FR3046589A1 - Dispositif de capteur de controle d'etat de chemin de fer et procede de controle de l'etat d'un roulement de chemin de fer - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer (10) configuré pour être fixé à un roulement de chemin de fer d'un véhicule de chemin de fer comportant au moins un capteur de vibration ; un moyen de détection d'un mouvement du véhicule de chemin de fer ; une unité de commande pour traiter au moins les signaux obtenus par le capteur de vibration pour déterminer un paramètre d'état de fonctionnement indiquant l'état de fonctionnement du roulement, dans lequel l'unité de commande est configurée pour déclencher des mesures en fonction d'au moins un état prédéterminé ; et un dispositif de communication sans fil pour communiquer le paramètre d'état de fonctionnement à un serveur de contrôle et de commande (40). Il est proposé de configurer l'unité de commande pour l'exploiter dans un mode de veille d'économie d'énergie et dans au moins un mode activé, dans lequel l'unité de commande est configurée pour passer du mode de veille au mode activé à la détection qu'un ensemble de conditions prédéterminées est satisfait, dans lequel ledit ensemble de conditions prédéterminées comporte la condition que le moyen de détection de mouvement détecte que le véhicule de chemin de fer est en mouvement.

Description

DISPOSITIF DE CAPTEUR DE CONTROLE D'ETAT DE CHEMIN DE FER ET PROCEDE DE CONTROLE DE L'ETAT D'UN ROULEMENT DE CHEMIN DE FER

DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne des capteurs de contrôle d’état utilisés dans des véhicules pour contrôler des essieux ou roulements ainsi qu'un procédé de contrôle d’un état d'un roulement ou d'un essieu. En particulier, l'invention concerne des systèmes de contrôle d'essieux et/ou de roulements de train. Un autre aspect de l'invention concerne le contrôle de la qualité des voies ferrées.

ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE DE L'INVENTION

La pratique de fixer des unités de contrôle d'état à un essieu ou un roulement de train pour contrôler des paramètres tels que vibration, température et émission acoustique est connue.

Dans le secteur automobile, les capteurs câblés sont légion, un grand nombre d'entre eux étant associé à des systèmes de régulation numérique de moteur (ECU) et de diagnostic embarqué. Ces capteurs sont totalement intégrés dans l'infrastructure du véhicule de telle sorte que durant le fonctionnement du véhicule ils reçoivent une alimentation électrique continue. Les transmissions de données sont prises en charge par un bus de réseau de multiplexage CAN. Ces systèmes de capteurs fonctionnent continûment pour contrôler leurs paramètres cibles.

Les locomotives et wagons pour passagers sont également dotés d'une gamme de systèmes de capteurs entièrement intégrés mais généralement dédiés aux fonctions cruciales de sécurité.

Les solutions de contrôle d'état à sources d'énergie permanentes actuellement disponibles sont configurées pour capturer continuellement des données. Toutefois les données capturées contiennent généralement de grands volumes d'artéfacts et les courbes mesurées reflètent la courbure de la voie ferrée, les imperfections des rails et d'autres influences externes. Il est donc nécessaire d'utiliser des algorithmes complexes pour filtrer les artéfacts des données et extraire du grand volume de données des informations précieuses et fiables sur l'état du roulement.

Afin d'économiser l'énergie et de garantir une bonne qualité des données, il a été proposé de limiter la mesure à des sections spécifiques d'une voie où l'on anticipe un faible bruit de fond et peu de facteurs externes. A cette fin, il a été proposé d'établir des points de cheminement prédéterminés qui déclenchent une mesure en fonction de données GPS. Si un certain point de cheminement le long d'une voie est atteint, l'unité de commande déclenche un signal de mise en marche des unités de contrôle d'état afin de mesurer les paramètres opérationnels des roulements ou d'autres composants contrôlés et, de la même façon, arrêter le contrôle si le véhicule quitte la voie.

Pour garantir des lectures de données cohérentes et fiables, l'unité de contrôle d'état doit capturer les données sur une section de voie réputée de bonne qualité connue. De préférence, la voie ou la route doit être droite, à niveau, et permettre au train d'atteindre et de maintenir une vitesse constante. De plus, ces points de cheminement sont des coordonnées de déclenchement de la voie et fonctionnent en tant que points de référence pour l'établissement de tendances de données puisque toutes les mesures seront référencées aux mêmes points sur la voie ou la route.

