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Système de commande dynamique pour l'éclairage des routes et autoroutes
DESCRIPTION
Domaine d'application
L'invention concerne le système d'éclairage et spécialement le système utilisé à l'éclairage des routes et autoroutes L'invention a comme but une importante économie de l'énergie tout en respectant l'entière efficacité du système de l'éclairage Par l'application de ce système, l'utilisateur bénéficie d'un éclairage complet du chemin sans qu'il puisse remarquer une différence entre le système d'éclairage continu et permanent des routes et le système proposé par l'invention
Historique
Les systèmes de commandes destinés à l'éclairage font, à notre époque,
l'objet d'amples recherches La domotique a mis au point une multitude de systèmes d'éclairage ayant des application pour les bâtiments Les modalités de télécommande sont multiples par ondes hertziennes, infrarouges, thermique, etc,
On a déposés recemment des brevets, par exemple WO 94/06106, WO 94/03883 EP 0610532AI qui essayent de donner une nouvelle dl1nenSlOn a la commande des appareils électriques et implicitement a l'éclairage
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Il est facile d'observer que les modalités proposées ne permettent pas l'application au niveau de réseaux de dizaines de milliers de km.
Le structures centralisées proposées jusque là et les modalités concernant l'adressage des consommateurs offrent des bonnes solutions seulement pour un nombre limités d'utilisateurs.
Description de l'appareil
On part de l'idée qu'un conducteur auto, pour qu'il soit content de l'éclairage de la route, n'a pas besoin que toute la route soit éclairée. Il suffit d'un éclairage sur une certaine distance à l'avant et à l'arrière du véhicule.
Exemple : 500m à l'avant et 100 m à l'arrière ;
Il est donc intéressante de concevoir un appareil qui détecte la présence de la voiture afin d'éclairer la route à l'avant de la voiture et qui éteint les lampes d'éclairage après le passage de la voiture.
Le fait d'allumer et éteindre les lampes doit se réaliser de telle sorte que le déplacement de la voiture se fasse toujours dans une zone éclairée, zone qui avance en même temps que la voiture et cette condition doit être remplie pour toutes les voitures qui circulent sur la route
Par conséquent, l'appareil proposé présente les fonctions suivantes -il détecte la voiture - il informe les autres appareils d'allumer et d'éteindre à l'avant, respectivement à l'arrière de la voiture,
sur des distances prédéterminées
La documentation propose plusieurs variantes en essayant d'analyser leurs avantages et inconvénients
L'appareil se fixe sur les poteaux d'éclairage et actionne par l'intermède d'un relais sur le circuit électrique qui alimente la lampe electrique
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Méthode de détection du véhicule
Il y a plusieurs possibilités concernant le choix des capteurs utilisés à la détection du véhicule a)
Le capteur photoélectrique
Les phares des voitures produisent une lumière orientée parallèlement à la route
Une cellule photoélectrique disposée de telle sorte qu'elle détecte la lumière des phares des voitures et autres véhicules peut être utilisée en tant que capteur de la présence de la voiture
On remarque l'avantage du coût faible et de la facilité du montage électronique Les inconvénients sont représentés par le fait que l'appareil ne détecte pas le véhicules qui n'ont pas les phares allumés ainsi que la chance réduite de détection de la lumière des bicyclettes.
b) Le capteur photoélectrique avec fente de lumière
C'est un capteur plus cher que le capteur photoélectrique, donc le montage sera plus cher car on a besoin de deux éléments, un émetteur et un récepteur, qui sont disposés de deux côtés de la route Tout véhicule qui traverse le faisceau lumineux émis par l'émetteur est détecté par l'appareil Sont détectés seulement les véhicules en mouvement, un véhicule stationnant n'est pas détecte, sauf pour le cas où, en s'arrêtant, il coupe le faisceau lumineux c) Le capteur thermique
Encore plus cher que les autres capteurs cités, son inconvénient majeur est de ne réagir qu'à la chaleur dégagée par les moteurs ou par les corps humains Un véhicule n'ayant pas de moteur en etat de fonctionnement n'est pas détecte
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d) Le capteur magnétique Un capteur cher,
demandant un montage assez élaboré, peut détecter tous les véhicules qui se déplacent ou stationnent ; Il n'est stimulé que par la présence des masses métalliques
Les possibilités du choix de capteurs ne se restreint pas aux capteurs cités, On peut utiliser des capteurs ultrasons, laser, etc., mais il faut prendre toujours en considération le rapport prix/performance
Le choix des capteurs se fera en fonction du type de la route et du budget affecté.
Exemple :
Pour les autoroutes où l'accès des piétons et bicyclettes est interdit on peut utiliser les capteurs photoélectrique, photoélectrique avecfente, thermique, magnetique
Aux routes secondaires on peut utiliser les capteurs thermique, photoélectrique avec fente.
