FR3115753A1 - Dispositif et procédé d’estimation de vitesse de train sur la base de signaux de vibration - Google Patents

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Gang Cheng
Jim Wei
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Abstract

L’invention concerne un dispositif et un procédé d’estimation de vitesse de train. Une vibration dans une bande de fréquences propres subie par un train lorsqu’il avance est échantillonnée au moyen de premier et deuxième capteurs à la même fréquence d’échantillonnage, pour obtenir un premier ensemble et un deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement ; un premier ensemble et un deuxième ensemble de signaux de vibration sont obtenus sur la base du premier ensemble et du deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement, et le premier ensemble et le deuxième ensemble de signaux de vibration sont soumis à une analyse par corrélation croisée, pour obtenir une différence d’échantillonnage cible ; et une vitesse de train est calculée sur la base de la différence d’échantillonnage cible. Le dispositif et le procédé d’estimation de vitesse de train selon la présente invention peuvent surveiller précisément la vitesse de train en temps réel sans avoir recours à aucun capteur de vitesse ou GNSS. Figure 1

Description

Dispositif et procédé d’estimation de vitesse de train sur la base de signaux de vibration
Domaine technique de l’invention
La présente invention concerne une estimation de vitesse de train, en particulier un dispositif et un procédé d’estimation de vitesse de train sur la base de signaux de vibration.
Etat de la technique antérieur
Dans un train de chemins de fer, afin de détecter des défauts dans des composants rotatifs du train, il est généralement nécessaire d’effectuer une surveillance précise de la vitesse de marche en temps réel du train. Actuellement, la surveillance de la vitesse du train utilise des capteurs de vitesse ou est basée sur le système mondial de positionnement par satellite (GNSS). Cependant, les capteurs de vitesse présentent une consommation d’énergie et des coûts de matériel relativement élevés, tandis que les systèmes basés sur un GNSS présentent des exigences très strictes en termes de conditions de signaux, et dans des cas de figure présentant de mauvaises conditions de signaux, tels que des tunnels, il arrive souvent que la vitesse de train en temps réel ne puisse pas être obtenue avec précision.
En réponse au problème ci-dessus, la présente invention a pour objet un dispositif et un procédé d’estimation de vitesse de train, qui estiment la vitesse de train en temps réel par échantillonnage et analyse d’un signal de vibration de manière synchrone.
Selon un aspect de la présente invention, un dispositif d’estimation de vitesse de train est proposé, comprenant : au moins une paire de capteurs, comprenant un premier capteur et un deuxième capteur agencés dans la direction d’avancement d’un train, le premier capteur et le deuxième capteur étant configurés pour échantillonner, à la même fréquence d’échantillonnage, une vibration dans une bande de fréquences propres subie par le train lorsqu’il avance, afin d’obtenir un premier ensemble de signaux d’échantillonnage et un deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement ; et un processeur, configuré pour obtenir un premier ensemble de signaux de vibration et un deuxième ensemble de signaux de vibration sur la base du premier ensemble de signaux d’échantillonnage et du deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement, et soumettre le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration à une analyse par corrélation croisée, pour obtenir une différence d’échantillonnage cible ; la différence d’échantillonnage cible obtient une corrélation croisée maximale entre le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration, et le processeur est configuré pour calculer une vitesse de train sur la base de la différence d’échantillonnage cible.
Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé d’estimation de vitesse de train est proposé, comprenant : l’échantillonnage, à la même fréquence d’échantillonnage, d’une vibration dans une bande de fréquences propres subie par le train lorsqu’il avance au moyen d’un premier capteur et d’un deuxième capteur dans au moins une paire de capteurs, afin d’obtenir un premier ensemble de signaux d’échantillonnage et un deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement, dans lequel le premier capteur et le deuxième capteur sont agencés dans la direction d’avancement du train ; l’obtention d’un premier ensemble de signaux de vibration et d’un deuxième ensemble de signaux de vibration sur la base du premier ensemble de signaux d’échantillonnage et du deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement, et le fait de soumettre le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration à une analyse par corrélation croisée, pour obtenir une différence d’échantillonnage cible, dans lequel la différence d’échantillonnage cible obtient une corrélation croisée maximale entre le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration ; et le calcul d’une vitesse de train sur la base de la différence d’échantillonnage cible.
Selon les principes de la présente invention, la vitesse de train en temps réel peut être surveillée précisément sans avoir recours à aucun capteur de vitesse ou GNSS. Par comparaison avec l’art antérieur, le dispositif et le procédé d’estimation de vitesse de train selon la présente invention peuvent réduire la consommation d’énergie lors d’une estimation de vitesse de train en temps réel, avoir une précision plus élevée qu’un procédé d’estimation d’une vitesse de train basé sur un GNSS, et sont particulièrement appropriés pour l’estimation d’une vitesse de train souterrain dans des conditions de signaux non GNSS. En outre, le dispositif et le procédé d’estimation de vitesse de train selon la présente invention sont appropriés pour des véhicules ferroviaires de différents types tels que des trains souterrains, des trains à unités multiples, des trains à grande vitesse et des trains aériens, et ne seront pas affectés par des facteurs tels que le type de train et le type de voie.
Brève description des figures
Les attributs et avantages de la présente invention deviendront apparents sur la base de la description détaillée ci-dessous de modes de réalisation illustratifs compris en association avec les dessins. Dans les dessins :
comprend une Figure 1A illustrant schématiquement une vue de côté d’une partie d’un train dans lequel est prévue une paire de capteurs selon un mode de réalisation de la présente invention, et une figure 1B illustrant schématiquement une vue de dessous d’une partie d’un train dans lequel est prévue une paire de capteurs selon un mode de réalisation de la présente invention.
illustre un schéma fonctionnel d’un dispositif d’estimation de vitesse de train selon un mode de réalisation de la présente invention.
illustre un processus de communication par la paire de capteurs avant l’échantillonnage selon un mode de réalisation de la présente invention.
illustre un ordinogramme d’un procédé d’estimation de vitesse de train selon un mode de réalisation de la présente invention.
illustre un ordinogramme de communication par la paire de capteurs avant l’échantillonnage selon un mode de réalisation de la présente invention.

