WO2017093658A1 - Système de transport guide automatique comportant une plateforme universelle - Google Patents

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WO2017093658A1
WO2017093658A1 PCT/FR2016/053141 FR2016053141W WO2017093658A1 WO 2017093658 A1 WO2017093658 A1 WO 2017093658A1 FR 2016053141 W FR2016053141 W FR 2016053141W WO 2017093658 A1 WO2017093658 A1 WO 2017093658A1
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WO
WIPO (PCT)
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platforms
platform
network
transport system
guided transport
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/053141
Other languages
English (en)
Inventor
Paul Ortais
Original Assignee
Paul Ortais
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Paul Ortais filed Critical Paul Ortais
Publication of WO2017093658A1 publication Critical patent/WO2017093658A1/fr

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/04—Automatic systems, e.g. controlled by train; Change-over to manual control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L11/00—Operation of points from the vehicle or by the passage of the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates

Definitions

  • the present invention relates to the field of Intelligent Transport Systems (ITS) combining the applications of new information and communication technologies to the field of transport.
  • ITS Intelligent Transport Systems
  • transport systems are part of a context of sustainable development: these new systems contribute to the control of mobility by promoting, among other things, the postponement of the car towards more environmentally friendly modes.
  • Intelligent transport systems combine vehicles, usually autonomous, and dedicated infrastructure to optimize the use of transport infrastructure, improve safety (including road safety) and safety, and develop services.
  • Prior art is known from patent application US20040225421 which describes an example of an automated personal transport system for moving passengers and freight including a network of runways and small vehicles on the runway network.
  • the network provides stations and stops for off-piste loading and unloading.
  • the width of the vehicle is limited to one dimension for a seat.
  • the vehicles can be coupled static or dynamic to form a train.
  • the track has side rails for the rigid wheels of the vehicle and a center rail for centering the vehicle on the guideway and providing additional acceleration and braking capability.
  • the control system for vehicle traffic is divided into three levels: the central control system, the lane control system and the vehicle control system.
  • United States Patent US8375865 discloses a fully automated people and freight distribution system consisting of vehicles that move by their own propulsion on a pair of rails that form a single track and allows people to go where the tracks can track them. take and delivery of goods anywhere along the tracks.
  • the invention relates, in its most general sense, to an automatic guided transport system comprising a network of dedicated tracks and a set of autonomous vehicles, characterized in that at least some of the vehicles are vehicles.
  • modular components consisting of an undifferentiated platform comprising the displacement means on a constrained trajectory with a single degree of freedom by said dedicated channels and means for receiving, in the upper part, a passenger cell, a cargo cell, a technical cell or a combination of said cells.
  • Undifferentiated platform means a platform independent of the load (s) transported (s). It can be implemented indifferently with a passenger cell, a cargo cell, a technical cell or a combination of several of these cells according to the desired use.
  • the means of the platform receiving the cell or cells are arranged to allow a removable assembly (also called reversible) of the cell (s) received (s) on the platform.
  • a removable assembly also called reversible
  • the removable nature of the cells thus makes it possible to modulate the vehicle according to the use for which it is intended.
  • said platforms have a mechanical interface arranged to support said cell (s).
  • the cell (s) is (are) intended to be placed directly or indirectly on the interface.
  • the system comprises a type of cell having means for attaching a load shared between several vehicles whose platforms cooperate.
  • said platforms have means of cooperation in the longitudinal direction, for platforms moving on the same track.
  • said platforms have means of cooperation in the lateral direction, for platforms moving on two parallel tracks.
  • said dedicated channels have bifurcations comprising a selection means interacting with a complementary control means provided on each of said platforms.
  • said dedicated channels have avoidance areas where the channels are duplicated.
  • the system has no centralized supervision unit.
  • each platform comprises a computer receiving information from at least part of the platforms, and the local information, for controlling the operation of the means for moving said platform and the communication means of said platform with at least a part other system components.
  • each vehicle constitutes an element of a distributed cellular automaton.
  • the complexity of the certification is only once on the platform, which concentrates the complexity and the safety functions regardless of its subsequent payload.
  • FIG. 1 represents a schematic view of the functional architecture of the system
  • FIG. 2 shows a schematic view of the functional architecture of the platform.
  • the invention relates to a system for transporting not only people but also goods.
  • the vehicle according to the invention is in fact a generic and standardized platform, capable of carrying the most diverse loads of which the passenger car is one of the possible configurations. For example, we propose:
  • the system implements a network of self-supporting channels, which can therefore be raised. This frees floor space for "soft traffic".
  • the tracks have sections with a small radius of curvature of 5 meters which allows vehicles to enter even the narrow streets inaccessible to other means of transport. Functional architecture of the system
  • FIG. 1 represents a schematic view of the functional architecture of the system.
  • Each universal platform (1) has means of connection with a transport cell (2) specialized according to the use: passenger transport, freight, technical or combined cell.
  • Each platform (1) also cooperates with a transport cell (2) by:
  • Each platform (1) also cooperates with the track (3) by:
  • Each platform (1) also cooperates with other platforms by:
  • a mechanical connection (10): connection between two adjacent platforms - a computer link (11): Detection, direct communication between platforms.
  • Figure 2 shows a schematic view of the functional architecture of the platform.
  • Each wheel module (12, 22, 32, 42) implements the three interfaces with the channel (3):
  • Each guide module (50, 60) implements the interfaces with the other platforms:
  • the six modules (12, 22, 32, 42, 50, 60) are tightly coupled into an AIDA network (trade name of the technology described in French patents FR2978315, FR2983018 and FR2921527.
  • the mechanical interface with the cell is shared by the common, electrical and logical chassis are spread over the six modules and consume the third AIDA link of each.
  • the system operates an infrastructure consisting of elevated lanes, with a limited footprint, built and pre-assembled in stand-alone sections (typically sections ten to twelve meters long), and connected during installation.
  • the elementary section of track is transportable on the same track.
  • a study is planned to define a technical vehicle carried by the track and capable of placing the following micropiles from the track, which cancels almost the footprint even during network deployment.
  • the unit rail has with the following a standardized mechanical, electrical and logical interface.
  • Undifferentiated platforms also called generic platforms
  • a rigorous interface standard at the following levels:
  • logic communication with the channel, with the load, with the other platforms.
  • An automatic test allows the final validation of these interfaces to allow a platform to enter the network. The validation process then continues perpetually until the withdrawal of the platform from the network, by nominal or default deadline.
  • Vehicle means the functional assembly of a platform and a load / cell capable of carrying out a transport mission in the network, whether of passengers or materials, or both combined.
  • the set of quality of service constraints of the network is based on the behavior of the platforms, the loads responding to a set of significantly less severe standards designed not to interfere with the proper operation of the platforms.
  • docking platform is the platform that aligns and locks, the cockpit is autonomous to perform access control.
  • the transport network uses a standard platform of parallelepipedal general shape advantageously circulating on a line consisting of two channels in the conventional arrangement. against the grain.
  • Each track has two rails spaced one meter, the constant spacing between the tracks being also one meter.
  • the platform rolls on the rails on which it rests via four driving wheels. It extends between the rails of the track. It advantageously has a length of 2 meters, a width less than 1 meter to be arranged between the rails and a thickness of 45 centimeters.
  • the platform further comprises a tray for receiving loads. This one is placed on the top of the platform.
  • a tray for receiving loads This one is placed on the top of the platform.
  • the plate includes standard interfaces for associating loads of any kind, for example a cabin of four to six passengers, or a skip, or any other technical installation.
  • the plate advantageously comprises three interfaces, namely a mechanical interface, an electrical interface and a logic interface.
  • the plate can be assimilated to a mechanical, electrical and logical connector.
  • the loads can thus be associated indifferently with any platform of the network, all the platforms and all the loads sharing the same set of interfaces of the plate.
  • the interfaces are made in the following manner:
  • the mechanical interface includes several attachment points each of which is at an invariable location of the plate and distribute the mechanical forces on the corresponding points of the platform, creating a direct path of transmission of load stresses to the four wheels.
  • the structure of the platform is advantageously a tabular frame whose beams are arranged in the direction of these main efforts.
  • the designer of a passenger cabin or cargo container takes this architecture into account by designing the load to be placed on the platform. It also returns the main efforts to said fixing points, providing a direct and verifiable access or a method of installation that guarantees the mechanical integrity of the platform / load combination and its observability in operation to prevent inadvertent degradation.
  • Fixing the load on the plate is advantageously effected by means of screws, with a locking device, associated with nuts attached to the structure of the platform and flush the surface of the tray to minimize the constraints imposed on the manufacturers of the loads.
  • the electrical interface allows you to transfer energy bidirectionally between platform and load. It is thus possible to feed via the platform a load such as a passenger cabin, including but not limited to lighting, heating and air conditioning, or a cargo dump energy to maintain a favorable environment for freight. Similarly, the interface is advantageously arranged to allow power supply of the platform by the load.
  • two standard connectors borrowed from the automotive world, of a type approved for powering electric vehicles are fixed to the tray so as to allow easy access even if the load is flat and occupies the entire tray, to the height of each of the axles and decentered each on one side to improve their accessibility.
  • the load may not use any of these connectors, or only one or both.
  • the platform is protected against electrical faults that may come from the load.
  • the logic interface is implanted analogously to the electrical interface and also consists of two adjacent connectors of the electrical connectors, said connectors providing fast serial digital links of great logical flexibility and supporting without specific adaptation most uses likely to 'be deployed in the loads, like for example Internet in a passenger cabin or telemetry on a technical load.
  • the platform also comprises the devices necessary for propulsion and taxiing, energy reserves, guidance and navigation means communicating with the platforms the previous and the next on the tracks and with the channel propagating the collective information. network. Placing and disconnecting platforms
  • the platforms are grouped by contact, with a residual support force to avoid dissociation under the effect of residual accelerations due for example to the aerodynamic forces or internal movements of the transported loads.
  • platforms have front and rear retractable bumpers with controllable damping, or buffers.
  • the internal platoons of a platoon retract their buffers, those of head and tail deploy them.
  • a single platform must therefore deploy them a priori, but it is possible to apply a more complex law for various reasons including for example reducing congestion during low-speed station maneuvers or reducing aerodynamic drag when the platform is at a known and sufficient distance from other platforms.
  • the platforms measure their distance indirectly by communicating via the channel, and directly by means of detectors, for example ultrasonic, which are advantageously integral with the buffers, because they indicate precisely the distance between them, provided that the buffer itself is discernable from the capsule that carries it by a proper processing of the sound signal reflected.
  • detectors for example ultrasonic
  • each platform, catch-up or platoon is informed precisely and in real time of the dynamic characteristics of all the platforms concerned, by redundant communication channels including direct links between platforms and indirect via the channel.
  • Dynamic characteristics include mass, position, velocity, acceleration, derivative of acceleration, trajectory intent, operational state, estimation of the same parameters for neighboring platforms.
  • the buffers are deployed as described above, and the two mobiles (platform R and platoon) adopt a trajectory space-time meeting, in which the platoon basically keeps his speed and R joins him according to a law assimilable to
  • the first contact between the R and D buffers is therefore at zero relative speed and acceleration (soft docking).
  • R applies the nominal support force platoon, and under the effect of this force the various buffers deployed (therefore, except R, Ar) retract according to the damping factor, passive or driven, which characterizes them, until to the compaction of the platoon.
  • the nominal output sequence of the platoon from the front is identical in the space domain and inverse in the time domain.
  • the peloton extraction sequence combines two symmetrical output sequences, one between the front of the platoon accelerating to the front and the other, slowing down, for the rear part. This maneuver is very common because it concerns the release to a station.
  • the partial expansion of a platoon is applicable to the concatenation of two platoons already formed, the risk increasing with the masses in relative motion.
  • the law of movement of the platforms will lead to more or less pronounced expansion (more or fewer platforms involved, deployment of each graduated) of the platoons on the side where they meet.
  • the dynamic control of the collision is a collective (mechanical) behavior prevailing in the states close to the dreaded states of the system.
