FR2564614A1

FR2564614A1 - Systeme de commande et de guidage de vehicules

Info

Publication number: FR2564614A1
Application number: FR8418048A
Authority: FR
Inventors: Peter Joseph Reeve; Michael Philip Robins; Malcolm Thomas Roberts
Original assignee: General Electric Co PLC
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1984-11-27
Publication date: 1985-11-22
Also published as: KR920008053B1; DE3490712C2; SE8600169L; GB2158965A; IE55783B1; CH667930A5; JPS61502149A; GB2158965B; CA1230399A; IE842728L; FR2564614B1; KR860700161A; GB8412425D0; SE457023B; WO1985005474A1; DE3490712T1; SE8600169D0

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME DE COMMANDE ET DE GUIDAGE DE VEHICULE. UNE ROUTE DESIREE A, B, C, D POUR LE VEHICULE EST MEMORISEE DANS LE VEHICULE SOUS FORME DE COORDONNEES PAR RAPPORT AU SOL; LES VECTEURS AB, BC, CD ENTRE LES POINTS DE JONCTION SONT DIVISES EN VECTEURS INCREMENTIELS PAR DES POINTS DE REFERENCE SUCCESSIFS ENGENDRES EN AVANT DU VEHICULE T A INTERVALLES REGULIERS; UN SYSTEME DE REPERAGE PREVISIONNEL DE POSITION PREDEFINIT LA POSITION DU VEHICULE A LA FIN DE CHAQUE INTERVALLE ET CETTE ESTIMATION EST CORRIGEE PAR UN SYSTEME DE DETECTION INDEPENDANT A CIBLES FIXES 13 UTILISANT UN LASER DE BALAYAGE; L'ERREUR ENTRE LA POSITION ESTIMEE DU VEHICULE ET LE VECTEUR INCREMENTIEL LOCAL PERMET UNE CORRECTION D'ANGLE DE DIRECTION DU VEHICULE, ET LA VITESSE DU VEHICULE EST FONCTION DU RETARD DU VEHICULE PAR RAPPORT A LA GENERATION DES POINTS DE REFERENCE.

Description

La présente invention concerne un système de commande et guidage de

véhicules, dans lequel un ou plusieurs véhiculescomportant chacun son propre système d'entraînement et de direction,peuvent être déplacés avec précision à l'intérieur d'une zone prédéterminée. Bien que la position d'un véhicule en des endroits particuliers puisse être déterminée avec précision en utilisant des détecteurs installés à bord et des éléments externes de repérage de position, des difficultés se produisent quand on essaye de commander avec précision le mouvement d'un véhicule entre

ces endroits particuliers d'une façon uniforme et économique.

Généralement,un véhicule sans occupants est obligé de se déplacer le long de trajets prédéterminés, en utilisant soit des rails fixes qui entrent en contact avec les roues, soit des câbles (ou des lignes métalliques analogues)

enfouis au-dessous des trajets à suivre. De telles installa-

tions à voies ou câbles sont coûteuses et défavorablement permanentes puisque des trajets sont ainsi déterminés par l'installation.

Un objet de la présente invention est par consé-

quent de créer un système de commande de véhicules sans occu-

pants mais librement déplaçables,de façon à simuler un véhi-

cule commandé par conducteur avec une route à suivre.

Conformément à la présente invention, un système de commande et guidage de véhicule comprend un véhicule, pnut'vut d'un moteur pour son entraînement, un moyen de direction pour commander le parcours du véhicule, un moyen de repérage prdx i.;irorQel de position pour déterminer la position et l'orientation de la trajectoire du véhicule sur une base incrémentale, un moyen de détection électromagnétique de direction pour produire des déterminations séquentielles du gisement,par rapport au véhicule.d'une ou plusieurs cibles de référence fixes, un moyen pour corriger des déterminations de repérage de position de trajectoire de véhicule en fonction des déterminations de gisement. des cibles de référence, un moyen pour définir une route désirée pour le véhicule et un moyen pour commander le moteur ou moyen

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d'entraînement en fonction d'erreurs entre la détermination

corrigée de positiondu véhicule et la route désirée.

Le moyen de définition d'une route désirée com-

prend de préférence une mémoire pour mémoriser la route sous la forme d'une série de segments rectilignes et un

moyen pour convertir la jonction desdits segments recti-

lignes en des seqments de transition à courbure régulière.

Il est de préférence prévu un moyen pour mémori-

ser chaque segment rectiligne et chaque segment incurvé, une vitesse maximale admissible du véhicule et une largeur de trajet admissible en concordance avec les conditions

locales de route.

Le dispositif de repérage prévisionnel de posi-

tion peut comprendre un moyen pour estimer la position et l'orientation de trajectoire du véhicule après chacun d'une série d'incréments de temps ou de distance, à partir de la position et l'orientation de trajectoire du véhicule

au début de l'incrément et en fonction du mouvement d'avan-

cement et de rotation du véhicule pendant l'incrément.

