BRPI0717497B1

BRPI0717497B1 - Procedimentos de controle funcional de uma central inercial de um veículo móvel

Info

Publication number: BRPI0717497B1
Application number: BRPI0717497-7A
Authority: BR
Inventors: Bourzier Laurent
Original assignee: Mbda France
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2018-04-17
Also published as: NO340769B1; US8145461B2; EP1909067A1; FR2906881B1; WO2008040917A3; CN101529206B; RU2442962C2; ES2370268T3; EP1909067B1; RU2009115707A; US20100036635A1; BRPI0717497A2; NO20091360L; CA2664816C; CN101529206A; JP4942817B2; KR20090084811A; JP2010506281A; FR2906881A1; IL197865A

Description

(54) Título: PROCEDIMENTOS DE CONTROLE FUNCIONAL DE UMA CENTRAL INERCIAL DE UM VEÍCULO MÓVEL (51) Int.CI.: G01C 21/16; G01C 19/00; F41G 7/36 (30) Prioridade Unionista: 05/10/2006 FR 0654113 (73) Titular(es): MBDA FRANCE (72) Inventor(es): LAURENT BOURZIER

RELATÓRIO DESCRITIVO

Pedido de Patente de Invenção para “PROCEDIMENTO DE CONTROLE FUNCIONAL DE UMA CENTRAL INERCIAL DE UM VEÍCULO MÓVEL”

Campo da invenção

A presente invenção se refere ao campo do controle funcional de uma central inercial de um veículo móvel a bordo de um simulador de movimentos.

Estado da técnica

De um modo geral, um veículo como um avião, um foguete ou outro tipo de veículo móvel é equipado com um sistema de navegação e pilotagem que compreende um computador de bordo, uma central inercial e meios de pilotagem para fornecer uma posição espacial, um controle e orientação do veículo móvel.

Mais particularmente, os meios de pilotagem (por exemplo, as superfícies de controle aerodinâmico) direcionam o veículo móvel rumo a uma destinação designada ou segundo uma trajetória determinada por meio de comandos recebidos do computador de bordo, que recebe informações de natureza inercial da central inercial. A partir dessas informações inerciais, o computador de bordo faz uma estimativa da posição espacial do veículo móvel, e em função desta envia ordens ou comandos aos meios de pilotagem para que o veículo móvel siga sua rota até a sua destinação.

Contudo, se a central inicial apresentar um defeito, o computador irá realizar as estimativas da posição espacial do veículo móvel a partir de informações inerciais inexatas. O computador de bordo irá, então, gerar erros, em cada etapa de cálculo, e enviará comandos errados aos meios de pilotagem. Em conseqüência, a verdadeira trajetória do veículo móvel será diferente da trajetória estimada pelo computador de

2/21 bordo. Sendo assim, se a central inercial apresentar uma falha grave, as ordens enviadas pelo computador de bordo serão impróprias de modo tal que o veículo móvel correrá o risco de se desestabilizar.

Assim, a fim de controlar a funcionalidade das centrais inerciais, faz-se uso com freqüência de simuladores de movimentos. Mais particularmente, utiliza-se simulações híbridas com o emprego de subsistemas reais (por exemplo, central inercial, simulador de movimentos, computador de bordo do veículo móvel, certos elementos do móvel, etc.) e modelos matemáticos para outros subsistemas (por exemplo, outros elementos do móvel, atmosfera, etc.).

Atualmente, nas simulações híbridas que utilizam centrais inerciais, dois casos podem ser encontrados com relação às informações provenientes dos acelerômetros da central inercial.

No primeiro caso, as informações provenientes dos acelerômetros não são utilizadas e são substituídas por informações provenientes de um modelo matemático. Isso está associado ao fato de que o simulador de movimentos não pode reproduzir os movimentos de translação. Assim, as informações dos acelerômetros da central inercial são incompletas e não incluem informações acerca do deslocamento linear do móvel. Em conseqüência, o computador de bordo do móvel não pode ter em conta as informações dos acelerômetros da central inercial para determinar a localização, controlar e guiar o móvel. As anomalias potencialmente presentes nessas informações não são conseqüentemente detectadas pela simulação híbrida. Em outras palavras, a contribuição dos acelerômetros da central inercial real fica ausente, o que impossibilita a detecção de qualquer potencial falha dos acelerômetros.

No segundo caso, as informações provenientes dos acelerômetros são complementadas por informações representativas dos

3/21 movimentos de translação, calculadas através de um modelo matemático. No entanto, as informações provenientes dos acelerômetros da central inercial são medidas em um ponto fixo correspondente às coordenadas do laboratório de simulação. Assim, essas informações não inteiramente representativas das informações que os acelerômetros forneceríam, pela mesma origem física, durante o desenvolvimento da trajetória do móvel em tomo do globo terrestre. Por exemplo, a gravidade no ponto fixo do laboratório é invariável, enquanto que a sentida pelos acelerômetros da central inercial a bordo do móvel que se move em tomo do globo terrestre varia em função da altitude e da latitude. Assim, essa diferença falsifica a trajetória do móvel obtida utilizando-se a central inercial no ponto fixo de laboratório, e toma difícil a interpretação dos resultados. Por essa razão, esse método pode detectar apenas defeitos grosseiros em um ou mais acelerômetros da central inercial.

