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Système de commande dynamique pour l'éclairage des routes et autoroutes
DESCRIPTION
Domaine d'application
L'invention concerne le système d'éclairage et spécialement le système utilisé à l'éclairage des routes et autoroutes L'invention a comme but une importante économie de l'énergie tout en respectant l'entière efficacité du système de l'éclairage Par l'application de ce système, l'utilisateur bénéficie d'un éclairage complet du chemin sans qu'il puisse remarquer une différence entre le système d'éclairage continu et permanent des routes et le système proposé par l'invention
Historique
Les systèmes de commandes destinés à l'éclairage font, à notre époque,
l'objet d'amples recherches La domotique a mis au point une multitude de systèmes d'éclairage ayant des application pour les bâtiments Les modalités de télécommande sont multiples par ondes hertziennes, infrarouges, thermique, etc,
On a déposés recemment des brevets, par exemple WO 94/06106, WO 94/03883 EP 0610532AI qui essayent de donner une nouvelle dl1nenSlOn a la commande des appareils électriques et implicitement a l'éclairage
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Il est facile d'observer que les modalités proposées ne permettent pas l'application au niveau de réseaux de dizaines de milliers de km.
Le structures centralisées proposées jusque là et les modalités concernant l'adressage des consommateurs offrent des bonnes solutions seulement pour un nombre limités d'utilisateurs.
Description de l'appareil
On part de l'idée qu'un conducteur auto, pour qu'il soit content de l'éclairage de la route, n'a pas besoin que toute la route soit éclairée. Il suffit d'un éclairage sur une certaine distance à l'avant et à l'arrière du véhicule.
Exemple : 500m à l'avant et 100 m à l'arrière ;
Il est donc intéressante de concevoir un appareil qui détecte la présence de la voiture afin d'éclairer la route à l'avant de la voiture et qui éteint les lampes d'éclairage après le passage de la voiture.
Le fait d'allumer et éteindre les lampes doit se réaliser de telle sorte que le déplacement de la voiture se fasse toujours dans une zone éclairée, zone qui avance en même temps que la voiture et cette condition doit être remplie pour toutes les voitures qui circulent sur la route
Par conséquent, l'appareil proposé présente les fonctions suivantes -il détecte la voiture - il informe les autres appareils d'allumer et d'éteindre à l'avant, respectivement à l'arrière de la voiture,
sur des distances prédéterminées
La documentation propose plusieurs variantes en essayant d'analyser leurs avantages et inconvénients
L'appareil se fixe sur les poteaux d'éclairage et actionne par l'intermède d'un relais sur le circuit électrique qui alimente la lampe electrique
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Méthode de détection du véhicule
Il y a plusieurs possibilités concernant le choix des capteurs utilisés à la détection du véhicule a)
Le capteur photoélectrique
Les phares des voitures produisent une lumière orientée parallèlement à la route
Une cellule photoélectrique disposée de telle sorte qu'elle détecte la lumière des phares des voitures et autres véhicules peut être utilisée en tant que capteur de la présence de la voiture
On remarque l'avantage du coût faible et de la facilité du montage électronique Les inconvénients sont représentés par le fait que l'appareil ne détecte pas le véhicules qui n'ont pas les phares allumés ainsi que la chance réduite de détection de la lumière des bicyclettes.
b) Le capteur photoélectrique avec fente de lumière
C'est un capteur plus cher que le capteur photoélectrique, donc le montage sera plus cher car on a besoin de deux éléments, un émetteur et un récepteur, qui sont disposés de deux côtés de la route Tout véhicule qui traverse le faisceau lumineux émis par l'émetteur est détecté par l'appareil Sont détectés seulement les véhicules en mouvement, un véhicule stationnant n'est pas détecte, sauf pour le cas où, en s'arrêtant, il coupe le faisceau lumineux c) Le capteur thermique
Encore plus cher que les autres capteurs cités, son inconvénient majeur est de ne réagir qu'à la chaleur dégagée par les moteurs ou par les corps humains Un véhicule n'ayant pas de moteur en etat de fonctionnement n'est pas détecte
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d) Le capteur magnétique Un capteur cher,
demandant un montage assez élaboré, peut détecter tous les véhicules qui se déplacent ou stationnent ; Il n'est stimulé que par la présence des masses métalliques
Les possibilités du choix de capteurs ne se restreint pas aux capteurs cités, On peut utiliser des capteurs ultrasons, laser, etc., mais il faut prendre toujours en considération le rapport prix/performance
Le choix des capteurs se fera en fonction du type de la route et du budget affecté.
