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WO2004008265A1 - Procede pour guider et commander automatiquement un appareil et un dispositif mettant en oeuvre le procede - Google Patents

Procede pour guider et commander automatiquement un appareil et un dispositif mettant en oeuvre le procede Download PDF

Info

Publication number
WO2004008265A1
WO2004008265A1 PCT/FR2003/002071 FR0302071W WO2004008265A1 WO 2004008265 A1 WO2004008265 A1 WO 2004008265A1 FR 0302071 W FR0302071 W FR 0302071W WO 2004008265 A1 WO2004008265 A1 WO 2004008265A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rate
time
turn
variation
controlling
Prior art date
Application number
PCT/FR2003/002071
Other languages
English (en)
Inventor
François VIGNON
Gérald DUCOIN
Original Assignee
I2A
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by I2A filed Critical I2A
Priority to AU2003260654A priority Critical patent/AU2003260654A1/en
Publication of WO2004008265A1 publication Critical patent/WO2004008265A1/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/0202—Control of position or course in two dimensions specially adapted to aircraft

Definitions

  • the present invention relates to a method for automatically guiding and controlling an apparatus such as an airplane, a boat, a car or the like, a computer program and a device implementing the method.
  • devices well known including a GPS (Global Positioning System) generating a deviation signal corresponding to the difference between the relative position of the airplane and the desired trajectory in order to generate piloting commands as a function of said deviation signal.
  • GPS Global Positioning System
  • the navigation system includes a GPS programmed with a desired trajectory.
  • the GPS calculates the position of the aircraft and generates a deviation signal corresponding to the deviation of the aircraft from the desired trajectory.
  • a navigation computer uses the deviation signal in the calculation algorithm to generate piloting instructions as a function of said deviation signal to control the aircraft. Furthermore, if the difference measured exceeds a predetermined threshold, an alarm signal is communicated to a display screen or to another alarm to warn the pilot.
  • a method for automatically guiding and controlling an apparatus such as an airplane, a boat, a car or the like remarkable in that it comprises at least the following steps of:
  • a navigation sensor such as a GPS ( Global Positioning System) at a time t-1 then at a time t, then
  • the behavior data of the airplane are provided by gyroscopes or inertial devices of the airplane navigation system and where the control actions of the airplane depend of the difference between the position of the aircraft at an instant t and the desired trajectory recorded on the GPS
  • the behavior data of the aircraft are calculated from the difference between the data of the 3D vector of the device at time t-1 and the data of the 3D vector of the device at time t and that the control actions of the airplane depend on the variation of the behavior data at time t.
  • Another object of the invention relates to a computer program recorded on a medium implementing the method.
  • a last object of the invention relates to a device for automatically guiding and controlling an apparatus such as an airplane, a boat, a car or the like remarkable in that it consists of at least one housing comprising a computer, a memory on which the computer program is recorded, inputs connected to the outputs of at least one navigation sensor and outputs connected to the control means of the device, and of data entry means.
  • the navigation sensor consists of a GPS (Global Positioning System); however, the device according to the invention may also include a device for measuring the speed of the device in the air in order to modify the coefficient of variation of the rate of turn and / or the coefficient of variation of the rate of climb and / or an accelerometer to detect rapid changes in the behavior of the device.
  • GPS Global Positioning System
  • FIG. 1 is a schematic representation of the device for guiding and controlling an apparatus according to the invention installed on an aircraft
  • FIG. 2 is a schematic representation of the device for guiding and controlling a apparatus according to the invention
  • FIG. 3 is a flow diagram representing the different steps of the method for guiding and controlling a device according to the invention in the heading
  • FIG. 4 is a flowchart representing the different steps of the process for controlling an altitude according to the invention.
  • a device commonly known as an autopilot and a method for guiding and controlling an aircraft will be described; however, this device and this method can be adapted to guide and control all types of device such as a car or a boat for example.
  • the device consists of a housing 1 comprising a computer 2 consisting, for example, in a microprocessor such as a microprocessor 8031 sold by the company Intel, and a memory 3 on which is recorded the computer program as will be detailed later.
  • the device also comprises inputs 4 connected to the outputs of at least one navigation sensor 5 preferably consisting of a GPS (Global Positioning System) and outputs 6 connected to the control means of the device, said outputs 6 preferably being connected to the electrical trimmers of the control surfaces and the ailerons of the aircraft.
  • GPS Global Positioning System
  • the device also comprises display means 7 consisting of a liquid crystal screen 8, for example, data entry means 9 comprising three buttons 9a, 9b and 9c positioned under the screen 8 and which allow respectively to select a mode in a menu, a heading and an altitude, a potentiometer 10 for adjusting the brightness of the screen 8 positioned above the screen 8 and of the LEDs 11, 12 positioned on either side of the potentiometer 10 in order to d '' indicate the state of the device, namely its power-up and its activation in automatic mode respectively.