Além disso, as informações dos girômetros da central inercial não são inteiramente representativas do que poderíam ser no curso do deslocamento real do móvel em tomo do globo terrestre.

Com efeito, a decomposição da rotação terrestre em tomo dos eixos dos girômetros será diferente, dependendo se a central inicial estiver situada em um ponto com coordenadas fixas (como na simulação híbrida em laboratório) ou se estiver a bordo de um móvel que se desloca em tomo do globo terrestre. O impacto dessa representatividade incompleta é tal que complica a análise dos resultados obtidos na simulação híbrida.

Ademais, o simulador de movimento deve apresentar um desempenho de dinâmica angular superior ou igual ao necessário ao longo de todo o desenvolvimento da trajetória do móvel, o que pode requerer um simulador de movimentos muito sofisticado e caro.

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Objeto e descrição resumida da invenção

A presente invenção tem por objeto um procedimento de controle funcional de uma central inercial de um móvel a bordo de um simulador de movimentos, fornecendo, em tempo real, dados inerciais de medição representativos de um movimento aplicado pelo referido simulador de movimento, o referido procedimento compreendendo:

uma modelagem teórica da central inercial a bordo do simulador de movimentos, sendo a referida modelagem teórica alimentada em tempo real por dados cinemáticos realmente executados pelo simulador de movimentos e fornecendo em tempo real dados inerciais teóricos representativos dos referidos dados inerciais de medição a serem medidos pela central inercial a bordo do simulador de movimentos, uma modelagem de simulação compreendendo uma modelagem da central inercial em um ambiente real de navegação, sendo a modelagem de simulação alimentada em tempo real por comandos de pilotagem e fornecendo, em tempo real, dados inerciais de simulação representativos de dados de saída da central inercial no referido ambiente real de navegação, a referida modelagem de simulação levando em conta os referidos comandos de pilotagem para desenvolver uma trajetória do móvel utilizando a central inercial, o cálculo dos referidos comandos de pilotagem em função dos dados inerciais de medição, dos dados inerciais de simulação e dos dados inerciais teóricos, e a validação da central inercial comparando a trajetória 25 do móvel obtida utilizando a central inercial com uma trajetória de referência predeterminada.

O procedimento segundo a invenção permite elaborar um caminho de trajetória do móvel bem próximo à realidade sem ser afetado

5/21 pelo problema associado às medições efetuadas em um ponto fixo e permitindo assim verificar se a central inercial possui as características de acordo com os requisitos, desta forma implicando em um ganho em termos de qualidade e custo.

Vantajosamente, os dados inerciais de medição comportam informações acelerométricas que saem dos acelerômetros da referida central inercial, e os dados inerciais teóricos comportam informações acelerométricas teóricas.

Assim, pode-se detectar eventuais defeitos provenientes dos acelerômetros da central inercial.

Vantajosamente ainda, os dados inerciais de medição comportam também informações girométricas que saem dos girômetros da referida central inercial, os dados inerciais teóricos comportando informações girométricas teóricas, e os dados inerciais de simulação comportando informações girométricas de simulação e informações acelerométricas de simulação.

Assim, as informações acelerométricas e girométricas utilizadas para calcular os comandos de pilotagem são representativas daqueles que seriam fornecidos pela central inercial a bordo do veículo móvel quando este viajasse em sua trajetória em tomo do globo terrestre. Isto se dá devido ao fato de que essas informações acelerométricas e girométricas compreendem informações acelerométricas e girométricas provenientes da central inercial e informações complementares calculadas em tempo real pelas modelagens teórica e de simulação.

Segundo um modo de realização particular da presente invenção, os referidos comandos de pilotagem são calculados em função de dados inerciais I e definidos por uma soma entre os dados inerciais de

6/21 medição R e os dados inerciais de simulação T2 diminuída pelos dados inerciais teóricos TI (isto é, I = T2 - TI + R).

Assim, pode-se utilizar um simulador de movimentos subdimensionado para transientes altamente dinâmicos da trajetória. Com efeito, em virtude do princípio I = T2 - TI + R, como Re TI dependem dos movimentos obtidos pelo simulador de movimentos, eles se conservam coerentes, mesmo que este não execute corretamente o comando. Isso permite que se desenvolva uma trajetória precisa do móvel com um baixo custo.

A central inercial pode ser considerada válida quando a diferença entre os dados inerciais I e os dados inerciais de simulação T2 for limitada por um valor limite predeterminado (isto é, |I - T2| < ε).

Assim, pode-se assegurar a validade da central inercial de maneira eficaz e com uma precisão muito alta.

O procedimento segundo a invenção comporta ainda uma modelagem de avanço de fase alimentada em tempo real por comandos cinemáticos de entrada da modelagem de simulação e o fornecimento de comandos cinemáticos de saída ao simulador de movimentos para compensar um retardo de execução inerente ao simulador de movimentos.

Assim, pode-se compensar os retardos de execução, o que permite que todas as grandezas permaneçam em fase para garantir a representatividade do uso da central inercial e de quaisquer outros eventuais sensores simultaneamente a bordo do simulador de movimentos.

