Domaine de l'invention
[0001] L'invention appartient au domaine de la métrologie, plus spécifiquement du contrôle
des infrastructures ferroviaires pour assurer la sécurité et le confort des circulations
sur ces infrastructures ferroviaires.
[0002] L'invention concerne plus particulièrement l'obtention et l'analyse de données géométriques
relatives à une voie ferrée d'une infrastructure ferroviaire notamment le nivellement
et le dressage.
Etat de l'art
[0003] La mesure de la géométrie des voies ferrées est un domaine des sciences ferroviaires
particulièrement hétéroclite, tant par la diversité des techniques et moyens de mesure
employés que par la finalité des mesures, voir par exemple les documents
US 3 604 359 A et
WO 2004/029825 A1.
[0004] En effet, si la quantification et l'évaluation de la qualité de la géométrie des
voies ferrées est nécessaire pour assurer la sécurité et le confort des circulations
ferroviaires sur l'infrastructure inspectée, elle trouve une application de plus en
plus importante lors des phases de maintenance et des grandes opérations de travaux
dans des buts de préparation, constitution des données d'entrée pour les études, récolement
provisoire, ou encore réception pour l'entrée en domaine de maintenance.
[0005] Il apparait de plus en plus essentiel de pérenniser les infrastructures face au vieillissement
mais aussi de les contrôler afin de s'assurer que leurs caractéristiques restent conformes
aux normes de maintenance en vigueur, que ce soit dès la pose de travaux neufs ou
lors des activités de maintenance.
[0006] Il est tout aussi important de s'assurer de la bonne exécution de ces travaux. Par
ailleurs, ces surveillances correspondent de surcroit à une obligation légale ou réglementaire
selon le type de réseau considéré. Par exemple, sur le Réseau Ferré National français,
le contrôle de la géométrie de la voie des lignes à grandes vitesses s'exercent tous
les 15 jours contre tous les 6 mois à un an sur les lignes du réseau classiques et
ce, d'après les Instructions Nationales établies par SNCF Infra en tant que Gestionnaire
d'Infrastructures pour le compte de Réseau Ferré de France. Sur les réseaux urbains,
dont le contrôle est assumé par un service technique d'Etat déconcentré, le pas d'inspection
est annuel.
[0007] La mesure de la géométrie d'une voie ferrée se caractérise généralement par un ensemble
de paramètres mathématiques. Ces paramètres, au nombre de sept, sont les suivants
:
- le nivellement du rail de la file intérieure et celui du rail de la file extérieure
;
- le dévers ;
- le gauche ;
- le dressage du rail de la file intérieure et celui du rail de la file extérieure ;
- l'écartement.
[0008] Par rail de la file intérieure, on entend le rail situé du côté de l'entrevoie en
cas de voie double ou le rail de la file du petit rayon.
[0009] Par rail gauche, on entend le rail opposé au rail précédent.
[0010] Les paramètres d'écartement et de gauche ne servent essentiellement que pour les
questions de sécurité. Il s'agit des paramètres devant être contrôlés à minima, notamment
sur les voies de service et industrielles. Pour les voies du réseau principal, il
est impératif de disposer des paramètres complets tels le nivellement et le dressage
qui portent à la fois sur les questions de sécurité mais aussi de confort. Cependant,
la délimitation entre sécurité et confort ne se fonde pas réellement sur tel ou tel
paramètre mais plus sur le spectre des défauts dans la mesure ou ce sont les composantes
fréquentielles des paramètres mesurés (nivellement, dressage) qui excitent des modes
propres des véhicules. Ainsi, concernant le nivellement et le dressage, on sépare
généralement les domaines de longueurs d'onde compris entre trois domaines :
- un premier domaine D1 où les longueurs d'onde sont comprises entre 3 et 25m, qui ne
concerne que la sécurité,
- un deuxième domaine D2 où les longueurs d'onde sont comprises entre 25m et 70m, qui
concerne la sécurité et le confort
- un troisième domaine D3 où les longueurs d'onde sont comprises entre 70m et 150m,
qui concerne uniquement le confort.
[0011] La forme la plus commune de la mesure de la géométrie voie est celle de l'inspection
des réseaux nationaux avec des moyens lourds de type voiture ou rame de mesure. Ces
inspections périodiques, généralement semestrielles, sont réalisées en charge (c'est-à-dire
que la mesure se déroule sous la charge réelle que la voie ferrée supporte habituellement
au passage des circulations ferroviaires) et visent à suivre la qualité globale de
la géométrie voie ainsi qu'à détecter et quantifier les défauts afin de préserver
la sécurité et le confort des circulations mais aussi permettre la maintenance préventive
conditionnelle qui est déclenchée à partir de l'identification de dépassements de
seuils normés par un ou plusieurs des paramètres mesurés. Ces déclenchements d'opérations
sont destinés, entre autres, à éviter que des dégradations irréversibles des constituants
de la voie se produisent.
[0012] On peut citer entre autre le train à grande vitesse, dénommé IRIS 320®, constitué
d'une rame entière d'un train à grande vitesse.
[0013] Le principe appliqué dans ce train à grande vitesse est la mesure inertielle. La
mesure inertielle permet avantageusement la mesure directe du nivellement et du dressage
absolu de la voie. Cette mesure permet donc d'obtenir directement les profils absolus
de la voie.
[0014] Le terme profil absolu fait référence au nivellement et/ou au dressage de la voie
ferrée.
[0015] Le principe de mesure se fonde sur l'évaluation de la position du rail dans les directions
verticales et latérales par rapport à une référence inertielle donnée par des gyroscopes
et des accéléromètres. Il faut au minimum, un accéléromètre et un gyroscope par axe
de repère.
[0016] Une centrale de référence inertielle est montée sur une poutre indéformable, par
exemple, de type caisse ou bogie. A cela s'ajoute également des systèmes additionnels
de mesure laser destinés à déterminer la position de la centrale inertielle par rapport
aux rails. La mesure de la distance de la centrale inertielle aux rails est nécessaire
afin d'évaluer la position des rails dans la référence inertielle. En effet la mesure
des voies à joints ou des voies présentant de nombreuses lacunes, est délicate car
les systèmes de mesure laser décrochent au niveau des joints ou lacunes.
[0017] Un tel dispositif à mesure inertielle sans contact permet une mesure de l'ensemble
des paramètres de la géométrie voie jusqu'à une vitesse de circulation sur la voie
du train de 360 km/h.
[0018] Cependant, un tel dispositif présente quelques inconvénients non négligeables que
sont la difficulté de la gestion des lacunes des voies ferrées, par exemple aux joints
et dans les appareils de voie, le cout particulièrement élevé d'un engin unique ou
encore la nécessité d'une vitesse minimale de circulation sur la voie de la voiture
de mesure d'au moins 60 km/h.
[0019] La mesure inertielle, à la différence d'une mesure à corde (avec ou sans contact)
est dépendante de la vitesse du vecteur qui embarque le système de mesure. En effet,
l'estimation des déplacements de la référence inertielle se base sur des mesures d'accélération
et de rotation à partir desquelles on peut retrouver lesdites valeurs de déplacements.
On comprend aisément qu'à faible vitesse, les niveaux d'accélération relevés sont
faibles et donc insuffisants pour obtenir correctement des valeurs de déplacement.
L'adéquation entre le spectre de l'entrée du système inertiel et la fonction de transfert
des accéléromètres le composant pour partie ne peut se faire qu'à des vitesses de
l'ordre de celle indiquée précédemment. Dans tous les cas, il n'est pas possible d'obtenir
de mesures pour des marches au pas ou lente.
[0020] Le champ d'application des voitures de mesure équipées d'un tel système à mesure
inertielle sans contact est donc limité.
[0021] A côté de ce système unique, on peut également citer les voitures Mauzin dont le
principe de mesure est un principe à corde avec contact. Dotées de huit roues de mesures
pour la prise de mouvement dans les directions verticales et trois paires de galets
palpeurs pour les mesures dans la direction horizontale, ces voitures constituent
la référence de la mesure en France pour les lignes classiques. La fonction de transfert
de tels engins a l'intéressante particularité d'être proche de l'unité pour les longueurs
d'ondes usuelles proches des bornes du domaine D1. La bande passante à -3dB du système
a été astucieusement définie pour que les défauts, dont les fréquences correspondent
statistiquement à celles que l'on retrouve sur le réseau classique, soient restitués
en vraie grandeur.
[0022] Cependant, de telles voitures sont particulièrement couteuses à construire mais surtout
à entretenir en raison de la très grande rigueur mécanique de l'entretien qui doit
être fait, à la fois sur le vecteur mais aussi sur la prise et la transmission mécanique
du mouvement. L'exploitation d'une telle voiture ne peut se concevoir qu'à l'échelle
de sociétés nationales ou multinationales en raison des coûts importants liés à la
formation et à la traction des trains spéciaux de mesure englobant voiture de mesure,
voitures pour le poids frein et locomotives encadrant le convoi pour sa réversibilité.
La programmation des tournées d'enregistrement de la géométrie des voies se fait donc
plusieurs mois à l'avance, et il n'existe pas de flexibilité concernant des besoins
locaux particuliers. Ces voitures exercent donc un contrôle annuel ou semestriel avec
aucune possibilité d'adaptation des pas de mesure au besoin particuliers des mainteneurs
locaux (selon travaux en cours etc.).
[0023] Au côté de ces voitures de mesure existe un ensemble de besoin qui s'identifie d'autant
plus clairement que l'on comprend que les inspections des voitures de mesure sont
prévues des années à l'avance et que leur faible nombre ne permet pas un emploi correspondant
à tous les besoins des responsables de la maintenance des voies ferrées. Ceux-ci disposent
en effet de besoin plus ou moins ponctuels, comme la validation de chantiers, le suivi
de défauts identifiés etc. dont la réalisation peut avoir lieu entre deux grandes
inspections.
[0024] Ainsi, depuis une décennie, sont apparus sur le marché ferroviaire, principalement
grâce au progrès de l'instrumentation et de la micro informatique, des dispositifs
de mesure plus légers et de type manuels. Ces dispositifs de mesure se présentent
sous la forme de petits chariots poussés à la main, couramment dénommés lorries dans
le milieu ferroviaire.