  • the display means 7 are advantageously positioned on the dashboard of the aircraft inside its cockpit.
  • the device includes advantageously visual and / or audible alarm means, a device for measuring the speed of the device in the air 13 in order to modify the coefficient of variation of the rate of turn and / or the coefficient of variation of the rate of climb and / or an accelerometer 14 capable of detecting rapid changes in the behavior of the aircraft in order to generate instructions to the controls of the aircraft to correct the behavior of the aircraft.
  • navigation sensor 4 can consist of any type of navigation sensor other than a GPS without departing from the scope of the invention.
  • the computer program recorded in the memory 3 of the device according to the invention is a means particularly suitable for implementing the method according to the invention which comprises at least the following steps:
  • a navigation sensor such as a GPS (Global Positioning System) at an instant t-1 then at an instant t, then
  • the second step of determining the behavior data of the device consists in calculate, in particular, a rate of turn to be temporary and a rate of turn at time t.
  • a rate of turn to be temporary a rate of turn at time t.
  • two alternative possibilities should be distinguished: in a first case, the pilot of the aircraft recorded in heading 3 of the device a heading instruction in the form of a heading to be held by means of the buttons 9a to 9c and, in a second case, the pilot recorded in memory 3 a heading instruction in the form of a rate of turn to be held.
  • the term “heading” means the projection of the direction of the trajectory of the aircraft onto a horizontal plane and not the direction of the aircraft.
  • the method consists in calculating a rate of turn to be held temporary (TDVATT) by:
  • step 102 by multiplying the difference calculated in step (a) by a prerecorded heading differential coefficient, step 102.
  • the rate of turn to be kept temporary (TDVATT) is advantageously included in an interval whose limits are the positive and negative values of a prerecorded maximum turn rate so that, if the temporary turn rate (TDVATT) is not included in the interval whose limits are the positive and negative values of the maximum turn rate prerecorded, the temporary turn rate (TDVATT) is equal to the positive or negative value of the maximum prerecorded turn rate.
  • step 103 the temporary turn rate to be kept (TDVATT) is equal to the recorded turn rate to be kept (TDVAT), step 104.
  • a turn rate at time t is determined in a step 105 by calculating:
  • the method according to the invention comprises the step of calculating the variation of the behavior data of the apparatus consisting in calculating the variation of the rate of turn at time t ( VTDV (t)) and the desired change in turn rate (VTDVS).
  • the calculation of the change in the turn rate at time t consists in calculating in a step 106 the difference between the turn rate at time t (TDV (t)) and the rate of turn at time t-1 (TDV (tl)) and the calculation of the variation in the desired turn rate (VTDVS) consists in calculating in a step 107 the difference between the turn rate to be kept temporary (TDVATT) and the rate of turn at time t (TDV (t)).
  • step 108 of actuating the control means of the apparatus as a function of the variation of the behavior data at time t consists at least in the following steps of:
  • step (b) multiplying the difference calculated in step (a) by a coefficient of variation of the rate of turn, and, finally
  • step (c) transforming the value obtained after step (b) in the form of a signal 109 as a function of this value in order to actuate the means for controlling the heading of the apparatus.
  • the signal 109 consists, for example, in an electrical signal of intensity proportional to the value calculated in order to actuate the electrical trimmers of the ailerons and / or of the rudder of the airplane.
  • the step of determining the behavior data of the device also consists in calculating a rate of climb or descent to be kept temporary and a rate of climb or descent at time t, the rate of descent corresponding to a negative value of the rate of ascent.
  • the method consists in calculating a rate of climb to be held temporarily (TDMATT) by:
  • step (a) calculating the difference between the altitude to be held (ATT) and the altitude at time t (alt (t)), then (b) by multiplying the difference calculated in step (a) by a coefficient prerecorded altitude differential, step 202.
  • the rate of climb to be kept temporary (TDMATT) is advantageously included in an interval whose limits are the positive and negative values of the maximum rate of climb prerecorded so that, if the rate temporary climb rate (TDMATT) is not included in the interval whose limits are the positive and negative values of a pre-recorded maximum climb rate, the temporary climb rate (TDMATT) is equal to the value positive or negative of the maximum rate of climb prerecorded.
  • step 203 the rate of climb to hold temporary (TDMATT) is equal to the rate of climb to hold recorded, step 204.
  • the rate of climb at time t is determined by calculating in a step 205:
  • step (b) by dividing the difference calculated in step (a) by the time interval between t and t-1 (st), said time interval consisting of the time (st) elapsed between the instant t-1 and the instant t.
  • the method comprises a step of calculating the variation of the behavior data of the apparatus consisting in calculating a variation in the rate of climb at time t (VTDM (t)) and a variation in the desired rate of climb (VTDMS).