Le système comprend de préférence un moyen pour prévoir le gisement d'une cible de référence par rapport au véhicule, sur la base de la position estimée du véhicule

et de la dernière position déterminée de la cible de réfé-

rence. On peut inclure des moyens établissant une erreur différentielle de gisement entre le gisement prévu pour la cible et le gisement de la cible qui est déterminé par le moyen de détection électromagnétique de direction, un filtre Kalman engendrant des produits de correction, qui sont des produits de l'erreur de gisement et de facteurs de gain de Kalman en fonction de chacune des coordonnées de position et de la trajectoire du véhicule, ainsi que des moyens pour combiner les produits de correction avec les estimations respectives de position et de l'orientation de trajectoire qui sont fournies par le dispositif de repérage prévisionnel de position, les résultats de la combinaison

étant les meilleures estimations de la position et de l'orienta-

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tion de trajectoire du véhicule.

Il est prévu de préférence un moyen pour appli-

quer les meilleures estimations au dispositif de repérage prévisionnel de position comme base à partir de laquelle il est possible d'estimer la position et la trajectoire du véhicule un incrément plus tard. Des moyens peuvent être prévus pour établir séquentiellement les coordonnées des points de référence incrémentiels définissant sur lesdits segments des vecteurs incrémentiels, la distance entre lesdits

points étant égale au produit de la vitesse maximale admis-

sible pour ce segment et d'un incrément temporel de base.

On peut également prévoir un moyen de détection d'erreur pour comparer les meilleures estimations de la position et de

l'orientation de trajectoire du véhicule avec la position et.

l'orientation de trajectoire du vecteur incrémental le plus rapproché et pour produire des signaux d'erreurs de distance et de trajectoire, ainsi que des moyens pour produire un signal d'imposition d'angle de direction en fonction des

signaux d'erreurs de distance et d'orientation de trajectoire.

Ce moyen de détection d'erreur comprend de préférence un

moyen pour transformer les coordonnées des meilleures estima-

tions de la position et de l'orientation de trajectoire du véhi-

cule en une trame de référence comportant un axe de coordon-

nées aligné avec un vecteur incrémentiel local et comportant une origine coïncidant avec le point de référence sur lequel

le vecteur iIrémPntiel local est dirigé.

Un signal d'imposition de vitesse pour le véhi-

cule peut être établi en fonction du nombre de points de référence qui sont engendrés en avant de la position du

véhicule.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention seront mis en évidence dans la suite de la descrip-

tion, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'une zone du sol d'une usine montrant une route de véhicule; la figure 2 est une vue schématique d'un véhicule

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à guider et à commander;

les figures 3 et 4 sont des représentations gra-

phiques mettant en évidence la position et l'orientation du véhicule sur la zone du sol d'une usine en relation avec des axes de coordonnées de l'usine; les-figures 5 et 6 montrent schématiquement la route d'un véhicule, la largeur de gabarit du véhicule et des coudes dans la route; la figure 7 est un schéma à blocs du système; la figure 8 est un schéma à blocs d'un processus à filtre Kalman du système; la figure 9 est un diagramme montrant des erreurs de déplacement et de trajectoire du véhicule; et la figure 10 est un diagramme montrant une transformation entre des coordonnées de "trame d'usine" et des coordonnées de "trame de véhicule" pour la détermination d'erreurs de position.

Il apparaît que, dans cette description,

l'expression "dispositif de repérage prévisionnel de posi-

tion" se rapporte à un dispositif de conduite qui est basé sur une détection du mouvement relatif entre un véhicule

et le sol.

En référence aux dessins, la figure 1 représente

une zone de sol 1 d'une usine comportant des axes de coor-

données X et Y qui sont tracés sur cette zone de façon à établir un système de coordonnées. Les coordonnées d'une position dans cette zone seront appelées des "coordonnées d'usine" pour les distinguer de "coordonnées de véhicule"

qui interviendront dans la suite de la description.

Un véhicule T, qui peut être un chariot plat porteur de charge, doit se déplacer, sans occupant, dans la zone 1 entre des stations A, B, C et D le long d'une

route définie par les coordonnées d'usine desdites stations.

La route représentée est évidemment donnée purement à titre d'illustration et elle peut être en fait plus ou moins compliquée. Egalement en référence à la figure 2, le véhicule

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comprend des roues motrices 3 qui sont accouplées à un

mécanisme différentiel approprié ainsi qu'une roue directri-

ce 5 prévue à une ou bien aux deux extrémités, dont l'angle

de direction peut être commandé et qui comporte un transduc-

teur d'angle de direction (non représenté) ainsi qu'un transducteur de "distance parcourue" (non représenté) à

des fins de correction par rétroaction.

Les roues motrices 3 sont commandées en vitesse et elles sont entrainées d'une manière connue au moyen d'une boîte de vitesses et d'un convertisseur à courant continu

à partir d'une batterie 7.

Les caractéristiques essentielles du véhicule consistent en ce qu'il comporte un équipement d'entraînement

pouvant être commandé en angle de direction et en vitesse.

