FR2653232A1

FR2653232A1 - Procede et dispositif pour controler le deplacement d'un mobile en mouvement par rapport a un autre mobile.

Info

Publication number: FR2653232A1
Application number: FR8913516A
Authority: FR
Inventors: Gissinger Gerard Leon; Sproesser Thomas
Original assignee: ALSACE, University of
Current assignee: ALSACE, University of
Priority date: 1989-10-12
Filing date: 1989-10-12
Publication date: 1991-04-19
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: FR2653232B1

Abstract

La présente invention concerne un procédé ainsi qu'un dispositif pour contrôler le déplacement d'un mobile en mouvement par rapport à un autre mobile. Le dispositif comprend un équipement (10) monté sur un véhicule maître (11) et un équipement (12) monté sur un véhicule esclave (13). L'équipement (10) comprend un module de gestion (14), un modulateur (15), un émetteur-récepteur (16) pourvu d'une antenne (17) et un démodulateur (18). Le second équipement (12) comprend un émetteur-récepteur (19) pourvu d'une antenne (20), un démodulateur (21), un étage de mise en forme (20) des signaux et un démodulateur (23). Le but est de contrôler le déplacement du véhicule esclave par rapport au véhicule maître.

Description

La présente invention concerne un procédé pour contrôler le déplacement d'au moins un mobile en mouvement, dit mobile esclave par rapport à un autre mobile, dit mobile maître, de telle manière que la distance entre le mobile esclave et le mobile maître soit commandable..

Elle concerne également un dispositif pour contrôler le déplacement d'au moins un mobile en mouvement, dit mobile esclave, par rapport à un autre mobile, dit mobile maître, de telle manière que la distance entre le mobile esclave et le mobile maître soit commandable pour la mise en oeuvre du procédé.

Il n'existe actuellement aucun dispositif satisfaisant permettant d'assurer une signalisation sûre et efficace de chantiers mobiles sur les routes ou les autoroutes. Les travaux de marquage des voies, de débroussaillage ou de nettoyage des bords, etc.. doivent être signalés aux usagers de manière à assurer à la fois leur sécurité et celle des employés de la voirie.

Le contrôle du déplacement du véhicule esclave par rapport au véhicule maître ne peut en général pas être effectué au moyen de capteurs classiques tels que des radars, des systèmes optiques.

En outre, pour des chantiers mobiles ou des perturbations de courte durée, il n'est guère possible de se baser sur des infrastructures existantes ou de mettre en place des infrastructures à titre temporaire, en vue de leur utilisation momentanée pour signaler Iesdites perturbations.

Des tentatives ont été faites pour asservir la vitesse du véhicule esclave à celle du véhicule maître, mais ce principe aboutit à des erreurs importantes et ne peut pas être utilisé dans la pratique Il est donc indispensable de développer un système permettant de garantir que la distance qui sépare le véhicule esclave du véhicule maître reste sensiblement constante.

La présente invention a donc pour but de réguler le déplacement du véhicule esclave, c'est-à-dire de commander ses paramètres d'accélération et de décélération de telle manière que la distance réelle qui le sépare du véhicule maître soit commandable, par exemple sensiblement égale à une valeur prédéterminée constante, ou fonction de paramètres extérieurs, soit réglée automatiquement ou manuellement.

Ce but est atteint par le procédé selon l'invention, caractérisé en ce que l'on émet, au moyen d'un émetteur d'ondes hertziennes monté sur le mobile maître, au moins un signal prédéterminé, en ce que l'on détecte, au moyen d'un récepteur monté sur le mobile esclave, ledit signal prédéterminé, et l'on émet, au moyen d'un émetteur également monté sur le mobile esclave, un signal de même nature que celui émis par le mobile maître et capté par le mobile esclave, dès la réception dudit signal prédéterminé, en ce que l'on détecte, au moyen d'un récepteur également monté sur le mobile maître, le signal émis par le mobile esclave, en ce que l'on mesure le temps qui s'est écoulé entre l'émission par le mobile maître dudit signal prédéterminé et la réception par ce mobile du signal de même nature émis par le mobile esclave, en ce que l'on calcule la distance effective entre les deux mobiles, en ce que l'on tranmet au mobile esclave un signal correspondant à cette distance, et en ce que l'on commande les paramètres de déplacement du mobile esclave de telle manière que cette distance tende à tout moment vers une valeur de commande.

