Brevet FR2675896A1 — publié le 19921030

La présente invention concerne un dispositif de suspension d'un appareil de mesure ou de visée, monté sur un véhicule et une plate-forme stabilisée de support de cet appareil comportant un tel dispositif. L'invention se rapporte en effet aux dispositifs de suspension active et concerne plus particulièrement les dispositifs de suspension destinés à filtrer les vibrations linéaires qui s'exercent sur des appareils de mesure ou de visée montés sur ou dans des véhicules et également à découpler en partie ces appareils des mouvements angulaires perturbateurs de ceux-ci. De tels dispositifs de suspension active sont notamment bien adaptés pour le montage de capteurs optroniques dans ou sur des hélicoptères et sont utilisés par exemple en combinaison avec des plates-formes stabilisées pour former des systèmes de visée panoramique ou semi-panoramique. On conçoit alors que l'appareil de mesure ou de visée et surtout les capteurs qu'il contient, supportent très difficilement cette ambiance vibratoire imposée par le véhicule, ce qui engendre des problèmes de tenue du matériel et de vieillissement accéléré de celui-ci. Par ailleurs, les performances de certains capteurs sont directement liées au spectre de vibrations supporté. Ce phénomène est d'autant plus sensible que la résolution de ceux-ci est élevée et la structure de l'ensemble complexe (sensibilité aux micro-déformations). Ceci est en particulier le cas pour des caméras thermiques par suite de la complexité du montage de la partie mécanique et de la partie optique de son détecteur. De plus, lorsque plusieurs capteurs ou détecteurs équipent un même appareil de visée, le parallélisme rigoureux de leurs axes de visée est faussé par ces vibrations. En effet, la structure de la plate-forme du système de visée possède des modes flexibles et il n'est possible de piloter et de stabiliser l'ensemble des voies optiques par une seule chaîne d'asservissement qu'en dehors des plages des fréquences perturbées. L'ambiance vibratoire à laquelle est soumis ce type d'appareil dépend du véhicule porteur. Ainsi, par exemple, cette ambiance est très variable lorsque l'appareil est monté sur avion et dépend de l'emplacement de l'appareil de visée sur ou dans celuici et des conditions aérodynamiques locales. Lorsque l'appareil est monté sur hélicoptère, cette ambiance dépend du spectre de raies (rotation des pales) avec des amplitudes et des phases variables en fonction des conditions de vol. Lorsque l'appareil est monté sur un char, cette ambiance est très énergétique en haute fréquence. On connaît déjà dans l'état de la technique des dispositifs de suspension dans lesquels l'appareil est disposé dans un boîtier relié à un cadre de support luimême relié au véhicule, le boîtier étant relié au cadre par l'intermédiaire de moyens élastiques de rappel du boîtier dans une position de référence dans laquelle l'axe de l'appareil est à peu près perpendiculaire au plan du cadre. Cependant, ces différents dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients car l'appareil est soumis à d'importantes vibrations. Les dispositifs de suspension connus utilisent des moyens passifs de suspension qui isolent de façon non optimale la masse suspendue des vibrations provenant du véhicule porteur. En particulier, le choix des caractéristiques d'amortissement se heurte à deux impératifs contradictoires. En effet, un facteur d'amortissement faible autorise un bon découplage aux fréquences supérieures à la fréquence de résonance, mais introduit un coefficient d'amplification important à la fréquence de résonance alors qu'un facteur d'amortissement plus important réduit l'amplification à la fréquence de résonance, mais ne permet pas un découplage suffisant aux fréquences élevées. On conçoit donc que la réalisation d'une suspension présentant de bonnes caractéristiques de stabilisation dans un large domaine de fréquences pose de ce fait un certain nombre de problèmes. Par ailleurs, ces moyens de suspension induisent des mouvements angulaires parasites qui compliquent la fonction de stabilisation. Pour résoudre ces problèmes, on a utilisé des barres anti-rotation, mais celles-ci augmentent la masse et le volume de l'ensemble. De plus, même avec ces barres, le contrôle de petits mouvements angulaires reste insuffisant, en regard de la stabilité recherchée. Il en résulte qu'il y a toujours un étage de stabilisation matérialisé par au moins deux axes asservis entre les moyens de suspension et le boîtier portant les capteurs. Ces moyens de suspension placés entre l'appareil de visée ou de mesure et le véhicule ou entre les axes internes (au moins deux) et les axes externes (au moins deux) des moyens de stabilisation, ont également pour inconvénient d'introduire une erreur angulaire perturbant l'harmonisation mécanique entre l'appareil de visée ou de mesure et le véhicule. La mesure de cette erreur d'harmonisation en vue de sa compensation est possible, mais augmente la complexité, le coût et la masse de l'ensemble. On conçoit donc qu'il n'existe pas actuellement de