Exemple :
Pour les autoroutes où l'accès des piétons et bicyclettes est interdit on peut utiliser les capteurs photoélectrique, photoélectrique avecfente, thermique, magnetique
Aux routes secondaires on peut utiliser les capteurs thermique, photoélectrique avec fente.
Caractéristique générale. même si, suite à une défaillance du véhicule, un véhicule n'est pas détecté, un véhicule en mouvement bénéficiera intégralement de l'éclairage, le conducteur du véhicule en mouvement ayant pleinement la possibilité d'observer le véhicule stationnant.
Il existe la possibilité d'utiliser une combinaison de capteurs, la compatibilité de la communication entre les appareils est indépendante du type des capteurs utilisés
La transmission entre appareils
La communication entre appareils se réalise en utilisant des ondes radio (de préférence) ou tout autre type de transmission à distance
Nous proposons deux variantes et plusieurs sous-variantes
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VARIANTE 1
Au moment où l'appareil détecte la présence d'un véhicule, il émet un signal de télécommande radio Ce signal est émis de telle façon qu'il soit perçu à une distance prédéterminée, générant ainsi l'éclairage sur la distance d'émission (voir dessin 1)
La distance d'émission est fonction de la puissance de l'émission et la distribution spatiale peut être modelé à l'aide d'une antenne favorisant l'émission dans le sens du déplacement du véhicule
L'émission de la commande se réalise dans un intervalle de temps très court, produisant l'éclairage pour une durée déterminée (exemple 3 secondes), durée suffisante pour que le véhicule soit détecté par le capteur suivant. Cet appareil émettra a son tour un signal de commande identique, mais décalé en espace, qui maintiendra l'éclairage de la plupart des lampes, sauf la dernière lampe allumée qui sera éteinte et la première lampe non allumée située dans la direction du mouvement du véhicule qui sera allumée.
Par la procédure susmentionnée en obtient un déplacement de l'éclairage en même temps que la voiture, donc le chemin sera toujours éclairé en face et derrière la voiture sur les distances voulues
Au cas où le capteur aperçoit un véhicule stationné il émettra des commandes, aux intervalles de temps réguliers, afin de maintenir l'éclairage autour du véhicule
Une sous-variante qui exclue définitivement la possibilité du non-éclairage d'un véhicule en stationnement, qui n'est pas détecté par un capteur,
est représentée par un appareil qui émet des signaux jusqu'au moment où le capteur suivant détecte le véhicule et informe que le véhicule a été détecte par lui Cette information peut se faire en utilisant une autre fréquence et la propagation seulement sur les distances situées entre les deux appareils
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VARIANTE 2
La variante précitée présente l'avantage d'un montage moins élaboré mais la désavantage que chaque poteau (ou groupe de poteaux) situé au long de la route doit bénéficier d'un émetteur suffisamment puissant pour pouvoir émettre jusqu'à la distance d'éclairage voulue.
La propagation des ondes se faisant en fonction des conditions atmosphériques, d'obstacles, etc., on ne peut pas avoir une garantie absolue pour la distance d'éclairage
Evidemment, on peut considérer le cas le plus défavorables et utiliser la puissance d'émission calculée pour ce cas En conditions normales, l'utilisation du cas le moins favorable allonge la distance d'éclairage, en perdant ainsi l'optimalité du système de l'éclairage, et implicitement des pertes d'énergie.
La deuxième variante propose une émission sur des courtes distances, d'un appareil vers ses voisins proches
La commande est donnée sous forme d'un signal codé, en transmettant un numéro. L'appareil qui détecte le véhicule transmet un numéro choisi et qui représente le nombre des sources de lumière que on veut activer en avant du véhicule.
L'appareil est prévu aussi avec la fonction de réceptionner le numéro émis par un ou plusieurs autres appareils et d'émettre le numéro immédiatement inférieur au plus grand réceptionné.