L'agencement mécanique effectif peut évidemment être optimi-

sé pour les applications de l'invention, mais cela n'est pas fon-

doamcrnldl. Alinsi, une direction peut être assurée en variante par une commande différentielle des deux roues motrices au lieu de la commande d'une roue directrice. La structure mécanique de l'équipement de véhicule n'a par conséquent

pas besoin d'être plus détaillée ici.

Un dispositif électronique 9 de commande d'entrai-

nement et de guidage reçoit des signaux de distance et d'angle de direction provenant de la roue directrice 5 et fournit des signaux de commande d'angle de direction et des signaux de commande de vitesse comme cela sera expliqué

dans la suite.

L'équipement décrit ci-dessus est nécessaire pour un système de conduite à repérage prévisionnel de position,dans lequel la position du véhicule est déterminée sur une base incrémentale à partir d'une connaissance de la distance parcourue et de la direction prise. De tels systèmes tout en étant satisfaisants dans certaines situations o les distances sont faibles, peuvent être affectés par des erreurs cumulatives imputables à un patinage des roues, à des surfaces inégales, à l'usure, etc. En conséquence, une caractéristique de la présente invention consiste à prévoir un système de contrôle de référence et de correction qui est basé sur la détection de points fixes de référence

et sur la localisation du véhicule par rapport à ceux-ci.

Le véhicule est pourvu d'une source laser 11,qui est montée pour tourner de façon continue autour d'un axe vertical. Le faisceau laser a une largeur étroite et une grande hauteur de façon à former une ligne de rayonnement mince verticale arrivant sur une cible antagoniste. Un certain nombre de cibles 13 sont fixées en différentes positions autour de la zone de manière que, autant que possible, une ou plusieurs I desdites cibles puissent être vues par le véhicule depuis n'importe quelle position de ladite zone. Evidemment, dans une situation rencontrée dans une usine, des équipements uon d(dp1ac;s et susceptibles de masquer une ou plusieurs des cibles à partir de certaines positions. Dans de telles

circonstances, le système de repérage prévisionnel de posi-

tion peut agir, temporairement au moins, "de sa propre ini-

tiative".

Les cibles 13 sont formées par des rétro-réflec-

teurs qui renvoient la lumière incidente dans la direction

d'o elle provient. Ils peuvent être formés de bandes verti-

cales d'une matière rétro-réfléchissante, les bandes étant codées en largeur ou bien en présence et en absence, de façon

h donrr trune indication de leur identité. Elles peuvent com-

modément être placées sur des panneaux positionnés à une hlllteLur al) ppropriée au niveau de la tête ou au-dessus pour éviter au faisceau laser d'être arrêté par des objets se trouvant sur le sol. Le faisceau laser d'exploration peut donc être dirigé vers le haut et il peut avoir une étendue angulaire verticale suffisante pour balayer

les cibles se trouvant dans les portées correspondantes.

Le sytème d'analyse par laser fait l'objet de la dtimancle t1e brevet GB833 13 339 et il ne sera pas décrit de f'on, plus; dç>t ai 1lée dans ce qui suit ici: Le véhicule comprend un récepteurqui reçoit le faisceau réfléchi par une cible 13 et qui fournit une

indication de la direction du faisceau réfléchi et par consé-

quent de la direction de la cible par rapport à la trajectoire

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du véhicule.

Ce dernier paramètre est l'angle que fait l'axe

longitudinal du véhicule avec l'axe des X du système de coordon-

nées d'usine. La "trajectoire" n'est pas nécessairement la direction de déplacement puisque la roue directrice peut

ne pas se trouver dirigée vers l'avant à ce moment.

Il est également inclus dans l'équipement du véhicule un microprocesseur et un accessoire de mémorisation

de données 19. Parmi les données mémorisées avant une opéra-

tion de déplacement, on peut citer la "carte" de route sous la forme des coordonnées des points A, B, C et D. La route peut comprendre des sections qui nécessitent une vitesse réduite du véhicule et la limitation de la vitesse pour chaque section rectiligne (segment ou vecteur) A à B, etc.,

est spécifiée et mémorisée.

En addition à des limitations imposées en ce qui concerne la vitesse le long de chaque vecteur de route, il peut arriver que la tolérance concernant un déplacement transversal du véhicule à partir de la ligne routière varie d'un vecteur à un autre. Il est par conséquent prévu pour

chaque vecteur un gabarit de largeur au-delà duquel le véhi-

cule ne doit pas sortir et ce gabarit peut varier à des jonc-

tions de vecteurs. La largeur de trajet ou gabarit de largeur pour r'haque vecteur est également mémorisé

a -nt chaoue odérat ion de déplacement. -

L'information précitée, une identification de

route (coordonnées de points de jonction), une vitesse admis-

sible dans chaque vecteur et un gabarit de largeur pour chaque vecteur, peuvent être mémorisés dans la mémoire de données di véhicule par insertion manuelle d'un programme ou bien peuvent être communiqués par une station de base à une balise de communication 17 installée sur le véhicule, la balise acceptant et laissant passer les données vers la mémoire de données diJ véhicule et vers le microprocesseur 19. L'unité de communication peut -informer régulièrement

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la station de base de la position présente du véhicule ou

bien elle peut être interrogée dans le même but.

