Brevet FR2645994A1 — publié le 19901019

La présente invention concerne une centrale électronique d'alarme et d'aide à la conduite pour véhicules automobiles routiers, permettant de prévenir les collisions entre véhicules circulant en file, et d'informer le conducteur du dépassement des vitesses limites fixées réglementairement. En France, la vitesse excessive apparaît dans 48% des accidents mortels de la route, et l'absence d'intervalle suffisant entre véhicules est responsable de 15% des accidents mortels ( dont 118 de collisions par choc arrière qui font 69 des tués, et 4% de collisions "en chaîne" qui font 3% des tués de la route ). L'article R.8-1 du code de la route français énonce: " Le conducteur d'un véhicule circulant derrière un autre véhicule, doit lais " ser libre derrière celui-ci, une distance de sécurité suffisante pour pou " voir éviter une collision en cas de ralentissement brusque ou d'arrêt su " bit du véhicule qui le précède. Cette distance est d'autant plus grande que " la vitesse est plus élevée." I1 est donc laissé à l'appréciation du conducteur de fixer lui-même cette distance en fonction des circonstances. L'expérience et les statistiques montrent que l'appréciation des distances est sujette à variations importantes selon les individus. La présente invention permettra aux conducteurs de disposer de façon fiable, des informations nécessaires à une bonne appréciation des vitesses limites autorisées et du danger de collision par choc arrière ou en chaîne. CARACTERISTIQUES GENERALES: la centrale électronique aura pour fonctions: - d'alerter le conducteur d'un véhicule routier d'un danger de collision avec un véhicule qui le précède. - d'informer le conducteur qu'il vient de franchirl'ue ou l'autre des limitations de vitesse désignées ici vitesse normalisée vN ( exemple pour la France: 60 km/h, 90 km/h, 130 km/h pour un véhicule léger, selon le milieu.). La centrale analyse en permanence deux variables qui sont la vitesse propre V du véhicule fournie par le tachymètre de bord et la distance D mesurée avec le véhicule qui le précède, par un dispositif annexe de mesure par télémètre embarqué. La centrale compare, pour une vitesse V mesurée, la valeur D de la distance mesurée avec une distance de référence Dr élaborée à partir d'une table de référence et considérée comme une distance limite de sécurité. La centrale compare la vitesse V aux limites de vitesse normalisée VN pour le type de véhicule considéré. Si la vitesse est égale à une de ces limites, la centrale émet un "bip" sonore. La centrale fournit en permanence de manière chiffrée, l'écart D-Dr à condition que l'on détecte la présence d'un véhicule qui précède. Si cet écart est positif, la progression du véhicule est considérée comme sans danger et aucune alarme n'est générée. Par contre, lorsque cet écart devient négatif, on considère qu'il existe un risque de collision et il y a lieu de générer une alarme pour avertir le conducteur. L'alarme se présente sous différentes formes et on distingue: - une alarme sonore modulée en fonction du danger et matérialisée par un module sonore MS. Plus l'écart D-Dr deviendra négatif, plus le signal sonore généré sera important. - une alarme visuelle modulée en fonction du danger et matérialisée par le clignotement de l'indicateur d'écart D-Dr. Plus l'écart D-Dr deviendra négatif, plus le clignotement sera important. - la fermeture d'un contact permettant l'activation d'une alarme extérieure à la centrale (voyant, buzzer, message vocal...). Ce contact pourra commander un système de visualisation sur la partie externe du véhicule afin d'indiquer aux autres usagers un danger de collision. L'invention est caractérisée par le fait que la centrale permet de prendre en compte, en plus des paramètres principaux que sont V et DB des pa ramètres auxiliaires d'étalonnage qui peuvent être internes ou externes. Ces paramètres permettent l'élaboration de la distance Dr a partir d'une table de référence fixant la distance de sécurité pour une vitesse V donnée. Ces paramètres permettent également de définir les limites de vitesse normalisée VN pour le type de véhicule considéré. Les PARAMETRES INTERNES permettent d'adapter la table de reférence des distances de sécurité et des vitesses limites au type de véhicule auquel est destinée la centrale. On distingue les paramètres suivants: - VL pour véhicules légers pour lesquels les distances de sécurité sont celles spécifiées dans la table de référence.