Brevet FR2660454A1 — publié le 19911004

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN VEHICULE TEL QU'UN FAUTEUIL ROULANT POUR PERSONNE HANDICAPEE DESCRIPTION L'invention concerne un procédé de pilotage d'un véhicule qui peut notamment être un fauteuil roulant pour une personne handicapée. Les véhicules de ce type sont fréquemment pilotés à la main à l'aide d'un levier basculé dans toutes les directions. Les basculements du levier agissent sur deux potentiomètres dont les signaux fournis permettent de déterminer la vitesse et la trajectoire souhaitées pour le véhicule : un levier repoussé vers l'avant ou l'arrière indique un déplacement rectiligne dans ces directions et un levier repoussé plus ou moins de côté provoque un mouvement circulaire dont le rayon dépend de la direction dans laquelle le levier est basculé. Ce système est assez peu précis car les potentiomètres n'ont pas toujours exactement la même sensibilité. De plus, les corrections ou les ajustements du trajet sont souvent nécessaires, ce qui est fatigant et éventuellement difficile dans le cas de certaines infirmités. On a déjà eu l'idée de remplacer Les leviers par des capteurs à ultrasons qui détectent les déplacements de la tête du pilote. Cette particularité permet d'éviter de recourir à l'action manuelle pour le pilotage, mais le système offre les mêmes inconvénients que le précédent. Les systèmes à commande vocale ne se prêtent pas à des pilotages très précis et sont souvent assez lents. L'idée de L'invention est de s'affranchir autant que possible des inconvénients Liés à ces systèmes et d'ajouter au véhicule un système de pilotage automatique qui est actif à tous les endroits où des précautions spéciales de pilotage ne sont pas requises. Le pilote ou Le passager du véhicule peut bien entendu revenir à tout moment au pilotage manuel, c'est-à-dire utiliser un des systèmes décrits ci-dessus ou un système équivalent. La mise en oeuvre de L'invention implique de garnir le véhicule de capteurs d'obstacles latéraux et frontaux, les premiers d'entre eux permettant plus précisément de mesurer la distance aux obstacles. Selon le procédé de pilotage caractéristique de cette invention, le véhicule piloté automatiquement longe des obstacles latéraux d'un côté à une distance de garde ou de sécurité. La distance de garde est réduite quand un obstacle latéral se trouve de l'autre côté du véhicule à une distance inférieure à un premier seuil et augmentée quand un obstacle latéral se trouve de cet autre côté du véhicule et à une distance supérieure à un second seuil. Cependant, la distance de garde reste au plus égale à une distance maximale. Enfin, le véhicule est freiné, c'est-à-dire ralenti et arrêté s'il le faut, quand un obstacle frontal est détecté. Les deux seuils peuvent être égaux entre eux et à la distance de garde, ce qui implique qu'ils varient avec le temps. Le véhicule peut être en outre muni de capteurs de vide ou de contact qui permettent de l'arrêter immédiatement, ou de le reculer, quand un contact d'obstacle ou le vide est détecté. Le véhicule est éventuellement ralenti quand une discontinuité de l'obstacle qu'il longe est détectée. Il peut encore parmi d'autres possibilités être dévié latéralement quand les capteurs d'obstacles frontaux détectent un obstacle frontal à une partie seulement de l'avant du véhicule. Il s'agit en fait d'une fonction de contournement de cet obstacle. On pourra consulter utilement le brevet français 2 566 935 pour des détails pratiques de réalisation de certains éléments ou certaines fonctions de l'invention, notamment en ce qui concerne les capteurs et leur disposition. L'invention va maintenant être décrite plus en détail à L'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif. La figure 1 représente un véhicule conforme à l'invention, les figures 2 et 3 représentent quelques exemples de situations que le procédé permet d'affronter et la figure 4 représente un organigramme général de pilotage du véhicule. Le véhicule 1 de la figure 1 comprend deux roues motrices gauche et droite 2 et 3 mues chacune par un moteur 4 ou 5 indépendant. Au moins une autre roue 6 supporte le véhicule 1. Un levier de commande 7 peut être basculé dans toutes les directions et ses mouvements influencent deux capteurs potentiométriques 8 et 9 dont les informations sont transmises à un circuit logique 10 qui les transforme en informations de commande de deux variateurs 11 et 12 utilisés pour faire varier respectivement les vitesses des moteurs 4 et 5. La référence 13 désigne le fauteuil du passager du véhicule 1. Le véhicule 1 est en outre muni de capteurs proximétriques 14 qui peuvent être de tout type permettant de déterminer la distance d'un obstacle dans une portée qui peut être de 50 cm à 1 m, et notamment des capteurs à ultrasons ou à infrarouges. Les capteurs proximétriques 14 sont répartis en une rangée de gauche 15, une rangée de droite 16 et une rangée frontale 17. Ils sont orientés dans les directions correspondantes de manière à détecter des obstacles à gauche, à droite et frontaux. D'autres capteurs proximétriques 18 peuvent être situés à l'avant du véhicule, sur un pare-chocs 19, et sont orientés vers l'avant et légèrement vers le bas de manière à servir de détecteurs de vide. Des capteurs de contact 20 peuvent également être montés sur le