L'opération et le processus correspondants vont être expliqués en référence aux figures suivantes. La figure 3 met en évidence les coordonnées de navigation d'un véhicule, la position étant définie par les coordonnées "d'usine" x et y, l'orientation de trajectoire du véhicule étant définie par l'angle ', c'est-à-dire l'angle formé entre l'axe du véhicule et l'axe des X, la vitesse d'avancement étant définie par V et la vitesse de rotation, c'est-à-dire la vitesse angulaire du véhicule, étant désignée par U.

La figure 4 illustre additionnellement les coor-

données véhicule-cible. Le réflecteur de cible R, défini par les coordonnées d'usine xi et yi, est détecté suivant un angle Gi par rapport à l'orientation de trajectoire du véhicule, le véhicule proprement dit ayant des coordonnées de position x et y, et une orientation de trajectoire ' à

un instant particulier "t".

La figure 5 montre la jonction de deux vecteurs o les gabarits de largeur, qui sont déterminés par les données mémorisées, sont les mêmes. Il est essentiel pour obtenir un fonctionnement uniforme que la route soit continue et non anguleuse aux jonctions de vecteurs.et un trajet ou

segment incurvé est calculé pour franchir l'intersection.

Un impératif consiste en ce que la courbure doit être aussi faible que possible (c'est-à-dire que le rayon de courbure doit être maximum) pour réduire les forces s'exerçant sur le véhicule franchissant le coude, tandis que>simultanément7 le gabarit de largeur de jonction ne doit nulle part être inférieur au

plus petit des deux gabarits de largeurs de la trajectoire.

Sur la figure 5, le rayon de courbure est par coriséquent? égal à la moitié du gabarit de largeur commun. Cependantsur la figure 6, qui montre des jonctions entre des vecteurs ayant des gabarits de largeurs différents, les courbes de raccordement ont respectivement des rayons PWa/2 et PWb/2 aux points E et F. On va maintenant considérer la figure 7 qui

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représente, sous la forme d'un schéma à blocs, le processus

de navigation effectué sur le véhicule.

Des données indiquant les points de coordonnées

de la route et les gabarits de largeurs des différents vec-

teurs routiers sont reçues en provenance de la station-de base(15) et mémo- risées (21). Le processeur calcule ensuite (23) les courbes régulières de

raccordement nécessaires aux jonctions de vecteurs, comme mentionné précé-

demment, sur la base des gabarits 22 de largeurs. Les courbes à rayon cons-

tant proposées sur les figures 5 à 7 ne sonten faitpas

poàsiblîn à réaliser puisqu'une transition entre une trajec-

toire rectiligne et une courbe circulaire ferait intervenir

une variation instantanée de la vitesse angulaire depuis une valeur nulle jus-

qu'à une vitesse angulaire finie, et il en résulterait par consé-

quent une accélération et une force de valeurs infinies.

Une courbe idéale ferait intervenir une augmentation linéaire

de courbure,puis une diminution linéaire de courbure dans le coude.

Une approximation de cette courbe est fournie par l'équation suivante: (Z) = (1+ 2 ( - xl + 22 (1-x) 2 +3.(1) - oû désigne la fraction en laquelle le coude est divisé,

c'est-à-dire des dixièmes, des quinzièmes, ou d'autres divi-

sions, X2 est un vecteur représentant les coordonnées d'un point de jonction; x et x sont les vecteurs représentant les coordonnées des

-1 -3

points situés au début et à la fin de la courbe; et x est le vecteur général représentant les coordonnées de

points de la courbe après chaque fraction OD.

En conséquence, en donnant à ( des valeurs de un-dixième, deux-dixièmes, trois-dixièmes, on obtient les coordonnées de points successifs sur la courbe. Ce processus est effectué

en 23 sur la figure 7, en utilisant une valeur de c détermi-

née comme cela est expliqué.

Ce principe de définition incrémentale des cour-

bes est en fait le même pour les parties rectilignes, les coordonnées successives de points se trouvant sur les parties rectilignes étant définies par:

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x (c) = (1 -) x + o x et xl sont les coordonnées de points se trouvant au

début et à la fin de la partie rectiligne.

Bien que la longueur de la partie rectiligne puisse être couramment de 20 ou 30 m, la longueur de chaque section, c'est-à-dire de chaque vecteur incrémentiel, est couramment de l'ordre de 5 cm. La fractionOd aurait alors

une valeur d'environ 1/500.

Cette génération des vecteurs incrémentiels, est

effectuée dans le bloc 25 et elle utilise des données ini-

tiales (27) définissant les limites de vitesse qui sont

applicables aux différents vecteurs routiers.

Chaque vecteur incrémentiel est défini par les coordonnées du point (le "point de référence") se trouvant à son extrémité avant. La génération de chaque point de référence se produit une fois dans un intervalle de temps de base (correspondant avantageusement à 20 Hz), qui est

fourni par un générateur d'impulsions d'horloge du système.