( Coefficient Cvl égal à 1). Les vitesses normalisées VN sont 60 km/h, 90 km/h, 110 km/h, et 130 km/h en France par temps sec et ramenées par temps de pluie à 80 km/h, 100 km/h, et 110 km/h. - PL pour véhicules de type poids lourds pour lesquels les distances de la table de référence seront majorées par un coefficient Cpl supérieur à 1. Les vitesses normalisées sont 50 km/h, 80 km/h et 90 km/h en France. - TC pour véhicules de type transport en commun pour lesquels les distances dela table de référence seront majorées par un coefficient Ctc supérieur a 1, mais différent de Cpl. Les vitesses normalisées sont 60 km/h, 90km/h et 100 km/h en France - ABR pour vehicules équipés d'un système anti-blocage de roues et pour lesquels les distances de sécurité élaborées suivant VL, PL ou TC pourront être minorées par un coefficient Cabr inférieur à 1. Les PARAMETRES EXTERNES : permettent d'adapter la table de référence des distances de sécurité - aux conditions climatiques dans lesquelles évolue le véhicule. - au souhait du conducteur qui désire accroître sa sécurité, - a l'état général de maintenance du véhicule. On distingue les paramètres suivants: - P qui permet par temps de pluie de majorer les distances de sécurité normales par un coefficient Cp supérieur aî dès coanexio des essuie-glaces. - G qui permet sur route glissante ( neige ou verglas ) par action manuelle sur un contacteur fixé au tableau de bord du véhicule, de majorer les distances de sécurité normales par un coefficient Cg supérieur à 1 et d'annuler simultanément le seuil de vitesse que pourrait imposer le paramètre VS désigné ci-dessous. - B qui permet par temps de brouillard, par connexion du feu arrière de brouillard, de majorer les distances de sécurité normales par un coefficient Cb supérieur à 1 et d'annuler simultanément le seuil de vitesse que pourrait imposer VS, désigné ci-dessous. - VS qui permet de neutraliser les alarmes tant que la vitesse V ne dépasse pas une valeur de seuil spécifiée par Vs-vitesse de seuil; par exemple 40 km/h. Si, en conduite normale à faible allure et pour certaines manoeuvres, le déclenchement de l'alarme anti-collision paraît inutile, en revanche, même a faible allure il se justifie dans des conditions climatiques difficiles de circulation ( neige-verglas, brouillard ). - S qui permet au conducteur , désireux d'accroître sa sécurité, compte tenu de ses aptitudes, de majorer les distances normales de sécurité par un coefficient Cs variant de 1 9 2 par action manuelle sur un potentiomètre fixé au tableau de bord du véhicule. - EN entrée numérique qui permettra le dialogue avec l'ordinateur de gastion de l'état de maintenance du véhicule afin de prendre en compte cet état et d'éventuellement majorer les distances de sécurité par un coefficient Ce fixé par l'ordinateur de gestion et variant de 1 à 2. En plus des caractéristiques ci-dessus, la centrale dispose d'une entrée permettant son alimentation électrique à partir de l'alternateur du véhicule. DEFINITION DES PARUUiETRES DE FONCTIONNEMENT. La centrale électronique d'alarme et d'aide à la conduite pourra prendre en compte les grandeurs suivantes: - la distance D au véhicule qui précède peut être prise en compte jusqu'à une distance de 250 mètres t sensibilité 1 mètre ). - la vitesse V du véhicule peut être prise en compte jusqu'a 250 km/h ( sensibilité 1 km/h ). - les distances de sécurité de base sont calculées par la formule Dr = V2/ 300 Dr en mètres V en km/h mais pourront, par construction, être établies différemment pour s'adapter aux diverses norme en vigueur ( présentes et à venir ). - les coefficients d'étalonnage sont fixés comme suit: Cvl = 1 Cp = 1,45 Cs variant de 1à 2 Cpl = 1,36 Cg = 2 Ce variant de 1 à 2 Ctc = 1,15 Cb = 1,75 Vs = 40 km/h Cabr= 0,75 mais pourront par construction, être établis différemment pour s'adapter aux