  • the calculation of the variation in the rate of climb at time t consists in calculating in a step 206 the difference between the rate of climb at time t (TDM (t)) and the rate of climb at time t-1 (TDM (tl)) and the calculation of the variation in the desired rate of climb (VTDMS) consists in calculating in a step 207 the difference between the rate of climb to be kept temporary and the rate of climb at time t (CT (t)).
  • step 208 actuating control means of the unit "according to the variation of the behavior data at time t is at least the steps of:
  • step (b) multiplying the difference calculated in step (a) by a coefficient of variation of the prerecorded climb rate and, finally
  • step (c) transforming the value obtained after step (b) in the form of a signal 209 as a function of this value in order to activate the altitude control means of the apparatus.
  • the signal 209 consists, for example, in an electronic signal of intensity proportional to the value calculated previously in order to actuate the electrical trimmers of the elevators of the aircraft.
  • differential coefficients of altitude and climb and the coefficients of variation of the rate of turn and climb depend in particular on the technical characteristics of the device and on the style of piloting and are preferably configurable.
  • “Piloting style” means nervous piloting or flexible piloting, for example.
  • the behavior data of the device at time ti are advantageously compared with the behavior data of the device at time t 2 and / or to the heading and / or altitude setpoints recorded so that that, if the apparatus at time ti has not changed its behavior in accordance with the instructions transmitted to the control means at time t 2, a visual and / or audible alarm signal is emitted.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
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  • Navigation (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé pour guider et commander automatiquement un appareil tel qu'un avion, un bateau, une voiture ou analogue qui comprend au moins les étapes suivantes de la prise de mesure du vecteur 2D ou 3D de l'appareil, c'est-à-dire l'enregistrement des données en cap et/ou en altitude de l'appareil, par un capteur de navigation tel qu'un GPS (Global Positioning System) à un instant t-1 puis à un instant t, puis l'analyse de l'écart entre les données du vecteur 2D ou 3D de l'appareil à l'instant t-1 et les données du vecteur 2D ou 3D de l'appareil à l'instant t pour déterminer des données de comportement de l'appareil à l'instant t, puis le calcul de la variation des données de comportement de l'appareil, et finalement l'actionnement des moyens de commande de l'appareil en fonction de la variation des données de comportement à l'instant t.

Description

PROCEDE POUR GUIDER ET COMMANDER AUTOMATIQUEMENT UN APPAREIL ET UN DISPOSITIF METTANT EN OEUVRE LE PROCEDE
La présente invention concerne un procédé pour guider et commander automatiquement un appareil tel qu'un avion, un bateau, une voiture ou analogue, un programme d'ordinateur et un dispositif mettant en œuvre le procédé. Dans le domaine des procédés de pilotage automatique d'un avion et des dispositifs mettant en œuvre ces procédés, on connaît bien des dispositifs comprenant un GPS (Global Positionning System) générant un signal d'écart correspondant à l'écart entre la position relative de l'avion et la trajectoire désirée afin de générer des commandes de pilotage en fonction dudit signal d'écart.
C'est le cas par exemple du brevet international WO 99/236628 concernant un procédé et un dispositif pour contrôler un système de navigation utilisant des signaux d'écart fournis par des capteurs de navigation. Le système de navigation comprend un GPS programmé avec une trajectoire désirée. Le GPS calcule la position de l'avion et génère un signal d'écart correspondant à l'écart de l'avion par rapport à la trajectoire désirée. Un ordinateur de navigation utilise le signal d'écart dans l'algorithme de calcul pour générer des consignes de pilotage en fonction dudit signal d'écart pour contrôler l'avion. Par ailleurs, si l'écart mesuré excède un seuil prédéterminé, un signal d' alarme est communiqué à un écran d' affichage ou à une autre alarme pour avertir le pilote.
Tous ces procédés et ces dispositifs de pilotage automatique présentent l'inconvénient de nécessiter des gyroscopes ou des dispositifs inertiels similaires connectés au système de navigation pour déterminer le comportement de l'avion. Or, ces systèmes de navigation utilisant des gyroscopes sont particulièrement lourds et onéreux de sorte qu'ils ne peuvent pas être installés sur des petits avions de tourisme ou des ULM (Ultra Léger Motorisé) . L'un des buts de l'invention est donc de remédier à cet inconvénient en proposant un procédé pour guider et commander automatiquement un appareil tel qu'un avion, par exemple, permettant de s'affranchir des systèmes de navigation à gyroscopes ou à dispositifs inertiels, un programme d'ordinateur et un dispositif mettant en œuvre ledit procédé, de conception simple, légère et peu onéreuse .