Caractéristique générale. même si, suite à une défaillance du véhicule, un véhicule n'est pas détecté, un véhicule en mouvement bénéficiera intégralement de l'éclairage, le conducteur du véhicule en mouvement ayant pleinement la possibilité d'observer le véhicule stationnant.
Il existe la possibilité d'utiliser une combinaison de capteurs, la compatibilité de la communication entre les appareils est indépendante du type des capteurs utilisés
La transmission entre appareils
La communication entre appareils se réalise en utilisant des ondes radio (de préférence) ou tout autre type de transmission à distance
Nous proposons deux variantes et plusieurs sous-variantes
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VARIANTE 1
Au moment où l'appareil détecte la présence d'un véhicule, il émet un signal de télécommande radio Ce signal est émis de telle façon qu'il soit perçu à une distance prédéterminée, générant ainsi l'éclairage sur la distance d'émission (voir dessin 1)
La distance d'émission est fonction de la puissance de l'émission et la distribution spatiale peut être modelé à l'aide d'une antenne favorisant l'émission dans le sens du déplacement du véhicule
L'émission de la commande se réalise dans un intervalle de temps très court, produisant l'éclairage pour une durée déterminée (exemple 3 secondes), durée suffisante pour que le véhicule soit détecté par le capteur suivant. Cet appareil émettra a son tour un signal de commande identique, mais décalé en espace, qui maintiendra l'éclairage de la plupart des lampes, sauf la dernière lampe allumée qui sera éteinte et la première lampe non allumée située dans la direction du mouvement du véhicule qui sera allumée.
Par la procédure susmentionnée en obtient un déplacement de l'éclairage en même temps que la voiture, donc le chemin sera toujours éclairé en face et derrière la voiture sur les distances voulues
Au cas où le capteur aperçoit un véhicule stationné il émettra des commandes, aux intervalles de temps réguliers, afin de maintenir l'éclairage autour du véhicule
Une sous-variante qui exclue définitivement la possibilité du non-éclairage d'un véhicule en stationnement, qui n'est pas détecté par un capteur,
est représentée par un appareil qui émet des signaux jusqu'au moment où le capteur suivant détecte le véhicule et informe que le véhicule a été détecte par lui Cette information peut se faire en utilisant une autre fréquence et la propagation seulement sur les distances situées entre les deux appareils
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VARIANTE 2
La variante précitée présente l'avantage d'un montage moins élaboré mais la désavantage que chaque poteau (ou groupe de poteaux) situé au long de la route doit bénéficier d'un émetteur suffisamment puissant pour pouvoir émettre jusqu'à la distance d'éclairage voulue.
La propagation des ondes se faisant en fonction des conditions atmosphériques, d'obstacles, etc., on ne peut pas avoir une garantie absolue pour la distance d'éclairage
Evidemment, on peut considérer le cas le plus défavorables et utiliser la puissance d'émission calculée pour ce cas En conditions normales, l'utilisation du cas le moins favorable allonge la distance d'éclairage, en perdant ainsi l'optimalité du système de l'éclairage, et implicitement des pertes d'énergie.
La deuxième variante propose une émission sur des courtes distances, d'un appareil vers ses voisins proches
La commande est donnée sous forme d'un signal codé, en transmettant un numéro. L'appareil qui détecte le véhicule transmet un numéro choisi et qui représente le nombre des sources de lumière que on veut activer en avant du véhicule.
L'appareil est prévu aussi avec la fonction de réceptionner le numéro émis par un ou plusieurs autres appareils et d'émettre le numéro immédiatement inférieur au plus grand réceptionné.
Exemple
Un appareil détecte un véhicule et émet le code 7 Ce code est réceptionné seulement par l'appareil suivant et précédent L'appareil suivant réceptionne 7 et émet 6, le prochaine réceptionnera 6 et émettra 5 Le septième appareil réceptionnera 1 et n'émettra rien. Toutes les appareils qui réceptionneront un numéro détermineront l'éclairage de la lampe commandée, par conséquent il y avait sept lampes qui éclaireront devant le véhicule
A l'arrière du véhicule sera émis, de même.
le numéro 7 Un circuit électronique contenu dans l'appareil qui tient compte que l'appareil a ete auparavant en émission , diminuera ce chiffre à 2 Les autres appareils situes sur les poteaux de l'arriere du
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véhicule diminueront le numéro reçu d'I Ainsi le appareil suivant émettra 1, et le suivant rien De cette façon le chemin sera éclairé par 7 lampes à l'avant du véhicule et 3 à l'arrière
Pour le cas d'un poteau situé à une intersection, poteau pour lequel existe la possibilité de recevoir plus des deus signaux, l'appareil transmet le code le plus grand reçu, diminué d'l
Cette méthode présente des difficultés au moment de la réception asynchrone simultanée de plusieurs codes, pour le cas des lampes situées en intersection et qui ont plus des 2 appareils voisins.