La consommation d'énergie peut être considérablement réduite en procédant à une mise en marche et un enregistrement de données pendant de courtes périodes de temps durant lesquelles les conditions correctes sont satisfaites. Le déclenchement de mesures sur une longueur connue de voie réduit les erreurs ou anomalies de collecte d'erreurs et optimise l'utilisation de l'énergie. La consommation d'énergie réduite peut permettre l’utilisation de générateurs ou de moyens de récupération d'énergie de puissance nominale moindre ou augmenter la longévité des batteries.

Conformément à l'art antérieur, ces points de déclenchement GPS qui déclenchent l'activation ou la désactivation des unités de capteurs ou des unités de contrôle d'état sont établis manuellement à l'avance. Ceci est pesant et compliqué et exige l'intervention d'ingénieurs qualifiés connaissant à la fois les détails géographiques et techniques de la voie et de la technologie contrôlée.

Dans les applications où il n'existe aucune structure de réseau ou dans lesquelles l'unité de contrôle d'état doit être fixée à des composants rotatifs, il a été proposé d'utiliser des noeuds sans fil. Une considération dans la conception des systèmes de capteurs sans fil est le temps entre les révisions qui est fréquemment dicté par la durée de vie de leur batterie. En conséquence, la gestion d'énergie constitue un facteur important dans la conception des systèmes de capteurs sans fil car elle a un impact immédiat sur les intervalles de maintenance.

Dans les récents déploiements, les capteurs sans fil montés sur les boîtes d'essieux renvoient leur données à un système embarqué au moyen d'un système de réseau sans fil local servant à collecter des données de capteurs et à les transférer à distance. L'installation de systèmes de réseaux sans fil locaux sur un train peut être compliquée et les systèmes sont susceptibles de tomber en panne. L'inconvénient de ces systèmes est qu'ils ont tous le même point de défaillance : le système embarqué.

Le document DE 202005005278 U1 divulgue une unité de capteur pour contrôler la température des roulements de boîte d'essieu de véhicules de chemin de fer. Le document DE 102010027490 A1 divulgue un autre système de contrôle de véhicules de chemin de fer comportant un dispositif de télécommunication mobile basé sur les normes GM ou UMTS.

Lorsque des dispositifs de communication sans fil échangeant en permanence des données sont utilisés, la consommation d'énergie permanente est considérable et réduit la durée de vie des batteries. Lorsque l'unité de capteur comporte des circuits de récupération d'énergie, ceux-ci doivent être dimensionnés de manière à fournir une énergie suffisante même quand le train est statique. Il est toutefois difficile pour le constructeur de l'unité de capteur de prédire et/ou d'établir ces intervalles et toute limitation de ces derniers imposerait des contraintes supplémentaires à l'utilisateur du véhicule de chemin de fer.

RESUME DE L'INVENTION L'invention cherche à surmonter les problèmes ci-dessus de l'art antérieur en fournissant un dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer, une boîte d'essieu de chemin de fer et un procédé de contrôle d'un roulement de chemin de fer à consommation d'énergie réduite et pouvant être installé facilement. L'invention concerne un dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer configuré pour être fixé à un roulement de chemin de fer d'un véhicule de chemin de fer comportant au moins un capteur de vibration, un moyen de détection d'un mouvement du véhicule de chemin de fer, une unité de commande et un dispositif de communication sans fil pour communiquer un paramètre d'état de fonctionnement à un serveur de contrôle et de commande. L'unité de commande est configurée par logiciel et matériel pour traiter au moins les signaux obtenus par le capteur de vibration afin de déterminer un paramètre d'état de fonctionnement indiquant l'état de fonctionnement du roulement. En outre, l'unité de commande est configurée pour déclencher les mesures en fonction d'au moins un état prédéterminé.

Il est proposé de configurer en outre l'unité de commande pour l'exploiter dans un mode de veille économisant l'énergie et dans au moins un mode activé, l'unité de commande étant configurée pour passer du mode de veille au mode activé à la détection qu'un ensemble de conditions prédéterminées est satisfait, ledit ensemble de conditions prédéterminées comportant la condition que le moyen de détection de mouvement détecte que le véhicule de chemin de fer est en mouvement.

