FR2713325A1 - Gun turret control system for avoiding adjacent obstacles - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé de commande d'un système mécanique motorisé ayant un élément mobile à déplacer qui est susceptible d'interférer avec au moins un obstacle situé sur sa trajectoire de déplacement, ledit système étant par exemple une arme embarquée sur une tourelle d'un engin blindé et ledit élément mobile étant le canon de l'arme, ledit système comprenant des actionneurs commandés pour déplacer en gisement et en site l'élément mobile autour de deux axes de rotation perpendiculaires l'un à l'autre, le déplacement de l'élément mobile s'effectuant à partir de consignes de vitesse délivrées par un organe de commande manuelle pour positionner l'élément mobile suivant un angle de gisement et un angle de site déterminés. The invention relates to a method of controlling a motorized mechanical system having a movable element to be moved which is capable of interfering with at least one obstacle situated on its displacement trajectory, said system being for example a weapon on board a turret 'an armored vehicle and said movable element being the barrel of the weapon, said system comprising actuators controlled to move in bearing and in elevation the movable element around two axes of rotation perpendicular to each other, the displacement of the movable element being effected from speed setpoints delivered by a manual control member to position the movable element according to a determined angle of bearing and a site angle.
L'invention s'applique notamment à tous les systèmes ayant un élément qui est mobile suivant deux axes de rotation perpendiculaires l'un à l'autre et qui, au cours de son déplacement vers une position donnée, est susceptible d'interférer avec un obstacle, comme c'est le cas en particulier pour le canon d'une arme embarquée sur une tourelle d'un engin blindé pour les raisons explicitées ci-après. The invention applies in particular to all systems having an element which is movable along two axes of rotation perpendicular to one another and which, during its movement towards a given position, is liable to interfere with a obstacle, as is the case in particular for the barrel of a weapon on board a turret of an armored vehicle for the reasons explained below.
D'une manière générale, la tourelle d'un engin blindé peut tourner sur 360', par rapport au châssis de l'engin, autour d'un premier axe de rotation pour pointer le canon de l'arme suivant un angle de gisement déterminé, et le canon peut lui-même pivoter, par rapport au châssis de la tourelle, autour d'un second axe perpendiculaire au premier axe de rotation précité pour être pointé suivant un angle de site déterminé. Generally, the turret of an armored vehicle can rotate 360 ', relative to the chassis of the machine, around a first axis of rotation to point the barrel of the weapon according to a determined angle of deposit , and the barrel can itself pivot, relative to the chassis of the turret, around a second axis perpendicular to the aforementioned first axis of rotation to be pointed at a determined angle of elevation.
Il en résulte que le canon de l'arme constitue un élément mobile qui peut se déplacer à l'intérieur d'un espace dénommé ci-après espace de déplacement, pour être pointé en gisement et en site suivant la direction souhaitée, sachant qu'il faut éventuellement tenir compte de la présence d'un ou plusieurs obstacles situés ou susceptibles de se situer sur la trajectoire de déplacement du canon à l'intérieur de cet espace de déplacement. It follows that the barrel of the weapon constitutes a movable element which can move inside a space called below movement space, to be pointed in deposit and in elevation in the desired direction, knowing that it may be necessary to take into account the presence of one or more obstacles located or likely to be located on the path of movement of the barrel inside this space of movement.
En pratique, de tels obstacles existent du fait de caractéristiques propres à la configuration du châssis de l'engin blindé et, d'autre part, de la position d'appareils et/ou de dispositifs auxiliaires externes qui complètent l'équipement de l'engin blindé. In practice, such obstacles exist due to characteristics specific to the configuration of the chassis of the armored vehicle and, on the other hand, to the position of external devices and / or auxiliary devices which complement the equipment of the armored vehicle.
Concrètement, la partie supérieure du châssis d'un engin blindé comporte généralement des ouvertures d'accès qui sont fermées par des trappes et utilisées par l'équipage pour pénétrer ou sortir de l'engin blindé. Concretely, the upper part of the chassis of an armored vehicle generally has access openings which are closed by hatches and used by the crew to enter or exit the armored vehicle.
Lorsqu'une ouverture d'accès est ouverte avec l'éventualité du passage d'un membre de l'équipage, ce dernier constitue un obstacle dans l'espace de déplacement du canon de l'arme. En outre, la partie supérieure du châssis de l'engin blindé peut supporter un équipement qui, en cours d'utilisation, peut également créer un obstacle dans l'espace de déplacement du canon de l'arme. Dans l'un et l'autre cas, il faut éviter que le canon, au cours de son déplacement pendant une opération de pointage en site et en gisement, ne vienne percuter soit un membre de l'équipage sortant par une ouverture d'accès, pour des raisons évidentes de sécurité, soit un équipement auxiliaire pour éviter de l'endommager.When an access opening is opened with the possibility of the passage of a member of the crew, the latter constitutes an obstacle in the space of movement of the barrel of the weapon. In addition, the upper part of the chassis of the armored vehicle can support equipment which, in use, can also create an obstacle in the movement space of the barrel of the weapon. In both cases, it is necessary to avoid that the gun, during its movement during a pointing operation in elevation and in bearing, does not strike either a member of the crew leaving by an access opening , for obvious safety reasons, or auxiliary equipment to avoid damaging it.
On est donc amené à définir pour chacun de ces obstacles une zone d'interdiction dans l'espace de déplacement du canon de l'arme, zone qui ne doit pas être traversée par le canon lorsque ce dernier est pointé suivant une direction donnée. It is therefore necessary to define for each of these obstacles a prohibition zone in the space of movement of the barrel of the weapon, zone which must not be crossed by the barrel when the latter is pointed in a given direction.
A l'heure actuelle, l'ensemble de ces zones est matérialisé par un gabarit de pointage qui est globalement constitué
- par un chemin de came fixe par rapport à la tourelle et associé au déplacement en gisement du canon,
- par un chemin de came fixe par rapport au canon et associé au déplacement en site de ce dernier, et
- par un ensemble de capteurs de position associés aux deux chemins de came précités.Currently, all of these areas are materialized by a scoring template which is generally made up
- by a fixed cam path relative to the turret and associated with the displacement of the barrel,
- by a fixed cam path relative to the barrel and associated with the displacement in elevation of the latter, and
- by a set of position sensors associated with the two aforementioned cam paths.