[0025] Trois grandes catégories de lorries se détachent :
- première catégorie : les lorries de contrôle dont les fonctionnalités sont uniquement
de mesurer et contrôler les paramètres usuels de sécurité que sont le gauche et l'écartement.
Ces lorries sont de petites dimensions, de l'ordre de 1 à 2 mètres, donc facilement
transportables. Ces lorries sont des améliorations directes des dispositifs manuels,
du type règles à devers et écartement, pour effectuer des courses de mesure jusqu'à
quelques centaines de mètres et réaliser, à la différence des dispositifs manuels,
la mesure en continu. Les besoins couverts sont essentiellement ceux de la petite
inspection, de la vérification limitée à ces deux paramètres de travaux effectués,
en attendant le passage de la voiture de mesure. A titre d'exemple, on peut citer
le lorry de mesure Diamond's® de la société Geismar ;
- deuxième catégorie : les lorries destinés de manière quasi exclusives au chantier
et visant à faciliter le travail historique des géomètres topographes. Il s'agit d'engins
de petites dimensions, très légers (de l'ordre de 40 kg), poussés à la main et recevant
généralement des mires de géomètre, des cibles de théodolite ou des stations totales.
Soit le lorry est visé depuis une station totale fixe au sol, soit la station totale
est installée sur le lorry et vise des mires fixes au sol ou sur des points fixes.
Ces systèmes sont destinés à guider des bourreuses où permettre des récolements de
projet de géomètres. C'est surtout durant la phase même de la pose des rails que ces
systèmes présentent une utilité ou pour les lignes à grande vitesse. Ces systèmes
nécessitent alors l'implantation de goujons géo-référencés sur des points fixes, ces
goujons étant référencés dans des repères absolus de type nivellement général de la
France (NGF) ou Lambert étendu. Ces systèmes, couteux à poser et entretenir, ne sont
pas généralisés à l'ensemble du réseau.. A titre d'exemple, on peut citer le lorry
Amberg GRP5000 ou encore le Hergie de la société Rhomberg. Ces deux lorries portent
la mire. Les données fournies ne sont cependant pas exploitables facilement et directement
pour la maintenance car elles ne peuvent pas être comparées aux seuils de maintenance
prédéfinis.
- troisième catégorie : les lorries de mesure relative, destinés à mesurer le nivellement
et le dressage. Ces lorries mesurent essentiellement des flèches sur des cordes matérialisées
par des poutres. En raison de la difficulté de rendre les mesures indépendantes des
défauts de gauche, que ce soit par soucis d'ergonomie, ou par difficulté mécanique,
les bases de mesures sont particulièrement limitées avec un maximum atteint à 5m.
Il s'agit par exemple des lorries Plasma de la société Rhomberg ou bien du lorry EMA
de la société Vögel und Plöstcher.
[0026] Ces trois types de lorries ne remplissent que partiellement le besoin qui peut exister
entre les pas de mesure des voitures d'inspection ou en attendant le premier passage
après pose ou renouvellement de voie.
[0027] Les lorries de la troisième catégorie ne mesurent que sur de courtes bases de mesure
(de l'ordre de 1 à 2 mètres) et ne peuvent mesurer qu'un profil « local » de la voie,
c'est-à-dire les défauts de faibles longueurs d'onde. Au-delà, la très grande majorité
d'entre eux ne fournit que des flèches brutes, sans recoloration, c'est-à-dire sans
élimination de l'influence de la fonction de transfert.
[0028] De plus, les mesures effectuées sur ces lorries ne sont réalisées que sur un seul
rail à la fois, et ne permettent donc pas de prendre correctement en compte les courbes
et contre courbes.
[0029] Un autre inconvénient pour les lorries de la 2
ème classe est que la mesure topographique renseigne avant tout sur un positionnement
en x, y, z de l'axe de la voie. On n'obtient ainsi aucune information pouvant être
facilement identifiée par le terrain, à l'oeil notamment en raison de l'abstraction
du formalisme de la représentation, éloigné du formalisme utile pour la maintenance
voie et précisé dans la norme NF EN 13848-1. La mesure est discrétisée, généralement
tous les 5 à 10 mètres, ce qui ne permet d'apprécier que les composantes de longueur
d'onde au moins supérieures à ces valeurs, soit 10-20 mètres minimum.
[0030] Ces inconvénients sont d'autant plus visibles lors des opérations de récolements
provisoires des travaux de voie ferrée. En effet, lors de ces récolements, le besoin,
auquel ne répondent pas ces lorries, correspond à une mesure effectuée à partir d'engins
légers, facilement déraillables entre les différents trains de chantier afin de ne
pas gêner les circulations, qui puissent fournir en temps réel l'ensemble des paramètres
de la géométrie de la voie et permettre de disposer de mesure sur des bases de mesures
plus grandes ou absolues afin de mieux quantifier les défauts de grandes longueurs.
[0031] Les résultats de mesure de la majorité de ces lorries ne sont pas en conformité avec
les attendues des normes NF EN 13848-4 en vigueur depuis 2010. En effet, que ce soit
au niveau du formalisme des données, au niveau de l'exhaustivité des paramètres mesurés
ou de la correction de l'influence des fonctions de transfert, le nombre d'écarts
à la norme les rend impropres à une utilisation conforme aux attendues de cette série
de normes européennes.
[0032] L'inconvénient majeur de ces différents lorries au-delà des inconvénients précédemment
décrits réside dans l'impossibilité de fournir des données compatibles avec les attendus
des opérations de récolement des travaux ou bien préparation des opérations à venir.
Les lorries de la deuxième catégorie, les lorries topographiques, ne peuvent de surcroit
fournir d'informations utiles et détectables à l'oeil en temps réel.
Exposé de l'invention
[0033] La présente invention a pour but de pallier aux inconvénients précédemment évoqués.
[0034] L'invention est relative à un procédé d'obtention d'un signal de flèches sur base
de mesure virtuellement allongée à partir de signaux de flèches obtenus par un dispositif
de mesure.
[0035] Le procédé comporte une étape d'application d'un filtre à réponse impulsionnelle
sur les signaux de flèches, ledit filtre à réponse impulsionnelle étant caractérisé
par une fonction polynomiale dont les coefficients sont déterminés à partir d'une
fonction de transfert inverse dudit dispositif de mesure et une fonction de transfert
caractérisant un deuxième dispositif de mesure de base de mesure plus grande.
[0036] Le procédé comporte une étape préalable de détermination des coefficients de la fonction
polynomiale du filtre à réponse impulsionnelle. Ladite étape comporte :
- une sous-étape d'obtention des valeurs numériques des modules et arguments d'une fonction
de transfert caractérisant le dispositif de mesure,
- une sous étape d'obtention des valeurs numériques des modules et arguments d'une fonction
de transfert caractérisant le deuxième dispositif de mesure de base de mesure plus
grande,
- une sous-étape d'inversion numérique des modules et de prise de l'opposé des arguments
de ladite fonction de transfert,
- une sous étape de multiplication par le module de la fonction de transfert du deuxième
dispositif et de sommation de l'argument de la fonction de transfert du deuxième dispositif,
- une sous-étape d'estimation polynomiale du rapport des fonctions de transfert caractérisant
le deuxième dispositif et le dispositif de mesure à partir des rapports des modules
et de la différence des arguments des fonctions de transfert.
[0037] Dans des modes de mises en oeuvres préférés, le filtre à réponse impulsionnelle est
un filtre à réponse impulsionnelle infinie.
[0038] Dans des modes de mises en oeuvres préférés, le filtre à réponse impulsionnelle est
un filtre à réponse impulsionnelle finie.
Présentation des figures
[0039] L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de modes de réalisation
préférés, qui n'en sont nullement limitatifs, représentés sur les figures 1 à 11,
dans lesquelles :
La figure 1, représente une vue en perspective d'un dispositif de mesure pour la mise
en oeuvre d'une étape du procédé selon l'invention,
La figure 2 représente une vue latérale du dispositif de mesure de la figure 1,
La figure 3 représente un agrandissement du dispositif de mesure au niveau d'un chariot
de guidage,
La figure 4 représente une vue en perspective de la première plateforme du chariot
de guidage,
La figure 5 représente une vue latérale de la première plateforme du chariot de guidage,
La figure 6 représente une vue latérale opposée de la première plateforme du chariot
de guidage,
La figure 7a représente une vue de dessus d'un plateau de mesure de la première plateforme
du chariot de guidage destiné à recevoir les bras de mesure du chariot de guidage,
La figure 7b représente une coupe transversale de la figure 7a au niveau d'une double
chape,
La figure 8 représente une vue de dessus d'un chariot de stabilisation,
La figure 9 représente une vue en perspective du chariot de stabilisation de la figure
8,
La figure 10 représente une vue de coté du chariot de stabilisation,
La figure 11 représente un schéma synoptique du procédé d'estimation d'un profil absolu
d'une voie ferrée à partir de signaux de flèches obtenus par un dispositif de mesure
Description détaillée de l'invention
[0040] Un exemple de réalisation d'un dispositif de mesure 1
pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention est à présent décrit de manière
détaillée et illustrée par les figures 1 à 10.
[0041] L'invention est décrite dans le cas d'une voie ferrée 5 d'un réseau national, à écartement
normal, soit 1435mm, mais l'invention est également applicable à tous les types de
voies ferrées, notamment les voies à écartement métrique.
lequel l'axe X représente la direction longitudinale de la voie ferrée, l'axe Y représente
la direction transversale aux rails, c'est-à-dire dans le sens des traverses, et l'axe
Z représente l'axe vertical, perpendiculaire aux deux axes X et Y.
[0042] Le dispositif de mesure 1 est adapté à la mesure des sept paramètres de la géométrie
de la voie. Plus spécifiquement, le dispositif de mesure 1 est adapté à la mesure
du nivellement et du dressage de chaque file de rail 6, 7 par une mesure de flèches
via le principe de mesure de corde à trois points.
[0043] La mesure de dressage est obtenue à partir de la mesure d'une flèche horizontale,
c'est-à-dire une flèche mesurée dans un plan X0Y.
[0044] La mesure de nivellement est obtenue à partir de la mesure d'une flèche verticale,
c'est-à-dire une flèche mesurée dans un plan X0Z.
