DESTINE POUR LA MESURE DE LA CHARGE STATIQUE DES ESSIEUX ET DU POIDS GLOBAL DE VEHICULE DE TRANSPORT ROUTIER

Description

I. Domaine technique

La présente invention concerne le domaine des systèmes de pesage dynamique en marche à haute vitesse destinés pour le contrôle et la sanction automatisée des camions de transport en l’occurrence les moyens de transport de marchandises.

II. Objectif de l’invention

Afin de lutter contre le phénomène des surcharges techniques pratiquées par les camions de transport de marchandises, l’invention vise à déboucher sur une solution technique contribuant à mettre en place un système de pesage dynamique en marche à haute vitesse crédible et fiable pour la sanction automatisée des contrevenants. La solution envisagée devra être opérationnelle 24h/24 et 7j/7 pour un trafic routier roulant à des vitesses normales de circulation.

III. Périmètre de l’invention

L’invention concerne la technique de mesure de la charge de l’essieu de véhicules en mouvement à haute vitesse en introduisant une technique intelligente permettant de mesurer la charge statique ou réelle de l’essieu, et ce malgré la présence des charges dynamiques, source importante d’erreurs, qui affectent les résultats de recherches actuellement menées sur les systèmes de pesage dynamique en marche, la raison pour laquelle, jusqu’à aujourd’hui, aucun système opérant dans les conditions normales de circulation, reconnu légalement, n’existe pour la sanction directe des contrevenants.

Le système conçu autour de la technique susvisée, objet de la présente invention, consiste le noyau dur du système complet de pesage dynamique à haute vitesse par son couplage avec les équipements de nouvelles technologies de l’information existant sur le marché de commerce telles que : le système de prise de vue par caméra, les logiciels de reconnaissance de plaques de véhicules et de transmission des données par réseau de communication. Ce système global permet la prise d’une manière automatique les photos des camions et l’identification des données relatives au site de la mesure, à la date et l’heure de la mesure, au véhicule et à son propriétaire, à la charge de chaque essieu et au poids global de véhicule. Ces données constituent les éléments de base pour la sanction automatisée des contrevenants en cas de surpoids.

IV. Principes de base

Les systèmes qui rentrent dans le cadre du domaine technique de l’invention sont conçus pour :

- Mesurer la charge statique de chaque essieu du véhicule ;

- Mesurer le poids global du véhicule (PGV).

Si on prend un exemple d’un camion rigide à 2 essieux en mouvement à vitesse normale sur la voie de circulation, la méthode de calcul des paramètres précités dépend de la configuration des capteurs installés comme suit :

- Les capteurs, qui sont installés transversalement par rapport à l’axe de la chaussée, occupent toute la voie de circulation de véhicules ; cette configuration n°1 permet de mesurer la charge C exercée par chaque essieu de camion sur la chaussée et que le PGV est la somme des charges mesurées des deux essieux du camion.

PGV = C (essieu I) + C (essieu!)

- Les capteurs, qui sont installés transversalement par rapport à l’axe de la chaussée, occupent le couloir de circulation des roues du même côté de l’essieu; cette configuration n°2 permet de mesurer la charge R exercée par chaque roue de camion sur la chaussée; la charge d’un essieu est la somme des charges mesurées de chaque roue R de même essieu et que le PGV est la somme des charges exercées par l’ensemble des roues simples ou jumelées du camion qui est aussi la somme des charges mesurées des deux essieux du camion.

PGV =R(roue 1) + R(roue 2) + R(roue 3) + R(roue 4)

= C(essieu 1) + C(essieu2)

Compte tenu de la méthode de calcul, le contenu de cette invention est construit sur la base de la charge d’un essieu / quelconque de véhicule en optant pour la première configuration précitée. Le même raisonnement d’un essieu est valable pour l’ensemble des essieux du véhicule et que le PGV est une déduction des charges mesurées des essieux du véhicule.

V. Etat de la technique

Le surpoids ou administrativement parlant « La surcharge technique » de véhicules est un facteur prépondérant de la dégradation du réseau routier entraînant à la fois une baisse de la qualité du service offerte aux usagers de la route et une augmentation importante des budgets alloués à la maintenance des chaussées.

