Brevet FR2700845A1 — publié le 19940729

La presente invention concerne la determination de parametres definissant avec grande précision la position, par rapport à un habitacle, d'un equipement de tête, tout en laissant une totale mobilité de la tête et en ne créant pratlquement aucun effort sur cette dernière quelque soit le champ d'accélération Cette invention débouche sur des applications particuli#rement:.importantes pour les voitures de course, les essais sur mannequins et sur les avions.En effet les techniques modernes permettant d'équiper le casque de systèmes électro-optiques, comme la projection sur visiere, nécessitent la connaissance précise de la position de l'élément de tête, au moins en site (angle de tangage ) et en gisement (angle de lacet) La plupart des dispositifs connus sont lourds, chers, compliqués, imprécis, et sensibles aux accélérations auxquelles est soumis le porteur Le brevet français publié N02672565 décrit un procédé utilisant un bras composé de segments articulés comportant des moyens de mesure d'orientation relative ou de déplacement de deux segments successifs.Pour assurer avec un bras composé de segments articulés l'ensemble des mouvements possibles de la tête et mesurer avec précision lesdits mouvements, il est né#essaire d'avoir plusieurs articulations et de placer à chaque articulation un moyen de mesure précis. Ceci conduit à la réalisation d'un système complexe, coûteux et sensible aux accélérations auxquelles est soumis le porteur. Dans le brevet américain N 4.062.247 on propose un système reliant le casque d'un porteur à un point de l'ha- bitacle. Plusieurs moyens de mesure d'angle sont nécessaires. Le déroulement de deux ou trois rubans ne permettent pas, suivant cette invention, de mesurer une longueur, ni une difference de longueur, mais confère au bras liant le point fixe au point du casque, une rigidité structurale permettant la mesure des angles de rotation autour des axes dénommés 33,31, 23 a et 27 sur la figure 1 de ce brevet américain. Ce système comporte nécessairement une masse non négligeable liée au casque. Il introduit donc des forces parasites au casque lors que celui-ci est placé dans un champ d'accélération. Le brevet américain N03 867 629 divulgue un procédé permettant de mesurer la rotation d'un objet en utili sant une surface polarisée et un ensemble de systèmes optroni ques complexes. Ces derniers nécessitent l'emploi de matériels sophistiqués et chers. Ils sont par ailleurs lourds et peu pre cis. Le brevet américain n0 3 917 412 décrit un procédé permettant de mesurer la rotation d'un casque à partir de la connaissance de la direction de provenance de deux sources émettrices E1 et E2 à partir de deux détecteurs D, ét D2. Cette méthode permet de retrouver les angles de positionnement du casque à partir de données angulaires. Elle nécessite l'emploi de techniques optiques sophistiquées, qui dans la pratique, conduisent à des systèmes lourds, chers et insuffisamment pré ci s. Le brevet français publié N02 433 760 suggère un procédé opto-électrique de définition angulaire d'un casque à partir de localisations angulaires successives de trois points constituants un triangle. Ce système conduit à un ensemble d'appareillage optiques complexes, lourds, coûteux et imprécis. Le brevet français publié N0 2404 860 a trait à un dispositif pour réaliser la mesure de la distance d'une surface fournissant une réflexion diffuse et comportant une source de lumière qui produit un faisceau lumineux en forme de pinceau serré, un dispositif déviateur pour réaliser un bal;iaya- ge répété, un photodétecteur. Cette méthode nécessite l'emploi de techniques sophistiquées conduisant à une masse et un cout élevé pour une fiabilité et une précision faible. Le brevet français publié N 2.450.463 présent te un dispositif opto-électronique de localisation de source rayonnante permettant de déterminer la direction d'une source Whctuelle et permet le repérage de directions. Ici, encore, la mesure d'angles entraine l'utilisation de techniques sophis tiquées lourdes, chères et peu fiables. Les brevets français publiés sous les N0 2.664.044 et 2.655.415 font étatd# systèmes magnétiques in corporés au casque et qui modifient le champ électromagnétique dans la cabine de façon différente suivant la position du casque. Ces systèmes sont très difficiles à mettre en oeuvre, ainsi que coûteux et peu fiables. Le brevet anglais N 2.143.948 permet de conna;- tre le déplacement d'un casque par l'adjonction d'un système gyroscopique recalé de temps en temps par un système