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DISPOSITIF ET PROCEDE DE COMMANDE DE VEHICU1 ES GUIDES
La présente invention concerne principalement un dispositif de
commande pour véhicules guidés, par exemple pour les trains ainsi
qu'un procédé de leur pilotage automatique.
La conduite d'un véhicule guidé exige la connaissance d'un
grand nombre d'informations. Certaines de ces informations sont
liées à la situation géographique du véhicule. Ainsi par exemple, à
une portion de voie ferrée correspond une vitesse optimale du train.
Le dispositif objet de la présente invention comporte des
dispos;tifs de signalisation répartis le long du chemin que le véhicule
doit parcourir, ainsi que des moyens de détection desdits dispositifs
de signalisation. Le moyen de détection peut être couplé à des
moyens de traitement automatique commandant par exemple la
vitesse du train, I'ouverture ou la fermeture des portes, I'allumage
ou l'extinction des lumières ou la syn$hèse vocale d'un rnessage.
Dans le cas de la présente invention les moyens de signalisation sont
des balises passives capables de renvoyer un signal caractéristique
quand elles sont illuminées par un faisceau d'éner~ie hyper-
fréquence. Les dispositifs de détection des moyens de signalisation
sont par exemple des radars de faible puissance.
L'invention a principalement pour objet un dispositif de
commande de véhicules guidés comprenant des balises réflectrices
d'ondes électromagnétiques, fixées sur le chemin à parcourir et des
moyens de détection desdites balises fixées sur ledit véhicule,
caractérisé par le fait que l'axe de rayonnement de l'antenne
d'émission présente un angle e non nul avec le plan normal au
vecteur vitesse du véhicule.
L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-
apres des figures annexées données comme des exemples non limi-
tatifs parmi lesquels:
- la figure 1 est un schéma d'implantation des balises selon l'in-
vention;
- les figures 2 à 6 illustrent la disposition relative des antennes et
. ~ . .
~2a~
des balises;
- la figure 7 est un schéma d'un premier exemple de réalisation de
moyen de détection de balise;
- la figure 8 est un schéma d'un second exemple de réalisation du
dispositif selon l'invention.
Sur la figure 1 à g on a utilisé les mêmes références pour
désigner les mêmes éléments.
Sur la figure 1, on peut voir représentée schématiquement une
voie de chemin de fer 1. La voie 1 est équipée de deux ensembles, 2
et 3, de balises passives 4. Les balises constituant un ensemble 2 ou
3, sont toutes placées à une meme distance des rails. De même les
trains sont équipés de moyens de détection des balises 4 aux
écartements correspondants aux emplacements de ces balises. Dans
le cas de la figure 1, on a représenté uniquement deux ensembles de
balises 2 et 3 étant bien entendu qu'un nombre plus important
d'ensemble de balises peut être utilisé, déterminé par la quantité
d'informations à transmettre au train.
Dans une variante de rélisation du dispositif selon l'invention,
les ensembles 2, 3 de balises 4 sont doublés, placés symétriquement
par rapport à l'axe du chemin que le véhicule doit parcourir. On peut
ainsi programmer par exemple une vitesse différente pour chaque
sens de circulation.
Dans un exemple illustré sur la figure 1, les balises 4 de
I'ensemble 2 sont par exemple destinées à réguler la vitesse d'un
train. Dans la ligne droite 100 une grande distance entre les balises
4 assure une ~rande célérité du train. Par contre dans le virage 101
le reserrement des balises commande le ralentissement du ~rain.
Les balises 4 de l'ensemble 3 commandent par exemple un
arrêt de train.
La prise en compte des balises appartenant à l'ensemble 2, à
l'ensemble 3 ou aux ensembles 2 et 3 est commandée par exemple
par un signal électrique circulznt dans le rail.
Sur la figure 2, on peut voir un premier exemple de réalisation
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du dispositif selon l'invention comportant deux antennes & inclinées
d'un angle ~ par rapport au plan 42. ~ar définition le plan 42 est un
plan normal au vecteur vitesse du véhicule 43. Dans le cas où le
véhicule 43 se déplace horizontalement le plan 42 est vertical. Les
antennes 6 sont fixées sur le train 43. La balise 4 est rendue
solidaire du sol 5, par exemple entre les rails, non représentés. Les
ondes électromagnétiques sont ~émises par l'antenne d'émission
suivent l'axe 8 de ladite antenne et sont réfléchies par la balise 4
suivant l'axe 9 de l'antenne de réception. L'utilisation d'une antenne
d'émission et d'une antenne séparée pour la réception permet
d'obtenir un bon découplage du signal émis et du signal reçu.