Exemple
Un appareil détecte un véhicule et émet le code 7 Ce code est réceptionné seulement par l'appareil suivant et précédent L'appareil suivant réceptionne 7 et émet 6, le prochaine réceptionnera 6 et émettra 5 Le septième appareil réceptionnera 1 et n'émettra rien. Toutes les appareils qui réceptionneront un numéro détermineront l'éclairage de la lampe commandée, par conséquent il y avait sept lampes qui éclaireront devant le véhicule
A l'arrière du véhicule sera émis, de même.
le numéro 7 Un circuit électronique contenu dans l'appareil qui tient compte que l'appareil a ete auparavant en émission , diminuera ce chiffre à 2 Les autres appareils situes sur les poteaux de l'arriere du
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véhicule diminueront le numéro reçu d'I Ainsi le appareil suivant émettra 1, et le suivant rien De cette façon le chemin sera éclairé par 7 lampes à l'avant du véhicule et 3 à l'arrière
Pour le cas d'un poteau situé à une intersection, poteau pour lequel existe la possibilité de recevoir plus des deus signaux, l'appareil transmet le code le plus grand reçu, diminué d'l
Cette méthode présente des difficultés au moment de la réception asynchrone simultanée de plusieurs codes, pour le cas des lampes situées en intersection et qui ont plus des 2 appareils voisins.
Tenant compte de l'importance de l'éclairage des intersections, on peut dans ce cas particulier, d'éclairer tout le temps cet endroit, facilitant ainsi le schema électronique de l'appareil proposé
La situation est plus facile pour les appareils ayant que 2 appareils voisins.
Quand il reçoivent deux signaux ces appareils n'émettent aucun numéro même si elles détectent un véhicule et cela à cause du faite qu'il se trouvent entre deux véhicules pour lesquels l'éclairage est déjà commandé
Une autre sous-variante de la variante 2, consist en la modifications de la fréquence d'émission, chaque appareil ayant la propriété de modifier la fréquence émise par la appareil précédent Un seuil marque la fréquence reçue pour laquelle l'appareil n'émit plus Les avantages de la variante 2 sont - l'émission sur des courtes distances (la distances entre deux appareils)
- le fonctionnement optimal indépendamment des conditions atmosphériques ou obstacles Inconvénients la complexité de l'appareil et par conséquent le coût
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LE CAPTEUR SELECTIF
Il s'applique au cas où on désire qu'un chemin soit éclairé pour certains véhicules (qui, par exemple, paye une taxe à cette fin) et qu'il reste non éclairé pour les autres véhicules (par exemple, qui ne payent pas cette taxe)
La détection sélective peut être utilisée aussi bien avec la variante 1 que la variante 2 de communications en réseau.
Application pour la variante 1.
Le véhicule contient un appareil d'émission qui émet sur une certaine distance des ondes radio Ces impulsions sont captées par les appareils situés sur les poteaux sur la distance que nous désirons éclairer.
On peut utiliser la variante pour laquelle les capteurs qui détectent les véhicules réagissent seulement à un signal codé transmis par le véhicule
Ainsi, la procédure d'éclairage est déclenchée seulement au passage d'une véhicule doté d'un émetteur
Application pour la variante 2
Le véhicule fournit tout le temps le code maximal ou il émet sur une certaine fréquence de telle façon que déclenche la commande d'éclairage pour la distance voulue
L'émetteur situé sur le véhicule se comporte comme un appareil situé sur le poteau et l'émission de celui-ci est identique à l'émission d'un appareil situé sur le poteau au moment de la détection non-selective d'un vehicule
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Le fonctionnement du système pour le cas où il y a plusieurs véhicules sur le chemin
Considérons deux véhicules en déplacement en même sens Pour chaque
véhicule existe un espace de longueur L éclairé qui se déplace à la même vitesse que le véhicule
Au moment où un véhicule s'approche de l'autre, leurs espaces lumineux fusionnent et cela au moment où la distance entre les deux véhicules est égale à L. Par après, l'espace éclairé réuni va diminuer jusqu'au moment où les deux véhicules se trouve en parallèle A ce moment l'espace aura la dimension L Dés que le véhicule est dépassé, l'espace éclairé réuni s'accroît et au moment que la distance entre les deux véhicules est égale à L les espaces éclairés se séparent
LA SUPERVISION
La supervision est utilisée pour les cas où les responsables du trafic considèrent nécessaire que le réseau soit éclairé ou parties du réseau Pour la variante 1 de communication, peuvent être utilisés des émetteurs puissants, capables d'activer tous les appareils.
