Brevet FR2706604A1 — publié le 19941223

La présente invention concerne un dispositif de détermination d'un cap relatif suivi par un véhicule automobile. Ce dispositif de détermination est utilisable en particulier dans les systèmes d'aide à la navigation des véhicules qui permettent, à partir de différentes sources de données, de calculer et d'afficher un itinéraire optimum à suivre pour se rendre d'un endroit à un autre. On a déjà développé dans l'état de la technique un certain nombre de dispositifs de localisation et de suivi des déplacements d'un véhicule dans une zone géogra- phique donnée. C'est ainsi par exemple que certains de ces dispositifs utilisent des principes de localisation absolue grâce à des systèmes de positionnement par satel- lites tels que GPS (Global Positionning System), ou radio- électriques tels que LORAN C (Triangulation à partir d'émetteurs terrestres), etc... Tous ces dispositifs mettent également en oeuvre des capteurs d'avancement du véhicule situés généralement au niveau des roues du véhicule pour permettre une mesure de déplacement afin de pallier les différents problèmes de perte de réception d'informations conduisant à des pertes de localisation et pour affiner le calcul de position sachant qu'un véhicule doit être localisé à quelques mètres près en site urbain. D'autres dispositifs utilisent des compas électroniques également associés à des capteurs d'avance- ment, le tout nécessitant un recalage régulier de position pour minimiser les effets de dérive. Cependant, tous ces dispositifs présentent un certain nombre d'inconvénients. En effet, la localisation par GPS, c'est à dire par satellites, nécessite une couverture suffisante et donc un nombre de satellites important pour un recalage régulier. De plus, une élévation importante des satellites est nécessaire lors d'évolutions, par exemple dans des rues étroites. Enfin, la localisation est impossible lors de déplacements dans des souterrains. La localisation par triangulation radio-électri- que nécessite l'implantation d'émetteurs pour obtenir une couverture terrestre suffisante et il est difficile d'obtenir actuellement des niveaux de réception constants le long d'un trajet. Enfin, la localisation à base de compas électro- niques est relativement sensible aux champs magnétiques créés par l'environnement immédiat de ces compas, c'est à dire les organes du véhicule et l'environnement d'évolu- tion. De plus, les résultats de la mesure peuvent être erronés du fait des aberrations magnétiques terrestres, de la déclinaison magnétique locale, etc... Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes en proposant un dispositif de détermination qui soit simple, fiable et facilement implantable à bord d'un véhicule automobile. A cet effet, l'invention a pour objet un dispo- sitif de détermination d'un cap relatif suivi par un véhicule automobile, notamment pour un système d'aide à la navigation, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de l'angle de braquage du volant du véhicule, des moyens de mesure de l'avancement du véhicule et des moyens de calcul du cap relatif suivi par le véhicule à partir des informations d'angle de braquage et d'avancement. 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 Fig.1 représente un schéma synoptique d'un dispositif de détermination selon l'invention; et - la Fig.2 représente un schéma synoptique illustrant un système d'aide à la navigation comportant un dispositif de détermination selon l'invention. Sur la Fig.l, on a représenté de façon schémati- que un véhicule 1 dont les roues avant désignées de façon générale par la référence 2, sont directrices. L'angle de braquage de ces roues est contrôlé par une tringlerie de manoeuvre reliée à un volant de direction 3 manipulé par un utilisateur. Le dispositif de détermination selon l'invention comporte des moyens de mesure de l'angle de braquage du volant du véhicule, désignés par la référence 4, dont la sortie est reliée à des moyens de traitement 5 dont le fonctionnement sera décrit plus en détail par la suite. Les roues non motrices par exemple à l'arrière du véhicule, désignées de façon générale par la référence 6, sont quant à elles associées à des moyens de mesure de l'avancement du véhicule, désignés par la référence générale 7. La sortie de ces moyens de mesure est égale- ment