véhicule 1, notamment sous forme de ressorts reliant le pare-chocs 19 au châssis du véhicule 1. Quand le pare-chocs 19 touche un obstacle, un micro switch de contrainte (interrupteur) fixé sur les capteurs de contact 20 détecte immédiatement la variation de position du pare-chocs. Les informations des différents capteurs 14, 18 et 20 sont transmises à un système de pilotage automatique 21 non représenté en détail, qui peut consister en un microprocesseur et qui peut se substituer au circuit logique 10 pour la commande des variateurs 11 et 12. La figure 2 illustre une séquence typique de pilotage où le véhicule 1 avance dans un couloir 30 de plus en plus étroit entre un mur de gauche 31 et un mur de droite 32. Le pilotage automatique comprend essentiellement trois fonctions : un suivi de paroi à gauche, un suivi de paroi à droite et un centrage entre deux parois. Dans les couloirs larges, comme à l'entrée du couloir 30, on peut recourir à l'une des deux premières fonctions, ici Le suivi de paroi à gauche. Le système de pilotage automatique 21 utilise alors les informations des capteurs proximétriques 14 de la rangée de gauche 15 pour mouvoir tes roues 2 et 3 à des vitesses telles que le véhicule 1 reste parallèle au mur de gauche 31 et à une distance de garde à gauche 33 constante. Le véhicule 1 avance donc en ligne droite en longeant le mur à gauche 31 j usqu 'à arriver devant un rétrécissement 34. Les capteurs proximétriques 14 à l'avant de la rangée de gauche 15 relèvent ce rapprochement, ce qui fait que le véhicule 1 est peu à peu dévié vers la droite de manière à conserver la distance de garde à gauche 33. Le rétrécissement 34 est représenté comme un rétrécissement progressif. Si le rétrécissement est brusque mais n'a qu'une faible largeur, il n'est repéré que par une partie des capteurs proximétriques 14 de la rangée frontale 17. Le système de pilotage automatique 21 est alors programmé de manière à produire une déviation temporaire à droite du véhicule 1, qui écarte le véhicule 1 de la paroi à gauche 31 et supplante la fonction de suivi de paroi à gauche jusqu'à ce qu'aucun obstacle ne soit plus repéré par les capteurs proximétriques 14 de la rangée frontale 17. Si par contre le rétrécissement est de grande taille, ce qui est le cas d'un cul-de-sac, tous les capteurs proximétriques 14 frontaux le repèrent et le véhicule 1 est arrêté après un mouvement d'approche où il est ralenti progressivement. Sur la figure 2, le rétrécissement 34 précède une portion étroite du couloir 30 à l'intérieur de laquelle, en voulant conserver la distance de garde à gauche 33 antérieure, le véhicule 1 dépasse la ligne médiane du couloir 30 vers la droite. Ceci est repéré par les capteurs proximétriques 14 de la rangée de droite 16. On renonce alors à conserver la distance de garde à sa valeur maximale représentée précédemment et on réduit cette distance de garde à gauche 33 jus qu'à ce que la distance de garde 35 à droite lui soit égale, c'est-à-dire qu'on réalise un centrage du véhicule 1 dans cette partie du couloir 30.Si la largeur du couloir 30 varie, les distances de garde à gauche 33 et à droite 35 varient également de manière à maintenir le centrage, et si le couloir 30 redevient suffisamment large, le centrage est interrompu et le véhicule 1 suit alors à nouveau le mur de gauche 31 avec la distance de garde à gauche 33 réglée à sa valeur maximale. Au cours de l'état de centrage, le véhicule 1 peut avoir sa vitesse réduite automatiquement pour des raisons de sécurité, soit d'une proportion déterminée, soit d'une proportion en fonction des variations des distances de garde 33 et 35. On rencontre ensuite sur la figure 2 un second rétrécissement 36 dans lequel les distances de garde à gauche et à droite 33 et 35 diminuent au-dessous d'un seuil admissible. Le véhicule 1 est alors arrêté, et il est impossible de Le faire avancer davantage en mode de pilotage automatique. Si toutefois le passager constate qu'une largeur suffisante pour le passage subsiste, il peut progresser en recourant à une action manuelle de réduction temporaire du seuil de garde admissible : le pilotage automatique en mode de centrage est alors imposé par l'utilisateur. On peut donc parler de pilotage semi-automatique. La figure 3 illustre une autre situation typique. On est au départ en pilotage automatique dans un couloir 40 entre un mur à gauche 41 et un mur à droite 42, et la fonction active est une fonction de suivi de paroi à droite. Le couloir 40 est ici de largeur uniforme, et le trajet se poursuit jusqu'à ce qu'on arrive devant un couloir latéral 43 qui débouche à la droite du couloir 40. Les détecteurs proximétriques 14 à l'avant de La rangée à droite 16 détectent la discontinuité du mur à droite 42. Le pilotage automatique peut alors être interrompu et le véhicule 1 arrêté. On peut encore programmer le système de pilotage automatique 21 pour que le véhicule 1 poursuive son chemin à vitesse réduite en conservant la direction qu'il avait précédemment. Dans ce cas, le pilotage automatique est repris automatiquement dès que le couloir latéral 43 est dépassé. Si on le désire, on peut bien entendu interrompre à tout moment le pilotage automatique ou passer à une autre fonction : si on décide par exemple de passer au suivi de paroi à gauche, le véhicule 1 exécute dans l'environnement