Pour la 2-ème variante de communication on peut émettre un nombre très grand à un seul appareil placé sur un poteau
Exemple : En émettant le numéro 128 on peut allumer 128 lampes à l'avant du poteau et 128 à l'arrière du poteau
LES AVANTAGES DE L'INVENTION
1 L'économie d'énergie, à tel point qu'on utilise de façon optimale l'éclairage On utilise l'énergie seulement quand il faut et où il faut et l'efficacité de l'éclairage fournit reste le même que pour l'éclairage de la totalité du reseau
L'économie de l'énergie est très importante A l'heure actuelle, en gardant le même moyen d'éclairage, la methode offre la meilleure solution
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Exemple
Pour une voiture qui se déplace à 100 km/heure et pour laquelle la route est éclairée 450 m à l'avant et 50 m à l'arrière,
chaque lampe de l'autoroute est allumée seulement 19 secondes. Il est facile de démontrer que pour certains secteurs et entre certaines heures (exemple 00 et 05) on peut économiser une quantité d'énergie plus qu'appréciable.
2. La possibilité qu'une route soit éclairée seulement pour certains véhicules (qui payent une taxe) et non éclairée pour les autres
3 Facile à installer sur les poteaux existants, par simple couplage au circuit d'alimentation de la lampe ;
4. La possibilité de doter le système d'éclairage avec des capteurs adéquats aux caractéristiques du chemin.
5. Les fréquences de communication de l'appareil peuvent être tellement basses qu'elles ne dérangent en rien les réseaux de la télécommunication
6 Par le fait que les lampes s'allument et s'éteignent succesivement il n'y pas des fluctuations de consommation sur le réseau
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Dynamic control system for lighting roads and highways
DESCRIPTION
Application domain
The invention relates to the lighting system and especially the system used for lighting roads and highways. The aim of the invention is to save considerable energy while respecting the entire efficiency of the lighting system. application of this system, the user benefits from a complete lighting of the path without being able to notice a difference between the continuous and permanent lighting system of the roads and the system proposed by the invention
Historical
Lighting control systems in our day are
subject of extensive research Home automation has developed a multitude of lighting systems with applications for buildings Remote control methods are multiple by radio waves, infrared, thermal, etc,
Patents have been deposited recently, for example WO 94/06106, WO 94/03883 EP 0610532AI which try to give a new dl1nenSlOn to the control of electrical devices and implicitly to lighting
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It is easy to observe that the proposed methods do not allow the application at the level of networks of tens of thousands of km.
The centralized structures proposed so far and the methods for addressing consumers offer good solutions only for a limited number of users.
Description of the device
We start from the idea that a car driver, for him to be happy with the lighting of the road, does not need that the whole road is lit. All you need is lighting for a certain distance at the front and rear of the vehicle.
Example: 500m at the front and 100m at the rear;
It is therefore interesting to design a device which detects the presence of the car in order to illuminate the road at the front of the car and which switches off the lighting lamps after the passage of the car.
The switching on and off of the lamps must be carried out in such a way that the movement of the car always takes place in a lighted area, an area which advances at the same time as the car and this condition must be fulfilled for all cars in circulation. on the road
Therefore, the proposed device has the following functions - it detects the car - it informs the other devices to turn on and off at the front, respectively at the back of the car,
over predetermined distances
The documentation proposes several variants while trying to analyze their advantages and disadvantages
The device is fixed on the lighting poles and actuates by the intermediary of a relay on the electric circuit which feeds the electric lamp
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Vehicle detection method
There are several possibilities regarding the choice of sensors used to detect the vehicle a)
The photoelectric sensor
Car headlights produce light oriented parallel to the road
A photocell arranged so that it detects the light from the headlights of cars and other vehicles can be used as a sensor for the presence of the car
We note the advantage of the low cost and the ease of electronic assembly The disadvantages are represented by the fact that the device does not detect vehicles which do not have the headlights on as well as the reduced chance of detecting the light of bicycles.