  • a vehicle traveling too fast will be understood by healthy platforms as a potential generator of a collision. Healthy platforms will not wait for the collision by protecting themselves at best. They will distribute themselves, be spaced, go to the suspect vehicle, arrange and coordinate to bring it back to a known state far from the dreaded state.
  • the platform has a buffer that forms bumper in the retracted position, forming with the platform and its load a protrusion just needed to ensure contact with other platforms and their loads is at the buffer location.
  • the buffer carries a distance sensing element with the buffers of the other platforms, which can be obtained by radiofrequency (radar) or sound (sonar) or optical means, by 1-dimensional image processing (time of flight measurement, triangulation), 2 dimensions (conventional image processing), 3 dimensions (time-of-flight camera).
  • radar radiofrequency
  • sonar sound
  • optical means by 1-dimensional image processing (time of flight measurement, triangulation), 2 dimensions (conventional image processing), 3 dimensions (time-of-flight camera).
  • the buffer optionally carries a contact detection means between buffers and a means for measuring its deployment, between the fully retracted state and the fully deployed state.
  • the buffer moves in a substantially longitudinal direction in the direction of travel of the platform. It will advantageously consist of an outer contact zone, in the deployed position, between buffers; a support zone in the retracted position limiting its depression in the platform and optionally associated with a limit switch to consolidate the complete retraction information.
  • the pad is movable by means of a motor for deployment and retraction.
  • the movement allows a sliding to allow the forced retraction of the buffer (typically by contact with an obstacle) ensuring its main function of damping.
  • An advantageous means is to move the buffer by a piston or several parallel pistons, and to transform the rotation of a motor in translation of the piston by a roller, which ensures the required sliding.
  • the use of a motor is advantageous, compared to an all-or-nothing movement (obtained for example by solenoid) in that it allows the measurement and adjustment of the movement.
  • the displacement of the buffer is damped to allow absorption of collision energy.
  • the damping can be passive of the 1st degree or modulated in various ways including by active control of the instantaneous damping factor. In the latter case the complex damping of a series of platforms, in particular of heterogeneous masses, could be more or less deterministic, in any case closely predictable.
  • the technical objective assigned to this system is to provide the passenger with a comfort equivalent to that which he would expect from a new city car. Elements of comfort such as heating, ventilation, lighting, atmospheric protection, etc. are left to the choice of the supplier of the cabin.
  • the platform mechanical support, provides the cabin with the following movements:
  • a speed of between 10 and 20 meters per second a speed of between 10 and 20 meters per second.
  • a maximum acceleration of lm / s 2 with a variation limited to lm / s 3
  • the derivative of acceleration is also bounded.
  • the track is self-supporting, that is to say it provides both the rolling surface function, drawn in 3D to be as smooth and soft as possible, and the support function.
  • the wheels are elastomer, the hardest possible for performance but not too much to get a quiet ride.
  • the technical compromise is carried over to the tread material, considered as a wear part (like car tires, but on a very small scale), and on a choice of auditory comfort.
  • the transport system is to be implanted in the heart of the cities, even in the tightest places where the car currently goes. It is explained elsewhere how the platforms have the necessary agility, but as a result the traffic is very close to the houses.
  • the automatic transport system must be as visually intrusive as possible. This issue is mainly addressed by the choice of a general lightness, which reduces the vertical thickness of the tracks to 30cm thick, with a support every 10m, which ensures a quasi-invisibility in the landscape from a distance of a few hundred meters.
  • Bilateral revegetation is also planned in the design of pathways to minimize their impact on the landscape.
  • the standard formula proposed is 2x2 seats vis-à-vis, for a seat width of 60cm, equal to that available by car, and enough room not to interfere with the legs.
  • the platform length of 2m makes it possible to design a comfortable cabin for journeys that should last only a few minutes.
  • the cabin has the type of spacious access of a minivan.
  • the cockpits are a small, enclosed area where arrangements are made to provide security for people.
  • the identity of the passenger may be limited for the network to a user number.
  • the user uses his mobile phone to request a "mission”, such as to evaluate an Internet transit trip. If the trip is usual, the phone will just launch the agreed alarm, and the user may request an advance / delay on a case-by-case basis.
  • the network calculates a mission that it inserts among the missions already programmed. In normal urban use, a large majority of missions are regular and do not require daily reprogramming. The request circulates in the low priority network, because even if it is requested for the next few minutes, this is a very long delay compared to the "real time" communications of the network.
  • the capsules have a Taxi mentality: those who know how to be in the vicinity of departure at the right time calculate their mission and make their proposal on the network.
  • a voting system chooses one of the solutions, classifies the following as possible alternatives (a cancellation is always possible) and disseminates the end of the evaluation.
  • the user is informed in return, for example by SMS, of the place (station) and the time of the appointment (a handful of minutes) with his capsule.
  • the system incorporates the known reactivity of this user into his mission calculation.
  • Replacing the automobile means being able to carry objects too. If it is bulky but portable, it is possible to book a capsule for one person and use the vacant seats. This can lead to additional costs, but not necessarily: it is a matter of pricing policy.
  • the objects to carry are more bulky, up to the size of a upright piano or a sofa for example, the simplest is to reserve a passenger capsule followed closely by a platform - dump loaded with the object. The user takes charge of the loading and unloading station, or is helped for this. Moving the two platforms together, touching each other, will probably be the easiest solution for the mission preparation algorithm.
  • the unloading platform that already exists for trucks will accommodate a platform terminus.
  • the solution according to this proposal thus wants to replace the traffic of trucks and vans of urban delivery, or of moving, by a rather simple adaptation (mechanics) of the ways and the extension of the notion of station for passengers, to the goods.
  • the platforms according to this proposal are able to cooperate to transport an international container of 20 feet, provided that its mass is limited to around 2 tons spread over four platforms.
  • Such missions are understood as exceptional: transport of a large object for work, a machine, a container to move at night.
  • the customer of this mission receives four platforms equipped with mechanical adapters allowing to distribute correctly the weight of the container. Platforms once loaded verify that each sees a correct load.
  • the exceptional convoy starts at the second scheduled, can be escorted by test and surveillance capsules, as for an exceptional convoy on the road, and takes two lanes of traffic, normally in the opposite direction, which are reserved in the same direction just the time of crossing each section of the network.
  • the network according to this proposal uses the AIDA (COMMERCIAL NAME) technology which ideally corresponds to its distributed nature.
  • the intelligence being distributed between the network platforms, the communication system is what makes this set a system.
  • the exchanged information is classified by latency or equivalent distance traveled:
  • Track device The platform exchanges with each rail via two HF antennas, one fixed and one embedded.
  • the fixed antenna is housed in and delivered with the rail.
  • the mobile antenna is secured to the platform.
  • a non-radiating device, optical or magnetic, detects the passage near both antennas and initiates the communication.
  • the exchange focuses on short-term data (eg during a collision in progress, maintenance information can be dropped). Data not exchanged / confirmed during a session is propagated to the next track (s) for retransmission.
  • Mission data origin, destination, next stop, planned route, mission type, loading info Maintenance data: health status, age, track measurements
  • Mission data confirmation / invalidation
  • Maintenance data particular network and platform (s), private instructions.
  • the platforms all communicate with each other in a network.
  • the information flows via the tracks, and also directly when the platforms are at short range, of the order of a length of rail.
  • the platform has an AIDA network (trade name, acronym for
  • the platform has a 6-node AIDA (trade name) network: four propulsion and energy nodes, each linked to a wheel module, and two navigation nodes, AV and AR.
  • AIDA trade name
  • Each wheel module comprises a motor and the propulsion / support wheel, the guide and branch control rollers in the case of mechanical guidance, a separate braking / locking device, a mechanical connection to the other wheel modules to coordinate the branch, a distributed part of the channel selection function.
  • the local node has full authority, under the control of the other nodes of the AIDA network (business name). Functions with a high level of criticality are not duplicated by a standby or redundant computer but by elements of wired logic.
  • the link to the AIDA network (business name) is made by three bidirectional links to typ. 3,125Gbps
  • Axial knot The same AV and AR nodes manage the movement of the platform relative to the channel, the other platforms, the stations. They control the inter-platform communication means, the active buffers, the trajectory calculation, of which the anti-collision is only one of the particular states.
  • the mission begins at the call of the network by a user, typically from a laptop or fixed, an urban terminal if any, more rarely station.
  • a preliminary route calculation is performed by the receiving node before broadcasting.
  • the list of proposed missions circulates in the network, the platforms that have an availability for the portion of network concerned at the date concerned seize it and register or not. They can unsubscribe later if they find more interesting missions (better filled, longer, more profitable in a general way, etc.). The closer we approach the care, the more the right to withdrawal decreases, until a platform is found in the most favorable situation and means their leave to other contenders.
  • the latency for the user is the residual time to reach the station where it is presented, but it can also be informed by electronic message (SMS). Latency estimated is typically less than one minute in all cases, and of the order of one second for regular missions.
  • the current mission information remains available on the network to mitigate possible events that would require the availability of other platforms, from the recovery of a passenger station to the constitution of a pusher to extract a broken platform from the tracks.
  • the major criterion, after the safety of people, can be modulated. For example, a local authority will want to focus on saving energy, at the cost of increasing latency.
  • the network has links to the outside world for its management. It intrinsically has a very high bandwidth, so the location of its external ports depends mainly on the constraints of the urban area where it is deployed, the information then traveling in the network without difficulty.
  • necessary links we can mention in particular:
  • the footprint of the system is very low, it comes down to the installation of micropiles spaced a dozen meters, without the need for road works.
  • the stations are typically at track height (France: 4m) or a little lower (3m) to put them at the level of a conventional first stage.
  • the right of way of a station is equivalent to that of its stairs or lifts, and the necessary piles. It is also envisaged to use a 1st floor of existing building, and the natural slopes of the land. Lanes do not require the same elevation everywhere, which makes it easy to create a clean site.
  • the modular aspect of the tracks, and their relative lightness, allow an evolution of the network which does not entail the considerable costs usually met for the metro, the bus lanes, the tram, or even the automobile.
  • a station can be added to the network a posteriori, moved, deleted, with a short interruption of service at the time of connection. It is advantageous that the control logic of the network, in the proposed system, is distributed in the platforms. There is no need for rewiring of the control and command networks, and all that is needed is to inform the platforms of current developments.
  • the fleet of technical vehicles of the network includes a mobile workshop, on one or more platforms, capable of performing the superficial maintenance of the tracks:
  • the fleet of technical vehicles of the network includes a mobile tool of realignment of the channels by bending of the structural profiles.
  • the pathways are rigid and deformable mainly by dilatation. Considering a temperature excursion of 100 ° C (-40 / + 60 ° C) the expansion coefficient (steel) of 12x10-4 results in a displacement of 12cm over a range of 100m.
  • the network will be traced without elastic adaptation other than the supports, which also palliate the seismic constraint. Curved plots are a known way to postpone longitudinal stress in bends.
  • Tracks are also implantable where a soil, a road, would not be feasible, for example a place of steep slope, a ravine, a steep landscape or very rugged, to span an existing infrastructure, etc. the problem being reduced to laying piles.
  • a modern way to build the network is to draw and simulate it completely, then extract from the design tool the shape of each rail with its interface specification (mechanical, logic, electrical).
  • Various manufacturers can work in parallel from a virtual model, and convey their elements for a assembly requiring the means usually used to mount pedestrian bridges.
  • the assembly of the rails and the station elements is done according to a standard specification, which allows them to be associated and disassociated (mounted / disassembled) without additional machining.
  • the network is energy efficient and does not introduce a new requirement compared to usual urban electricity consumption.
  • the tracks could or should be covered to protect the sun's users.
  • the width of the cover is of the order of 3m for a two-way lane, which represents 3000m 2 of potential solar catchment area per kilometer.
  • Channels are checked during installation and throughout the operating life. The purpose of these controls varies throughout the life cycle of the system.
  • control makes it possible to validate the structure and to obtain its qualification.
  • each part of the network carries the detailed history of the aggressions undergone during the exploitation, which allows reuse with "credits of certification”.