D'une manière générale, chaque chemin de came comporte des créneaux qui matérialisent chacun une fenêtre correspondant à un zone d'interdiction, et chaque créneau forme une butée d'arrêt pour le canon. In general, each cam path comprises slots which each materialize a window corresponding to a prohibition zone, and each slot forms a stop for the barrel.
Concrètement, pour un créneau du chemin de came associé au déplacement en gisement du canon, les deux bords latéraux de ce créneau délimitent chacun une butée qui est associée à au moins un premier capteur de position situé à distance de la butée et un second capteur de position situé à proximité immédiate de la butée. Les deux capteurs sont séparés l'un de l'autre d'une distance fixe prédéterminée correspondant à une bande de ralentissement ou de décélération à partir de laquelle la vitesse du canon doit tendre vers zéro pour éviter que ce dernier ne vienne heurter la butée. Autrement dit, le premier capteur de position détecte le déplacement du canon en direction de la butée et commande un mouvement de décélération pour réduire la vitesse de déplacement du canon dont l'arrêt est commandé par le second capteur de position. La zone de décélération, séparant deux capteurs de position, est calculée pour la vitesse maximum de déplacement du canon.Concretely, for a slot of the cam path associated with the displacement of the barrel, the two lateral edges of this slot each delimit a stop which is associated with at least a first position sensor located at a distance from the stop and a second sensor of position located in the immediate vicinity of the stop. The two sensors are separated from each other by a predetermined fixed distance corresponding to a slowing or deceleration band from which the speed of the gun must tend towards zero to prevent the latter from hitting the abutment. In other words, the first position sensor detects the movement of the barrel in the direction of the stop and controls a deceleration movement to reduce the speed of movement of the barrel, the stopping of which is controlled by the second position sensor. The deceleration zone, separating two position sensors, is calculated for the maximum speed of movement of the gun.
Il en résulte un gabarit de pointage dune structure complexe d'une part et figée d'autre part. La structure du gabarit est en effet complexe au niveau de la mise en place des chemins de came et du câblage nécessaire pour relier les différents capteurs de position au calculateur de gestion de tir et d'asservissement, si bien que toute modification que l'on souhaite apporter à un tel gabarit, en particulier la prise en compte d'une nouvelle fenêtre d'interdiction, s'avère très délicate à réaliser. En effet, il faut redéfinir les chemins de came et reprendre le câblage des capteurs de position. En outre, il faut un nombre relativement important de capteurs de position qui sont chacun d'un coût élevé étant donné qu'ils sont conçus pour travailler dans un environnement sévère. This results in a pointing jig of a complex structure on the one hand and frozen on the other. The structure of the template is indeed complex in terms of the installation of the cam tracks and of the wiring necessary to connect the various position sensors to the fire management and servo control computer, so that any modification that is made wishes to bring to such a template, in particular taking into account a new prohibition window, is very difficult to achieve. Indeed, it is necessary to redefine the cam tracks and resume the wiring of the position sensors. In addition, a relatively large number of position sensors are required which are each of a high cost since they are designed to work in a harsh environment.
Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités des gabarits de pointage, c'est-àdire de concevoir un procédé pour gérer un gabarit de pointage qui offre plus de souplesse et qui soit d'une mise en oeuvre plus simple et moins coûteuse. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks of pointing jigs, that is to say to design a method for managing a pointing jig which offers more flexibility and which is simpler and less implementation. expensive.
A cet effet, l'invention propose un procédé de commande d'un système mécanique motorisé ayant un élément mobile à déplacer qui est susceptible d'interférer avec au moins un obstacle situé sur sa trajectoire de déplacement, en particulier le canon d'une arme embarquée sur une tourelle d'un engin blindé, et qui est caractérisé en ce qu'il consiste, dans une première étape d'initialisation
- à identifier toutes les zones d'interdiction dans l'espace de déplacement de l'élément mobile qui correspondent à des obstacles situés ou susceptibles de se situer sur la trajectoire de déplacement de l'élément mobile,
- à matérialiser chaque zone par une fenêtre d'interdiction définie latéralement par deux angles de gisement et en hauteur par un angle de site, et
- à mémoriser les valeurs des angles de gisement et de site de toutes les fenêtres d'interdiction,
et, dans une seconde étape de fonctionnement, à déterminer en continu, la position en gisement et en site de l'élément mobile, et pour chaque position de l'élément mobile
- à calculer les vitesses en gisement et en site de l'élément mobile,
- à déterminer quelles sont les fenêtres d'interdiction qui doivent être activées en fonction des obstacles situés dans l'espace de déplacement de l'élément mobile, et celle de ces fenêtres d'interdiction qui est la plus proche de l'élément mobile.To this end, the invention proposes a method for controlling a motorized mechanical system having a movable element to be moved which is capable of interfering with at least one obstacle situated on its path of movement, in particular the barrel of a weapon on board a turret of an armored vehicle, and which is characterized in that it consists, in a first initialization step
- to identify all the prohibition zones in the space of movement of the mobile element which correspond to obstacles located or likely to be located on the path of movement of the mobile element,
- to materialize each zone by a prohibition window defined laterally by two bearing angles and in height by a site angle, and
- memorize the values of the bearing and site angles of all the prohibition windows,
and, in a second operating step, to determine continuously, the position in bearing and in elevation of the mobile element, and for each position of the mobile element
- calculate the bearing and elevation speeds of the mobile element,
- To determine which are the prohibition windows which must be activated according to the obstacles located in the space of displacement of the mobile element, and which of these prohibition windows which is closest to the mobile element.