dispositif de suspension active adaptable à différents appareils de visée et de mesure qui soit simple, fiable, d'un encombrement peu important et d'un prix de revient peu élevé. En effet, les dispositifs de suspension active connus pour les véhicules terrestres, ne sont pas transpo sables dans cette application, car ils font appel à une technologique hydraulique. De plus, ils agissent uniquement par modification de la raideur de la suspension en fonction de la charge du véhicule, le but principal de ce dispositif étant d'obtenir une assiette constante, et par modification de l'amortissement en fonction des conditions d'emploi et de circulation. Il n'y a donc pas dans ce cas de contrôle actif réel et multivariable de la suspension. D'autres dispositifs de suspension active dans d'autres applications spécifiques, telles que dans le domaine aérospatial, utilisent des technologies très élaborées, en particulier des paliers magnétiques, qui ne sont pas non plus transposables dans cette application, pour des raisons de coût, de dimensions, de débattements limités et de domaines de sollicitations admissibles faibles. Le but de l'invention est donc de résoudre les problèmes évoqués précédemment en proposant un dispositif de suspension, qui soit simple, fiable et qui permette de suspendre de manière optimale, la charge utile d'un appareil de visée ou de mesure dans un cadre, en découplant de façon optimale celle-ci de l'ambiance vibratoire du véhicule. Un autre but de l'invention est de proposer un tel dispositif de suspension qui permette d'éliminer les cadres asservis disposés entre les moyens de suspension et la charge utile de l'appareil de visée ou de mesure en assurant une fonction de stabilisation. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de suspension d'un appareil de mesure ou de visée monté sur un véhicule, dans lequel l'appareil est disposé dans un boîtier relié à un cadre de support, lui-même relié au véhicule, le boîtier étant relié au cadre par l'intermédiaire de moyens élastiques de rappel de celui-ci dans une position de référence, dans laquelle l'axe de l'appareil est à peu près perpendiculaire au plan du cadre, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure des déplacements absolus du boîtier dans un repère inertiel, dont la sortie pilote des moyens de commande de la position du boîtier, interposés entre le cadre et le boîtier, pour stabiliser le boîtier quel que soit le comportement en particulier vibratoire du cadre et pour compenser plus particulièrement les mouvements de faible amplitude du cadre. Selon un autre aspect, l'invention a également pour objet une plate-forme stabilisée de support d'un appareil de mesure ou de visée, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif tel que décrit précédemment. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels La figure 1 représente une vue en perspective d'un dispositif de suspension selon l'invention. La figure 2 représente une vue à échelle agrandie de moyens de commande de la position d'un boîtier d'appareil de mesure ou de visée par rapport à un cadre de support, entrant dans la constitution d'un dispositif selon l'invention. La figure 3 représente une vue en perspective d'une plate-forme stabilisée comportant un dispositif de suspension selon l'invention. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, un appareil de mesure ou de visée désigné par la référence générale 1 est disposé dans un boîtier de support 2 relié à un cadre de support 3, lui-même relié au véhicule. Le boîtier 2 est relié au cadre 3 par l'intermédiaire de moyens élastiques, par exemple 4, de rappel de celui-ci dans une position de référence dans laquelle l'axe X d'un repère en X,Y,Z appliqué à l'appareil de mesure ou de visée 1 est à peu près perpendiculaire au plan du cadre. On peut noter que l'appareil 1 peut être constitué par exemple par n'importe quel instrument optique de visée, d'observation, d'illumination de cible, de guidage de missile ou autre, dont le trajet optique correspondant est l'axe optique X. Cependant, plusieurs instruments optiques peuvent également être utilisés et dans ce cas, les trajets optiques correspondants sont parallèles à cet axe X. Il est également à noter que certains trajets optiques peuvent être regroupés en un seul axe commun par des déviateurs optiques. Les moyens élastiques 4 régulièrement répartis autour du boîtier 2 entre celui-ci et le cadre de support 3, autorisent d'une part des déplacements linéaires limités du boîtier le long des axes X,Y et Z et d'autre part des mouvements angulaires limités de celui-ci autour de ces mêmes axes X,Y,Z pour réaliser une liaison non rigide qui autorise six degrés de liberté entre le boîtier 2 et le cadre de support 3. Selon l'invention, le dispositif de suspension comporte également des moyens de mesure des déplacements absolus du boîtier 2 désignés par la référence générale 5 sur cette figure, dont la sortie pilote des moyens de commande de la position du boîtier, désignés par la référence générale 6 sur cette figure, interposés entre le cadre 3 et le boîtier 