Brevet FR2417151A1 — publié le 19790907

La présente invention concerne un simulateur pour reproduire une configuration de surface notamment de terrain elle concerne plus particulièrement une application de ce simulateur à la réalisation d'un matériel d'enseignement de la conduite d'un engin de travaux publics notamment une niveleuse. I1 est, en effet, pour plusieurs raisons avantageux d'utiliser un simulateur pour la formation et le perfectionnement du personnel de conduite. Ainsi, sur le plan écologique, il est ainsi possible de réduire les nuisances consécutives au fonctionnement d'engins sur un terrain d'essais (bruit, odeurs, dégradation des sites..). Par ailleurs sur le plan strictement pédagogique, toutes les possibilités du travail en simulation (confort, possibilité de retour arrière, répétitivité des tâches, décomposition des taches en sous-t ches élémentaires...) rendent possible une formation graduée. Enfin différents facteurs comme la disponibilité constante du simulateur par l'absence de dépendance aux conditions météorologiques ou la revalorisation de la fonction d'instructeur du fait de la supervision simultanée de plusieurs postes de conduite, ou enfin la réduction du parc matériel, justifient sur le plan économique l'intérêt du simulateur. I1 est connu des simulateurs permettant de simuler une configuration de terrain par rapport auquel un observateur est sensé se déplacer, ces simulateurs sont généralement constitués par une maquette fixe que l'on filme au moyen d'une caméra mobile simulant le mouvement relatif de l'observateur. I1 est clair que de telles maquettes fixes ne sauraient simuler les modifications de terrain résultant de l'action de l'observateur. I1 est également connu des simulateurs reproduisant à échelle réduite les conditions de terrain (cohésion, granulométrie) que rencontrent généralement les engins de travaux publics ; de tels simulateurs sont réalisés au moyen d'éléments minéraux (sable, terre, etc...) qui nécessitent un temps de préparation particulièrement long ; ces simulateurs difficilement miniaturisables sont peu reproductibles et ne permettent pas un retour en arrière par effacement partiel des modifications effectuées. La présente invention concerne un simulateur d'un tout autre type susceptible d'application différente et particulièrement adapté pour surmonter les inconvénients des simulateurs connus utilisables pour ltenseignement de la conduite d'engins de travaux publics. Le simulateur selon l'invention comporte - un support, - une pluralité d'organes de positionnement montés sur ce support et comportant chacun un élément mobile, - une toile de recouvrement recouvrant les extrémités des éléments mobiles de manière à donner une impression continue, - une pluralité d'organes d'actionnement indépendants ac tionnant le déplacement de chacun des éléments mobiles des organes de positionnement, - un organe de commande des organes d'actionnement commandant la position des éléments mobiles. Grâce a cette combinaison de moyens, il est clair que l'on peut non seulement reproduire automatiquement toute configuration de surface notamment de terrain en ajustant la cote des éléments mobiles mais, en outre, simuler les modifications apparentes qu'il peut présenter pour un observateur au cours du temps. Ainsi, en particulier, il est possible de reproduire une configuration de terrain en mouvement relatif par rapport à un observateur en associant l'organe de commande à un calculateur déterminant la position des éléments mobiles au terme d'un intervalle de temps suffisamment bref pour que l'observateur n'ait pas l'impression d'une déformation saccadée du terrain. I1 est aussi possible de simuler les modifications de surface dues à l'action d'un outil de pénétration actionné par un observateur en associant l'organe de commande à un calculateur déterminant la position des éléments mobiles, en fonction d'un modèle mathématique propre à l'outil de pénétration employé. Un tel simulateur est donc particulièrement bien adapté pour reproduire à échelle réduite les modifications de terrain (réelles ou apparentes) induites par un engin de travaux publics conduit ; il convient donc à l'enseignement de la conduite d'un tel engin et plus particulièrement d'une niveleuse. Afin d'accroître encore l'impression de réalité conférée par un tel simulateur, il peut être associé à d'autres moyens tels qu'une