Tenant compte de l'importance de l'éclairage des intersections, on peut dans ce cas particulier, d'éclairer tout le temps cet endroit, facilitant ainsi le schema électronique de l'appareil proposé
La situation est plus facile pour les appareils ayant que 2 appareils voisins.
Quand il reçoivent deux signaux ces appareils n'émettent aucun numéro même si elles détectent un véhicule et cela à cause du faite qu'il se trouvent entre deux véhicules pour lesquels l'éclairage est déjà commandé
Une autre sous-variante de la variante 2, consist en la modifications de la fréquence d'émission, chaque appareil ayant la propriété de modifier la fréquence émise par la appareil précédent Un seuil marque la fréquence reçue pour laquelle l'appareil n'émit plus Les avantages de la variante 2 sont - l'émission sur des courtes distances (la distances entre deux appareils)
- le fonctionnement optimal indépendamment des conditions atmosphériques ou obstacles Inconvénients la complexité de l'appareil et par conséquent le coût
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LE CAPTEUR SELECTIF
Il s'applique au cas où on désire qu'un chemin soit éclairé pour certains véhicules (qui, par exemple, paye une taxe à cette fin) et qu'il reste non éclairé pour les autres véhicules (par exemple, qui ne payent pas cette taxe)
La détection sélective peut être utilisée aussi bien avec la variante 1 que la variante 2 de communications en réseau.
Application pour la variante 1.
Le véhicule contient un appareil d'émission qui émet sur une certaine distance des ondes radio Ces impulsions sont captées par les appareils situés sur les poteaux sur la distance que nous désirons éclairer.
On peut utiliser la variante pour laquelle les capteurs qui détectent les véhicules réagissent seulement à un signal codé transmis par le véhicule
Ainsi, la procédure d'éclairage est déclenchée seulement au passage d'une véhicule doté d'un émetteur
Application pour la variante 2
Le véhicule fournit tout le temps le code maximal ou il émet sur une certaine fréquence de telle façon que déclenche la commande d'éclairage pour la distance voulue
L'émetteur situé sur le véhicule se comporte comme un appareil situé sur le poteau et l'émission de celui-ci est identique à l'émission d'un appareil situé sur le poteau au moment de la détection non-selective d'un vehicule
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Le fonctionnement du système pour le cas où il y a plusieurs véhicules sur le chemin
Considérons deux véhicules en déplacement en même sens Pour chaque
véhicule existe un espace de longueur L éclairé qui se déplace à la même vitesse que le véhicule
Au moment où un véhicule s'approche de l'autre, leurs espaces lumineux fusionnent et cela au moment où la distance entre les deux véhicules est égale à L. Par après, l'espace éclairé réuni va diminuer jusqu'au moment où les deux véhicules se trouve en parallèle A ce moment l'espace aura la dimension L Dés que le véhicule est dépassé, l'espace éclairé réuni s'accroît et au moment que la distance entre les deux véhicules est égale à L les espaces éclairés se séparent
LA SUPERVISION
La supervision est utilisée pour les cas où les responsables du trafic considèrent nécessaire que le réseau soit éclairé ou parties du réseau Pour la variante 1 de communication, peuvent être utilisés des émetteurs puissants, capables d'activer tous les appareils.
Pour la 2-ème variante de communication on peut émettre un nombre très grand à un seul appareil placé sur un poteau
Exemple : En émettant le numéro 128 on peut allumer 128 lampes à l'avant du poteau et 128 à l'arrière du poteau
LES AVANTAGES DE L'INVENTION
1 L'économie d'énergie, à tel point qu'on utilise de façon optimale l'éclairage On utilise l'énergie seulement quand il faut et où il faut et l'efficacité de l'éclairage fournit reste le même que pour l'éclairage de la totalité du reseau
L'économie de l'énergie est très importante A l'heure actuelle, en gardant le même moyen d'éclairage, la methode offre la meilleure solution
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Exemple
Pour une voiture qui se déplace à 100 km/heure et pour laquelle la route est éclairée 450 m à l'avant et 50 m à l'arrière,
chaque lampe de l'autoroute est allumée seulement 19 secondes. Il est facile de démontrer que pour certains secteurs et entre certaines heures (exemple 00 et 05) on peut économiser une quantité d'énergie plus qu'appréciable.
2. La possibilité qu'une route soit éclairée seulement pour certains véhicules (qui payent une taxe) et non éclairée pour les autres
3 Facile à installer sur les poteaux existants, par simple couplage au circuit d'alimentation de la lampe ;
4. La possibilité de doter le système d'éclairage avec des capteurs adéquats aux caractéristiques du chemin.
5. Les fréquences de communication de l'appareil peuvent être tellement basses qu'elles ne dérangent en rien les réseaux de la télécommunication
6 Par le fait que les lampes s'allument et s'éteignent succesivement il n'y pas des fluctuations de consommation sur le réseau