- à calculer en fonction d'au moins la vitesse de déplacement de l'élément mobile, les limites d'une bande de ralentissement en gisement et en site qui encadre ladite fenêtre d'interdiction la plus proche, bande à partir de laquelle un mouvement de décélération peut être appliqué à l'élément mobile pour l'arrêter à proximité immédiate de ladite fenêtre d'interdiction, et
- tant que la position de l'élément mobile est située à l'extérieur de ladite bande de ralentissement, à faire tendre les commandes des actionneurs vers les consignes fournies par l'organe à commande manuelle.- to calculate as a function of at least the speed of movement of the mobile element, the limits of a band of deceleration in deposit and in elevation which frames said nearest prohibition window, band from which a movement deceleration can be applied to the movable element to stop it in the immediate vicinity of said prohibition window, and
- As long as the position of the movable element is located outside of said slowdown band, the actuators' commands must be stretched towards the instructions provided by the manually controlled member.
Ainsi, le procédé selon l'invention permet de remplacer un gabarit de pointage matériel par un gabarit de pointage fictif géré d'une manière automatique. Thus, the method according to the invention makes it possible to replace a hardware pointing gauge with a fictitious pointing gauge managed in an automatic manner.
Selon une autre caractéristique selon l'invention, lorsque la position de l'élément mobile se situe sur la limite d'une bande de ralentissement en gisement associée à une fenêtre d'interdiction, le procédé consiste à inhiber la consigne de vitesse en gisement fournie par l'organe à commande manuelle et à appliquer à l'élément mobile une commande de décélération en gisement pour le stopper à proximité de ladite fenêtre. According to another characteristic according to the invention, when the position of the movable element is situated on the limit of a band of retardation in field associated with a prohibition window, the method consists in inhibiting the speed setpoint in field provided by the manually controlled member and to apply to the movable element a deceleration command in the field to stop it near said window.
Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque la position de l'élément mobile se situe sur la limite d'une bande de ralentissement en site associée à une fenêtre d'interdiction, le procédé consiste à inhiber la consigne de vitesse en site fournie par l'organe de commande manuelle et à appliquer à l'élément mobile une commande de décélération en site pour le stopper à proximité de ladite fenêtre. According to another characteristic of the invention, when the position of the movable element is located on the limit of a site slowdown band associated with a prohibition window, the method consists in inhibiting the speed set point provided by the manual control member and to apply to the mobile element a deceleration command in elevation to stop it near said window.
Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsque la position de l'élément mobile se situe sur la limite commune des bandes de ralentissement en gisement et en site associées à une fenêtre d'interdiction, le procédé consiste à inhiber les consignes de vitesse en gisement et en site, et à appliquer à l'élément mobile une commande décélération en gisement et en site pour le stopper à proximité de ladite fenêtre. According to another characteristic of the invention, when the position of the mobile element is situated on the common limit of the deceleration bands in bearing and in elevation associated with a prohibition window, the method consists in inhibiting the speed setpoints in deposit and elevation, and to apply to the mobile element a deceleration command in deposit and elevation to stop it near said window.
En variante, selon une autre caractéristique de l'invention, dès que la position de l'élément mobile est située sur la limite d'une bande de ralentissement en gisement associée à une fenêtre d'interdiction, le procédé consiste
- à déterminer la direction du vecteur vitesse de consigne de l'élément mobile,
- à inhiber la consigne de vitesse en gisement délivrée par l'organe de commande manuelle dans le cas où la direction du vecteur vitesse de consigne traverse la fenêtre d'interdiction, et
- à appliquer une commande de décélération en gisement pour stopper l'élément mobile à proximité de ladite fenêtre.As a variant, according to another characteristic of the invention, as soon as the position of the movable element is situated on the limit of a band of retardation in a reservoir associated with a prohibition window, the method consists
- determining the direction of the target speed vector of the movable element,
- inhibiting the deposit speed setpoint delivered by the manual control unit in the case where the direction of the setpoint speed vector crosses the prohibition window, and
- Apply a deceleration command in the field to stop the moving element near said window.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste, pour stopper l'élément mobile à proximité d'une fenêtre d'interdiction, à lui appliquer une commande de décélération sensiblement constante qui est de préférence asservie en vitesse. According to another characteristic of the invention, the method consists, in order to stop the mobile element near a prohibition window, in applying to it a substantially constant deceleration command which is preferably controlled by speed.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste, lorsque la position de l'élément mobile se situe sur la limite d'une bande de ralentissement en gisement associée à une fenêtre d'interdiction, à déterminer la direction du vecteur vitesse de consigne, à inhiber la consigne de vitesse en gisement fournie par l'organe à commande manuelle si la direction du vecteur vitesse traverse la fenêtre d'interdiction et dans ce cas, à appliquer une commande de décélération en gisement, à déterminer si le servant désire éviter la fenêtre en fonction des consignes de vitesse en gisement et site pour stopper le canon à proximité de la fenêtre ou pour contourner ladite fenêtre en calculant et en appliquant au canon une vitesse site optimale tout en maintenant la commande de décélération en gisement. According to yet another characteristic of the invention, the method consists, when the position of the movable element is located on the limit of a band of retardation in bearing associated with a prohibition window, in determining the direction of the speed vector setpoint, to inhibit the bearing speed setpoint supplied by the manually controlled member if the direction of the speed vector crosses the prohibition window and in this case, to apply a bearing deceleration command, to determine whether the servant wishes to avoid the window according to the deposit speed and site instructions to stop the cannon near the window or to bypass said window by calculating and applying to the cannon an optimal site speed while maintaining the deceleration command in deposit.
Aussi, selon un avantage important de l'invention, le procédé permet de modifier facilement le gabarit de pointage sans qu'il soit nécessaire d'apporter des modifications structurelles importantes au niveau de la tourelle de l'engin blindé. Also, according to an important advantage of the invention, the method makes it possible to easily modify the pointing gauge without it being necessary to make significant structural modifications at the level of the turret of the armored vehicle.
