Brevet FR2660428A1 — publié le 19911004

Pour se diriger à bord d'un véhicule terrestre, un conducteur dispose aujourd'hui de deux moyens d'aide à la navigation. Le premier est la boussole qui indique la direction du champ magnétique terrestre, c'est-à-dire du nord magnétique. Le second est le compas magnétique qui indique le cap magnétique instantané suivi par le véhicule, c'est-à-dire l'angle formé entre la direction du champ magnétique terrestre et la direction instantanée suivie par le véhicule, ou plus exactement son axe longitudinal. Un compas est donc une boussole élaborée pouvant comprendre soit une rose des caps mobile devant une ligne de foi fixe matérialisant l'axe du véhicule, soit une rose des caps fixe et un indexe mobile matérialisant l'axe du véhicule. On connait aujourd'hui des compas magnétiques perfectionnés, par exemple du type à vanne de flux (flux gate), comme ceux décrits dans l'article "The evolution of the modern electronic compass, van Heyningen, NMEA News, January, February 1987". I1 n'existe toutefois pas encore de moyen indiquant à un conducteur le cap qu'il doit faire prendre à son véhicule pour se diriger vers un point déterminé, c'està-dire pour "poursuivre" une destination, intermédiaire ou finale, comparable à un système de poursuite (tracking) employé dans le domaine aéronautique ou spatial. L'objet de la présente invention est d'en proposer un et concerne donc un système d'aide à la navigation pour véhicule terrestre, comportant un compas magnétique pour déterminer le cap magnétique suivi par le véhicule, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens pour sélectionner un cap programmable à poursuivre passant par un point à atteindre, des moyens pour déterminer l'angle de gisement du point à atteindre, formé entre les deux caps, et des moyens pour indiquer le gisement. On remarquera que le système d'aide de l'invention procure un résultat analogue à celui d'un radiocompas d'aide à la navigation aérienne, qui n'indique toutefois pas le gisement d'un point à atteindre mais d'une balise d'émission à radiofréquence. Dans une forme de réalisation préférée du système de l'invention, les moyens de sélection sont agencés pour sélectionner un parmi une quantité finie de caps et ils comprennent une pluralité d'organes de commande en quantité inférieure à celle des caps programmables et des moyens combinatoires de sélection commandés par les organes de commande. Avantageusement, les organes de commande de sélection sont eux-mêmes commandés par une touche de manoeuvre unique à actionnement multiple. De préférence encore, les moyens indicateurs de gisement sont agencés pour indiquer la même quantité finie de gisements que de caps programmables. De préférence toujours, le système de l'invention comporte un microprocesseur, comprenant des ports parallèles, reliés respectivement aux organes de commande de sélection , et une ligne série reliée à un indicateur de gisement. Avantageusement, il est prévu des moyens pour indiquer le nord magnétique, des moyens pour indiquer le cap magnétique suivi par le véhicule et des moyens pour sélectionner l'indication des moyens indicateurs. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs formes de réalisation du système d'aide à la navigation terrestre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un schéma synoptique d'une première forme de réalisation du système de l'invention; - la figure 2 représente la face avant du boîtier de bord du système de la figure 1; - la figure 3 représente une vue en coupe du boîtier de bord de la figure 2; - la figure 4 illustre le traitement du microprocesseur du système de la figure 1; - la figure 5 illustre un exemple d'utilisation du système de la figure 1;; - la figure 6 représente une vue en coupe du boîtier de bord d'une deuxième forme de réalisation du système de l'invention; - la figure 7 représente la face avant du boîtier de bord du système de la figure 6, en mode boussole; - la figure 8 représente la face avant du boîtier de bord du système de la figure 6, en mode compas et - la figure 9 représente la face avant du boîtier de bord d'une troisième forme de réalisation du système de l'invention, en mode boussole. Structurellement, le système d'aide à la conduite d'un véhicule terrestre des figures 1-5 comporte un capteur 1 de compas magnétique, son électronique d'excitation 2 et son électronique de démodulation 3, un microprocesseur 4 et un boîtier sélecteur-afficheur de bord 5. Fonctionnellement, le système comprend le compas magnétique 6, incluant le capteur 1, les