[0001] L'objet de la présente invention concerne un système de visualisation sécurisé notamment
un système d'affichage plein écran pour un écran de technologie LCD pour « Liquid
Crystal Display » comportant deux demi-écrans d'affichage pouvant être commandés indépendamment
l'un de l'autre. L'affichage des données se fait sur une ou plusieurs fenêtres occupant
tout ou partie de l'écran.
[0002] Le système selon l'invention s'applique, par exemple, au niveau des planches de bord
d'aéronef. Les planches de bord actuelles comportent essentiellement des écrans de
visualisation permettant de fournir aux pilotes les informations nécessaires au pilotage,
à la navigation et plus généralement à l'accomplissement de la mission en cours. L'équipage
peut interagir au moyen d'interfaces homme-machine avec ces écrans pour sélectionner,
contrôler ou modifier les données et les paramètres affichés.
[0003] Dans le domaine de l'avionique, par exemple, les avions assurant le transport des
passagers disposent de cockpits relativement petits où l'intégration réussie des éléments
nécessaires au pilotage, à la navigation, à la surveillance et aux communications
est essentielle pour assurer la sécurité du vol et optimiser la charge de travail
de l'équipage.
[0004] Actuellement, la technologie permet de réaliser de grands écrans de visualisation,
typiquement de diagonale égale ou supérieure à 15 pouces avec une excellente résolution.
Pour permettre l'affichage de nouvelles fonctions avioniques, la taille des écrans
de visualisation est significativement augmentée par rapport à ce qui existait précédemment.
Les cockpits ayant une taille globalement restreinte, les contraintes d'installation
conduisent à considérer des systèmes de visualisation comportant 3 grands écrans au
plus. Le nombre total d'écran est donc en réduction par rapport à ce qui se faisait
auparavant. Ce nombre d'écran réduit pose des problèmes de disponibilité des informations
nécessaires au pilotage, à la navigation, en cas de panne simple pouvant occasionner
simultanément la perte de plusieurs fonctions affichées sur un même écran.
[0005] Pour atteindre les objectifs de disponibilité et de sûreté de fonctionnement requis
dans le domaine du transport aérien, une solution consiste à proposer des visualisations
ayant une architecture interne dualisée. Le problème technique posé est alors de trouver
une solution d'architecture permettant de satisfaire à la fois les objectifs de disponibilité,
de sûreté de fonctionnement et de performances opérationnelles : garantie de l'absence
de panne simple conduisant à la perte de tout l'écran, capacité d'affichage en plein
écran, et utilisation optimale des ressources de calcul et de génération graphique
disponibles.
[0006] Les solutions existantes multiplient le nombre d'écrans de petite taille dans un
cockpit amenant des coûts supplémentaires, du câblage, du poids. Le nombre d'écrans
peut varier de 4 à 8, voire au-delà. Une autre solution explicitée dans la demande
de brevet
FR 1101386 du Demandeur, consiste à utiliser un système de visualisation à 3 écrans tout en
assurant une disponibilité du système avionique.
[0007] L'objet de l'invention concerne un système de visualisation sécurisé pour objet mobile,
tel qu'un aéronef,
caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants :
- un écran E composé d'au moins deux matrices indépendantes E1, E2 formées de pixels, chacune des matrices étant commandées par une chaîne graphique
indépendante C1, C2, lesdites matrices ayant des entrées indépendantes I1, I2,
- une boite à lumière composée d'au moins deux sous-ensembles indépendant B1, B2, chacun rétro-éclairant chaque demi écran E1, E2,
- deux fonctions bypass T1, T2, chacune étant associée de manière univoque à l'une des chaînes graphiques C1, C2, et commandée par la chaîne graphique associée, chaque fonction bypass étant reliée
à une entrée de chaque matrice E1, E2, avec le signal de la chaîne graphique qui la commande ou avec la sortie du module
de séparation,
- un module central ayant une fonction de mélange des données provenant des deux chaînes
graphiques C1, C2 indépendantes, et une fonction de séparation desdites données, ledit module de séparation
étant relié auxdites fonctions bypass T1, T2,
- chaque chaîne graphique C1, C2 comprenant des moyens de génération d'images,
- un premier bloc A1 et un deuxième bloc A2d'alimentation.
[0008] Le système peut comporter un module de synchronisation assurant la synchronisation
entre les deux chaînes graphiques C
1, C
2.
[0009] Le système peut aussi comporter un moyen de monitoring reliée auxdites chaînes graphiques
C
1 et C
2.
[0010] Selon un mode de réalisation, le système comporte un troisième bloc d'alimentation
alimentant ledit module central.
[0011] L'écran E est, par exemple, un écran à cristaux liquides composé de deux matrices
indépendantes E
1, E
2 de pixels.