  • the network structure is used to simplify and systematize this control.
  • Each rail carries a simple electronic module responsible for relaying communication in the system and between platform and channel.
  • the information stored by the rail concerns its geometry, its / its materials, its history of product traceability, its static and dynamic characteristics, the events (exceeding specified thresholds) identified, the mechanical / electrical / logical interface characteristics to the rest of the rail. network.
  • a vibration sensor equips this module and has two uses:
  • the measurement of flight time ping (celerity ⁇ 6km / s in steel) allows to consolidate the temperature information of the network and monitor the evolution of the quality of mechanical links in the network. Dynamic control
  • Each platform measures its rolling parameters continuously, and identifies the rail by radiofrequency exchange with its identification module. In the event of an anomaly (threshold crossing, vibration, acoustic behavior, radiofrequency, logic, electrical, etc.), the platform and rail event registers are updated.
  • the following platforms are thus informed and can adopt the necessary security measures, mainly by modulating their speed, possibly until the refusal to cross.
  • the technical platforms are discussed below, but among them there is a class of autonomous tools traversing the network for the sole purpose of performing instrumented measurements and diagnostics. This type of platform is normally circulated during a resumption of service after a significant interruption of duration.
  • the test platform can typically perform light interventions, such as debris release such as leaves, bird's nests and various soils, sweeping, electrical quality control to feeds, in addition to generic tests by communication with the track.
  • test function is to run at test load (min and max), at the specified minimum and maximum speeds, to validate network fault detection.
  • a test platform can have specific tools, such as cylinders, to perform torsion, flexion, vibration tests ... beyond the parameters of standard vehicles.
  • the tracks are subject to all kinds of potential environmental stresses, including land vehicle collisions and ground motions, which can range from seismic events to various local terrain failures.
  • the palliatives adopted depend mainly on the preliminary risk analysis (PSSA, FMEA) for a given network.
  • PSSA preliminary risk analysis
  • FMEA preliminary risk analysis
  • the means mentioned above such as vibratory and acoustic monitoring, immediately inform the network of its state by precisely locating the areas concerned, resulting in the security of the platforms.
  • Raised network lanes provide good resistance inherent in this type of event, as the stiffness of the lanes in the horizontal plane is extremely high compared to the bending limits of the columns.
  • the deformation of the columns should be encouraged, the simplest method being to bind them weakly to the tracks. A deformable geometry with two poles would then be favorable.
  • seismic aggression is an untimely effort exerted on the track, and propagated to the platforms, through its supports. This notion will be associated with landslides and collisions with ground vehicles.
  • the platforms must frequently check their good working order in order to calculate their probability of failure.
  • a function checked a second ago is less likely to fail than if it was checked an hour ago, a year ...
  • an optimal verification period is defined and is accompanied by a test method, associated means or methods, unambiguous validation of the test results.
  • the dreaded events specific to guided transportation are related to braking and collision.
  • the platforms also train at their moments lost to leave the network a platform down.
  • the avoidance and reconfiguration behavior of the traffic associated with the specific event under test will be verified. Verification in operation
  • the platform measures its mass by kinematic analysis, consolidated by measurements made by the track.
  • the speed is validated with the track.
  • the acceleration capabilities which check the brakes and the engine, are verified by kinematic analysis, by measurements (angular velocity and power consumption) of the engines, and confirmed by the different inter-platform sensors.
  • the odometry is consolidated between the wheel rotation measurements and the track indications. This makes it possible to quickly identify if one of the four wheels produces divergent measurements.
  • the actual mass is taken into account in all phases of gear change, and especially during the association / dissociation of peloton maneuvers.
  • the platforms are therefore the subject of a very large number of verifications, potentially by all the other platforms of the network, by all the rails, the stations, the points of entry.
  • the platform being alerted is handled according to the level of severity of the alert:
  • the platform is ejected from the network as soon as possible.
  • the alert is consolidated and processed in due time, possibly with the help of a human operator present or from a surveillance laboratory.
  • the platforms are the subject of an important surveillance during their introduction in the network, because the rest of the system essentially has flags "unknown" on most of their parameters of good functioning.
  • other platforms will be more cautious when maneuvering close, they will take few passengers initially, will not circulate at peak times, etc.
  • the integration decision is made by no one in particular, it results from the implicit vote of the collective cellular automaton.
  • the envelope of uncertainty of its mission is communicated to the network by the usual means, namely the radio frequency links of the rails.
  • the other platforms can not engage in a sector without the possibility of overcoming the obstacle.
  • this is equivalent to blocking traffic.
  • An effective palliative is to provide, as for the railway, bridges between the lanes in the opposite direction. These bridges pose an increased security problem because they make possible a dreaded frontal collision event. Their neighborhood is thus provided with additional detection and state verification means, in quantity (measured by their redundancy) adapted to the local increase of the risk.
  • a two-way lane configured temporarily in alternate one-way traffic has a degraded throughput in a ratio greater than 2 because the reconfiguration time of the direction of travel and the nominal speed of the platform flows must be deduced.
  • a division by 3 of the nominal flow rate is a good rule of thumb for this situation, and dictates the periods when this network configuration is applicable.
  • Technical vehicles carried by the network can access a significant part of the surrounding urban area, several meters on both sides, and perform work not directly related to the network. For example, the maintenance of plantations and the watering of the soil.
  • Each platform has six distributed computers: one in each of the wheel modules, and two in the front and rear.
  • Wheel ECUs mainly contribute to propulsion, braking and energy control.
  • the calculators ("nodes" of the internal AIDA network) AV and AR manage the routing, the health management, the reservations, the maintenance, the sensor part and the inter-platform acquisition of the real-time security (anti-collision, insertion / disinsertion of squad, berthing). vehicles
  • the invention relates to a global intelligent goods and goods transport system that proposes a plurality of functional modes such as transport of passengers or goods or combined, by means of a standardized autonomous platform which is associated, as the case may be, with a cabin of travelers or a skip for cargo or a container for various discreet objects or any other arrangement specific to what is being transported.
  • the means of logical processing and reactive control of the transport system are uniformly distributed in the platforms in circulation or waiting in the network, which communicate with each other step by step, without recourse to centralized means, to collectively produce the behavior of the system. transport system.
  • the standardized platform is defined by its mechanical, electrical and logical interfaces with the track, the load associated with it, the neighboring platforms.
  • any platform conforming to these interfaces is allowed to circulate in the transport system and to carry functional loads.
  • An automatic platform with standardized mechanical, electrical and communication interfaces moves autonomously, chooses its direction in the branch lines, determines its starting point and its point of arrival on the specialized tracks,
  • Passenger cars consist mainly of a passenger compartment offering comfort services comparable to those of a passenger compartment, and the transport service by attachment on an automatic platform,
  • the carriers carrying street machines allow their attachment, and their deployment and ensure their transport by attachment to an automatic platform,
  • the large loads are transported collectively by several automatic platforms, by means of a frame on the load side and a common attachment to each of the platforms together, by temporary or permanent attachment, the different platforms being able to synchronize to collectively carry out the transport.

Abstract

L'invention se rapporte à un système de transport guidé automatique comportant un réseau de voies dédiées et un ensemble de véhicules autonomes, dont une partie au moins des véhicules sont des véhicules modulaires composés d'une plateforme indifférenciée comportant les moyens de déplacement sur une trajectoire contrainte avec un seul degré de liberté par lesdites voies dédiées présentant des moyens pour recevoir, avantageusement de manière réversible, une cellule passager, une cellule fret ou une cellule technique.

Description

SYSTEME DE TRANSPORT GUIDE AUTOMATIQUE COMPORTANT UNE
PLATEFORME UNIVERSELLE
Domaine de l'invention
La présente invention concerne le domaine des systèmes de transport intelligents (STI) (en anglais intelligent transportation Systems (ITS)) combinant les applications des nouvelles technologies de l'information et de la communication au domaine des transports.
Ces systèmes sont dit "Intelligents" parce que leur développement repose sur des fonctions généralement associées à l'intelligence : capacités sensorielles, mémoire, communication, traitement de l'information et comportement adaptatif.
L'utilisation des systèmes de transport s'intègre dans un contexte de développement durable : ces nouveaux systèmes concourent à la maîtrise de la mobilité en favorisant entre autres le report de la voiture vers des modes plus respectueux de l'environnement. Les systèmes de transport intelligents combinent des véhicules, généralement autonomes, et des infrastructures dédiées pour assurer une optimisation de l'utilisation des infrastructures de transport, une amélioration de la sécurité (notamment de la sécurité routière) et la sûreté ainsi que dans le développement des services.
État de la technique
On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet US20040225421 qui décrit un exemple de système de transport personnel automatisé pour déplacer les passagers et de frets comprenant un réseau de pistes et de petits véhicules sur le réseau de piste. Le réseau prévoit des stations et des arrêts pour le chargement et le déchargement hors pistes. La largeur du véhicule est limitée à une dimension pour un siège. Les véhicules peuvent être couplés statique ou dynamique pour former un train. La piste comporte des rails latéraux pour les roues rigides du véhicule et un rail central pour centrer le véhicule sur la voie de guidage et de fournir une accélération supplémentaire et la capacité de freinage. Le système de contrôle pour la circulation des véhicules est divisé en trois niveaux : le système de contrôle central, le système de contrôle en bordure de voie et le système de contrôle du véhicule. Le brevet américain US8375865 décrit un système de distribution de transport de personnes et de marchandises entièrement automatisé constitué de véhicules qui se déplacent par leur propre propulsion sur une paire de rails qui forment une seule piste et permet aux gens d'aller où les pistes peuvent les prendre et la livraison de marchandises n'importe où le long des pistes.
On connaît également des demandes internationales WO2006/049617 et WO2006/ 107224 des systèmes de transport comprenant des véhicules de transport en commun, individuels ou conçus pour le transport d'un petit groupe de personnes, suspendus à des rails pour le transport de personnes d'une station à une autre.
Inconvénients de l'art antérieur
Les solutions de l'art antérieur ne sont pas pleinement satisfaisantes car généralement elles mettent en œuvre des véhicules spécialisés par mode de transport. Leurs caractéristiques mécatroniques ne sont donc pas homogènes, ce qui complique la gestion automatique des déplacements. Par ailleurs, la gestion du parc est alourdie car il est nécessaire de prévoir pour chaque type de véhicule spécialisé un nombre d'unité suffisant pour absorber les pics d'utilisation pour chacune des spécialités. Enfin, chaque nouveau type de véhicule doit subir une certification coûteuse.
Les systèmes de l'art antérieur prévoyant une mise en œuvre de véhicules suspendus à des rails tels que ceux décrits dans les documents US8375865, WO2006/049617 et WO2006/ 107224 présentent en outre l'inconvénient de ne pas permettre le transport de charges lourdes.
Solution apportée par l'invention
Afin de remédier à ces inconvénients, l'invention concerne selon son acception la plus générale un système de transport guidé automatique comportant un réseau de voies dédiées et un ensemble de véhicules autonomes, caractérisé en ce qu'une partie au moins des véhicules sont des véhicules modulaires composés d'une plateforme indifférenciée comportant les moyens de déplacement sur une trajectoire contrainte avec un seul degré de liberté par lesdites voies dédiées et des moyens pour recevoir, en partie supérieure, une cellule passager, une cellule fret, une cellule technique ou une combinaison desdites cellules.
Par plateforme indifférenciée, on entend une plateforme indépendante de la ou des charge(s) transportée(s). Elle peut être mise en œuvre indifféremment avec une cellule passager, une cellule fret, une cellule technique ou bien une combinaison de plusieurs de ces cellules selon l'utilisation souhaitée.
Avantageusement, les moyens de la plateforme recevant la cellule ou les cellules sont arrangés pour permettre un assemblage amovible (dit également réversible) de la ou les cellule(s) reçue(s) sur la plateforme. Le caractère amovible des cellules permet ainsi de moduler le véhicule en fonction de l'usage auquel il est destiné.