de la figure 3 une déviation latérale à gauche 44 avant de continuer son trajet sur un segment parallèle à celui qu'il suivait précédemment. Si un escalier 45 apparaît, il est repéré par les capteurs proximétriques 18 de vide qui arrêtent immédiatement le véhicule 1 et imposent éventuellement un dégagement en marche arrière d'une distance déterminée à L'avance. Il en est de même si les capteurs de contact 20 permettent de déduire que le véhicule 1 a touché un obstacle par son pare-chocs 19. Ces fonctions dirigées par les capteurs de vide 18 et de contact 20 restent actives quelle que soit la fonction de pilotage automatique activée juste auparavant et sont prépondérantes même sur les fonctions de pilotage manuel. Le véhicule 1 peut être muni à L'arrière d'une autre rangée de capteurs proximétriques 14 non représentée si des mouvements en marche arrière en pilotage automatique sont possibles. De même, des capteurs de vide ou de contact peuvent être disposés sur toutes les faces latérales ou arrière du véhicule 1. L'utilisateur peut toujours passer en mode manuel de pilotage. Il est aussi éventuellement possible, si la programmation du véhicule 1 le permet, d'imposer, au choix du passager, la poursuite du pilotage automatique dans des conditions modifiées lorsque le pilotage automatique est en principe exclu. C'est ainsi que dans le cas de la figure 2, après avoir franchi le second rétrécissement 36, le passager peut imposer une fonction de centrage dans le couloir 30. Il met pour cela en route une fonction spéciale de centrage indépendante des distances de garde, que le système de pilotage 21 n'active jamais de lui-même, ou modifie le seuil inférieur admissible pour les distances de garde 33 et 35 par un moyen analogique de réglage de seuil comme on l'a mentionné plus haut. On peut toutefois escompter que dans la plus grande partie des trajets les fonctions usuelles du mode automatique de pilotage pourront être utilisées, ce qui diminuera grandement la fatigue du pilotage. Un autre avantage du système tel que décrit est que les fonctions utiles de pilotage automatique sont peu nombreuses et peuvent être maintenues pendant de longs intervalles. Il est alors facile et avantageux de les faire dépendre d'un mécanisme à commande vocale ou encore de dispositifs mécaniques simples tels que des boutons ou des positions particulières du levier de commande 7. L'organigramme de la figure 4 résume l'archi- tecture logique du système. La table de comportement regroupe en particulier les moyens logiques qui commandent le passage forcé en mode manuel, la mise à l'arrêt du véhicule, la modification des distances de garde et la commutation de fonctions de pilotage automatique. Le sélecteur de mode de pilotage regroupe tous les moyens qui permettent d'activer les fonctions de pilotage automatique. Le module de pilotage regroupe tous les moyens de commande des roues du véhicule. L'invention peut être encore appliquée à d'autres types de véhicules ou généralement d'engins mobiles. Elle peut par exemple apparaître utile pour des engins télécommandés évoluant dans un environnement encombré d'obstacles. Le système de commande n'est alors pas sur le véhicule. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage d'un véhicule (1) équipé d'un système de pilotage automatique comprenant des capteurs d'obstacles latéraux et frontaux (14), caractérisé en ce qu'il consiste, au moyen du système de pilotage automatique (21), à longer des obstacles latéraux (31) d'un côté du véhicule (1) à une distance de garde (33), à réduire la distance de garde quand un obstacle latéral (32) se trouve de l'autre côté d'un véhicule à une distance inférieure à un premier seuil, à augmenter la distance de garde quand un obstacle latéral se trouve de l'autre côté du véhicule et à une distance supérieure à un second seuil, la distance de garde restant au plus égale à une valeur maximale, et à freiner le véhicule quand un obstacle frontal est détecté. 2. Procédé de pilotage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux seuils sont variables dans le temps et égaux à la distance de garde. 3. Procédé de pilotage suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le véhicule est ralenti quand la distance de garde est inférieure à la valeur maximale. 4. Procédé de pilotage suivant L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le véhicule est arrêté en réponse à des signaux de capteurs de vide (18) ou de contact (20). 5. Procédé de pilotage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le véhicule est reculé en réponse à des signaux de capteurs de vide (18) ou de contact (20). 6. Procédé de pilotage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le véhicule est ralenti quand une discontinuité (43) de l'obstacle latéral longé par le véhicule est détectée. 7. Procédé de pilotage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le véhicule est dévié latéralement quand les capteurs d'obstacle frontal détectent un obstacle frontal (34) à une partie de l'avant du véhicule, de manière à contourner cet obstacle. 8. Procédé de pilotage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le véhicule est maintenu à des distances de garde égales de deux obstacles latéraux à gauche et à droite du véhicule quand lesdites distances de garde sont inférieures à la valeur maximale.