Puisque la vitesse (maximale) pour chaque vecteur est prédé-

terminée et puisque l'intervalle de temps est fixe, la

longueur maximale de chaque vecteur incrémentiel est déter-

minée. En conséquence, pour une vitesse de 1 m/s, la lon-

gueur du vecteur incrémeneriel est de 5 cm. Après avoir ainsi déterminé la longueur maximale,on peut réduire légèrement

celle-ci pour que le nombre de vecteurs incrémentiels inter-

venant dans le vecteur routier soit un iombre entier, dont

(ci-dessus) est l'inverse.

Il est évident que, si la longueur du vecteur i0crémentieI est réduite à partir de son maximum admissible, la vitesse du véhicule pour cette partie de la route sera réduite en correspondance. On assure ainsi une commande

dynamique de la vitesse.

En définissant la courbe comme expliqué ci-dessus, par calcul de points de référence successifs, la valeur incrmecrtieJll de référence de l'orientation de trajectoire v est déterminée comme l'angle de la trajectoire entre des points sucessifs de référence (par rapport à l'axe des X

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du système de coordonnées d'usine.

Les points de référence ainsi calculés, qui définissent évidemment la route nécessaire par opposition

à la route réelle suivie, sont établis une fois par inter-

valle de base et sont mémorisés pour une comparaison avec

les positions "réelles" prises par le véhicule. Ces posi-

tions "réelles" sont,en faitdes estimations qui sont déri-

vées du système de repérage prévisionnel de position et qui sont contrôlées et corrigées par le système de référence

laser/cible.

Si les points de référence engendrés progressent pour

se trouver très cn avant du véhicule, à cause d'une inertie, etc., la diffé-

rence de position entre le point de référence le plus ancien et le véhicule peut être considérée comme une erreur de distance que le véhicule s'efforce de réduire. Plus l'erreur de distance est grande, plus la vitesse du véhicule doit être élevée (en restant dans les limites établies pour le vecteur ou coude particulier de la route) pour essayer de la réduire. Inversement, la vitesse devrait être réduite si les points de référence engendrés n'étaient situés que juste

en avant de la position du véhicule. Cette dernière situa-

tion est obtenue lorsque le véhicule se rapproche d'une station d'arrêt à l'extrémité d'un vecteur routier. Le nombre de points de référence "placés en attente" fournit par conséquent une indication d'un impératif de vitesse et le moteur d'entraînement du véhicule est commandé en conséquence. Les points de référence engendrés et les valeurs inriici,'i iellr de référence associées de l'orientation de trajectoire-± sont transmis, à raison d'une paire à la fois, pour une détermination d'erreur de position et d'orientation

de trajectoire (29).

L'estimation de la position et de l'orientation de trajectoire du véhicule est établie par un dispositif

de prévision à filtre Kalman 37 sur la figure 7. Ce disposi-

tif utilise des entrées de détection de cible 8ei (figure 4) dérivées du système 33 de détection de cible par laser/réflecteur.Des signaux

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représentant la distance parcourue par le véhicule et l'angle de direction sont obtenus à partir de transducteurs cités

précédemment et indiqués en 35 sur la figure 7. Le disposi-

tif de prévision Kalman proprement dit (37) est illustré de façon plus détaillée sur la figure 8. En référence à la figure 8, la première opération à effectuer consiste dans l'estimation de position et d'orientationde la trajectoire à la fin d'un intervalle de temps de base (At), en fonction des vitesses d'avancement et de rotation du véhicule pendant cet intervalle et de Ia position, soit réelle, soit estimée, au début de cet intervalle. Les signaux de transducteurs introduits dans le dispositif 39 de prévision de position sont l'angle de direction 4,captés à la roue directrice, et la distance parcourue par cette roue directrice 35, qui est produite sous la forme d'impulsions de comptage de distance. L'incrément de distance et l'incrément A t établissent la vitesse dans la direction de la roue directrice, à partir de laquelle

la vitesse d'avancement V du véhicule, le long de sa trajec-

toire, est obtenue sous la forme du produit par le cosinus de l'angle de direction (roue directrice). La vitesse angulaire du véhicule,U, est calculée à partir des produits de la

vitesse de roue directrice par le sinus de l'angle de direc-

tion F en concordance avec la géométrie des roues du véhi-

cule. Ces vitesses V et U sont calculées dans chaque inter-

valle de temps, en supposant que les vitesses-et l'angle de direction sont constants pour le (court) intervalle

de temps A t.

Les équations utilisées dans le processus effec-

tué par le dispositif 59 de prévision de posiLion de la figure 8 sont obtenues comme suit. Les taux de variation

des coordonnées de position x et y et de l'angle d'orienta-

tion de trajectoire apeuvent être considérés, en examinant la figure 3, comme étant définis par: % = U x = V cos y= V sin t 13 c2 564614 Par l'intégration de ces équations sur la période At, on obtient les équations suivantes: t (t+ At) = i(t)+U.Ar x(t+At) = x(t)+V(sin(W(t)+U.At) -sin(4(t))) At/U.At y(t+At) = y(t)-V(cos((t)+U.At)-cos(C(t))).At/U.At La première de ces équations s'exprime comme suit: la valeur de à l'instant (t+At) est égale à la valeur de t à l'instant t plus l'angle dont a tourne le véhicule dans l'intervalle de temps At. Dans la seconde et la troisième équation, t et (t+At) ont la même signification que dans

la première.