cabine de pilotage à échelle réelle animée de mouvements de tangage ou de roulis ou tels qu'un organe de transmission vidéo. De telles combinaisons seront plus amplement décrites en se référant aux figures qui représentent à titre d'exemples non limitatifs des formes de réalisation de la présente invention appliquées au cas ou l'engin de travaux publics est une niveleuse. On va maintenant décrire ces figures qui respectivement représentent figure 1 : une vue en perspective arrachée d'une table de simulation, montrant en particulier la toile souple recouvrant la pluralité d'éléments mobiles, figure 2 : une vue de détail en perspective d'un organe de positionnement, figure 3 : une vue en perspective de l'intérieur de la cabine de conduite d'une niveleuse. On va maintenant décrire la figure 1. Sur cette figure ont été représentés, en 1, une table de simulation, en 2 l'avant d'une niveleuse à échelle réduite, en 3 la cabine de conduite de cette niveleuse à échelle réelle, en 4, 5 et 6, respectivement, un appareil de prise de vues filmant l'avant de la niveleuse disposée sur la table, un appareil de projection, un écran, en 7 un calculateur numérique, en 8 un dispositif d'animation de la cabine. La table de simulation 1 comporte quatre pieds tels que la, lb, lc sur lesquels repose un support id. Sur ce support Id sont montés, régulièrement espacés selon un quadrillage, des organes de positionnement comportant chacun un élément mobile tel que le ; ces éléments mobiles sont dans le cas présent, des tiges coulissant à travers des ouvertures telles que 1f percées dans upe plaque lg solidaire du support ces tiges le sont mobiles selon la direction verticale (on verra ci-après en se référant à la figure 2, de quelle manière sont constitués les organes de positionnement des tiges situées sous la plaque lg). Une toile de recouvrement élastique 1h fixée à l'extrémité de chacune des tiges le et sur le pourtour du support ld masque les tiges en donnant une impression de continuité à la partie supérieure de la table.Chaque tige est mue par un organe d'actionnement indépendant, notamment un moteur (qui sera plus amplement décrit en se référant à la figure 2), ce qui permet de modifier la cote de l'extrémité supérieure de chaque tige et par conséquent la cote de la toile de recouvrement en ce point ; une partie des dispositifs électroniques nécessaires au pilotage des éléments mobiles est réunie dans un rack 11. L'avant de la niveleuse 2 est réalisé à la même échelle que le terrain simulé (la table 1) sur lequel elle est sensée se déplacer ; dans le cas particulier représenté, l'avant de la niveleuse est réalisé à l'échelle 1/10sème. Cet avant de niveleuse comprend de manière connue en soi en 2a le bâti principal du châssis avant de la niveleuse (ce bâti est monté articulé par rapport au bâti Id de la table de simulation), en 2b le support des dispositifs d'animation de la lame, en 2c le train avant de la niveleuse et en 2d la lame de la niveleuse et les dispositifs d'animation de cette dernière. La cabine de pilotage 3 de la niveleuse réalisée à échelle réelle comprend tous les organes de pilotage habituels d'une telle niveleuse, notamment comme cela est représenté sur la figure 3 en 21 une manette de verrouillage du levier de vitesse, en 22 un levier de vitesse, en 23 un levier de commande du régulateur, en 24 une pédale de modulation, en 25 une pédale de frein, en 26 une pédale d'accélérateur, en 27 une pédale de décélérateur, en 28 une pédale de verrouillage du différentiel, en 32 un levier de commande de l'articulation du train avant, en 34 un levier de commande de départ latéral de cercle, en 37 un levier de commande de relevage de lame (gauche), en 38 un levier de commande de relevage de lame (droite), en 39 un levier de commande d'inclinaison de lame, en 40 un levier de commande de départ latéral de lame, en 41 un levier de commande d'entrainement du cercle, en 42 un levier de commande de ripper, en 43 un levier de commande d'inclinaison de roue. L'appareil de prise de vues 4, de préférence du type électronique, est connecté à l'appareil de projection 5 de manière à pouvoir restituer instantanément sur l'écran 6 placé devant la cabine de pilotage 3, les mouvements de l'avant de la niveleuse et de la toile de recouvrement lh. L'appareil de prise de vues 4, l'appareil de projection 5 et l'écran 6 sont respectivement disposés par rapport