A cet égard, et conformément à l'invention, il est proposé un procédé pour guider et commander automatiquement un appareil tel qu'un avion, un bateau, une voiture ou analogue remarquable en ce qu' il comprend au moins les étapes suivantes de :
- la prise de mesure du vecteur 2D ou 3D de l'appareil, c'est-à-dire l'enregistrement des données en cap et/ou en altitude de l'appareil, par un capteur de navigation tel qu'un GPS (Global Positioning System) à un instant t-1 puis à un instant t, puis
- l'analyse de l'écart entre les données du vecteur 2D ou 3D de l'appareil à l'instant t-1 et les données du vecteur 2D ou 3D de l'appareil à l'instant t pour déterminer des données de comportement de l'appareil à l'instant t, puis
- le calcul de la variation des données de comportement de l'appareil, et finalement
- l'actionnement des moyens de commande de l'appareil en fonction de la variation des données de comportement à l'instant t.
On comprend bien que, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur où les données de comportement de l'avion sont fournies par les gyroscopes ou les dispositifs inertiels du système de navigation de l'avion et où les actions de commande de l'avion dépendent de l'écart entre la position de l'avion à un instant t et la trajectoire désirée enregistrée sur le GPS, les données de comportement de l'avion sont calculées à partir de l'écart entre les données du vecteur 3D de l'appareil à l'instant t-1 et les données du vecteur 3D de l'appareil à l'instant t et que les actions de commande de l'avion dépendent de la variation des données de comportement à l'instant t. Un autre objet de l'invention concerne un programme d' ordinateur enregistré sur un support mettant en œuvre le procédé.
Enfin, un dernier objet de l'invention concerne un dispositif pour guider et commander automatiquement un appareil tel qu'un avion, un bateau, une voiture ou analogue remarquable en ce qu'il est constitué d'au moins un boîtier comprenant un calculateur, une mémoire sur laquelle est enregistrée le programme d'ordinateur, des entrées connectées aux sorties d'au moins un capteur de navigation et des sorties connectées aux moyens de commande de l'appareil, et de moyens de saisie de données.
De manière particulièrement avantageuse, le capteur de navigation consiste dans un GPS (Global Positionning System) ; toutefois, le dispositif suivant l'invention peut également comprendre un dispositif de mesure de la vitesse de l'appareil dans l'air afin de modifier le coefficient de variation du taux de virage et/ou le coefficient de variation du taux de montée et/ou un accéléromètre afin de détecter des modifications rapides du comportement de l' appareil .
Accessoirement le dispositif comprend des moyens d'affichage des données et/ou des moyens d'alarme visuels et/ou sonores. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, du procédé pour guider et commander automatiquement un appareil, du programme d' ordinateur et du dispositif mettant en œuvre le procédé conformes à l'invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique du dispositif pour guider et commander un appareil conforme à l'invention installé sur un avion, - la figure 2 est une représentation schématique du dispositif pour guider et commander un appareil conforme à l' invention, la figure 3 est un ordinogramme représentant les différentes étapes du procédé pour guider et commander en cap un appareil conforme à l'invention, la figure 4 est un ordinogramme représentant les différentes étapes du procédé pour commander en altitude un appareil conforme à l'invention..
On décrira, dans cet exemple non limitatif un dispositif communément appelé pilote automatique et un procédé pour guider et commander un avion; toutefois, ce dispositif et ce procédé pourront être adaptés pour guider et commander tous les types d'appareil tels qu'une voiture ou un bateau par exemple.
En référence aux figures 1 et 2, le dispositif suivant l'invention est constitué d'un boîtier 1 comprenant un calculateur 2 consistant, par exemple, dans un microprocesseur tel qu'un microprocesseur 8031 commercialisé par la société Intel, et une mémoire 3 sur laquelle est enregistrée le programme d'ordinateur comme il sera détaillé plus loin. Le dispositif comprend, par ailleurs, des entrées 4 connectées aux sorties d'au moins un capteur de navigation 5 consistant de préférence dans un GPS (Global Positionning System) et des sorties 6 connectées aux moyens de commande de l'appareil, lesdites sorties 6 étant de préférence connectées aux 'trims électriques des gouvernes et des ailerons de l'avion. Le dispositif comprend également des moyens d'affichage 7 constitués d'un écran 8 à cristaux liquides, par exemple, des moyens de saisie de données 9 comprenant trois boutons 9a, 9b et 9c positionnés sous l'écran 8 et qui permettent respectivement de sélectionner un mode dans un menu, un cap et une altitude, un potentiomètre 10 pour régler la luminosité de l'écran 8 positionné au dessus de l'écran 8 et des LED 11, 12 positionnées de part et d'autre du potentiomètre 10 afin d'indiquer l'état du dispositif à savoir sa mise sous tension et respectivement son activation en mode automatique. Les moyens d'affichage 7 sont avantageusement positionnés sur le tableau de bord de l'avion à l'intérieur de son cockpit.