[0045] Le dispositif de mesure 1, destiné à être installé sur les deux files de rails 6,
7 d'une voie ferrée 5, comporte :
- un chariot de guidage 10,
- deux bras de mesure 20 s'étendant de part et d'autre du chariot de guidage 10,
- deux chariots de stabilisation 30, chaque chariot de stabilisation 30 étant relié
au chariot de guidage par un bras de mesure.
Le chariot de guidage 30
[0046] Le chariot de guidage 30 comporte, comme illustré sur les figures 3 à 7b :
- une première plateforme 11 destinée à être positionnée sur une première file de rail
6,
- une seconde plateforme 12 destinée à être positionnée sur une seconde file de rail
7,
- une barre de liaison 13 rigide destinée à relier les deux plateformes 11, 12, et destinée
à être positionnée selon un axe transversal Y, parallèlement aux traverses.
[0047] La
première plateforme 11, illustrée figure 4 à 7b, comporte :
- un premier ensemble, dit de roulage 110, destiné à prendre appui et à faire rouler
la première plateforme 11 sur la première file de rail 6,
- un second ensemble, dit de liaison 111, destiné à relier la première plateforme 11
aux bras de mesure 20.
[0048] Dans l'ensemble de la description, par deux pièces solidaires ou deux pièce liées/reliées
solidairement, on entend deux pièces liées mécaniquement autorisant au moins un degré
de liberté.
[0049] Par degré de liberté dans une liaison, on entend un mouvement relatif indépendant
d'une pièce par rapport à une autre autorisé par cette liaison.
[0050] L'ensemble de roulage 110 comprend au moins une roue 1101 destinée à venir s'appuyer sur le dessus du champignon
de la première file de rail, dit plan de roulement 62. Dans un exemple préféré de
réalisation, illustré sur la figure 6, deux roues 1101 sont appuyées sur la première
file de rail 6 afin de conférer une stabilité au chariot de guidage 10 qui repose
ainsi sur trois roues 1101 et est donc insensible au gauche de la voie. Les deux roues
sont espacées l'une de l'autre, selon l'axe longitudinal X, d'une distance telle que
l'empattement formé entre les deux roues 1101 puisse permettre aisément le franchissement
des lacunes des parties de croisements des appareils de voie.
[0051] Des trains de galets d'appui 1102 sont destinés à être positionnés contre un flanc
intérieur 63 du champignon 61 de la première file de rail 6, situé en vis-à-vis du
champignon 71 de la seconde file de rail opposée 7. Dans un exemple préféré de réalisation,
illustré sur la figure 4, deux trains de galets d'appui 1102 prennent appui contre
la première file de rail 6, un train de galets par roue.
[0052] Dans un exemple de réalisation, chaque train de galets d'appui 1102 comprend trois
galets d'appui afin de pouvoir franchir aisément les lacunes des rails, que ce soit
au niveau des joints de rail, qu'au niveau des appareils de dilatation etc. Les deux
trains de galets 1102 sont espacés l'un de l'autre, selon l'axe longitudinal X, d'une
distance telle que cette distance soit supérieure à la longueur d'une lacune maximale
existante en voie.
[0053] L'ensemble de roulage 110 comporte en outre des moyens magnétiques 1103 destinés
à maintenir plaquer la roue 1101, et par conséquent la première plateforme 11, contre
le rail 6, pour éviter les déraillements de ladite plateforme.
[0054] Dans un exemple non limitatif de réalisation, les moyens magnétiques 1103 sont des
blocs aimantés, préférentiellement au nombre de deux.
[0055] Les moyens magnétiques 1103 sont destinés à être disposés contre un flanc du champignon
de la première file de rail 6. Dans l'exemple non limitatif de la figure 4, les moyens
magnétiques sont disposés contre le flanc intérieur 63 afin de ne présenter aucune
gêne dans le franchissement des appareils de voie et des platelages de passage à niveau.
Ce flanc intérieur 63 étant garanti d'être libre, puisque c'est sur lui que vient
prendre appui le boudin des roues des véhicules ferroviaires.
[0056] L'ensemble de liaison 111 comprend, illustré sur les figures 4 à 6 :
- un premier bloc, dit plateau de mesure 1111, destiné à assurer la continuité rigide
des deux bras de mesure 20, sur lequel va venir se solidariser les deux bras de mesure,
afin de ne former qu'une seule et même base de mesure,
- un second bloc, dit embase de mesure 1112, sur lequel va venir se fixer en liaison
pivot le plateau de mesure 1111, ledit second bloc roulera dans des moyens de guidage
131 portés par la barre de liaison 13.
[0057] Le plateau de mesure 1111 présente une forme sensiblement parallélépipédique rectangle,
de longueur L (selon l'axe transversal Y) supérieure à une largeur du rail. Le plateau
de mesure 1111 présente une largeur telle qu'une distance entre les plaques verticales
d'extrémités des bras de liaison soit suffisamment courte pour que le dispositif de
mesure reste assimilable à un système de mesure de corde à trois points.
[0058] Le plateau de mesure 1111 est suffisamment rigide pour être insensible à la flexion
que peut subir le chariot de guidage 10.
[0059] Le plateau de mesure 1111 est avantageusement réalisé dans un matériau en aluminium
ou en acier traité.
[0060] Le plateau de mesure 1111 comporte, au niveau de flancs longitudinaux 11111, des
chapes 11112, figures 7a et 7b. Chaque flanc longitudinal 11111 comporte une double
chape. Au total, le plateau de mesure 1111 comporte quatre chapes 11112. Dans chaque
double chape se monte sans jeu un arbre 11113 porté par des paliers à roulement montés
serrés. Chaque arbre 11113 est solidarisé respectivement à un bras de mesure20 décrit
ultérieurement.
[0061] L'embase de mesure 1112 présente une forme sensiblement parallélépipédique rectangle.
[0062] Dans un exemple de réalisation, l'embase de mesure 1112 présente une largeur sensiblement
identique à la largeur du plateau de mesure.
[0063] L'embase de mesure 1112, au niveau d'une première face, est solidaire d'une face
dite inférieure 11114, du plateau de mesure 1111. Seule une rotation selon l'axe vertical
Z entre le plateau de mesure 1111 et l'embase de mesure 1112 est autorisée. Le but
recherché est de permettre au chariot de guidage 10 de former un angle avec les bras
de mesure (toujours alignés) lorsque le dispositif de mesure 1 entre ou sort d'une
courbe de la voie ferrée 5.
[0064] L'embase de mesure 1112, au niveau d'une seconde face, opposée à la première face,
est en liaison glissière avec la barre de liaison 13. Ladite embase de mesure 1112
comporte deux trains de galets qui roulent sur les moyens de guidage 131 portés par
ladite barre de liaison.
[0065] Les moyens de guidage 131 sont destinés à permettre le déplacement latéral, selon
l'axe transversal Y, de la première plateforme 11.
[0066] Dans un mode de réalisation préféré, les moyens de guidage 131 sont deux rails de
guidage parallèles, préférentiellement en acier traité, insérés dans ladite barre
de liaison.
[0067] Les galets présentent une forme complémentaire à la forme des rails de guidage.
[0068] La forme des galets est définie de telle sorte que lesdits galets maintiennent l'embase
de mesure 1112 solidaire de la barre de liaison 13 de sorte à permettre une rotation
selon l'axe vertical Z, tout en permettant une translation d'axe transversal Y. Cette
translation d'axe transversal Y permet, via le plateau de mesure 1111, en liaison
pivot d'axe vertical Z avec cette embase de mesure 1112 mais solidaire de lui dans
cette même direction verticale, aux bras de mesure 20 de matérialiser la corde dès
lors qu'une courbe se crée sur la voie.
[0069] L'empattement entre les deux trains de galet a une importance particulière et doit
être un certain nombre de fois la valeur de l'entraxe des deux rails de guidage sur
lequel ces trains de galets roulent et ce afin d'éviter que l'embase de mesure puisse
glisser dans une direction autre que parallèle auxdits rails de guidage. L'importance
de ce guidage parallèle est rendu nécessaire par la volonté d'éviter tous efforts
non normaux aux bras de mesure et donc de favoriser d'éventuelles flexions.
[0070] La minimisation des flexions permet de rendre la mesure de flèches horizontales pour
le dressage par le dispositif de mesure 1 juste et fidèle, mais surtout de rendre
cette mesure totalement indépendante du paramètre du dévers et donc de mesurer le
dressage des voies ferrées même dans les extrémités de l'étendue de mesure du dévers,
c'est-à-dire en courbe de grand dévers, jusqu'à 220mm.
[0071] En conclusion, la liaison solidaire entre la barre de liaison 13 et la première plateforme
11 du chariot de guidage se résume uniquement à une translation d'axe transversal
Y. Une translation d'axe horizontal X est impossible car il y a absence de jeu entre
les galets et les rails de guidage 131 respectifs. Une translation d'axe vertical
Z est impossible car les galets et les rails de guidage respectifs sont de formes
complémentaires. La forme complémentaires des galets et des rails de guidage respectifs
ainsi que l'absence de jeu empêche le tangage du dispositif de mesure, soit empêche
la rotation selon l'axe transversal Y. Une rotation selon l'axe horizontal X et l'axe
vertical Z est impossible du au fait que les deux trains de galets sont séparés par
un empattement prédéfini.
[0072] La seconde plateforme 12 comporte un ensemble de roulage 120, comme pour la première plateforme 11, destiné
à prendre appui et à faire rouler la seconde plateforme 12 sur la seconde file de
rail 7.
[0073] L'ensemble de roulage 120 comprend au moins une roue 1201 destinée à venir s'appuyer
sur le plan de roulement 72 du second rail 7. Dans un exemple préféré de réalisation,
illustré sur la figure 1, une unique roue 1201 est appuyée sur le rail.
[0074] Un train de galets d'appui 1202 est destiné à être positionné contre un flanc intérieur
73 du champignon 71 du second rail 7, situé en vis-à-vis du champignon 61 du premier
rail 6.
[0075] Dans un exemple non limitatif de réalisation, le train de galets d'appui 1202 comprend
trois galets d'appui.
[0076] L'ensemble de roulage 120 comporte en outre des moyens magnétiques (non représentés)
destinés à maintenir plaqué la roue 1201, et par conséquent la seconde plateforme
12, contre le second rail 7, pour éviter les déraillements de ladite seconde plateforme.
