FR3125133A1 - Dispositif et procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide curviligne, système de navigation - Google Patents

Abstract

« Dispositif et procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide curviligne, système de navigation » Dispositif et procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide, le dispositif comportant : un capteur d’attitude du véhicule guidé fournissant des mesures de composantes d’attitude du véhicule, une mémoire (604) de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude comportant des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de la balise virtuelle d’attitude et au moins une valeur d’attribut de balise virtuelle d’attitude, dont une valeur d’attribut de position de ladite balise, un processeur configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710), le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) comparant les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement d’une valeur d’une composante d’attitude des données de balises virtuelles d’attitude par une mesure de la composante d’attitude correspondante, ladite composante d’attitude étant avantageusement le cap géographique. Figure 7

Description

Dispositif et procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide curviligne, système de navigation

La présente invention concerne de manière générale le domaine des systèmes de navigation, en particulier à l’estime, dans lesquels il est mis en œuvre des recalages de localisation. Elle se rapporte plus particulièrement à un dispositif et un procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide curviligne.

Arrière-plan technologique

L’invention permet la localisation d’un mobile navigant ou circulant (ces termes étant équivalents dans le contexte de l’invention) le long d’un guide curviligne.

On considère notamment comme guides curvilignes les voies des réseaux ferrés, les guides électromagnétiques comme par exemple pour les robots d’élevage ou les véhicules autonomes, ou encore les systèmes optroniques de suivi de courbes comme par exemple les lignes blanches d’une autoroute.

La localisation d’un mobile le long d’un guide curviligne est généralement définie par une abscisse curviligne depuis un point de référence plutôt que par une position géographique.

Dans un contexte ferroviaire, ces points de référence peuvent par exemple être des transpondeurs, génériquement dénommés balises matérielles, positionnés le long des voies ferrées ou des appareils de voie. Un lecteur de balise matérielle embarqué à bord des véhicules ferroviaires permet de lire ces transpondeurs lors de leur franchissement. Afin de déterminer l’abscisse curviligne parcourue depuis le franchissement de chacun de ces transpondeurs, les véhicules ferroviaires sont équipés de différents dispositifs contribuant à un système de navigation à l’estime. Il peut s’agir notamment de capteurs de position, notamment capteur de position angulaire de roue, parfois appelés “roue phonique”, de radars, de capteurs inertiels/centrale inertielle ou encore de systèmes de localisation par satellite.

Avec une dérive notamment proportionnelle à la distance parcourue, ces systèmes de navigation à l’estime nécessitent des recalages réguliers par passage sur de nouveaux transpondeurs (transpondeurs suivants) rencontrés le long du parcours des voies, impliquant un coût d’installation et surtout de maintenance important. Ils nécessitent eux-mêmes des maintenances périodiques très fréquentes et résultant en une faible disponibilité du matériel ferroviaire. En plus de cela, leurs performances restent limitantes par rapport au besoin de certains opérateurs ferroviaires, par exemple dans des zones de trafic dense.

Ainsi, l’invention concerne particulièrement les mobiles dont la détermination de la localisation utilise des systèmes de navigation à l’estime.

Cette navigation à l’estime nécessite une localisation initiale ainsi que des relocalisations régulières, ou recalages, permettant de limiter les erreurs et incertitudes qui, sinon, s’accumuleraient lors de la navigation à l’estime.

Les incertitudes associées à ces localisations et relocalisations doivent notamment être bien connues afin que le système de navigation à l’estime puisse prendre en compte convenablement les recalages.

Pour des applications en sûreté de fonctionnement, il peut également s’avérer nécessaire de connaître le niveau de protection offert par cette localisation, à savoir l’erreur maximale garantie, par un contrôle d’intégrité.

La localisation à l’estime de véhicules guidés à partir du couplage entre des mesures par des capteurs à bord du véhicule et une base de données cartographiques a déjà fait l’objet de plusieurs publications. Ce couplage peut être fait soit en continu, soit périodiquement, que cela soit spatialement ou temporellement. Ce couplage permet d’améliorer l’exactitude du système de navigation à l’estime et/ou d’identifier la partie de guide sur laquelle se trouve le véhicule et remplace ainsi certaines fonctionnalités des transpondeurs.

Le système proposé par le document EP 1 211 152 B1 nécessite des mesures de vitesse et d’une grandeur inertielle dépendant d’une caractéristique géométrique propre à la voie en différents instants précédents l’instant courant. Ces mesures sont couplées à une base de données constituée de ladite caractéristique géométrique propre de la voie et de sa dérivée spatiale pour différentes abscisses curvilignes afin d’améliorer le calcul de l’abscisse curviligne courante à partir de l’abscisse curviligne précédente. En fonction de son axe de mesure dans le véhicule ferroviaire, le gyromètre peut soit mesurer la vitesse de lacet et être associé à la courbure de la voie, soit mesurer la vitesse de roulis et être associé aux variations de dévers de la voie.

Le document US 8 989 985 B2 présente un dispositif et la méthode correspondante permettant de déterminer la position courante d’un véhicule en mesurant les variations d’attitude depuis un point de référence pour lequel la position du véhicule est connue et en les comparant à une base de données cartographique contenant notamment l’attitude du guide. Ce dispositif et cette méthode ne permettent en aucun cas de déterminer la position du véhicule le long du guide sans information préalable de position, externe au système. Ce dispositif et cette méthode, exploitant une base de données cartographique propre au guide et ne tenant pas compte de l’erreur déterministe d’attitude engendrée par le guidage du véhicule, peuvent ne pas présenter les performances nécessaires au recalage d’un système de navigation à l’estime performant.

Les deux documents précédents utilisent une base de données cartographique pour améliorer l’exactitude du système de navigation à l’estime, mais pas pour déterminer directement la position du véhicule le long du le guide.

Plusieurs publications dans le domaine ferroviaire proposent d’utiliser des méthodes de corrélation entre deux profils représentant la courbure ou le cap relatif en fonction de l’abscisse curviligne. Le premier profil est issu d’une base de données cartographique et le second de la fusion entre un gyromètre de lacet et un capteur de vitesse.

C’est notamment le cas de l’article de Samer S. Saab: “A Map Matching Approach for Train Positioning”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 49, No. 2, mars 2000 (2000-03), pages 467-475 qui développe un algorithme de recalage de la position courante du véhicule ferroviaire lors de la détection d’une signature de courbure. Ces signatures correspondent à des variations de la courbure en particulier au niveau des aiguillages et des raccordements cubiques assurant la transition entre un alignement et une pleine courbe.

Le document US 2009/0187294 A1 présente un dispositif et la méthode correspondante permettant d’identifier un intervalle de confiance de la position d’un véhicule lors de son démarrage à l’aide de capteurs de position et d’attitude embarqués, par exemple basés sur le positionnement par satellite. Cette position est ensuite comparée à une base de données cartographique contenant notamment la position du guide afin d’identifier la voie du guide sur laquelle se trouve le véhicule. Lorsque plusieurs voies sont identifiées, un profil de l’évolution du cap ou de la courbure en fonction de la distance parcourue est estimé à l’aide de capteurs embarqués lors des déplacements du véhicule jusqu’à obtenir une signature permettant de discriminer la voie par comparaison avec la base de données cartographique contenant également l’attitude du guide.

Le document WO 89/12234 A1 propose une méthode basée sur l’estimation, à partir de capteurs inertiels, d’une variation de cap, en fonction de la distance parcourue afin de mesurer un profil du parcours. Ce profil mesuré est ensuite comparé à des profils de variation de cap en fonction de la distance parcourue contenus dans une base de données.

Le document US 9 616 905 B2 se concentre tout particulièrement sur la détermination de la voie empruntée lors du passage d’un aiguillage en cherchant la meilleure correspondance entre la mesure de la variation du cap en fonction de la distance parcourue et les différentes signatures possibles associées aux branches de la bifurcation.