Ces équations peuvent être réécrites pour des valeurs estimées de la façon suivante: (r+At/t) = (t/t)+U.t k(t+A t/t) =x (t/t)+V(sin( (t/t)+UAt) -sin$(t/t))/U y(r+At/t) = (t/t)-V(cos(g;(t/t)+U.At)-cosjj(t/t)/U Le "chapeau" placé au-dessus d'un paramètre indique une valeur estimée et le symbole "/t" signifie

"évalué à l'instant t".

On peut voir que ces équations sont suffisante pour estimer la position et l'orientation de trajectoire du véhicule à l'instant (t+ At), en connaissant les valeurs estimées de la position et de l'orientation de trajectoire

à l'instant t. La sortie du bloc 39 est par conséquent cons-

tituée par les valeurs estimées des coordonnées x et y et les valeurs estimées de l'orientation de trajectoire t du véhicule après un autre intervalle de temps At et, sauf pour l'entrée 41, elle est basée uniquement sur le système

de repérage de la distance parcourue et de l'angle de dépla-

cement.

En référence à la figure 4, l'angle estimé d'un réflecteur de cible R peut être obtenu en fonction de l'orientation de trajectoire du véhicule et ainsi que des

coordonnées du véhicule et de la cible, de la manière sui-

vante: -1 yi-Y (t +At /t) i(t+At/t) = tgtt x.-x (t+/-(t/t)

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o i. désigne l'angle estimé de cible à l'instant (t+àt), I évalué à l'instant t. Les coordonnées xi et yi de la cible sont prédéterminées en fonction de la disposition des cibles sur le sol de l'usine. Les valeurs estimées des coordonnées x et y du véhicule sont obtenues à partir du processus 39 et également de la valeur estimée de l'orientation de trajectoire. L'équation est par conséquent traitée dans un dispositif 43 de prévision de

gisement de cible qui produit la sortie 61. La sortie du système 33 de détection de cible par las;er fournit une

définition précise de l'angle de cible ai' qui est comparée avec la valeur estimée 8i dans une étape 45 de façon à obtenir une erreur d'estimation de cible e. - e Ce signal d'erreur est traité par le filtre Kalman 47 qui engendre effectivement des produits de l'erreur

par des facteurs de gain Kalman respectifs kil, kx et ky.

Ces produits de correction sont ensuite additionnés dans l'étape 49 aux prévisions calculées définies dans l'étape 39,en concordance avec les équations suivantes de manière à fournir des estimations corrigées de l'orientation de trajectoire et de la position du véhicule: i(t+At/t+At) = (t+At/t) + k(Oi-Oi) x (t+At/t+At) = x (t+At/t) + kx(Oi-9i) y (t+At/t+At) = y (t+At/t) + ky(Gi-Gi) L'obtention des produits de correction Kalman et le fonctionnement de filtres Kalman sont expliqués dans le livre "Optimisation-of Stochastic Systems" de M. Aoki,

publié par Academic Press, 1967.

En conséquence des estimations corrigées de l'orientation de trajectoire et de la position à l'instant

(t+At), évaluées à ce moment, sont obtenues à partir d'esti-

mations de l'orientation de la trajectoire et de la position qui ont été obtenues à l'instant t et qui ont été corrigées

par le processus avec filtre Kalman. Ces meilleures estima-

tions sont fournies à l'étape de détermination d'erreur 29

de la figure 7, mais elles sont également appliquées avec un retard 50 éven-

tuel comme des entrées "présentes" (41) au dispositif 39 de prévision de

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de posi:ionr de la figure 8 en vue de prévoir le point de référence suivant. En conséquence, en l'absence d'une ou plusieurs corrections de référence de cible, imputables par exemple à un masquage des cibles, le point de référence suivant est défini par un calcul de repérage à partir du dernier point de référence qui a bénéficié d'une

correction de détection de cible.

En revenant à la figure 7, on va maintenant

décrire la détermination d'erreurs de distance et d'orienta-

tion de trajectoire. Les deux entrées dans l'étape 29 sont (a) la série établie de points de référence définissant la route idéale, et (b) la meilleure estimation de l'orientation de trajectoire et de la position du véhicule que l'on obtient

par le processus Kalman de la figure 8.

En considérant maintenant la figure 9, on voit que celle-ci représcnite des vecteurs incrémentiels successifs IV1 et IV2 et leurs points de référence associés RP1 et RP2 qui

ont été établis conformément au processus 25 (figure 7).

* Des erreurs dans la navigation du véhicule T sont déterminées sous la forme de la distance perpendiculaire d entre le e centre du véhicule et le vecteur incrémentiel local, et l'erreur angulaire e entre l'orientation de trajectoire e

du véhicule et la direction du vecteur incrémentiel local.