Avantageusement, lesdites plateformes présentent une interface mécanique arrangée pour supporter la ou lesdites cellule(s). La ou les cellule(s) sont destinée(s) à être posé(e)s directement ou indirectement sur l'interface.
Avantageusement, lesdites plateformes présentent des moyens de coopération entre elles. Selon un mode de réalisation avantageux, le système comporte un type de cellules présentant des moyens d'accrochage d'une charge partagée entre plusieurs véhicules dont les plateformes coopèrent.
De préférence, lesdites plateformes présentent des moyens de coopération selon la direction longitudinale, pour des plateformes se déplaçant sur la même voie.
Selon une variante, lesdites plateformes présentent des moyens de coopération selon la direction latérale, pour des plateformes se déplaçant sur deux voies parallèles.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdites voies dédiées présentent des bifurcations comportant un moyen de sélection interagissant avec un moyen de commande complémentaire prévu sur chacune desdites plateformes.
De préférence, lesdites voies dédiées présentent des zones d'évitement où les voies se dédoublent.
Selon un mode de réalisation préféré, le système est démuni d'unité de supervision centralisée.
De préférence, chaque plateforme comporte un calculateur recevant les informations provenant d'une partie au moins des plateformes, et les informations locales, pour commander le fonctionnement des moyens de déplacement de ladite plateforme et les moyens de communication de ladite plateforme avec une partie au moins des autres composants du système. Avantageusement, chaque véhicule constitue un élément d'un automate cellulaire réparti.
Avantageusement, la complexité de la certification ne porte qu'une fois sur la plateforme, qui concentre la complexité et les fonctions de sûreté quelle que soit sa charge utile ultérieure.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où
- la figure 1 représente une vue schématique de l'architecture fonctionnelle du système
- la figure 2 représente une vue schématique de l'architecture fonctionnelle de la plateforme.
L'invention concerne un système pour transporter non seulement les personnes mais aussi les biens. Dans ce but, le véhicule selon l'invention est en fait une plateforme générique et standardisée, susceptible de porter les charges les plus diverses dont la voiture de passagers est une des configurations possibles. On propose par exemple :
- une voiture de passagers de petite taille pour quatre personnes, donc semi-privative.
une voiture réellement privative de formule libre de même encombrement
l'adaptation à la plateforme de diverses charges assimilables à tous travaux de voirie
l'adaptation au transport de colis de toutes tailles et natures, et combinés l'adaptation de bennes et conteneurs standardisés, pour les colis, le vrac, les liquides et gaz.
l'association de plusieurs voies parallèles et plateformes en série pour les charges encombrantes.
Le système met en œuvre un réseau de voies autoporteuses, qu'il est donc possible de surélever. Cela libère l'espace au sol pour les "circulations douces". Les voies présentent des sections à faible rayon de courbure, de 5 mètres ce qui permet aux véhicules de pénétrer même les ruelles inaccessibles aux autres moyens de transport. Architecture fonctionnelle du système
La figure 1 représente une vue schématique de l'architecture fonctionnelle du système.
Schématiquement, le système comporte trois sous-ensembles :
- des plateformes universelles (1)
- des cellules de transport (2)
- des voies (3).
Ces sous-ensembles coopèrent mécaniquement et par des échanges d'informations et d'énergie.
Chaque plateforme universelle (1) présente des moyens de liaison avec une cellule de transport (2) spécialisée en fonction de l'usage : transport de passager, de fret, cellule technique ou combinée.
Chaque plateforme (1) coopère par ailleurs avec une cellule de transport (2) par :
- une liaison mécanique (4) : Fixation directe ou adaptateur pour partage de charge
- une liaison électrique (5) : Fourniture d'énergie, lumière, chaleur, servitudes bidirectionnelle
- une liaison informatique (6) :
- Communication pour mesures, commande et contrôle.
Chaque plateforme (1) coopère par ailleurs avec la voie (3) par :
- une liaison mécanique (7) : support et guidage
- une liaison électrique (8) : alimentation
- une liaison informatique (9) : Communication directe réseau, indirecte plateformes, contrôle.
Chaque plateforme (1) coopère par ailleurs avec d'autres plateformes par :
- une liaison mécanique (10) : liaison entre deux plateformes adjacentes - une liaison informatique (11) : Détection, communication directe entre plateformes.
Schéma fonctionnel de la plateforme
La figure 2 représente une vue schématique de l'architecture fonctionnelle de la plateforme.
Chaque module-roue (12, 22, 32, 42) implémente les trois interfaces avec la voie (3) :
- mécanique (17, 27, 37, 47)
- électrique (18, 28, 38, 48)
- logique (19, 29, 39, 49)
Chaque module de guidage (50, 60) implémente les interfaces avec les autres plateformes :
- mécanique (51, 52) : gestion du contact
- logique (61, 62).
Les six modules (12, 22, 32, 42, 50, 60) sont étroitement couplés en un réseau AIDA (nom commercial de la technologie décrite dans les brevet français FR2978315, FR2983018 et FR2921527. L'interface mécanique avec la cellule est partagée par le châssis commun, électrique et logique sont répartis sur les six modules et consomment le 3ème lien AIDA de chacun.
Voies
Le système exploite une infrastructure formée de voies surélevées, avec emprise au sol ponctuelle, construits et pré-assemblés par sections autonomes (typiquement des sections de dix à douze mètres de long), et connectés lors de l'installation.
La section élémentaire de voie est transportable sur la même voie. En installant un réseau durable, il est envisageable de construire directement une portion de voie de grande dimension d'un seul tenant, en particulier s'il y a une géométrie spécifique à obtenir, ce qui permet l'élimination des interfaces entre rails sur ces sections élémentaires.
Une étude est prévue pour définir un véhicule technique porté par la voie et capable de poser les micropieux suivants depuis la voie, ce qui annule quasiment l'emprise au sol même pendant le déploiement du réseau. Le rail unitaire possède avec les suivants une interface mécanique, électrique et logique standardisées.
Plateformes
Les plateformes indifférenciées (dite également génériques) sont construites avec le respect d'un standard d'interface rigoureux aux niveaux suivants :
mécanique : interface avec la voie, dimension des pistes de roulage et d'appui, efforts applicables, niveaux de vibration, adhérence, etc., interface pour poser une cellule de transport (charge ou cellule fonctionnelle), interface longitudinale pour s'associer aux autres plateformes par contact/choc.
électrique : captage d'énergie du rail par balai, échange d'énergie avec la charge. Emport d'une réserve de marche grâce à laquelle il n'est pas nécessaire d'électrifïer chaque rail.
logique : communication avec la voie, avec la charge, avec les autres plateformes.
Un test automatique permet la validation finale de ces interfaces pour autoriser une plateforme à pénétrer dans le réseau. Le processus de validation se poursuit ensuite perpétuellement jusqu'au retrait de la plateforme du réseau, par échéance nominale ou sur défaut.
Véhicules
On désigne par véhicule l'assemblage fonctionnel d'une plateforme et d'une charge/cellule capable d'effectuer une mission de transport dans le réseau, que ce soit de passagers ou de matières, ou les deux combinés. L'ensemble des contraintes de qualité de service du réseau repose sur le comportement des plateformes, les charges répondant à un jeu de normes nettement moins sévères destiné à ne pas interférer avec le bon fonctionnement des plateformes. Par exemple à l'accostage en station c'est la plateforme qui s'aligne et se verrouille, l'habitacle étant autonome pour procéder au contrôle d'accès.
Exemple de réalisation d'un réseau de transport
Dans un mode de réalisation représentatif de l'invention, le réseau de transport utilise une plateforme standard de forme générale parallélépipédique circulant avantageusement sur une ligne constituée de deux voies dans l'arrangement classique à contre-sens. Chaque voie possède deux rails espacés d'un mètre, l'écartement constant entre les voies étant également d'un mètre.
La plateforme roule sur les rails sur lesquels elle repose via quatre roues motrices. Elle s'étend entre les rails de la voie. Elle présente avantageusement une longueur de 2 mètres, une largeur inférieure à 1 mètre pour pouvoir être disposée entre les rails et d'une épaisseur de 45 centimètres.
La plateforme comporte en outre un plateau pour recevoir les charges. Celui-ci est placé sur le dessus de la plateforme. Avantageusement de longueur de 2 mètres et de largeur de 130 centimètres, il est arrangé pour présenter une résistance mécanique pour recevoir des charges allant jusqu'à une demie-tonne.
Le plateau comporte des interfaces standards permettant d'associer des charges de toute nature dont par exemple une cabine de quatre à six passagers, ou une benne de fret, ou tout autre installation technique. Le plateau comporte avantageusement trois interfaces, à savoir une interface mécanique, une interface électrique et une interface logique. Ainsi arrangé, le plateau est assimilable à un connecteur mécanique, électrique et logique. Les charges peuvent ainsi être associées indifféremment à toute plateforme du réseau, toutes les plateformes et toutes les charges partageant le même jeu d'interfaces du plateau.
Selon un mode de réalisation particulier, les interfaces sont réalisées de la manière suivante :
- interface mécanique :
L'interface mécanique comprend plusieurs points de fixation dont chacun se trouve à un emplacement invariable du plateau et répartissent les efforts mécaniques sur les points correspondants de la plateforme, créant un chemin direct de transmission des contraintes de la charge vers les quatre roues. La structure de la plateforme est avantageusement un châssis tabulaire dont les poutres sont disposées dans le sens de ces efforts principaux. Le concepteur d'une cabine de passagers ou d'une benne de fret tient compte de cette architecture en concevant la charge à poser sur le plateau. Il renvoie aussi les efforts principaux vers lesdits points de fixation, en ménageant un accès direct et vérifïable ou une méthode de pose qui garantisse l'intégrité mécanique de l'ensemble plateforme/charge et son observabilité en exploitation pour prévenir une dégradation intempestive.
La fixation de la charge sur le plateau s'effectue avantageusement au moyen de vis, avec un dispositif de verrouillage, associées à des écrous rapportés à la structure de la plateforme et affleurant la surface du plateau pour minimiser les contraintes imposées aux fabricants des charges.
- interface électrique :
L'interface électrique permet de transférer de l'énergie de manière bidirectionnelle entre plateforme et charge. Il est ainsi possible d'alimenter via la plateforme une charge comme une cabine de passager, notamment mais non exclusivement, en éclairage, chauffage et conditionnement d'air, ou bien une benne de fret en énergie pour maintenir un environnement favorable au fret. De même, l'interface est avantageusement arrangée pour permettre l'alimentation en énergie de la plateforme par la charge.
Dans le cas de transport de charges lourdes nécessitant un surcroît d'énergie pour franchir certaines pentes du réseau, il peut être avantageux d'équiper de telles charge à transporter d'une source d'énergie plutôt que d'équiper l'ensemble des plateformes du réseau d'interface électrique.
Selon un mode de réalisation particulier, deux connecteurs standard empruntés au monde automobile, d'un type homologué pour alimenter les véhicules électriques, sont fixés au plateau de manière à permettre un accès aisé même si la charge est plate et occupe tout le plateau, à la hauteur de chacun des essieux et décentrés chacun d'un côté pour améliorer leur accessibilité. La charge peut n'utiliser aucun de ces connecteurs, ou un seul ou les deux. La plateforme est protégée contre les défaillances électriques pouvant provenir de la charge.
- interface logique :
L'interface logique est implantée de manière analogue à l'interface électrique et consiste également en deux connecteurs voisins des connecteurs électriques, lesdits connecteurs apportant des liaisons numériques série rapides d'une grande flexibilité logique et supportant sans adaptation spécifique la plupart des utilisations susceptibles d'être déployées dans les charges, comme par exemple Internet dans une cabine de passagers ou de la télémétrie sur une charge technique.