Vantajosamente, os referidos comandos cinemáticos de entrada apresentam um perfil síncrono com o dos dados cinemáticos, e as amplitudes dos referidos dados cinemáticos e dos referidos comandos cinemáticos de entrada S0 são coerentes.

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Assim, os dados cinemáticos estão em concordância com os movimentos realmente executados pelo simulador de movimentos, permitindo que se obtenha uma simulação da central inercial real, em fase com a cinemática do móvel. Isso garante a representatividade do uso da central inercial e assegura o sincronismo relativo à cinemática do móvel, para outros sensores que possam estar a bordo do simulador de movimentos simultaneamente à central inercial.

Vantajosamente, o procedimento segundo a invenção compreende ainda uma modelagem de mascaramento a jusante da modelagem de simulação e a montante da modelagem de avanço de fase de modo que a modelagem de mascaramento seja alimentada em tempo real pelos comandos cinemáticos de entrada, e o fornecimento de comandos cinemáticos mascarados à modelagem de avanço de fase para mascarar ao menos uma parte das fases do movimento.

Assim, pode-se produzir uma trajetória pela qual a faixa de movimentação angular do móvel seja superior à autorizada pelo simulador de movimentos.

Segundo uma particularidade, ao menos uma parte dos comandos cinemáticos mascarados depende de uma lei interna à modelagem de mascaramento e que é independente dos comandos cinemáticos de entrada.

Isso permite que se desenvolva uma trajetória na qual o móvel possa executar vários ciclos ou circuitos com um simulador de movimentos apresentando uma faixa de movimentação angular limitada.

A invenção visa igualmente a um sistema de controle funcional de uma central inercial de um móvel a bordo de um simulador de movimentos, e fornecendo, em tempo real, dados inerciais de medição

8/21 representativos de um movimento aplicado pelo referido simulador de movimentos, o referido sistema compreendendo:

um modelo teórico que compreende uma modelagem da central inercial a bordo do simulador de movimentos, sendo a modelagem teórica alimentada em tempo real por dados cinemáticos realmente executados pelo simulador de movimentos e fornecendo, em tempo real, dados inerciais teóricos representativos dos referidos dados inerciais de medição a serem medidos pela central inercial a bordo do simulador de movimentos, um modelo de simulação que compreende uma modelagem da central inercial em um ambiente real de navegação, sendo o modelo de simulação alimentado em tempo real por comandos de pilotagem e fornecendo, em tempo real, dados inerciais de simulação representativos de dados de saídas da central inercial no referido ambiente real de navegação, o referido modelo de simulação levando em conta os referidos comandos de pilotagem para desenvolver uma trajetória do móvel utilizando a central inercial, meios de cálculo para calcular os referidos comandos de pilotagem em função dos dados inerciais de medição, dos dados inerciais de simulação e dos dados inerciais teóricos, e meios de validação para assegurar a validade da central inercial, comparando-se a trajetória do móvel obtida através da central inercial, com uma trajetória de referência predeterminada.

Os meios de cálculo são destinados a determinar os referidos comandos de pilotagem em função dos dados inerciais I definidos por uma soma entre os dados inerciais de medição R e os dados inerciais de simulação T2 subtraída dos dados inerciais teóricos TI.

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Os meios de validação são destinados a considerar a central inercial como válida quando a diferença entre os dados inerciais e os dados inerciais de simulação for limitada por um valor limite predeterminado.

O sistema compreende ainda um modelo de avanço de fase alimentado em tempo real por comandos cinemáticos de entrada do modelo de simulação e fornecendo comandos cinemáticos de saída ao simulador de movimentos para compensar um retarde de execução inerente ao referido simulador de movimentos.

O sistema compreende ainda um modelo de mascaramento interposto entre o referido modelo de simulação e o referido modelo de avanço de fase de modo que o modelo de mascaramento seja alimentado em tempo real pelos comandos cinemáticos de entrada, e forneça comandos cinemáticos mascarados ao modelo de avanço de fase para mascarar ao menos uma parte das fases do movimento.

A invenção visa também a um programa de computador que compreenda instruções de códigos para a execução de etapas de procedimento de controle de acordo com ao menos uma das características acima, quando executado por um computador.

Breve descrição dos desenhos

Outras particularidades e vantagens do dispositivo e do procedimento de acordo com a invenção ficarão mais aparentes a partir da leitura da descrição dada abaixo, a título exemplificativo mas não limitativo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

a figura 1 ilustra de maneira esquemática um sistema de controle funcional de uma central inercial de um móvel, de acordo com a invenção;

a figura 2 ilustra de maneira altamente esquemática um exemplo de sistema de controle funcional segundo a figura 1;

10/21 as figuras 3 a 5 ilustram diferentes modos de realização da invenção; e a figura 6 ilustra de maneira esquemática um exemplo de desensolvimento de uma trajetória de um móvel.

Descrição detalhada de modos de realização

A figura 1 ilustra de maneira esquemática um sistema de controle funcional 1 de uma central inercial de um móvel. Esse sistema 1 compreende um simulador de movimentos 3 ligado a um dispositivo de processamento eletrônico ou computador 5 utilizado para a execução de códigos de instrução de um programa de processamento eletrônico para implementar o procedimento de acordo com a invenção.