Les quatre documents précédents utilisent une détection de signature de la variation d’au moins une des trois composantes d’attitude en fonction de la distance parcourue, nécessitant une mesure de déplacement relatif. Dans le domaine ferroviaire une telle signature est observable lors des variations de la courbure de la voie. Ces variations nécessitent le passage d’un aiguillage ou d’un raccordement cubique entre deux courbes. Cela ne permet pas de profiter des changements de cap en pleine courbe, situation la plus courante, pour recaler le système de navigation à l’estime.

En pratique, la qualité des capteurs mis en œuvre et surtout la manière dont ils sont utilisés dans l’état de la technique ne permettent pas d’obtenir un cap géographique précis.

Aucun des documents identifiés dans l’état de l’art n’exploite le franchissement par un véhicule d’au moins une des trois composantes d’attitude d’un véhicule pour le localiser. Les trois composantes d’attitude sont le cap géographique, le tangage, le roulis. On verra qu’en fonction des applications, une seule des composantes peut avantageusement être utilisée pour la recherche du franchissement. On verra également que même si toutes les composantes ne sont pas utilisées pour la recherche du franchissement, les composantes non utilisées peuvent avantageusement servir pour affiner les résultats en éliminant les franchissements détectés qui n’aurait pas dû l’être.

Dans la suite du document, on utilisera les termes « balise » et « balise virtuelle d’attitude » pour désigner un même élément virtuel et on utilisera le terme « balise matérielle » pour désigner une balise physique et donc autre qu’une balise virtuelle d’attitude. Une balise matérielle est typiquement un transpondeur qui peut être lu par un lecteur de balise matérielle embarqué à bord d’un véhicule.

Le demandeur propose, avec la présente invention, une solution permettant de déterminer d’une manière simple la localisation d’un véhicule, sans nécessairement avoir à lire une balise matérielle, également appelée transpondeur, par un lecteur de balise matérielle du véhicule.

A cette fin, il est tout d’abord proposé un dispositif d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide,

le dispositif comportant :

- un capteur d’attitude du véhicule guidé, le capteur d’attitude fournissant lors du déplacement du véhicule des mesures, dans un référentiel géocentrique, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé,

- une mémoire de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique,

- un processeur configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude, le lecteur de balise virtuelle d’attitude comparant les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement de balise virtuelle d’attitude,

la localisation du véhicule guidé étant fournie par la valeur d’attribut de position de la balise détectée dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude.

Dans la suite du texte on utilise indifféremment les termes « cap » et « cap géographique » pour nommer un cap géographique.

En outre concernant les données de balises virtuelles d’attitude qui sont utilisées dans le cadre de l’invention on les décrits, pour chaque balise virtuelle d’attitude, comme étant, d’une part, une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et, d’autre part, au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise. Cette séparation artificielle dans un but descriptif est en relation avec le fait qu’on utilise plutôt les composantes d’attitude pour certaines des opérations au sein du dispositif et les autres données plutôt pour d’autres opérations au sein du dispositif. On comprend cependant qu’il serait équivalent de considérer que ces données de balises virtuelles d’attitude comprennent seulement des valeurs d’attribut de balise comportant au moins des attributs que sont une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et une valeur d’attribut de position de ladite balise.

D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :

- le guide est matériel et est notamment une voie ferrée ou un guide électromagnétique ou un marquage à suivre,

- l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude est réalisée dans un lecteur de balise virtuelle d’attitude du processeur,

- dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude, le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude franchies,

- dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude, le processeur est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude franchies détectées à tort,

- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant les trois composantes d’attitude des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et des mesures d’attitude de véhicule,

- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant deux des trois composantes d’attitude des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et des mesures d’attitude de véhicule,

- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant une seule des trois composantes d’attitude des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et des mesures d’attitude de véhicule,

- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et des mesures d’attitude de véhicule,

- le processeur est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude compare les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement d’une valeur d’une composante d’attitude des données de balises virtuelles d’attitude par une mesure d’une composante d’attitude correspondante, une balise virtuelle d’attitude pour laquelle un franchissement a été détecté ayant sa valeur de composante d’attitude de ses données de balises virtuelles d’attitude comprise entre deux mesures successives de la composante d’attitude correspondante,

- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule afin de détecter un franchissement d’une valeur d’une composante d’attitude des données de balises virtuelles d’attitude par une mesure d’une composante d’attitude correspondante, une balise virtuelle d’attitude pour laquelle un franchissement a été détecté ayant sa valeur de composante d’attitude de ses données de balises virtuelles d’attitude comprise entre deux mesures successives de la composante d’attitude correspondante,

- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans un détecteur de balise virtuelles d’attitude du lecteur de balise virtuelle d’attitude,

- dans le cas d’une application à un véhicule sur un guide au sol, le processeur est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude compare une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique,

- dans le cas d’une application à un véhicule sur un guide au sol, le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique,

- le sol est la terre ferme,

- dans le cas d’une application ferroviaire, le processeur est avantageusement configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique,

- l'attribut de localisation de balise virtuelle d’attitude est une position géodésique,

- l'attribut de localisation de balise virtuelle d’attitude est une distance curviligne par rapport à un point de référence,

- dans le cas où le système de navigation à l'estime met en œuvre une centrale inertielle, l'attribut de localisation de balise virtuelle d’attitude est avantageusement une position géodésique pour permettre le recalage du système,

- dans le cas où le système de navigation à l'estime met en œuvre un capteur de déplacement, l'attribut de localisation de balise virtuelle d’attitude est avantageusement une distance curviligne par rapport à un point de référence pour permettre le recalage du système,

- le capteur d’attitude du véhicule guidé est disposé dans ou sur le véhicule,

- la mémoire de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude est dans le véhicule,

- la mémoire de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude est externe au véhicule et le dispositif a accès à ladite mémoire de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude,

- le processeur est disposé dans le véhicule,

- le processeur est constitué de plusieurs unités, au moins une des unités étant disposée dans le véhicule et au moins une des autres unités étant externe au véhicule et associée à la mémoire de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude qui est externe au véhicule,

- le processeur est en outre configuré pour calculer une valeur d’incertitude et/ou un niveau de protection associée à la localisation du véhicule guidé fournie par la valeur d’attribut de position de la balise détectée,

- le niveau de protection est calculé à partir de l'incertitude,

- le niveau de protection correspond à un multiple de l'incertitude,

- le processeur est en outre configuré pour sélectionner en fonction d’informations préalables, un sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude utilise seulement le sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées,

- un sélectionneur de balises virtuelles d’attitude du processeur permet de sélectionner en fonction d’informations préalables, un sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées,

- le processeur est en outre configuré pour sélectionner en fonction d’informations préalables, un sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude compare le sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule,

- le processeur est en outre configuré pour sélectionner le sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées en fonction d’au moins une valeur d’attribut de balise virtuelles d’attitude des données de balises virtuelles d’attitude,

- les données de balise virtuelle d’attitude comportent en outre une valeur d’attribut de balise virtuelle d’attitude qui est un identifiant de balise virtuelle d’attitude,

- les données de balise virtuelle d’attitude comportent en outre une valeur d’attribut de guide qui est un identifiant de guide sur lequel est positionnée la balise virtuelle d’attitude,

- les données de balise virtuelle d’attitude comportent en outre au moins une valeur d’attribut de balise virtuelle d’attitude qui est une liste d’identifiants de balises virtuelles d’attitudes adjacentes,

- les données de balise d’une balise virtuelle d'attitude donnée comportent en outre une valeur d’attribut de balise qui est la courbure du guide à la position de ladite balise virtuelle d'attitude,