Claims (10)

  1. Dispositif d’estimation de vitesse de train, comprenant :
    au moins une paire de capteurs, comprenant un premier capteur et un deuxième capteur agencés dans la direction d’avancement d’un train, le premier capteur et le deuxième capteur étant configurés pour échantillonner, à la même fréquence d’échantillonnage, une vibration dans une bande de fréquences propres subie par le train lorsqu’il avance, afin d’obtenir un premier ensemble de signaux d’échantillonnage et un deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement ; et
    un processeur, configuré pour obtenir un premier ensemble de signaux de vibration et un deuxième ensemble de signaux de vibration sur la base du premier ensemble de signaux d’échantillonnage et du deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement, et soumettre le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration à une analyse par corrélation croisée, pour obtenir une différence d’échantillonnage cible ; la différence d’échantillonnage cible obtient une corrélation croisée maximale entre le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration, et le processeur est configuré pour calculer une vitesse de train sur la base de la différence d’échantillonnage cible.
  2. Dispositif d’estimation de vitesse de train selon la revendication 1, dans lequel le processeur est en outre configuré pour obtenir une bande de fréquences caractéristiques du premier ensemble de signaux d’échantillonnage et du deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage ayant une amplitude supérieure à un seuil dans une plage de basses fréquences, et filtrer le premier ensemble de signaux d’échantillonnage et le deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage dans la bande de fréquences caractéristiques, afin d’obtenir le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration.
  3. Dispositif d’estimation de vitesse de train selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, avant que le premier capteur et le deuxième capteur n’effectuent l’échantillonnage, le premier capteur est en outre configuré pour envoyerimpulsions initiales standard, oùest un nombre entier naturel supérieur ou égal à 1, et le deuxième capteur est en outre configuré pour envoyer une impulsion initiale de retour à chaque fois qu’il reçoit l’impulsion initiale standard ;
    si le premier capteur reçoitdites impulsions initiales de retour, alors le premier capteur est en outre configuré pour envoyer une impulsion de synchronisation standard et commencer l’échantillonnage ;
    si le deuxième capteur reçoit l'impulsion de synchronisation standard, alors le deuxième capteur est en outre configuré pour commencer l’échantillonnage et envoyer une impulsion de synchronisation de retour ; et
    si le premier capteur reçoit l’impulsion de synchronisation de retour, alors le premier capteur est en outre configuré pour continuer l’échantillonnage.
  4. Dispositif d’estimation de vitesse de train selon la revendication 3, dans lequel
    si le premier capteur ne reçoit pas l’impulsion de synchronisation de retour, alors le premier capteur est en outre configuré pour arrêter l’échantillonnage, et revenir à la sous-étape d’envoi desimpulsions initiales standard ; et
    si le deuxième capteur reçoit l’impulsion de synchronisation standard à nouveau, alors le deuxième capteur est en outre configuré pour arrêter l’échantillonnage, et puis revenir à la sous-étape de commencement de l’échantillonnage et d’envoi de l’impulsion de synchronisation de retour.