O simulador de movimentos 3 pode produzir deslocamentos angulares em tomo de um eixo de rolamento Al, um eixo de arfagem A2, e de um eixo de guinada A3. Assim, ao receber uma central inercial 7, o simulador de movimentos 3 pode aplicar movimentos angulares a ela segundo os eixos de rolamento Al, de arfagem A2 e de guinada A3. Pode-se notar que a central inercial 7 pode estar a bordo sozinha no simulador de movimentos 3, compreendido no móvel (não mostrado), ou compreendido em ao menos uma parte do móvel.

O sistema de controle funcional 1 compreende ainda um computador de bordo 9 do móvel que está ligado à central inercial 7 e ao computador 5.

Pode-se notar que as diferentes conexões entre o computador 5, o simulador de movimentos 3, o computador de bordo 9, e a central inercial 7 podem ser feitas através de cabos elétricos ou óticos, por rádio ou por outros meios.

De acordo com a invenção, a figura 2 ilustra de maneira bem esquemática um exemplo de sistema de controle funcional 1 de uma central

11/21 inercial 7 de um móvel (não mostrado). Pode-se notar que a figura 2 é igualmente uma ilustração das etapas principais do procedimento de controle segundo a invenção.

Este procedimento ou sistema é utilizado em uma simulação real híbrida de ciclo fechado que utiliza subsistemas reais (a central inercial 7, o simulador de movimentos 3, o computador de bordo 9 do móvel, e eventualmente ao menos uma parte do móvel) e modelos numéricos de outros subsistemas (por exemplo, de propulsão do móvel) e do ambiente (atmosfera). As saídas que saem dos subsistemas reais são as entradas do modelo numérico, e as saídas dos modelos numéricos são as entradas dos subsistemas reais.

A central inercial 7 (sozinha ou compreendida em ao menos uma parte do móvel) está a bordo do simulador de movimentos 3 e fornece, em tempo real, dados inerciais de medição (isto é, dados inerciais reais) R representativos de um movimento aplicado pelo simulador de movimentos 3 e que reproduzem os movimentos angulares do móvel em termos de alcance, velocidade e aceleração. Esses dados inerciais de medição R saem de girômetros (ou giroscópios) e de acelerômetros (não mostrados) da central inercial 7 e permitem em geral ao computador de bordo 9 determinar sua localização, seu controle e sua orientação.

Esse sistema de controle 1 compreende ainda um modelo (ou modelagem) teórico Ml, um modelo (ou modelagem) de simulação M2, meios de cálculo 11 e meios de validação 13. O modelo teórico Ml e o modelo de simulação M2 podem estar compreendidos no dispositivo de processamento eletrônico 5 da figura 1. Além disso, os meios de cálculo 11 compreendem o computador de bordo 9 do móvel.

A simulação híbrida se desenvolve em tempo real. Assim, os cálculos e as transferências de dados entre o computador de bordo 9 do

12/21 móvel e o modelo teórico Ml, o modelo de simulação M2 e a central inercial 7 são efetuados na freqüência real do ritmo das operações realizadas pelo computador de bordo 9 do móvel, e vantajosamente em um período inferior ao período correspondente a esta freqüência, o que se aplica para cada ciclo de computação.

O modelo teórico Ml modela a central inercial 7 a bordo do simulador de movimentos 3. Esse modelo teórico Ml é alimentado em tempo real a partir do simulador de movimentos 3 por dados Dl (posições, velocidades e acelerações angulares) realmente executados por esse simulador de movimentos 3. Em conseqüência, o modelo teórico Ml fornece aos meios de cálculo 11, em tempo real, dados inerciais teóricos Tl representativos de dados inerciais de medição R a serem medidos pela central inercial 7 a bordo do simulador de movimentos 3.

O modelo de simulação M2 compreende uma modelagem da central inercial 7 em um ambiente real de navegação. O modelo de simulação M2 é alimentado em tempo real por dados ou comandos de pilotagem D2 vindos dos meios de cálculo 11. Em retomo, o modelo de simulação M2 fornece, em tempo real, dados inerciais de simulação T2 representativos dos dados de saídas da central inercial 7 em um ambiente real de navegação.

Assim, o modelo de simulação M2 leva em conta os comandos de pilotagem D2 para desenvolver uma trajetória do móvel utilizando a central inercial 7.

Os meios de cálculo 11 são destinados a calcular os comandos de pilotagem D2 em função dos dados inerciais de medição R, dos dados inerciais de simulação T2, e dos dados inerciais teóricos Tl.

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Portanto, os meios de validação 13 podem assegurar a validade da central inercial 7, ao comparar a trajetória do móvel obtida utilizando a central inercial 7 real, com uma trajetória de referência predeterminada.

De maneira conhecida, a trajetória de referência predeterminada pode ser desenvolvida a partir de uma simulação inteiramente numérica, por exemplo, pelo modelo de simulação M2 sozinho, que compreenda uma modelagem de todos os equipamentos reais incluindo o computador de bordo e a central inercial.

A trajetória de referência predeterminada é obtida de maneira conhecida por um modelo de simulação inteiramente numérico onde todos os equipamentos, incluindo o computador de bordo e a central inercial, sejam digitalizados.