D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels
- la figure 1 illustre schématiquement un espace de déplacement d'un élément mobile orientable en gisement et en site,
- la figure 2 illustre schématiquement une zone d'interdiction de passage de l'élément mobile dans l'espace de déplacement de la figure 1,
- la figure 3 illustre schématiquement plusieurs fenêtres d'interdiction correspondant à plusieurs zones d'interdiction dans un repère orthonormé gisement-site,
- la figure 4 représente sous forme d'un schéma-bloc un système de mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
- les figures 5a-5d illustrent schématiquement l'application du procédé selon l'invention lorsque l'élément mobile approche une fenêtre d'interdiction,
- la figure 6 illustre graphiquement un mouvement de décélération appliqué à l'élément mobile pour le stopper au voisinage d'une fenêtre d'interdiction,
- la figure 7 illustre graphiquement une variante du procédé selon l'invention lorsque l'élément mobile approche une fenêtre d'interdiction, et
- la figure 8 illustre graphiquement une autre variante du procédé selon l'invention pour faire éviter à l'élément mobile une fenêtre d'interdiction.Other advantages, characteristics and details of the invention will emerge from the explanatory description which follows, given with reference to the appended drawings, given solely by way of example and in which
FIG. 1 schematically illustrates a space for displacement of a movable element orientable in deposit and in site,
FIG. 2 schematically illustrates a zone preventing the moving element from passing through the displacement space of FIG. 1,
FIG. 3 schematically illustrates several prohibition windows corresponding to several prohibition zones in an orthonormal reference frame-site,
FIG. 4 represents in the form of a block diagram a system for implementing the method according to the invention,
FIGS. 5a-5d schematically illustrate the application of the method according to the invention when the mobile element approaches a prohibition window,
FIG. 6 graphically illustrates a deceleration movement applied to the mobile element to stop it in the vicinity of a prohibition window,
FIG. 7 graphically illustrates a variant of the method according to the invention when the movable element approaches a prohibition window, and
- Figure 8 illustrates graphically another variant of the method according to the invention to avoid the movable element a prohibition window.
Dans un engin blindé avec une tourelle équipée d'une arme, le canon de l'arme peut être pointé suivant un angle de gisement G par rotation de la tourelle sur 360 autour d'un premier axe X-X, et suivant un angle de site S par pivotement du canon autour d'un second axe perpendiculaire à l'axe X-X précité. Le canon de l'arme est donc déplaçable à l'intérieur d'un espace E qui, à titre d'exemple, est de forme hémisphérique sur la figure 1 pour un angle de site minimum voisin de 0.. In an armored vehicle with a turret equipped with a weapon, the barrel of the weapon can be pointed according to a bearing angle G by rotation of the turret on 360 around a first axis XX, and according to a site angle S by pivoting the barrel about a second axis perpendicular to the aforementioned axis XX. The barrel of the weapon is therefore movable inside a space E which, for example, is of hemispherical shape in FIG. 1 for a minimum angle of elevation close to 0 ..
Pour les raisons explicitées en préambule, le canon de l'arme peut interférer avec au moins un obstacle au cours du déplacement du canon dans l'espace E. Un tel obstacle est matérialisé par une zone d'interdiction Z à l'intérieur de l'espace E, cette zone Z ne devant pas être traversée par le canon lorsque ce dernier est pointé en gisement et en site. For the reasons explained in the preamble, the barrel of the weapon can interfere with at least one obstacle during the movement of the barrel in space E. Such an obstacle is materialized by a prohibition zone Z inside the space E, this zone Z should not be crossed by the barrel when the latter is pointed in deposit and in elevation.
Concrètement, plusieurs zones d'interdiction possibles Z1, Z2,... Zn sont définies à partir des éléments de la configuration du châssis de l'engin blindé et de certains équipements externes supportés par ledit châssis, qui créent ou sont susceptibles de créer un obstacle à tout moment dans la trajectoire de déplacement du canon à l'intérieur de l'espace E. Concretely, several possible prohibition zones Z1, Z2, ... Zn are defined from the elements of the configuration of the chassis of the armored vehicle and certain external equipment supported by said chassis, which create or are capable of creating a obstacle at any time in the path of movement of the cannon inside space E.
Ainsi, une zone d'interdiction peut correspondre à une ouverture d'accès du châssis, fermée par une trappe et utilisée pour le passage de membres de l'équipage de l'engin blindé. En effet, lorsque la trappe de l'ouverture d'accès est ouverte, il y a un risque de passage d'un membre de l'équipage par cette ouverture d'accès et ce membre de l'équipage constitue alors un obstacle dans l'espace de déplacement E du canon qui, pour des raisons évidentes de sécurité, ne doit pas être heurté au passage du canon. Cette zone d'interdiction peut correspondre également à un équipement externe qui, dans une position d'utilisation, peut créer un obstacle dans l'espace de déplacement E du canon qui ne doit pas être endommagé au passage du canon. Un tel équipement peut être par exemple un pare-lame. Thus, a prohibition zone may correspond to an access opening of the chassis, closed by a hatch and used for the passage of members of the crew of the armored vehicle. Indeed, when the hatch of the access opening is open, there is a risk of a member of the crew passing through this access opening and this member of the crew then constitutes an obstacle in the movement space E of the barrel which, for obvious safety reasons, must not be struck by the passage of the barrel. This prohibition zone can also correspond to external equipment which, in a position of use, can create an obstacle in the displacement space E of the barrel which must not be damaged in the passage of the barrel. Such equipment can be for example a blade guard.
D'une manière générale, chaque zone d'interdiction Z1, Z2,..., Zn peut être définie en largeur par deux angles de gisement et en hauteur par un angle de site. Autrement dit et comme illustré à la figure 3, il est possible de faire correspondre à ces zones d'interdiction Z1, Z2, ..., Zn dans l'espace de déplacement E du canon, plusieurs fenêtres d'interdiction
F1, F2, ..., Fn dans un repère orthonormé avec les angles de gisement en abscisses et les angles de site en ordonnées. Ainsi, chaque fenêtre F1, F2, ..., Fn est définie par trois angles, à savoir : deux angles de gisement Gln et G2n correspondant à la largeur de la fenêtre et un angle 5n correspondant à la hauteur de la fenêtre, chaque fenêtre reposant sur l'angle de site minimum ou position la plus basse possible que peut prendre le canon.In general, each prohibition zone Z1, Z2, ..., Zn can be defined in width by two bearing angles and in height by a site angle. In other words and as illustrated in FIG. 3, it is possible to match these prohibition zones Z1, Z2, ..., Zn in the displacement space E of the barrel, several prohibition windows
F1, F2, ..., Fn in an orthonormal coordinate system with the bearing angles on the abscissa and the site angles on the ordinate. Thus, each window F1, F2, ..., Fn is defined by three angles, namely: two bearing angles Gln and G2n corresponding to the width of the window and an angle 5n corresponding to the height of the window, each window based on the minimum elevation angle or lowest possible position that the gun can take.