de visée. Ce système augmente de façon sensible la masse et le prix du casque. Enfin, dans le brevet anglais N01.520.154, on décrit un systeme permettant de connaître les déplacements angulaires d'un casque muni d'au moins trois points émettant des radiations et un système fixe pouvant détecter la position angulaire de ces points. La mise en oeuvre de ces systèmes necessite l'utilisation de techniques très sophistiquées,lourdes, chères et peu fiables. La présente invention vise, notamment, à fournir un procédé et un dispositif répondant beaucoup mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'ils permettent de connaître avec une précision meilleure que le milliradian, la rotation en site (angle de tangage) ou en gisement (angle de lacet) du casque sans augmenter la masse ni l'inertie du casque, stems utilisation d'éléments rigides entre le casque et l'habitacle ou le siège et sans mise en oeuvre de moyens optiques ou électromagne- tiques complexes, coûteux et peu fiables. Le terme de casque a ici une définition très large, qui englobe notamment les équipements de tête qui, souvent, comportent un casque, un masque, des éléments acousti-- ques, des systèmes de vision.. .etc. Le terme de site est défini ici par l'angle de rotation de la tête (0) autour d'un axe perpendiculaire au plan de symétrie de la tête et tel qu'illustre sur la figure 2 Le terme de 1,gisement" est défini ilci par l'angle de rotation de la tête (t) autour de l'axe de la colonne vertébrale et tel qu'illustré sur la figure 2. On appelle isi" structure fixe " toute structure immobile par rapport au porteur, comme par exemple : l'habitacle d'une voiture, d'un avion, le siège d'un pilote..etc. On entend ici par "fonction univoque tout lien entre deux ensembles de paramètres A et B tels que, pour un ensemble donné de paramètres A, il n'existe qu'un et un seul ensemble de paramètres B défini par ladite fonction à partir des paramètres A. Conformément à un but essentiel, l'invention propo-se un procédé de mesure très précis, à tout instant, du fonctionnement d'un casque fixé sur la tête d'un porteur et soumis à des mouvements de rotation en site et gisement par rapport à une structure fixe, de type siège ou habitacle ou équivalent et qui n ajoute pratiquement aucune masse supplémentaire au casque, qui ne modifie pas ltinertie de ce dernier, et qui ne relie pas, par un élément structural rigide, le casque à l'ha- bitacle et, enfin, qui ne crée pratiquement pas de forces sup plémentaires sur le casque et ceci quel que soit le champ d' accélération auquel est soumis le porteur. Ces buts sont atteints par le procédé selon 1 'in- vention qui est essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer les distances (DI, D2, D3,...) entre au moins trois points (CI, C2, C3,...) du casque et trois points correspondants (#1,#2,#3,...) situés sur la structure fixe, les dits points étant disposés de façon telle que deux relations univoques # = f#(D1, D2, D3,...) et & f&gamma; (D1,D2,D3,...) permettent de retrouver avec une grande précision, inférieure ou milliradian, les deux angles principaux de visée en site(#) ) et en gisement ( t) à partir des distances (D1,D2,D3,...). Selon un mode de réalisation avantageux suivant l'invention, il est possible de simplifier la relation univoque définissant les angles O et à partir de deux-relations univo- ques particulières du type. o = f# [ Dl, (D2-D3)] et X =ftD1,(D2-D3)0 et à partir de deux seuls paramètres D1 et D2-D3, ou encore de D2 et D1 - D3 suivant la disposition des points C1, C2 et C3 et leurs correspondants respectifs #1, #2 et S3. Il est possible, selon un mode préférentiel de réalisation suivant l t invention, d'introduire un couple de points C4 et & supplémentaires afin d'augmenter la précision de mesure des ahgles a et &alpha; pour que, selon le procédé de l';n- vention, on mesure les distances (bo D4) entre quatre points (C1 à C4) du casque et quatre points correspondants(S1 à J4) situés sur la structure fixe, lesdits points étant disposés de façon telle que deux relations univoques.:: # = f#(D1,D2,D3,D4) et & = fr (Dl,D2,D3,D4) permettent de trouver avec une grande précision les deux ahgles principaux 8 et à à partir des distànces (D1 à D4). Il est également possible de placer les points Cl à C4 et Sî à #4 de telle façon qu'il existe une relation univoque définissant les angles e et X avec précision à partir des deux différences de distances (D1 - D4) et(D3 - D2) de façon que les deux fonctions univoques s'écrivent = = f## [(D1-D4), (D3 - D2)3 et &gamma; = f## [ (Dl-D4),(D3-D2)# à