En l'absence de balise une partie de l'énergie provenant de
l'antenne d'émission est réfléchie par le sol vers l'antenne de
réception. La quantité d'énergie réfléchie par le sol est bien plus
faible que celle réfléchie par la balise. Toutefois, pour augmenter le
rapport (signal/écho parasite) on travaille à la réception dans une
polarisation orthogonale à la polarisation de l'émission. Ainsi la
balise 4 est équipée de moyens permettant de faire tourner de gO~ le
plan de polarisation. Un tel dispositif est par exemple constitué par
un treillis de fils métalliques noyés dans de la matière plastique
placé devant une plaque métallique réfléchissante. Ainsi les échos
réfléchis par une telle balise auront une polarisa~ion orthogonale à
la polarisation émise. Par contre le rayonnement réfléchi par le sol
aura principalement la rnême polarisation que le rayonnement émis.
Sur la figure 3, on peut voir un exemple de réalisation du
dispositif selon l'invention comportant une antenne 6 unique
d'émission-réception placée verticalement au-dessus d'une balise 4
assurant la rotation de la polarisation du rayonnement émis. La
balise 4 a par exemple la même structure que la balise 4 de la figure
2. Avantageusement, la balise 4 comporte deux plaques métalliques
formant dièdre. Il est bien connu de l'homme de l'art qu'un dièdre
provoque la rotation de polarisation du rayonnement électro-
magnétiqule reçu. L'arete du dièdre est contenue dans le plan
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bisecteur par rapport aux plans de polarisation.
Sur la figure 4, on peut voir un dispositif selon la présente
invention comportant une antenne 6 unique d'émission-réception
inclinée d'un angle 4 par rapport au plan 42. La balise 4 comporte un
plan réflecteur placé perpendiculairement à l'axe 8 de l'antenne 6.
L'utilisation d'un faisceau incliné d'énergie électromagnétique
permet de mettre à profil l'effet Doppler pour améliorer le décou-
plage entre l'énergie émise et l'énergie resue par l'antenne 6. La
fréquence Doppler fD est donnée par la formule:
f 2v sin
D-
ou v est la vitesse du train et ~ la longueur d'onde utilisée. 11 suffit
pour cela de démoduler le signal reçu par le signal de même
fréquence que le signal émis et de filtrer par un filtre passe-haut.
Un tel exemple de réalisation est illustré sur la figure 8.
Dans le cas de l'exemple de réalisation illustré sur la figure 4,
le rapport (signal/écho parasite) est amélioré par l'utilisation d'un
faisceau incliné associé à une balise 4 rétrodirective. Les signaux
réfléchis par le sol en l'absence de balise prennent une direction 48
différente de l'axe 8 de l'antenne 6.
Sur la figure 5, on peut voir un exemple de réalisation du
dispositif selon l'invention comportant une antenne d'émission 6 et
une antenne 6 de réception inclinées d'un angle e par rapport au plan
42, associées à une balise 4 rétrodirective. Ainsi, il est avantageux
d'utiliser l'effet l)oppler pour améliorer encore le découplage, entre
l'émission et la réception, assuré par deux antennes distinctes. De
plus, I'utilisation d'un dièdre en tant que balise 4 ainsi assurant la
rotation de polarisation, permet d'améliorer le découplage de
l'émission et de la réception ainsi que Ie rapport (signal/écho
parasite).
Sur la figure 6, on peut'voir un exemple de réalisation du
dispositif selon l'invention comportant une antenne 6 unique
d'émission-réception inclinée d'un angle ~ par rapport au plan 42,
associée à une balise 4 rétrodirective. Avantageusement, la balise 4
assure la rotation de polarisation cles ondes reçues. L'utilisation de
la rotation de polarisation associée à l'utilisation de l'effet Doppler
permet d'obtenir un très bon découplage de signaux d'émission par
rapport aux signaux de réception. L'u~ilisation de l'antenne unique
permet de réduire le coût et l'encombrement du système.
L'arête du dièdre formant une balise 4 est avantageusement
non parallèle au plan du sol 5. L'utilisation d'une telle arete permet
de s'affranchir de la rotation de polarisation générée par des dièdres
présents sur la voie, par exemple les balastes soutenant les rails.
L'utilisation de -dièdre en tant que balise réfléchissante
augmente les tolérances d'alignement de la balise et de l'antenne. En
effet l'axe de l'énergie réfléchie sur un dièdre dont les parois sont
perpendiculaires est parallèle à l'axe de l'énergie incidente. Ainsi il
est possible d'utiliser en plus des balises fixes des balises dont la
présence, ou l'orientation puisse être télécommandée. De telles
balises peuvent par exemple ordonner de ralentir ou de s'arrêter à un
train, en cas d'incident sur la voie.