Les mesures de ces erreurs d et 0 sont effec-

e e tuées par transformation de la position réelle de véhicule, en coordonnées d'usine en une position définie dans une trame prerilant le véhicule comme référence dans laquelle l'origine se trouve au point de référence du vecteur incrémentiel local et o

le nouvel axe des X coincide avec le vecteur incrémentiel local.

Cette transformation est illustrée sur la figure 10 dans laquelle X et Y sont les axes de coordonnées d'usine, X* et Y' sont les axies de la trame prenant le véhicule conmme référence, xr et ) ';or 1]e'; ouirdonnées dc la trame d'usine au point de référence du vecteur incrémenLtiel local, x, y sont les coordonnées du véhicule dans la trame d'usine et x*, y* sont les coordonnées du véhicule dans la trame de véhicule (ayant le véhicule comme référenc L'angle ór est l'angle d'orientation du vecteur incrémentiel par rapport à la trame d'usine. On tire de

la figure 9 les transformations suivantes par de simples con-

sidérations géométriques: x* = (x-xr)cosSr + (y-yr)Sin4l r y* = (y-yr) cosljr - (x-xr)sin)r Dans cette trame de référence de véhicule,on peut voir que l'erreur de distance d est la coordonnée y* e

du centre du véhicule et que l'erreur d'angle Ee est direc-

tement établie par l'angle de transformation 4r' Quand le véhicule passe par le point de référence local xr yr' la polarité de x* qui était négative devient positive. Ce changement amorce un rejet de la trame instantanée de référence de véhicule et son rétablissement avec l'origine placée au point de référence suivant, l'axe des x* étant aligné avec le vecteur incrémentiel suivant. On voit

par conséquent que la trame de véhicule progresse en synchro-

nisme avec le véhicule.

À Les valeurs d'erreurs d et e sont ensuite uti-

lisées pour obtenir un signal 51 d'imposition d'angle de direc-

tion 8d sous la forme d'une fonction directe de ces valeurs

d'erreurs. La vitesse angulaire imposée Ud est d'abord obte-

nue sous la forme: Ud = K1 d2 + K2 e o K1 et K2 sont des fonctions de gain qui sont définies par les caractéristiques dynamiques du véhicule proprement dit. L'angle de direction imposé est ensuite calculé à partir de la géométrie du véhicule et de la vitesse d'avancement 52

imposée pour le véhicule.

Comme mentionné ci-dessus, la vitesse du véhi-

cule est commandée en mesurant le nombre de vecteurs incré-

Imnt i']ie 'lr In. h, vte hi('uihe't e ht dernier vecteur engen]r. (eT dernier vectur' engendré est toujours placé en avant du véhicule et il semble "tirer" le véhicule comme si une bande élastique

reliait le véhicule à la dernière position de référence éta-

blie.

A partir d'une position fixe, les points de référence sont engendrés suivant un profil linéaire à partir de la station de "repos" et ils produisent en fait

un allongement de l'élastique mentionné ci-dessus. Le véhi-

cule accélère en concordance avec l'erreur de distance par rapport au dernier point de référence et en fonction de son inertie et de son énergie, et graduellement l'erreur diminue jusqu'à ce qu'un état stable soit atteint o la vitesse du véhicule est égale à la vitesse d'avance

des points de référence.

1 a vitesse d'avarnce des points de référence et par consé-

quent la vitesse du véhicule peuvent être modifiés dynami-

quement pendant un déplacement le long d'une trajectoire définie en faisant varier la distance d'incrémentation (c'est-à-dire en faisant varier a dans l'algorithme (1)

ci-dessus)entre des points de référence successifs.

Lorsque la génération des vecteurs incrémentiels

et des points de référence est terminée, le vecteur incré-

mentiel final se termine à la position finale d'arrêt

imposée par la route originale spécifiée par les coordon-

nées de positions des vecteurs de définition de route.

La vitesse du véhicule ralentit à mesure que l'erreur de distance diminue. En agissant sur la relation entre l'erreur de distance et la vitesse imposée, on commande 1; viter;e de manière que le point final soit atteint sans dépassement. La trame de véhicule est à nouveau directement applicable alors car la coordonnés x* correspond à la "distance à parcourir" dans cette trame

et cela peut être contrôlé sans autre calcul.

Le moyen de détection électromagnétique de direc-

tion est constitué, dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, par un système laser assurant une détection de direction au moyen d'un faisceau laser étroit exécutant un balayage en azimuth. Il est cependant envisagé que des faisceaux radar puissent être utilisés en assurant une

détection précise de direction par des techniques de com-

paraison de phases. En outre, les réflecteurs décrits ci-

dessus pourraient être remplacés par des transpondeurs servant

avec d(f: misusions codées.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Système de commande et guidage de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un véhicule, logeant un groupe d'entrairînement (3, 7), un moyen de direction (5) pour commander le parcours du véhi- cule, un moyen(39) de repérage prévisionnel de position pour déterminer la position et l'orientation de la trajectoire

du véhicule sur une base incrémentielle, un moyen '11) de détec-

tion électromagnétique de direction pour produire des déterminations séquentielles de gisement,par rapport au véhicule, d'une ou plusieurs cibles (13) de référence fixes, un moyen pour corriger des déterminations de repérage de

position et de trajectoire de véhicule en fonction des déter-

minations de gisement des cibles de référence, un moyen pour définir une route désirée pour le véhicule et un moyen (9; 19) pour commander ledit groupe d'entraînement (3) en fonction des erreurs reconnues entre la détermination corrigée de

position de véhicule et la route désirée (A,B,C,D).