partir des deux seuls paramètres (Di-D4) et (D3-D2) En pratique, il est spécialement avantageux, suivant l'invention, de mesurer les distances D1,D2,D3,...en pla çant des fils fins légers et très souples entre les points du casque et les points du siège leur correspondant respective@ ment, lesdits fils ayant la possibilité de changer de longueur sans créer d'effort notable sur le casque (efforts inférieurs à un Newton). Selon un mode de réalisation Intéressant mais non limitatif, suivant l'invention, il est possible de placer un fil entre chaque point du casque et son point correspondant du siège matérialisé par un enrouleur, dont l'axe d'enroulement est fixe par rapport à l'habitacle, et comprenant un moyen de mesure de la rotation de l'enrouleur afin de mesurer le défilement de chaque fil . Ce moyen peut être mécani-@ que, électrique ou électronique.Chaque information de longueur libre de fil, représentant la distance entre un point du casque et son point correspondant sur le siège, est alors fournie à un calculateur qui déduit, en suivant les lois univoques décrites précédemment, les valeurs de O et Ces valeurs 0 et g peuvent alors être utilisées par des systèmes de visées ou de projection sur visière ou être transmises au sol ou au pilote. Il peut être avantageux de réaliser la tension de chaque fil liant chaque point du casque avec son point cor respondant du siège en plaçant à l'extrémité du fil, opposée à celle de fixation casque, un ressort ou une petite masselote ou encore d'intégrer dans l'enrouleur un ressort ou un moyen électrique créant un couple de rappel et créant une légère tension sur le fil. Afin d'assurer la déconnection rapide et sûre, en cas de danger ou en cas de séparation pilote-siège,' il est avantageux suivant l'invention de prévoir un système permettant cette désolidarisation. Selon un mode de réalisation particui lier non limitatif, il est possible d'utiliser un fil susceptible de se rompre à partir d'un seuil d'effort de un Newton, par exemple, ou de placer une attache sur le casque apte à se casser ou a se désolidariser du casque à partir d'un seuil d'effort donné. Il est également possible d'utiliser, selon l'invention, un enrouleur contenant une longueur donnée de fil par exemple 1,50 mètres. Dans ce cas, lors de l'évacuation cabine ou de la séparation siège-pilote en cas d'éjection les fils peuvent se débobiner naturellement et, arrivés len fin de course, ils se désolidarisent au#tomatiquement en assurant une sécurité quasi totale. L'invention sera mieux comprise par la description détaillée de modes de réalisation non limitatifs illustrés sur les dessins annexés, qui représentent respectivement: - Figure 1 : un porteur vêtu d'un casque et assis sur un siège montrant la position de trois points du casque et trois points du siège. - Figure 2 : une vue dans l'espace définissant l'angle de site ( 0 ) et l'angle le gisement ( ), - Figure 3 : un porteur vêtu d'un casque et assis sur un siège montrant la position de quatre points du casque et quatre points du siège. - Figure 4 : un porteur vêtu d'un casque et assis sur un siège montrant les fils reliant le casque au siège, les enrouleurs, et la boite électronique calculant la valeur des angles e et T en fonction des indications de longueur de fils données par les résolveurs des enrouleurs. En se référant aux figures et tout spécialement à la figure 4, on voit que le casque 1 est fixe sur la tête d'un porteur 2, lui-même installé sur le siège 3. Le point Cl est placé ici sur la partie supérieure du casque alors que les points C2 et C3 sont choisis sur le casque au niveau des oreilles du porteur. Les points S1,S2,S3 sont disposés sur l'appui-tête du siège, sensiblement au droit des points correspondants Ci, C2,C3 On a disposé des fils souples 4,5 et 6 respectivement entre les séries de points CI et S1, C2 et S2 puis C3 et S3. chaque fil est bobiné sur un enrouleur fixé sur le dossier du siège.On a ainsi représenté sur la figure 4 trois enrouleurs 7,8,9 disposés respectivement aux points S1,S2 et S35 Chaque enrouleur est muni d'un système mesurantla rotation effectuée lors du déroulement du fil. On peut utiliser à cet effet des résolveurs angulaires désignés ici par les chiffres 10,11 et 12. Des ressorts de rappel 13, 14 et 15 permettent d'assurer une légère tension sur les fils 4,5 et 6 afin que les frottements sur les axes des enrouleurs soient suffisants.Chacun des résolveurs 10,11 et 12 envoie des signaux électriques à un calculateur 16 qui, muni des données des résolveurs et compte-tenu des relations