Dans le contexte de l'invention, "fixé à un roulement de chemin de fer" doit être compris dans un sens large. Le dispositif n'a pas besoin d'être fixé directement au roulement, un contact mécanique et thermique suffisamment proche pour garantir une mesure fiable de l'état du roulement pour détecter des défauts du roulement, tels que des défauts de l'un des chemins de roulement des roulements, de l'un des éléments roulants des roulements ou dans la cage de roulement et/ou des problèmes de surchauffe dus à une lubrification insuffisante ou contaminée, suffit.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les composants du dispositif de capteur de contrôle d’état de chemin de fer sont hébergés dans un même logement compact, lequel est suffisamment robuste pour fonctionner dans l'environnement rude des essieux de chemin de fer. Dans le mode de réalisation idéal de l’invention, le dispositif est configuré pour être fixé à la boîte d'essieu ou à une plaque de bout de l'essieu par un seul boulon. Il est toutefois possible d'utiliser un ou plusieurs modules comportant différents composants du dispositif, p. ex. pour pouvoir monter le dispositif de communication dans un module convenablement placé pour éviter un blocage des signaux radio.

Le roulement peut être un roulement comportant des éléments roulants de n'importe quel type, y compris en particulier des rouleaux cylindriques, coniques ou toroïdaux disposés sur une ou deux rangées.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif de communication sans fil est un module de télécommunication mobile. Dans le contexte de l'invention, "module de télécommunication mobile" signifie que le module communique avec des nœuds de réseaux de communication terrestre ou par satellite et peut être un module conforme à n'importe quelle norme convenable. L'intégration de technologies de communication de réseaux mobiles (GPRS/EDGE/HSPA) et d'une fonctionnalité GNSS dans le dispositif de capteur abolit la nécessité de câbles ou d'un système embarqué et la défaillance d'un capteur donné n'empêche pas le fonctionnement d'un autre capteur. Le système est ainsi beaucoup plus rapide à construire, tester, installer et mettre en service. Le coût du système est également considérablement réduit en raison de l'élimination de composants embarqués. De plus, les capteurs peuvent être configurés pour rendre compte directement à un serveur de commande central ou à des systèmes externes, puisque les données peuvent être transmises au moyen de protocoles standard tels que le protocole Internet.

Les inventeurs proposent en outre de configurer l'unité de commande pour classer ledit paramètre d'état de fonctionnement en comparant le paramètre d'état de fonctionnement à au moins une valeur limite et pour communiquer immédiatement le paramètre d'état de fonctionnement au serveur de contrôle et de commande uniquement quand le paramètre d'état de fonctionnement est égal ou supérieur à l'au moins une valeur limite. L'avantage est que les activités de communication gourmandes en énergie se limitent au cas où des informations pertinentes doivent être transmises, c.-à-d. lorsque le roulement est endommagé ou commence à se dégrader. Ainsi, la consommation d'énergie peut être réduite davantage.

Dans un mode de réalisation préféré de l’invention, l'unité de commande est configurée pour classer ledit paramètre d'état de fonctionnement dans au moins trois classes de gravité en comparant le paramètre d’état de fonctionnement à une valeur limite inférieure et une valeur limite supérieure. Dans ce cas, l'unité de commande peut être configurée pour exécuter un classement du type rouge-orange-vert (ROV) et passer au mode de veille quand la valeur du paramètre d'état de fonctionnement est égale ou inférieure à une valeur limite inférieure (vert), continuer de collecter les données et déterminer le paramètre d'état de fonctionnement si la valeur du paramètre d'état de fonctionnement est comprise entre la valeur limite inférieure et une valeur limite supérieure (Orange) et communiquer immédiatement le paramètre d'état de fonctionnement au serveurs de contrôle et de commande quand le paramètre d'état de fonctionnement est égal ou supérieur à la valeur limite supérieure.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le moyen de détection de mouvement du véhicule de chemin de fer est un accéléromètre à 3 axes. Les accéléromètres à 3 axes sont utilisés dans les téléphones portables et sont donc des articles produits en masse de haute qualité disponibles à un prix raisonnable sur le marché. Les accéléromètres peuvent être exploités dans le mode de veille avec une consommation d'énergie extrêmement basse.

En variante, le moyen de détection de mouvement du véhicule de chemin de fer est le capteur de vibration utilisé pour détecter un état du roulement, p. ex. un capteur piézoélectrique ou un capteur de Bragg à base de fibres fixé en contact direct ou intime à la bague de roulement.