Assim, os meios de validação 13 comparam em tempos diferentes a trajetória de referência predeterminada elaborada de maneira inteiramente numérica, com a trajetória do móvel, elaborada pelo sistema de controle funcional 1 utilizando em tempo real a central inercial 7 real e o computador de bordo 9 real. O exame comparativo dos resultados determina se a central inercial 7 é válida, isto é, se ela possui as características de acordo com os requisitos, ou se a central inercial não é válida. Em particular, se as duas trajetórias estiverem superpostas a central inercial 7 poderá ser considerada perfeita.

Vantajosamente, os dados inerciais de medição R comportam informações acelerométricas que saem dos acelerômetros da central inercial 7 além das informações girométricas que saem dos girômetros da central inercial 7. De forma similar, os dados inerciais teóricos Tl comportam informações acelerométricas e girométricas teóricas.

As informações que saem dos acelerômetros da central inercial 7 real contribuem para a localização, pilotagem e orientação do móvel,

14/21 efetuadas pelo computador de bordo 9. Assim, as anomalias potencialmente presentes nessas informações podem ser detectadas por uma comparação entre as informações acelerométricas que saem da central inercial 7 real e as que saem do modelo teórico Ml.

Além disso, os dados inerciais de simulação T2 comportam informações girométricas de simulação e informações acelerométricas de simulação.

Assim, as informações acelerométricas e girométricas utilizadas para calcular os comandos de pilotagem são representativas daquelas que seriam fornecidas pela central inercial a bordo do móvel durante o desenvolvimento de sua trajetória em tomo do globo terrestre. Isto se deve ao fato de que essas informações acelerométricas e girométricas compreendem, além das provenientes da central inercial em um ponto de coordenadas fixas, informações acelerométricas e girométricas complementares calculadas em tempo real pelos modelos teórico Ml e de simulação M2.

Com efeito, as informações distribuídas pela central inercial 7 real consistem em medidas efetuadas em um ponto fixo de laboratório, e não são completamente representativas das informações que seriam distribuídas pela central inercial a bordo do móvel que se desloca em tomo do globo terrestre.

Mais particularmente, os dados inerciais teóricos Tl calculados pela modelagem teórica Ml correspondem à expressão teórica das medidas que se supõe tenham sido realizadas pela central inercial 7 real no ponto fixo de laboratório, e é desta forma altamente representativa, uma vez que o cálculo utiliza os danos cinemáticos aplicados à central inercial 7 real. Além disso, os dados inerciais de simulação T2 são representativos

15/21 das medições efetuadas pela central inercial 7 a bordo do móvel que se desloca em tomo do globo terrestre.

Ao se levar em conta os dados inerciais de medição R e os dados inerciais teóricos TI correspondentes, elimina-se qualquer erro devido às medições efetuadas no ponto fixo. Por conseqüência, ao se adicionar a contribuição dos dados inerciais de simulação T2 aos dados inerciais de medição R e teóricos TI, obtém-se uma trajetória representativa da realidade e não afetada pelo problema associado às medições realizadas no ponto fixo.

A figura 3 ilustra de maneira esquemática um modo de realização de um sistema de controle funcional segundo a figura 2. De acordo com esse modo de realização, os meios de cálculo 11 compreendem um primeiro e um segundo meios de operações aritméticas 11a e 11b que realizam operações aritméticas entre os dados inerciais de medição R, os dados inerciais de simulação T2, e os dados inerciais teóricos TI para calcular os dados inerciais 1.

Assim, os primeiros meios de operações aritméticas 11a realizam a diferença entre os dados inerciais de simulação T2 e os dados inerciais teóricos Tl. O resultado dessa diferença (T2 - Tl) é adicionado aos dados inerciais de medição R pelos segundos meios de operações aritméticas 11b para expressar os dados inerciais I segundo a fórmula I = T2 + R-T1.

Os comandos de pilotagem D2 são então calculados em função desses dados inerciais I definidos pela soma entre os dados inerciais de medição R e os dados inerciais de simulação T2 diminuída pelos dados inerciais teóricos Tl.

Esse modo de realização é baseado na utilização, na simulação híbrida do sistema de controle funcional 1, de uma diferença obtida entre os

16/21 dados inerciais de medição R fornecidos pela central inercial 7 a bordo do simulador de movimentos 3 e os dados inerciais teóricos TI fornecidos pelo modelo teórico Ml.

Em virtude da fórmula I = T2 + R - Tl, como R e TI dependem dos movimentos obtidos pelo simulador de movimentos 3, eles se conversam coerentes, mesmo que este não execute corretamente o comando. Isso permite o desenvolvimento de uma trajetória precisa do móvel com um simulador de movimentos 3 de baixo custo.

Além disso, quando os meios de validação 13 comparam em tempos diferentes a trajetória de referência predeterminada com a trajetória do móvel, elaborada pelo sistema de controle funcional 1, a validade da central inercial 7 é determinada em função da diferença entre Re Tl.

Se R = Tl, então I = T2, o que corresponde às duas trajetórias estarem superpostas e, portanto, à central inercial 7 ser perfeita. Nesse caso, a trajetória do móvel obtida com tal central inercial 7 é muito próxima dos resultados obtidos apenas com o computador de bordo 9 real utilizando a simulação híbrida.