Aussi, et en plus de son effet néfaste sur la sécurité routière, dans la mesure où elle contribue à mettre le véhicule en situation d’instabilité et diminue considérablement les capacités et l’efficacité de ses organes de sécurité, le surpoids provoque également une distorsion importante de la concurrence loyale entre les entreprises de transport.

Pour lutter contre cette infraction, le législateur marocain a réglementé les dispositions régissant les obligations et les sanctions relatives au transport au moyen des véhicules routiers. En effet, la loi n°52-05 portant code de la route prévoit des dispositions relatives à la gestion des infractions liées au dépassement du Poids Total en Charge (PTC) autorisé et des charges à l’essieu des véhicules de transport, notamment :

- L’obligation de mesurer le dépassement du PTC et les charges à l’essieu par l’utilisation des équipements appropriés ;

- L’instauration de sanctions proportionnelles en fonction du degré du dépassement du poids mesuré ;

- L’établissement de la coresponsabilité du propriétaire du véhicule, de l’expéditeur, du commissionnaire, du chargeur, du destinataire ou du donneur d’ordre ayant causé ou participé à commettre l’infraction du dépassement du PTC autorisé de plus de 40% ou donné des ordres à cet effet.

Pour dissuader les contrevenants, le contrôle de surpoids des camions s’effectue, par les forces de l’ordre, au moyen des pèses essieux mobiles ainsi que des stations fixes de pesage dynamique. Si l’usage des unités mobiles peuvent se faire à n’importe où, et faciles à déployer, les stations fixes, quant à elles, ont un principe de fonctionnement plus ou moins compliqué puisque la mesure de poids s’effectue en deux temps. Le premier se fait à travers le système de pesage en marche à haute vitesse qui constitue le système de présélection de véhicules potentiellement en surpoids, composé généralement de deux capteurs piézoélectriques, qui sont enfouis dans la chaussée, dans une ou deux voies perpendiculairement au sens de la circulation du trafic routier. Il permet de mesurer les charges appliquées par les roues sur la chaussée et ensuite sur les capteurs piézoélectriques. En effet, le véhicule applique sur la chaussée, à travers les roues, des forces longitudinale, horizontale et verticale. La seule composante qui est mesurée est la force verticale. La sortie du capteur est une charge électrique qui est proportionnelle à la force appliquée.

Le deuxième consiste au contrôle précis du poids et sur la base duquel le contrevenant est verbalisé. Il s’effectue à travers une bascule fixe normalisée et homologuée par les services chargés de la métrologie légale. Cette bascule est encastrée dans une plateforme aménagée en aval du système en marche à haute vitesse. Les opérations de pesage s’effectuent en statique ou à basse vitesse à moins de 15km/h.

Selon le retour d’expérience, les deux systèmes de mesure précités enregistrent un rendement très faible par rapport aux ressources mobilisées à cet effet. Afin de combler ce dysfonctionnement, la répression directe et automatisée s’impose. La technologie des systèmes de pesage en marche à haute vitesse décrite précédemment ne permet pas d’atteindre l’exactitude nécessaire à des applications légales. En effet, ces systèmes mesurent des forces d’impact instantanées qui ne sont pas égales aux charges statiques des roues et des essieux, mais sont affectées par les interactions dynamiques entre la chaussée et le véhicule, et peuvent s’en écarter de +/- 30% environ.

Par ailleurs, et dans l’optique d’améliorer les systèmes actuels, les recherches investiguées sont basées sur des grilles multi-capteurs piézoélectriques qui mesurent les charges des essieux de véhicule dans les conditions normales de la circulation routière. Néanmoins ils ne permettent pas de garantir les exigences métrologiques requises à la répression directe des surpoids, bien qu’ils se constituent de plusieurs capteurs faisant ainsi une distribution de mesure tendant à avoir des informations suffisantes sur le signal des charges dynamiques. Cette distribution de valeurs a aussi pour objectif de minimiser, en calculant sa moyenne arithmétique, les erreurs liées à la mesure de la charge statique de l’essieu. Dès lors, le poids global du véhicule et la charge statique des essieux sont estimés. A ce sujet, les algorithmes de calcul sont basés sur des modèles statistiques qui requièrent malheureusement une distribution de valeurs de mesure de taille très importante afin d’estimer une valeur approchée de la charge statique de l’essieu dont la précision est fortement liée à l’écart type des valeurs constituant la distribution dépendant de :

- L’uni ou profil de la chaussée ;

- La vitesse de circulation du véhicule ;

- Le système de suspension du véhicule ;

- La qualité du capteur piézoélectrique.