Selon l'invention, les fenêtres F1, F2,
Fn sont gérées automatiquement au cours du déplacement du canon par un système de pilotage représenté sous la forme d'un schéma-bloc à la figure 4.According to the invention, the windows F1, F2,
Fn are managed automatically during the movement of the barrel by a piloting system represented in the form of a block diagram in FIG. 4.
Le système de pilotage est organisé autour d'un dispositif central constitué par un calculateur C de gestion de tir et d'asservissement. D'une manière générale, une entrée du calculateur C est reliée à un organe à commande manuelle 2, tel qu'un manche ou palonnier manoeuvré par le servant de la tourelle, qui délivre des consignes de vitesse pour pointer l'arme suivant une direction donnée. La connexion du calculateur
C à l'organe de commande 2 est assurée par une liaison électrique 11 avec interposition d'une interface d'entrée/sortie I1 pour assurer une conversion analogique/numérique des signaux émis par l'organe de commande 2. Une sortie du calculateur C est reliée à un premier actionneur Al qui comprend un dispositif d'asservissement 3 de commande d'un organe moteur M1, tel qu'un moto-réducteur, pour commander en rotation la tourelle 4 et orienter le canon de l'arme en gisement.The control system is organized around a central device consisting of a fire control and servo control computer C. Generally, an input of the computer C is connected to a manually controlled member 2, such as a handle or spreader maneuvered by the turret operator, which delivers speed instructions for aiming the weapon in a direction given. Connection of the computer
C to the control member 2 is provided by an electrical link 11 with the interposition of an input / output interface I1 to ensure analog / digital conversion of the signals transmitted by the control member 2. An output from the computer C is connected to a first actuator A1 which comprises a control device 3 for controlling a motor member M1, such as a gear motor, for controlling the turret 4 in rotation and orienting the barrel of the weapon in deposit.
Une autre sortie du calculateur C est reliée à un second actionneur A2 qui comprend un dispositif d'asservissement 5 de commande d'un organe moteur M2, tel qu'un moto-réducteur, pour commander le pivotement du canon 7 et l'orienter en site. Le calculateur C est relié à l'actionneur Al par une liaison électrique 12 et à l'actionneur A2 par une liaison électrique 13, avec interposition d'une interface d'entrée/sortie I2 pour envoyer des signaux de forme analogique au dispositif d'asservissement 3 et 5.Another output of the computer C is connected to a second actuator A2 which includes a servo control device 5 for controlling a motor member M2, such as a gear motor, for controlling the pivoting of the barrel 7 and orienting it in site. The computer C is connected to the actuator A1 by an electrical connection 12 and to the actuator A2 by an electrical connection 13, with the interposition of an input / output interface I2 to send signals of analog form to the device servo 3 and 5.
Un premier capteur 10 transmet au calculateur C une information angulaire correspondant à la position en gisement de la tourelle, et un second capteur 11 transmet au calculateur C une information angulaire correspondant à la position en site du canon. Ces deux capteurs 10 et 11 sont par exemple des potentiomètres de précision qui délivrent une tension proportionnelle à l'écart angulaire en gisement de la tourelle et en site du canon. Les deux capteurs 10 et 11 sont respectivement reliés au calculateur C par deux liaisons électriques 14 et 15 avec interposition d'une interface d'entrée/sortie I3 pour convertir en numérique les signaux analogiques délivrés par les capteurs. Un premier dispositif tachymétrique 12 délivre une tension proportionnelle à la vitesse de rotation de l'organe moteur M1 par exemple pour déterminer la vitesse VG de déplacement en gisement de la tourelle, et un second dispositif tachymétrique 13 délivre une tension proportionnelle à la vitesse de rotation de l'organe moteur M2 par exemple pour déterminer la vitesse Vs de déplacement en site du canon. A first sensor 10 transmits to the computer C angular information corresponding to the position in bearing of the turret, and a second sensor 11 transmits to the computer C angular information corresponding to the position in elevation of the gun. These two sensors 10 and 11 are for example precision potentiometers which deliver a voltage proportional to the angular deviation in the direction of the turret and in elevation of the gun. The two sensors 10 and 11 are respectively connected to the computer C by two electrical connections 14 and 15 with the interposition of an input / output interface I3 to convert the analog signals delivered by the sensors into digital. A first tachometer device 12 delivers a voltage proportional to the speed of rotation of the motor member M1 for example to determine the speed VG of displacement in bearing of the turret, and a second tachometer device 13 delivers a voltage proportional to the speed of rotation of the motor unit M2 for example to determine the speed Vs of displacement in elevation of the barrel.
Les deux dispositifs tachymétriques 12 et 13 sont respectivement reliés au calculateur C par deux liaisons électriques 16 et 17 avec interposition de l'interface d'entrée/sortie I3 précitée pour convertir en numériques les signaux de vitesse analogiques.The two tachometric devices 12 and 13 are respectively connected to the computer C by two electrical connections 16 and 17 with interposition of the aforementioned input / output interface I3 to convert the analog speed signals into digital.