  5. Dispositif d’estimation de vitesse de train selon la revendication 3 ou 4, dans lequel, après que le premier capteur et le deuxième capteur ont achevé l’échantillonnage, le premier capteur est en outre configuré pour calculer une différence de temps de début d’échantillonnage sur la base d’une différence de temps entre l’envoi de l’impulsion initiale standard et la réception de l’impulsion initiale de retour correspondante par le premier capteur, et aligner le premier ensemble de signaux d’échantillonnage sur le deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage sur la base de la différence de temps de début d’échantillonnage.
  6. Dispositif d’estimation de vitesse de train selon la revendication 1 ou 3, dans lequel différentes paires de capteurs dans l’au moins une paire de capteurs sont configurées pour utiliser différentes bandes de fréquences de canal sans fil pour la communication.
  7. Dispositif d’estimation de vitesse de train selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le processeur est en outre configuré pour déterminer si la vitesse de train calculée est dans une plage spécifique, et ignorer la vitesse de train si la vitesse de train n’est pas dans la plage spécifique.
  8. Procédé d’estimation de vitesse de train, comprenant :
    l’échantillonnage, à la même fréquence d’échantillonnage, d’une vibration dans une bande de fréquences propres subie par le train lorsqu’il avance au moyen d’un premier capteur et d’un deuxième capteur dans au moins une paire de capteurs, afin d’obtenir un premier ensemble de signaux d’échantillonnage et un deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement, le premier capteur et le deuxième capteur étant agencés dans la direction d’avancement du train ;
    l’obtention d’un premier ensemble de signaux de vibration et d’un deuxième ensemble de signaux de vibration sur la base du premier ensemble de signaux d’échantillonnage et du deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage respectivement, et le fait de soumettre le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration à une analyse par corrélation croisée, pour obtenir une différence d’échantillonnage cible, dans lequel la différence d’échantillonnage cible obtient une corrélation croisée maximale entre le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration ; et
    le calcul d’une vitesse de train sur la base de la différence d’échantillonnage cible.
  9. Procédé d’estimation de vitesse de train selon la revendication 8, comprenant en outre :
    l’obtention d’une bande de fréquences caractéristiques du premier ensemble de signaux d’échantillonnage et du deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage ayant une amplitude supérieure à un seuil dans une plage de basses fréquences ; et
    le filtrage du premier ensemble de signaux d’échantillonnage et du deuxième ensemble de signaux d’échantillonnage dans la bande de fréquences caractéristiques, afin d’obtenir le premier ensemble de signaux de vibration et le deuxième ensemble de signaux de vibration.
  10. Procédé d’estimation de vitesse de train selon la revendication 8, comprenant en outre :
    avant que le premier capteur et le deuxième capteur n’effectuent l’échantillonnage, l’envoi par le premier capteur deimpulsions initiales standard, oùest un nombre entier naturel supérieur ou égal à 1, et l’envoi par le deuxième capteur d’une impulsion initiale de retour à chaque fois qu’il reçoit l’impulsion initiale standard ;
    si le premier capteur reçoitdites impulsions initiales de retour, alors le premier capteur envoie une impulsion de synchronisation standard et commence l’échantillonnage ;
    si le deuxième capteur reçoit l'impulsion de synchronisation standard, alors le deuxième capteur commence l’échantillonnage et envoie une impulsion de synchronisation de retour ; et
    si le premier capteur reçoit l’impulsion de synchronisation de retour, alors le premier capteur continue l’échantillonnage.
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