En relation avec la technologie des capteurs piézoélectriques, on entend par piézoélectricité est la propriété physique que possèdent certains matériaux à se polariser électriquement lorsqu’ils sont soumis à une contrainte mécanique (effet directe) et à se déformer mécaniquement lorsqu’ils sont soumis à un champ électrique (effet indirecte). Le matériau piézoélectrique est caractérisé par sa constante piézoélectrique qui traduit la proportionnalité entre la déformation et le déplacement électrique à champ électrique nul ou constant. Le quartz demeure l’élément piézoélectrique qui a, en sus d’autres qualités mécanique et électrique, une meilleure précision. En raison des faibles signaux électriques qu’ils produisent, suite à une variation de contraintes, les capteurs piézoélectriques ne sont pas utilisés seuls mais ils sont couplés avec des chaînes d’acquisition dont l’élément principal est l’amplificateur de charge. Le couplage avec ce composant électrique a été vivement recommandé dans la littérature eu égard à la nature capacitive des capteurs piézoélectriques.

Enfin, trouver une méthode pour la reconstitution de la charge de l’essieu du véhicule, définir le nombre optimal de capteurs piézoélectriques et leur inter-distances constituant la grille de capteurs, procéder au traitement du signal reconstitué de la charge de l’essieu et compenser les charges dynamiques engendrées par le mouvement du véhicule sont les principaux axes de la présente invention détaillés dans ce document.

Compte tenu de ce qui précède, il est à noter qu’actuellement, aucun système de pesage dynamique en marche à haute vitesse opérant dans les conditions normales de circulation n’existe sur le marché pour la sanction directe des contrevenants, et ce eu égard aux erreurs importantes de mesure de la charge statique de l’essieu et par conséquent du poids global du véhicule.

VI. Description de l’invention

La présente invention concerne la conception et la réalisation d’un système de pesage dynamique en marche à haute vitesse permettant de mesurer la charge statique de l’essieu / et du poids global de véhicule (PGV) et ce dans les conditions normales de la circulation routière. Cette invention n’est pas basée sur les approches statistiques de calcul pour mesurer la charge statique de l’essieu et du PGV mais plutôt sur la base du traitement du signal analogique de l’essieu / de véhicule, reconstruit grâce un algorithme précis présenté ultérieurement.

La solution technique objet de l’invention repose sur les volets suivants :

1. L’algorithme de reconstruction du signal analogique de l’essieu / du véhicule ;

2. La conception et la définition de la grille optimale de capteurs piézoélectriques ;

3. La conception et la réalisation d’un filtre analogique comprenant les cartes électroniques suivantes :

- Carte de conditionnement du signal produit par le capteur piézoélectrique ;

- Carte de traitement du signal analogique de la charge à l’essieu et de la mesure de la charge statique.

La Figure 1 donne une vue d’ensemble du système objet de la présente invention. Il comprend :

- La grille de capteurs piézoélectriques (1 );

- Le bloc de commande (2) ; au sein de ce bloc que siège les différentes cartes électroniques, le microprocesseur et la carte d’acquisition.

Le complément d’équipement qui est requis pour avoir un système valable pour le contrôle et la sanction automatisée, il s’agit des outils de nouvelles technologies de l’information qui existent sur le marché de commerce notamment :

- La caméra numérique de prise de photo ;

- Le logiciel de reconnaissance de plaque ;

Le réseau de communication, sécurisation de données ;

Les accessoires informatiques tels que serveurs, routeurs... a. Algorithme de reconstruction du signal analogique de l’essieu / du véhicule

Soit n+1 couples (to,vo), ( ti,vi ), . ,(t _n ,v _n ) (3) avec tk est le temps de passage de l’essieu / du véhicule (5) sur le capteur d’ordre k, installé dans la chaussée sur la voie de circulation (6), et le V _k e st la tension générée par le capteur d’ordre k suite à la force instantanée exercée par l’essieu / sur ce capteur. Ces données sont prises par rapport à un référentiel défini (temps, tension) (4) comme indiqué dans la Figure 1 .