diverses normes en vigueur C presentes et a venir ). MODE DE REALISATION DE L'INVENTION. Selon le descriptif précédent, on peut présenter en figure 1, le schéma fonctionnel de la centrale et définir les grandeurs d'entrées et de sorties. On y distingue: - VA et M: entrées permettant l'alimentation électrique de la centrale qui peut être de 12 ou 24 volts selon le type de véhicule concerné. - V: entrée permettant d'appliquer à la centrale une tension continue variant entre O et 10 volts représentant la vitesse propre du véhicule. - D: entrée permettant d'appliquer a la centrale une tension continue variant entre O et 10 volts représentant la distance au-véhicule qui précède. - S: entrée de réglage de sensibilité qui permet au conducteur d'accroître sa sécurité en fonction de ses aptitudes propres à la conduite. - P, G et B: sont des signaux de type binaire qui permettent au module de traitement d'effectuer des corrections sur la distance de sécurité.Ces signaux sont positionnés, soit manuellement par le conducteur, soit de manière automatique par action sur l'un ou l'autre des équipements du véhicule: essuie-glace,détection de verglas, feu-arrière de brouillard. - VS:est un signal de type binaire qui sera neutralisé automatiquement par la mise en fonction des signaux B ou G. Ces signaux sont des signaux d'entrées pour la centrale et les connexions adéquates sot à réaliser lors de l'installation de la centrale. - EN: entrée numérique qui permet le dialogue avec l'ordinateur de gestion de la maintenance du véhicule si ce dernier en est pourvu, un mauvais état du véhicule pouvant entraîner une majoration des distances de sécurité. - MP: module qui permet de fixer l'état des paramètres VL, PL, TC et ABR au module de traitement. Ces paramètres sont initialisés, grâce a un sélecteur placé a l'intérieur du boîtier de la centrale, lors de l'installation de cette dernière sur le véhicule. - MT: module de traitement qui assure la gestion logicielle des grandeurs d'entrées et de sorties par microcontrôleur CI8. - MA: module d'affichage qui permet sur trois digits de visualiser de manière lumineuse la valeur de D-Dr, exprimée en mètres. - MS: module sonore qui permet de générer l'alarme sonore ou le "bip" sonore de dépassement de l'une ou l'autre des limitations de vitesse. - AL: sortie active qui permet le pilotage de dispositifs extérieurs au boîtier sous forme de voyant, buzzer, message vocal ou encore un système de visualisation sur une partie externe du véhicule. Pour conserver à l'invention le caractère d'adaptabilité aux normes en vigueur ou à venir, on choisit pour la réalisation du module de traitement une solution à base de logique programmée utilisant un microcontrôleur (microprocesseur, RAM,ROM et entrées/sorties). Tous les coefficients et valeurs cités précédemment seront ainsi modifiables aisément lors de la fabrication.pa-r simple modification de la table de constantes en mémoire ROM, ce qui permettra d'adapter la centrale à la réglementation en vigueur dans d'autres pays. Le microcontrôleur disposera d'une chaîne d'acquisition de données analogiques afin de permettre la conversion des grandeurs Y, S et D. Le microcontrôleur assurera la gestion du module sonore et du module -d'affichage, qui sera du type multiplexé. L'acquisition des paramètres d'étalonnage et de l'entrée numérique par le module de traitement se fera grâce aux ports d'entrées/sorties du microcontrôleur CI8. ETUDE DE LA STRUCTURE MATERIELLE DE LA CENTRALE. On donne en figure 2, le schéma détaillé de la centrale électronique d'alarme et d'aide à la conduite pour véhicules routiers. La simplicité reiative de ce schéma tient au fait que la majorité des fonctions est assurée par le microcontrôleur de façon logicielle. On y distingue: - BA: un bloc d'alimentation, constitué de F1, D1, C1, C2 et CI1, permettant d'élaborer la tension de 5 volts indispensable au bon fonctionnement des composants intégres utilisés. Le fusible F1 et la diode D1 permettent une protection respectivement contre les surintensités et l'inversion de polarité de la centrale. Le composant intégré CI1 élabore une tension de 5 volts régulée.Les condensateurs