[0012] Selon un mode de mise en oeuvre les moyens de génération d'images de chaque chaîne
graphique C
1, C
2 génèrent des données permettant l'affichage indépendant de deux demi-images sur les
deux demi-parties constituant l'écran.
[0013] Selon un autre mode de mise en oeuvre les moyens de génération d'images d'une seule
chaîne graphique C
1, C
2 génèrent des données permettant l'affichage d'une image pleine écran sur les deux
demi-parties constituant l'écran.
[0014] Chacune des chaînes graphiques génère des données permettant, par exemple, un affichage
sur une ou plusieurs fenêtres réparties sur ledit écran ou encore une surface d'affichage
correspondant à la totalité dudit écran E.
[0015] Le système de visualisation selon l'invention est par exemple utilisé dans un avion
comprenant un, deux ou trois écrans LCD.
[0016] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux
à la lecture de la description qui suit donnée à titre illustratif et nullement limitatif
annexée des figures qui représentent :
- La figure 1, un exemple d'architecture d'une visualisation selon l'invention,
- La figure 2, un synoptique du principe de fonctionnement d'une visualisation de la
figure 1,
- La figure 3, une illustration d'un fonctionnement plein-écran
- La figure 4, un exemple de fonctionnement en mode full-dual, utilisant deux chaînes
d'affichage,
- La figure 5, un exemple de fonctionnement en mode plein-écran
- La figure 6, un exemple de fonctionnement en mode plein-écran avec vidéo, et
- La figure 7, un exemple de fonctionnement en mode plein-écran multi-fenêtré.
[0017] Afin de mieux faire comprendre l'architecture du système de visualisation selon l'invention,
l'exemple qui suit, est donné dans le cadre d'une application dans le domaine de l'avionique.
[0018] A titre illustratif, la figure 1 représente un exemple d'architecture d'un dispositif
de visualisation selon l'invention. L'architecture s'appuie sur l'utilisation d'un
écran E de type LCD ou toute autre technologie similaire constituée d'au moins deux
demi-écrans E
1, E
2, chaque demi-écran ayant sa propre entrée respectivement I
1, I
2. Le panneau dual E est adressé par demi-côté et garantit au niveau de l'écran une
absence de mode commun de panne. Un écran est composé, par exemple, de deux matrices
de pixels élémentaires qui sont adressés par deux ensembles électroniques de commande
ou d'adressage totalement séparés permettant de créer deux images autonomes. A titre
d'exemple, la taille de l'écran peut être de 15,4 pouces ce qui correspond à une diagonale
d'écran de 39 centimètres. L'écran E est rétro-éclairé par une boîte à lumière, composée
de deux sous-ensembles indépendant B
1, B
2, chacun rétro-éclairant chaque demi écran E
1, E
2. Cette boîte à lumière peut être assurée par des diodes électroluminescentes.
[0019] Le dispositif de visualisation selon l'invention comprend deux chaînes de génération
graphique C
1, C
2.
[0020] La chaîne de génération graphique C
1 comprend des ressources matérielles et logicielles permettant l'acquisition de données,
le traitement des données et le traitement graphique associé. C
1 comprend des moyens d'interconnexion avec le reste du système avionique, des moyens
de génération d'images permettant de générer des images sur le demi-écran E
1 ou sur l'écran complet E. Ces moyens de génération d'images sont reliés à un module
central ou ensemble 30 et à une fonction by-pass T
1 qui seront décrits ci-après.
[0021] De manière similaire, la deuxième chaîne C
2 de génération graphique comprend des ressources matérielles et logicielles permettant
l'acquisition de données, le traitement des données et le traitement graphique associé.
C
2 comprend des moyens d'interconnexion 20 avec le reste du système avionique, reliés
à des moyens de génération d'images 21 permettant de générer des images sur le demi-écran
E
2 ou sur l'écran complet E. Ces moyens de génération d'images sont reliés au module
central 30 et à une fonction by-pass T
2 décrits ci-après.
[0022] Le dispositif de visualisation selon l'invention comprend des moyens de bypass T
1, T
2 des signaux issus des deux chaînes d'affichage C
1, C
2. La fonction de by-pass T
1, T
2 associée à chacune des chaînes C
1, C
2 permet notamment d'alterner entre un mode de fonctionnement « full-dual » et un mode
de fonctionnement plein-écran de l'écran E. Les deux fonctions bypass T
1, T
2, sont, chacune, associée de manière univoque à l'une des chaînes graphiques C
1, C
2, et commandée par la chaîne graphique associée. Chaque fonction bypass est reliée
à une entrée de chaque matrice E
1, E
2, avec le signal de la chaîne graphique qui la commande ou avec la sortie du module
de séparation,
[0023] Le dispositif de visualisation selon l'invention comprend un module central 30 permettant
de composer des images plein-écran à partir des images générées par chacune des voies
graphiques C
1, C
2 ou à partir des images générées par une seule des deux voies graphiques C
1 ou C
2, éventuellement mélangées avec une source vidéo externe V
3.