2 pour stabiliser le boîtier quel que soit le comportement en particulier vibratoire du cadre. Ces moyens de mesure des déplacements du boîtier peuvent en fait comporter deux types de capteurs. Le premier type de capteur est désigné par la référence générale 7 et détecte les déplacements linéaires du boîtier 2 dans un repère inertiel le long des axes X', Y' et Z' de ce capteur. Ce capteur peut en fait être constitué par trois accéléromètres orientés dans l'espace pour former un trièdre de mesure référentielle X', Y' et Z'. Le second type de capteur est désigné par la référence générale 8 sur cette figure et détecte les rotations du boîtier 2 dans un repère inertiel autour des axes Y" et Z" de ce capteur. Celui-ci est avantageusement constitué par un gyroscope à deux degrés de liberté dont le moment d'inertie est orienté dans l'axe X". Les axes X", Y" et Z" forment également un trièdre de mesure référentielle. Bien entendu, d'autres types de capteurs peuvent être utilisés à la place de ce gyroscope 8, comme par exemple des gyromètres, des accéléromètres angulaires ou encore des accéléromètres linéaires utilisés en mesure différentielle. On notera que les axes des trièdres X', Y' et Z' et X", Y" et Z" sont respectivement parallèles entre eux et parallèles aux axes X,Y et Z, lorque le dispositif de suspension est en position de repos, non sollicité. Le ou les capteurs optroniques de l'appareil 1 ont, après montage et réglage, des axes optiques parallèles à l'axe X. La sortie de ces moyens de mesure des déplacements du boîtier par rapport à la position de référence, est utilisée pour piloter les moyens 6 de commande de la position du boîtier. Ces moyens sont constitués par tout moyen approprié formant ce que l'on appelle généralement des moteurs. Comme cela est représenté sur cette figure 1, ces moyens de commande comprennent avantageusement quatre groupes de deux moteurs 6a, 6b,6c et 6d régulièrement répartis autour du boîtier 2 entre celui-ci et le cadre de support 3 de part et d'autre de ce cadre de support 3, à proximité de chaque extrémité du boîtier 2. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, chaque moteur comporte en fait une armature 9 fixée rigidement au cadre de support 3 et s'étendant à partir de celui-ci le long du boîtier 2. Comme on peut le voir plus particulièrement sur la Fig.2, une bobine 10 est disposée à l'extrémité de cette armature 9. Cette bobine est placée entre les deux pôles de deux aimants à champ rémanent lla et llb fixés sur le boîtier 2 et dont le champ est refermé par un circuit magnétique llc. Ce type de moteurs est particulièrement intéressant dans la mesure où les grands entrefers entre partie fixe et partie mobile de ces moteurs, acceptent des débattements relativement importants de la suspension. La commande des moteurs répartis autour du boîtier par exemple de part et d'autre du cadre de support 3, se fait en commandant l'amplitude et le sens du courant électrique parcourant la bobine des différents moteurs associés dans un groupe. Des courants électriques de même sens, attirent ou repoussent le boîtier 2 selon le sens de ceux-ci et créent ainsi un déplacement linéaire dans un sens ou dans l'autre de ce boîtier. Des courants électriques de sens opposés créent un couple de rotation et engendrent donc une rotation de ce boîtier 2 dans le sens désiré, par rapport au cadre 3. Une combinaison des sens et des amplitudes des courants traversant les bobines des moteurs d'un même groupe, animent donc le boîtier 2 de mouvements linéaires et/ou rotatifs par rapport au cadre de support 3. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la Fig.l, les groupes de moteurs 6a et 6b sont disposés de manière à créer un déplacement du boîtier 2 le long de l'axe Z et/ou une rotation en e et 9 autour des axes Y et Z respectivement. Le groupe de moteurs 6c engendre un déplacement du boîtier le long de l'axe Y et/ou une rotation en t autour de l'axe Z, tandis que le groupe de moteurs 6d engendre un déplacement du boîtier le long de l'axe X. La commande en rotation autour de l'axe 9 n'est pas prévue dans le mode de réalisation représenté sur cette Fig.l, car cette rotation est une rotation autour des axes optiques des capteurs optroniques de l'appareil logé dans le boîtier 2 et ne se traduit pas par une déstabilisation de celui-ci, mais par une rotation d'image qui est moins perturbatrice. Cette commande en rotation autour de l'axe v est toutefois possible en ajoutant un autre capteur, par exemple constitué par un gyroscope, fixé sur le boîtier 2 et orienté pour détecter toute rotation de celui-ci autour de l'axe X". On conçoit donc que le type et la disposition des moteurs sont choisis en fonction des contraintes liées à chaque implantation envisagée. Ainsi, dans des versions simplifiées de ce dispositif, le nombre d'axes asservis en translation et/ou en rotation peut être réduit. Les moyens élastiques 4 de rappel du boîtier en position de référence, sont classiques et choisis pour minimiser toute rotation en 9 du boîtier 2 par rapport au cadre de support 3. Le circuit électronique