La plateforme comporte en outre les dispositifs nécessaires à la propulsion et au roulage, des réserves d'énergie, des moyens de guidage et de navigation communiquant avec les plateformes le précédent et le suivant sur les voies ainsi qu'avec la voie propageant les informations collectives du réseau. Mise en peloton et désolidarisation des plateformes
La mise en peloton des plateformes emploie plusieurs techniques :
les plateformes se groupent par contact, avec une force d'appui résiduelle destinée à éviter la dissociation sous l'effet d'accélérations résiduelles dues par exemple aux efforts aérodynamiques ou aux mouvements internes des charges transportées.
les plateformes possèdent devant et derrière des pare-chocs rétractables avec amortissement contrôlable, ou tampons. Les plateformes internes d'un peloton rétractent leurs tampons, celles de tête et de queue les déploient. Une plateforme seule doit donc les déployer a priori, mais il est possible d'appliquer une loi plus complexe pour diverses raisons dont par exemple la réduction d'encombrement lors de manœuvres en station à basse vitesse ou la réduction de traînée aérodynamique quand la plateforme est à une distance connue et suffisante d'autres plateformes.
quand une plateforme R rattrape la dernière plateforme D d'un peloton, la configuration nominale est donc tampon Ar pour D, Av pour R, déployés. Il est possible de déployer en plus Av pour D et Ar pour l'avant-dernière plateforme AD, cette loi étant récurrente en fonction des paramètres prévisibles de la rencontre avec R. Le(s) déploiement(s) devant un peloton rattrapant une capsule isolée respectent la même géométrie.
les plateformes mesurent leurs éloignements indirectement en communiquant via la voie, et directement au moyen de détecteurs, par exemple ultrasoniques, lesquels sont avantageusement solidaires des tampons, parce qu'ils indiquent précisément la distance entre eux, à condition que le tampon lui-même soit discernable de la capsule qui le porte par un traitement adéquat du signal sonore réfléchi.
la séquence nominale de mise en peloton par l'arrière est la suivante. chaque plateforme, rattrapante ou en peloton, est informée précisément et en temps réel des caractéristiques dynamiques de toutes les plateformes concernées, par des canaux de communication redondants incluant des liaisons directes entre plateformes et indirectes via la voie.
Les caractéristiques dynamiques incluent masse, position, vitesse, accélération, dérivée de l'accélération, intention de trajectoire, état de bon fonctionnement, estimation des mêmes paramètres pour les plateformes voisines.
les tampons sont déployés comme décrit plus haut, et les deux mobiles (plateforme R et peloton) adoptent une trajectoire espace-temps de rencontre, dans laquelle le peloton conserve essentiellement sa vitesse et R le rejoint selon une loi assimilable à
Figure imgf000012_0001
Le premier contact entre les tampons de R et D se fait donc à vitesse et accélération relatives nulles (accostage doux). R applique ensuite la force d'appui nominale en peloton, et sous l'effet de cette force les divers tampons déployés (donc, hormis R,Ar) se rétractent selon le facteur d'amortissement, passif ou piloté, qui les caractérise, jusqu'au compactage du peloton.
la séquence est identique si R est un peloton déjà formé au lieu d'une plateforme isolée.
la séquence nominale de sortie du peloton par l'avant est identique dans le domaine spatial et inverse dans le domaine temporel.
- la séquence d'extraction du peloton combine deux séquences de sortie symétriques, l'une entre l'avant du peloton accélérant pour sortir par l'avant et l'autre, en ralentissant, pour la partie arrière. Cette manœuvre est très courante car elle concerne le dégagement vers une station.
l'insertion dans un peloton pourrait théoriquement n'être qu'un reflet temporel de la manœuvre d'extraction, mais en pratique les marges spatiales et temporelles seront nettement plus prudentes car on peut démontrer que le risque est plus élevé dans ce cas.
l'expansion d'un peloton par déploiement de tous ses tampons y compris internes est une manœuvre de secours d'urgence dans une situation de collision imminente.
l'expansion partielle d'un peloton est applicable à la concaténation de deux pelotons déjà formés, le risque augmentant avec les masses en mouvement relatif. Dans ce cas, en fonction des masses et vitesses concernées, la loi de mouvement des plateformes entraînera l'expansion plus ou moins prononcée (plus ou moins de plateformes concernées, déploiement de chacune gradué) des pelotons du côté où ils se rejoignent.
le contrôle dynamique de la collision est un comportement collectif (mécanique) prévalent dans les états proches des états redoutés du système. Par exemple un véhicule allant trop vite sera compris par les plateformes saines comme générateur potentiel d'une collision. Les plateformes saines ne vont pas attendre la collision en se protégeant au mieux. Elles vont se répartir, s'espacer, aller au devant du véhicule suspect, se disposer et coordonner pour le ramener dans un état connu distant de l'état redouté. On pensera aux pompiers manœuvrant une bâche pour rattraper un citadin voyageant verticalement.
Réalisation des tampons
En avant et en arrière, la plateforme possède un tampon qui forme pare-choc en position rentrée, formant avec la plateforme et sa charge une saillie juste nécessaire pour garantir que le contact avec les autres plateformes et leurs charges se fasse à l'endroit du tampon.
Le tampon emporte un organe détecteur de distance avec les tampons des autres plateformes, ce qui peut être obtenu par un moyen radiofréquence (radar) ou sonore (sonar) ou optique, par traitement d'image à 1 dimension (mesure de temps de vol, triangulation), 2 dimensions (traitement d'image classique), 3 dimension (caméra à mesure de temps de vol).
Le tampon emporte optionnellement un moyen de détection de contact entre tampons et un moyen de mesure de son déploiement, entre l'état complètement rentré et l'état complètement déployé.
Le tampon se meut dans une direction essentiellement longitudinale dans le sens de déplacement de la plateforme. Il sera avantageusement constitué d'une zone extérieure de contact, en position déployée, entre tampons ; d'une zone d'appui en position rentrée limitant son enfoncement dans la plateforme et optionnellement associée à un détecteur de fin de course pour consolider l'information de rétraction complète.
Le tampon est déplaçable au moyen d'un moteur pour le déploiement et la rétraction. Le mouvement admet un glissement pour permettre la rétraction forcée du tampon (typiquement par contact avec un obstacle) en assurant sa fonction principale d'amortissement. Un moyen avantageux est de déplacer le tampon par un piston ou plusieurs pistons parallèles, et de transformer la rotation d'un moteur en translation du piston par un galet, ce qui assure le glissement requis. L'usage d'un moteur est avantageux, par rapport à un mouvement tout-ou-rien (obtenu par exemple par solénoïde) en ce qu'il permet la mesure et l'ajustement du mouvement.
Le déplacement du tampon est amorti pour permettre l'absorption de l'énergie de collision. L'amortissement peut être passif du 1er degré ou modulé de diverses manières y compris par un pilotage actif du facteur d'amortissement instantané. Dans ce dernier cas l'amortissement complexe d'une série de plateformes, en particulier de masses hétérogènes, pourrait être plus ou quasi déterministe, en tout cas étroitement prévisible.
Dispositions pour le confort
L'objectif technique assigné à ce système est de fournir au passager un confort équivalent à celui qu'il attendrait d'une voiture de ville neuve. Les éléments de confort tels que chauffage, ventilation, éclairement, protection atmosphérique, etc. sont laissés au choix du fournisseur de l'habitacle.
La plateforme, support mécanique, fournit à la cabine les mouvements suivants :
- selon les axes de translation verticale et latérale par rapport aux voies, vitesse et accélérations nulles.
sur l'axe du déplacement on observera :
Selon le tronçon, une vitesse comprise entre 10 et 20 mètres par secondes. Une accélération maximale de lm/s2, avec une variation limitée à lm/s3 La dérivée de l'accélération est également bornée.
On borne donc les vitesses et accélérations pour obtenir des départs et accostages en douceur (imperceptibles). La loi de mouvement applicable est la même pour rejoindre et quitter tout "objectif, par exemple une autre plateforme en mouvement.
La notion de distance applicable est donc la distance connue à l'obstacle, valeur qui est :
- estimée à partir des paramètres dynamiques des plateformes précédentes (dx, dx/dt, d2x/dt2, dx3/dt3), masse, intention connue, état de santé connu).
- validée à partir de la communication entre plateformes, avec la voie, et par mesure directe.
La voie est autoporteuse, c'est-à-dire qu'elle assure à la fois la fonction de surface de roulage, dessinée en 3D pour être aussi lisse et douce que possible, et la fonction de support.
Dans ce but, elle possède une raideur importante, sa géométrie apportant la contribution principale à l'élimination des accélérations transverses : on peut construire des plateformes et cabines sans se soucier de leur conférer une suspension.
Un dilemme est connu principalement des chemins de fer, mais aussi pour l'automobile :
le besoin d'un roulage aussi lisse et indéformable que possible pour un bon rendement
- le besoin d'adhérence pour garantir le freinage
Dans le ferroviaire, les masses très élevées imposent un contact métal/métal (acier). En particulier les roues sont lisses et la surface de contact extrêmement limitée. C'est donc l'adhérence qui est sacrifiée. Il en découle un espacement important entre les trains, ce qui induit la limitation principale au débit de ce moyen de transport. Selon l'invention :
on roule sur une surface métallique dure et lisse comme le ferroviaire, avec une géométrie de rail qui élimine tout obstacle et autorise donc le meilleur rendement possible.
- les roues sont en élastomère, le plus dur possible pour le rendement mais pas trop pour obtenir un roulage silencieux. Le compromis technique est reporté sur le matériau de la bande de roulement, considérée comme une pièce d'usure (comme les pneus des voitures, mais à une échelle très réduite), et sur un choix de confort auditif.
un galet d'appui sur une face opposée au roulage est piloté pour fournir l'adhérence requise au besoin, en particulier pour le freinage d'urgence ou en cas d'adhérence réduite pour cause atmosphérique. Ces cas sont exceptionnels, et la plupart du temps ce galet d'appui est juste appliqué de manière à verrouiller géométriquement le roulage, avec une force minimale pour limiter son usure et les pertes liées. On obtient de la sorte un roulage qui concilie les trois paramètres généralement antagonistes :
a) roulage sur surface lisse et dure pour un rendement maximal
b) silence en fonctionnement
c) adhérence maximale (et ajustable en temps réel)
Confort des riverains
Le système de transport est à implanter au cœur des villes, jusque dans les endroits les plus resserrés où va actuellement l'automobile. On expose ailleurs comment les plateformes ont l'agilité nécessaire, mais en conséquence la circulation se fait très près des habitations.
Les mesures prises à la conception seront les suivantes :
piste lisse et sans aucune aspérité (on pense à la rugosité du macadam, l'irrégularité des pavés, les discontinuités des rails).
roues en élastomères et géométrie complexe du train assurant un roulage sans glissement
propulsion électrique à entraînement direct ou par courroie, inaudible. Pour les raisons ébauchées ci-dessus le système de transport automatique doit être aussi peu intrusif visuellement que possible. On traite cette question principalement par le choix d'une légèreté générale, qui permet de réduire l'épaisseur verticale des voies à 30cm d'épaisseur, moyennant un appui tous les 10m, ce qui assure une quasi-invisibilité dans le paysage à partir d'une distance de quelques centaines de mètres.
On prévoit également dans la conception des voies leur végétalisation bilatérale pour minimiser leur impact paysager.
Ergonomie
La voie surélevée pose un problème d'accès, par escalier, escalator, ascenseur qui n'est qu'apparemment difficile. En comparaison l'usager du métro, à qui il est demandé d'assurer lui-même les correspondances, doit typiquement franchir bien plus d'escaliers que cette modeste montée. La question ne semble pas justifier d'adaptation supplémentaire, toutefois il reste possible de descendre à 3m du sol au niveau des stations pour se retrouver à la hauteur d'un 1er étage, hauteur que personne ne remarque.
Habitabilité
Cette proposition concurrence directement l'usage de l'automobile. Il paraît nécessaire d'offrir à l'usager un niveau de confort équivalent à ce qu'il attend d'une voiture particulière récente. En tout cas pas le niveau de confort auquel les transports en commun l'ont habitué.
Dans cette perspective la formule standard proposée est de 2x2 places en vis-à-vis, pour une largeur de siège de 60cm, égale à celle disponible en voiture, et assez de place pour ne pas se gêner aux jambes. La longueur de plateforme de 2m permet de concevoir un habitacle confortable pour des trajets qui devraient durer seulement quelques minutes.