Le signal analogique (7) de la charge à l’essieu / produit, suite au passage du véhicule (5) sur la grille de capteurs (1) (Figure 1), suit la forme du polynôme de Lagrange interpolé à partir des n+1 couples précités.

Afin de réduire les erreurs d’interpolation, les positions des capteurs sont bien définies dans la grille de capteurs (1) conformément à la formule de Tchebychev définie ci-dessous.

L’équation (1.1) représente la formule mathématique du polynôme de Lagrange exprimée dans le domaine temporel.

F est le polynôme de Lagrange au plus de degré n qui passe sur les points ( t _k , V _k ) (3), avec t est le temps de passage de l’essieu / à un point quelconque M(f,v) de la grille de capteurs (1) suivant l’axe longitudinal de la chaussée (selon l’axe du temps) (8) et vest la tension interpolée à ce point tel que F(t)=v.

La valeur de F(t) multipliée par le coefficient de calibrage définie à l’équation (1.9) représente la force instantanée exercée par l’essieu / au point M. Le polynôme de Lagrange remplit les conditions suivantes :

Il est très difficile de déterminer le degré d’un polynôme qu’il faudrait arrêter dans l’interpolation d’une fonction. Un polynôme de degré supérieur n’est pas toujours le meilleur choix car il peut engendrer des résultats instables.

L’instabilité émane principalement :

Du choix des points d’interpolation ; les points équidistant ou uniforme ne donnent pas forcément de meilleurs résultats ; De la fonction dont les variations sont lentes, déjà lissée, est mieux interpolée par un polynôme de degré élevé que par un polynôme de degré faible, tandis que la fonction dont les dérivées changent rapidement est mieux interpolée par un polynôme de degré faible dont la pratique démontre un degré inférieur ou égale à 3 ;

D’algorithme utilisé dont les qualités dépondent de la méthode mathématique dont découle.

L’équation (1.3) représente la formule de Tchebychev exprimée dans le domaine spatial précisant les positions des capteurs piézoélectriques :

X _k est la position du capteur k dans la grille (1) qui contient n+1 capteurs. Les nombres a et b sont les abscisses des points A et B, sur l’axe longitudinale de la voie de la circulation routière (6) où les capteurs sont installés, constituant les bornes de la grille de capteurs (Figure 1). De ce fait, la grille est définie par deux points A(a,0) et B(b,0) ayant une longueur de (b-a).

Pour obtenir la meilleure estimation possible de la fonction F, il faut choisir les n+1 points d’interpolation xo, xi...x _n de manière à minimiser le maximum sur [a, b] de la fonction

N. B : Il est à noter que le passage du domaine temporel au domaine spatial sur l’axe longitudinal de la voie de circulation ou vice versa, il suffit d’intervenir la vitesse moyenne du véhicule qu’on peut mesurer (longueur grille connue et temps de passage d’un essieu sur la grille (1) peut être mesurée par le temporisateur de la carte d’acquisition de données utilisée dans la solution technique).

La principale conclusion dégagée, à travers la méthode de reconstruction du signal expliquée précédemment, est son efficacité et sa performance prouvés qui est basée sur l’algorithme de l’interpolation polynomiale de Lagrange, couplé avec les conditions de Tchebychev avec un pas d’échantillonnage non uniforme selon l’équation (1.3).

Cet algorithme prend uniquement en considération la bande limitée du signal dans le domaine temporel, étant l’intervalle de définition de la force F(t), et n'a aucune exigence particulière relative à l'estimation de spectre de fréquence du signal ou distribution infinie d’éléments servant pour utiliser la méthode de reconstruction du signal.

