Brevet FR2795045A1 — publié le 20001222

DISPOSITIF ET PROCEDE D'AIDE AU ROULAGE AU SOL D'UN AERONEF L'invention se rapporte à un dispositif et à un procédé d'aide au roulage au sol d'un aéronef. Un des problèmes rencontrés lors du roulage au sol d'un aéronef est de pouvoir se positionner correctement par rapport à une piste sur laquelle il se déplace. Par la suite on entendra par piste toute surface où l'aéronef peut rouler notamment les pistes de décollage et d'atterrissage et les bretelles d'accès à ces pistes ou à des zones de stationnement de l'aéronef. Lorsqu'un aéronef roule hors de la piste, il peut notamment enliser un de ses trains d'atterrissage, ce qui peut lui causer des dommages. Ce problème est d'autant plus important que l'aéronef est lourd. Il est connu de guider l'aéronef au sol visuellement depuis sa cabine de pilotage à partir de recommandations établies par le constructeur de l'aéronef. De telles recommandations indiquent par exemple la façon de se positionner sur la piste pour effectuer un demi-tour. De la cabine de pilotage, il n'y a aucune visibilité des trains d'atterrissage de sorte que le pilote de l'aéronef n'a à sa disposition que des repères visuels liés à sa propre cabine pour situer les trains d'atterrissage par rapport à la piste. De plus, il est courant que la cabine de pilotage soit située devant le train d'atterrissage avant ce qui complique encore la manoeuvre. A titre d'exemple, on connaît aujourd'hui certains avions gros porteurs pour lesquels la cabine de pilotage est située à plus de cinq mètres devant le train avant. L'invention a pour but de faciliter le positionnement des trains d'atterrissage d'un aéronef par rapport à la piste sur laquelle il se déplace. Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet un dispositif d'aide au roulage au sol d'un aéronef comportant des trains d'atterrissage, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de prédiction de la trajectoire d'au moins un train d'atterrissage. Avantageusement, le dispositif comporte des moyens de visualisation et on affiche au moins un point de la trajectoire prédite sur les moyens de visualisation en superposition d'une image d'une piste sur laquelle évolue l'aéronef. Avantageusement encore, l'image de la piste est réelle et est obtenue au moyen d'une caméra. L'invention a également pour objet un procédé d'aide au roulage au sol sur une piste d'un aéronef comportant des trains d'atterrissage, caractérisé en ce qu'on détermine au moins un point de la trajectoire prédite d'au moins train d'atterrissage sur la piste, et en ce qu'on affiche le point de la trajectoire prédite en superposition d'une image représentant la piste. Avantageusement, dans ce procédé, on détermine le point de la trajectoire prédite en calculant la position de ce point à partir de la vitesse linéaire et de la vitesse de rotation l'aéronef. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un exemple de réalisation de l'invention appliqué à un avion, exemple illustré par le dessin joint dans lequel - la figure 1 représente un avion posé sur une piste et comportant une caméra placée sous son fuselage ; - la figure 2 représente une image issue de la caméra placée sous le fuselage de l'avion représenté figure 1, image comportant une représentation de la trajectoire prédite du train d'atterrissage principal de l'avion ; - la figure 3 représente un synoptique du traitement d'informations permettant de réaliser l'image représentée figure 2 ; - la figure 4 représente un avion posé sur une piste et comportant une caméra placée sur sa dérive ; - la figure 5 représente une image issue de la caméra placée sur la dérive de l'avion représenté figure 4, image comportant une représentation de la trajectoire prédite du train d'atterrissage principal de l'avion. Pour plus de commodité, les mêmes repères topologiques représenteront les mêmes éléments dans les différentes figures. La figure 1 représente un avion 1 posé sur une piste 2. Sous le fuselage 3 de l'avion 1, on a placé une caméra 4 sensiblement située dans le plan de symétrie de l'avion 1. Le plan de symétrie est parallèle au plan de la figure 1. La caméra 4 est située à l'arrière du train avant 5 de l'avion 1. Le champ 6 couvert par la caméra 4 est représenté à la figure 1 par une zone quadrillée. Le champ 6 s'ouvre vers l'avant de l'avion 1 de telle façon que le train avant 5 s'y trouve. Avantageusement le champ 6 couvre un angle vertical de 60 et un angle horizontal de 90 . L'angle de 60 s'étend au-dessous d'un plan horizontal 7 de