Se R estiver próximo de Tl (por exemplo, |R - Tl| — ε, onde ε tem um valor pequeno), então uma diferença entre as duas trajetórias será percebida, mas o resultado permanecerá dentro de limites aceitáveis e a trajetória pode ser considerada conforme às expectativas. Nesse caso, a central inercial 7 possui características não nominais, mas permanece dentro dos limites ou das tolerâncias especificados nas especificações.

Se R estiver longe de Tl, então as duas trajetórias serão claramente diferentes, o móvel não atinge o objetivo (trajetória verdadeira), mas o computador de bordo crê que foi atingido (trajetória estimada). Nesse caso, a central inercial 7 possui defeitos graves.

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Dito de outra forma, a central inercial 7 poderá ser considerada como válida quando a diferença entre os dados inerciais 7 e os dados inerciais de simulação T2 for limitada por um valor limite ε predeterminado (|I - T2| < ε).

Além disso, calculando-se a expressão teórica Tl das medições que devem ser feitas pela central inercial 7 real no ponto fixo, subtraindo-se Tl de R, e somando a contribuição dos dados inerciais de simulação T2 (representativos das medições efetuadas pela central inercial a bordo do móvel que se desloca em tomo do globo terrestre), obtém-se uma trajetória que representa a realidade. Deve-se notar que a subtração de Tl de R remove a contribuição da central inercial real para um η próximo (η = |R Tl |, sendo o valor de η diretamente proporcional à imperfeição da central inercial 7 real.

Segundo este exemplo, pode-se desenvolver trajetórias com um modelo de simulação M2 levando em conta as diferentes tolerâncias da central inercial 7. Pode-se por exemplo desenvolver um determinado número N de trajetórias modulando as diferentes variáveis dentro de suas tolerâncias para se obter um agrupamento de trajetórias. Se a trajetória “verdadeira”, isto é, aquela obtida com a central inercial 7 real estiver incluída no agrupamento obtido a partir da simulação numérica, então a central inercial 7 pode ser considerada válida. Caso contrário, ela estará apresentando um defeito.

A figura 4 mostra de maneira esquemática que o sistema de controle funcional 1 compreende ainda um modelo (ou uma modelagem) de avanço de fase M3. Esse modelo de avanço de fase M3 é alimentado em tempo real pelos dados ou comandos cinemáticos de entrada Cl provenientes do modelo de simulação M2 e fornece comandos cinemáticos de saída C2 ao simulador de movimentos 3 para compensar um retardo de execução inerente ao simulador de movimentos 3.

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Com efeito, de um modo geral, o sistema de navegação e pilotagem de um móvel compreende uma função chamada “piloto”, que é destinada a elaborar comandos de operação para os meios de pilotagem que sejam compatíveis com as características do móvel. Ela é uma função automática, que julga em tempo real, graças às informações ou aos dados inerciais e eventualmente de outra natureza (no caso de um sensor complementar que não seja inercial), o alcance do comando ordenado previamente, e adapta conforme necessário o nível do comando a seguir. Se os meios de pilotagem não reagirem rápido o suficiente, o piloto vai saber disso e enviará comandos mais fortes para compensar esse retardo na execução.

Vantajosamente, os comandos cinemáticos de entrada Cl apresentam um perfil síncrono com o dos dados cinemáticos Dl. Além disso, as amplitudes dos dados cinemáticos Dl e dos comandos cinemáticos de entrada Cl são coerentes. A simulação da central inercial é então sincronizada à cinemática angular do móvel, garantindo a representatividade do uso da central inercial e de outros sensores eventuais simultaneamente a bordo do simulador de movimentos.

A figura 5 mostra de maneira esquemática que o sistema de controle funcional da figura 4 comporta ainda um modelo (ou uma modelagem) de mascaramento M4 que neste exemplo está a jusante do modelo de simulação M2 e a montante do modelo de avanço de fase M3. Assim, o modelo de mascaramento M4 é alimentado, em tempo real, a partir do modelo de simulação M2, pelos comandos cinemáticos de entrada Cl q fornecem os comandos cinemáticos mascarados C3 ao modelo de avanço de fase M3 para mascarar ao menos uma parte das fases do movimento do móvel.

O modelo de avanço de fase M3 fornece então ao simulador de movimentos 3 comandos cinemáticos de saída C4 que levam em conta os

19/21 comandos cinemáticos mascarados C3 para produzir uma trajetória pela qual a movimentação angular e/ou a dinâmica do móvel seja superior à autorizada pelo simulador de movimentos 3.

Assim, um deslocamento angular do simulador de movimentos 3 ou uma cessação desse deslocamento, comandado voluntariamente a partir do modelo de mascaramento M4, é levado em conta pelos dados inerciais de medição R e pelos dados inerciais teóricos Tl, mas não afeta os comandos de pilotagem D2.

Com efeito, de acordo com o exemplo da figura 3 e em virtude da fórmula I = T2 - Tl + R, os dados inerciais / não são afetados por qualquer deslocamento angular ou parada do simulador de movimentos 3 comandada pelo modelo de mascaramento M4.

Além disso, uma função de vigilância implementada no modelo de mascaramento M4 permite limitar o comando de movimentação angular antes da ocorrência de paradas de hardware ou software do simulador de movimentos 3.