Accessoirement, le dispositif comprend avantageusement des moyens d'alarme visuels et/ou sonores, un dispositif de mesure de la vitesse de l'appareil dans l'air 13 afin de modifier le coefficient de variation du taux de virage et/ou le coefficient de variation du taux de montée et/ou un accéléromètre 14 apte à détecter des modifications rapides du comportement de l'avion afin de générer des consignes aux commandes de l'avion pour corriger le comportement de l'avion.
Il est bien évident que le capteur de navigation 4 peut consister dans tout type de capteur de navigation autre qu'un GPS sans pour autant sortir du cadre de l' invention.
Le programme d'ordinateur enregistré dans la mémoire 3 du dispositif suivant l'invention est un moyen particulièrement adapté pour mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention qui comprend au moins les étapes suivantes de :
- prise de mesure du vecteur 2D ou 3D de l'appareil, c'est-à-dire l'enregistrement des données en cap et/ou en altitude de l'appareil, par un capteur de navigation tel qu'un GPS (Global Positioning System) à un instant t-1 puis à un instant t, puis
- analyse de l'écart entre les données du vecteur 2D ou 3D de l'appareil à l'instant t-1 et les données du vecteur 2D ou 3D de l'appareil à l'instant t pour déterminer des données de comportement de l'appareil à l'instant t, puis
- calcul de la variation des données de comportement de l'appareil, et finalement - actionnement des moyens de commande de l'appareil en fonction de la variation des données de comportement à l'instant t.
L'enregistrement des données en cap et en altitude de l'appareil par le GPS à l'instant t-1 puis à l'instant t ayant été préalablement effectué, la seconde étape de détermination des données de comportement de l'appareil consiste à calculer, notamment, un taux de virage à tenir temporaire et un taux de virage à l'instant t. En référence à la figure 3, il convient de distinguer deux possibilités alternatives : dans un premier cas, le pilote de l'avion a enregistré dans la mémoire 3 du dispositif une consigne en cap sous la forme d'un cap à tenir au moyen des boutons 9a à 9c et, dans un second cas, le pilote a enregistré dans la mémoire 3 une consigne en cap sous la forme d'un taux de virage à tenir. On observera que, dans la suite de la description, on entend par le terme « cap » la projection de la direction de la trajectoire de l'avion sur un plan horizontal et non pas la direction de l'avion.
Ainsi, si une consigne en cap a été enregistrée sous la forme d'un cap à tenir (CAT) dans une étape 101, le procédé consiste à calculer un taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) en :
(a) calculant la différence entre le cap à tenir (CAT) et le cap à l'instant t (cap(t)), puis
(b) en multipliant la différence calculée dans l'étape (a) par un coefficient différentiel de cap préenregistré, étape 102. On observera que le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) est avantageusement compris dans un intervalle dont les bornes sont les valeurs positives et négatives d'un taux de virage maximum préenregistré de sorte que, si le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) n'est pas compris dans l'intervalle dont les bornes sont les valeurs positives et négatives du taux de virage maximum préenregistré, le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) est égal à la valeur positive ou négative du taux de virage maximum préenregistré. Dans l'hypothèse où une consigne en taux de virage à tenir (TDVAT) a été enregistrée, étape 103, le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) est égal au taux de virage à tenir (TDVAT) enregistré, étape 104.
Par ailleurs, un taux de virage à l'instant t est déterminé dans une étape 105 en calculant :
(a) la différence entre le cap enregistré à l'instant t (cap(t)) et le cap enregistré à l'instant t-1 (cap(t-l)), puis (b) en divisant la différence calculée à l'étape (a) par l'intervalle de temps entre t et t-1 (Δt) , ledit intervalle de temps (st) consistant dans le temps écoulé entre l'instant t-1 et l'instant t. Après avoir déterminé les données de comportement de l'appareil, le procédé suivant l'invention comprend l'étape de calcul de la variation des données de comportement de l'appareil consistant à calculer la variation du taux de virage à l'instant t (VTDV(t)) et la variation du taux de virage souhaitée (VTDVS) .
Ainsi, le calcul de la variation du taux de virage à l'instant t (VTDV(t)) consiste à calculer dans une étape 106 la différence entre le taux de virage à l'instant t (TDV(t))et le taux de virage à l'instant t-1 (TDV(t-l)) et le calcul de la variation du taux de virage souhaité (VTDVS) consiste à calculer dans une étape 107 la différence entre le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) et le taux de virage à l'instant t (TDV(t)) .