Dans ce but également, le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'on commande les paramètres de déplacement du mobile esclave de telle manière que ladite valeur de commande soit sensiblement constante.

Selon un autre mode de réalisation on peut commander les paramètres de déplacement du mobile esclave de telle manière que ladite valeur de commande soit variable.

De préférence, on peut émettre ledit signal prédéterminé du mobile maître dans une première fréquence et ledit signal de même nature du mobile esclave dans une deuxième fréquence, différente de la première.

Lesdits signaux de fréquences différentes sous forme de trains d'ondes et peuvent comporter deux signaux comportent n trains d'ondes de 2 périodes.

Selon un premier mode de réalisation avantageux, le dispositif est conçu pour que ladite valeur de référence soit constante.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, ladite valeur de référence est variable.

De préférence ledit signal prédéterminé et ledit signal de même nature sont des signaux de fréquences différentes.

D'une façon avantageuse ledit signal prédéterminé émis par le mobile maître et ledit signal de même nature émis par le mobile esclave sont constitués d'un nombre défini de trains d'ondes de fréquences déterminees.

Lesdits signaux peuvent comporter n trains d'ondes de périodes respectivement de fréquences f' et f".

L'invention sera mieux comprise en référence à la description d'un mode de réalisation et de ses variantes, et au dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente une vue schématique du mobile maître, du
mobile esclave et de leurs équipements respectifs, - la figure 2 représente une vue schématique illustrant le principe de
transmission des signaux, - la figure 3 représente une vue schématique illustrant le principe de
calcul du temps de propagation des ondes, - la figure 4 illustre à titre d'exemple un principe de codage des
signaux transmis et, - la figure 5 représente le schéma de la décomposition du temps dans
le cas d'un codage tel qu'illustré par la figure 4.

En référence à la figure 1, le dispositif comprend un premier équipement 10 qui est monté sur un mobile, par exemple un véhicule maître 11, et un second équipement 12 qui est monté sur un mobile, par exemple un véhicule esclave 13. Le premier équipement 10 se compose essentiellement d'un module de gestion 14, d'un modulateur 15, d'un émetteur récepteur 16 pourvu d'une antenne 17 et d'un démodulateur 18. Le second équipement 12 se compose essentiellement d'un émetteur récepteur 19 pourvu d'une antenne 20, d'un démodulateur 21, d'un étage de mise en forme 22 des signaux et d'un démodulateur 23.

Dans l'exemple illustré par la figure, les deux mobiles sont constitués par deux véhicules dont le second est un véhicule suiveur. L'invention attend également à des dispositifs pour lesquels il existe plusieurs mobiles ou véhicules suiveurs et à des dispositifs où le premier mobile est animé d'une vitesse nulle, c'est-à-dire fixe.

Le principe de fonctionnement consiste à mesurer le temps de propagation d'ondes hertziennes. L'équipement 10 du véhicule maître 11 émet un signal SVR prédéterminé qui sera reçu par l'équipement 12 du véhicule esclave 13. Dès la réception de ce signal, le véhicule esclave 13 renvoie un signal SRsT du même genre, c'est-à-dire un signal hertzien de fréquence différente, qui parcourt, en sens inverse, la distance entre les deux véhicules. L'équipement 12 du véhicule esclave nécessite un temps de réaction trust avant d'émettre son signal après la détection du signal 5VR prédéterminé. De même, l'équipement 10 du véhicule maître Il ne détecte ce signal SRsT qu'après un temps de réaction tVR.

L'équipement 10 permet de mesurer le temps t entre l'émission du
m signal 5VR et la réception du signal Ç Ce temps est composé du temps tVR, du temps tRST et de deux fois le temps tD qui correspond au temps de propagation d'une onde électromagnétique pour traverser la distance D entre les deux véhicules.

Si les deux temps de réaction sont connus, il est possible de calculer la distance D, à condition que la trajectoire de propagation de l'onde ou du signal hertzien soit directe et ne se compose pas de réflexions multiples:
t = 2tD f t + t
m D VR RST
Le signal doit porter une information identifiable quelconque, de manière à éviter que n'importe quelle porteuse ou bruit puisse fausser la mesure : dans ce but on applique un codage. Bien que cela soit à priori possible, il n'est pas recommandé d'envoyer un nombre bien défini de périodes entières de la fréquence porteuse, car pendant le régime transitoire de la détection on risque de perdre quelques oscillations d'un nombre qui ntest ni constant, ni connu. Une meilleure solution consiste à envoyer un nombre défini de trains d'ondes de la fréquence choisie.