reliée aux moyens de traitement 5 mentionnés précé- demment. Il va de soi bien entendu que les moyens de mesure de l'avancement du véhicule peuvent être constitués par tous autres moyens appropriés tels que par exemple un odomètre du véhicule, des moyens de mesure de défilement à effet DOPPLER, etc... On conçoit alors que le dispositif de détermina- tion selon l'invention est constitué par exemple d'un capteur unique d'angle de braquage du volant et d'un dispositif de détermination de l'avancement du véhicule, l'association des deux informations de base délivrées par ces moyens de mesure permettant le calcul d'un cap relatif suivi par le véhicule. En effet, l'association des informations de braquage des roues directrices du véhicule, et d'avance- ment de celui-ci permet de calculer un cap relatif d'évo- lution, en tenant compte de facteurs propres au véhicule, tels que: l'accélération transversale, le retard apporté par la "chaîne" de transmission de mouvement entre le point o s'effectue la mesure de braquage, et l'organe final imprimant un mouvement de rotation au véhicule, etc... Il est à noter que ces différents paramètres sont intégrés par traitement logiciel. Le but du dispositif décrit est d'être en mesure de connaître, après traitement des informations provenant des capteurs, la position courante du véhicule, à partir de la position précédente. Pour cela, on doit effectuer un calcul classique de position dans un repère orthonormé en x et y du type: x(i)=x(i-1)+Adistxcos(Acap) y(i)=y(i-l)+Adistxsin(Acap) L'information Adist est directement disponible en sortie des moyens de mesure 7 de l'avancement du véhicule, mais le paramètre Acap de variation de cap suivi doit être calculé en intégrant les caractéristiques comportementales du véhicule. Le modèle statique n'intégrant pas les notions de vitesse, d'accélération, de temps de mise en virage, etc... permet d'obtenir cette information selon la rela- tion: Adist Acap ------- R o R représente le rayon de virage ou Adist Acap = 2 --- P o P représente le périmètre de virage Connaissant la relation qui lie le périmètre ou le rayon de braquage à l'angle de rotation du volant, on a un premier résultat sommaire. Ces relations ne sont pas linéaires, et sont propres à chaque véhicule considéré (géométrie des trains, rapport de réduction de la crémail- lère de direction, etc...). La relation précédente peut être complétée de la façon suivante pour tenir compte de ces caractéristiques propres à chaque véhicule: Adist Acap = K1(o)* -- p o: e représente l'angle de braquage volant; et K1(0) est la Fonction de (braquage volant) propre au véhicule. Le modèle statique précédent est restrictif, d'autres paramètres doivent être intégrés au calcul pour obtenir le modèle dynamique. En effet, suivant le comportement sous-vireur ou sur-vireur du véhicule, il est nécessaire de faire une correction liée à l'accélération transversale du véhicule. On peut déterminer un coefficient K2(yt) fonction de l'accélération transversale du véhicule, qui vient pondérer l'équation précédente, ce qui permet d'obtenir: Adist Acap=[Kl(O)+K2(yt)]* ----- p Il existe également un temps de retard à la réaction du véhicule lors d'une mise en virage ( de l'ordre de 0,ls). Le véhicule vire après un régime transi- toire: déformation des pneumatiques, compression des suspensions, etc... Il est à noter que ce phénomène est fonction de la vitesse du véhicule, et plus précisément de l'accélération transversale. Un troisième terme correctif K3(O,yt) est alors introduit dans l'équation précédente: Adist Acap=[Kl(e)+K2(yt)+ K3(E,yt)]* -- p P La relation précédente permet d'approcher au mieux le comportement d'un véhicule. On conçoit alors que ce dispositif de détermina- tion selon l'invention peut être associé à différentes structures de systèmes d'aide à la navigation. En effet, le système d'aide à la navigation associé peut connaître la localisation du point de départ du véhicule, la position de celui-ci sur la chaussée, c'est à dire côté impair ou côté pair et donc son cap initial et posséder une cartographie ou des moyens de renseignements cartographiques fiables. Ces différentes informations peuvent être entrées dans le système d'aide à la navigation par un utilisateur au moment de la procédure de programmation du point de destination. Cependant, le système d'aide