Chaque fenêtre d'interdiction qui est susceptible d'interférer avec l'élément mobile est associée à un détecteur de position D1, D2, ..., Dm et l'ensemble de ces détecteurs est relié, par une liaison électrique 18 et interposition d'une interface d'entrée/sortie I4, au calculateur C pour valider ou non une fenêtre d'interdiction. Plus précisément, un détecteur de position est situé au niveau de chaque ouverture d'accès du châssis de l'engin blindé, le détecteur prenant un état différent selon que la trappe associée à cette ouverture d'accès est abaissée ou relevée. De même, le détecteur de position associé à un équipement auxiliaire porté par le châssis de l'engin blindé, change d'état suivant que cet équipement, tel un pare-lame, prend ou non une position qui le fait pénétrer à l'intérieur de l'espace de déplacement E du canon. Each prohibition window which is likely to interfere with the movable element is associated with a position detector D1, D2, ..., Dm and all of these detectors are connected, by an electrical connection 18 and interposition d 'an input / output interface I4, to the computer C to validate or not a prohibition window. More specifically, a position detector is located at each access opening of the chassis of the armored vehicle, the detector taking a different state depending on whether the hatch associated with this access opening is lowered or raised. Similarly, the position detector associated with auxiliary equipment carried by the chassis of the armored vehicle, changes state depending on whether this equipment, such as a blade guard, takes or not a position which makes it penetrate inside. of the displacement space E of the barrel.
Enfin, le calculateur C, d'une façon connue en soi, comprend au moins une unité centrale de traitement UC et un bloc de mémoire M qui sont reliés entre eux et aux interfaces I1, I2 et I3 par un bus de commande, d'adresses et de données b. Finally, the computer C, in a manner known per se, comprises at least one central processing unit UC and a memory block M which are connected to each other and to the interfaces I1, I2 and I3 by a control bus, addresses and data b.
Un tel système permet de mettre en oeuvre un procédé pour gérer automatiquement les fenêtres d'interdiction F1, F2, ..., Fn au cours du déplacement du canon dans l'espace E. Such a system makes it possible to implement a method for automatically managing the prohibition windows F1, F2, ..., Fn during the movement of the gun in space E.
Dans une première étape d'initialisation, le procédé consiste à identifier toutes les zones de la configuration du châssis et de l'équipement de l'engin qui correspondent à des obstacles qui sont situés ou susceptibles de se situer sur la trajectoire de déplacement du canon, à matérialiser chaque zone par une fenêtre d'interdiction définie latéralement par deux angles de gisement et en hauteur par un angle de site, et à entrer dans le bloc de mémoire M du calculateur C toutes les valeurs de ces angles pour chacune des fenêtres. Avantageusement, toutes les valeurs des angles de gisement et de site définissant les fenêtres d'interdiction sont stockées dans un tableau à n lignes (n correspondant au nombre de fenêtres) et à trois colonnes (les trois angles définissant chaque fenêtre), et ces fenêtres sont par exemple classées suivant des angles de site croissant. In a first initialization step, the method consists in identifying all the zones of the configuration of the chassis and of the equipment of the machine which correspond to obstacles which are located or likely to be located on the trajectory of movement of the gun. , to materialize each zone by a prohibition window defined laterally by two bearing angles and in height by a site angle, and to enter into the memory block M of the computer C all the values of these angles for each of the windows. Advantageously, all the values of the bearing and site angles defining the prohibition windows are stored in a table with n rows (n corresponding to the number of windows) and with three columns (the three angles defining each window), and these windows are for example classified according to angles of increasing site.
Dans une seconde étape de fonctionnement, le procédé consiste à calculer en continu la position P en gisement et en site du canon à partir des valeurs angulaires délivrées par les capteurs de gisement 10 et de site 11 lors du déplacement du canon commandé par les consignes de vitesse fournies par le pilote au moyen de l'organe de commande 2, et pour chaque position de l'élément mobile
- à calculer les vitesses en gisement VG et en site Vs du canon à partir des valeurs délivrées par les dispositifs tachymétriques 12 et 13,
- à activer les fenêtres d'interdiction F1,
F2, ..., Fn en fonction de l'état des signaux délivrés par les détecteurs de position D1, D2, ..., Dm,
- à identifier parmi les fenêtres d'interdiction validées, la fenêtre Fi qui est la plus proche de la position P du canon,
- à calculer en fonction d'au moins la vitesse du canon les limites d'une bande de ralentissement en gisement BG1i, BG2i et en site BS1i, BS2 qui encadre ladite fenêtre d'interdiction Fi la plus proche, bande à partir de laquelle un mouvement de décélération déterminé peut être appliqué au canon pour l'arrêter à proximité immédiate de ladite fenêtre d'interdiction, et
- tant que la position P du canon est située à l'extérieur de la bande de ralentissement, le calculateur
C délivre des signaux de commande aux actionneurs Al et
A2 qui tendent vers les consignes délivrées par l'organe de commande 2 pour orienter le canon en gisement et en site dans la direction souhaitée par le servant de la tourelle.In a second operating step, the method consists in continuously calculating the position P in the field and in the site of the gun from the angular values delivered by the field and site sensors 11 during the movement of the barrel controlled by the instructions of speed supplied by the pilot by means of the control member 2, and for each position of the mobile element
- calculating the velocities in VG deposit and in Vs site of the cannon from the values delivered by the tachometric devices 12 and 13,
- activate the F1 prohibition windows,
F2, ..., Fn depending on the state of the signals delivered by the position detectors D1, D2, ..., Dm,
to identify among the validated prohibition windows, the window Fi which is closest to the position P of the barrel,
- to calculate, as a function of at least the speed of the cannon, the limits of a deceleration band in the BG1i, BG2i deposit and in the BS1i, BS2 site which surrounds said nearest prohibition window Fi, band from which a determined deceleration movement can be applied to the barrel to stop it in the immediate vicinity of said prohibition window, and
- as long as the P position of the barrel is located outside the deceleration band, the computer
C delivers control signals to the actuators Al and
A2 which tend towards the instructions delivered by the control member 2 to orient the barrel in deposit and in elevation in the direction desired by the servant of the turret.