Il est proposé en outre d'inclure dans le dispositif un module GNSS servant à détecter un emplacement géographique, l'unité de commande étant configurée pour déterminer ledit paramètre d'état de fonctionnement si l'emplacement géographique ne se trouve pas au-delà d'une portée prédéterminée. En utilisant un récepteur GNSS dans le capteur, le processeur principal peut collecter des informations de position et déterminer l'emplacement et la vitesse du véhicule et à son tour la vitesse du roulement et de la roue en rotation. Si la vitesse est constante une mesure peut être prise. Quand le dispositif de capteur est réveillé et doit connaître sa position globale pour établir s'il doit capturer des données, il peut vérifier sa mémoire pour voir si un point de cheminement est proche et déclencher une mesure lorsque le point est atteint. Le module GNSS peut être utilisé pendant une durée limitée pour conserver l'énergie. Si aucun point de cheminement ne se trouve dans le rayon d'action, le capteur peut utiliser la vitesse provenant du GNSS et les lectures provenant de l'accéléromètre à 3 axes pour se déclencher lorsqu'il détermine qu'il se trouve à une vitesse constante et que le bruit de vibration de fond est convenablement compris dans les limites établies.

Pour maximiser davantage la possibilité de capturer des données avec un bruit externe minimum, les inventeurs proposent de doter le dispositif de capteur d'une une mémoire non volatile embarquée telle qu'une mémoire FLASH pouvant mémoriser des coordonnées ou "points de cheminement" préprogrammés de longues sections de voie droites et uniformes.

Un autre aspect de l'invention concerne une boîte d'essieu de chemin de fer comportant un dispositif de capteur de contrôle d'état tel que décrit ci-dessus.

Un autre aspect encore de l'invention concerne un système de contrôle d'état de chemin de fer comportant au moins un dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer tel que décrit ci-dessus et un serveur de contrôle et de commande configuré pour recevoir et traiter des messages comportant le paramètre d'état de fonctionnement du roulement reçus depuis le dispositif de communication sans fil, le serveur de contrôle et de commande étant configuré pour générer des informations de maintenance relatives au roulement en fonction du paramètre d'état de fonctionnement.

Enfin, les inventeurs proposent un procédé de contrôle de l'état d'un roulement de chemin de fer et/ou d'une voie de chemin de fer au moyen d'un dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande est exploitée dans un mode de veille d'économie d'énergie et dans au moins un mode activé, l'unité de commande étant commutée du mode de veille au mode activé à la détection qu'un ensemble de conditions prédéterminées est satisfait, ledit ensemble de conditions prédéterminées comportant la condition que le véhicule de chemin de fer est en mouvement.

La présente invention résout les problèmes en réduisant considérablement le coût et la durée d'installation des systèmes de contrôle d'état des roulements sur le matériel roulant. Dans la plupart des déploiements, les systèmes de contrôle d'état des roulements doivent être reliés par câbles à l'alimentation électrique et les données doivent être communiquées à un collecteur de données embarqué et à des capteurs externes. L'installation d'un tel système demande un temps considérable.

Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, aucun composant embarqué n'est nécessaire, à savoir aucun composant n'est monté à distance de la boîte d'essieu p. ex. dans une locomotive du train.

Les modes de réalisation ci-dessus de l'invention ainsi que les revendications et figures annexées montrent de multiples caractéristiques de l'invention dans des combinaisons spécifiques. L'homme de métier pourra facilement envisager d'autres combinaisons ou sous-combinaisons de ces caractéristiques afin d'adapter l'invention définie dans les revendications à ses besoins spécifiques.

Brève Description des Figures

La figure 1 est une représentation schématique d'un train équipé d'un système modulaire de contrôle d'état ; la figure 2 est un schéma de principe d'un dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer selon l’invention ; et la figure 3 est un organigramme d'un procédé de contrôle d'état conformément à l'invention.