à la navigation peut également demander uniquement une confirmation du point de départ, s'il est déjà en possession des différen- tes informations caractérisant celui-ci et qui correspon- dent à la fin du parcours précédent. Bien entendu, le dispositif de détermination selon l'invention, peut également être associé à un système d'aide à la navigation dont les informations de positionnement sont périodiquement introduites dans celui- ci par des moyens extérieurs au véhicule. Ceci est par exemple réalisé par l'intermédiaire de balises émettrices de l'infrastructure routière permet- tant l'envoi de données de trafic ou de recommandations de trajet vers le véhicule. Ces balises émettrices devant assurer une diffu- sion relativement locale des informations, elles doivent être disposées à proximité des voies de circulation, ce qui permet également à ces balises de constituer des points de repère pour le système d'aide à la navigation afin de lui permettre de définir avec précision sa posi- tion. Sur la Fig.2, on a illustré un exemple de réalisation d'un système d'aide à la navigation par exemple pour véhicule automobile comportant un dispositif de mesure selon l'invention. Les informations d'angle de braquage de volant et d'avancement du véhicule délivrées par les moyens de mesure correspondants décrits précédemment, sont tout d'abord mises en forme dans des moyens 11 et 12 respecti- vement. La sortie des moyens de mise en forme 12 est introduite dans des moyens 13 de calcul de vitesse d'avan- cement du véhicule et ces informations d'avancement, de vitesse et d'angle de braquage de volant, sont introduites dans des moyens de calcul 14 du cap relatif suivi par le véhicule et de la position relative de celui-ci à partir de ce cap comme décrit précédemment. Ensuite, ces informations sont introduites dans des moyens de corrélation cartographique 15 reliés à des moyens de localisation absolue 16 et à une base de données cartographiques embarquée ou non 17. Une information de recalage est délivrée vers les moyens de calcul de position relative 14 et une information de position est délivrée vers des moyens de calcul d'itinéraire 18 qui sont également reliés à la base de données cartographiques 17. Ces moyens de calcul sont reliés à des moyens de saisie et à des moyens de visualisation formant interface d'utilisateur 19. On conçoit alors que le dispositif de détermina- tion selon l'invention utilise un capteur unique de mesure de l'angle de braquage du volant et donc des roues direc- trices de celui-ci. De plus, ce capteur peut être disposé à l'inté- rieur de l'habitacle du véhicule, et être associé par exemple à la colonne de direction reliant le volant au reste du mécanisme de direction du véhicule, ce qui permet de limiter les agressions extérieures sur ce capteur. Il est également à noter que ce capteur unique permet de réduire le nombre de fils de liaison utilisés et la longeur de ceux-ci dans la mesure o il peut être disposé à proximité de la planche de bord du véhicule. Le fait d'utiliser un seul capteur d'angle de braquage du volant n'est pas un inconvénient dans la mesure o les calculateurs actuels sont suffisamment puissants pour un coût relativement faible. Ces calculateurs sont en effet en mesure d'inté- grer un nombre important de lois de modélisation comporte- mentale du véhicule, pour le calcul en temps réel des paramètres nécessaires au reste du système d'aide à la navigation. Le dispositif de détermination de l'angle de braquage du volant qui permet de réaliser une conversion braquage mécanique/information électrique codée, peut être à base de photodétecteurs, de capteur de position à effet Hall, de potentiomètre, etc... REVENDICATIONS 1. Dispositif de détermination d'un cap relatif suivi par un véhicule automobile, notamment pour un système d'aide à la navigation, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (4) de mesure de l'angle de braquage du volant (3) du véhicule (1), des moyens (7) de mesure de l'avancement du véhicule et des moyens (5) de calcul du cap relatif suivi par le véhicule, à partir des informa- tions d'angle de braquage et d'avancement. 2. Dispositif de détermination selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les moyens (4) de mesure de l' angle de braquage du volant sont associés à la colonne de direction du véhicule.