Un premier principe de fonctionnement est illustré aux figures 5a, 5b, 5c et 5d. Supposons dans un premier cas que le canon s'approche d'un bord latéral d'une fenêtre d'interdiction Fi. Dès que le canon atteint une position P située sur la limite BGli ou BG2i de la bande de ralentissement en gisement BG associée à cette fenêtre Fi et calculée par le calculateur C en fonction de la vitesse de gisement du canon, le calculateur C prend en partie en main le pilotage du canon. Plus précisément, le calculateur C ne prend plus en compte la consigne de vitesse en gisement délivrée par l'organe à commande manuelle 2, et génère une commande de décélération en gisement à l'actionneur Al telle que le canon puisse s'arrêter à proximité de la fenêtre Fi sans pénétrer dans la zone Zi de l'espace E correspondant à cette fenêtre Fi. Cette commande de décélération est par exemple constante, comme illustré à la figure 6, pour faire tendre vers zéro la vitesse en gisement du canon et le stopper en gisement lorsqu'il atteint la position P1 située à proximité de la fenêtre Fi (figure 5b). La commande de décélération est avantageusement asservie en vitesse pour stopper le canon au plus près de la fenêtre
Fi.A first operating principle is illustrated in FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d. Suppose in a first case that the barrel approaches a lateral edge of a prohibition window Fi. As soon as the barrel reaches a position P located on the limit BGli or BG2i of the deceleration band in BG bearing associated with this window Fi and calculated by the computer C as a function of the barrel bearing speed, the computer C takes part in hand the piloting of the cannon. More precisely, the computer C no longer takes into account the deposit speed setpoint delivered by the manual control member 2, and generates a deposit deceleration command to the actuator Al such that the gun can stop nearby of window Fi without entering zone Zi of space E corresponding to this window Fi. This deceleration command is for example constant, as illustrated in FIG. 6, in order to make the speed in bearing of the barrel tend towards zero and stop it in bearing when it reaches the position P1 located near the window Fi (FIG. 5b) . The deceleration command is advantageously slaved in speed to stop the gun as close as possible to the window
Fi.
Ensuite, le servant peut effectuer un dégagement par le haut en actionnant l'organe de commande 2 dans le sens site haut (figure 5c) pour faire passer le canon de la position P1 à la position P2. Then, the servant can carry out a release from above by actuating the control member 2 in the high site direction (FIG. 5c) to move the barrel from position P1 to position P2.
Ensuite, lorsque l'obstacle correspondant à la fenêtre Fi est évité, le servant peut à nouveau reprendre le mouvement en gisement (figure 5d). Then, when the obstacle corresponding to the window Fi is avoided, the servant can again resume the movement in bearing (Figure 5d).
Supposons dans un deuxième cas que le canon s'approche du bord supérieur d'une fenêtre d'interdiction
Fi. Dès que le canon atteint une position P située sur la limite BS2i de la bande de ralentissement en site BS associée à cette fenêtre Fi et calculée par le calculateur C en fonction de la vitesse de site du canon, le calculateur C prend en partie en main le pilotage du canon. Plus précisément, le calculateur C ne prend plus en compte la consigne de vitesse en site délivrée par l'organe à commande manuelle 2, et génère une commande de décélération en site à l'actionneur A2 telle que le canon puisse s'arrêter à proximité de la fenêtre Fi sans pénétrer dans la zone Zi de l'espace E correspondant à cette fenêtre Fi. La commande de décélération en site est semblable à la commande de décélération en gisement évoquée précédemment.Suppose in a second case that the barrel approaches the upper edge of a prohibition window
Fi. As soon as the gun reaches a position P located on the limit BS2i of the site deceleration band BS associated with this window Fi and calculated by the computer C as a function of the site speed of the gun, the computer C takes part in hand piloting the cannon. More precisely, the computer C no longer takes into account the site speed setpoint delivered by the manual control member 2, and generates a site deceleration command to the actuator A2 such that the gun can stop nearby. of window Fi without entering zone Zi of space E corresponding to this window Fi. The deceleration command in elevation is similar to the deceleration command in bearing mentioned above.
Supposons dans un troisième cas que le canon s'approche d'un coin supérieur d'une fenêtre d'interdiction Fi. Dès que le canon atteint une position P située sur la limite commune des bandes de ralentissement en gisement et en site, le calculateur C prend en main le pilotage du canon. Plus précisément, le calculateur C ne prend plus en compte les consignes de vitesse en gisement et en site délivrées par l'organe à commande manuelle 2, et génère une commande de décélération en site et en gisement aux actionneurs Al et
A2 telle que le canon puisse s'arrêter à proximité de la fenêtre Fi sans pénétrer dans la zone Zi correspondant à cette fenêtre Fi. La commande de décélération en site et en gisement est semblable à la commande de décélération précédente.Suppose in a third case that the barrel approaches an upper corner of a prohibition window Fi. As soon as the gun reaches a position P located on the common limit of the deceleration bands in deposit and in elevation, the computer C takes over the piloting of the gun. More precisely, the computer C no longer takes into account the speed setpoint and elevation setpoints delivered by the manual control member 2, and generates a deceleration command in elevation and in elevation at the actuators A1 and
A2 such that the gun can stop near window Fi without entering the zone Zi corresponding to this window Fi. The deceleration command in elevation and in bearing is similar to the previous deceleration command.