2. Système de commande et guidage-de véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen

de définition d'une route désirée (A,B,C,D) comprend une mémoi-

re (21) pour mémoriser ladite route sous la forme d'une série de segments rectilignes et des moyens pour convertir

les jonctions (E;F) desdits segments rectilignes en seg-

ments de transition à courbure régulière.

3. Système de commande et guidage de véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour mémoriser, pour chaque segment rectiligne et chaque segment incurvé, une vitesse maximale admissible

de véhicule et une largeur admissible de trajet, en con-

cordance avec les conditions locales de la route.

4. Système de commande et guidage de véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens pour convertir lesdites jonctions en segments de transition incurvés comprennent des moyens pour calculer le rayon de courbure (ra) d'un segment incurvé de façon qu'il ne soit pas inférieur à la moitié de la valeur de

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la largeur de trajet (pwa, PWb, pwc) et, lorsqu'il existe différentes largeurs de trajet à la jonction, à la moitié

de la valeur de la plus grande des deux largeurs de trajet.

5. Système selon l'une quelconque des revendi-

cations 2,3 ou 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de repérage prévisionnel de position comprend des moyens pour estimer la position et l'orientation de trajectoire du véhicule après chacun d'une série d'incréments de temps ou de distance, à partir de la position et de l'orientation de trajectoire du véhicule au début de l'incrément et en

fonction du mouvement d'avancement et de rotation du véhi-

cule pendant l'incrément.

6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour prédéfinir le gisement d'une cible de référence (13) par rapport au véhicule sur la base de ladite position estimée du véhicule et de la dernière position déterminée de ladite cible de référence (13).

7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens établissant une erreur différentielle de gisement entre le gisement prévu pour la cible et le gisement de la cible qui est déterminé par le moyen de détection électromagnétique de direction, un filtre Kalman (a7) uclqendrant des produitsde correction, qui sont des produits de l'erreur de gisement et de facteurs de gain de Kalman en fonction de chacune des coordonnées de position et de la trajectoire du véhicule, ainsi que des moyens pour combiner les produits de correction avec les estimations respectives de position et orientation

de trajectoire qui sont fournies par le dispositif (39) de repé-

rage prévisionnel de position, les résultats de la combi-

naison étant les meilleures estimations de la positionet

de]'nrient ationdetrajectoire du véhicule.

8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour appliquer lesdites

meilleures estimations audit dispositif (39) de repérage prévi-

sionnel de position pour servir de base d'estimation de q564614 la position et de l'orientation la trajectoire du véhicule

pour un incrément suivant.

9. Système selon l'une quelconque des revendica-

tions 2,3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour &tablir séquentiellement les coordonnées (xi-., yi) de

points de référence incrémentiels sur lesdits segments définis-

sant des vecteurs incrémentiels la distance entre lesdits points étant égale au produit de ia vitesse maximale

admissible pour ce segment par un incrément de temps de base.

10. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mémoriser, pour chacun desdits segments rectilignes et segments incurvés, une vitesse maximale admissible de véhicule et une largeur admissible de trajet, en concordance avec les conditions locales de la route, des moyens pour établir séquentiellement

les coordonnées de points de référence incrémentaux sur les-

dits segments définissant des vecteurs incrémentaux, la distance entre lesdits points étant égale au produit de la vitesse maximale admissible pour ce segment par un incrément de temps de base, des moyens de détection d'erreurs pour comparer lesdites meilleures estimations de la position du

véhicule et-de son orientation de trajectoire avec la posi-

tion et l'orientation de trajectoire du vecteur incrémentiel le plus rapproché et pour produire des signaux d'erreurs de distance et d'orientation de trajectoire, et des moyens pour produire un signal(51) d'imposition d'angle de direction en relation avec lesdits signaux d'erreurs de distance et

d'orientation de trajectoire.

11. Système selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que ledit moyen de détection comprend un moyen

pour transformer les coordonnées desdites meilleures estima-

tions de la position et de l'oriention de trajectoire du

véhicule en une trame de référence comportant un axe de coor-

données aligné avec un vecteur incrémentiel local et compor-

tant une origine coïncidant avec le point de référence vers

lequel le vecteur incrémentiel local est dirigé.

12. Système selon la revendication 10 ou la

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revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen produisant un signal (52) d'imposition de vitesse du véhicule qui dépend du nombre de points de référence engendrés en

avant de la position du véhicule.

13. Système selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 12, caractérisé en ce que ledit moyen de détec-

tion de direction comprend une source (11) de faisceau laser assurant un balayage en azimuth et un moyen pour détecter le gisement d'un réflecteur de cibles (13) en relation avec ]'orientation de la trajectoire du véhicule et par rapport

la direction du faisceau réfléchi.