telle façon que l'horizon, soit visible dans le champ 6, lorsque l'avion 1 est posé sur la piste 2. L'angle de 90 s'étend de façon symétrique de part et d'autre du plan de symétrie de l'avion 1. La caméra 4 comporte, par exemple, un dispositif à transfert de charges, bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de CCD (Charges Coupled Device). La caméra 4 a par exemple une définition de 720 points horizontalement par 484 points verticalement. La caméra 4 peut être munie d'un objectif ayant une distancé focale de 6 mm. Un tel objectif assure une grande profondeur de champ à la caméra 4, profondeur de champ s'étendant sensiblement depuis une distance d'un mètre de la caméra 4 jusqu'à l'infini. Cette profondeur de champ permet de visualiser correctement à la fois le train avant 5 et la piste 2. La figure 2 représente un exemple d'image 10 obtenue par la caméra 4. Le train avant 5 est visible sur l'image 10, il est sensiblement situé sur un axe 12 compris dans le plan de symétrie de l'avion 1. L'axe 12 est vertical et est situé au centre de l'image 10. Une ligne d'horizon 11 s'étend horizontalement. Elle est sensiblement située au quart supérieur de l'image 10. Sous la ligne d'horizon 11, on distingue essentiellement la piste 2. Sur la droite de l'image 10, en trait interrompu, apparaît un marquage central 13 de la piste 2. Sur la gauche de l'image 10, en trait plein, apparaît un marquage latéral 14 matérialisant un des bords de la piste. Sur la figure 2, la piste 2 visualisée présente des marquages 13 et 14 rectilignes. Dans l'exemple visualisé sur l'image 10, le train avant 5 est situé entre le marquage central 13 et le marquage latéral 14. Conformément à l'invention, on a représenté, en superposition de l'image 10, des traces 15 et 16 de la trajectoire prédite des trains d'atterrissage principaux 8 et 9 situés sous les ailes de l'avion 1 de part et d'autre du plan de symétrie de l'avion 1. La trace 15 représente la trajectoire prédite du train d'atterrissage 8 situé sur le côté droit de l'avion 1. La trace 16 représente la trajectoire prédite du train d'atterrissage 9 situé sur le côté gauche de l'avion 1. Sur l'image 10, la trace 15 est située entre le train avant 5 et le marquage latéral 14 ; la trace 16 est située entre le train avant 5 et le marquage central 13. On peut représenter sur l'image 10 des traces 15 et 16 continues, mais avantageusement les traces 15 et 16 comprennent chacune plusieurs pavés matérialisant chacun la trajectoire prédite à un instant futur précis. Par exemple, la trace 15 comprend un pavé 17 représentant la position prédite du train d'atterrissage 8 trois secondes après l'instant présent où l'image 10 est définie par la caméra 4. De même, la trace 15 comprend deux autres pavés 18 et 19 représentants deux autres positions prédites du train d'atterrissage 8. Le pavé 18 représente la position quatre secondes après l'instant présent et le pavé 19, six secondes après l'instant présent. De façon analogue, la trace 16 comprend un pavé 20 représentant la position prédite du train d'atterrissage 9, trois secondes après l'instant présent, un pavé 21, quatre secondes après l'instant présent ainsi qu'un pavé 22, six secondes après l'instant présent. Il est bien entendu que la répartition dans le temps des pavés 17 à 22 n'est donnée qu'à titre d'exemple et on pourra choisir tout autre répartition donnant au pilote de l'avion 1 la meilleure prédiction possible pour anticiper les manoeuvres de l'avion 1 sur la piste 2. Avantageusement, on peut également faire varier au moins une des dimensions de chaque pavé en fonction de la précision de calcul sur la position estimée des trains d'atterrissage 8 et 9 sur la piste 2. Pour illustrer cette possibilité, on a représenté figure 1, le pavé 19 plus large que le pavé 18, lui-même plus large que le pavé 17. II en est de même pour les pavés 20, 21 et 22. Plus la prédiction de la position des trains d'atterrissage 8_ et 9 est lointaine, plus l'incertitude sur la position est grande. C'est ce que l'élargissement des pavés cherche à représenter. D'autres représentations de l'incertitude sur le résultat du calcul de la prédiction sont possibles. On peut par exemple faire varier l'intensité lumineuse ou le contraste tout au long des traces 15 et 16. On a visualisé dans l'image 10 la position prédite des trains d'atterrissage 8 et 9 de l'avion 1. II est bien entendu possible de visualiser la position de n'importe quel train d'atterrissage : train avant 5 ou trains principaux 8, 9 ou encore l'ensemble de tous