- les données de balise d’une balise virtuelle d'attitude donnée comportent en outre des valeurs d’attributs de balise qui sont les distances curvilignes de ladite balise virtuelle d'attitude aux balises virtuelles d'attitude adjacentes telles que mesurées en suivant les guides,

- les données de balise d’une balise virtuelle d'attitude donnée comportent en outre des valeurs d’attributs de balise qui sont les vecteurs reliant la position géodésique de ladite balise virtuelle d'attitude aux positions géodésiques des balises virtuelles d'attitude adjacentes,

- les données de balise comportent en outre des valeurs d’attributs de balise qui sont les incertitudes liées aux valeurs des données de balise,

- le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort en comparant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude des balises détectées et les mesures d’attitude de véhicule,

- le processeur est configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort dans un éliminateur de balise virtuelles d’attitude détectée à tort du lecteur de balise virtuelle d’attitude,

- le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort en comparant les données des balises détectées et des informations préalables provenant d’une interface de communication,

- le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort en comparant la ou les composantes d’attitude de la balise virtuelle d’attitude qui n’ont pas été utilisées pour détecter des balises virtuelles d’attitude,

- dans le cas où le cap géographique est utilisé pour détecter des balises virtuelles d’attitude, alors le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort par comparaison entre le tangage et/ou le roulis de la balise virtuelle d’attitude détectée avec le tangage et/ou le roulis correspondants mesurés par le capteur d’attitude du véhicule guidé,

- le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort par comparaison entre au moins une valeur d’attribut de balise de la balise détectée et un critère de rejet,

- dans le cas où la valeur d’attribut de balise de la balise détectée est la position de la balise, le critère de rejet est une distance supérieure à un seuil entre la valeur d’attribut de position de la balise détectée et la position estimée du véhicule,

- les données de balises virtuelles d’attitudes mémorisées comportent des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balises et des valeurs d’attributs de balises qui sont communes (ou intrinsèques, ces termes étant considérés équivalents dans ce contexte) à une famille déterminée de véhicules, les véhicules d’une famille ayant des caractéristiques structurelles identiques,

- dans le cas d’une application mettant en œuvre un véhicule comportant une distance inter-boggies ou un entraxe, les caractéristiques structurelles identiques des véhicules sont au moins une même distance inter-boggies ou entraxe du véhicule guidé,

- les données de balises virtuelles d’attitudes mémorisées comportant des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balises et des valeurs d’attributs de balises qui sont communes à une famille déterminée de véhicules ont été obtenues/collectées par au moins un véhicule de ladite famille,

- les valeurs d’attributs qui sont communes (ou intrinsèques) à une famille déterminée de véhicules sont une ou plusieurs valeurs de la position de la balise, valeur de la courbure du guide à la position de la balise, valeur de la distance curviligne aux balises virtuelles d'attitude adjacentes,

- les valeurs d’attributs de balises sont propres (ou intrinsèques, ces termes étant considérés équivalents) au guide curviligne sur lequel sont placées les balises virtuelles d’attitude,

- les valeurs d’une ou des composantes d’attitude de balises sont propres (ou intrinsèques) au guide curviligne sur lequel sont placées les balises virtuelles d’attitude,

- les valeurs de la ou des composantes d’attitude de balises qui sont propres au guide curviligne sur lequel sont placées les balises virtuelles d’attitude peuvent être corrigées ou inversement et préférentiellement les mesures de la ou des composantes d’attitude du véhicule guidé peuvent être corrigées, pour tenir compte des caractéristiques structurelles du véhicule guidé,

- le processeur est configuré afin que l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude utilise des mesures corrigées de la/des composantes d’attitude, les mesures corrigées étant des mesures de la/des composantes d’attitude produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé et corrigées de l’entraxe du véhicule, de la vitesse du véhicule et des variations temporelles d’un vecteur rotation,

- pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude, le processeur est configuré pour utiliser des mesures du cap corrigées, les mesures du cap corrigées étant des mesures de cap produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé et corrigées de l’entraxe du véhicule, de la vitesse du véhicule et des variations temporelles d’un vecteur rotation,

- dans le cas où les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées n’appartiennent pas à la famille du véhicule guidé, alors le processeur configuré pour exécuter l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude, compare des mesures corrigées du cap avec les valeurs de cap des données de balise virtuelle d’attitude, les mesures corrigées étant des mesures de cap produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé et corrigées de l’entraxe du véhicule, de la vitesse du véhicule et des variations temporelles d’un vecteur rotation,

- le vecteur rotation comporte des composantes qui sont la dérivée temporelle du roulis, du tangage et du cap mesurés par le capteur d’attitude du véhicule guidé,

- le véhicule guidé comporte un moyen de navigation à l’estime,

- le moyen de navigation à l’estime est extérieur au dispositif,

- le moyen de navigation à l'estime met en œuvre une centrale inertielle,

- le moyen de navigation à l’estime met en œuvre un capteur de déplacement,

- le dispositif comporte en outre une interface de communication,

- le dispositif est relié à une interface de communication externe au dispositif,

- l’interface de communication est reliée à un moyen de navigation à l’estime du véhicule guidé,

- le véhicule guidé comporte une électronique de contrôle-commande extérieure au dispositif,

- l’interface de communication du dispositif et l’électronique de contrôle-commande communiquent entre eux,

- l’interface de communication et le dispositif sont configurés pour fournir à l’électronique de contrôle-commande du véhicule guidé des données dans un format identique au format de données d’un lecteur de balise matérielle,

- le moyen de navigation à l’estime du véhicule et l’électronique de contrôle-commande du véhicule communiquent entre eux.

L’invention concerne aussi un système de navigation d’un véhicule guidé le long d’un guide, le système comportant un moyen de navigation à l’estime et le dispositif d’estimation de l’invention.

L’invention concerne enfin un procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide qui met en œuvre les moyens décrits de l’invention.

Plus précisément, dans le procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide, on met en œuvre :

- un capteur d’attitude du véhicule guidé, le capteur d’attitude fournissant lors du déplacement du véhicule des mesures, dans un référentiel géocentrique, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé,

- une mémoire de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique,

- un processeur configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude, le lecteur de balise virtuelle d’attitude comparant les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule pour détecter, un franchissement de balise virtuelle d’attitude,

la localisation d’un véhicule guidé étant fournie par la valeur d’attribut de position de la balise détectée dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude.

Avantageusement, dans le procédé, on met en œuvre dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude une première opération pour détecter des balises virtuelles d’attitude et une seconde opération pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort.

représente la projection suivant deux dimensions d’une partie de guide curviligne comprenant trois sections courbes (101, 102, 103) de guide ayant des courbures différentes,

représente, d’une part, le cap (trait continu 201) en radians (rad) des sections de guide curviligne de la en fonction de l’abscisse curviligne le long de ces sections de guide et, d’autre part, le cap (tirets 202) d’un exemple de véhicule lorsque celui-ci parcourt les sections de guide curviligne, des balises virtuelles d’attitude (gros points, globalement référencées 203) appartenant à ces sections de guide curviligne étant également représentées,

représente la projection suivant deux dimensions d’un guide curviligne complexe comprenant notamment les sections de guide curviligne de la ,

représente le cap (402) d’un exemple de véhicule lorsque celui-ci parcourt les sections de guide curviligne (101), (102), (103), (301) et (302) ainsi que le cap (403) de ce même véhicule lorsque celui-ci parcourt les sections de guide curviligne (101) et (304), des balises virtuelles d’attitude (gros points, globalement référencées 404) appartenant à ces sections de guide curviligne étant également représentées,

représente un système de localisation de l’état de la technique pour un véhicule guidé et qui utilise un lecteur de balise matérielle,

représente un mode de réalisation du système de localisation de véhicule guidé selon l’invention, et

représente un schéma fonctionnel et structurel d’un mode de réalisation de l’invention mettant en œuvre un processeur.