L'information n'est plus constituée par la durée du signal, mais par une séquence de présence et d'absence de la porteuse. L'application de cette méthode implique que le véhicule esclave soit équipé soit d'une horloge de précision, sans pourtant qu'elle soit nécessairement synchronisée avec celle du véhicule maître, soit d'un système de mise en forme avec un temps de réaction bien constant et connu.

Plusieurs principes de codage sont envisageables. A titre d'exemple, on peut admettre que le véhicule maître envoie un signal de fréquence f' à l'instant to Ce signal est constitué de n trains d'ondes de 2 périodes de cette fréquence. Le ternps de transmission est alors t = t + t
s p a ou t p = (p n) / f' et t est la somme des intervalles entre les trains d'ondes. Ce principe
a est illustré par la figure 4.

Le véhicule esclave attend un signal de cette fréquence f et le reçoit à l'instant tl. Dès qu'il détecte ce signal, il commence à compter les trains d'ondes. Il attend un temps tatt > t et il vérifie qu'il a bien reçu n trains d'ondes. Sinon, il remet ses compteurs à zéro et attend le prochain signal.

Par contre, s'il a reçu n trains d'ondes, il renvoie à l'instant tRST sur une fréquence f" = f, un signal soit identique, soit du même genre qui va être reçu en t3 et sera détecté de la même façon. Le véhicule esclave commence à mesurer le temps tRST > tS dès la première détection du signal. Un système électronique gère l'ensemble, et, à partir des différents temps d'émission, de réception et des différents délais dus à l'électronique , calcule le temps élémentaire correspondant au temps de transfert du signal entre les deux véhicules.

Dans la pratique, le temps de croissance du signal doit être court par rapport à la fréquence, afin que le capteur fournisse des données precises.

Une deuxième possibilité pour un codage consiste à appliquer une modulation de fréquence à la fréquence porteuse. On utilise deux canaux de transmission d'informations numériques, correspondant à deux fréquences différentes pour le 0 et le 1 logiques et une vitesse maximale d'alternance des deux fréquences. Puisqu'il s'agit d'un canal numérique on appelle l'information, donnée par la présence d'une fréquence pour un temps défini par la vitesse de transmission, un "bit". S'il n'y a pas d'autres utilisateurs sur le canal, il suffit d'envoyer une des deux fréquences. Dans le cas contraire, si plusieurs utilisateurs exploitent les mêmes fréquences, il faut transmettre une séquence des deux fréquences, permettant une identification du signal.Si le signal se compose d'une séquence bien définie de n "bits", il faut que le véhicule maître et le véhicule esclave aient des horloges synchronisées. Un système de mise en forme dans le véhicule esclave envoie une réponse dans un temps tRST > . La longueur et la composition du signal transmis ntont aucune importance pour le principe.

Un troisième mode de codage peut être utilisé. Pour faciliter la compréhension de cette méthode, on précisera tout d'abord la nomenclature des temps définis précédemment.

t : temps entre lancement du signal du véhicule maître et réception de
m la réponse du véhicule esclave ; il est mesuré par le véhicule maître.

t D temps de propagation d'une onde hertzienne pour parcourir la distance D entre le véhicule maître et le véhicule esclave.

t VR : temps passé entre l'arrivée du signal du véhicule esclave à l'antenne du véhicule maître et sa détection t RST : temps passé entre l'arrivée du signal du véhicule maître à l'antenne du véhicule esclave et le lancement de la réponse du véhicule esclave.

Une fréquence f1 module la fréquence de la porteuse après un temps tdeb > treg. Après ce temps treg qui correspond au régime transitoire
reg dans les circuit -s HF dans le récepteur, la porteuse a déjà engendré une oscillation dans le circuit résonnant. Par conséquent, un régime transitoire avec des effets inconnus n'existe plus. Ce temps t ne doit
re,g pas être forcément constant. Un circuit dans le récepteur détecte ce changement de fréquence après un temps tridi qui est avantageusement constant. La réponse s'efffectue un temps titrait après la détection du changement de fréquence. Le temps tRST se compose cette fois de tRST = tdebRST + tidRST + traitRST
La composition du signal est illustrée par la figure 4.