les trains simultanément. La figure 3 représente de façon schématique un exemple de chaîne de traitement de différentes informations pour obtenir l'image 10. La figure 3 représente le nez d'un avion 1 comportant une cabine de pilotage 30 dans laquelle se trouve un pilote 31. Les moyens de visualisation 32 comportent un écran, par exemple cathodique situé devant le pilote 31. Les moyens de visualisation 32 reçoivent un signal formant l'image 10. Ce signal provient de moyens de traitement vidéo 36. Les moyens 36 reçoivent un signal de la caméra 4 et un autre signal de moyens de prédiction de la trajectoire du train d'atterrissage de l'avion 37 noté calculateur sur la figure 3. Les moyens 36 assurent l'insertion de la trajectoire prédite dans une image issue de la caméra 4. Avantageusement, les moyens 36 assurent un traitement de l'image issue de la caméra 4, par exemple en réglant la dynamique de l'image ou, en convertissant le format de l'image pour l'adapter aux dimensions de l'écran. Avantageusement, le calculateur 37 reçoit un premier signal issu de moyens 38 pour déterminer la position instantanée de l'avion 1 et un deuxième signal issu de moyens 39 pour déterminer la vitesse de rotation de l'avion 1. Les moyens 38 déterminent la position, par exemple au moyen d'un réseau de satellites. Le réseau ainsi que les moyens de réception situés dans l'avion sont plus connus dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de GPS (Global Position System) : système de positionnement global. La position donnée par le GPS peut être affinée au moyen d'un émetteur situé à terre au voisinage de la piste 2. Les moyens 39 déterminent notamment la vitesse de rotation de l'avion 1 par exemple au moyen d'un ou plusieurs gyroscopes. Les moyens 39 utilisent par exemple un système de référence inertiel et de données aéronautiques bien connu dans la littérature anglo- saxonne sous le nom d'ADIRS (Air Data and Inertial Reference System). Les moyens 38 permettent également de connaître le vecteur vitesse linéaire par dérivation de l'évolution dans le temps de la position de l'avion 1, ainsi que le vecteur accélération linéaire de l'avion 1 par dérivation du vecteur vitesse de l'avion 1. L'évolution dans le temps du vecteur vitesse de rotation de l'avion 1 permet de déterminer, par dérivation, le vecteur accélération de rotation de l'avion 1. Les dérivations précédemment citées peuvent effectuées au moyen du calculateur 37. En supposant que la structure de l'avion 1 soit indéformable, et connaissant en un point, sa position instantanée, sa vitesse linéaire et de rotation ainsi que son accélération linéaire et de rotation, on peut, en utilisant des formules de cinématique du solide, déterminer pour chaque train d'atterrissage de l'avion 1 sa position instantanée, sa vitesse linéaire et son accélération linéaire. Ceci permet de prédire la trajectoire de chaque train d'atterrissage. Soit par exemple 0 le point où le GPS et l'ADIRS déterminent la position, les vitesses et les accélérations de l'avion 1. Au point 0, le vecteur vitesse linéaire est noté : Vo , le vecteur accélération linéaire est noté : Jo , le vecteur vitesse de rotation est noté : S2 et le vecteur accélération de rotation est noté : @ . Soit M le point du train d'atterrissage pour lequel on veut déterminer les paramètres définissant son mouvement. Au point M, le vecteur vitesse linéaire est noté : V.-, le vecteur accélération linéaire est noté : JM . On peut utiliser la relation suivante pour déterminer VM VM = Vo + S2 A OM où OM représente le vecteur séparant le point M du point 0 et où l'opérateur A représente le produit vectoriel des vecteurs S2 et OM. On peut utiliser la relation suivante pour déterminer JM II est ensuite possible de déterminer la position prédite du point M à un instant donné, éloigné de l'instant présent d'une valeur t au moyen de la relation suivante : _ où M0Mt représente le vecteur séparant le point M à l'instant t, noté Mt, du point M à l'instant présent noté M0. Par la suite on peut utiliser le calculateur 37 pour positionner des symboles représentant les pavés 17 à 22 à différents instants t dans l'image obtenue par la caméra 4. La caméra 4 ayant une position et une orientation connues par rapport à l'avion 1 et en supposant que la piste soit sensiblement plane, il est possible de connaître de façon biunivoque, dans un repère lié à l'avion 1, la position de chaque point de l'image obtenue par la caméra 4. Ainsi connaissant la position des pavés 17 à 22 dans le repère lié à l'avion, il est