Pode-se notar que os modelos teóricos Ml, de simulação M2, de avanço de fase M3, e/ou de mascaramento M4 podem estar compreendidos no dispositivo de processamento eletrônico 5 da figura 1.

A figura 6 mostra de maneira esquemática um exemplo de desenvolvimento de uma trajetória em tomo de um obstáculo.

A título de exemplo, utilizando-se um simulador de movimentos 3 sub-dimensionado com uma capacidade de deslocamento angular em tomo do eixo de guinada de +/- 100 graus, o que corresponde a uma excursão angular de 200 graus, pode-se desenvolver uma trajetória que apresente uma excursão angular de 270 graus. Assim, segundo este exemplo, o móvel 21 pode percorrer uma trajetória 23 a partir de um ponto

20/21 de partida 25 até um ponto de chegada 27 contornando um obstáculo 29 segundo uma excursão angular de 270 graus.

Com efeito, durante o desenvolvimento da trajetória 23, podese modificar o posicionamento angular de um eixo do simulador de movimentos 3. Por exemplo, pode-se pilotar o eixo de guinada A3 do simulador de movimentos de maneira independente da guinada do móvel

21.

Vantajosamente, ao menos uma parte dos comandos cinemáticos mascarados C3 pode depender de uma lei interna ao modelo de mascaramento M3. Em particular, a lei interna é independente dos comandos cinemáticos de entrada Cl. Assim, pode-se injetar, no simulador de movimentos 3, um comando de movimentos a partir do modelo de mascaramento M4, independente dos comandos cinemáticos de entrada Cl provenientes do modelo de simulação M2. Isso permite desenvolver uma trajetória na qual o móvel possa executar vários ciclos com um simulador de movimentos 3 que tenha uma faixa de movimentação angular limitada.

Além disso, a trajetória pode apresentar uma dinâmica superior à autorizada pelo simulador de movimentos 3.

A título de exemplo, caso, para um evento transitório, os comandos cinemáticos de entrada Cl compreendam um comando de velocidade superior às capazes de serem geradas pelo simulador de movimentos 3, as características dos dados cinemáticos Dl realmente executados pelo simulador de movimentos 3 são reduzidas em relação aos comandos cinemáticos de entrada Cl. Assim, esse movimento alterado é levado em consideração pelos dados inerciais de medição R e pelos dados inerciais teóricos 77. No entanto, em virtude, por exemplo, da fórmula I = T2 - T1+ R, os dados inerciais I não são afetados pela alteração do

21/21 movimento. Assim, a trajetória não é afetada pelo sub-dimensionamento do simulador de movimentos 3.

A invenção se refere também a um programa de computador que possa ser baixado de uma rede de comunicações, compreendendo instruções de códigos de programação para a execução de etapas do procedimento de controle segundo a invenção quando este for executado no computador 5. Esse programa de computador pode ser armazenado em um meio legível por computador e pode ser executável por um microprocessador.

Esse programa pode utilizar qualquer linguagem de programação, e tomar a forma de código fonte, código objeto ou código intermediário entre código fonte e código objeto, tal como um formato parcialmente compilado, ou de qualquer outra forma desejável.

A invenção se refere também a um meio de informações legíveis por um computador, que contenham informações de um programa de computador tal como mencionado acima.

O meio de informações pode ser qualquer dispositivo capaz de armazenar o programa. Por exemplo, o suporte pode compreender meios de armazenagem, tal como uma memória ROM, por exemplo, um CD-ROM ou uma ROM de circuito microeletrônico, ou um meio de registro magnético, por exemplo, um disquete (floppy disk) ou um disco rígido.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Procedimento de controle funcional de uma central inercial (7) de um veículo móvel, a bordo de um simulador de movimentos (3) e fornecendo, em tempo real, dados inerciais de medição (R) representativos de um movimento aplicado pelo referido simulador de movimentos (3), caracterizado por compreender:

uma modelagem teórica (Ml) da central inercial (7) a bordó do simulador de movimentos (3), sendo a referida modelagem teórica alimentada em tempo real com dados cinemáticos (Dl) realmente executados pelo simulador de movimentos (3) e fornecendo em tempo real dados inerciais teóricos (Tl) representativos dos referidos dados inerciais de medição (R) que devem ser medidos pela central inercial (7) a bordo do simulador de movimentos (3), uma modelagem de simulação (M2), compreendendo a modelagem da central inercial em um ambiente real de navegação, sendo a modelagem de simulação alimentada em tempo real com comandos de pilotagem (D2) e fornecendo em tempo real dados inerciais de simulação (T2) representativos dos dados de saída da central inercial no referido ambiente real de navegação, a referida modelagem de simulação levando em conta os referidos comandos de pilotagem (D2) para desenvolver uma trajetória do móvel utilizando a central inercial, cálculo dos referidos comandos de pilotagem (D2) em função dos dados inerciais de medição (R), dos dados inerciais de simulação (T2) e dos dados inerciais teóricos (Tl), e validação da central inercial (7), comparando-se a trajetória do móvel obtida utilizando a central inercial com uma trajetória de referência predeterminada.
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2. Procedimento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos dados inerciais de medição (R) incluírem informações acelerométricas provenientes de acelerômetros da referida central inercial, e pelos dados inerciais teóricos (Tl) incluírem informações acelerométricas teóricas.
3. Procedimento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelos dados inerciais de medição (R) incluírem ainda informações girométricas provenientes de girômetros da referida central inercial, e pelos dados inerciais teóricos (Tl) incluírem informações girométricas teóricas, e pelos dados inerciais de simulação (T2) incluírem informações girométricas de simulação e informações acelerométricas de simulação.
4. Procedimento de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelos referidos comandos de pilotagem (D2) serem calculados em função de dados inerciais (I) definidos por uma soma entre os dados inerciais de medição (R) e os dados inerciais de simulação (T2) diminuída dos dados iniciais teóricos (Tl).
5. Procedimento de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela central inercial (7) ser considerada válida quando a diferença entre os dados inerciais (I) e os dados inerciais de simulação (T2) for limitada por um valor limite predeterminado.
6. Procedimento de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender ainda uma modelagem de avanço de fase (M3), alimentada em tempo real por comandos cinemáticos de entrada (C1) do modelo de simulação (M2) e fornecendo comandos cinemáticos de saída (C2) ao simulador de movimentos (3) para compensar um atraso de execução inerente ao referido simulador de movimentos.