Description détaillée d’un exemple de réalisation

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.

On précise tout d’abord certains éléments mis en œuvre dans le cadre de l’invention.

On met en œuvre des balises virtuelles d’attitude qui sont le long d’un guide parcouru par un véhicule. L’orientation et la position de chaque balise virtuelle d’attitude sont définies par une ou des valeurs d’une ou plusieurs composantes d’attitude de ladite balise et par au moins une valeur d’attribut de balise qui est une valeur d’attribut de position de ladite balise. Parmi les composantes d’attitude de la balise il y a le cap géographique. Les valeurs d’attributs de balise peuvent comporter d’autres informations comme par exemple d’identification de balise, de balises adjacentes, etc.

Pour un véhicule, le cap géographique est l'angle entre l'axe avant du véhicule et l'axe reliant le véhicule au nord géographique. Pour une balise virtuelle d'attitude, le cap géographique est l'angle entre un axe de référence de la balise et l'axe reliant la balise au nord géographique, l’axe de référence correspondant à la tangente au guide, à la voie dans le cas où le guide est une voie ferrée. Le tangage correspond à la pente du guide et le roulis au dévers du guide, dans le cas d’une voie ferrée en courbe le rail extérieur étant surélevé par rapport au rail intérieur dans une courbe. Les mêmes angles d'attitude sont mesurés à bord du véhicule.

Dans un contexte ferroviaire, si on néglige les effets de suspension, et la distance inter-bogies, le lien entre le cap géographique du véhicule et celui d’une balise virtuelle d'attitude est direct et il est possible de comparer directement le cap géographique, le roulis ou le tangage de la voie ferrée où est la balise virtuelle d'attitude au cap géographique, roulis ou tangage mesurés d'un véhicule circulant sur la voie ferrée.

Dans des modalités de mise en œuvre évoluées, on met en œuvre des calculs de correction de la/des composantes d’attitude entre les mesures et celles des balises virtuelles d'attitude pour tenir compte notamment du/des effets des suspension et/ou de la distance inter-bogies du véhicule. En effet, les données de balise que sont la/les composantes d’attitude de balise et la/les valeurs d’attributs de balise peuvent être propres au guide, c’est-à-dire spécifique de l’orientation et la position de la balise selon le guide, ou propre à un véhicule et à sa famille de véhicule (c-à-d de véhicules ayant les mêmes caractéristiques structurelles) ayant servi à obtenir/collecter les données de balise qui seront utilisées dans le cadre de l’invention.

En effet, toujours dans un contexte ferroviaire, on peut considérer le cas d’une variation de la courbure du guide. Dans ce cas, avec des composantes d'attitude de balise virtuelle d'attitude propres au guide curviligne, le cap étant l'angle entre la tangente au guide dans le plan horizontal et la direction du nord et le cap mesuré dans le véhicule étant l'angle entre l'entraxe et la direction du nord, alors ces angles ne sont pas égaux, mais il est possible de corriger cet écart dû à la variation de la courbure du guide. A cette fin, le processeur est en outre configuré pour corriger les mesures du cap du véhicule produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé en prenant en compte l’entraxe du véhicule, la vitesse du véhicule et les variations temporelles d’un vecteur rotation défini dans le repère du véhicule. Après correction, le processeur exécute une activité pour détecter des balises virtuelles d’attitude 711 dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude par comparaison des mesures corrigées du cap avec les valeurs de cap des données de balises virtuelles d’attitude.

Ainsi, pour améliorer la précision, une solution consiste à utiliser une fonction de transfert entre le cap du véhicule et le cap du guide dépendant de la vitesse, de l’entraxe et des variations temporelles du vecteur rotation, afin de modéliser et corriger une partie de l’erreur due à de tels effets.

Dans le principe de l’invention où une seule composante d’attitude est utilisée pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude, le processeur compare les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement d’une des composantes d’attitude d’une ou plusieurs balises virtuelles d’attitude par les mesures de ladite au moins une même composante d’attitude, ce qui correspond en d’autres termes à ce qu’une balise virtuelle d’attitude pour laquelle un franchissement est détecté ait sa valeur de ladite composante d’attitude comprise entre deux mesures successives de la même composante d’attitude du véhicule guidé.

D’une manière générale, l’invention s’applique à des véhicules guidés 500 évoluant le long de guides, notamment curvilignes, de toutes natures. Le guidage des véhicules peut être passif, par exemple guidage par rails, ou actif, par exemple filoguidé ou avec suivi de repères visuels, le véhicule devant orienter ses moyens de roulement sur une piste.

Les exemples qui suivent sont donnés pour un guidage par des rails d’une voie de chemin de fer sur les figures 1 et 3. La montre un exemple de guide (rails) relativement simple en ce qu’il ne contient que des sections de courbure nulle 103 ou non-nulle et constante 101, 102 dans le plan horizontal et en ce que le cap du guide est une fonction monotone de son abscisse curviligne. La section 101 s’étend du lieu 110 au lieu 111. La section 103 s’étend du lieu 112 au lieu 113. La section 102 relie les deux sections précédentes 101 et 103.

Le véhicule comporte un capteur d’attitude du véhicule guidé qui est disposé dans ou sur le véhicule et qui permet d’effectuer des mesures d'attitude du véhicule. Il n’y a pas de contraintes de positionnement du capteur d'attitude dans ou sur le véhicule mais dans certains cas des corrections sont possibles sur les mesures et/ou les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées, en l’espèce de la/des valeurs de composante(s) d’attitude des balises virtuelles d’attitude, afin d’améliorer la comparaison entre les composantes d'attitude du véhicule et celles des balises virtuelles d’attitude.

La compare, en fonction de l’abscisse curviligne, le cap du guide au milieu du véhicule et le cap du véhicule. Ces deux caps étant des fonctions monotones de l’abscisse curviligne du guide, l’incertitude de mesure de cap se traduit directement par une incertitude de mesure de l’abscisse curviligne. Pour cet exemple, il a été considéré un véhicule guidé passivement (par des boggies par exemple) le long du guide en deux points distants de 20 m. Pour certaines applications, des véhicules avec des guidages différents peuvent évoluer sur le même guide. C’est le cas par exemple des applications ferroviaires pour lesquelles l’entraxe entre pivots des bogies des véhicules guidés peut varier du simple au triple. Dans cet exemple, l’erreur observée dépasse parfois 5 m.

Pour tenir compte de ces effets on peut corriger les mesures du cap du véhicule produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé comme cela a été indiqué ci-dessus.

Une solution utilisée dans le cadre de l’invention, consiste à utiliser des informations en rapport avec des éléments permettant un recalage et qui sont communes ou intrinsèques à certaines familles de véhicules. Ainsi, la présente des éléments permettant un recalage, appelés balises virtuelles d’attitude, propres au type de véhicule guidé et au guide concerné 100. Selon certaines réalisations, l’ensemble 211, 212, 213, 214, 215 et 216 (globalement référencées 203) de ces éléments est stocké dans une mémoire de l’invention et utilisé pour estimer la localisation du véhicule. Les balises sont des balises virtuelles et elles correspondent en pratique à des informations ou données stockées avantageusement dans une mémoire du véhicule guidé. Ces informations, qui peuvent être des valeurs de composante(s) d’attitude de balise virtuelle d’attitude et/ou des valeurs d’attribut de balise virtuelle d’attitude (par ex. : position, courbure, distances curvilignes aux balises virtuelles d'attitude adjacentes), sont dites « intrinsèques » car elles sont utilisables par une famille de véhicules ayant des caractéristiques, en particulier structurelles, identiques (par ex. un même écartement entre boggies) car ces informations sont obtenues à partir du passage sur le guide d'un véhicule appartenant à cette même famille pour obtenir/collecter les données de balises virtuelles d’attitude qui seront utilisées dans le système de l’invention.

