Brevet FR2041756A1 — publié le 19710205

La présente invention est relative à un nouveau dispositif de sensation artificielle pour un engin piloté, tel qu'un avion. On sait que dans un avion l'augmentation du poids et de la vitesse ont conduit les constructeurs à assister les commandes de l'appareil si bien que le pilote ntagit plus directement sur les gouvernes mais sur des servomécanismes qui transmettent et amplifient ses ordres. I1 en résulte que le pilote ne peut plus apprécier directement l'importance de l'effort transmis sur l'avion qui est sensiblement proportionnel à l'amplitude de braquage des gouvernes et au carré de la vitesse de l'appareil. Dans le cas d'un appareil supersonique on conçoit aisément que cette absence d'appréciation puisse amener le pilote à effectuer une fausse manoeuvre conduisant à un accident grave. C'est pourquoi on a été amené à intercaler entre le manche à balai" et les servocommandes un dispositif de sensation artificielle restituant au pilote l'impression de piloter directement son appareiL et la possibilité d'apprécier l'effort exercé sur les gouvernes. Suivant l'invention on propose de réaliser un nouveau dispositif de sensation artificielle à l'aide d'un asservissement hydraulique ou pneumatique qui permette de régler avec une très grande exactitude une pression, une force ou un couple susceptible d'agir en réfaction sur un organe manoeuvré par le pilote humain. On connaît le principe de l'asservissement dans lequel l'action sur la grandeur réglée ou signal de sortie est provoquée par l'écart entre la grandeur réglée et la grandeur de commande ousignald'entrée, cette action tendant constamment à annuler ltécart. On sait aussi que la grandeur de commande peut être d'une nature physique différente de celle de la grandeur réglée, moyennant l'interposition d > un organe traducteur ou détecteur traduisant la grandeur réglée en une autre directement comparable à la grandeur de commande Pans la majorité des réalisations connues l'asservissement hydraulique a pour objet le réglage d'une position ou d'une vitesse.Par exemple, dans le cas d'un asservissement électro-tydraulique de position, la position d'un organe mécanique est astreinte à suivre les variations d'une tension électrique. On peut imaginer également 3. priori un asservissement dont l'ob- jet est le réglage d'une pression, d'une force ou d'un couple. Un tel asservissement peut comporter un organe mobile de sortie transmettant un effort et se déplaçant jusqu'à rencontrer un effort antagoniste correspondant à la valeur du signal de commande. Dans le cas d'une réalisation hydraulique, l'asservissement en force ou couple peut autre réalisé par l'association d'un organe de commande de pression tel qu'une valve en pression et d'un organe moteur à déplacement rectiligne ou rotatif. Un tel dispositif ne comporte d'autre asservissement que celui qui est propre à l'organe de commande en pression et souffre de toutes les imprécisions inhérentes à cet organe. 'la présente invention permet d'éviter ces inconvénients. Suivant l'invention le dispositif de sensation artificielle pour engin piloté est caractérisé en ce qu'il comporte: un organe de sortie susceptible d'exercer une pression, une force ou un coupez un capteur mesurant l'effort exercé et le traduisant en une tension électrique; un asservissement extérieur transmettant cette tension électrique pour comparaison avec une grandeur de commande, le signal résultant de cette comparaison étant transmis à un organe de commande en débit agissant sur l'organe de sortie. D'autres caractéristiques ressortiront de la descriptionquiva suivre et qui n'est donnée qu'à titré d'exemple. A cet effet on se reportera au dessin joint donnant un mode de réalisation non limitatif du dispositif de sensation artificielle suivant l'invention. Suivant le mode de réalisation illustré au dessin joint,lepis- ton 1 d'un vérin 2 dont le corps est fixe sur la structure del'avion est relié à un capteur de force 3 ainsi qutau "manche à balai 9 du pilote par l'intermédiaire d'une bielle 12, d'un levier coudé 13 et d'une seconde bielle 11. 