Description détaillée des Modes de Réalisation

La figure 1 est une représentation schématique d'un train équipé d'un système modulaire de contrôle d'état de roulements de véhicules conformément à l'invention. Le système comprend de multiples dispositifs de capteurs de contrôle d'état de chemin de fer 10 - un pour chaque roue du train - afin de mesurer au moins un paramètre de fonctionnement d'un roulement d'une boîte d'essieu de train. Les dispositifs de capteurs de contrôle d'état de chemin de fer 10 sont formés sous forme de nœuds de capteurs fixés ou noyés dans la plaque de bout d'un ensemble de roulement à rouleaux à double rangée du moyeu (non montré) ou à un logement de boîte d'essieu. Les paramètres opérationnels mesurés comportent les vibrations, les émissions acoustiques et la température du roulement et les dispositifs de capteurs de contrôle d'état de chemin de fer 10 comportent respectivement des capteurs correspondants 12. L'architecture système des dispositifs de capteurs individuels 10 est illustrée à la figure 2. Chacun des dispositifs de capteurs comporte une unité de commande 18 conçue pour exploiter les dispositifs périphériques noyés dans le dispositif de capteur 10 considéré. Ces dispositifs périphériques comportent en particulier un capteur de vibration 12 monté en un contact mécanique intime sur l'une des bagues de roulement, un module de télécommunication mobile 17 destiné à recevoir et à transmettre des paquets de données dans un réseau de télécommunication terrestre en tant qu'interface de communication mobile selon p. ex. une norme GSM, GPRS, UMTS, ou HSDPA, un circuit intégré d'accéléromètre à 3-axes 19 tel que l'accéléromètre disponible chez Freescale sous l'appellation MMA8451Q et un circuit intégré d'horloge externe en temps réel 21 tel que le NXP PCF2123. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le circuit intégré d'horloge en temps réel pourrait être aboli et d'autres moyens de détermination du temps système pourraient être utilisés. Un exemple serait un compteur à 32 bits servant à programmer les mesures. L'un ou l'autre de ces dispositifs permet de générer un signal de réveil de l'unité de commande 18.

Le réseau de télécommunication comporte des stations de base 32 montées à portée de la voie de chemin de fer. Le module de télécommunication 17 permet l'échange de données avec un serveur de contrôle et de commande fixe distant 40 du système. Les dispositifs de capteurs de contrôle d'état de chemin de fer 10 comportent en outre des batteries ou un système de récupération d'énergie qui alimentent les capteurs 12, l'unité de commande 18, le module de télécommunication 17 et les dispositifs périphériques restants, éventuels.

Un convertisseur analogique/numérique peut être intégré dans le capteur 12 ou monté entre le capteur 12 et l'unité de commande 18.

Enfin et surtout, l'unité de commande 18 comprend un récepteur GPS 23 qui reçoit des signaux de positionnement d'un système de satellites 30 (figure 1) comme moyen de détection d'une position géographique. Le système est configuré de telle sorte que les dispositifs de capteurs de contrôle d'état de chemin de fer 10 puissent être exploités dans un mode de veille ou dans un mode actif. Dans le mode actif, la mesure et la consignation de données peuvent être activées et/ou désactivées en fonction de la position géographique détectée comme cela est expliqué davantage ci-dessous.

Quand le véhicule est en mouvement et donc quand les roulements tournent, le capteur doit décider du moment auquel prendre les mesures. Ce processus est crucial étant donné que la prise de mesures sur des sections rugueuses de voie, à faible vitesse, à très haute vitesse, dans des virages ou lorsque le véhicule accélère ou ralentit produit du bruit et empêche de déterminer l'état du roulement ou de la roue. La prise de multiples mesures et le choix du bruit le plus bas est une option mais ceci gaspille l'énergie puisque toutes ces mesures risquent d'être prises dans des conditions inappropriées. En outre pour effectuer le contrôle de l’état, une vitesse précise des roulements est nécessaire. Comme ces capteurs sont boulonnés extérieurement sur la boîte d'essieu, ils doivent déduire la vitesse à partir de la position globale du véhicule. L'unité de commande 18 est équipée d'une mémoire destinée à mémoriser les données de route du véhicule ainsi que d'autres données comportant des données de capteurs capturées par les capteurs 12. Dans le mode de réalisation dans lequel le véhicule est un train, les données de route sont une carte du réseau ferroviaire. Dans d'autres modes de réalisation, les données de route peuvent être une collection ou une base de données de points de cheminement ou un réseau composé de noeuds et de liaisons. Le réseau ferroviaire est composé d'une pluralité de sections ou de liaisons mémorisée dans la base de données dans la mémoire 20 en combinaison avec des paramètres décrivant les propriétés de la section tels que la pente, la courbure moyenne, et la vitesse de déplacement admissible maximum. La base de données dans la mémoire comporte une pluralité de sections de route possibles le long desquelles le véhicule peut se déplacer.

Un moyen d'établissement de points de cheminement 22 de l'unité de commande 18 est configuré afin d'établir des points de cheminement pour activer les dispositifs de capteurs de contrôle d'état de chemin de fer 10 avec les capteurs 12 dans des sections convenables de la voie. Le moyen d'établissement de points de cheminement 22 peut également établir des points de cheminement de désactivation.

Le moyen d'établissement de points de cheminement 22 peut faire partie de l'unité de commande 18 ou d'un serveur distant qui envoie les points de cheminement à l'unité de commande 18 au moyen de l'interface de communication mobile.