Le signal de durée t se compose d'une première partie de durée tdeb
s (constituée soit de la porteuse, soit de la porteuse modulée par la fréquence f2), d'une deuxième partie de durée tmod (constituée de la porteuse modulée par fl), et éventuellement d'une troisième partie de durée tfin (du même genre que la première partie). Le temps tdeb est connu et le véhicule maître s'en sert pour le calcul du temps tD. Par contre tdeb est sans importance pour le véhicule esclave. La troisième partie peut être utilisée pour un codage. I1 est évident que le temps t moud doit être plus grand que le temps tid qui correspond au temps nécessaire pour la détection du changement de fréquence.La figure 5 illustre comment le temps tD, alors le temps de propagation qui correspond à la distance D entre le véhicule maître et le véhicule esclave, peut être calculé à partir des différentes constantes de temps et le temps tmi mesuré par le véhicule maître.

Pour mieux comprendre cette figure 5, il faut savoir que dans celle-ci plus un point se trouve à droite, plus il est ancien et plus un point est à gauche, plus il est récent. Le véhicule maître lance son émission à l'instant to comme il est présenté dans la figure en haut à droite. En bas il y a la réception du signal du véhicule maître (à droite) et le lancement de la réponse du véhicule esclave (à gauche). La réception de celle-ci par le véhicule maître est figurée en haut à gauche.

L'incertitude d'un paramètre est symbolisée par un A
Le premier principe de codage nécessite des horloges de précision car un
A t de dix nanosecondes entraîne une erreur de distance de trois mètres.

As = c At c étant la vitesse de la lumière. Les erreurs qui peuvent se produire sont celles dues aux tolérances dans la constance des temps tVR et tRST (erreurs de détection), et celles dues à la précision des horloges (erreurs d'horloge). Le temps de détection tdéct est le temps passé entre l'instant de l'arrivée d'un train d'ondes à l'antenne et la détection de sa présence par le circuit. Le temps t trait est le temps dont le circuit a besoin pour traiter le signal et exécuter son programme. Pour la suite, les influences aussi bien thermiques que celles dues au vieillissement des éléments électroniques sont négligés. Un paramètre est considéré comme constant lorsque sa valeur est conforme aux tolérances admissibles.

Pour atténuer l'erreur d'horloge il faut - une résolution du temps suffisante : cette incertitude est nommée
tresol, elle apparaît dans chaque mesure de temps qui est nécessaire
pour le traitement du signal et elle influence ainsi la constance de
tVR et de tRST - une constance de la fréquence de l'horloge par rapport à l'instant de
calibrage dans la phase de détermination des constantes tVR et tRST
cette incertitude est nommée A tconst
Si la détermination de tVR et tRST s'effectue une fois pour toute dans la phase de production du capteur, la constance de l'horloge est à calculer à partir de cet instant là pour la durée de vie du capteur.En admettant que le calibrage du capteur s'effectue toujours dans la phase de contrôle général avant le début d'un travail sur l'autoroute, et si la durée de travail maximale est de huit heures, l'incertitude A tconst est à calculer pour ce créneau de huit heures.

L'erreur de détection apparaît si les temps tVR et tRST ne sont pas des constantes. Ceci est le cas si tdéct n'est pas constant tandis que la valeur elle même de ce temps est sans importance majeure.

tVR = tdéctVR + t traitVR
Le régime transitoire qui précède l'établissement d'une oscillation dans un circuit résonnant, de même que les charges initiales éventuelles dans les capacités et inductances, du bruit ou des perturbations quelconques provoquent un A t dans le temps de détection tdéct De ce fait, la constance de la puissance d'émission influence le temps tdéct I1 est par ailleurs très probable que des réflexions d'un train d'ondes par d'autres véhicules sur l'autoroute ou par la géométrie de la voie (virages, collines, glissière de sécurité, ponts...), peuvent causer un prolongement du temps de détection . Pour définir les paramètres déterminant la constance, seul un procédé empirique sera efficace.Pour minimiser cette incertitude Atdéct on aura intérêt à utiliser une fréquence du canal de transmission très élevée, car dans ce cas, les valeurs de tdéct et de A tdéct sont de plus en plus courtes, à condition que les fréquences aient la même sensibilité, c'est à dire que le nombre d'oscillations nécessaires pour la détection n'est pas une fonction de la fréquence.