Il n'est pas envisagé de proposer des places debout, l'habitacle a le type d'accès spacieux d'un monospace.
Les habitacles constituent un lieu fermé de petite dimension, où des dispositions sont à prendre pour assurer une sécurité aux personnes. Des moyens connus le meilleur semble être l'usage ostensible d'une ou plusieurs caméras de surveillance, de plus l'ordonnancement statique du réseau oblige quasiment à identifier les usagers lors de la réservation de mission. Par respect de la vie privée, à défaut d'incident, l'identité du passager peut se limiter pour le réseau à un numéro d'usager. Trajet du voyageur
L'usager peut se rendre en station de manière aléatoire et attendre une voiture disponible. Encore faudra- t-il qu'il déclare sa destination. Cette utilisation ne sera pas encouragée. On lui préférera la réservation de mission, faite informatiquement et à distance, et qui se déroule comme suit :
Interface de l'usager
L'usager utilise son téléphone portable pour demander une "mission", comme pour évaluer un trajet de transport en commun sur Internet. Si le trajet est habituel, le téléphone lancera juste l'alarme convenue, et l'usager peut solliciter une avance/un retard au cas par cas.
L'usager habituel possède typiquement un abonnement, sinon il s'inscrit comme on le fait sur un site télématique. Calcul de mission
Le réseau calcule une mission qu'il insère parmi les missions déjà programmées. En usage urbain normal, une forte majorité des missions est régulière et ne demande pas de reprogrammation quotidienne. La requête circule dans le réseau à basse priorité, car même si elle est demandée pour les minutes qui viennent cela constitue un délai très long par rapport aux communications "temps réel" du réseau. Les capsules ont une mentalité de Taxi : celles qui savent se trouver au voisinage du départ au bon moment calculent leur mission et émettent leur proposition sur le réseau. Un système de vote choisit l'une des solutions, classe les suivantes comme alternatives possibles (une annulation est toujours envisageable) et diffuse la fin d'évaluation.
L'usager est informé en retour, par exemple par SMS, du lieu (station) et de l'heure du rendez -vous (une poignée de minutes) avec sa capsule. Le système intègre la réactivité connue de cet usager dans son calcul de mission.
Si l'usager est déjà en station, il peut probablement partir presque immédiatement, car l'incertitude sur le temps nécessaire pour rejoindre la station n'existe pas. Il peut être pris par (ou accepter d'emprunter) une capsule ayant une place libre, donc avec un arrêt supplémentaire, mais ensuite le temps de ce premier trajet est suffisant pour que le système planifie une route finale directe. Ces calculs de missions sont un problème mathématique, du ressort de la théorie des graphes et de celle des jeux, et admettent de très nombreuses solutions et stratégies qui sortent du cadre de ce document. Il faut juste savoir que les stratégies applicables dépendent largement de l'endroit où se trouve le réseau, de l'urbanisme, de la culture de la population desservie, de la politique des transports locale, du modèle commercial retenu, beaucoup plus que des caractéristiques techniques du système, qui permet une souplesse extrême par rapport aux transports traditionnels. C'est cette souplesse qui, a vrai dire, introduit la question du choix. Bagage accompagné
Remplacer l'automobile signifie pouvoir transporter aussi des objets. S'il s'agit d'objets encombrants mais portables, il est possible de réserver une capsule pour une seule personne et d'utiliser les sièges vacants. Cela peut entraîner un surcoût, mais pas forcément : c'est une affaire de politique de tarification.
Si les objets à transporter sont plus encombrants, jusqu'à la taille d'un piano droit ou d'un canapé par exemple, le plus simple est de réserver une capsule voyageur suivie de près par une plateforme - benne chargée de l'objet. L'usager se charge du chargement et du déchargement en station, ou se fait aider pour cela. Faire circuler les deux plateformes ensemble, se touchant, sera probablement la solution la plus simple pour l'algorithme de préparation de mission.
Il n'est peut-être pas nécessaire cependant que le colis soit à ce point accompagné, puisque le guidage est assuré par le système. On peut donc, contrairement à tout autre mode de transport urbain, se contenter de "poster" un chargement de plateforme, et de le récupérer à destination.
Si la destination est complexe, par exemple un local industriel ou commercial, le quai de déchargement qui existe déjà pour des camions accueillera un terminus de plateforme.
La solution selon cette proposition veut ainsi remplacer le trafic de camions et camionnettes de livraison urbaine, ou de déménagement, par une adaptation assez simple (mécanique) des voies et l'extension de la notion de station pour passagers, aux marchandises.
Charge encombrante Les plateformes selon cette proposition sont capables de coopérer pour transporter un conteneur international de 20 pieds, à condition que sa masse se limite autour de 2 tonnes réparties sur quatre plateformes.
De telles missions sont comprises comme exceptionnelles : transport d'un gros objet pour des travaux, une machine, un conteneur à déplacer la nuit. Le client de cette mission reçoit quatre plateformes munies d'adaptateurs mécaniques permettant de répartir correctement le poids du conteneur. Les plateformes une fois chargées vérifient que chacune voit une charge correcte. Le convoi exceptionnel démarre à la seconde prévue, peut être escorté de capsules de test et de surveillance, comme pour un convoi exceptionnel sur route, et emprunte deux voies de circulation, normalement à contresens, qui sont réservées dans le même sens juste le temps de franchissement de chaque section du réseau.
Contrôle et commande du réseau
Le réseau selon cette proposition utilise la technologie AIDA (NOM COMMERCIAL) qui correspond idéalement à sa nature distribuée.
Système de communication
L'intelligence étant répartie entre les plateformes du réseau, le système de communication est ce qui fait de cet ensemble un système. Les informations échangées sont classées par latence ou distance parcourue équivalente :
(< lms/ lcm) instantané : données de sécurité temps réel (typ. ce qui permet de gérer une collision)
(< 10ms/ 10cm) temps réel : alignement dynamique des plateformes, insertion, désinsertion, accostages
- (< 100ms/ 1 m) préparation d'accostage, contrôle d'embranchement
(<ls/10m) données relatives au franchissement d'un rail, recherche de plateforme proche
(< 10s/ 100m) gestion de routage, embranchements, mise en peloton (< 100s/ lkm) options de routage, beaucoup de temps de communication disponible à ces niveaux lents
plus : maintenance, négociation des missions
Dispositif de voie La plateforme échange avec chaque rail par l'intermédiaire de deux antennes HF, une fixe et une embarquée. L'antenne fixe est logée dans et livrée avec le rail. L'antenne mobile est solidaire de la plateforme. Un dispositif non rayonnant, optique ou magnétique, détecte le passage à proximité des deux antennes et lance la communication.
Celle-ci se fait à 10Mbps, un paquet d'un kilo octet de données est échangé le temps que la plateforme parcoure quelques centimètres. Une session a lieu entre les deux antennes dans un espace confiné par le rail et par des écrans portés par la plateforme, ce qui limite les rayonnements et la susceptibilité externe.
L'échange porte en priorité sur les données de court terme (ex. pendant une collision en cours, on peut laisser tomber les informations de maintenance). Les données non échangées/confirmées lors d'une session sont propagées au(x) rail(s) suivant(s) pour retransmission.
Informations plateforme vers la voie :
Identification, type, mission, c-r de sessions précédentes
Données dynamiques : position x, vitesse x', accélération x", x'", masse, état
SDF
Données de mission : origine, destination, prochain arrêt, route prévue, type de mission, info chargement Données de maintenance : état de santé, âge, mesures sur les voies
Données observationnelles : perception du réseau par la plateforme Informations voie vers la plateforme
Identification : ID rail, c-r de sessions précédentes, position absolue, - dans le réseau Données dynamiques : de la plateforme vue par la voie
Données de mission : confirmation/infirmation, propositions de nouvelles missions Données de maintenance : états particuliers réseau et plateforme(s), instructions privées.
Données observationnelles : description dynamique et mission des plateformes voisines.
Communication entre plateformes Les plateformes communiquent toutes entre elles dans un réseau. L'information circule via les voies, et aussi directement quand les plateformes sont à courte portée, de l'ordre d'une longueur de rail.
Moyens étudiés : radio HF (bi)directionnelle, liaison infrarouge, optique passive, et en approche finale à distance décimétrique ultrasons. Sur une distance plus importante, jusqu'à 10m, le moyen ultrasons est employé en détection et mesure de distance Doppler.
Contrôle de plateforme embarqué
La plateforme embarque un réseau AIDA (nom commercial, acronyme de
(Accurate Integrated Design Architecture) à très haut niveau de sûreté de fonctionnement et très réactif. En tâche de fond, la puissance de traitement des nœuds de contrôle/commande est disponible pour les tâches de gestion lentes, de la maintenance à la planification de route en passant par le confort des passagers et le contrôle d'accès.
Architecture
La plateforme embarque un réseau AIDA (nom commercial) à 6 nœuds : quatre nœuds de propulsion et énergie, chacun lié à un module de roue, et deux nœuds de navigation, AV et AR.
Nœud de roue
Chaque module de roue comprend un moteur et la roue de propulsion/support, les galets de guidage et de contrôle d'embranchement dans le cas d'un guidage mécanique, un dispositif séparé de freinage/blocage, une liaison mécanique aux autres modules de roue pour coordonner l'embranchement, une partie distribuée de la fonction de sélection de voie.
Le nœud local a pleine autorité, sous le contrôle des autres nœuds du réseau AIDA (nom commercial). Les fonctions à haut niveau de criticité ne sont pas doublées par un calculateur de secours ou redondant mais par des éléments de logique câblée.
La liaison au réseau AIDA (nom commercial) se fait par trois liens bidirectionnels à typ. 3,125Gbps
Nœud axial Les nœuds AV et AR identiques gèrent le mouvement de la plateforme relativement à la voie, aux autres plateformes, aux stations. Ils contrôlent les moyens de communication inter-plateformes, les tamponnoirs actifs, le calcul de trajectoire, dont l'anti- collision n'est qu'un des états particuliers.
Pilotage du réseau
Dans un système distribué, en particulier totalement selon AIDA (nom commercial), une fonction traditionnellement centralisée comme le pilotage du réseau n'est qu'un ensemble de tâches comparativement très lentes, toutes assurées par les ressources disponibles des plateformes. L'étalement du problème logique sur plusieurs centaines ou milliers de calculateurs rend cette fonction invulnérable et ce, de manière très économique (utilisation de ressources vacantes), par opposition avec les très coûteux Centres de Contrôle et de planification du monde ferroviaire traditionnel. Réservation de mission
La mission commence à l'appel du réseau par un usager, typiquement depuis un ordinateur portable ou fixe, une borne urbaine le cas échéant, plus rarement en station.
Une grande majorité des missions correspond aux déplacements quotidiens et se trouve programmée de longue date. L'algorithme d'attribution de mission opère donc seulement sur les missions nouvelles. Parmi celles-ci, seules les demandes de transport immédiat demandent effectivement une "performance" en calcul, qu'il faut relativiser car toute latence de plus d'une dizaine de secondes pour AIDA (nom commercial) est considérée comme du statique.
Une fois la requête insérée dans le réseau par un port externe, typiquement une liaison Internet en station, un calcul de route préliminaire est effectué par le nœud récepteur avant diffusion. La liste des missions proposées circule dans le réseau, les plateformes qui ont une disponibilité pour la portion de réseau concernée à la date concernée s'en saisissent et s'inscrivent ou non. Elles peuvent se désinscrire plus tard si elles trouvent des missions plus intéressantes (mieux remplies, plus longues, plus rentables d'une manière générale, etc.). Plus on approche de la prise en charge, plus le droit au retrait diminue, jusqu'au moment où une plateforme se retrouve en situation la plus favorable et signifie leur congé aux autres prétendantes.
On appelle latence pour l'usager le temps résiduel pour rejoindre la station où il se présente, mais on peut aussi l'informer par message électronique (SMS). La latence estimée est typiquement inférieure à la minute dans tous les cas, et de l'ordre de la seconde pour les missions régulières.