C1 et C2 assurent une meilleure stabilité de la tension disponible en sortie du bloc d'alimentation. - MAI: un module d'adaptation d'impédance et de niveau de tension, constitué des résistances R1 et R2 et des composants CI3 et CI4 permettant d'assurer un interface entre les entrées V et D de la centrale et le dispositif d'acquisition de données analogiques du microcontrôleur CI8. Les résistances Rl et R2 permettent de ramener le niveau de tension des entrées V et D à un niveau compatible avec les circuits CI3 et CI4 réalisant eux, une adaptation d'impédance avec CIS. - MAS: un module d'acquisition de la grandeur S constitué d'un potentiomètre permettant, après conversion analogique/numérique, d'obtenir une valeur chiffrée de la sensibilité désirée par le conducteur. - MP: un module de sélection de l'état des paramètres internes ( VL, PL, TC et ABR ) constitué de quatre interrupteurs unipolaires. - MIF: un module de mise en forme des entrées de paramètres d'étalonnage, constitué des résistances R3. L'état actif de l'un quelconque des paramètres d'étalonnage est matérialisé par la mise à la masse ("O" logique) par un interrupteur de l'entrée correspondante du. microcontrdleur CI8 (entrée qui portera par la suite le nom du paramètre considéré). La non-fermeture d'un des interrupteurs signifie la non-prise en compte (état logique "1") du paramètre correspondant. Les résistances R3 permettent dans ce cas, de fixer le potentiel à l'entrée de CI8 à cinq volts. - IA: l'interface Alarme, constitué de CI2, qui permet d'activer, en cas d'alarme , la sortie correspondante de la centrale en la plaçant à un potentiel nul ( Imax étant de 500mA ). - MS: un module sonore, constitué de C17 et d'un haut-parleur électrodynamique, qui permet l'attaque de ce dernier à partir d'un signal carré d'amplitude 5 volts de fréquence fixe et modulé en amplitude dans le cas où il y a lieu de générer une alarme sonore. - MA: un module d'affichage qui est constitué de trois afficheurs à cathode commune, chacun validé par la mise à "1" logique d'une sortie du microcontrôleur CI8 et cela à travers un interface de type collecteur ouvert CI6. Sept sorties du microcontrôleur, bufferisees par les circuits CI5, pilotent les segments qui sont mis en parallèles pour les trois afficheurs lumineux. Le multiplexage est assuré logiciellement. - MT: un module de traitement constitué de CI8 qui est le microcon trôleur défini précédemment. La nature des amplificateurs ainsi que leurs caractéristiques dépendent essentiellement de la nature du microcontrôleur choisi pour l'application. Les caractéristiques des autres composants dépendent de la nature du microcontrôleur et des amplificateurs choisis pour l'application. L'intensité consommée par la centrale-peut être estimée à 1 ampère; ce qui correspond à une puissance de 12 ou 24 watts respectivement pour des véhicules disposant d'une tension batterie de 12 ou 24 volts. DESCRIPTION DU LOGICIEL DE GESTION DE LA CENTRALE. Le logiciel sera, afin d'optimiser le temps de réponse du dispositif, écrit en langage Assembleur. Les grandeurs traitées ( D, Dr, V, D-Dr,....) seront codées sur 8 bits; ce qui permettra d'obtenir la précision requise. Les informations véhiculées sur l'entrée numérique EN seront codées sur 4 bits. On donne en figure 3, l'organigramme général du traitement à effectuer. On y distingue les modules: - Initialisation: ce module permet: - d'initialiser les variables en RAtf - d'initialiser les ports d'entrées/sorties - d'initialiser une base de temps qui générera une interruption périodique permettant de lancer un sous-programme d'interruption - d'initialiser l'affichage - d'inhiber les alarmes. C'est aussi ce module qui permet la prise en compte des paramè tres d'étalonnage internes ( VL, PL,-TC TC et ABR ) - Mesure de D: il permet par l'intermédiaire du module d'acquisition de donnees analogiques de CI8, d'acquérir la donnée D codée en binaire sur 8 bits. - Mesure de V: il permet, par l'intermédiaire du module d'acquisition de données analogiques de CI8, d'acquérir la donnée V codée en binaire sur 8 bits. - Gestion du seuil de V: ce module permet, si la vitesse est égale