Finalement, l'étape 108 d' actionnement des moyens de commande de l'appareil en fonction de la variation des données de comportement à l'instant t consiste au moins dans les étapes suivantes de :
(a) calcul de la différence entre la variation du taux de virage souhaité (VTDVS) et la variation du taux de virage à l'instant t (VTDV(t)), puis
(b) de multiplication de la différence calculée à l'étape (a) par un coefficient de variation du taux de virage, et, finalement
(c) de transformation de la valeur obtenue après l'étape (b) sous la forme d'un signal 109 en fonction de cette valeur afin d'actionner les moyens de commande du cap de l'appareil. Le signal 109 consiste par exemple, dans un signal électrique d' intensité proportionnelle à la valeur calculée afin d' actionner les trims électriques des ailerons et/ou de la gouverne de direction de l'avion.
Pour un appareil ne possédant qu'un vecteur 2D, c'est-à-dire pour un appareil se déplaçant dans un plan tel qu'une voiture ou un bateau, seules les données en cap sont enregistrées de manière itérative afin de permettre l'émission d'un signal pour actionner les moyens de commande en cap de l'appareil à chaque instant t.
Toutefois, pour un appareil possédant un vecteur 3D tel qu'un avion par exemple, l'étape de détermination des données de comportement de l'appareil consiste également à calculer un taux de montée ou descente à tenir temporaire et un taux de montée ou descente à l'instant t, le taux de descente correspondant à une valeur négative du taux de montée.
De la même manière que précédemment, en référence à la figure 4, il convient de distinguer deux possibilités alternatives : dans un premier cas, le pilote de l'avion a enregistré dans la mémoire 3 du dispositif une consigne en altitude sous la forme d'une altitude à tenir au moyen des boutons 9a à 9c et, dans un second cas, le pilote a enregistré dans la mémoire 3 une consigne en altitude sous la forme d'un taux de montée ou de descente à tenir.
Ainsi, si une consigne en altitude a été enregistrée sous la forme d'une altitude à tenir (AAT) dans une étape 201, le procédé consiste à calculer un taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) en :
(a) calculant la différence entre l'altitude à tenir (ATT) et l'altitude à l'instant t (alt(t)), puis (b) en multipliant la différence calculée dans l'étape (a) par un coefficient différentiel d'altitude préenregistré, étape 202. On notera que le taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) est avantageusement compris dans un intervalle dont les bornes sont les valeurs positives et négatives du taux de montée maximum préenregistré de sorte que, si le taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) n'est pas compris dans l'intervalle dont les bornes sont les valeurs positives et négatives d'un taux de montée maximum préenregistré, le taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) est égal à la valeur positive ou négative du taux de montée maximum préenregistré.
Dans l'hypothèse où une consigne en altitude a été enregristrée sous la forme d'un taux de montée à tenir (TDMAT) , étape 203, le taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) est égal au taux de montée à tenir enregistré, étape 204.
Par ailleurs, le taux de montée à l'instant t est déterminé en calculant dans une étape 205 :
(a) la différence entre l'altitude enregistrée à l'instant t (alt(t)) et l'altitude enregistrée à l'instant t-1 (ait (t-1)), puis
(b) en divisant la différence calculée à l'étape (a) par l'intervalle de temps entre t et t-1 (st) , ledit intervalle de temps consistant dans le temps (st) écoulé entre l'instant t-1 et l'instant t.
De la même manière que pour les données en cap, après avoir déterminer les données de comportement de l'appareil, le procédé comprend une étape de calcul de la variation des données de comportement de l'appareil consistant à calculer une variation du taux de montée à l'instant t (VTDM(t)) et une variation du taux de montée souhaité (VTDMS) .
A cet égard, le calcul de la variation du taux de montée à l'instant t (VTDM(t)) consiste à calculer dans une étape 206 la différence entre le taux de montée à l'instant t (TDM(t)) et le taux de montée à l'instant t-1 (TDM(t-l)) et le calcul de la variation du taux de montée souhaité (VTDMS) consiste à calculer dans une étape 207 la différence entre le taux de montée à tenir temporaire et le taux de montée à l'instant t (TDM(t)).
Finalement, l'étape 208 d' actionnement des moyens de commande de 'l'appareil en fonction de la variation des données de comportement à l'instant t consiste au moins dans les étapes suivantes de :
(a) calcul de la différence entre la variation du taux de montée souhaité (VTDMS) et la variation du taux de montée à l'instant t (VTDM(t)), puis
(b) de multiplication de la différence calculée à l'étape (a) par un coefficient de variation du taux de montée préenregistré et, finalement
(c) de transformation de la valeur obtenue après l'étape (b) sous la forme d'un signal 209 en fonction de cette valeur afin d'actionner les moyens de commande de l'altitude de l'appareil. Le signal 209 consiste, par exemple, dans un signal électronique d'intensité proportionnelle à la valeur calculée précédemment afin d'actionner les trims électriques des gouvernes de profondeur de l'avion.