Les balises virtuelles d’attitude sont des points le long des guides dont on a choisi la position sur des sections où au moins une des trois composantes d’attitude du guide/de la voie ferrée varie. Dans le cas d’un véhicule se déplaçant au sol, c’est le cap géographique qui présente les variations les plus importantes et qui est utilisé dans les comparaisons pour la détection de franchissement.

Le dispositif de l’invention est en quelque sorte un simulateur de lecteur de balise matérielle qui met en œuvre des balises virtuelles d’attitude et détermine quelle est celle qu’il croise lors du parcours du guide à partir de mesure des composantes d’attitude du véhicule guidé.

En effet, la mise en œuvre de l’invention ne nécessite pas de lire une balise matérielle mais est basée sur des comparaisons entre une valeur de composante d’attitude mémorisée de balises virtuelles d’attitude et une mesure d’une composante d’attitude de véhicule mesurée par un capteur d’attitude du véhicule. Plus précisément, au cours de ces comparaisons, il est effectué des recherches/détections de franchissements de la valeur d’une composante d’attitude de balise virtuelle d’attitude par les mesures d’attitude de véhicule pour déterminer quelle est ou sont la ou les balises virtuelles d’attitude franchies par le véhicule en déplacement. Le terme détection doit être compris dans le sens de recherche et le résultat de la détection peut être positif (une balise virtuelle d’attitude a été franchie selon les critères de l’invention) ou négatif (la balise virtuelle d’attitude n’a pas été franchie selon les critères de l’invention).

Les données d’une balise virtuelle d’attitude sont un groupe de données stockées dans une mémoire pouvant être à bord du véhicule ou accessibles par le véhicule, ces données étant une/des valeurs de composantes d’attitude et d’attributs en rapport avec la balise virtuelle d’attitude. Les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise comportent au moins une composante d’attitude de la balise virtuelle d’attitude, cap et/ou tangage et/ou roulis, et une ou plusieurs valeurs d’attribut dont au moins d’attribut de position de la balise virtuelle d’attitude. Les valeurs d’attributs des données de balise virtuelle d’attitude d’une balise virtuelle d’attitude peuvent en outre comporter un identifiant de section de guide (ou de guide) correspondant à la section de guide (ou au guide) dans laquelle la balise virtuelle d’attitude est positionnée. Les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise virtuelle d’attitude peuvent en outre comporter un autre attribut de balise virtuelle d’attitude comme par exemple un identifiant de balise virtuelle d’attitude.

La valeur d’attribut de position de la balise virtuelle d’attitude, par exemple la valeur de la distance de guide séparant la balise virtuelle d’attitude d’un point de référence, permet de recaler la localisation du véhicule le long du guide.

Les véhicules peuvent donc accéder à ces données de balises virtuelles d’attitude ou même, de préférence, comporter ces données de balises virtuelles d’attitude dans une mémoire propre au véhicule.

Ainsi, dans certains modes de réalisations, l’ensemble des données de balises virtuelles d’attitude de l’ensemble des balises virtuelles d’attitude 203 est stocké dans une mémoire du véhicule et est utilisé pour estimer la localisation du véhicule le long du guide : la balise virtuelle d’attitude détectée donnant, par ses données de balise virtuelle d’attitude, la valeur d’attribut de position en l’espèce, la localisation du véhicule. Dans certains modes de réalisation, l’ensemble des données de balises virtuelles d’attitude des balises virtuelles d’attitude 203 est stocké dans une mémoire externe au véhicule, par exemple un serveur distant, et auquel le véhicule peut accéder par une liaison radio en temps réel pendant le déplacement et/ou par lot ou en totalité préalablement au déplacement du véhicule (par ex. lors de la programmation préalable du trajet du véhicule – fiche de train – dans l’ordinateur du véhicule).

Un avantage significatif de l’invention est le fait que celle-ci peut utiliser des balises virtuelles d’attitude nombreuses permettant d’obtenir des recalages fréquents pour un coût quasi nul car il n’y a pas besoin de placer des balises matérielles le long du guide pour cela, il est seulement nécessaire de connaitre une ou des valeurs d’une ou plusieurs composantes d’attitude du guide pour des balises virtuelles d’attitude, au moins les valeurs d’attribut de position des balises virtuelles d’attitude et des mesures d’attitudes du véhicule produites par un capteur d’attitude.

L’invention s’applique également dans les cas de parties de guides plus complexes que celles présentées jusqu’à présent et tels que, par exemple, comprenant des sections inclinées ou à courbure variable. L’invention s’applique également à des guides incluant des parties de guides en déviation telles que représentées sur la où un équipement (aiguillage dans un contexte ferroviaire) placé au lieu 111 permet de dévier le véhicule parcourant le guide 101 en direction de l’Est vers le guide 102 ou, alternativement, vers le guide 304. Toujours dans cet exemple, d’une manière équivalente, un équipement (aiguillage dans un contexte ferroviaire) placé au lieu 311 permet de dévier le véhicule parcourant le guide 302 en direction de l’Ouest vers le guide 301 ou, alternativement, vers le guide 303. A noter que cette description concernant un véhicule passif, c’est-à-dire ne faisant que suivre passivement les guides et équipements de déviation comme le fait une locomotive sur des voies de chemin de fer et aiguillages, peut aussi s’appliquer à des véhicules pouvant choisir/sélectionner et emprunter un guide parmi plusieurs en un lieu où une déviation est possible comme peut le faire un chariot autonome sur roues directrices suivant un marquage au sol sur un plan de roulement, ce choix étant préprogrammé ou proposé localement au véhicule.

La présente des éléments de recalage qui sont encore des balises virtuelles d’attitude et qui sont propres au type de véhicule guidé et au guide concerné. Les balises virtuelles d’attitude 211, 212, 213, 214, 215 et 216 correspondent au parcours par le véhicule des sections 101, 102 et 103 des guides, comme présenté sur la . La balise virtuelle d’attitude 415 correspond au parcours par le véhicule de la section 304 du guide.

Toujours sur la , les balises virtuelles d’attitude 411, 412, 413 et 414 correspondent au parcours par le véhicule des sections 103, 301 et 302. Là encore, lorsqu’elles sont placées parcimonieusement et judicieusement, elles permettent un recalage cartographique pertinent d’un système de navigation à l’estime.

Avec le système de localisation classique/connu de la , comportant un système de guidage 550 le long d’un guide curviligne 551 et utilisant un système de navigation à l’estime 501, et qui donne une information peu précise de la localisation du véhicule guidé 500, il est possible, dans cet exemple de guide de la , de différencier les balises virtuelles d’attitude 212 et 415 qui sont distantes de plus de 40 m suivant la composante Est-Ouest ou suivant la composante d’abscisse curviligne. Dans le cas d’un véhicule ferroviaire, le système de guidage 550 correspond par exemple à des boggies et le guide curviligne 551 à des rails.

Ce système de localisation de la de l’état de la technique, qui met en œuvre une électronique de contrôle-commande 502 au sein du véhicule, peut obtenir l’information de localisation par utilisation d’un lecteur de balises matérielles 510 permettant de lire des balises matérielles 520_i, 520_i+1radiofréquences (transpondeurs). Le lecteur de balises matérielles 510 fourni des informations de localisation que lui a fourni la balise matérielle pour le recalage du système de navigation à l’estime 501. A noter que sur la , il est schématisé deux balises matérielles 520_iet 520_i+1en relation avec le lecteur de balises matérielles 510 simplement pour symboliser le fait que le lecteur de balises matérielles 510 a pu lire ces deux balises matérielles au cours du déplacement du véhicule, mais il ne s’agit pas d’une lecture simultanée des deux balises matérielles.