électroniques 2, 3 et, en partie, le microprocesseur 4, un module de sélection 7, incluant la partie sélecteur 8 du boîtier 5 et, en partie, le microprocesseur 4, et un module d'affichage 9, incluant la partie afficheur 10 du boîtier 5 et, en partie, le microprocesseur 4. Le microprocesseur peut d'ailleurs être celui du compas magnétique 6. Le capteur 1, ici du type à vanne de flux décrit dans l'article évoqué plus haut, fournit les composantes horizontales du champ magnétique terrestre dans un repère lié au véhicule terrestre. Après amplification et filtrage, dans l'électronique 3, et conversion analogique-numérique, dans le microprocesseur 4, le cap magnétique Cm suivi par le véhicule, c'est-à-dire l'angle formé entre la direction du nord magnétique N et la direction suivie S, ou encore l'axe longitudinal du véhicule, est déterminé dans le microprocesseur 4. Sur la face avant du boîtier 5 se trouve, légèrement en saillie, une touche de manoeuvre 11 pour sélectionner, ou programmer, un cap à poursuivre Cp qui est saisi dans le microprocesseur 4. Le logiciel du microprocesseur 4, au demeurant à la portée de l'analyste-programmeur du métier, est élaboré pour déterminer l'angle de gisement Gt = 2 ( + Cp - Cm (modulo 2 c'est-à-dire l'angle formé entre l'axe du véhicule, considéré comme axe de référence, et le cap programmé Cp et pour afficher ce gisement dans une zone 12, en forme de rose de gisements, de l'afficheur 10 du boîtier 5. On remarquera que les angles Cp Cm et Gt sont comptés positivement dans le sens des aiguilles d'une montre sur le cercle trigonométrique. Si Cp > Cm, Gt = Cp-Cm. Si c'n > Cp, Gt = 2 Si Gt Si Gt > # , il faut tourner à gauche, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, pour reprendre le cap Cp. L'afficheur 10 comporte une autre zone 13, en forme de fenêtre, pouvant afficher, d'un côté, des caractères 14 représentatifs du cap programmé et, de l'autre côté, une icône 15 représentant le véhicule et pouvant clignoter jusqu'à ce que le gisement du point à atteindre soit nul. Le logiciel est également élaboré à cet effet. La rose de gisements 12 représente ici un rond-point, symbolisant le véhicule, une suite de segments circulaires séparant les gisements affichables et une flèche indiquant la direction à prendre depuis le rondpoint. Dans l'exemple considéré, huit caps Cp régulièrement espacés, de 45 , sur 360 peuvent être sélectionnés et huit gisements Gt, espacés de la même manière, peuvent être affichés. La touche de manoeuvre 11 est ici à quatre positions seulement, respectivement associées aux quatre caps N, E, S, O espacés de 900. Un premier logiciel du microprocesseur est défini pour qu'un cap Cp soit programmé par la combinaison de deux actionnements de la touche 11. Deux caractères 14 peuvent donc être affichés en zone 13. La logique combinatoire de sélection est simple. Le cap sélectionné est celui dont le double de la valeur est égal à la somme des valeurs des caps correspondant aux deux derniers actionnements de la touche 11, un deuxième actionnement de la position N de la touche 11 correspondant au cap 360 . Par exemple, si le conducteur appuye d'abord sur E (90 ) et ensuite sur S (18 le cap sélectionné est 135 (SE).S'il appuye après sur N (3600), le nouveau cap sélectionné est O (270 ). S'il appuye encore après sur E (90a), le nouveau cap est 450 (NE) et non d'ailleurs 2250 (SO). La touche de manoeuvre 11 est disposée pour actionner quatre poussoirs 16 de commande de quatre interrupteurs 17 disposés sur un circuit imprimé 18 relié aux ports parallèles du microprocesseur 4 par un connecteur 19. Si il y a plus de poussoirs que de ports parallèles, il est facile d'insérer une interface de type multiplexage logique. L'afficheur 10 est un écran à cristaux liquides disposé devant un réflecteur 20, éclairé par une lampe à culot 21 et relié, par un contrôleur de dialogue et un circuit souple 22, à la ligne série du microprocesseur 4. Pour revenir à la logique combinatoire et la définir de façon générale, on peut dire qu'à chaque organe de commande 16 du module de sélection 7 correspond un des caps programmables, ici les quatre caps N, E, S, O, et cette logique combinatoire est définie pour qu'un cap de valeur donnée, ici un parmi les huit possibles NN, NE, EE, SE, SS, SO, 00, NE, soit sélectionné par plusieurs, ici deux, organes de commande associés, la valeur du cap sélectionné multipliée par le nombre d'organes de commande associés, ici deux, étant égale à la somme des valeurs des caps, ici des deux caps, correspondant aux, ici deux, organes de commande associés. On