b) The photoelectric sensor with light slot
It is a more expensive sensor than the photoelectric sensor, so mounting will be more expensive because we need two elements, a transmitter and a receiver, which are arranged on two sides of the road Any vehicle which crosses the light beam emitted by the transmitter is detected by the device. Only vehicles in motion are detected, a parked vehicle is not detected, except in the case where, when stopping, it cuts the light beam c) The thermal sensor
Even more expensive than the other sensors mentioned, its major drawback is that it only reacts to the heat given off by the engines or by human bodies. A vehicle without an engine in working condition is not detected.
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d) The magnetic sensor An expensive sensor,
requesting a fairly elaborate assembly, can detect all vehicles moving or parking; It is only stimulated by the presence of metallic masses
The possibilities of the choice of sensors are not limited to the aforementioned sensors. Ultrasonic, laser, etc. sensors can be used, but the price / performance ratio must always be taken into consideration.
The choice of sensors will depend on the type of road and the budget allocated.
Example:
For motorways where pedestrian and bicycle access is prohibited, photoelectric, photoelectric sensors with slot, thermal, magnetic can be used
On secondary roads, thermal, photoelectric sensors with slits can be used.
General characteristic. even if, following a vehicle failure, a vehicle is not detected, a moving vehicle will benefit fully from the lighting, the driver of the moving vehicle having full opportunity to observe the parked vehicle.
There is the possibility of using a combination of sensors, the compatibility of the communication between the devices is independent of the type of sensors used
Transmission between devices
Communication between devices is carried out using radio waves (preferably) or any other type of remote transmission
We offer two variants and several sub-variants
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ALTERNATIVE 1
When the device detects the presence of a vehicle, it emits a radio remote control signal.This signal is emitted in such a way that it is perceived at a predetermined distance, thus generating lighting over the transmission distance ( see drawing 1)
The transmission distance is a function of the power of the emission and the spatial distribution can be modeled using an antenna favoring the emission in the direction of movement of the vehicle.
The command is issued in a very short time interval, producing the lighting for a fixed duration (example 3 seconds), sufficient time for the vehicle to be detected by the next sensor. This device will in turn emit an identical control signal, but shifted in space, which will maintain the lighting of most lamps, except the last lamp on which will be off and the first lamp not on located in the direction of movement of the vehicle which will be on.
By the above-mentioned procedure, the lighting is moved at the same time as the car, so the path will always be lit in front and behind the car for the desired distances.
In case the sensor sees a parked vehicle it will issue commands, at regular time intervals, to keep the lighting around the vehicle
A sub-variant which definitively excludes the possibility of the non-lighting of a parked vehicle, which is not detected by a sensor,
is represented by a device that emits signals until the next sensor detects the vehicle and informs that the vehicle has been detected by it This information can be done using another frequency and propagation only over the distances between the two devices
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ALTERNATIVE 2
The aforementioned variant has the advantage of a less elaborate assembly but the disadvantage that each post (or group of posts) located along the road must benefit from a transmitter powerful enough to be able to emit up to the lighting distance. wanted.
The propagation of the waves being made according to atmospheric conditions, obstacles, etc., one cannot have an absolute guarantee for the lighting distance
Obviously, we can consider the most unfavorable case and use the transmission power calculated for this case. In normal conditions, the use of the least favorable case lengthens the lighting distance, thus losing the optimality of the system. lighting, and implicitly energy losses.
The second variant offers a transmission over short distances, from a device to its close neighbors
The command is given in the form of a coded signal, by transmitting a number. The device that detects the vehicle transmits a chosen number which represents the number of light sources that you want to activate in front of the vehicle.
The device is also provided with the function of receiving the number transmitted by one or more other devices and transmitting the number immediately below the largest received.