A chaque incertitude At correspond une erreur A s. Avec A t horloge = A t resol ss A t const 11 erreur de distance due à l'horloge est Horloge Pour une erreur A5resolX alors due à la résolution uniquement, plus petite que trois mètres, la fréquence des horloges devrait être plus élevée que 100 MHz si chaque oscillation correspond à une unité du temps. Pour une durée de la constance assurée de huit heures et As const < 3m, l'incertitude A tconst devrait être inférieure à: 8 sec / 8 heures - 10 Useclan.

Cette invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites, mais peut également s'étendre à diverses variantes et à différentes applications évidentes pour l'homme de l'art. Le véhicule esclave peut être maintenu à distance constante du mobile maître. Le mobile maître peut être animé d'une vitesse nulle, c'est-à-dire qu'il constitue en fait un objectif immobile. La fonction qui définit la distance d entre les deux mobiles peut dépendre de nombreux paramètres extérieurs. Elle peut être contrôlée manuellement ou automatiquement, par exemple par programmation.

Claims

Revendications

1. Procédé pour contrôler le déplacement d'au moins un mobile en mouvement, dit mobile esclave par rapport à un autre mobile, dit mobile maître, de telle manière que la distance entre le mobile esclave et le mobile maître soit commandable, caractérisé en ce que l'on émet, au moyen d'un émetteur d'ondes hertziennes monté sur le mobile maître, au moins un signal prédéterminé, en ce que l'on détecte, au moyen d'un récepteur monté sur le mobile esclave, ledit signal prédéterminé, et l'on émet, au moyen d'un émetteur également monté sur le mobile esclave, un signal de même nature que celui émis par le mobile maître et capté par le mobile esclave, dès la réception dudit signal prédéterminé, en ce que l'on détecte, au moyen d'un récepteur également monté sur le mobile maître, le signal émis par le mobile esclave, en ce que l'on mesure le temps qui s'est écoulé entre l'émission par le mobile maître dudit signal prédéterminé et la réception par ce mobile du signal de même nature émis par le mobile esclave, en ce que l'on calcule la distance effective entre les deux mobiles, en ce que l'on tranmet au mobile esclave un signal correspondant à cette distance, et en ce que l'on commande les paramètres de déplacement du mobile esclave de telle manière que cette distance tende à tout moment vers une valeur de commande.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on commande les paramètres de déplacement du mobile esclave de telle manière que ladite valeur de commande soit sensiblement constante.
3. Procédé selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on commande les paramètres de déplacement du mobile esclave de telle manière que ladite valeur de commande soit variable.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on émet ledit signal prédéterminé du mobile maître dans une première fréquence et ledit signal de même nature du mobile esclave dans une deuxième fréquence, différente de la première.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on émet les deux signaux de fréquences différentes sous forme de trains d'ondes.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux signaux comportent n trains d'ondes de 2 périodes.
7. Dispositif pour contrôler le déplacement d'au moins un mobile en mouvement, dit mobile esclave, par rapport à un autre mobile, dit mobile maître, de telle manière que la distance entre le mobile esclave et le mobile maître soit commandable pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, caractérisé en ce que le mobile maître comporte un émetteur d'ondes hertziennes agencé pour émettre au moins un signal prédéterminé, en ce que le mobile esclave comporte un récepteur agencé pour détecter ledit signal prédéterminé ainsi qu'un émetteur agencé pour émettre un signal de même nature après la réception dudit signal émis par le mobile maître, en ce que le mobile maître comporte en outre un récepteur agencé pour détecter ledit signal de même nature émis par le mobile esclave, ainsi que des moyens pour mesurer le temps qui s'est écoulé entre l'émission par le mobile maître du signal prédéterminé et la réception du signal de même nature émis par le mobile esclave, des moyens pour calculer la distance effective séparant les deux mobiles et des moyens pour transmettre cette valeur au mobile esclave, et en ce que ledit mobile esclave comporte un dispositif de commande agencé pour commander ses paramètres de déplacement de telle manière que ladite distance effective tende à tout instant vers une valeur de commande.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite valeur de commande est constante.
9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce la valeur de commande est variable.
10. Dispositif selon la revendication 7, caractérise en ce que ledit signal prédéterminé et ledit signal de même nature sont des signaux de fréquences différentes.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit signal prédéterminé émis par le mobile maître et ledit signal de même nature émis par le mobile esclave sont constitués d'un nombre défini de trains d'ondes de fréquences déterminées.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits signaux comportent n trains d'ondes de 2 périodes respectivement de fréquences f' et f".