a la table 1 et l'avant de la niveleuse 2 et par rapport à la cabine de pilotage 3, de telle sorte que l'observateur placé dans la cabine de pilotage a l'impression de conduire une niveleuse à échelle réelle sur un terrain à échelle réelle cela implique un agrandissement de l'image de la table et de l'avant de la niveleuse qui sont réalisés à plus petite échelle (à l'échelle 1/lame dans le cas particulier représenté). Le calculateur numérique 7 commande les organes d'actionnement des tiges le ; il commande également les mouvements de la partie avant de la niveleuse 2, notamment les mouvements de la lame 2d et du train avant 2c ; il est, pour se faire, connecté par des câbles à l'avant de la niveleuse et aux organes d'actionnement de la table de simulation.Le calculateur 7 est également connecté à la cabine de conduite par des câbles associés à des transducteurs susceptibles de transformer en signaux électriques utilisables par le calculateur (via l'interface analogique numérique), les mouvements des organes de pilotage de la cabine de conduite. I1 est ainsi possible de commander les positions des roues et de la lame de la niveleuse 2 de manière que pour l'observateur situé dans la cabine de conduite 3, elles occupent la même position apparente que celles d'une niveleuse à échelle réelle. I1 est également possible, grâce à ce calculateur 7, en fonction d'un programme prédéfini, de positionner la cote de chacune des tiges le de manière à simuler telle ou telle configuration de terrain. I1 est de plus possible, grâce à ce même calculateur, de modifier la cote de ces tiges en fonction des manoeuvres des organes de pilotage ; ainsi par exemple,*une action de l'observateur sur la pédale d'accélération, c'est-à-dire une action de l'observateur visant à augmenter la vitesse de la niveleuse par rapport au terrain, va se traduire par une modification corrélative de la cote des tiges le de sorte que la configuration de terrain simulée par la toile 1h a un mouvement apparent vers l'avant de la niveleuse à une plus grande vitesse ; ainsi l'observateur assis dans la cabine de conduite et regardant l'écran a l'impression d'avancer à une plus grande vitesse vers ce dernier et vers l'image qui y est représentée.De même, une action sur les organes de pilotage de la lame de la niveleuse va se traduire à la fois par une modification de la position de la lame de la niveleuse sur la maquette 2 et par une modification des cotes de l'extrémité des tiges le simulant l'action de la lame de la niveleuse sur le terrain ; à cet effet, un modèle mathématique préétabli et inclu dans le calculateur permet de calculer a priori quel doit être l'effet de telle ou telle position de la lame de la niveleuse sur le terrain.Pour des raisons pratiques, de préférence, les cotes des tiges le ne varient pas de façon continue mais par incrément de temps choisi suffisamment bref pour que l'observateur n'ait pas l'impression d'une déformation saccadée du terrain ; llinter- valle de temps retenu dans le cas particulier représenté est de 50 millisecondes ; cet intervalle de temps convient particulièrement bien dans le cas où les tiges sont disposées à 10 cm les unes des autres en 15 rangées de 8 tiges simulant ainsi une surface de terrain de 120 m2. De préférence également dans le cas de la variante de réalisation représentée, on a solidarisé les roues de la maquette de la niveleuse avec les tiges sous-jacentes. On est ainsi assuré que la maquette suivra les évolutions du terrain. Afin d'accentuer l'impression de réalité, la cabine de conduite est montée oscillante dans le sens du tangage et du roulis et actionnée par un organe 8 commandé par le calculateur qui détermine quelle doit être la position de la cabine en fonction d'une part, de la configuration de terrain sur lequel est sensée évoluer la maquette, d'autre part, en fonction des manoeuvres de pilotage effectuées. Grâce à l'ensemble de ces moyens, ltobservateur (l'élève qui apprend à conduire une niveleuse) a l'impression de conduire un engin réel dans tous ses effets. L'instructeur a, en outre, la possibilité de faire revenir l'élève dans la situation qu'il occupait préalable ment à telle ou telle manoeuvre de manière à lui faire prendre conscience des différents effets résultant de la manoeuvre de tel ou tel organe dans une situation de terrain donnée ; ce qui ne serait pas possible dans la réalité à moins