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7. Procedimento de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelos referidos comandos cinemáticos de entrada (Cl) apresentarem um perfil síncrono com os dados cinemáticos (Dl) e pelas amplitudes dos referidos dados cinemáticos (Dl) e dos referidos comandos

5 cinemáticos de entrada (Cl) serem coerentes.
8. Procedimento de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender ainda uma modelagem de mascaramento (M4) a jusante da modelagem de simulação (M2) e a montante da modelagem de avanço de fase (M3), sendo o modelo de mascaramento

10 alimentado em tempo real pelos comandos cinemáticos de entrada (Cl) e fornecendo comandos cinemáticos mascarados (C3) ao modelo de avanço de fase (M3) para mascarar ao menos uma parte das fases do movimento.
9. Procedimento de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por ao menos parte dos comandos cinemáticos mascarados

15 depender de uma lei interna à modelagem de mascaramento (M4) e que seja independente dos comandos cinemáticos de entrada (Cl).
10. Sistema de controle funcional de uma central inercial (7) de um veículo móvel a bordo de um simulador de movimentos (3) e fornecendo em tempo real dados inerciais de medição (R) representativos

20 de um movimento aplicado pelo referido simulador de movimento, caracterizado por compreender:

um modelo teórico (Ml) compreendendo uma modelagem da central inercial (7) a bordo do simulador de movimentos (3), sendo o modelo teórico alimentado em tempo real por dados cinemáticos

25 (Dl) realmente executados pelo simulador de movimento e fornecendo em tempo real dados inerciais teóricos (Tl) representativos dos referidos dados inerciais de medição (R) que devem ser medidos pela central a bordo do simulador de movimentos,

4/5 um modelo de simulação (M2) compreendendo uma modelagem da central inercial em um ambiente real de navegação, sendo o modelo de simulação alimentado em tempo real por comandos de pilotagem (D2) e fornecendo em tempo real dados inerciais de simulação (T2) representativos dos dados de saída da central inercial no referido ambiente real de navegação, o referido modelo de simulação (M2) levando em conta os referidos comandos de pilotagem (D2) para desenvolver uma trajetória do móvel utilizando a central inercial, meios de cálculo (11) para calcular os referidos comandos de pilotagem (D2) em função dos dados inerciais de medição (R), dos dados inerciais de simulação (T2) e dos dados inerciais teóricos (Tl), meios de validação (13) para assegurar a validade da central inercial, comparando-se a trajetória do móvel obtida utilizando a central inercial com uma trajetória de referência predeterminada.
11. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelos meios de cálculo (11) serem adaptados para determinar os referidos comandos de pilotagem (D2) em função dos dados inerciais (I) definidos por uma soma entre os dados inerciais de medição (R) e os dados inerciais de simulação (T2), menos os dados iniciais teóricos (Tl)·'
12. Sistema de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelos meios de validação (13) serem adaptados para considerar a central inercial como válida quando a diferença entre os dados inerciais (I) e os dados inerciais de simulação (T2) for limitada por um valor limite predeterminado.
13. Sistema de acordo com uma das reivindicações 10 a 12, caracterizado por compreender ainda um modelo de avanço de fase (M3)

5/5 alimentado em tempo real pelos comandos cinemáticos de entrada (Cl) do modelo de simulação (M2) e fornecendo os comandos cinemáticos de saída (C2) ao simulador de movimentos para compensar um atraso de execução inerente ao referido simulador de movimentos.

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14. Sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por compreender ainda um modelo de mascaramento (M4) interposto entre o referido modelo de simulação (M2) e o referido modelo de avanço de fase (M3), sendo o modelo de mascaramento alimentado em tempo real pelos comandos cinemáticos de entrada (Cl) e fornecendo os

10 comandos cinemáticos mascarados (C3) ao modelo de avanço de fase (M3) para mascarar ao menos uma parte das fases do movimento.
15. Programa de computador, caracterizado por compreender instruções de códigos para a execução das etapas do procedimento de controle como definido em ao menos uma das

15 reivindicações 1 a 9, quando executado em um computador.

1/3 χ-⁷ ^Α3~<^ ί 2Ρ FIG.1

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