[0077] Dans un exemple de réalisation, les moyens magnétiques sont un unique bloc aimanté.
[0078] Les moyens magnétiques sont destinés à être disposés contre un flanc du champignon
du rail.
Les bras de mesure 20
[0079] Chaque bras de mesure 20 est assimilé à une poutre suffisamment rigide de sorte à
résister à la torsion et la flexion lors du déplacement du dispositif de mesure sur
la voie ferrée.
[0080] Chaque bras de mesure 20 comprend une âme 21 de longueur L
b prédéfinie comportant, à des extrémités longitudinales 22, une plaque de renfort
23, 24 et destinée à assurer la liaison avec le chariot de guidage 10.
[0081] Les bras de mesure 20 sont destinés à être positionnés, lorsque le dispositif de
mesure 1 est placé sur la voie ferrée 5, de sorte que leurs âmes 21 sont dans l'axe
longitudinal X et les plaques de renfort 23, 24 dans l'axe transversal Y.
[0082] Une plaque de renfort, dite première plaque externe 23, de chaque bras de mesure
20 comprend des premiers moyens de liaison 231 destinés à se solidariser avec le plateau
de mesure 1111 de l'ensemble de liaison 111 de la première plateforme 11 du chariot
de guidage 10.
[0083] Dans un exemple préféré de réalisation, les premiers moyens de liaison 231 sont un
mors présentant une forme sensiblement parallélépipédique dont une face 2311, destinée
à être positionnée en regard de l'arbre 11113, est évidée de façon triangulaire, de
telle sorte que le positionnement du mors 231 (évidement triangulaire) sur l'arbre
11113 (forme sensiblement circulaire) assure une liaison trois points, donc une absence
de jeu entre eux, ce qui à terme minimise les erreurs de mesure des flèches horizontale
et verticale.
[0084] Dans un mode de réalisation d'une première plaque externe 23, ladite première plaque
externe comporte des raidisseurs 232 au niveau d'une face 233 des premières plaques
de renfort 23 en vis-à-vis de l'ensemble de liaison.
[0085] Dans un exemple non limitatif , les raidisseurs 232 sont des nervures.
[0086] De préférence, la première plaque externe 23 présente une longueur, selon l'axe transversal
Y, sensiblement égale à la longueur L du plateau de mesure 1111 du chariot de guidage
10.
[0087] La seconde plaque de renfort, dite seconde plaque externe 24, de chaque bras de mesure
20 comprend des seconds moyens d'accrochage 241 avec le chariot de stabilisation 30.
[0088] Dans un mode de réalisation d'une seconde plaque externe 24, ladite seconde plaque
externe comporte des raidisseurs 242 au niveau d'une face 243 de la seconde plaque
externe opposée à la face liée à l'âme du bras de mesure.
[0089] Dans un mode de réalisation d'une âme 21 d'un bras de mesure 20, l'âme 31 présente
une structure de type treillis triangulé avec un choix d'entraxe des tubes composant
le treillis qui les rendent éloignés de la fibre neutre de l'âme.
[0090] Dans un exemple de réalisation, l'âme 31 est un prisme droit à base triangle formé
par un assemblage de tubes sous forme d'un treillis, de largeur (selon l'axe transversal
Y) inférieure à la longueur de la première plaque externe. L'âme 31 comporte en outre
une jambe de force 211 pour limiter la torsion.
[0091] Dans un autre exemple de réalisation, l'âme 21 est un parallélépipède quelconque
formé par un assemblage de tubes sous forme d'un treillis, de largeur (selon l'axe
transversal Y) sensiblement égale à la longueur de la première plaque.
[0092] De préférence, afin de minimiser la génération de flexion, chaque bras de mesure
20 est réalisé en monobloc.
[0093] Chaque bras de mesure 20 est fixé solidairement respectivement à un arbre 11113 monté
dans une double chape 11112. Ce montage sert à constituer l'interface avec les premières
plaques externes 23 des bras de mesure. Les premières plaques externes 23, du côté
du chariot de guidage, comportent chacune deux mors 231, préférentiellement en acier
traité, qui vient reposer sur deux arbres 11113, préférentiellement en acier traité,
portés par une double chape. La liaison ainsi formée est purement trois points, donc
sans possibilité de jeux. Ces doubles chapes portent des arbres montés sans jeu, 5
les mors 231 disposés sur les premières plaques externes 23 des bras de mesure sont
positionnés et maintenus toujours sur une même face de chaque double chape, chacun
par un système de brides 26 et de sauterelles 27, illustré figure 6, assurant la mise
et le maintien en position et ce, afin de ne jamais avoir de décalage du zéro de la
mesure de flèche.
[0094] L'unique degré de liaison entre les bras de mesure 20 et le chariot de guidage 10
est une rotation d'axe transversal Y. Cette unique rotation est possible via le principe
du mors qui enserre les axes tenus par les doubles chapes. Il n'existe pas d'autre
rotation, ni aucune translation selon l'un quelconque des trois axes.
[0095] La distance entre l'axe des deux doubles chapes de chaque côté du plateau de mesure
doit être suffisamment grande pour que le guidage soit rigoureux afin d'éviter un
éventuel fléchissement. Cette distance doit être supérieure à une fraction de la longueur
de chaque bras de mesure. Cette distance joue un rôle important dans l'obtention d'une
rigidité globale de la corde de mesure représentée par les deux bras de mesure liaisonnés
au niveau de ce plateau de mesure.
[0096] Dans un exemple non limitatif de réalisation, une telle distance est de 7,4% de la
longueur du plus long bras de mesure.
[0097] De préférence, les bras de mesure sont réalisés dans un matériau léger, par exemple
en aluminium.
Les chariots de stabilisation 30
[0098] Les chariots de stabilisation 30 sont sensiblement identiques. La description se
fera uniquement sur un chariot de stabilisation.
[0099] Un chariot de stabilisation 30 comporte, comme illustré sur les figures 8 à 10 :
- une plateforme 31 destinée à être positionnée sur la première file de rail 6, comportant
trois ensembles de roulage 311 en série le long de l'axe longitudinal X,
- un quatrième ensemble de roulage 32 destiné à être positionné sur la seconde file
de rail 7,
- une traverse rigide 33 destinée à relier la plateforme 31 au quatrième ensemble de
roulage 32.
[0100] Les trois ensembles de roulage 311a, 311b sont espacés les uns de l'autre, selon
l'axe longitudinal X, d'une distance telle que la distance formée entre l'ensemble
de roulage dit central 311a et les deux ensembles de roulage dits externes 311b permettent,
via des bielles rotulées, de prévenir le déraillement du dispositif de mesure, le
moment nécessaire au décollement des aimants solidaires des dits ensemble de roulement
étant d'autant plus grand que l'espacement entre ces ensembles de roulage est grand.
[0101] L'ensemble de roulage central 311a est solidaire de la deuxième plaque externe 24
d'un bras de mesure 20.
[0102] Dans un exemple non limitatif , l'ensemble de roulage central 311a est solidaire
de la deuxième plaque externe 24 par une équerre dotée d'un alésage qui porte le palier
dans lequel s'emmanche l'axe de la roue.
[0103] Les trois ensembles de roulage 311a, 311b de la plateforme 31 du chariot de stabilisation
30 comprennent chacun au moins une roue 3111 destinée à venir s'appuyer sur le plan
de roulement 62 du premier rail 6. Dans un exemple préféré de réalisation d'un ensemble
de roulage, illustré sur la figure 10, une roue est appuyée sur le rail.
[0104] Des trains de galets d'appui 3112 sont destinés à être positionnés contre le flanc
intérieur 63 du champignon 61 de la première file de rail 6. Dans un exemple préféré
de réalisation, illustré sur la figure 10, deux trains de galets d'appui prennent
appui contre la première file de rail.
[0105] Dans un exemple de réalisation, le train de galets d'appui des trois ensembles de
roulage central comprend trois galets d'appui afin de pouvoir franchir aisément les
lacunes des rails.
[0106] Les trains de galets 3112 sont espacés l'un de l'autre, selon l'axe longitudinal
X, d'une distance telle que cette distance soit supérieure à la longueur d'une lacune
maximale existante en voie. Les trois ensembles de roulage 311 a, 311 b comportent
en outre des moyens magnétiques 3113 destinés à maintenir plaquer la roue 3111, et
par conséquent la plateforme 31, contre la première file de rail 6, pour éviter les
déraillements de ladite plateforme.
[0107] Dans un exemple non limitatif de réalisation, les moyens magnétiques 3113 sont des
blocs aimantés, préférentiellement au nombre de deux pour l'ensemble de roulage central
311a et au nombre de un pour les deux autres ensembles de roulage 311 b.
[0108] Les moyens magnétiques 3113 sont destinés à être disposés contre un flanc du champignon
du rail. Dans l'exemple de la figure 9, les moyens magnétiques sont disposés contre
le flanc intérieur 63 afin de ne présenter aucune gêne dans le franchissement des
appareils de voie et des platelages de passage à niveau. Ce flanc intérieur étant
garanti d'être libre, puisque c'est sur lui que vient prendre appui le boudin des
roues des véhicules ferroviaires.
[0109] Le quatrième ensemble de roulage 32 est destiné à prendre appui et à rouler sur la
seconde file de rail 7.
[0110] Le quatrième ensemble de roulage comprend une roue 321 destinée à venir s'appuyer
sur le plan de roulement 72 de la seconde file de rail 7.
[0111] La traverse rigide 33 relie la roue 3111 de l'ensemble de roulage central 311 a à
la roue 321 du quatrième ensemble de roulage 32.
[0112] La traverse rigide 33 est positionnée de sorte à se retrouver selon l'axe transversal
Y, lorsque le dispositif de mesure 1 est en place sur la voie ferrée.