Example
A device detects a vehicle and transmits the code 7 This code is received only by the next and previous device The next device receives 7 and sends 6, the next will receive 6 and send 5 The seventh device will receive 1 and will not send anything. All the devices that will receive a number will determine the lighting of the lamp ordered, therefore there were seven lamps that will light in front of the vehicle
At the rear of the vehicle will be issued, as well.
the number 7 An electronic circuit contained in the device which takes into account that the device was previously in emission, will reduce this figure to 2 The other devices located on the back posts of the
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vehicle will decrease the number received from I Thus the following device will emit 1, and the next nothing In this way the path will be lit by 7 lamps at the front of the vehicle and 3 at the rear
In the case of a pole located at an intersection, a pole for which there is the possibility of receiving more than two signals, the device transmits the largest received code, minus l
This method presents difficulties at the time of the simultaneous asynchronous reception of several codes, for the case of lamps located at intersection and which have more than 2 neighboring devices.
Taking into account the importance of the lighting of the intersections, we can in this particular case, to light all the time this place, thus facilitating the electronic diagram of the proposed device
The situation is easier for devices with only 2 neighboring devices.
When they receive two signals these devices do not transmit any number even if they detect a vehicle and this because of the fact that they are between two vehicles for which the lighting is already controlled
Another sub-variant of variant 2, consists in modifying the transmission frequency, each device having the property of modifying the frequency transmitted by the previous device A threshold marks the frequency received for which the device no longer transmits The advantages of variant 2 are - transmission over short distances (the distance between two devices)
- optimal operation regardless of atmospheric conditions or obstacles Disadvantages the complexity of the device and therefore the cost
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THE SELECTIVE SENSOR
It applies to the case where it is desired that a path be lit for certain vehicles (which, for example, pay a tax for this purpose) and that it remains unlit for other vehicles (for example, which do not pay this tax)
Selective detection can be used with both variant 1 and variant 2 of network communications.
Application for variant 1.
The vehicle contains an emission device which emits radio waves over a certain distance. These impulses are picked up by the devices located on the poles over the distance that we wish to illuminate.
The variant can be used for which the sensors which detect the vehicles react only to a coded signal transmitted by the vehicle
Thus, the lighting procedure is triggered only when a vehicle with a transmitter passes
Application for variant 2
The vehicle always provides the maximum code or it transmits on a certain frequency in such a way that triggers the lighting control for the desired distance
The transmitter located on the vehicle behaves like a device located on the post and the emission of this one is identical to the emission of a device located on the post at the time of the non-selective detection of a vehicle
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The functioning of the system in case there are several vehicles on the way
Consider two vehicles moving in the same direction For each
vehicle exists an illuminated space of length L which moves at the same speed as the vehicle
The moment a vehicle approaches the other, their light spaces merge and this at the moment when the distance between the two vehicles is equal to L. Subsequently, the combined illuminated space will decrease until the moment when the two vehicles are in parallel At this moment the space will have the dimension L As soon as the vehicle is passed, the combined illuminated space increases and at the moment that the distance between the two vehicles is equal to L the illuminated spaces separate
THE SUPERVISION
Supervision is used for cases where traffic managers consider it necessary that the network is lit or parts of the network. For variant 1 of communication, powerful transmitters can be used, capable of activating all the devices.
For the 2nd variant of communication, you can send a very large number to a single device placed on a pole
Example: By issuing the number 128 you can light 128 lamps at the front of the pole and 128 at the back of the pole
THE ADVANTAGES OF THE INVENTION
1 Energy saving, to such an extent that lighting is used optimally Energy is used only when it is needed and where it is needed and the efficiency of the lighting provided remains the same as for lighting of the entire network
Saving energy is very important At present, by keeping the same means of lighting, the method offers the best solution
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Example
For a car traveling at 100 km / hour and for which the road is lit 450 m at the front and 50 m at the rear,
each highway light is on for only 19 seconds. It is easy to demonstrate that for certain sectors and between certain hours (example 00 and 05) one can save a quantity of energy more than appreciable.
2. The possibility that a road is lit only for certain vehicles (which pay a tax) and not lit for others
3 Easy to install on existing posts, by simple coupling to the lamp supply circuit;
4. The possibility of providing the lighting system with sensors suitable for the characteristics of the path.
5. The communication frequencies of the device can be so low that they do not disturb the telecommunications networks at all.
6 By the fact that the lamps come on and off successively there are no fluctuations in consumption on the network