Pendant l'exécution de la mission, l'information de mission en cours demeure disponible sur le réseau pour pallier les événements possibles qui demanderaient la disponibilité d'autres plateformes, depuis la récupération d'un passager en station jusqu'à la constitution d'un pousseur pour extraire une plateforme en panne des voies.
Gestion du parc de véhicules
Une utilisation plus lente des données de mission et, immédiates, d'exploitation, consiste à tenir à jour la disponibilité de la flotte empruntant le réseau. Contrairement à un réseau route/automobile, chaque mobile et chaque portion de voie est contrôlée en permanence pour sa mise en service.
à court terme ceci concerne la circulation et l'aspect sécurité du trafic à moyen terme la création et le contrôle des missions - à long terme l'insertion et le retrait du réseau ou de ses portions actives
(parkings automatiques). Par exemple on rapatrie (elles se rapatrient toutes seules) l'essentiel des voitures une fois passées les heures de pointe. De même les voitures vont se prépositionner en fonction des missions qu'elles se sont attribuées.
Le critère majeur, après la sécurité des personnes, peut être modulé. Par exemple une collectivité locale voudra privilégier l'économie d'énergie, au prix d'une augmentation de latence.
Les algorithmes d'optimisation de graphe jouent donc un rôle majeur dans la gestion et même l'exploitation du réseau. Liaison au monde extérieur
Le réseau possède des liaisons au monde extérieur pour sa gestion. Il possède intrinsèquement une bande passante très élevée, donc l'emplacement de ses ports externes dépend principalement des contraintes de la zone urbaine où il est déployé, l'information cheminant ensuite dans le réseau sans difficulté. Parmi les liaisons nécessaires on peut citer notamment :
l'information des personnels susceptibles d'intervenir sur le réseau l'information (bidirectionnelle) depuis et vers les exploitants de flotte l'information des passagers, personnelle ou institutionnelle. les données échangées automatiquement entre le matériel et les fournisseurs.
les données de sécurité, à l'usage des forces de l'ordre. Déploiement et entretien du réseau
L'emprise au sol du système est très faible, elle se résume à la pose de micropieux espacés d'une dizaine de mètres, sans nécessiter de travaux de voirie. Les stations sont typiquement à hauteur de voie (France : 4m) ou un peu plus basses (3m) pour les mettre au niveau d'un premier étage conventionnel. L'emprise d'une station équivaut à celle de ses escaliers ou ascenseurs, et des pieux nécessaires. Il est aussi envisagé d'utiliser un 1er étage de bâtiment existant, et les déclivités naturelles du terrain. Les voies ne nécessitent pas partout la même élévation, laquelle permet de créer facilement un site propre.
Les voies
L'utilisation d'un profil autoporteur de forte inertie (typiquement UPE300 vs. Rail type 7 KG S 7), qui garantit la géométrie précise de la voie, rend également obsolète le recours historique au ballast, son emprise, son coût de déploiement et d'entretien, sa contribution perpétuelle à la déformation de la voie et à l'inconfort du train. La voie est ici définie par :
- la section de voie, incluant les profils UPE des rails, leur écartement et tolérances
la distance linéaire normalisée des rails
la géométrie des formes standard comme avec les trains électriques jouets
- les règles de cintrage (3D) applicables aux rails spécifiques
Evolution et démontage
L'aspect modulaire des voies, et leur relative légèreté, autorisent une évolution du réseau qui n'entraîne pas les coûts considérables habituellement rencontrés pour le métro, les voies de bus, le tram, ni même l'automobile.
Une station peut être ajoutée au réseau a posteriori, déplacée, supprimée, avec une courte interruption de service au moment du raccordement. Il est avantageux que la logique de contrôle du réseau, dans le système proposé, soit distribuée dans les plateformes. On n'a ainsi pas besoin de travaux de recâblage des réseaux de contrôle et commande, et il suffît d'informer les plateformes des évolutions en cours.
On connaît l'interaction entre système de transport et urbanisme. Dans le cas de cette proposition, il devient possible de piloter l'évolution de l'urbanisme conjointement avec celle du réseau.
Entretien
Le parc de véhicules techniques du réseau comprend un atelier mobile, sur une ou plusieurs plateformes, capable d'effectuer l'entretien superficiel des voies :
- nettoyage, entretien de la végétalisation, éventuellement automatisés retrait et application des protections et des équipements de contrôle emport d'instruments pour des vérifications ponctuelles
Le parc de véhicules techniques du réseau comprend un outil mobile de réalignement des voies par cintrage des profils structuraux.
Les voies sont rigides et déformables principalement par dilatation. En considérant une excursion de température de 100°C (-40/+60°C) le coefficient de dilatation (acier) de 12x10-4 se traduit par un déplacement de 12cm sur une portée de 100m. On tracera le réseau sans adaptation élastique autre que les supports, qui pallient également la contrainte sismique. Les tracés courbes sont un moyen connu de reporter la contrainte longitudinale dans les virages.
On notera que la mesure de déformation, aisée parce que d'ordre
centimétrique, procure une mesure robuste et très fiable de la thermique des voies, de leur élasticité et de leur homogénéité mécanique.
Génie civil
Les voies sont également implantables là où un sol, une route, ne seraient pas réalisables, par exemple un lieu de forte pente, un ravin, un paysage escarpé ou très accidenté, pour enjamber une infrastructure existante, etc. le problème se ramenant à poser des pieux.
Une manière moderne de construire le réseau consiste à le dessiner et simuler complètement, puis à extraire de l'outil de conception la forme de chaque rail muni de sa spécification d'interface (mécanique, logique, électrique). Divers constructeurs peuvent travailler parallèlement à partir d'une maquette virtuelle, et acheminer leurs éléments pour un assemblage demandant les moyens habituellement employés au montage des passerelles pour piétons.
En conséquence l'assemblage des rails et des éléments de station se fait en respectant une spécification standard, qui permet de les associer et dissocier (monter/démonter) sans usinage supplémentaire.
Alimentation électrique
Le réseau est économe en énergie et n'introduit pas d'exigence nouvelle par rapport aux consommations électriques urbaines usuelles.
Spécifiquement, les voies pourraient ou devraient être couvertes pour protéger les usagers du soleil. La largeur de la couverture est de l'ordre de 3m pour une voie à double sens, ce qui représente donc 3000m2 de surface de captage solaire potentielle par kilomètre.
L'examen énergétique restant à accomplir, il semble raisonnable que la source solaire puisse satisfaire l'essentiel du besoin en énergie en terrain plat européen, et demande un complément selon la configuration du terrain et la zone géographique.
Contrôle des voies
Les voies sont contrôlées lors de l'installation et pendant toute la durée d'exploitation. L'objectif de ces contrôles varie au long du cycle de vie du système.
au montage, le contrôle permet de valider la structure et d'obtenir sa qualification.
en service, il est requis de connaître l'état de bon fonctionnement des voies en temps réel pour autoriser la circulation de véhicules automatiques.
- au démontage, chaque portion du réseau emporte l'historique détaillé des agressions subies en cours d'exploitation, ce qui permet la réutilisation avec des "crédits de certification".
La structure du réseau est mise à profit pour simplifier et systématiser ce contrôle.
Contrôle statique
Chaque rail emporte un module électronique simple chargé de relayer la communication dans le système et entre plateforme et voie. Les informations stockées par le rail concernent sa géométrie, son/ses matériaux, son historique de traçabilité produit, ses caractéristiques statiques et dynamiques, les événements (dépassement des seuils spécifiés) recensés, les caractéristiques d'interface mécanique/électrique/logique au reste du réseau.
Un capteur de vibration équipe ce module et a deux usages :
il permet de détecter les chocs importants de nature à endommager la voie
en tâche de fond, il sert à vérifier la signature vibratoire de chaque capsule, pour valider la conformité du contact plateforme-voie. Cette mesure inclut la liaison entre rails car les vibrations se propagent sur une grande longueur, on utilise donc les plateformes comme un moyen d'excitation métrologique de la voie.
Il est envisagé d'équiper la voie d'un test acoustique impulsionnel ("Ping") permettant de valider la continuité mécanique de la voie. Il est a priori inutile d'équiper chaque rail. Le rail est donc muni d'un logement de ping mais équipé selon sa position dans le réseau.
La mesure de temps de vol des ping (célérité ~6km/s dans l'acier) permet de consolider l'information de température du réseau et de suivre l'évolution de la qualité des liaisons mécaniques dans le réseau. Contrôle dynamique
Chaque plateforme mesure ses paramètres de roulage en permanence, et identifie le rail par échange radiofréquence avec son module d'identification. En cas d'anomalie (franchissement de seuil dimensionnel, vibratoire, comportement acoustique, radiofréquence, logique, électrique, etc.) les registres d'événements de la plateforme et du rail sont mis à jour.
Si l'anomalie a un effet potentiel à court terme, les plateformes suivantes sont ainsi informées et peuvent adopter les mesures de sûreté nécessaires, principalement en modulant leur vitesse, éventuellement jusqu'au refus de franchissement. Les plateformes techniques sont commentées ci-après, mais parmi elles existe une classe d'outils autonomes parcourant le réseau à seule fin d'effectuer des mesures et diagnostics instrumentés. On fait normalement circuler un tel type de plateforme lors d'une reprise de service après une interruption de durée significative. La plateforme de test peut typiquement effectuer des interventions légères, comme le dégagement de débris tels que des feuilles, nids d'oiseaux et diverses salissures, du balayage, du contrôle de qualité électrique aux alimentations, en plus des tests génériques par communication avec la voie.
Une autre fonction de test consiste à circuler à charge d'essai (min et max), aux vitesses minimales et maximales spécifiées, pour valider les détections de faute du réseau. Une plateforme d'essai peut disposer d'outils spécifiques, tels que des vérins, pour effectuer des tests de torsion, flexion, vibration... au-delà des paramètres des véhicules standard.
Les voies sont soumises à toutes sortes d'agressions potentielles par le milieu extérieur, parmi lesquelles on citera les collisions de véhicules terrestres et les mouvements du sol, qui peuvent aller des événements sismiques à diverses défaillances locales du terrain.
Les palliatifs adoptés dépendent principalement de l'analyse de risque préalable (PSSA, FMEA) pour un réseau donné. En forêt on quantifiera les chutes d'arbres, en ville celles des poteaux de voirie.
Les moyens cités plus haut, comme la surveillance vibratoire et acoustique, informent immédiatement le réseau de son état en localisant précisément les zones concernées, avec pour conséquence la mise en sécurité des plateformes.
Lors d'un tremblement de terre les déplacements du sol sont essentiellement horizontaux. Les voies surélevées du réseau offrent une bonne résistance inhérente à ce type d'événements, car la rigidité des voies dans le plan horizontal est extrêmement élevée en comparaison des limites en flexion des poteaux. Sur un terrain sensible sismiquement, il conviendrait d'encourager la déformation des poteaux, la méthode la plus simple étant de les solidariser faiblement aux voies. Une géométrie déformable à deux poteaux serait alors favorable.
Par extension : l'agression sismique est un effort intempestif exercé sur la voie, et propagé aux plateformes, par l'intermédiaire de ses supports. On associera à cette notion les glissements de terrain et les collisions avec des véhicules au sol.
Cette proposition considère une voie de rigidité importante devant celle des liaisons au sol
De même que pour la voie, les plateformes doivent vérifier fréquemment leur bon état de marche dans la perspective du calcul de leur probabilité de défaillance. Pour faire court, une fonction vérifiée il y a une seconde a moins de chances de faire défaut que si elle a été vérifiée il y a une heure, un an... Pour chaque fonction, une période optimale de vérification est définie et s'accompagne d'une méthode de test, des moyens ou méthodes associés, de la validation non ambiguë des résultats d'essai.
Les plateformes, par exemple de transport de voyageurs, ne sont pas inactives à vide : elles circulent à vide pour rejoindre leur position de prochaine utilisation. Dans cette phase les exigences de sécurité sont relaxées dans un rapport de plusieurs ordres de grandeur, c'est le bon moment pour procéder à des essais qu'il serait trop difficile d'organiser avec des passagers.