'l'extrémité du piston 1 est reliée à la bielle 12 par un axe d'articulation 16; la bielle 12 est reliée au levier coudé 13 par un axe d'articulation 15 et le levier coudé 13 est relié à la bielle 11 par un axe d'articulation 17.Le levier coudé 13 pivote autour d'un axe d'articulation 14o Le piston 1 du vérin exerce sur le levier coudé 13 un effort de rappel tendant à aligner les axes d'articulation 14, 15 et 16. En conséquence, toute action du pilote sur la position de l'axe 17 se traduit par un effort de rappel proportionnel à l'effort et à l'amplitude du mouvement imposé au point 17 par le pilote actionnant le "manche à balai" 9. L'effort F est mesuré par le capteur de force 3 et traduit en une tension électrique eR. la tension électrique eR est transmue par une voie de réaction externe 6 à une entrée d'un comparateur 4 constitué par exemple par un amplificateur électronique à deux entrées de polarités opposées.Sur la seconde entrée du comparateur 4 est appliquée une tension de commande eo engendrée par exemple par un calculateur de données aérodynamiques qui n'a pas été représenté. L'amplificateur électronique 4 engendre la différence eC - eR qu'il traduit, après d'éventuelles corrections, en un courant i qui est appliqué à une valve électro-hydraulique ou électro-pneumatique 5 dout la sortie est un débit Q hydraulique ou pneumatique. Le débit Q induit par le jeu de la compressibilité du fluide ou du déplacement du piston 1 contre l'élasticité de la charge ou les deux à la fois, une variation de la pression différentielle sur le piston et finalement de l'effort 2. Be débit Q s'annule lorsque la relation d'asservissement est satisfaite c'est-à-dire lorsq la tension eR qui traduit l'effort P est égale à la tension eC. La tension de commande ec pouvant être liée aux paramètres de vol par une relation aussi complexe qu'il est nécessaire, il en résulte que l'effort F peut être lié aux mêmes paramètres par des lois aussi complexes, ce qui est un avantage essentiel du dispositif suivant l'invention. Cette manière de faire permet d'introduire très facilement dans les lois de forces des seuils, des saturations, des changements de gain, ce que ne permettent pas facilement les dispositifs mécaniques et/ou pneumatiques et/ou hydrauliques de l'art antérieur. On considère en outre que l'on a amélioré l'état de l'art dans le domaine des asservissements dont l'objet est le réglage d'une pression, d'une force ou d'un couple dans le fait d'adjoindre un retour d'asservissement externe et par conséquent dans la mesure de la grandeur à régler pour comparaison avec la grandeur de commande puis action de l'écart sur l'organe de commande hydraulique. On remarquera que l'asservissement ainsi amélioré peut comporter deux retours d'asservissement dont l'un est intérieur à l'organe de commande hydraulique et l'autre extérieur à celui-ci. l'asservissement extérieur étant le seul vraiment nécessaire, il est alors possible de supprimer l'asservissement intérieur en abandonnant l'organe de commande en pression au profit d'un organe de commande en débit, organe plus classique, plus courant, plus précis, plus fiable et moins onéreux. La réalisation d'un tel asservissement pose naturellement un probleme de stabilité qui a été résolu suivant l'invention par une adaptation convenable des impédances électrique et mécanique du dispositif à l'impédance mécanique de la charge. Dans le cas d'une réalisation hydraulique, cette adaptation peut nécessiter l'interposition de capacités 7 et 8 entre l'organe de commande en débit5 et l'organe moteur 1. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation représenté et décrit qui ne l'a été qu'à titre d'exemple. Il appartiendrait au technicien d'y apporter de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de la présente invention. Revendications 1) Dispositif de sensation artificielle pour engin piloté, ca- ractérisé en ce qu'il comporte: un organe de sortie sz ceptible d'exercer une pression, une force ou un couple; un capteur mesurant l'effort exercé et le traduisant en une tension électrique; un asservissement extérieur transmettant cette tension électrique pour comparaison avec une grandeur de commande, le signal résultant de cette comparaison étant transmis à un organe de commande en débit agissant sur l'organe de sortie. 2) Dispositif de sensat ion artificielle suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la comparaison entre la tension électrique et la grandeur de commande steffectue dans un amplificateur électronique à deux entrées de polarités opposees et délivrant un signal de sortie sous la force d'un courant électrique. 3) Dispositif de sensation artificielle suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe de commande en débit est une valve électro-hydraulique ou électro-pneumatique. 4) Dispositif de sensation artificielle swrant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe de sortie est un vérin.