein each relative angle (A1+A2,
A3+A4) is subdivided into a first angle and a second angle (A1, A2 ; A3, A4) corresponding
to projection angles between the four axes of measurement (Acc1, Acc2, Acc3, Acc4)
of the first and second accelerometer (101, 102) and the first axis (X).
4. Device according to claim 3, wherein the projection angles (A1=A2 ; A3=A4) of each
accelerometer are equal.
5. Device according to one of the preceding claims, wherein
the computer (103) provides at each point of the route including slopes and turns
a lateral acceleration value (Glat), a slope angle value (Ax), a lateral acceleration
angle (Ay) resulting from the centrifugal force due to the speed of the vehicle and
dependent on a radius of curvature (R) of the trajectory and an offset of the accelerometer
relative to the centre of the vehicle.
6. Device according to one of the preceding claims, wherein
the computer (103) provides a speed (Vx) and a position (Dx) at each point of the
route including slopes and turns by successively integrating the longitudinal acceleration
value (Gx) of the vehicle.
7. Device according to one of the preceding claims, comprising:
- a tachometer (104) disposed on at least one axle of the vehicle and providing a
tachometric value for speed (VxT) and position (DxT) of the vehicle,
- the tachometric values (VxT, DxT) obtained and the values of speed and position
(Vx, Dx) provided by the computer (103) are supplied to a comparator (106),
- the comparator (106) determines differences between the categories of speed and
position values, and, if said values are below a predefined threshold, a resetting
of the speed and position values (Vx, Dx) obtained by the computer (103) at each point
of the route including slopes and turns is implemented on the tachometric values (VxT,
DxT).
8. Device according to claim 7, comprising a means for detecting a zero speed (107) of
the vehicle coupled to the computer (103) and to the tachometer (104), said means
comprising at least one correlator of the speed and position values (Vx, Dx) provided
by the computer (103) and the tachometric values (VxT, DxT).
9. The device according to claim 5 and 8, comprising:
- a self-calibration means (105) of the accelerometers (101, 102) which can be activated
if the zero speed detection means confirms the vehicle has stopped,
- the self-calibration means processing the measurements originating from the accelerometers
101, 102 and provided by a unit for calculating accelerations 104 incorporated in
said computer 103, and
- said self-calibration means calibrates the measurements in accordance with the zero
values of the longitudinal acceleration (Gx) and lateral acceleration (Glat) of the
vehicle.
10. Device according to claim 4 and 9, wherein the self-calibration means (105) has a
first control mode for verifying the equality of the measurement values (Gacc3, Gacc4)
on the second accelerometer (102) and a means for recalculating the slope angle (Ax)
from which the measurement values (Gacc1, Gacc2) of said first accelerometer (101)
are verified in a second control mode.
11. Device according to one of claims 9 or 10, wherein, upon exceeding a first error threshold
arising from results of said self-calibration means, correction factors from the self-calibration
means are transmitted to the computer (103).
12. Device according to claim 11, wherein, upon exceeding a second error threshold which
is less safe than the first threshold arising from results from the self-calibration
means, an indicator of failure of on-board measurement is activated.
13. Device according to one of claims 7 to 12, comprising a means for evaluating probability
of failure that may be activated between two stops of the vehicle and using a redundancy
measurement on the measurement axes of the accelerometers.
14. Device according to one of the preceding claims,
comprising a detector of loss of adhesion of the vehicle coupled to at least one of
said first and second accelerometers.
15. Device according to claim 14, wherein the detector of loss of adhesion of the vehicle
is coupled to the at least one tachometer in addition to one of the first and second
accelerometers.
1. Vorrichtung zum Messen der Bewegung eines selbstgeführten Fahrzeugs (VEH), im Fahrzeug
umfassend:
- einen Beschleunigungsmesser (101) mit zwei Messachsen (Acc1, Acc2) in einer Längsebene
(Py), die durch eine erste Längsachse (X) entlang einer angenommenerweise geradlinigen
Hauptbewegung des Fahrzeugs und durch eine zweite, senkrecht zum Fahrzeugboden verlaufende
Achse (Z) definiert wird,
- einen Rechner (103), der an ein Ausgangssignal (S1, S2) für jede Messachse (Acc1,
Acc2) angeschlossen ist, wobei jedes Ausgangssignal (S1, S2) eine Messung in der Projektion
(Gacc1, Gacc2) einer globalen Beschleunigungsresultierenden des Fahrzeugs auf der
zugehörigen Messachse (Acc1, Acc2) beinhaltet,
dadurch gekennzeichnet, dass:
- ein zweiter Beschleunigungsmesser (102) mit mindestens zwei Messachsen (Acc3, Acc4)
in einer horizontalen Ebene (Pz) ausgestattet ist, die durch die erste Achse (X) und
eine dritte Achse (Y), die senkrecht zur ersten und zur zweiten Achse verläuft, definiert
wird,
- der Rechner (103) an ein Ausgangssignal (S2, S4) für jede Messachse (Acc3, Acc4)
angeschlossen ist, wobei jedes Ausgangssignal (S3, S4) eine Messung in der Projektion
(Gacc3, Gacc4) der globalen Beschleunigungsresultierenden des Fahrzeugs auf der zugehörigen
Messachse (Acc3, Acc4) beinhaltet,
- die Messachsen (Acc1, Acc2; Acc3, Acc4) des ersten und des zweiten Beschleunigungsmessers
(101, 102) in ihrer jeweiligen Ebene (Py, Pz) einen relativen Winkel (A1+A2, A3+A4)
aufweisen, der einstellbar ist, sodass der Rechner (103) anhand der vier Projektionsmessungen
(Gacc1, Gacc2, Gacc3, Gacc4) mindestens einen Längsbeschleunigungswert (Gx) des Fahrzeugs
für jeden Punkt einer Strecke mit Neigung und Krümmung abgibt.
2. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der mindestens einer der relativen
Winkel (A1+A2, A3+A4) orthogonal ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der jeder relative Winkel
(A1+A2, A3+A4) in einen ersten und einen zweiten Winkel (A1, A2; A3, A4) unterteilt
ist, die Projektionswinkeln zwischen den vier Messachsen (Acc1, Acc2, Acc3, Acc4)
des ersten und des zweiten Beschleunigungsmessers (101, 102) und der ersten Achse
(X) entsprechen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Projektionswinkel (A1=A2; A3=A4) jedes Beschleunigungsmessers
gleich sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Rechner (103) für
jeden Punkt der Strecke mit Neigung und Krümmung einen Querbeschleunigungswert (Glat),
einen Gefällewinkel (Ax) und einen Querbeschleunigungswinkel (Ay) abgibt, die auf
der durch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs bedingten Zentrifugalkraft beruhen und
von einem Bogenhalbmesser (R) der Bewegungsbahn sowie von einem Versatz des Beschleunigungsmessers
in Bezug auf den Mittelpunkt des Fahrzeugs abhängig sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Rechner (103) eine
Geschwindigkeit (Vx) und eine Position (Dx) für jeden Punkt der Strecke mit Neigung
und Krümmung abgibt, wobei er anschließend den Längsbeschleunigungswert (Gx) des Fahrzeugs
integriert.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der:
- ein Tachometer (104) an mindestens einem Radsatz des Fahrzeugs angeordnet ist und
einen tachymetrischen Geschwindigkeitswert (VxT) und einen Positionswert (DxT) des
Fahrzeugs abgibt,
- die erhaltenen tachymetrischen Werte (VxT, DxT) und die vom Rechner (103) abgegebenen
Geschwindigkeits- und Positionswerte (Vx, Dx) einem Komparator (106) zugeführt werden,
- der Komparator (106) Abweichungen zwischen Kategorien von Geschwindigkeits- und
Positionswerten bestimmt und, wenn diese unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegen,
eine Kalibrierung der vom Rechner (103) für jeden Punkt der Strecke mit Neigung und
Krümmung erhaltenen Geschwindigkeits- und Positionswerte (Vx, Dx) anhand der tachymetrischen
Werte (VxT, DxT) vorgenommen wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit einem Mittel zur Erkennung der Nullgeschwindigkeit
(107) des Fahrzeugs, das mit dem Rechner (103) und dem Tachometer (104) verbunden
ist und mindestens einen Korrelator für die vom Rechner (103) abgegebenen Geschwindigkeits-
und Positionswerte (Vx, Dx) und für die tachymetrischen Werte umfasst.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 8, bei der:
- ein Mittel zur Selbstkalibrierung (105) der Beschleunigungsmesser (101, 102) aktivierbar
ist, wenn das Mittel zur Erkennung der Nullgeschwindigkeit einen Halt des Fahrzeugs
bestätigt,
- das Mittel zur Selbstkalibrierung Messungen aus den Beschleunigungsmessern 101,
102 und Messungen, die von einer im Rechner 103 enthaltenen Beschleunigungsberechnungseinheit
104 abgegeben werden, verarbeitet,
- das Mittel zur Selbstkalibrierung die Messungen entsprechend mit Nullwerten für
die Längsbeschleunigung (Gx) und die Querbeschleunigung (Glat) des Fahrzeugs kalibriert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 9, bei der das Mittel zur Selbstkalibrierung (105)
einen ersten Überwachungsmodus hat, um die Gleichheit der Messwerte (Gacc3, Gacc4)
am zweiten Beschleunigungsmesser (102) zu überprüfen, und ein Mittel zur Neuberechnung
des Neigungswinkels (Ax), anhand dessen die Messwerte (Gacc1, Gacc2) des ersten Beschleunigungsmessers
(101) mittels eines zweiten Überwachungsmodus überprüft werden.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei der bei einer Überschreitung eines
ersten Fehlerschwellenwerts aufgrund von Ergebnissen des Mittels zur Selbstkalibrierung
Korrekturfaktoren aus dem Mittel zur Selbstkalibrierung zum Rechner (103) übertragen
werden.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der bei einer Überschreitung eines zweiten Fehlerschwellenwerts,
der weniger sicherheitsrelevant ist als der erste Schwellenwert, der auf Ergebnissen
des Mittels zur Selbstkalibrierung beruht, im Fahrzeug eine Anzeige für den Ausfall
der Messung aktiviert wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 mit einem Mittel zur Bewertung der Ausfallwahrscheinlichkeit,
das zwischen zwei Halten des Fahrzeugs aktiviert werden kann und eine redundante Messung
an den Messachsen der Beschleunigungsmesser verwendet.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Detektor für den Haftreibungsverlust
des Fahrzeugs, der mit mindestens dem ersten oder dem zweiten Beschleunigungsmesser
verbunden ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der der Detektor für den Haftreibungsverlust des
Fahrzeugs mit dem ersten oder/und zweiten Beschleunigungsmesser und zusätzlich mit
mindestens einem Geschwindigkeitsmesser verbunden ist.