à une des limites de vitesse normalisée VN, de positionner un indicateur IV qui permettra d'obtenir un signal sonore bref pour indiquer le franchissement de cette limite. - Elaboration de Dr: il permet après scrutation des paramètres d'étalonnage externes ( VS, P, G et B ), de la sensibilité S et de la donnée issue de l'entrée numérique EN, d'élaborer la grandeur Dr. Pour cela, on scrute en tenant compte de l'information vitesse, la table des distances de référence; puis un calcul permet d'établir Dr en tenant compte des différents coefficients d'étalonnage. - Calcul de D-Dr : ce module élabore l'information D-Dr qui sera codée en binaire sur 8 bits. Si la valeur est négative, on positionne un indicateur d'alarme IA à "1" et on change le signe de la valeur pour permettre son affichage. Si la valeur est positive, on remet à "0" l'indicateur d'alarme et on inhibe la sortie de commande du haut-parleur. - Gestion des alarmes: ce module établit le paramètre PC de clignotement de l'affichage, le paramètre PM de modulation de l'alarme sonore et l'activation de la sortie d'alarme AL extérieure à la centrale, dans le cas où l'indicateur d'alarme IA a été place à "1". La fréquence de clignotement de l'affichage, fixée par PC, est obtenue par calcul en fonction de la valeur absolue de l'écart négatif, D-Dr. La fréquence augmente avec cet écart. L'alarme sonore consiste enunsignal d'amplitude constante et de fréquence fixée. La modulation de ce signal résulte de son activation pendant une durée proportionnelle, fixée par PM, à la valeur absolue de ltecart, né négatif, D-Dr. L'alarme externe est positionnée pendant toute la durée où la valeur D-Dr reste négative. - Gestion affichage: ce module réalise la conversion binaire/décimale de D-Dr, puis la conversion decimale/sept segments de la grandeur D-Dr. Le résultat de ces conversions sera place dans trais octets mémoires. Si la distance mesurée D est supérieure à 250 mètres, l'affichage sera éteint. L'affichage lui-même fera partie d'un sous-programme d'interruption. On donne en figure 4, ltorganigramme du sous-programme d'interruption, activé de manière périoaique par une base de temps interne au microcontrdleur. On y distingue: - un test d'alarme sonore qui porte sur le bit indicateur d'alarme IA. Si ce bit est à "1", on effectue un saut au module de gestion sonore. Dans le cas contraire ( pas d'alarme ), on passe au test palier vitesse qui est considéré comme moins prioritaire. - un test palier vitesse qui porte sur l'indicateur IV de franchissement d'une des limites de vitesse normalisée VN. Si l'indicateur n'est pas à "1" on effectue un saut direct à l'affichage. - un module de gestion sonore: ce module n'est activé que si l'un des indicateurs alarme IA ou vitesse IV est à "1", Si l'indicateur IA est à "1", on va alternativement valider puis dévalider la sortie son pendant des durées fixées selon le paramètre PM élaboré par le module gestion des alarmes. Si l'indicateur IV est à 'l",-on va valider la sortie son pendant une durée fixe après quoi, on replacera cet indicateur à "O". - un test alarme visuelle qui porte sur l'indicateur d'alarme IA. Si l'indicateur n'est pas à "1" on effectue un saut direct à l'affichage. - un module de gestion du clignotement: ce module n'est active que si l'indicateur IA est à "1". On va alternativement valider puis valider l'affichage pendant des durées fixées selon le paramètre PC élaboré par le module gestion des alarmes. - un module d'affichage qui assure l'affichage du contenu des octets contenant les valeurs en code sept segments élaboré par le module de gestion de l'affichage. L'affichage est du type multiplex et il tient compte des paramètres de clignotement. REVENDICATIONS 1)- Centrale électronique d'alarme anti-collision et d'aide à la conduite pour véhicules automobiles routiers caractérisée en ce qu'elle émet une alarme élaborée par la prise en compte à l'entrée (V), de la vitesse propre V du véhicule lors du franchissement des limites de vitesse normalisée (VN) d'une part, mais aussi et prioritairement, par la prise en compte à l'entrée CD) de la distance D au véhicule qui précède lorsque l'écart (D-Dr) devient négatif d'autre part; (Dr) désignant une distance de référence ou distance de sécurité dépendant de la vitesse V. Z)- Centrale électronique selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle affiche en permanence, sur les afficheurs lumineux du module d'affichage (AL4)J l'écart chiffré (D-Dr) exprimé en mètres. 