[0024] Le module central 30 et les chaînes de génération graphique sont adaptés pour envisager
différents modes de fonctionnement :
- 1) l'image plein écran est générée par une seule chaîne graphique, l'autre chaîne
graphique ne générant pas d'image, mais pouvant se substituer à la première en cas
de panne de celle-ci ;
- 2) chaque chaîne graphique génère une ou plusieurs fenêtres réparties sur l'écran.
Ces fenêtres sont disjointes et complémentaires, de telle façon que l'ensemble de
ces fenêtres couvre l'ensemble de la surface d'affichage du plein écran ;
- 3) chaque chaîne graphique génère une surface d'affichage correspondant à la totalité
du plein écran. Les deux surfaces d'affichage ainsi générées sont superposés et «
mélangées » par la fonction mélange, selon un critère de priorité prédéfini ;
- 4) les modes de fonctionnement précédents 2 et 3 peuvent être combinés pour permettre
plus de souplesse d'implémentation des fonctions d'affichage.
[0025] Ces modes de fonctionnement permettent d'utiliser au mieux les ressources de calcul
et les ressources graphiques disponibles, de répartir les traitements sur chacune
des voies pour assurer une meilleure performance globale du produit, et/ou pour assurer
une ségrégation physique entre deux fonctions d'affichage. Quelques exemples de fonctionnement
sont donnés dans les figures 3 à 7.
[0026] Les moyens de génération d'images de chacune des chaînes génèrent des images représentatives
des données nécessaires au pilotage, à la navigation, au contrôle de l'appareil ou
à la circulation sur un aéroport. Ces types d'affichage principaux sont connus sous
l'abréviation « EFIS » pour « Electronic Flight Instrument System » et l'abréviation
anglo-saxonne « ECAM » signifiant « Electronic Centralized Aircraft monitoring ».
Les affichages correspondant en fonction des données s'appellent :
- données de pilotage : « PFD » acronyme anglo-saxon de « Primary Flight Display »,
- données de navigation : « ND », acronyme de « Navigation Display »,
- données de contrôle moteur et gestion d'alarmes : « EWD », acronyme de « Engine Warning
Display »,
- données générales des systèmes avions : « SD », acronyme de « System Display »,
- données aéroportuaires : « ANF », acronyme de « Airport Navigation Function ».
[0027] La figure 2 illustre le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention.
[0028] Un premier bloc d'alimentation P
1 alimente la chaîne graphique C
1, la fonction by-pass T
1, le sous-ensemble boite à lumière B
1 et le demi-écran E
1. Le premier bloc alimentation P
1 est relié à une première alimentation externe A
1.
[0029] De manière similaire, un second bloc d'alimentation P
2 alimente la chaîne graphique C
2, la fonction by-pass T
2, le sous-ensemble boite à lumière B
2 et le demi-écran E
2. Le bloc alimentation P
2 est relié à une deuxième alimentation externe A
2.
[0030] Un troisième bloc d'alimentation 35 qui alimente le module central 30 est relié au
bloc d'alimentation P
1 et/ou au bloc d'alimentation P
2.
[0031] La chaîne graphique C
1 (respectivement C
2) envoie des signaux de commande à une logique de contrôle 13 (respectivement 23),
dont la sortie agit directement sur un moyen d'aiguillage 12 (resp. 13) de la fonction
by-pass T
1 (resp. T
2). Ces signaux de commande sont la combinaison de signaux externes, transmis par un
opérateur, le pilote, par exemple, et de signaux internes, détaillés ci-après. IIs
permettent de basculer d'un mode d'affichage plein écran, à un mode d'affichage «
full-dual » par demi-écran.
[0032] Le module central 30 comprend une fonction d'acquisition vidéo 31, une fonction de
mélange 32 connu de l'Homme du métier et une fonction de séparation 33. Le module
central 30 comprend aussi une fonction synchronisation 34, et une fonction de contrôle-gestion
ou monitoring 36, détaillées ci-après. La fonction de synchronisation 34 va cadencer
chacune des chaînes graphiques C
1, C
2. L'ensemble est alimenté par le bloc d'alimentation 35 séparé ou directement par
le bloc d'alimentation P
1 ou le bloc d'alimentation P
2.
[0033] La fonction monitoring 36 est reliée aux chaînes graphiques C
1 et C
2 ; elle les informe du fonctionnement correct du module central 30, en indiquant par
exemple si le bloc d'alimentation 35 fonctionne correctement, si la fonction de mélange
32 fonctionne correctement, ou si les moyens ou bloc de séparation 33 fonctionne correctement.