On observera que les coefficients différentiels d'altitude et de montée et les coefficients de variation du taux de virage et de montée dépendent notamment des caractéristiques techniques de l'appareil et du style de pilotage et sont, de préférence, paramétrables. On entend par « style de pilotage » un pilotage nerveux ou un pilotage souple par exemple.
Par ailleurs, les données de comportement de l'appareil à l'instant ti sont avantageusement comparées avec les données de comportement de l'appareil à l'instant t2 et/ou aux consignes en cap et/ou en altitude enregistrées de telle sorte que, si l'appareil à l'instant ti n'a pas modifié son comportement conformément aux consignes transmises aux moyens de commande à l'instant t2 un signal d'alarme visuel et/ou sonore est émis.
Il est bien évident que les différentes étapes du procédé peuvent être réalisées en tout ou partie par des moyens mécaniques, électroniques ou similaires sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Enfin, il va de soi que le procédé pour guider et commander un appareil et le dispositif mettant en oeuvre le procédé conformes à l'invention peuvent être adaptés à tous les types d'appareils et que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de 1' invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil tel qu'un avion, un bateau, une voiture ou analogue caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes de : - la prise de mesure du vecteur 2D ou 3D de l'appareil, c'est-à-dire l'enregistrement des données en cap et/ou en altitude de l'appareil, par un capteur de navigation tel qu'un GPS (Global Positioning System) à un instant t-1 puis à un instant t, puis - l'analyse de l'écart entre les données du vecteur 2D ou 3D de l'appareil à l'instant t-1 et les données du vecteur 2D ou 3D de l'appareil à l'instant t pour déterminer des données de comportement de l'appareil à l'instant t, puis - le calcul de la variation des données de comportement de l'appareil, et finalement
- l'actionnement des moyens de commande de l'appareil en fonction de la variation des données de comportement à l'instant t.
2 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication précédente caractérisé en ce que la détermination des données de comportement de l'appareil consiste au moins à calculer un taux de virage à tenir temporaire et un taux de virage à l'instant t.
3 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 2 caractérisé en ce que, si une consigne en cap a été enregistrée sous la forme d'un cap à tenir (CAT), le procédé consiste à calculer un taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) en : (a) calculant la différence entre le cap à tenir (CAT) et le cap à l'instant t (cap(t)), puis
(b) en multipliant la différence calculée dans l'étape (a) par un coefficient différentiel de cap préenregistré .
4 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) est compris dans un intervalle dont les bornes sont les valeurs positives et négatives d'un taux de virage maximum préenregistré .
5 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 4 caractérisé en ce que, si le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) n'est pas compris dans l'intervalle dont les bornes sont les valeurs positives et négatives du taux de virage maximum préenregistré, le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) est égal à la valeur positive ou négative du taux de virage maximum préenregistré.
6 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 2 caractérisé en ce que, si une consigne en taux de virage à tenir (TDVAT) a été enregistrée, le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) est égal au taux de virage à tenir (TDVAT) enregistré.
7 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que le taux de virage à l'instant t
(TDV(t)) est déterminé en calculant :
(a) la différence entre le cap enregistré à l'instant t (cap(t)) et le cap enregistré à l'instant t-1 (cap (t-1)), puis (b) en divisant la différence calculée à l'étape (a) par l'intervalle de temps (Δt) entre t et t-1, ledit intervalle de temps (Δt) consistant dans le temps écoulé entre l'instant t-1 et l'instant t.
8 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant les revendications 1 à 7 caractérisé en ce que l'étape de calcul de la variation des données de comportement de l'appareil consiste au moins à calculer une variation du taux de virage à l'instant t (VTDV(t) et une variation du taux de virage souhaitée (VTDVS) .
9 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 8 caractérisé en ce que le calcul de la variation du taux de virage à l'instant t (VTDV(t) consiste à calculer la différence entre le taux de virage à l'instant t (TDV(t)) et le taux de virage à l'instant t-1 (TDV(t-l)).
10 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 8 caractérisé en ce que le calcul de la variation du taux de virage souhaité (VTDVS) consiste à calculer la différence entre le taux de virage à tenir temporaire (TDVATT) et le taux de virage à l'instant t (TDV(t) ) .
11 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant les revendications 1 à 10 caractérisé en ce que l'étape d' actionnement des moyens de commande de l'appareil en fonction de la variation des données de comportement à l'instant t consiste au moins dans les étapes suivantes de : (a) calcul de la différence entre la variation du taux de virage souhaité (VTDVS) et la variation du taux de virage à l'instant t (VTDV(t)), puis
(b) de multiplication de la différence calculée à l'étape (a) par un coefficient de variation du taux de virage, et, finalement
(c) de transformation de la valeur obtenue après l'étape (b) sous la forme d'un signal en fonction de cette valeur afin d' actionner les moyens de commande du cap de 1' appareil.