Chacun des points de cheminement est une structure de données comprenant non seulement les coordonnés GPS mais aussi un champ optionnel indiquant le sens de déplacement du train dans lequel le contrôle doit être déclenché. En outre, la structure de données peut comprendre des champs de limites de vitesse supérieure et inférieure et, dans un mode de réalisation de l'invention, pour un rayon d'action, c.-à-d. une distance minimum jusqu'aux coordonnées GPS requises pour déclencher l'alarme de point de cheminement. En conséquence, le système peut être configuré de telle sorte que l'alarme ne soit pas déclenchée chaque fois que le train passe par le point de cheminement mais plutôt uniquement quand le train passe dans l'un des deux sens possibles sur une voie et quand la vitesse est comprise dans une plage souhaitée adaptée pour obtenir des mesures de haute qualité.

Dans le mode de réalisation des figures, le moyen d'établissement de points de cheminement 22 est une application de planification des points de cheminement de collecte de données sur la route du train. Ceux-ci peuvent en particulier inclure des coordonnées réelles sur un chemin rectiligne lorsque la vitesse est réputée constante. Le moyen d'établissement de points de cheminement 22 dans le mode de réalisation fournit un fichier KML (Keyhole Markup Language) ou un autre type de format de fichier standard (p. ex. GML) qui constitue une norme pour les données GIS utilisées par divers fournisseurs de cartes. Ce fichier générique peut être utilisé par un serveur du système de contrôle d'état pour télécharger et utiliser les points de cheminement ou des points de cheminement qui sont mémorisés dans une base de données de points de cheminement dans la mémoire 20.

Les points de cheminement peuvent constituer des points de début et des points de fin de sections de route faisant parti d'un ensemble de sections de route prédéterminées dans lesquelles l'acquisition de données par les dispositifs de capteurs de contrôle d'état de chemin de fer 10 sera activée.

Le déclenchement des mesures de capteurs par l'unité de commande 18 est illustré à la figure 3. Les mesures sont lancées uniquement quand un premier bloc de conditions de déclenchement basées sur le temps et le mouvement et un second bloc de conditions de déclenchement de points de cheminement ou de déclenchement par accéléromètre sont cumulativement satisfaits. A la mise en marche, l'unité de commande est exploitée dans un mode de veille de faible énergie dans lequel uniquement le temps système donné par le circuit intégré d'horloge en temps réel externe 21 est contrôlé. Quand le temps système indique qu'un intervalle prédéterminé s'est écoulé, l'unité de commande 18 lit les signaux de l'accéléromètre 19 pour détecter que le train est ou non en mouvement. Le mouvement est détecté en appliquant un seuil à un signal d'enveloppe de maintien maximum de l'accéléromètre 19. Ainsi, l'accéléromètre 19 sert de moyen de détection d'un mouvement du véhicule de chemin de fer.

Les temps système établis pour lire l'accéléromètre 19 n'ont pas à être des intervalles réguliers mais peuvent être réglés de différentes façons, p. ex. pour correspondre à un horaire journalier du train.

Si l'unité de commande 18 établit que le train est en mouvement, elle commute sur le mode de mesure actif en envoyant un signal de réveil à ses dispositifs périphériques et commence à évaluer les conditions de déclenchement d'après les points de cheminement. A la réception du signal d'activation, le récepteur GPS 23 écoute et interprète les messages de Position, Vitesse et Sens codés conformément aux normes établies par la NMEA (National Marine Electronics Association). Ensuite, la base de données de points de cheminement en mémoire avec la collection de points de cheminement dans la mémoire 20 est actualisée au moyen des données reçues du moyen d'établissement de points de cheminement 22. D’après la position, le système GPS détermine l'arrivée à un point de cheminement pour chacun des points de cheminement fournis et avise l'unité de commande 18 quand le point de cheminement est atteint.

Si des points de cheminement se trouvent dans le rayon de recherche, la variable de sens mémorisée relativement à chacun des points est vérifiée pour savoir si elle correspond au sens du véhicule. En cas de concordance de sens, la vitesse est vérifiée à l'étape ultérieure. Quand la vitesse est supérieure ou égale à la valeur préconfigurée (vitesse minimum), la mesure est déclenchée.