univoques pre-programmees, calcule les valeurs instantanées des angles et et La figure 3 illustre une intéressante variante de réalisation selon l1inventlon. Dans ce cas, un fil supplémen- taire 17 est prévu entre les points C4 (du casque) et S4 (du siège). Ceci permet d'augmenter encore la précision de la mesure des angles e et r . En effet, il devient possible de relier la valeur des angles o et Y avec la valeur des paramètres D1, D2, D3, D4 ou encore, selon des variantes : D1,D4,D3-D2 ; D1-D4, Dl,D2 ; D1-D4,D3-D2.... Des résolveurs R1,R2,R3,R4, mesurant les longueurs des fils D1,D2,D3,D4, envoient leurs signaux à un calculateur 18. Ce dernier permet d'obtenir, par utilisation des relations univoques préprogrammées, les valeurs des distances D1 à D4 à chaque instant et, de là, les valeurs des angles e et Bien entendu, les exemples ci-dessus ne sont donnés qu'à titre indicatif et la portée de la présente demande s'étend à tous les moyens équivalents dans le cadre des revendications qui suivent. -REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer à tout instant te positionnement d'un casque (1) fixé sur la tête d'un porteur (2) et soumis à des mouvements en rotation en site et en gisement, par rapport à une structure fixe (3) de type siège pour le porteur ou habitacle ou équivalent, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer les distances (D1,D2,D3...) entre au moins trois points (C1,C2,C3...) du casque et trois points correspondants (S1,S2,S3...) situés sur la structure fixe, lesdits points étant disposés de façon telle que deux relations univoques:: # = f# (D1,D2,D3...) et t= f&gamma;(D1,D2,D3...) permettent de retrouver avec une grande précision, inférieure au milliradian, les deux angles principaux de visée en site( & et en gisement (#) à partir des distances (D1,D2,D3...) 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits points sont disposés de façon telle que les deux angles ( #,&gamma; ) sont retrouvés selon des relations univoques particulières de type a fo [D1,(D2-D3)] et 6 = f# [ )1, (D2-D3) ] à partir des deux seuls paramètres D1 et D2-D3 3.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits points sont disposés de façon telle que les deux angles ( G , ) sont retrouvés selon des relations univoques particulières de type # = f# [D2, (01-03) ] et &gamma; = fT [D2, (D1-D3) ] à partir de deux seuls paramètres D2 et D1-D3 4.Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure les distances (D1 à D4) entre quatre points (C1 à C4) du casque (1) et quatre points correspondants (S1 à S4) situés sur la structure fixe (3), lesdits points étant disposés de façon telle que deux relations univoques # = f# (DS,D2,D3,D4) et = f&gamma; (Dl,D2,D3,D4) permettent de retrouver avec une grande précision les deux an gaies principaux # et à à partir des distances (D1 à D4) 5.Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits points sont disposés de façon telle que les deux angles ( , &gamma; ) sont retrouvés selon des relations univoques particulières de type = #Os L(Dl-D4), (D3-D2) ] et T =f&gamma;#(D1-D4) (D3-D2)0 à partir des deux seuls paramètres (Dl-D4) et (D3-D2) 6.Procédé selon l'une quelconque des revendications en ce que 1 à 5, caractérisé/ladite mesure des distances correspond à la longueur de fils souples et légers, tendus entre chaque point (C1 à C3 ou C4) du casque et le point correspondant (S1 à 53 ou S4) de ladite structure fixe (3), chaque fil étant enroulé sur un enrouleur (7,8, ou 9) attaché à la structure fixe et apte à se dérouler en créant sur le casque (1) une force inférieure à un Newton, quelle que soit la position de la tête du porteur, ledit enrouleur étant relié à un moyen électrique ou électronique(10,11 ou 12)mesurant avec précision l'angle de rotation de cet enrouleur. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tension du fil entre lesdits points (C1 à C3 ou C4) et (S1 à S3 ou S4) est assurée par un moyen choisi dans le groupe constitué par : un ressort ou une masselotte (5) attaché(e) à l'extrémité du fil opposée à celle de fixation au casque (i) et créant une légère tension sur le fil 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que une déconnection automati; que entre la liaison casque (1)-structure fixe (3) est prévue par désolidarisation de chaque fil avec le casque lorsque la tension appliquée sur le fil dépasse une valeur seuil prédéterminée. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite déconnection automatique est obtenue par épuisement de la longueur du fil enroulé autour de l'enroulFeur.