Sur la figure 7, on peut voir un premier exemple de réalisation
du dispositif radar selon l'invention. I e dispositif comporte une
antenne d'émission-réception unique 6, un émetteur 28, un récepteur
29 et un couplage hybride 22 entre l'antenne, I'émet~eur et le
récepteur. La quatrième sortie de l'anneau hybride 22 est couplée à
une charge adaptée 21, un tel couplage présente l'inconvénient
d'exiger une bonne adaptation de l'antenne à l'émetteur 28 et au
récepteur 29. D'autre part le couplage par anneau hybride ou par T
magique fait perdre six décibels en puissance.
Sur la figure 8, on peut voir un exemple de réalisation du
dispositif radar selon l'invention cornportant trois ensembles 7
d'émission--réception correspondant à trois groupes de balises
~Z~ 9
présents au sol. Il est bien entendu que le nombre d'ensembles
émetteur-récepteur 7 n'est pas limité à trois. Il est déterminé par la
quantite d'informations que l'on désire transmettre au train. Au cas
où le nombre de groupes d'ensembles radar 7 nécessaire risquerait de
provoquer des couplages électromagnétiques entre divers ensembles
7 il est avantageux d'utiliser des orientations de balises différentes
et/ou des fréquences de travail différentes. Chaque ensemble
d'émission-réception 7 comporte un oscillateur 8, un amplificateur 9
connectés à un circulateur 10 connecté à l'antenne 6. A la réception,
l'antenne 6 est connectée à un circulateur 12, à un dispositif de
démodulation 50, à un filtre Doppler 14, à un ampliiicateur basse
fréquence 15 et à un- amplificateur à seuil 16. D'autre part un
coupleur directif 11 prélève de l'énergie à la sortie de l'ampli-
ficateur 9 et la fournit au démodulateur 50. Le coupleur directif 11
comporte un circulateur 13. Les circulateurs 10, 12, 13 permettent
d'isoler le reste du circuit des ondes stationnaires. Ce sont par
exemple des circulateurs à ferrite. Les circulateurs 10, 129 13 ainsi
que le coupleur directif 11 sont reliés chacun à une charge d'adap-
tation 21. Avantageusement l'oscillateur 8 est un oscillateur à
transist~r. Le filtre Doppler 14 est un filtre passe-haut arrêtant la
composante continue du signal provenant de la démodulation. L'am-
plificateur à seuil 16 présente à sa sortie un si~nal d'amplitude fixe
dans le cas où le signal appliqué à son entrée est supérieur à un seuil
fixé. Dans le cas contraire l'amplificateur à seuil 16 ne présente pas
de signal électrique à sa sortie. Ainsi la détection d'une balise
entraîne la présence momentanée d'un signal positif a la sortie de
l'ensemble 7.
Dans le cas ou l'on voudrait travailler en logique négative,
c'est-à~ire avoir un signal électrique continu sauf pendant les
détections des balises 4 des figures I à 6, on connecte la sortie de
l'amplificateur 16 à une porte logique "NON" 51.
Les sorties des ensembles 7 d'émission-réception sont con-
nectées à un circuit de commande 17. D'autre part le circuit de
commande 17 est connecté à une horloge 18 et à une ligne de
7~
commande 19. La li~ne de commande 19 indique au circuit de
commande 17 par exemple les ensembles 7 d'émission-réception à
valider. Le circuit de commande 17 est par exemple un circuit
logique. Avantageusement le circuit de commande 17 est un circuit
programmable, par exemple un microprocesseur. Le circuit de
cornmande 17 ~ransmet aux divers dispositifs sous son contrôle des
ordres par un bus de commande 20. Simultanément le circuit de
commande 17 fournit des informations au tableau d'affichage à bord
du train et/ou au central de comrnande à l'extérieur du train. Le bus
20 est relié à des interfaces et/ou des convertisseurs numériques-
analogiques nécessaires à l'actionnement des dispositifs de
commande.
D'autre part, I'utilisation de l'effet Doppler permet de déter-
miner la vitesse du véhicule 43 par rapport au sol 5. Par exemple le
démodulateur 50 est relié à des filtres passe-bande étagés en
fréquence (non représentés sur la fi~ure). Le filtre à la sortie duquel
est présent le signal indique la vitesse du véhicule 43.
Dans un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention
on utilise une fréquence 10 GHz;
des balises 4 ayant une lar~eur de 8 cm;
des antennes d'emission, d'émission-réception, et/ou de réception
comportant des lentilles diélectriques.
L'antenne 6 comporte deux accès en polarisation croisés. L'un
est connecté au circulateur 10, I'autre au circulateur 12.
Avantageusernent on utilise des radars à émission continue.
L'invention s'applique principalement à la commande de véhi-
cules guidés, comme par exemple les trains ou le métro.