Sur la correspondant à la mise en œuvre de l’invention, le véhicule guidé 500 comporte un dispositif 600 qui fournit des informations de localisation pour le recalage du système de navigation à l’estime 501. Toutefois, contrairement à la , ces informations ne sont pas obtenues par un lecteur de balises matérielles mais par des comparaisons dans un processeur 602 entre des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées dans une mémoire 604 et des mesures d’attitudes du véhicule produites par un capteur d’attitude 603 pour rechercher/détecter un franchissement d’une valeur de données de balise virtuelle d’attitude d’une balise virtuelle d’attitude par une valeur de mesure d’attitude. Le processeur 602 est relié à l’électronique de contrôle-commande 502 par l’intermédiaire d’une interface de communication 601 du dispositif 600.

On définit le “franchissement d’une valeur de données de balise virtuelle d’attitude par une valeur de mesure d’attitude” le cas où les valeurs de deux mesures d’attitudes consécutives encadrent ladite valeur de données de balise virtuelle d’attitude qui est alors qualifiée de données de balise virtuelle d’attitude franchie et on considère qu’il y a eu une détection de balise virtuelle d’attitude franchie et que la balise virtuelle d’attitude correspondante a été franchie. On connait alors la balise virtuelle d’attitude correspondante et ses données de balise virtuelle d’attitude et donc ses attributs dont au moins la valeur d’attribut de position qui peut par exemple être la valeur de distance de guide séparant la balise virtuelle d’attitude d’un point de référence, cette dernière donnée permettant le recalage de la localisation du véhicule le long du guide.

On peut mettre en œuvre plusieurs méthodes de calcul/comparaison à cette fin, par exemple utiliser deux mesures successives et rechercher si elles encadrent la composante d’attitude utilisée des données d’une balise virtuelle d’attitude.

Dans un mode de réalisation préféré, la détection du franchissement se base sur une seule composante d'attitude, le cap pour un véhicule restant sur le sol et les deux autres composantes d'attitude peuvent servir à éliminer une balise virtuelle d'attitude détectée à tort. Cela permet de réduire le risque de faux positif.

Dans un autre mode de réalisation, le processeur 602 est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 compare les valeurs des composantes d’attitude d’une balise virtuelle d’attitude mémorisée et les valeurs des mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement en comparant au moins deux des trois composantes d’attitude dans le moyen de détecter des balises virtuelles d’attitude 711 du lecteur de balise virtuelle d’attitude 710. Par exemple, le franchissement peut être détectée lorsqu’une fonction de ces valeurs, telle que la distance euclidienne entre un vecteur des valeurs de la balise et un vecteur des valeurs mesurées, atteint un minimum ou devient inférieur à un seuil prédéterminé.

Dans certains cas, les comparaisons à la recherche/détection de franchissement résultant d’une nouvelle mesure d’attitude peuvent aboutir à la détection de franchissement de plus d’une balise virtuelle d’attitude franchie. Dans de tels cas, où les mesures d’attitudes de l’une des composantes d’attitude franchissent la valeur de la même composante d’attitude d’une donnée de balises virtuelles d’attitude en mémoire 604, le processeur envoie vers l’interface de communication 601 des données associées à l’ensemble des balises virtuelles d’attitude détectées ou des données calculées à partir d’une fusion des balises virtuelles d’attitude détectées.

Afin de pouvoir positionner le plus de balises virtuelles d’attitude possible et d’éviter au mieux que le dispositif de l’invention produise plusieurs balises virtuelles d’attitude franchies pour une même mesure d’attitude de véhicule, il est préférable de choisir, dans les données de balises virtuelles d’attitude, parmi les composantes d’attitude de balises virtuelles d’attitude possibles, celle pour laquelle le ratio entre l’intervalle des valeurs possibles et l’incertitude entre les mesures et les valeurs de la composante d’attitude des balises virtuelles d’attitude associée est maximal. On mémorisera ou utilisera de préférence cette composante si la mémoire et/ou les capacités de calcul du processeur sont contraintes.

Dans le cas où la composante d’attitude utilisée est le cap, et que la balise virtuelle d’attitude se trouve sur une partie de guide à courbure constante, l’incertitude de cap peut se traduire en une incertitude en localisation dans le plan horizontal à cause de la courbure. Cette incertitude de cap provient des erreurs de mesure du capteur d’attitude, d’une erreur de cap des données de la balise virtuelle d’attitude, de la répétabilité de cap du véhicule guidé en une partie du guide et des éventuelles corrections de cap si le cap des données mémorisées de la balise virtuelle n’a pas été déterminé par un véhicule ayant les mêmes caractéristiques structurelles que le véhicule guidé. L’incertitude de localisation pouvant être exploitée pour le recalage du système de navigation à l’estime 501 inclue également l’incertitude de localisation de la balise virtuelle d’attitude.

Le processeur peut aussi être configuré pour calculer le niveau de protection associé à l’estimation de la localisation du véhicule obtenue, ce niveau de protection peut par exemple être calculé à partir de l'incertitude.

Toujours pour réduire le risque de faux positifs (détections de franchissements à tort), on peut aussi effectuer les comparaisons sur un sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées comme mentionné ci-après.

Pour les comparaisons mises en œuvre dans le cadre de l’invention, on peut donc utiliser la mesure d’attitude courante du véhicule et la mesure d’attitude du véhicule juste précédente au cours du temps et il est donc nécessaire de mémoriser temporairement cette dernière qui sera ultérieurement (suite à une nouvelle mesure d’attitude du véhicule) remplacée par la mesure d’attitude courante qui deviendra alors la précédente.

Dans un mode de mise en œuvre, la fréquence de réception des mesures d’attitudes par le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 est inférieur à la fréquence de mesure du capteur d’attitude, la fréquence des comparaisons et recherche de franchissement correspondant à la fréquence de réception : à chaque nouvelle mesure d’attitude du véhicule reçue, les comparaisons et recherches de franchissement sont effectuées sur les données de balise virtuelle d’attitude.

Le capteur d’attitude 603 fournit une mesure d’au moins une composante d’attitude du véhicule, dans un référentiel géocentrique. Ce capteur peut être, par exemple, une centrale de navigation inertielle ou un AHRS (« Attitude and Heading Reference System »).

Le dispositif 600 de l’invention comporte donc un processeur 602. Le processeur 602 est fonctionnellement relié à la mémoire 604 et au capteur d’attitude 603 permettant de mesurer l’attitude du véhicule. Le processeur est donc configuré/programmé pour obtenir périodiquement, du capteur d’attitude 603, une mesure d’au moins une composante d’attitude du véhicule puis pour la comparer aux données de balises virtuelles d’attitude de la mémoire 604 à la recherche d’un franchissement de valeur de donnée de balise virtuelle d’attitude par les mesures d’attitudes. Le dispositif 600 comporte une interface de communication 601, un capteur d’attitude 603 et une mémoire 604 qui sont en communication avec le processeur 602.

En comparant les figures 5 et 6 on comprend que le dispositif 600 et le lecteur de balises matérielles 510 fournissent le même type d’information de recalage et donc qu’il est aussi possible de mettre en œuvre les deux en parallèle. Cela peut concerner, pour les balises matérielles, celles qui peuvent être lues et fournir directement (balise matérielle préprogrammée transmettant ses informations au lecteur de balises matérielles du véhicule) ou indirectement (par l’intermédiaire des données de balise matérielles mémorisée, suite à l’appariement entre la balise matérielle et les données de balise matérielle correspondante) des informations de recalage, en pratique fournir directement ou indirectement une valeur d’attribut de position, notamment la valeur de distance de guide séparant la balise matérielle d’un point de référence.