[0113] Les deux ensembles de roulage externes 311 b sont reliés à la traverse rigide 33,
via une poutre 34. Une première extrémité de la poutre reliant ladite poutre à un
cadre mobile coulissant 35 sur la traverse est une liaison pivot. Il n'y a ainsi pas
de rotation par rapport à la traverse rigide 33, mais un degré de liberté en translation
selon l'axe transversal Y et un degré de liberté en translation selon l'axe vertical
Z. Ledit cadre mobile coulissant 35 fait l'interface avec la traverse rigide 33 et
permet de ne pas impacter la mesure de flèche horizontale par le grand empattement
entre les deux ensembles de roulages externes 311 b. Ce cadre mobile coulissant 35
permet également de rendre le comportement du chariot de stabilisation insensible
au gauche de la voie. En effet, le gauche est la distance d'un point aux plans formés
par les quatre autres. S'il n'y a que trois points de contact roue/ rail, deux sur
une file de rail et un sur la file opposée, il ne peut y avoir de gauche. Ce cadre
mobile, permet au chariot de stabilisation d'avoir ce mode de réalisation en rendant
les roues des ensembles de roulage externes indépendantes dans les plans verticaux
et latéraux des roues portant la traverse. Une seconde extrémité de la poutre, opposée
à la première extrémité, reliant la poutre à l'ensemble de roulage externe est une
liaison rotule.
[0114] La traverse rigide 33 comporte une liaison glissière 36 à laquelle sont reliées solidairement
deux bielles rotulées 361, lesdites deux bielles rotulées étant reliées solidairement
chacune à une poutre.
[0115] La liaison glissière 36 est destinée à empêcher les décrochements ou déraillements
de la roue 321 du quatrième ensemble de roulage 32 de la seconde file de rail 7 et
fausser les mesures enregistrées par le dispositif de mesure. De tels décrochements
ou déraillements pourraient apparaître lorsque la voie ferrée présente une courbe
ou tout simplement lorsque des éléments perturbateurs, tels que des cailloux, sont
sur le plan de roulement 72 de la seconde file de rail 7.
[0116] Chaque bielle rotulée 361 est solidarisée à un ensemble de roulage externe 311 b
par une rotule 37. La liaison entre un bras de mesure 20 et un chariot de stabilisation
30 est donc une liaison rotule, ce qui permet une rotation selon les trois axes X,
Y et Z. Il n'existe pas de translation possible sur lesdits trois axes.
[0117] Le chariot de stabilisation 30 comporte en outre un moyen de rappel élastique 38
reliant la liaison glissière à une extrémité de la traverse se situant du coté du
quatrième ensemble de roulage. Ce moyen de rappel élastique permet avantageusement
de maintenir l'ensemble de roulage central 331a plaqué contre la première file de
rail 6.
[0118] Le dispositif de mesure 1 comporte également un dispositif de localisation de la
position odométrique (non représenté) des points fixes sur la voie ferrée.
[0119] Le dispositif d'odométrie permet la détermination de la mesure d'une distance parcourue
sur la voie par le dispositif de mesure 1.
[0120] Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif d'odométrie comporte un codeur
incrémental visant une roue dentée du dispositif de mesure. Dans un exemple de réalisation,
le dispositif d'odométrie est positionné sur la roue 1201 de l'ensemble de roulage
120 de la seconde plateforme 12 du chariot de guidage 10.
[0121] Dans un autre mode de réalisation, le dispositif d'odométrie comporte un dispositif
auxiliaire de localisation, par exemple du type par satellite tel que le système dit
GPS (Global positioning system). Un tel dispositif auxiliaire permet de prélocaliser
le dispositif de mesure sur la voie en assurant un repérage absolu approximatif.
[0122] Le dispositif de mesure 1 comporte en outre des premiers moyens de mesure (non représenté)
pour la mesure du devers et du gauche de la voie ferrée 5.
[0123] Les premiers moyens de mesure du devers sont préférentiellement un inclinomètre destiné
à mesurer un angle dans le plan Y0Z.
[0124] Les premiers moyens de mesure permettent d'une part la mesure directe du devers de
la voie ferrée et d'autre part la mesure indirecte du gauche, via une mesure différentiel
du devers.
[0125] Dans un mode de réalisation, l'inclinomètre est positionné sur la barre de liaison
13 du chariot de guidage 10.
[0126] Dans un autre mode de réalisation, l'inclinomètre est positionné sur la traverse
33 du chariot de stabilisation 30.
[0127] Le dispositif de mesure 1 comporte en outre des deuxièmes moyens de mesure (non représentés)
pour la mesure d'écartement de la voie ferrée.
[0128] Les deuxièmes moyens de mesure sont préférentiellement un capteur de déplacement
linéaire destiné à mesurer une variation de l'écartement entre les deux files de rail.
[0129] Avantageusement, le capteur de déplacement est positionné sur la barre de liaison
13 du chariot de guidage 10, selon l'axe transversal Y.
[0130] Dans un exemple non limitatif de réalisation, le capteur de déplacement est positionné
sur une face, dite horizontale, de la barre de liaison du chariot de guidage, lorsque
le dispositif de mesure est en place sur la voie ferrée afin de mesurer différentiellement
la position du plateau de mesure portant les éléments de roulage et de la barre de
liaison.
[0131] Dans un exemple de réalisation, le capteur de déplacement est relié à la barre de
liaison par des tétons de centrage et des boulons.
[0132] De préférence, le capteur de déplacement est un capteur de type magnétostrictif,
par exemple le capteur MKS de la société TWK.
[0133] Le dispositif de mesure 1 comporte en outre des troisièmes moyens de mesure 2 pour
la mesure directe de la flèche horizontale. La mesure de la flèche horizontale donne
l'information sur le dressage de la première file de rail.
[0134] Le dressage de la seconde file de rail est avantageusement déterminé à partir de
la mesure de l'écartement et celle de la flèche horizontale de la première file de
rail.
[0135] Les trois chariots (de guide et de stabilisation) sont en contact avec la première
file de rail et les bras de mesure matérialisent une corde rigide. Le dispositif de
mesure 1 est ainsi assimilable à un système de mesure à corde à trois points.
[0136] Lorsque la voie ferrée présente une courbe, on observe un déplacement selon l'axe
transversal Y des deux bras de mesure 20 rigides matérialisant la corde et rendus
solidaires par l'embase de mesure du chariot de guidage par rapport à la barre de
liaison dudit chariot de guidage. Il est alors possible de réaliser une mesure directe
de la flèche horizontale.
[0137] Les troisièmes moyens de mesure sont préférentiellement des capteurs de déplacement
linéaire.
[0138] Avantageusement, le capteur de déplacement est positionné sur la barre de liaison
du chariot de guidage, selon l'axe transversal Y.
[0139] De préférence, le capteur de déplacement est un capteur de type magnétostrictif,
par exemple le capteur MKS de la société TWK.
[0140] Dans un exemple non limitatif de réalisation, le capteur de déplacement est positionné
sur la face verticale de la barre de liaison du chariot de guidage comportant les
moyens de coulissage afin de mesurer différentiellement le déplacement du plateau
de mesure, solidaire des deux bras de mesure.
[0141] L'embase de mesure comporte sur une de ses faces verticales, un point d'accroche,
rotulé de la bielle de liaison avec le capteur de déplacement linéaire.
[0142] De préférence, le capteur de déplacement est un capteur de type magnétostrictif,
par exemple le capteur MKS de la société TWK.
[0143] Le dispositif de mesure comporte en outre des quatrièmes moyens de mesure 3 pour
la mesure indirecte de la flèche verticale. La mesure de la flèche verticale donne
l'information sur le nivellement relatif de la première file de rail.
[0144] Le nivellement de la seconde file de rail est avantageusement déterminé à partir
de la mesure de devers et celle de la flèche verticale de la première file de rail.
[0145] Lorsque la voie ferrée présente des différences de hauteur, on observe un déplacement
selon l'axe vertical Z d'au moins un des deux bras de mesure rigides matérialisant
la corde et rendus solidaires par l'embase de mesure du chariot de guidage. Il est
alors possible de réaliser une mesure indirecte de la flèche verticale, au signe près,
et par conséquent du nivellement relatif.
[0146] Les quatrièmes moyens de mesure sont préférentiellement un capteur de déplacement
linéaire.
[0147] Avantageusement, le capteur de déplacement est positionné sur les deux bras de mesure
20, à proximité des premières plaques externes desdits bras de mesure, selon l'axe
longitudinal X.
[0148] De préférence, le capteur de déplacement est un capteur de type magnétostrictif,
par exemple le capteur MKS de la société TWK.
[0149] Préférentiellement, le capteur de déplacement est positionné sur la partie la plus
éloignée de l'ensemble de roulage du chariot de guidage, c'est-à-dire la partie la
plus haute par rapport à la voie ferrée lorsque le dispositif de mesure est en place
sur la voir ferrée.
[0150] Des extrémités des bras de mesure positionnées du côté du chariot de guidage comportent
des éléments de fixation des deux parties d'un capteur de déplacement, comme illustré
sur la figure 6.
[0151] Dans un mode de réalisation préféré, les éléments de fixation sont des axes coniques
filetés, emmanchés dans un tube du treillis constituant le bras de mesure préalablement
percé et alésé coniquement.
[0152] Dans ce mode de réalisation, un axe conique fileté est monté par bras de mesure.
[0153] Dans un exemple de réalisation, le capteur de déplacement est fixé solidaire de l'axe
conique fileté d'un bras de mesure, la partie mobile du capteur de déplacement est
reliée par une bielle rotulée, à l'extrémité de l'axe conique fileté emmanché sur
le bras de mesure opposé.
[0154] L'obtention des paramètres de devers et de gauche à partir des signaux obtenus avec
les premiers et seconds moyens de mesure est de type connu en soi et ne sera décrit
ici.
[0155] La possibilité d'obtenir un profil absolu de nivellement (respectivement de dressage)
à partir d'une mesure relative du signal de flèche verticale (respectivement horizontale)
obtenu avec les quatrièmes moyens de mesure (respectivement troisièmes moyens de mesure)
est de type connu en soi.
[0156] Dans un exemple de réalisation, le profil absolu de nivellement (respectivement le
profil absolu de dressage) de la voie ferrée est obtenu au moyen d'un procédé de déconvolution
du signal de flèche verticale (respectivement horizontale) obtenu avec les quatrièmes
moyens de mesure (respectivement troisièmes moyens de mesure) et d'un masque de convolution
du dispositif de mesure idéalisé.