Dans les modes de réalisation où un rayon spécifique jusqu'à un point de cheminement est établi, celui-ci doit être réglé à une valeur inférieure au rayon de recherche et l'alarme du point de cheminement doit être déclenchée uniquement quand la distance jusqu'au point de cheminement est à la fois dans le rayon de recherche et dans le rayon spécifique au point du cheminement. Une fois qu'une mesure a été déclenchée, le point du cheminement est marqué comme étant traité dans la base de données de points de cheminement.

Si aucun point de cheminement ne se trouve dans le rayon de recherche, le bruit dans le signal de l'accéléromètre 19 est comparé à une valeur limite. Si le bruit est suffisamment bas pour anticiper des mesures de haute qualité, la vitesse est vérifiée. Quand la vitesse est supérieure ou égale à la valeur préconfigurée, la mesure est également déclenchée.

Un autre moyen de déclenchement des mesures est facilité par le système quand un temps réseau précis est spécifié pour commencer la mesure. Le logiciel d'application du système contrôle les données de position qui sont constamment fournies par le module GPS 23 et estime le temps nécessaire pour atteindre la position du point de cheminement. A un certain moment avant d'atteindre le point de cheminement, le logiciel d'application du système règle un temps système futur pour la mesure. Quand ce temps est atteint, le processus de la figure 3 de lecture de l'accéléromètre tel que décrit ci-dessus est entamé. L'activation et la désactivation peuvent en outre dépendre d'autres paramètres tels que la vitesse de déplacement, la température extérieure et le temps écoulé depuis la dernière activation. Comme caractéristique facultative, les changements de vitesse sont constamment rapportés par le module GPS 23 et si l'événement de changement de vitesse est pris en charge, la base de données est actualisée comme il convient.

Comme on l'a déjà mentionné, l'unité de contrôle d'état 10 destinée à être utilisée dans le système de contrôle d'état décrit ci-dessus comporte une unité de commande 18 configurée pour fonctionner dans un mode de veille d'économie d'énergie et dans un mode actif. L'unité de commande 18 est configurée pour commuter l'unité de contrôle d'état 10 du mode de veille au mode actif et du mode actif au mode de veille en fonction des signaux reçus par l'unité de commande 18 par l'intermédiaire d’un émetteur depuis l'unité de commande 18. Plus spécifiquement, l'unité de commande 18 est configurée pour commuter l'unité de contrôle d'état 10 du mode de veille au mode actif à la réception d'un signal de réveil provenant d'une unité de commande 18 et commuter l'unité de contrôle d'état 10 du mode actif au mode de veille à la réception d'un signal de veille reçu depuis l'unité de commande 18. Le signal de veille est habituellement généré au terme de la mesure.

Dans d’autres modes de réalisation de l’invention, le système de contrôle d’état peut comprendre un INS (système de navigation par inertie).

Une fois que les données ont été capturées, l'unité de commande 18 peut exécuter un algorithme interne pour déterminer une gravité d'un paramètre d'état de fonctionnement endommagé du roulement comme paramètre indiquant l'état de la pièce contrôlée. Si la gravité est jugée faible (vert) le dispositif de capteur 10 peut repasser en mode de veille, si la gravité est moyenne (Orange) il peut décider de mémoriser les données jusqu'à ce que d'autres mesures soient collectées ou de transmettre l'état. Si la gravité est sévère (rouge) le dispositif de capteur 10 peut transmettre immédiatement le paramètre de gravité de données ou le paramètre d'état de fonctionnement, à condition qu'une connexion de réseau cellulaire soit présente. En utilisant ce procédé de délestage de données, le dispositif de capteur 10 transmet des données peu fréquemment, ce qui économise l'énergie et le coût des données. L'économie d'énergie se traduit en une économie de coût puisque le capteur exige très peu de maintenance et peut fonctionner à partir d'une alimentation de batterie interne durant plusieurs années. A la réception des données mesurées par le dispositif de capteur depuis le dispositif de communication sans fil, le serveur de contrôle et de commande 40 traite les messages comportant le paramètre d'état de fonctionnement du roulement et génère ou adapte les informations de maintenance tel qu'un plan de maintenance se rapportant audit roulement en fonction du paramètre d'état de fonctionnement. En cas de détection d'un endommagement, la prochaine révision peut être programmée plus tôt ou il peut être noté que le roulement doit être remplacé dans le plan de maintenance, selon la gravité. Les paquets de données reçus par le serveur de commande 40 comporte au moins un identifiant de roulement, un paramètre de gravité et des informations géographiques indiquant l'endroit où le problème a été détecté.

Le coût du système est réduit en incorporant dans le capteur les caractéristiques d'un système embarqué, faisant de celui-ci une solution plus intéressante pour les clients potentiels.