On comprend qu’il faut donc, dans le cadre de l’invention, comparer les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitudes du véhicule dans un processeur d’une manière répétitive à la recherche d’un encadrement de donnée de balise virtuelle d’attitude de chaque balise virtuelle d’attitude par deux mesures d’attitudes successives, ce qui correspond aussi à une recherche de franchissement. Or les balises virtuelles d’attitude et donc données de balises virtuelles d’attitude peuvent être très nombreuses et même correspondre à des balises virtuelles d’attitude qui ne seront pas concernées par le trajet du véhicule. Il peut donc être préférable, plutôt que de faire des comparaisons sur l’ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées, de limiter les données de balises virtuelles d’attitudes objets des comparaisons à un sous-ensemble.

De même, plutôt qu’une fréquence fixe, on peut prévoir d’optimiser la fréquence des mesures et/ou des comparaisons, en fonction de critères, par exemple en fonction de la vitesse du véhicule, du fait qu’une balise matérielle vient d’être lue par le lecteur de balise matérielle (cela provoquant une nouvelle mesure), de la distance estimée à la/aux balises virtuelles d’attitude adjacentes, etc.

On comprend que pour qu’une comparaison effective puisse avoir lieu, il faut que la composante de la mesure d’attitude et celle de la donnée de balises virtuelles d’attitude soit du même type, par exemple le cap ou le tangage ou le roulis pour la donnée de balise virtuelle d’attitude et les mesures, le cap des données de balise virtuelle d’attitude étant comparé aux caps des mesures successives, etc.

Dans un mode de réalisation, le dispositif ou procédé de l’invention, peut restreindre les données de balises virtuelles d’attitude qui doivent être mises en œuvre parmi l’ensemble des données de balises virtuelles d’attitude, grâce à l’utilisation des informations d’autorisation de mouvement du véhicule guidé. Ainsi, on peut sélectionner un sous-ensemble de données de balises virtuelles d’attitude parmi l’ensemble des données de balises virtuelles d’attitude en mémoire ou accessibles, en ne conservant dans le sous-ensemble que celles qui sont associées aux sections de guide concernées par l’autorisation de mouvement. Il en résulte une économie de calcul car les éléments de recalage cartographique, c’est-à-dire en pratique les données de balises virtuelles d’attitude en mémoire ou accessibles, qui sont utilisées sont seulement un sous-ensemble de toutes les données de balises virtuelles d’attitude. A noter que l’établissement du sous-ensemble de données de balises virtuelles d’attitude peut se faire préalablement au déplacement du véhicule (par ex. lors de la programmation préalable du trajet du véhicule – fiche de train dans un contexte ferroviaire – dans l’ordinateur du véhicule), ou périodiquement ou par lot (lors de l’entrée sur un nouvel itinéraire) ou en temps réel lors du déplacement du véhicule.

On comprend qu’il peut cependant être utile de disposer de données de balises virtuelles d’attitude pas seulement limitées aux sections de guides de l’autorisation de mouvement mais à d’autres qui correspondent à des balises virtuelles d’attitude qui pourraient être rencontrées au cas où le véhicule devrait être dévié ou garé (par ex. mise en garage temporaire ou dévié en contre-sens -IPCS- pour laisser passer un autre véhicule).

Dans la modalité de réalisation présentée sur la , des informations préalables 701 permettent d’effectuer une sélection 700 a priori parmi les balises virtuelles d’attitude accessibles ou en mémoire afin de réduire le nombre de données de balises virtuelles d’attitude à comparer aux mesures d’attitude de véhicule dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710. Les balises virtuelles d’attitude/données de balises virtuelles d’attitude ainsi sélectionnées sont stockées au sein d’un sous-ensemble de données de balises virtuelles d’attitude qui est utilisé par le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710, en particulier pour détecter des balises virtuelles d’attitude 711.

Cette sélection peut s’effectuer selon les modalités décrites auparavant et par exemple en fonction du trajet prévu du véhicule – fiche de train – pour définir un sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude correspondant à des balises virtuelles d’attitude que pourra rencontrer le véhicule.

Sur cette on a schématisé au sein du processeur 602, les informations préalables 701, les balises virtuelles d’attitude sélectionnées 702 qui sont un sous-ensemble des balises virtuelles d’attitude (un sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude en pratique) et les balises virtuelles d’attitude détectées 703 pour symboliser des résultats d’opérations et/ou tests qui sont effectués au sein du processeur 602. Le processeur 602 est un équipement informatique programmable et qui est programmé pour exécuter l’invention. Ces éléments 701, 702 et 703 peuvent être des informations transitoires au sein du processeur 602 ou être stockées dans une mémoire spécifique. Les opérations et/ou tests sont eux symbolisés par les fonctions « sélectionner des balises virtuelles d’attitude » 700, « détecter des balises virtuelles d’attitude » 711 et « éliminer des balises virtuelles d’attitude » 712 détectées à tort (élimination des faux positifs), ces deux derniers étant un « lecteur de balise virtuelle d’attitude » 710. Selon les modes de réalisation, le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 peut comporter seulement la fonction « détecter des balises virtuelles d’attitude » 711 ou, alors, la combinaison des deux fonctions « détecter des balises virtuelles d’attitude » 711 et « éliminer des balises virtuelles d’attitude » 712. En effet, si la fonction « détecter des balises virtuelles d’attitude » 711 ne produit pas de faux positifs (détection de franchissement d’une balise virtuelle d’attitude qui n’est pas pertinente), les balises virtuelles d’attitude détectées 703 peuvent être obtenues directement par la fonction 711. Ceci peut notamment être obtenu par une fonction « sélectionner des balises virtuelles d’attitude » 700 efficace. Dans le cas de détection de faux positifs par 711, la fonction « éliminer des balises virtuelles d’attitude » 712 est alors utile pour supprimer les détections de franchissement qui concernent des balises virtuelles d’attitude non pertinentes.

A noter que sur la qui combine donc des représentations fonctionnelles/procédurales et structurelles, on a utilisé le terme « balises virtuelles d’attitude » au lieu de « données de balises virtuelles d’attitude » pour simplifier la figure mais les opérations effectuées (en particulier les sélections et les comparaisons pour recherche/détection de franchissement) s’appliquent in fine sur les données de balises virtuelles d’attitude. Il est possible dans le cas où les données de balises virtuelles d’attitude comportent un attribut d’identifiants de balises virtuelles d’attitude adjacente, celui-ci soit utilisé pour la sélection des balises virtuelles d’attitude dans les blocs « sélectionner des balises virtuelles d’attitude » 700. Plus généralement, les informations préalables peuvent être reçues par l’interface 601 et/ou déduites des précédentes balises virtuelles d’attitude détectées 703. Les informations préalables peuvent comporter seulement des identifiants de balises virtuelles d’attitude adjacentes aux précédentes balises virtuelles d’attitude détectées 703.

La fréquence de fonctionnement de l’étape permettant de sélectionner des balises virtuelles d’attitude 700 est en générale plus faible que celle du lecteur de balise virtuelle d’attitude 710. Le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 comporte des moyens pour détecter des balises virtuelles d’attitude 711 et pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 détectées à tort par comparaison entre des mesures du capteur d’attitude 603 et des données de balises virtuelles d’attitude. Le moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 utilise certaines des composantes d’attitude mesurées pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort et ainsi affiner les informations renvoyées vers l’interface de communication 601. A noter que ce moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 est optionnel dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710.