3)- Centrale électronique selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle permet, par le module de sélection de l'état des paramètres internes (MP), la prise en compte des paramètres internes distinguant trois types de véhicules routiers: (VL)-vehicules légers, (PL)-poids lourds, (TC)-transport en commun, ainsi que leur éventuel système de freinage anti-blocage des roues (ABR), en effectuant la correction appropriée par l'application correspondante des coefficients (Cvl), (Cpl), CCtc), et (Cabr) sur la distance de référence (Dr) responsable du déclenchement de l'alarme. 4)- Centrale électronique selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle permet, par le module de mise en forme (MIF), la prise en compte des paramètres externes: (P)-pluie, (G)-neige ou verglas, (B)-brouillard, en effectuant la correction appropriée par l'application indépendante ou combinée du ou des coefficients correspondants: (Cp), (Cg), (Cb), sur la distance de référence (Dr) responsable du déclenchement de l'alarme. 5)- Centrale électronique selon les revendications 1, 2, et 4 caractérisée en ce qu'elle permet une neutralisation'de la vitesse de seuil (VS), dès l'activation de l'un ou l'autre des paramètres externes (G) ou (B). 6)- Centrale électronique selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce qu'elle permet de produire des alarmes, visuelle par clignotement des afficheurs lumineux à cathode du module d'affichage (MA), et sonore par modulation du son émis par le module sonore (MS), augmentant d'intensité selon le paramètre de clignotement (PC) et le paramètre de modulation d'alarme (PM) avec l'augmentation de la valeur négative de l'écart (D-Dr), consécutive à l'augmentation du risque de collision. 7)- Centrale électronique selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle permet, grâce à une sortie active CAL), de piloter en cas d'alarme, d'autres dispositifs extérieurs au boîtier de la centrale, tels que voyants, buzzers, messages vocaux, systèmes de visualisation externes au véhicule. 8)- Centrale électronique selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle permet, par le module sonore (MS), d'informer le conducteur du véhi- cule par l'émission d'un "bip" sonore, du dépassement des différentes vitesses normalisées (VN) > correspondant aux limitations de vitesse fixées par la réglementation. 9)- Centrale électronique selon les revendications 1, 3 et 8 caractérisée en ce qu'elle permet d'établir automatiquement les seuils de vitesse normalisée (VN), correspondant aux limitations de vitesse fixées reglementairement, par la prise en compte dans le module de l'état des paramètres internes (MP), des trois types de véhicules routiers: (VL),(PL), et (TC). 10)- Centrale électronique selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle permet, par le module d'acquisition (MAS), de majorer la distance de référence (Dr) et partant, la distance de sécurité, par l'application du coefficient (Cs) sur le réglage de sensibilité CS) > correspondant au choix fixé par le conducteur du véhicule. 11)- Centrale électronique selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle permet de prendre en compte, par l'entrée numérique (EN), l'état de maintenance du véhicule,en effectuant la correction appropriée par l'appli cation du coefficient (Ce), sur la distance de référence (Dr). 12)- Centrale électronique selon les revendications précédentes prises dans leur ensemble caractérisée en ce qu'elle utilise une réalisation technique sous la forme d'un module de traitement (MT), à base de composant microprogrammé (CI8) de (MT), permettant, sans modifier la structure matérielle de l'invention - seule une modification du logiciel suffit -, de rendre celle-ci compatible avec les différentes réglementations en vigueur ou à venir, dans différents pays.