Le temps et les coûts de fabrication sont réduits puisque le système consistant en capteurs et composants embarqués coûteux tels que passerelles et ordinateurs individuels peut maintenant être condensé dans un seul dispositif de capteur intelligent 10.

Claims (10)

1. Revendications

   1. Dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer configuré pour être fixé à un roulement de chemin de fer d'un véhicule de chemin de fer, comportant : a. au moins un capteur de vibration (12) ; b. un moyen (19) pour détecter un mouvement du véhicule de chemin de fer ; c. une unité de commande (18) pour traiter au moins les signaux obtenus par le capteur de vibration (12) pour déterminer un paramètre d'état de fonctionnement indiquant l'état de fonctionnement du roulement, dans lequel l'unité de commande (18) est configurée pour déclencher des mesures en fonction d'au moins un état prédéterminé ; et d. un dispositif de communication sans fil (17) pour communiquer le paramètre d’état de fonctionnement à un serveur de contrôle et de commande (40), caractérisé en ce que l'unité de commande (18) est configurée pour être exploitée dans un mode de veille économisant l'énergie et dans au moins un mode activé, l'unité de commande (18) étant configurée pour passer du mode de veille au mode activé à la détection qu'un ensemble de conditions prédéterminées est satisfait, dans lequel ledit ensemble de conditions prédéterminées comporte la condition que le moyen de détection de mouvement (19) détecte que le véhicule de chemin de fer est en mouvement.
2. 2. Dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de communication sans fil (17) est un module de télécommunication mobile.
3. 3. Dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite unité de commande (18) est configurée pour classer ledit paramètre d'état de fonctionnement en comparant le paramètre d’état de fonctionnement à au moins une valeur limite et communiquer immédiatement le paramètre d'état de fonctionnement au serveur de contrôle et de commande (40) uniquement quand le paramètre d'état de fonctionnement est égal ou supérieur à l'au moins une valeur limite.
4. 4. Dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite unité de commande (18) est configurée pour classer ledit paramètre d'état de fonctionnement dans au moins trois classes de gravité en comparant le paramètre d'état de fonctionnement à une valeur limite inférieure et une valeur limite supérieure et pour : a. passer au mode de veille quand la valeur du paramètre d'état de fonctionnement est égale ou inférieure à une valeur limite inférieure ; b. continuer de collecter les données et déterminer le paramètre d'état de fonctionnement si la valeur du paramètre d’état de fonctionnement est comprise entre la valeur limite inférieure et une valeur limite supérieure et pour c. communiquer immédiatement le paramètre d'état de fonctionnement au serveur de contrôle et de commande (40) quand le paramètre d'état de fonctionnement est égal ou supérieur à l'au moins une valeur limite.
5. 5. Dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen (19) de détection d'un mouvement du véhicule de chemin de fer est un accéléromètre à 3 axes.
6. 6. Dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moyen de détection d'un mouvement du véhicule de chemin de fer est le capteur de vibration (12).
7. 7. Dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par l'inclusion en outre d'un module GPS (23) de détection d'une position géographique, dans lequel l’unité de commande (18) est configurée pour déterminer ledit paramètre d'état de fonctionnement si la position géographique ne se trouve pas au-delà d'une portée prédéterminée.
8. 8. Boîte d'essieu de chemin de fer comportant un dispositif de capteur de contrôle d'état selon l'une des revendications précédentes.
9. 9. Système de contrôle d'état de chemin de fer comportant au moins un dispositif de capteur de contrôle d'état de chemin de fer (10) selon l'une des revendications 1 à 7 et un serveur de contrôle et de commande (40) configuré pour recevoir et traiter des messages comportant le paramètre d'état de fonctionnement du roulement reçus depuis le dispositif de communication sans fil (17), dans lequel le serveur de contrôle et de commande est configuré pour générer des informations de maintenance relatives au roulement en fonction du paramètre d’état de fonctionnement.
10. 10. Procédé de contrôle de l'état d'un roulement de chemin de fer et/ou d'une voie ferrée au moyen d'un capteur de contrôle d’état de chemin de fer (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande (18) est exploitée dans un mode de veille d'économie d'énergie et dans au moins un mode activé, dans lequel l'unité de commande (18) passe du mode de veille au mode activé à la détection qu'un ensemble de conditions prédéterminées est satisfait, dans lequel ledit ensemble de conditions prédéterminées comporte la condition que le véhicule de chemin de fer est en mouvement.