12 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la détermination des données de comportement de l'appareil consiste à calculer un taux de montée ou descente à tenir temporaire (TDMATT) et un taux de montée ou descente à l'instant t (TDM(t)), le taux de descente correspondant à une valeur négative du taux de montée.
13 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 12 caractérisé en ce que, si une consigne en altitude a été enregistrée sous la forme d'une altitude à tenir (AAT), le procédé consiste à calculer un taux de montée à tenir temporaire en :
(a) calculant la différence entre l'altitude à tenir (AAT) et l'altitude à l'instant t (alt(t)), puis
(b) en multipliant la différence calculée dans l'étape (a) par un coefficient différentiel d'altitude préenregistré . 14 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 13 caractérisé- en ce que le taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) est compris dans un intervalle dont les bornes sont les valeurs positives et négatives du taux de montée maximum préenregistré.
15 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 14 caractérisé en ce que, si le taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) n'est pas compris dans l'intervalle dont les bornes sont les valeurs positives et négatives d'un taux de montée maximum préenregistré, le taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) est égal à la valeur positive ou négative du taux de montée maximum préenregistré.
16 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 12 caractérisé en ce que, si une consigne en taux de montée à tenir (TDMAT) a été enregistrée, le taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) est égal au taux de montée à tenir enregistré.
17 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant l'une quelconque des revendications 11 à 15 caractérisé en ce que le taux de montée à l'instant t (TDM(t) est déterminé en calculant :
(a) la différence entre l'altitude enregistrée à l'instant t (alt(t) et l' altitude enregistrée à l'instant t-1 (ait (t-1) ) , puis
(b) en divisant la différence calculée à l'étape (a) par l'intervalle de temps (Δt) entre t et t-1, ledit intervalle de temps (Δt) consistant dans le temps écoulé entre l'instant t-1 et l'instant t. 18 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant les revendications 1 à 17 caractérisé en ce que l'étape de calcul de la variation des données de comportement de l'appareil consiste à calculer une variation du taux de montée à l'instant t (VTDM(t) et une variation du taux de montée souhaité (VTDMS) .
19 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 18 caractérisé en ce que le calcul de la variation du taux de montée à l'instant t (VTDM(t)) consiste à calculer la différence entre le taux de montée à l'instant t (TDM(t)) et le taux de montée à l'instant t-1 (TDM(t-l)).
20 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant la revendication 18 caractérisé en ce que le calcul de la variation du taux de montée souhaité (VTDMS) consiste à calculer la différence entre le taux de montée à tenir temporaire (TDMATT) et le taux de montée à l'instant t (TDM(t) ) . 21 - Procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant les revendications 1 à 20 caractérisé en ce que l'étape d' actionnement des moyens de commande de l'appareil en fonction de la variation des données de comportement à l'instant t consiste au moins dans les étapes suivantes de :
(a) calcul de la différence entre la variation du taux de montée souhaité (VTDMS) et la variation du taux de montée à l'instant t (VTDM(t)), puis
(b) de multiplication de la différence calculée à l'étape (a) par un coefficient de variation du taux de montée préenregistré et, finalement
(c) de transformation de la valeur obtenue après l'étape (b) sous la forme d'un signal en fonction de cette valeur afin d' actionner les moyens de commande de l'altitude de l'appareil.
22 - Programme d'ordinateur enregistré sur un support caractérisé en ce qu' il met en œuvre le procédé pour guider et commander automatiquement un appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 21. 23 - Dispositif pour guider et commander automatiquement un appareil tel qu'un avion, un bateau, une voiture ou analogue pour la mise en œuvre du programme d' ordinateur selon la revendication 22 caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un boîtier (1) comprenant un calculateur (2), une mémoire (3) sur laquelle est enregistrée le programme d'ordinateur, des entrées (4) connectées aux sorties d'au moins un capteur de navigation (5) et des sorties (6) connectées aux moyens de commande de l'appareil, et de moyens de saisie de données (9a, 9b, 9c).
24 - Dispositif suivant la revendication 23 caractérisé en ce que le capteur de navigation (5) consiste dans un GPS (Global Positionning System) . 25 - Dispositif suivant les revendications 23 et 24 caractérisé en ce que le capteur de navigation consiste dans un dispositif de mesure de la vitesse de l'appareil
(13) dans l'air afin de modifier le coefficient de variation du taux de virage et/ou le coefficient de variation du taux de montée.
26 - Dispositif suivant les revendications 23 à 25 caractérisé en ce que le capteur de navigation consiste dans au moins un accéléromètre (14) afin de détecter des modifications rapides du comportement de l'appareil. 27 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 23 à 26 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'affichage des données (7).
28 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 23 à 27 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'alarme visuels et/ou sonores.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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