Selon un second principe de fonctionnement illustré à la figure 7, lorsque le canon arrive sur la limite d'un bord de la bande de ralentissement BG associée à la fenêtre Fi, le calculateur C calcule la direction du vecteur vitesse de consigne délivré par l'organe à commande manuelle à partir des vitesses de consigne en gisement VG et en site VS, et détermine si la droite de support du vecteur vitesse pénètre ou non dans la fenêtre d'interdiction Fi. En se reportant à la figure 7, pour la position P1 du canon, la droite D1 qui supporte le vecteur vitesse V1 ne traverse pas la fenêtre
Fi, si bien que le calculateur C peut laisser la main à l'organe de commande 2 car la trajectoire de déplacement du canon est telle que la fenêtre d'interdiction Fi est située en dehors de cette trajectoire. Par contre, pour la position P2 du canon, la droite D2 qui supporte le vecteur vitesse V2 traverse la fenêtre Fi, et le calculateur C prend en partie en main le pilotage du canon. Plus précisément, le calculateur C ne prend plus en compte la consigne de vitesse en gisement délivrée par l'organe à commande manuelle 2, et génère une commande de décélération en gisement à l'actionneur Al telle que le canon puisse s'arrêter à proximité de la fenêtre Fi sans pénétrer dans la zone Zi de l'espace E correspondant à cette fenêtre Fi.According to a second operating principle illustrated in FIG. 7, when the gun arrives at the limit of an edge of the deceleration band BG associated with the window Fi, the computer C calculates the direction of the target speed vector delivered by the organ with manual control from the reference velocities in the LV deposit and in the VS site, and determines whether or not the speed vector support line enters the prohibition window Fi. Referring to FIG. 7, for the position P1 of the barrel, the straight line D1 which supports the speed vector V1 does not cross the window
Fi, so that the computer C can leave the hand to the control member 2 because the trajectory of movement of the barrel is such that the prohibition window Fi is located outside this trajectory. On the other hand, for the position P2 of the gun, the straight line D2 which supports the speed vector V2 crosses the window Fi, and the computer C takes part in hand the piloting of the gun. More precisely, the computer C no longer takes into account the deposit speed setpoint delivered by the manual control member 2, and generates a deposit deceleration command to the actuator Al such that the gun can stop nearby of window Fi without entering zone Zi of space E corresponding to this window Fi.
Enfin, selon un troisième principe de fonctionnement, illustré schématiquement à la figure 8, le calculateur peut agir de manière à pouvoir éviter la fenêtre d'interdiction Fi. Finally, according to a third operating principle, illustrated diagrammatically in FIG. 8, the computer can act so as to be able to avoid the prohibition window Fi.
Dans ce cas, lorsque la position P du canon atteint le bord de la limite de la bande de ralentissement BG en gisement associée à une fenêtre d'interdiction et que la direction D du vecteur vitesse de consigne traverse la fenêtre d'interdiction Fi, le calculateur C génère une commande de décélération en gisement et délivre cette commande à l'actionneur Al. En parallèle, le calculateur C détermine, en fonction des consignes de vitesse en gisement et en site, si le servant désire contourner la fenêtre Fi. Dans un premier cas, si la vitesse de consigne en site est descendante et si sa valeur absolue est supérieure à la valeur absolue de la vitesse de consigne en gisement, le calculateur en déduit que le servant ne désire pas contourner la fenêtre d'interdiction Fi. Le calculateur C ne prend alors pas en compte la consigne de vitesse en gisement délivrée par l'organe de commande manuelle 2, et génère une commande de décélération en gisement à l'actionneur Al telle que le canon puisse s'arrêter à proximité de la fenêtre Fi. In this case, when the position P of the barrel reaches the edge of the limit of the deceleration band BG in bearing associated with a prohibition window and that the direction D of the target speed vector crosses the prohibition window Fi, the computer C generates a deceleration command in the field and issues this command to the actuator A1. In parallel, the computer C determines, according to the speed set point and site instructions, whether the servant wishes to bypass the window Fi. In a first case, if the setpoint speed at the site is falling and its absolute value is greater than the absolute value of the setpoint speed at the deposit, the computer deduces that the servant does not wish to bypass the prohibition window Fi . The computer C then does not take into account the deposit speed setpoint delivered by the manual control member 2, and generates a deposit deceleration command to the actuator A1 such that the gun can stop near the window Fi.
Si par contre, la consigne de vitesse en site est ascendante, le calculateur C en déduit que le servant désire contourner la fenêtre Fi. Le calculateur C calcule alors la vitesse de site optimale à appliquer à l'actionneur A2 pour que le canon puisse contourner la fenêtre Fi au plus près, la commande de décélération en gisement étant maintenue.If, on the other hand, the site speed setpoint is ascending, the computer C deduces therefrom that the servant wishes to bypass the window Fi. The computer C then calculates the optimal site speed to be applied to the actuator A2 so that the gun can bypass the window Fi as close as possible, the deceleration command in bearing being maintained.
En outre, le servant peut, s'il le désire, interrompre à tout moment le processus d'évitement de la fenêtre d'interdiction Fi pour stopper le canon à proximité de cette fenêtre. In addition, the servant can, if he wishes, interrupt the process of avoiding the prohibition window Fi at any time to stop the cannon near this window.
D'une manière générale, la volonté du servant concernant le processus d'évitement de la fenêtre d'interdiction est analysée pendant toute la phase de décélération en gisement et ce, même après l'arrêt du canon à proximité de la fenêtre d'interdiction. In general, the will of the servant concerning the process of avoiding the prohibition window is analyzed during the entire deceleration phase in the field, even after the gun has stopped near the prohibition window. .
Claims (10)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR9314319A FR2713325B1 (en) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | Method for controlling a motorized mechanical system having a movable element to be moved which is capable of interfering with at least one obstacle located on its path of movement. |
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| FR9314319A FR2713325B1 (en) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | Method for controlling a motorized mechanical system having a movable element to be moved which is capable of interfering with at least one obstacle located on its path of movement. |
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ID=9453372
Family Applications (1)
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3731589A (en) * | 1969-04-03 | 1973-05-08 | Honeywell Gmbh | Method of and apparatus for atuomatically clearing a directive gun from obstacle |
| US4079658A (en) * | 1976-11-26 | 1978-03-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Vehicle gun control having deck avoidance feature |
| US4194432A (en) * | 1977-11-25 | 1980-03-25 | Fmc Corporation | Apparatus for maximizing the firing field of a rotatable gun |
-
1993
- 1993-11-30 FR FR9314319A patent/FR2713325B1/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| US3731589A (en) * | 1969-04-03 | 1973-05-08 | Honeywell Gmbh | Method of and apparatus for atuomatically clearing a directive gun from obstacle |
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| US4194432A (en) * | 1977-11-25 | 1980-03-25 | Fmc Corporation | Apparatus for maximizing the firing field of a rotatable gun |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2713325B1 (en) | 1996-02-16 |
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