La dimension de la distribution formée de couple ( t _k ,V _k ) (3) pour laquelle la reconstruction du signal de la charge de l’essieu / donne des résultats meilleurs est à partir de n=10. D’où le nombre minimalde capteurs constituant la grille est de 10 capteurs. Toutefois, pour des considérations de rentabilité économique du système, le nombre de capteur optimal est de 10 capteurs. b. Grille de capteurs (1)

L'analyse spectrale du signal de la charge de l’essieu / montre l'existence de deux fréquences fondamentales fi et respectivement situées entre 1-3 Hz et 6-15 Hz. Ces fréquences correspondent aux mouvements des masses suspendues et non suspendues du véhicule (5). Les valeurs de ces fréquences ne tiennent pas compte de la qualité de l’uni mais elles dépendent de la vitesse et de la qualité du système de suspension du véhicule (5). Leurs amplitudes sont liées à la fois à la vitesse de circulation et à la qualité de l’uni de la chaussée (6).

La conception de la grille (1) de capteur devra être conçue de telle manière que le signal de la charge de l’essieu / soit reconstruit, à partir des valeurs générées par les capteurs, sur une bande limitée et ce pour avoir une meilleure précision de la reconstruction du signal par polynôme de Lagrange.

Par ailleurs, la grille de capteurs piézoélectriques (1), installée sur la chaussée (6), faisant partie du système de pesage dynamique en marche à haute vitesse, objet de cette invention, ne permet pas de produire un signal temporel continu mais plutôt une distribution de mesures prises à une série de temps déterminée selon un pas d’échantillonnage non uniforme conformément à l’équation (1.3) qui est la base de la conception de la grille de capteurs (1). La figure 1 illustre la conception de la grille de capteurs (1). c. Compensation des charges dynamiques

Une fois le signal analogique de la charge de l’essieu / du véhicule (5) est reconstruit, l'action réalisée par la suite concerne le traitement du signal reconstruit à travers un dispositif électronique. Ce dispositif est conçu et réalisé afin d’éliminer ou compenser la composante variable du signal correspondant aux charges dynamiques générées par l’essieu / et mesurer ensuite la composante continue qui est la charge statique de l'essieu / ^' du véhicule.

En effet, le signal analogique reconstruit de la charge de l’essieu / du véhicule (5) est en général un signal apériodique. L’équation (1.1) peut être reformulée de la forme suivante :

Avec :

- Q est la force instantanée appliquée par l’essieu / du véhicule (5) sur la surface de la chaussée (6) (Signal de la charge de l’essieu / ^' ) ;

- P est la charge statique de l’essieu / (composante continue du signal) ;

- K est la raideur du système de suspension du véhicule (5) ; An l’amplitude d’oscillation de la charge de l’essieu du n ^ième fréquence du signal; f _h est la phase à t=0 (conditions initiales d’oscillation) du n ^ième fréquence du signal;

- sin(co _n t+(p _n ) est la composante variable du signal analogique qui

0 représente les charges dynamiques de l’essieu du véhicule (5) générées notamment à cause de :

• Irrégularité de la chaussée (mauvais uni de la chaussée) (6) ;

• Système de suspension du véhicule (5) ;

• Vitesse de circulation du véhicule (5).

La réduction des erreurs dues aux charges dynamiques dans les systèmes de pesage dynamique en marche à haute vitesse impose de prospecter, au lieu d’investiguer dans les approches statistiques en cours de recherches dont les résultats ne sont pas maîtrisables qui dépendent fortement aux variations des charges dynamiques (composante variable du signal analogique) d’autres techniques. Une nouvelle technique intelligente a été inventée tendant à isoler ou à compenser la composante variable du signal analogique reconstruit de l’essieu / du véhicule (5) et de mesurer ensuite la composante continue qui correspond à la charge statique du véhicule (5) dont on souhaite mesurer avec une meilleure précision. A ce sujet, la technique introduite est basée sur le dispositif de « Zéro Crossing Detector », considéré comme le noyau dur du filtre analogique réalisé dans le cadre de la présente invention.