[0157] Ce procédé présente cependant l'inconvénient de ne pas pouvoir réaliser d'estimation
en temps réel. Il présente également des difficultés pour l'obtention des profils
absolus de nivellement (respectivement de dressage) notamment aux petites longueurs
d'ondes. Le masque de convolution, dans le cas de dispositifs de mesure complexe,
décrit davantage le principe de mesure que la configuration de mesure réelle du dispositif
de mesure et tenant compte de la réalisation des liaisons cinématiques etc. qui font
qu'un dispositif de mesure est rarement d'un type trois points pur.
[0158] De manière connue en soi, une mesure de type 3 points est une mesure de flèches,
c'est-à-dire une mesure relative visant à obtenir une différence orthogonale entre
une matérialisation d'une corde dont les extrémités sont en contact avec le rail et
un point du rail situé entre ces deux extrémités. Ce point peut être situé à égale
distance des extrémités, ou à une distance quelconque.
[0159] Dans un autre mode de réalisation, l'obtention des paramètres de dressage et de nivellement
à partir des signaux obtenus avec les troisièmes et quatrièmes moyens de mesure est
obtenu à partir d'un procédé de traitement tel que maintenu décrit.
[0160] De manière connue en soi, le terme de dressage désigne la description du tracé de
la voie ferrée dans un plan horizontal, XOY, tel que présenté sur la figure 1. Cette
description peut se faire selon deux modes. Respectivement, le terme de nivellement
désigne la description du tracé de la voie ferrée dans un plan vertical, XOZ, tel
que présenté sur la figure 1.
[0161] Le premier mode est constitué par une représentation cartésienne, superposant ce
que l'homme du métier désigne comme tracé plan : un ensemble d'arcs de cercles et
d'alignements, reliés entre eux par des clothoïdes ou branches de spirale de Cornu,
qui sont parfois remplacés par des approximations en paraboles cubiques ; avec les
défauts de positionnement de la voie ferrée. Ce premier mode de description peut être
qualifié d'absolu, car il se fait dans une référence absolue, indépendante de tout
dispositif de mesure relatif, de dimension finie. Cette description peut aisément
se faire par une série de Fourier, dans laquelle chaque composante sinusoïdale participe
à la description globale du tracé en plan ou en long (selon si l'on parle de dressage
ou de nivellement) ainsi que des défauts de longueurs d'onde plus ou moins importantes.
L'homme du métier admet qu'une séparation franche existe entre la porteuse de ces
signaux « absolus » décrivant le tracé et les composantes fréquentielles de plus hautes
fréquences, décrivant des défauts superposés, plus ou moins courts.
[0162] Ce tracé cartésien, correspondant à une fonction y=e(x) où x est l'abscisse curviligne,
le long de la voie ferrée (l'abscisse curviligne est habituellement assimilée à l'abscisse
cartésienne, comme dans la demande de brevet
WO 2004/029825) (respectivement, z=e(x) pour le nivellement). Cette fonction peut être décrite par
une série de Fourier. On représentera donc avantageusement le profil absolu de la
voie ferrée par une somme de sinusoïde.
[0163] L'autre mode de description est celui caractérisé par des flèches horizontales et/ou
verticales selon que l'on décrive le tracé dans le plan horizontal et/ou vertical.
Ce signal de flèches, y2=v(x), respectivement z2=v(x), est aussi une fonction de l'abscisse
curviligne et des relations mathématiques existent entre ledit signal de flèches et
le signal absolu dont il est question au paragraphe ci-dessus.
[0164] Il est également clair et évident que ce procédé de traitement d'un signal de mesure
de flèche, qu'elle soit verticale ou horizontale, peut être adapté à tout type de
dispositif de mesure, autre que celui décrit, adapté à la mesure de ladite flèche.
[0165] Un dispositif de mesure sur base relative, quel qu'il soit est caractérisé par une
fonction de transfert. Ladite fonction de transfert fait le lien entre les amplitudes
et phases des composantes fréquentielles du signal d'entrée (représentant les profils
absolus de voie mesurés) et celles des composantes fréquentielles du signal de sortie.
Ces fonctions de transfert servent uniquement pour la modélisation des paramètres
de nivellement et de dressage. Lesdits paramètres du nivellement et du dressage sont
mesurés par le dispositif de mesure à l'aide d'un principe de mesure à corde de type
trois points correspondant à des mesures de flèches verticales et horizontales.
[0166] Le procédé de traitement des données de mesures du nivellement et du dressage (flèches)
décrit est avantageusement adapté à l'obtention de flèches extrapolées sur des bases
de mesure allongées ou bien à l'obtention de composantes du signal sur des domaines
de longueur d'onde précis pour lesquelles leurs amplitudes ont été restaurées à leur
valeur vraies, c'est-à-dire à l'obtention de profils absolus sur des bandes passantes
spécifiques. De telles bandes passantes sont par exemple les domaines de longueurs
d'onde [3m ; 25m] et [25m ; 70m] connus de l'homme du métier, ou D1 et D2 tels que
définis par la norme NF EN 13848-1. Par base de mesure, on entend la matérialisation
de la corde du principe de mesure.
[0167] Par flèches obtenues sur base longue, ou en contracté base longue ou base allongée,
on entend, un signal de flèches obtenues par post traitement sur une base virtuellement
longue. Ce signal « allongé » est obtenu à partir d'un signal physique, réel mesuré
sur une base de mesure réelle d'un dispositif tel que décrit précédemment. Ces flèches
obtenues sur base longue doivent correspondre exactement aux flèches que l'on obtiendrait
vraiment avec un système de mesure à corde de longueur égale à la longueur de la base
virtuellement longue ou allongée.
[0168] Le procédé d'estimation d'un profil absolu d'une voie ferrée à partir de signaux
de flèches obtenus par le dispositif de mesure 1 comporte une étape d'application
50 d'un filtre 51 à réponse impulsionnelle sur les signaux de flèches , ledit filtre
à réponse impulsionnelle étant caractérisé par une fonction polynomiale dont les coefficients
sont déterminés à partir d'une fonction de transfert inverse dudit dispositif de mesure.
[0169] La mise en oeuvre du procédé concerne en fait deux paramètres que sont le nivellement
et le dressage car il s'agit de deux paramètres constituant une approche de mesure
indirecte de ce que l'on qualifie de nivellement et dressage. Le nivellement est décrit
soit dans le cadre d'une mesure à corde par des flèches tout comme le dressage soit
par une description cartésienne, absolue.
[0170] L'entrée du dispositif de mesure est constituée par le profil « absolu » de la voie
ferrée (ladite description cartésienne) qui peut être assimilé comme vu à un signal
à plusieurs composantes sinusoïdales allant des basses aux hautes fréquences.
[0171] Le profil absolu de la voie ferrée peut être représenté comme une somme de sinusoïdes
de longueurs d'onde différentes. La porteuse est basée sur les composantes de grandes
longueurs d'ondes liées au profil en long. On retrouve d'autres sinusoïdes superposées.
[0172] En faisant l'hypothèse que le dispositif de mesure est un dispositif linéaire continu
et invariant, on peut représenter son entrée comme la somme de plusieurs signaux et
donc étudier le passage des composantes une à une à travers le filtre à réponse impulsionnelle
que constitue le dispositif de mesure. Si on observe donc le passage des composantes
une à une, on a en entrée un signal sinusoïdal caractérisé par son amplitude et sa
longueur d'onde spatiale.
[0173] La sortie est représentée par le tracé de v(x) qui est un signal constitué des flèches
mesurées par le dispositif de mesure 3 points sur cette sinusoïde ou bien un signal
de variation de hauteur par rapport à un plan moyen, tel que par exemple le système
MAUZIN.
[0174] Cette sortie est dans tous les cas sinusoïdale également. Une représentation correcte
du nivellement (qui est une amplitude par rapport à un profil moyen) peut être donnée
par le tracé des flèches de nivellement prises sur une certaine longueur de corde.
[0175] Cette vision induit une distorsion de la réalité.
[0176] Cette question se pose également de la même manière pour le dressage, seul le plan
est différent.
[0177] Un système de mesure se comporte comme un filtre qui amplifie ou atténue les amplitudes
des composantes du signal d'entrée selon leur longueur d'onde. Pour caractériser la
fonction de transfert FT, on a en entrée l'amplitude du signal représentant le profil
vertical de la voie (profil absolu de nivellement), respectivement profil horizontal
de la voie (profil absolu de dressage), et en sortie l'amplitude de v(x), signal représentant
le tracé des flèches de nivellement, respectivement tracé des flèches de dressage.
[0178] Le tracé des flèches de nivellement ou de dressage est donc un signal filtré à partir
des signaux absolus caractérisant la voie ferrée que l'on mesure.
[0179] La fonction de transfert d'un système à corde ou de type différence hauteur par rapport
à hauteur moyenne d'un châssis (principe MAUZIN) va donc être caractérisée par son
module et son argument. La fonction de transfert est une fonction de la longueur d'onde
des composantes des défauts de nivellement ou de dressage et des profils en long et
en plan (porteuses). La connaissance de la fonction de transfert permet de connaitre
pour chaque composante sinusoïdale, l'atténuation ou l'amplification de l'amplitude
de la composante (ayant même longueur d'onde) du signal d'entrée ainsi que le déphasage.
[0180] Le module est défini pour chaque longueur d'onde des composantes sinusoïdales comme
le rapport de l'amplitude du signal de flèches (signal de sortie) sur l'amplitude
du signal d'entrée (ou profil absolu). L'argument correspond lui à une différence
de phase. On a donc pour une composante de λ donné, FT(λ)=b/a où b est l'amplitude
de la composante de longueur d'onde λ dans le signal de sortie et a l'amplitude de
la composante de longueur d'onde λ dans le signal d'entrée.
[0181] Le module et l'argument de la fonction de transfert sont une application de R dans
R, il s'agit d'une fonction de λ (et de l'asymétrie de la base de mesure). Cette fonction
est bornée puisque le module ne peut varier qu'entre 0 et 2. La corde servant de base
de mesure étant limitée, on comprend que les systèmes de type 3 points sont des filtres
passe haut. L'atténuation est donc de plus en plus importante aux grandes et très
grandes longueurs d'ondes. Le module tend vers 0 quelque soit le type de système caractérisé
par une fonction de transfert. Il tend plus ou moins rapidement vers ce 0.