possible de les inclure dans l'image issue de la caméra 4 pour obtenir l'image 10. La figure 4 montre un autre exemple de position de la caméra 4 qui cette fois ci est située sur la dérive 41 de l'avion 1. Dans les deux figures 1 et 4, les caméras 4 sont orientés de façon semblable. L'avantage d'une caméra 4 positionnée sur la dérive de l'avion 1 est de permettre que le train principal 8, 9 soit dans le champ 40 de la caméra 4 Un exemple d'image 50 obtenue avec une position de caméra 4 telle que représentée figure 4 est représentée figure 5. Comme à la figure 2, on y voit l'horizon 11, les marquages de piste 13 et 14 ainsi que les traces 15 et 16. A titre d'alternative, il est possible de se passer de caméra 4 et de construire une image synthétique de la piste 2, des trains d'atterrissage et des traces 15 et 16. Néanmoins cette alternative présente l'inconvénient de plonger le pilote dans un espace complètement virtuel et décorrélé de la réalité. L'utilisation d'une caméra 4 permet accessoirement de visualiser des objets indésirables pouvant se trouver sur la piste 2 tels que par exemple un véhicule automobile ou une personne. Il est bien entendu possible de positionner une caméra 4 sur tout autre partie du fuselage ou des ailes de l'avion 1 comme par exemple sur le bord d'attaque d'ailerons stabilisateurs de l'avion 1. Certains avions 1 peuvent déjà comporter une caméra utilisée pour une autre fonction que celle de l'invention. Si cette caméra 4 donne une image de la piste 2, cette image peut alors être utilisée pour visualiser au moins un point de la trajectoire prédite d'au moins un des trains d'atterrissage de l'avion 1. II est avantageux que l'image obtenue par la caméra 4 comporte dans son champ au moins un des trains d'atterrissage de l'avion 1. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'aide au roulage au sol d'un aéronef (1) comportant des trains d'atterrissage (5, 8, 9) caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (37) de prédiction de la trajectoire d'au moins un train d'atterrissage (5, 8, 9). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de visualisation (32) et en ce qu'on affiche au moins un point (15 à 22) de la trajectoire prédite sur les moyens de visualisation (32) en superposition d'une image d'une piste (2) sur laquelle évolue l'aéronef (1). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'image de la piste (2) est obtenue au moyen d'une caméra (4). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la caméra (4) est située sous le fuselage (3) de l'aéronef (1), et en ce que le champ (6) de la caméra (4) est orienté vers l'avant de l'aéronef (1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la caméra (4) est située en arrière du train avant (5) de l'aéronef (1). 6. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la caméra (4) est située sur la dérive (41) de l'aéronef (1), et en ce que. le champ (6) de la caméra (4) est orienté vers l'avant de l'aéronef (1). _ 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le champ (6) de la caméra (4) comprend des trains d'atterrissage principaux (8, 9) de l'aéronef (1). 8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la caméra (4) est située sur le bord d'attaque d'ailerons stabilisateurs de l'aéronef (1). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'on affiche l'incertitude sur la prédiction de la trajectoire. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'on affiche la trajectoire prédite en des instants (t) discrets. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de prédiction comportent des moyens (37) de traitement recevant un premier signal issu de moyens (38) permettant de déterminer la vitesse linéaire (Vo ) de l'aéronef (1) et un second signal issu de moyens (39) permettant de déterminer la vitesse de rotation (S2) de l'aéronef (1), et délivrant un troisième signal représentatif de la trajectoire prédite. 12. Procédé d'aide au roulage au sol sur une piste (2) d'un aéronef (1) comportant des trains d'atterrissage (5, 8, 9), caractérisé en ce qu'on détermine au moins un point (15 à 22) de la trajectoire prédite d'au moins un train d'atterrissage (5, 8, 9) sur la piste (2), et en ce qu'on affiche le point (15 à 22) de la trajectoire prédite en superposition d'une image représentant la piste (2). 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on détermine le point (15 à 22) de la trajectoire prédite en calculant la position de ce point (15 à 22) à partir de la vitesse linéaire (Vo ) et de la vitesse de rotation (h) l'aéronef (1). .