Les événements redoutés propres au transport guidé sont liés au freinage et à la collision.
Pendant les essais "à vide", les plateformes se poussent (mesure d'accélération) avec résistance (mesure de freinage), se heurtent (de manière contrôlée) pour activer les mécanismes de protection, en vérifiant et datant le test de bon fonctionnement. Il ne sera pas étrange d'observer des plateformes jouer ainsi de manière un peu énergique... quand personne ne les occupe.
Pour dépasser les seuils de fonctionnement nominaux en test, on envisage de pousser une plateforme en test en groupant plusieurs plateformes "de test", constituant un bélier calibré.
Les plateformes s'entraînent également à leur moments perdus à sortir du réseau une plateforme en panne. Dans le cas de panne (simulée) grave entraînant le blocage d'un lien de circulation, on vérifiera le comportement d'évitement et de reconfiguration du trafic associé à l'événement précis en test. Vérification en fonctionnement
Pendant le fonctionnement les capsules restent soumises à l'obligation de contrôle permanent de leur bon fonctionnement, mais avec les restrictions imposées par leur chargement.
La plateforme mesure sa masse par analyse cinématique, consolidée par les mesures effectuées par la voie. La vitesse est validée avec la voie. Les capacités d'accélération, qui vérifient les freins et la motorisation, sont vérifiées par analyse cinématique, par mesures (vitesse angulaire et consommation électrique) des moteurs, et confirmés par les différents capteurs inter-plateformes. L'odométrie est consolidée entre les mesures de rotation des roues et les indications de la voie. Ceci permet d'identifier rapidement si l'une des quatre roue produit des mesures divergentes.
La masse réelle est prise en compte dans toutes les phases de changement de vitesse, et surtout lors des manœuvres d'association / dissociation de peloton.
Toutes les mesures consolidées relevées localement sont transmises au reste du réseau, selon la constante de temps adaptée : ce qui influence les phases très réactives est transmis très fréquemment mais dans un voisinage de quelques plateformes seulement, les informations en tâche de fond n'exigeant pas la même réactivité. D'une manière générale, une information quelconque ne transite dans le système qu'à la vitesse juste requise par le plus rapide des processus qui la consomment.
Contrôle mutuel
Les plateformes font ainsi l'objet d'un très grand nombre de vérifications, potentiellement par toutes les autres plateformes du réseau, par tous les rails, les stations, les points d'entrée. La plateforme faisant l'objet d'alertes est traitée selon le niveau de gravité de l'alerte :
si le doute porte sur une fonction de réactivité maximale, la plateforme est éjectée du réseau au plus vite.
- si le doute porte sur un vieillissement normal, l'alerte est consolidée puis traitée en temps requis, éventuellement avec l'aide d'un opérateur humain, présent ou depuis un laboratoire de surveillance.
En particulier les plateformes font l'objet d'une surveillance importante lors de leur introduction dans le réseau, car le reste du système possède essentiellement des drapeaux "inconnu" sur la plupart de leurs paramètres de bon fonctionnement. Typiquement, les autres plateformes seront plus prudentes lors des manœuvres rapprochées, elles prendront peu de passagers au départ, ne circuleront pas aux heures de pointe, etc. La décision d'intégration n'est prise par personne en particulier, elle résulte du vote implicite de l'automate cellulaire collectif.
Véhicules de service et techniques
Les engins chargés de la métrologie, l'entretien et le dépannage des voies doivent obéir à des règles contrôlées pour ne pas dégrader le niveau d'homologation du réseau. Ils sont normalement manipulés par des opérateurs agréés. La manœuvre sur voie entraîne une consignation du secteur concerné. En pratique, le déplacement est programmé et planifié, même quelques minutes à l'avance, de sorte que les capsules ordinaires effectuer leurs missions sur un autre itinéraire. Faute d'une telle option, les travaux sont effectués aux heures creuses, ces règles étant communes à tous les modes de transport guidé.
Quand le véhicule technique circule sous pilotage manuel, l'enveloppe d'incertitude de sa mission est communiquée au réseau par les moyens habituels, à savoir les liaisons radio fréquences des rails. Faute de solution de reconfiguration, les autres plateformes ne peuvent pas s'engager sur un secteur sans possibilité de dépasser l'obstacle. Sur un réseau juste linéaire, ceci équivaut au blocage du trafic.
Un palliatif efficace consiste à prévoir, comme pour le ferroviaire, des passerelles entre les voies à contre- sens. Ces passerelles posent un problème de sécurité accru, car elles rendent possible un événement redouté de collision frontale. Leur voisinage est donc muni de moyens de détection et de vérification d'état supplémentaires, en quantité (mesurée par leur redondance) adaptée à l'accroissement local du risque.
Une voie à double sens configurée temporairement en circulation a sens unique alternée possède un débit dégradé dans un rapport supérieur à 2, car il faut déduire le temps de reconfiguration du sens de circulation et la mise en vitesse nominale des flux de plateformes. Une division par 3 du débit nominal est une bonne règle approximative pour cette situation, et dicte les périodes où cette configuration du réseau est applicable.
Véhicules de travaux urbains
Des véhicules techniques portés par le réseau peuvent accéder à une partie appréciable de la zone urbaine avoisinante, sur plusieurs mètres de part et d'autre, et effectuer des travaux ne concernant pas directement le réseau. Par exemple l'entretien des plantations et l'arrosage des sols.
Système de contrôle
Le système de contrôle du réseau est distribué principalement dans les plateformes. Les voies emportent, au niveau de chaque rail, le système de communication par lequel toutes les plateformes échangent leurs informations. Chaque plateforme utilise comme port de communication la ou les antennes de proximité décimétrique intégrée(s) au rail. La fonction de ce réseau est strictement de permettre aux plateformes de rester en communication. Plateformes
Chaque plateforme comporte six calculateurs distribués : un dans chacun des modules de roue, et deux en face AV et AR.
Les calculateurs de roue contribuent principalement à la propulsion, au freinage et au contrôle de l'énergie. Les calculateurs ("nœuds" du réseau AIDA interne) AV et AR gèrent le routage, le health management, les réservations, la maintenance, la partie capteur et acquisition inter-plateforme de la sécurité temps réel (anti-collision, insertion/désinsertion de peloton, accostages). Véhicules
Le terme de "véhicule" désigne l'ensemble constitué d'une plateforme et de l'habitacle passagers qui lui est associé, ou bien une benne, un montage technique quelconque, etc.
Dans le cas du transport d'objet encombrant (ex. un conteneur international) par association de plusieurs plateformes, l'ensemble solidaire ainsi formé le temps d'une mission est "le véhicule".
Résumé des moyens principaux
L'invention concerne un système global de transport intelligent de biens et de marchandises proposant une pluralité de modes fonctionnels tels que transport de passagers ou de biens ou combinés, au moyen d'une plateforme autonome standardisée à laquelle on associe selon le cas une cabine de voyageurs ou une benne pour du fret ou un conteneur pour divers objets discrets ou toute autre arrangement spécifique à ce qui est transporté.
Les moyens de traitement logique et de contrôle réactif du système de transport sont répartis uniformément dans les plateformes en circulation ou en attente dans le réseau, lesquelles communiquent entre elles de proche en proche, sans recours à des moyens centralisés, pour produire collectivement le comportement du système de transport.
La plateforme standardisée est définie par ses interfaces mécaniques, électriques et logiques avec la voie, la charge qui lui est associée, les plateformes voisines.
- toute plateforme conforme à ces interfaces est autorisée à circuler dans le système de transport et à y transporter des charges fonctionnelles.
toute charge, par exemple une cabine de passagers ou une benne de fret, conforme aux interfaces de plateforme standard, peut être fixée à une plateforme du système pour exploitation. Il est possible de mettre en circulation une charge et une plateforme combinées de manière définitive, et donc libres des interfaces entre charge et plateforme, à condition que l'ensemble respecte les interfaces de voie et entre plateformes.
3) les plateformes chargées en circulation peuvent former spontanément un convoi par contact sans verrouillage ("peloton"), en suivant une loi de rapprochement locale entre deux plateformes voisines, l'ensemble de ces rapprochements produisant l'effet collectif de mise en convoi.
Il est possible de mettre en circulation un véhicule composite constitué de plusieurs plateformes associées, à condition que ce véhicule soit insécable et conforme aux interfaces externes de voie et inter- plateformes.
Le système de transport a des stations de départ et d'arrivée des plateformes en déviation de la voie principale, de sorte que les plateformes non concernées par cet arrêt poursuivent leur route sans ralentissement.
Il est possible de relier deux systèmes de voies au niveau d'une station, par un dispositif manuel ou automatisé qu permet de transférer des charges entre plateformes de chaque système.
Le système selon l'invention est destiné à transporter automatiquement des personnes, des biens non accompagnés, des machines de voirie, ou une combinaison de ces catégories, par guidage sur une voie spécialisée, et il comprend :
a. Une plateforme automatique possédant des interfaces mécanique, électrique et de communication standardisés se meut de manière autonome, choisit sa direction dans les embranchements, détermine son moment de départ et son point d'arrivée sur les voies spécialisées,
b. Les voitures transportant des personnes consistent essentiellement en un habitacle offrant des services de confort comparables à ceux d'un habitacle d'automobile, et le service de transport par fixation sur une plateforme automatique,
c. Les récipients transportant des biens consistent en une structure offrant le service de contenir le chargement à l'état solide, liquide ou gazeux ou en une combinaison de ces états, et la fonction de transport par fixation permanente ou temporaire sur une plateforme automatique,
d. Les supports transportant des machines de voirie permettent leur fixation, et leur déploiement et assurent leur transport par fixation à une plateforme automatique, Les charges de grande dimensions sont transportées collectivement par plusieurs plateformes automatiques, au moyen d'un bâti du côté de la charge et d'une fixation commune à chacune des plateformes réunies, par fixation temporaire ou permanente, les différentes plateformes étant capables de se synchroniser pour effectuer collectivement le transport.

Claims

Revendications
1 - Système de transport guidé automatique comportant un réseau de voies dédiées et un ensemble de véhicules autonomes, caractérisé en ce qu'une partie au moins des véhicules sont des véhicules modulaires composés d'une plateforme indifférenciée comportant les moyens de déplacement sur une trajectoire contrainte avec un seul degré de liberté par lesdites voies dédiées et des moyens pour recevoir, en partie supérieure, une cellule passager, une cellule fret, une cellule technique ou une combinaison de telles cellules. 2 - Système de transport guidé automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens recevant la ou les cellule(s) sont arrangés pour permettre un assemblage amovible de la ou des cellule(s) reçue(s) sur la plateforme.
3 - Système de transport guidé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites plateformes présentent des moyens de coopération entre elles, et en ce qu'il comporte un type de cellules présentant des moyens d'accrochage d'une charge partagée entre plusieurs véhicules dont les plateformes coopèrent.
4 - Système de transport guidé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites plateformes présentent des moyens de coopération selon la direction longitudinale, pour des plateformes se déplaçant sur la même voie.
5 - Système de transport guidé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites plateformes présentent des moyens de coopération selon la direction latérale, pour des plateformes se déplaçant sur deux voies parallèles.
6 - Système de transport guidé automatique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites voies dédiées présentent des bifurcations comportant un moyen de sélection interagissant avec un moyen de commande complémentaire prévu sur chacune desdites plateformes.
7 - Système de transport guidé automatique selon la revendication 1 ou 6 caractérisé en ce que lesdites voies dédiées présentent des zones d'évitement où les voies se dédoublent. 8 - Système de transport guidé automatique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il ne comporte pas d'unité de supervision centralisée.
9 - Système de transport guidé automatique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque plateforme comporte un calculateur recevant les informations provenant d'une partie au moins des plateformes, et les informations locales, pour commander le fonctionnement des moyens de déplacement de ladite plateforme et les moyens de communication de ladite plateforme avec une partie au moins des autres composants du système.
10 - Système de transport guidé automatique selon la revendication précédente caractérisé en ce que chaque véhicule constitue un élément d'un automate cellulaire réparti.
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