de reproduire chaque fois (au bout de combien de temps et à quel prix ?) la configuration de terrain initiale. De plus, l'instructeur peut en associant au calculateur des organes de visualisation tels qu'une table traçante, une console de visualisation alpha numérique graphique, une imprimante, etc... , analyser les mouvements effectués par l'élève et en conserver éventuellement un enregistrement afin de les commenter à l'élève au terme de l'essai. On va maintenant décrire la figure 2 qui représente une vue de détail en perspective d'un organe de positionnement associé à un organe d'actionnement. Sur cette figure, on reconnaît les tiges le traversant les ouvertures 1f de la plaque-support lg, ces tiges le comportent une crémaillère 50 coopérant avec une roue dentée 51 montée mobile en rotation sur un élément support 52 solidaire de la plaque-support lg ; cette roue dentée 51 est actionnée.par un organe d'actionnement notamment un moteur électrique 53 dont le bâti est vissé sur l'élément support 52 ; un circuit électrique de commande 54, électriquement raccordé au calculateur numérique 7 via le rack 11 au moyen du conducteur 55, pilote la rotation du moteur électrique 53. L'invention ayant maintenant été exposée et son intérêt justifié sur des exemples détaillés, la demanderesse s'en réserve toute l'exclusivité pendant toute la durée du brevet sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Simulateur pour reproduire une configuration de surface comportant - un support, - une pluralité d'organes de positionnement montés sur ce support et comportant chacun un élément mobile, - une toile de recouvrement recouvrant les extrémités des éléments mobiles de manière à donner une impression continue, - une pluralité d'organes d'actionnement indépendants actionnant le déplacement de chacun des éléments mobiles des organes de positionnement, - un organe de commande des organes d'actionnement comman dant la position des éléments mobiles. 2. Simulateur selon la revendication 1, plus spécialement conçu pour reproduire une configuration de surface en mouvement relatif par rapport à un observateur, caractérisé en ce que - l'organe de commande est associé à un calculateur déterminant la position des éléments mobiles au terme d'un intervalle de temps suffisamment bref pour que l'observateur n'ait pas l'impression d'une déformation saccadée du terrain. 3. Simulateur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, plus spécialement conçu pour reproduire les modifications de surface dues à l'action d'un outil de pénétration actionné par un observateur, caractérisé en ce que - l'organe de commande est associé à un calculateur déterminant la position des éléments mobiles, en fonction d'un modèle mathématique propre à l'outil de pénétra tion employé. 4. Application d'un simulateur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 à la reproduction à petites échelles des modifications de terrain induites par un engin de travaux publics conduit par un observateur, en vue de l'enseignement de la conduite d'un tel engin. 5. Application selon la revendication 4, dans le cas où l'engin de travaux publics est une niveleuse. 6. Application selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, ledit simulateur étant associé à - une cabine de pilotage conforme à celle de l'engin de travaux publics considéré dans laquelle prend place l'observateur, - un organe de transmission vidéo restituant à échelle réelle, pour l'observateur, les modifications de terrain obtenues à échelles réduites sur le simulateur 7. Application selon la revendication 6, ledit simulateur étant en outre associé à - une maquette à échelle réduite de l'avant de la niveleuse et de sa lame, commandée du moins en partie de la cabine de pilotage, disposée sur la surface apparente du simulateur, dans le champ de l'organe de trans mission vidéo (ae sorte que l'observateur situé dans la (cabine a l'impression de voir à échelle (réelle, l'engin qu'il conduit. 8. Application(selon l'une quelconque des revendications 5, 6 ou 7, la cabine de pilotage étant montée oscillante dans le sens du tangage et du roulis et actionnée par un organe commandé par un calculateur déterminant les positions de la cabine en fonction de la configuration de terrain considérée (de sorte que l'observateur situé dans la cabre a l'impression de conduire réel cabine (lement un engin de travaux publics.