Le filtre analogique repose sur la réalisation des opérations relatives au :

- Conditionnement du signal produit par le capteur piézoélectrique eu égard à la faiblesse de sa puissance. Ce conditionnement permet l'exploitabilité des valeurs produites par le capteur qui sont sous forme de tension et par conséquent il sera possible de lire une valeur maximale (valeur déterministe) donnée par le capteur, difficile à acquérir puisque le signal est souvent trop bruité dont le rapport à signal bruit dépend de la qualité et la nature du capteur. La valeur maximale correspond à la force instantanée maximale appliquée par l’essieu / sur la surface de la chaussée (6) ;

- Conditionnement de signal analogique reconstruit de la charge de l’essieu / du véhicule (5) et ce afin d’ajuster l’amplitude du signal pour garantir l’efficacité du fonctionnement du filtre analogique ;

- Elimination de la composante continue du signal reconstruit de la charge de l’essieu / du véhicule (5) en introduisant un filtre de 1 ^er ordre de type passe haut ;

- Traiter le signal de sortie du filtre du 1 ^er ordre par la technique de « Zéro Crossing detector ».

Définition de « Zéro Crossing detector » : Zéro Crossing est défini comme étant le point où une fonction mathématique change de signe du positif au négatif ou vice versa. Autrement dit, ce sont les points d’interception de la courbe d’une fonction continue avec l’axe des abscisses.

L’application du détecteur des racines de la fonction mathématique sur le signal analogique filtré de l’essieu / du véhicule (5) est de nature à dégager les mesures temporelles qui coïncident avec les valeurs nulles des charges dynamiques. En négligeant les erreurs dues aux composantes électroniques par rapport à celles des charges dynamiques, les valeurs mesurées sur le signal analogique reconstruit de la charge de l’essieu / ^' , aux mesures temporelles ainsi identifiés par ce dispositif, correspondent bien aux tensions produites par les charges statiques de l’essieu / de véhicule et ce grâce à la compensation des charges dynamiques. Pour calculer la charge statique de l’essieu / ^' , il suffit de multiplier la tension mesurée par le coefficient de calibrage définie préalablement grâce à l’équation (1.9). d. Cartes électroniques conçues et réalisées i. Carte de conditionnement du signal produit par le capteur piézoélectrique

Chaque capteur piézoélectrique de la grille (1) est doté de son propre circuit électronique conçu pour le conditionnement du signal produit par ce capteur. Ce circuit électronique est composé de deux étages en cascade constitués de :

Le 1 ^er étage, illustré à la Figure 2(a), est constitué d’un amplificateur de charge considéré comme un moyen de conversion de la charge générée par le capteur piézoélectrique en un signal sous forme de tension exploitable. Un amplificateur de charge utilise la topologie d’intégrateur de base. Pour cela, l’amplificateur opérationnel Ai est monté dans le circuit avec une contre réaction est constituée d’un condensateur C1 monté en parallèle avec une résistance R3 empêchant l'amplificateur d’atteindre son niveau de saturation. La tension de sortie du 1 ^er étage est proportionnelle à l'intégrale du courant d'entrée selon l’équation (1.6).

Lorsque la charge Q produite par le capteur piézoélectrique varie en fonction du temps, le signal de la tension v _a à la sortie du 1 ^er étage du circuit de conditionnement comprend une composante continue et une composante dynamique. L’équation (1.6) est donc sous la forme de:

Où Vo est la composante continue du signal de sortie de l'amplificateur de charge qui est considéré comme la valeur cible à mesurer dans le 2 ^ème étage du circuit de conditionnement. La 2 ^ème cornposante de l’équation (1.7) correspond au bruit du signal.

L’amplificateur opérationnel Ai est alimenté par des tensions continues de +11V et -11V dont le courant d’alimentation est limité via des résistances R1 et R2 installées entre la source d’alimentation et l’amplificateur.

Comme la charge produite par le capteur piézoélectrique est trop faible, on peut considérer que v ₀ (t) fait partie des faibles signaux.

Le 2 ^ème étage, illustré à la Figure n°2(b), est construit à l’aide d’un circuit émetteur- suiveur basé sur un transistor T (type npn) qui fonctionne dans le régime des petits signaux. La sortie de l'émetteur du transistor T est connectée au condensateur de découplage C2 en parallèle avec la résistance R4. Le condensateur de découplage C2 permet de séparer le point de polarisation du transistor et les petits signaux existants en mode dynamique. Son impédance est négligeable pour les petits signaux et infinie pour les courants de polarisation.