peut prévoir que la logique combinatoire définie cidessus ne soit mise en oeuvre que si l'intervalle de temps entre deux actionnements successifs est inférieur à une temporisation prédéterminée. Sinon, le cap sélectionné correspond à celui du dernier actionnement. Un second logiciel possible est illustré par le tableau ci-dessous dans lequel les entrées en lignes correspondent à un actionnement de l'une des quatre positions de la touche de manoeuvre 11 et les entrées en colonnes, à un actionnement suivant immédiatement le précédent, les éléments du tableau représentant les caractères affichés dans la zone 13 N N E S O N N NE S NO E NE E SE O S N SE S SO O NO E SO O On notera, dans ce deuxième exemple, qu'un seul caractère peut dans certains cas être affiché dans la zone 13. Soit un conducteur partant du point A et voulant atteindre le point E, en commençant par se diriger vers le point C, en suivant le cap 150. Au point B, il met le système d'aide en marche. Pour aller de B en E il devrait suivre le cap 220. I1 programme donc le cap 225, le plus proche du cap à suivre des caps programmables, faisant apparaître les caractères OS sur l'écran 10. Suivant le cap 150, le gisement de E est 75. Le microprocesseur 4 affiche dans la zone 12 de l'écran 10 le gisement 90, le plus proche de 75 des gisements affichables. Le conducteur tourne donc à la première route à droite en C, pour se diriger vers D, en suivant le cap 270. En C, le conducteur soit relève un nouveau cap à suivre CE soit maintient le précédent cap 225 et procède sur le trajet CD comme précédemment sur le trajet BC. Si le cap 225 à suivre est maintenu, le nouveau gisement de E est 2 4 + 225 - 270 = 315. Le microprocesseur 4 affiche alors 315. Le conducteur devrait donc tourner de 45 à gauche pour rejoindre le cap 225 (220). En fait, il tournera à la première route à gauche en D pour rejoindre E en suivant le cap 210 avec un gisement affiché nul (225-210). Le système de l'invention, en définitive, indique au conducteur la direction à prendre pour atteindre une destination en suivant un cap programmé. Le conducteur sait s'il s'écarte ou se rapproche de ce cap ou s'il le suit. Le système d'aide à la navigation, ou à la conduite, pour véhicule terrestre, qui vient d'être décrit, est un système de poursuite. I1 a été précisé plus haut qu'il visait à satisfaire un besoin complémentaire de ceux auxquels répondaient déjà une boussole et un compas classique. Sans modification substantielle du logiciel et du boîtier de bord, il est facile d'intégrer dans un même système ces trois modes. Dans la première variante de réalisation, en référence aux figures 6-8 sur lesquelles les éléments similaires à ceux de la première forme de réalisation portent les mêmes références, mais primées, le boîtier de bord 5' comporte une seconde touche de manoeuvre 23' de sélection de l'un ou l'autre des modes boussole et compas, la touche 11', les poussoirs 16' et les interrupteurs 17' n'étant pas visibles sur la figure 6, la touche 23' étant disposée pour actionner un contact 24', ici un contact élastomère, disposé sur le circuit imprimé 18' relié à un autre port parallèle du microprocesseur 4' par le connecteur 19'. L'afficheur 10' reste un écran à cristaux liquides toutefois plaqué sur un conduit de lumière 25' éclairé par deux lampes à culot 26', 27'.Le logiciel est défini pour que, si le système est en mode compas, l'actionnement de la touche 23' initialise le mode boussole et inversement, si le système est en mode compas ou boussole, l'actionnement de la touche 11' initialise le mode poursuite et si le système est en mode poursuite, l'actionnement de la touche 23' initialise ici le mode compas. Le mode poursuite, tant en ce qui concerne le logiciel que la sélection et l'affichage, est identique à celui de la première forme de réalisation. En mode compas ou boussole, l'icône 15', d'un côté de la fenêtre 13', est toujours fixe et, à la place des caractères 14, apparaissent, de l'autre côté de la fenêtre 13', des caractères 28' représentatifs du cap suivi par le véhicule, et, ce, aussi bien en mode boussole (figure 7) qu'en mode compas (figure 8). Pour ce qui concerne la zone 12', il apparait sur l'afficheur 10', en mode boussole (figure 7), une rose et une flèche partant d'un rond et indiquant la direction du nord magnétique et, en mode compas (figure 8), une rose et une flèche partant d'un rond et indiquant le cap suivi par le véhicule. La deuxième variante de réalisation (figure 9) ne se distingue de la première que par les moyens d'actionnement des poussoirs