de commande 12 illustré sur cette figure 1, présente une structure à boucle d'asservissement classique et peut être du type analogique, numérique ou mixte. Cette partie de circuit étant classique, on ne la décrira pas plus en détail. On notera cependant que la sortie des différents capteurs est reliée à travers différents moyens classiques de traitement de signaux aux bobines des moteurs corres pondants et que le capteur supplémentaire orienté pour détecter toute rotation du boîtier autour de l'axe X" peut être connecté en A, à ceux-ci. Sur la Fig.3, on a représenté une plate-forme stabilisée comportant un tel dispositif de suspension. L'appareil de mesure ou de visée 1 disposé dans son boîtier 2 est suspendu par l'intermédiaire du cadre de support 3 dans une tourelle 13 à deux degrés de liberté, constituée d'un cadre interne (cadre de site dans ce cas) formé par le cadre de support 3 et constituant un anneau équipé de deux tourillons 14 pour pivoter autour de l'axe Y dans une fourche ou cadre externe 15 (cadre de gisement dans ce cas). De plus, cette tourelle est adaptée pour pivoter autour de l'axe Z, par rapport à un bâti 16 fixé rigidement à la structure du véhicule porteur. La fourche 15 est équipée d'un moteur 17 qui commande la rotation du cadre de support 3 autour de l'axe Y, cette rotation étant mesurée par un capteur 18. Le bâti 16 est également équipé d'un moteur 19 qui commande la rotation de la fourche 15 autour de l'axe Z et cette rotation est mesurée par un capteur 20. Deux détecteurs (éventuellement trois) mesurent la position angulaire relative du boîtier 2 par rapport au cadre de support 3. Ces détecteurs peuvent être du type optique, inductif, magnétique, capacitif ou autre. Dans un exemple utilisant une détection de type optique, un autocollimateur 21 est relié au cadre de support 3. Dans l'exemple de réalisation représenté sur cette Fig.3, cet autocollimateur est fixé sur l'armature 9 de l'un des moteurs des moyens de commande 6 de la position du boîtier. Un miroir de renvoi 23 est fixé sur le boîtier 2 dans l'axe optique 22 de l'autocollimateur 21. La face du miroir de renvoi 23 est située dans un plan perpendi culaire à l'axe optique 22 de l'autocollimateur lorsque le dispositif de suspension est en position de repos, non sollicité. Tout défaut d'orientation angulaire relatif en site et/ou en gisement, autour des axes respectifs Y et Z, entre le boîtier 2 et la tourelle 13, (cadre de support 3 et fourche 15), se traduit par un défaut d'orientation relatif du faisceau optique renvoyé par le miroir 23, ce défaut étant détecté par l'autocollimateur 21. La sortie de celui-ci est alors appliquée de manière classique, après amplification dans des amplificateurs 24 et 25, aux moteurs 17 et 19 pour recaler le cadre de support 3 et la fourche 15 en position et supprimer tout défaut d'orientation. On conçoit donc que le dispositif selon l'invention permet d'obtenir une suspension optimale d'un appareil de mesure de visée sur un véhicule, quel que soit le comportement, en particulier vibratoire, de celui-ci. REVENDICATIONS 1. Dispostiif de suspension d'un appareil de mesure ou de visée monté sur un véhicule, dans lequel l'appareil (1) est disposé dans un boîtier (2) relié à un cadre de support (3), lui-même relié au véhicule, le boîtier (2) étant relié au cadre (3) par l'intermédiaire de moyens élastiques de rappel (4) de celui-ci dans une position de référence, dans laquelle l'axe de l'appareil (1) est à peu près perpendiculaire au plan du cadre (3), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (5,7,8) de mesure des déplacements absolus du boîtier (2), dont la sortie pilote des moyens de commande (6) de la position du boîtier (2), interposés entre le cadre (3) et le boîtier (2), pour stabiliser le boîtier quel que soit le comportement en particulier vibratoire du cadre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de mesure des déplacements absolus du boîtier, comprennent des moyens (7) de mesure des déplacements linéaires du boîtier et des moyens (8) de mesure des déplacements angulaires de celui-ci dans un repère inertiel. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande de la position du boîtier comprennent des moteurs (6a, 6b, 6c, 6d) régulièrement répartis autour du boîtier (2) et de part et d'autre du cadre de support (3), à proximité de chaque extrémité de ce boîtier. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque moteur comporte une armature (9) reliée au cadre de support (3) et s'étendant le long du boîtier, à l'extrémité de laquelle est disposée une bobine (10) placée entre les deux pôles de deux aimants à champ rémanent (lia, llb) fixés sur le boîtier (2) et dont le champ est refermé par un circuit magnétique (lac) et en ce que la sortie des moyens de mesure (7,8) commande le courant traversant cette bobine (10) pour stabiliser le boîtier (2) en position. 5. Plate-forme stabilisée de support d'un appareil de mesure ou de visée, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de suspension selon l'une quelconque des revendications précédentes.