Lorsque et uniquement lorsque le moyen pour détecter des balises virtuelles d’attitude 711 du processeur détecte que les mesures de la composante d’attitude franchissent la valeur de la même composante d’attitude d’une ou plusieurs balises virtuelles d’attitude sélectionnées 702 préalablement parmi les balises virtuelles d’attitude qui sont dans la mémoire 604, le processeur renvoie vers l’interface de communication 601, si le moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 détectées à tort l’accepte, des informations concernant, selon les cas, la balise virtuelle d’attitude détectée ou l’ensemble des balises virtuelles d’attitude détectées 703 ou, dans certains modes de réalisation, des informations calculées à partir d’une fusion des informations concernant l’ensemble des balises virtuelles d’attitude détectées 703. Une balise virtuelle d’attitude détectée est donc une balise ou données de balise virtuelle d’attitude pour qui un franchissement a été détecté lors de la comparaison entre les données de balises virtuelles d’attitude et les mesures d’attitude de véhicule dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 réalisé dans le processeur 602.

Dans un mode de réalisation, il est possible de compléter l’information préalable avec une liste de balises virtuelles d’attitude adjacentes à celle de la balise virtuelle d’attitude nouvellement détectée, ces balises virtuelles d’attitude adjacentes étant des balises virtuelles d’attitude qu’il est possible d’atteindre par le guide suivi par le véhicule suite au passage sur cette balise virtuelle d’attitude nouvellement détectée, sans en rencontrer d’autres. Dans le cas de la , les balises virtuelles d’attitude 211, 213 et 415 sont adjacentes à la balise virtuelle d’attitude 212.

Dans un mode de réalisation, une information préalable est la partie de guide parcourue par le véhicule guidé. Dans des applications en sûreté de fonctionnement, par exemple, il s’agirait de la partie de guide correspondant à l’autorisation de mouvement du véhicule.

Dans un autre mode de réalisation, une information préalable est une localisation géographique approximative du véhicule.

Dans certains cas, les états des équipements de guide (aiguillage, plaque tournante, chariot transbordeur…) permettant un changement d’itinéraire ne sont pas nécessairement connus au préalable et il faut donc que les informations préalables comportent les balises virtuelles d’attitude pouvant être rencontrées sur les divers itinéraires possibles. Par exemple, , dans le cas d’un véhicule guidé évoluant sur la section 101 vers l’Est, l’état de l’équipement de guide 111 étant inconnu, le système de navigation ne sait pas s’il va évoluer vers le guide 102 ou vers le guide 304 et donc les informations préalables comporteront au moins un certain nombre des premières balises virtuelles d’attitude des deux itinéraires possibles.

Les données de balises virtuelles d’attitude contiennent de préférence les valeurs des attributs nécessaires pour utiliser les informations préalables et possiblement la/les autres composantes d’attitude que celle utilisée dans les comparaisons pour la recherche du franchissement. Typiquement, pour la comparaison pour la recherche du franchissement, on utilise le cap géographique, parmi les données de balises. Les deux autres composantes d’attitude, le tangage, le roulis, des données de balise virtuelle d’attitude, peuvent être utilisés dans le moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 détectées à tort. Le moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 détectées à tort peut aussi utiliser d’autres valeurs d’attribut de balise. Par exemple utiliser la valeur d’attribut de position de ladite balise pour éliminer des balises détectées celles dont la position est trop éloignée de la position estimée du véhicule. Par exemple utiliser la valeur d’attribut d’identifiant de voie pour éliminer des balises détectées celles dont l’identifiant de voie ne correspond pas à la voie parcourue.

Dans certains modes de réalisation, les moyens de l’invention communiquent en outre à l'électronique de contrôle-commande 502 des informations concernant la section de guide parcourue. Dans une application ferroviaire, il s’agit d’un identifiant de voie.

Cet identifiant de voie peut, selon les cas, être obtenu à partir de la/des données de balises virtuelles d’attitude détectées 703 fournies par le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 du processeur (en cas de présence dans les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées d’un attribut d’identifiant de voie).

Le véhicule peut éventuellement comporter un lecteur de balise matérielle permettant de lire des informations contenues dans des balises matérielles et ce lecteur est adapté aux types de balises matérielles rencontrés lors du déplacement du véhicule.

La lecture physique d’une balise matérielle peut être avantageusement utilisé en complément des moyens de l’invention, par exemple pour des vérifications de sécurité par redondance ou pour ajouter des balises matérielles pour des sections de guide ou aucune des trois composantes d’attitude ne varie.

Dans certain cas, les données de balises matérielles sont directement fournies par les balises matérielles par transmission au véhicule lors de leur lecture par un lecteur de balises matérielles du véhicule, chaque balise matérielle ayant été programmée avec des informations qui sont au moins la valeur de distance de guide séparant la balise matérielle d’un point de référence et, possiblement, l’identifiant de balise matérielle et/ou l’identifiant de section de guide du guide où elle est disposée.

L’invention peut ainsi avantageusement être mise en œuvre dans un système de navigation à l’estime et permettre son recalage d’une manière efficace.

Claims (10)

1. Dispositif d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide, le dispositif comportant :
   - un capteur d’attitude du véhicule guidé (603), le capteur d’attitude fournissant lors du déplacement du véhicule des mesures, dans un référentiel géocentrique, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé,
   - une mémoire (604) de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique,
   - un processeur (602) configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710), le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) comparant les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule pour détecter (711) un franchissement de balise virtuelle d’attitude,
   la localisation du véhicule guidé étant fournie par la valeur d’attribut de position de la balise détectée dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710).
2. Dispositif d’estimation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processeur (602) est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement d’une valeur d’une composante d’attitude des données de balises virtuelles d’attitude par une mesure d’une composante d’attitude correspondante, une balise virtuelle d’attitude pour laquelle un franchissement a été détecté ayant sa valeur de composante d’attitude de ses données de balises virtuelles d’attitude comprise entre deux mesures successives de la composante d’attitude correspondante.
3. Dispositif d’estimation selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le cas d’une application à un véhicule sur un guide au sol, le processeur (602) est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique.
4. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les données de balises virtuelles d’attitudes mémorisées comportent des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balises et des valeurs d’attributs de balises qui sont communes à une famille déterminée de véhicules, les véhicules d’une famille ayant des caractéristiques structurelles identiques.
5. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans le cas où les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées n’appartiennent pas à la famille du véhicule guidé, alors le processeur (602) configuré pour exécuter l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710), compare des mesures corrigées du cap avec les valeurs de cap des données de balise virtuelle d’attitude, les mesures corrigées étant des mesures de cap produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé et corrigées de l’entraxe du véhicule, de la vitesse du véhicule et des variations temporelles d’un vecteur rotation.
6. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude (712) détectées (711) à tort en comparant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude des balises détectées et les mesures d’attitude de véhicule.
7. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude (712) détectées (711) à tort en comparant les données des balises détectées et des informations préalables (701) provenant d’une interface de communication (601).
8. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le processeur (602) est en outre configuré pour calculer une valeur d’incertitude et/ou un niveau de protection associée à la localisation du véhicule guidé, fournie par la valeur d’attribut de position de la balise détectée.
9. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le processeur (602) est en outre configuré pour sélectionner (700) en fonction d’informations préalables (701), un sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare le sous-ensemble des données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule.
10. Procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide, caractérisé en ce qu’on met en œuvre :
    - un capteur d’attitude du véhicule guidé (603),
    - une mémoire (604) de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude,
    - un processeur (602) configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710),
    dans lequel procédé, on mémorise dans la mémoire (604) de mémorisation des données de balises virtuelles d’attitude, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique et,
    dans lequel, le capteur d’attitude fournit lors du déplacement du véhicule des mesures, dans un référentiel géocentrique, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé, et
    dans lequel, le processeur (602) configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare les données de balises virtuelles d’attitude mémorisées et les mesures d’attitude de véhicule afin de détecter (711) un franchissement de balise virtuelle d’attitude, et
    dans lequel, la localisation du véhicule guidé est fournie par la valeur d’attribut de position de la balise détectée dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710).