de commande. Au lieu d'une touche à actionnement multiple, la partie sélecteur 8" du boîtier 5" comporte une série de, ici quatre, touches de manoeuvre 29", 30", 31", 32". Pour le reste, et notamment la touche 23" d'initialisation des modes boussole et compas, la fenêtre 13" et la rose 12" de l'afficheur 10", les éléments ici doublement primés, sont quasi-identiques. Les caps, dont il a été question dans la description cidessus, sont des caps magnétiques, c'est-à-dire des angles formés entre la direction du nord magnétique et des directions effectivement suivies ou à suivre par le véhicule. En fait, la demanderesse aurait pu tout simplement ne parler que de caps, sans précision de leur nature magnétique, en englobant sous ce vocable aussi bien les caps magnétiques que les caps géographiques qui sont égaux à la déclinaison magnétique près. Pour la moyenne des conducteurs, la notion de cap géographique est en effet peut être plus accessible. L'information fournie par un compas magnétique étant en tout état de cause un cap magnétique, c'est donc à propos des caps programmables à sélectionner et des caps indiqués que la demanderesse entend ménager cette ambiguité.Si le conducteur sélectionne des caps géographiques, la transposition en caps magnétiques sera facilement effectuée dans le système d'aide de l'invention par addition de la déclinaison magnétique locale. Celle-ci pourra soit être stockée en mémoire, si on l'admet constante, comme c'est pratiquement le cas à l'intérieur d'une zone comme le territoire français, soit être déterminée par un dispositif de calcul annexe, en cas de navigation à l'intérieur d'un territoire plus étendu où elle varie d'un bout à l'autre. Dans la forme de réalisation du système de l'invention comportant des moyens pour indiquer le cap, il peut par conséquent s'agir de moyens indiquant le cap magnétique, le cap géographique ou les deux. Par ailleurs, on notera que la quantité finie de caps à sélectionner peut comprendre un cap déterminé notamment en fonction d'un point de départ et d'un point d'arrivée par exemple définis par leur latitude et leur longitude. Revendications 1. Système d'aide à la navigation pour véhicule terrestre, comportant un compas magnétique (6) pour déterminer le cap magnétique suivi par le véhicule, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre des moyens (7) pour sélectionner un cap programmable à poursuivre passant par un point à atteindre, des moyens (4) pour déterminer l'angle de gisement du point à atteindre, formé entre les deux caps, et des moyens (9) pour indiquer le gisement. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de sélection (7) sont agencés pour sélectionner un parmi une quantité finie de caps. 3. Système selon la revendication 2, dans lequel les moyens de sélection (7) comprennent une pluralité d'organes de commande (16) en quantité inférieure à celle des caps programmables et des moyens combinatoires de sélection (4) commandés par les organes de commande (16). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel à chaque organe de commande (16) correspond un des caps programmables et lesdits moyens combinatoires (4), sont agencés pour qu'un cap de valeur donnée soit sélectionné par plusieurs organes de commande associés, la valeur du cap sélectionné multipliée par le nombre d'organes de commande associés étant égale à la somme des valeurs des caps correspondant aux organes de commande associés. 5. Système selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel les organes de commande de sélection (16) sont eux-mêmes commandés par une touche de manoeuvre unique (11) à actionnement multiple. 6. Système selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel les moyens indicateurs de gisement (9) sont agencés pour indiquer la même quantité finie de gisements que de caps programmables. 7. Système selon l'une des revendications 3 à 6, dans lequel il est prévu un microprocesseur (4), comprenant des ports parallèles, reliés respectivement aux organes de commande de sélection (8, 16), et une ligne série reliée à un indicateur de gisement (10). 8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel il est prévu des moyens (23', 4'; 29"-32", 4") pour indiquer le nord magnétique. 9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel il est prévu des moyens (23', 4'; 29"-32", 4") pour indiquer le cap magnétique suivi par le véhicule. 10. Système selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel il est prévu des moyens (11', 23'; 23", 29"-32") pour sélectionner l'indication des moyens indicateurs.