[0182] Pour rappel, les systèmes de mesure à corde de type trois points sont considérés
comme linéaires continus et invariants ce qui permet d'utiliser le théorème de la
superposition. Ainsi, l'étude des systèmes se fait réponse sinusoïdes par sinusoïdes.
On compare donc la réponse sinusoïdale d'un système à corde à une entrée sinusoïdale
à celle d'un autre système de base de mesure plus grande.
[0183] Pour une longueur d'onde λ donnée, e(x) est l'entrée mesurée (une des composantes
sinusoïdales du profil absolu de la voie ou une représentation simplifiée de la voie)
et E son amplitude ; e(x)=E.cos(ω,.x), avec ω la pulsation spatiale
pour une longueur d'onde donnée.
[0184] Il vient facilement que l'amplitude de la sortie v(x) du dispositif de mesure 1,
appelée signal des flèches vaut V
1=FT
1 .E où FT
1 est la valeur du module de la fonction de transfert du dispositif de mesure pour
ce λ donné.
[0185] De même, dans les mêmes conditions, pour un autre dispositif de mesure du même type
mais de base plus longue :
V2=FT2.E où FT2 est la valeur du module de la fonction de transfert du dispositif de mesure pour
une longueur d'onde λ2 donnée.
or, comme E=V1/ FT1 on a bien V2= (FT2/ FT1).V1.
[0186] Ainsi, toujours pour λ donné, pour obtenir l'amplitude du signal de la flèche d'un
système à base longue à partir d'un signal de flèche à base courte, il convient de
multiplier l'amplitude du signal de flèches base courte par le rapport des modules
des Fonctions de Transfert pour ce λ considéré. Pour l'obtention d'un profil « absolu
», on multiplier uniquement par l'inverse du module de la fonction de transfert du
système de mesure.
[0187] A titre illustratif, un exemple numérique est donné ci-après :
L'entrée est caractérisée par son amplitude et sa longueur d'onde (E et λ), l'amplitude
de l'entrée est l'amplitude de la sinusoïde par rapport à la ligne de foi (0) soit
l'amplitude par rapport au profil moyen de la voie. E=10mm et λ=25m.
[0188] La sortie ou réponse du dispositif de mesure 1 (base symétrique 10m 2c=10m) caractérisé
par le module de sa Fonction de Transfert a pour caractéristique une amplitude (généralement
différente de celle de l'entrée) mais une même longueur d'onde. Son amplitude vaut
ici 0,69*E soit 6,9mm.
[0189] Pour une même entrée mais avec un système de mesure à corde symétrique de 20m 2c=20m,
l'amplitude du signal de sortie vaut : 1,81*E soit 18,1 mm.
[0190] 0,69 et 1,81 sont les modules des fonctions de transfert base 10m et base 20m pour
ce λ donnée (25m).
[0191] Si on avait multiplié l'amplitude du signal de sortie 1 par 2,623 (=1,81 /0,69) on
aurait bien obtenu 1,81 mm soit l'amplitude du signal de sortie du système à corde
extrapolé.
[0192] Le principe général sur lequel se base le procédé consiste donc à exprimer pour toutes
longueurs d'onde, le rapport des modules de la fonction de transfert du système extrapolé
sur la fonction de transfert du dispositif de mesure réelle. Ou l'inverse du rapport
des modules, si on souhaite retrouver, l'entrée du dispositif de mesure, soit le profil
absolu de la voie.
[0193] Ainsi, pour un signal de sortie, somme de plusieurs sinusoïdes de longueurs d'onde
différentes, il conviendra de multiplier l'amplitude de chaque composante par le rapport
des modules pour cette composante donnée (à un λ donné). Le signal total ainsi modifié
représentera le signal de flèches que l'on obtiendrait avec un système à corde extrapolée.
[0194] Il est en revanche, nécessaire de ne pas perdre de vue, que dans le cas général,
la correction des amplitudes doit également s'accompagner d'une correction des phases.
[0195] Soit :
où ϕ0, ..., ϕn est la phase,
ω0, ..., ωn est la pulsation spatiale,
v(x) est le signal de flèches issu de la mesure d'un profil de voie ferrée par un
dispositif de mesure caractérisé par une Fonction de Transfert FT1.
[0196] Le signal V(x) correspondant au signal de flèches extrapolées sur une base différente
s'exprime
[0197] Où les amplitudes sont modifiées de la façon suivante :
[0198] Et les phases sont modifiées de la sorte :
[0199] On appelle ce signal obtenu à partir d'une extrapolation : « signal des flèches équivalentes
sur base longue ». Ainsi, les «flèches équivalentes base 31 m » correspondent à un
passage de la base courte à la base longue par la méthode de multiplication de l'amplitude
de chaque composante du signal base courte par un rapport pour chaque composante.
[0200] On peut retrouver de la même manière, les amplitudes absolues des composantes du
signal E(x) décrivant le profil absolu de nivellement et de dressage de la voie en
prenant une fonction de transfert du système base longue égale à 1. On retrouve donc
:
[0201] qui correspond bien à la description absolue de la géométrie en plan horizontal et
en plan vertical de la voie ferrée.
[0202] Ce sont des méthodes particulières d'application de ces principes généraux qui sont
décrites.
[0203] Avantageusement, le filtre à réponse impulsionnelle est un filtre à réponse impulsionnelle
infinie.
[0204] Le procédé d'estimation comporte une étape préalable de détermination des coefficients
de la fonction polynomiale du filtre à réponse impulsionnelle comportant :
- une sous-étape 60 d'obtention des valeurs numériques des modules et arguments d'une
fonction de transfert caractérisant le dispositif de mesure,
- une sous-étape 61 d'inversion numérique des modules et de prise de l'opposé des arguments
de ladite fonction de transfert,
- une sous-étape 63 d'une estimation polynomiale de la fonction de transfert inverse
à partir des modules et arguments de la fonction de transfert inverse,
lesdits coefficients de la fonction polynomiale du filtre à réponse impulsionnelle
correspondant aux coefficients de l'estimation polynomiale de la fonction de transfert
inverse.
[0205] L'étape préalable peut être réalisée à chaque mesure des paramètres géométriques
d'une voie ferrée. Mais avantageusement, les coefficients de l'estimation polynomiale
de la fonction de transfert inverse étant toujours les mêmes pour le dispositif de
mesure, cette étape peut être réalisée une seule et unique fois, pour un dispositif
de mesure.
[0206] Cette étape est à réaliser pour chaque dispositif de mesure différent utilisé.
[0207] Avantageusement, les valeurs numériques des modules et arguments de la fonction de
transfert caractérisant le dispositif de mesure sont obtenues à partir d'une modélisation
cinématique. L'utilisation d'une modélisation cinématique du dispositif de mesure
permet de tenir compte du fait que ledit dispositif de mesure, de par l'agencement
de ses différents composants n'est pas rigoureusement un système trois points. L'algorithme
de modélisation cinématique fournit une représentation rigoureuse de la fonction de
transfert réelle et non approchée du dispositif de mesure. Cette modélisation utilise
les propriétés de linéarité, continuité et invariabilité des dispositifs de mesure
à corde telles que communément admises par l'homme du métier, et ce afin d'utiliser
les théorèmes de superposition. Le comportement du dispositif de mesure est étudié
afin de connaitre sa réponse théorique à une entrée unitaire (exemple : entrée sinusoïdale
de longueur d'onde précise, entrée créneau, entrée rampe...). La réponse totale du
dispositif de mesure correspond à la somme des réponses unitaires. Nous avons vu que
la géométrie de la voie ferrée peut être décrite pour le nivellement et le dressage
par une série de Fourier, comme somme de composantes sinusoïdales décrivant un bruit
rose et des raies spécifiques à des longueurs d'onde bien particulières. La fonction
de transfert du dispositif de mesure sera donc aisément déterminée par l'étude de
chaque réponse élémentaire à ces entrées unitaires. La modélisation cinématique, par
calcul numérique, d'un dispositif de mesure roulant sur une voie ferrée permet donc
de déterminer la modification de l'amplitude et de la phase des signaux élémentaires
par le filtre que constitue ledit dispositif de mesure. La fonction de transfert étant
une fonction mathématiques de la longueur d'onde des composantes fréquentielles décrivant
le dressage (ou le nivellement) et de l'asymétrie de la prise de mesure sur la corde
matérialisant la base de mesure relative, l'algorithme travaille par itération avec
un pas suffisamment étroit.
[0208] Les modules de la fonction de transfert sont donc connus pour chaque composante fréquentielle
de longueurs d'onde (λ) variant de λmin à λmax selon un incrément correspondant au
pas d'itération dont il est question dans le paragraphe précédent. Leur détermination
se fait par le rapport de l'amplitude de la composante fréquentielle correspondant
à la sortie du dispositif de mesure sur l'amplitude de la composante fréquentielle
correspondant à l'entrée simulée numériquement. Les arguments sont déterminés par
différence des phases à l'origine de ces mêmes signaux.
[0209] Dans un mode de réalisation préféré, l'étape préalable de détermination des coefficients
de la fonction polynomiale du filtre à réponse impulsionnelle comporte une sous-étape
62 de fenêtrage fréquentiel de la fonction de transfert inverse, dans lequel la sous-étape
d'estimation polynomiale de la fonction de transfert inverse à partir des modules
et arguments de la fonction de transfert inverse est réalisée pour chaque fenêtre
et dans lequel le signal de flèche est fenêtré fréquentiellement 65 avant l'application
du filtre à réponse impulsionnelle.
[0210] Dans un exemple de réalisation, la détermination des limites haute et basse des fenêtres
est réalisée en fonction de la courbe du module de la fonction de transfert inverse.
Les limites haute et basse sont définies à partir des pentes du module de la fonction
de transfert inverse, par calcul de la variation de la dérivée seconde du module.
Lorsque cette variation est supérieure à un seuil prédéfini, une limite haute/basse
est determinée.