En effet, supposons que C2 est déconnectée (circuit ouvert), le courant de l’émetteur i _e varie en fonction du courant de collecteur i _c . Cette variation de i _e provoque une variation de la tension aux bornes de la résistance R4, qui tend à diminuer la polarisation de la jonction VBE au même rythme que la variation de i _e .

Dans le cas où C2 est connectée, le condensateur élimine la composante dynamique, puis ensuite la tension entre les bornes de la résistance R4. En conséquence, la tension Vs est stable, ce qui correspond à la tension Vo diminuée de 0,7 V correspondant à la tension VBE de jonction base-émetteur selon l’équation (1.8).

V = V ₀ -V _BE (1.8)

D’où la tension de sortie Vs du circuit électronique du conditionnement du signal dépend de la tension de sortie Vo de l’amplificateur de charge qui est fonction de la charge Q produite par le capteur piézoélectrique.

Bien que le signal à l’entrée (9) de la carte de conditionnement soit trop bruité, elle permet d’acquérir à la sortie de 2 ^ème étage un signal déterministe dont la valeur maximale varie proportionnellement avec la force instantanée appliquée par la roue sur le capteur piézoélectrique. ii. Carte de traitement du signal analogique de la charge à l’essieu / et de la mesure de la charge statique

Cette carte électronique contient les composants électroniques suivants tels qu’ils sont présentés dans la Figure 3 :

La carte de traitement du signal analogique de la charge à l’essieu / et de la mesure de la charge statique est considérée comme la carte mère du système de pesage dynamique en marche à haute vitesse puisque à son niveau que tous les calculs s’effectuent du système global.

Après le passage de l’essieu / du véhicule (5) sur la grille de capteurs piézoélectriques (1), la carte de traitement du signal analogique de la charge à l’essieu / et de la mesure de la charge statique procède à la lecture des données, via un microprocesseur (10), engendrées par les capteurs piézoélectriques sous forme (ί _/ ,n,) relatives aux temps de passage de l’essieu / de véhicule sur la grille de capteurs piézoélectriques (1) ainsi que les tensions correspondantes générées. Une fois les données sont lues par le microprocesseur (10), ayant une forte puissance de calculs, exécute l’algorithme y enregistré, relatif à la reconstruction du signal analogique de l’essieu / du véhicule, mis au point sur la base de l’interpolation par polynôme de Lagrange. Le signal généré par le microprocesseur (10) sur son port DAC (Digital analog converter) est le signal analogique reconstruit de la charge de l’essieu / appliquée sur la chaussée (6).

Après avoir reconstruit le signal analogique de l’essieu / du véhicule (5), ce signal traverse un circuit formé detrois étages en cascade à savoir :

A. 1 ^er étage : Amplification du signal analogique reconstruit

Pour améliorer l’exploitabilité du signal reconstruit, le signal émis par le microprocesseur (10) via son port DAC est amplifié grâce à l’étage d’amplification illustré dans la Figure 3(c) utilisant à cet effet un amplificateur opérationnel A2 (mode multiplicateur). Cet étage permet d’obtenir un signal analogique physiquement exploitable ( V2 ) et de réduire, en conséquence, les erreurs de mesure. L’amplitude du signal analogique peut être variée grâce au potentiomètre (POT).

B 2 ^ème étage : Filtrage du signal de sortie de l’étage d’amplification

Le signal de sortie de l’étage d’amplification est filtré en vue d’extraire la composante continue relative à la charge statique de l’essieu / et laisser passer la composante variable correspondant aux charges dynamiques. Cette opération est implémentée par le filtre de type « Passe-haut » de 1 ^er degré, montré à la Figure 3(d), constitué de la capacité C3 et de la résistance R9 qui est reliée à la masse. La fréquence de coupure de ce filtre est de 0.16 Hz.

C. 3 ^ème étage : Compensation des charges dynamiques

Le signal délivré par l’étage de filtrage est un signal apériodique dont la moyenne vaut zéro (axe des abscisses), on procède à la dernière opération basée sur la technique « Zéro Crossing detector », dont le circuit est présenté à la Figure 3(e), qui consiste à produire un signal carré positif. Pour ce faire, un amplificateur opérationnel A3 de type comparateur est utilisé dont la sortie est reliée à la source d’alimentation de cet amplificateur par la résistance R10. L’amplificateur opérationnel est alimenté avec une seule source d’alimentation de +5V. Ainsi, le signal apériodique produit par le filtre est rendu par cet étage un signal carré dont les points de projection des côtés (montant et descendant) avec l’axe des abscisses coïncident avec les points d’intersection du signal apériodique (signal filtré) avec cet axe.

En fin, pour permettre de relever les données sur le signal apériodique amplifié, de la sortie du 1 ^er étage susvisé, qui correspondent aux points de projection des côtés du signal carré sur l’axe des abscisses, une carte d’acquisition de type Arduinoest intégrée dans le circuit de la Figure 3 qui exécute le programme y enregistré.

En vue de suivre la transmission de l’énergie dans le circuit électronique de la carte de traitement du signal analogique de la charge à l’essieu / et de la mesure de la charge statique, cette carte est dotée de dix Leds du D1 à D11 qui marquent l’état « 0 » ou « 1 » selon les modes suivants :

Les Leds D1 à D10 s’allument d’une manière séquentielle puis s’éteignent ce qui prouve que le microprocesseur (10) a réussi de lire toutes les données transmises par la carte de conditionnement du signal produit par le capteur piézoélectrique ;

D1 et D5 s’allument puis s’éteignent, ce qui signifie que l’exécution de l’algorithme du polynôme de Lagrange est achevée avec succès ;

D6 et D10 s’allument puis s’éteignent, ce qui prouve que la production du signal analogique via le port DAC du microprocesseur (10) est effectuée avec succès ; D11 s’allume puis s’éteigne, ce qui montreque la carte d’acquisition a calculé la charge statique de l’essieu / ^' du véhicule (5). e. Mode de calcul de la charge statique de l’essieu i de véhicule

Une relation linéaire entre la tension provenant de la carte d'acquisition incluse dans la « Carte de traitement du signal analogique de la charge à l’essieu / et de la mesure de la charge statique » et la charge réelle de l’essieu est la base des calculs de la charge statique. Cette linéarité nécessite que toutes les étapes du processus de production et de traitement du signal aient une relation de proportionnalité entre le signal d'entrée et le signal de sortie en particulier les circuits de conditionnement, d’amplification, de filtrage et de « Zéro Crossing detector ». Cependant, cette condition ne peut pas être réalisée dans la pratique en raison des erreurs systématiques de chaque composant constituant le processus global, ce qui conduit finalement à produire une erreur cumulée en sortie du processus. La valeur obtenue par la carte d'acquisition est sous forme de tension qui est multipliée par le coefficient de calibrage à l’équation (1.9) ci-dessous permettant de transformer ces valeurs en une unité de poids.

Le coefficient de calibrage exprime le rapport entre la valeur vraie de la charge de l’essieu / exprimée en kilogramme et la valeur de référence mesurée de cet essieu exprimée en volt selon l'équation (1.9). c Valeur vraie (poids)

^ calibration (1.9)

Valeur mesurée de référence ( tension ) f. Brève description des dessins

Figure 1 : Le schéma décrit du système objet de la convention qui se compose de :

La grille de capteurs piézoélectriques (1 ) ;

Le bloc de commande (2) où siège l’électronique du système de pesage dynamique en marche à haute vitesse objet de l’invention.

Figure 2 : Le schéma décrit le circuit électronique de la « Carte de conditionnement du signal produit par le capteur » qui est formé de deux étages :

(a) Conditionnement du signal produit par le capteur piézoélectrique (a) ;

(b) Production d’un signal déterministe (b).

Figure 3 : Le schéma décrit le circuit électronique de la « Carte de traitement du signal analogique de la charge à l’essieu / et de la mesure de la charge statique » qui est formé de trois étages :

(c) Etage d’amplification (c) ;

(d) Etage de filtrage (d) ;

(e) Etage de compensation des charges dynamiques (e).