[0211] Lorsqu'il est souhaité obtenir d'un signal de flèches sur base de mesure virtuellement
allongée à partir de signaux de flèches obtenus par le dispositif de mesure, l'étape
préalable de détermination des coefficients de la fonction polynomiale du filtre à
réponse impulsionnelle est modifée de telle sorte que :
- une sous étape d'obtention des valeurs numériques des modules et arguments d'une fonction
de transfert caractérisant un deuxième dispositif de mesure de base de mesure plus
grande, s'ajoute à la sous étape d'obtention des valeurs numériques des modules et
arguments d'une fonction de transfert caractérisant le dispositif de mesure,
- une sous étape de multiplication par le module de la fonction de transfert du deuxième
dispositif et de sommation de l'argument de la fonction de transfert du deuxième dispositif
s'ajoute à la sous-étape d'inversion numérique des modules et prise de l'opposé des
arguments de ladite fonction de transfert,
- la sous- étape d'estimation polynomiale de la fonction de transfert inverse à partir
des modules et arguments de la fonction de transfert inverse est remplacée par une
sous- étape d'estimation polynomiale du rapport des fonctions de transfert caractérisant
le deuxième dispositif et le dispositif à partir des rapports des modules et de la
différence des arguments des fonctions de transfert.
[0212] Le procédé de traitement de signal permet donc de réaliser, pour le dispositif de
mesure :
- le calcul du signal de flèches sur base allongée (extrapolation du signal des flèches)
à partir du signal de flèches sur base courte, que ce soit pour les flèches verticales
ou horizontales,
- le calcul du signal sur une même base de mesure mais dans une configuration de prise
de mesure différente.
[0213] Les caractéristiques géométriques du dispositif de mesure peuvent être avantageusement
calculées de sorte à faciliter le procédé d'estimation d'un profil absolu et le procédé
d'obtention d'un signal de flèches sur base de mesure allongée.
[0214] Ces caractéristiques géométriques du dispositif de mesure sont avantageusement déterminées
par une boucle d'optimisation sur l'algorithme de modélisation cinématique du procédé
d'estimation d'un profil absolu et du procédé d'obtention d'un signal de flèches sur
base de mesure allongée.
[0215] Ainsi, dans un exemple d'optimisation du chariot de mesure
, chaque bras de mesure présente une longueur de 5,2m. Les deux bras de mesure présente
une longueur totale de 10,4m. Cette longueur totale est un compromis entre la longueur
minimale de la base de mesure d'un système de mesure afin d'obtenir une fonction de
transfert dont la coupure des composantes de grandes longueurs d'onde est compatible
avec les résultats attendus aux termes de l'application du procédé de traitement du
signal visant à obtenir des composantes fréquentielles dont la longueurs d'onde varient
entre 3m et 70m ou encore les domaines D1 et D2 et la nécessité de disposer d'une
structure qui n'influencera pas la mesure et dont les valeurs de flexion et torsion
doivent rester petites devant la résolution des mesures de géométrie voie réalisées.
La longueur des bras est un élément de l'optimisation du dispositif de mesure afin
de permettre la mise en oeuvre aisée du procédé de traitement des signaux de mesure.
La modélisation d'un tel dispositif de mesure tel que présenté utilise une description
par fonction de transfert liant l'entrée (le profil réel, absolu de la voie) au signal
de sortie (l'image qui est en donné). Cette fonction de transfert a un module qui
est une fonction de la longueur d'onde des défauts mesurées (paramètre de l'entrée)
mais aussi des caractéristiques du système de mesure, dont en particulier les longueurs
des bras de mesure.
[0216] De préférence, afin de mettre en oeuvre le procédé de traitement du signal associé
au dispositif de mesure, la longueur totale des deux bras de mesure, mais aussi leur
longueur individuelle, doivent être dimensionnés précisément.
[0217] La longueur totale des bras de mesure doit être telle qu'elle reste inférieure à
1/7
e de la valeur de la longueur d'onde des défauts de nivellement ou de dressage les
plus longs dont on souhaite restaurer l'amplitude absolue, mais aussi que cette longueur
définisse un système avec une fonction de transfert telle, que le rapport des modules
entre la fonction de transfert du système à base allongée que l'on souhaite obtenir
et ladite fonction de transfert soit inférieur ou égale à 4 pour la base allongée
objectif.
[0218] En effet, concernant l'obtention de flèches sur base extrapolée, on souhaite que
le rapport des modules (module de la fonction de transfert de base virtuellement allongée
et module de la fonction de transfert du système de mesure) utilisés dans le procédé
décrit reste inférieure à une valeur de 4.
[0219] La limite réside essentiellement dans la valeur des rapports des modules. On ne peut
espérer retrouver convenablement l'amplitude des composantes qui ont été atténuées
de plus de 80 - 90%.
[0220] Ainsi, il ne faut pas espérer pouvoir obtenir une extrapolation sur des bases dont
la longueur à obtenir conduit nécessairement à avoir des rapports de FT où au dénominateur
on retrouve des atténuations trop grandes (ce qui correspond aux atténuations du système
à corde la plus courte au-delà de certaines valeurs de longueurs d'onde). On obtiendrait
ainsi de trop fortes valeurs du rapport des modules pour certaines longueurs d'onde.
Or, comme l'amplitude des composantes du signal est multipliée par ce rapport selon
les longueurs d'onde, on serait conduit à voir certaines amplitudes de composantes
multipliées par des valeurs très élevées. Le bruit se trouverait donc tout autant
amplifié.
[0221] Ainsi, une fonction de transfert correspondant à un dispositif de mesure à grande
base de mesure, aura une Bande Passante assez élargie et donc repoussera les grandes
atténuations à des longueurs d'ondes bien importantes. En comparaison, la fonction
de transfert du dispositif de mesure que l'on souhaite « extrapoler » conduit à une
atténuation assez rapide aux grandes longueurs d'onde. Il faut donc sélectionner à
partir de l'allure de la fonction de transfert du dispositif de mesure le plus court,
les longueurs d'ondes au-delà desquelles on ne pourra guère aller car l'atténuation
devient trop forte. Et ce, afin d'éviter des problèmes de valeurs de rapport aberrantes.
[0222] Ceci explicite la problématique du choix d'une longueur d'un système de mesure dont
la longueur doit être d'au moins.
[0223] C'est essentiellement les valeurs du rapport des fonctions de transfert que l'on
cherche à contrôler à travers le choix de valeurs d'atténuation du filtre correspondant
au système à extrapoler. En effet, de trop grandes valeurs d'atténuation au dénominateur
vont conduire à un rapport trop grand. Ce rapport (pour une longueur d'onde précise)
étant multiplié à l'amplitude de la composante (ayant cette longueur d'onde), on risque
d'amplifier tout autant le bruit que le signal.
[0224] Pour exprimer la limite pour l'extrapolation, il faut prendre en compte deux aspects
: on pourra extrapoler d'une base à l'autre tant que le rapport des modules n'est
pas supérieur à quatre pour quelques longueurs d'onde que ce soit. Cette limite de
quatre n'a comme fondement que le niveau d'exactitude du signal de flèches sur base
extrapolée que l'on souhaite obtenir et le niveau d'exactitude constatée de la mesure
à l'aide du système de mesure décrit. Ce choix dépend du fait, que la précision que
l'homme de l'art accepte pour une mesure de flèche sur base extrapolée est de l'ordre
du millimètre. La meilleure précision atteignable pour des systèmes de mesure de géométrie
ne saurait être inférieure à 0,25mm. Le rapport de 4 est donc lié à ce rapport des
précisions.
[0225] L'homme du métier, spécialiste des questions d'étude de tracé, utilise fréquemment
des méthodes de rectification des courbes par la méthode des flèches. Ces procédés
de rectification de courbe s'appuient donc sur des données d'entrées fournies par
des dispositifs de mesure fournissant des flèches sur des bases de 20m de long.
[0226] De nombreuses publications existent :
« Nouvelle méthode de raccordement des courbes » par M. E. HALLADE, RGCF 31ème année - 1er semestre avril 1908 - n° 4,
V-693 « Dévers à donner aux voies principales - Raccordements des courbes entre elles
et avec les alignements droits - Rectification des courbes déformées » Chemins de
fer de Paris à Lyon et à la Méditerranée Service de la Voie 1928,
« COURBES des CHEMINS DE FER » conférence par M. CHAPPELET année 1930 - 1931,
« Le raccordement parfait » par M. A. CAQUOT, RGCF - 68ème année janvier 49 - n°1,
« RECTIFICATION DU TRACE DES COURBES » mémento didactique école Nationale de Nanterre
M. PLOUDRE 1983,
« Les raccordements de courbure et de dévers dans le tracé des voies de chemin de
fer, étude globale du problème » par M. H. PERROT 1983,
[0227] Ont figé l'état de l'art concernant les besoins de mesures pour les études de rectification
de tracé.
[0228] Les bases de mesure des flèches y sont toutes décrites comme faisant 20m. Actuellement,
ces méthodes sont toujours en vigueur sur les grands réseaux nationaux et le besoin
en données d'entrée implique une fourniture de flèches base 20m.
[0229] De telles longueurs de base de mesure pour des systèmes physique, de type « lorries
» sont inenvisageables avec le degré de précision des flèches à mesurer, millimétrique
souhaité par l'homme de l'art. En effet de simples modélisations de Résistance des
Matériaux, montrent que les déformations des structures composant nécessairement ces
lorries de mesure, s'ils faisaient une vingtaine de mètre de long sont largement supérieures
au millimètre, notamment dans les courbes de fort dévers.
[0230] Le dispositif de mesure tel que décrit, a été dimensionné pour permettre d'obtenir,
à l'aide du procédé décrit, des flèches sur base virtuellement allongée de 20m, à
l'aide d'un dispositif de mesure réel de base de mesure plus courte, dont la longueur
permet d'envisager de plus petites déformations.
[0231] De préférence, on utilise une longueur totale de 10,4m, valant 1/6,7
e de la valeur de la borne haute du domaine D2 qui est de 70m. Cette longueur totale
permet donc de respecter un rapport des modules inférieur à 4 pour obtenir des flèches
extrapolées sur une base virtuelle de 20m de longueur.
[0232] La longueur des bras de mesure doit de préférence être différente afin d'obtenir
un positionnement asymétrique du chariot de guidage qui porte la tête de mesure et
qui matérialise le point de la corde où est mesurée la flèche verticale ou horizontale
afin que le module de la fonction de transfert ne comporte pas de zéro pour des composantes
du signal de longueur d'onde particulière, telle que par exemple la demie corde ou
le quart de corde pour des systèmes de mesure à corde symétrique.