Sur la base des données envoyées par la fonction monitoring 36, chaque chaîne graphique
C
1 (respectivement C
2) va pouvoir modifier les signaux de commande transmis à la logique de contrôle 13
(respectivement 23), pour repasser automatiquement par exemple en mode full-dual si
un dysfonctionnement est détecté.
[0034] En mode full-dual, la chaîne graphique C
1 envoie des signaux de commande à la logique de contrôle 13 de telle sorte que les
données issues de la chaîne d'affichage vont transiter via le moyen d'aiguillage 12
directement sur l'entrée I
1 du demi-écran E
1, en suivant le chemin représenté par la lettre S
1 sur la figure 2. De manière similaire, la chaîne graphique C
2 envoie des signaux de commande à la logique de contrôle 23 de telle sorte que les
données issues de la chaîne d'affichage vont transiter via le moyen d'aiguillage 22
directement sur l'entrée I
2 du demi-écran E
2, en suivant le chemin représenté par la lettre S
2 sur la figure 2.
[0035] En mode d'affichage plein écran, les données issues de la chaîne d'affichage C
1 et/ou de la chaîne C
2 vont être dirigées vers la fonction de mélange 32 pour composer une image de la largeur
de l'écran E. La fonction de séparation 33 va couper l'image en 2 parties, L
1, L
2, chacune des parties L
1, L
2 correspondant à deux ensembles de données, qui sont transmises respectivement au
demi-écran E
1 et au demi-écran E
2. De cette façon, on va obtenir un affichage d'une image plein écran. Les données
dans ce cas transitent selon les chemins S'
1 et S'
2. Les chaînes graphiques C
1, C
2 étant cadencées par la fonction de synchronisation 34, il est possible de mélanger
ligne à ligne les images générées par chacune des chaînes graphiques au moyen de la
fonction de mélange 32, sans introduire de latence entre les chaînes, et donc en garantissant
l'affichage d'une image plein écran cohérente.
[0036] Lorsque l'une des chaînes C
1, C
2 détecte un dysfonctionnement, par exemple, une perte de la fonction synchronisation,
ou lorsqu'elle est informée d'un dysfonctionnement détecté par la fonction monitoring
36, tel que décrit ci-avant, alors la chaîne décide de façon autonome de commuter
en mode full-dual et envoie un ordre à la fonction bypass qui lui est associée. De
même, si l'une des chaînes reçoit un ordre externe de commutation en mode full-dual,
ordre émanant d'un pilote par exemple, elle transmet son ordre à la fonction by-pass
indépendamment de la chaîne opposée.
[0037] La redondance des alimentations et leur distribution adéquate permet de s'assurer
qu'en cas de perte de l'une d'elles, il sera toujours possible d'afficher au moins
une image sur un demi-écran.
[0038] La disposition et l'indépendance des chaînes permettent de conserver au moins un
demi-écran opérationnel en cas de panne simple de n'importe quel composant du système
de visualisation, par exemple en cas de panne d'une alimentation électrique, d'une
chaîne graphique, du module central 30, d'une électronique de commande d'une boite
à lumière ou d'un demi-écran. Ainsi l'équipage conserve l'affichage des données sur
au moins un demi-écran sur deux, ce qui est acceptable sur le plan de la sécurité
de vol.
[0039] Dans un cockpit d'aéronef conçu sur la base de 3 grands écrans, il sera avantageux
d'utiliser 3 systèmes de visualisation tel que décrit précédemment, pourvu que l'affichage
des données soit prévu dans les cas où un demi-écran est en panne. En effet, un tel
cockpit est globalement équivalent à un cockpit de l'état de l'art antérieur basé
sur 6 visualisations indépendantes.
[0040] La figure 3 illustre un mode de fonctionnement plein-écran dans lequel la chaîne
graphique C
1 génère une première fenêtre W
1, la chaîne graphique C
2 génère les deux autres fenêtres W
2 et W
3, les données correspondant à la génération de ces trois fenêtres sont rassemblées
par la fonction mélange 32, avant d'être réparties sur les deux demi-écrans par la
fonction séparation afin de constituer une image plein écran comprenant les fenêtres
W
1, W
2, W
3.
[0041] La figure 4, illustre un autre exemple de mise en oeuvre du système de visualisation
selon l'invention fonctionnant en mode full-dual. Dans cet exemple les données D
1 utilisées par la première chaîne graphique C
1 permettent un affichage PFD uniquement sur le demi-écran E
1. Les données D
2 pouvant être différentes des données D
1 et qui sont utilisées par la deuxième chaîne graphique C
2 permettent un affichage ND sur le deuxième demi-écran E
2.
[0042] La figure 5 illustre un autre exemple de mise en oeuvre d'un mode de fonctionnement
plein-écran, dans lequel les données à afficher sont générées par une seule chaîne
graphique, dans cet exemple la chaîne C
1, afin de produire un affichage plein écran ND full-screen. Dans cet exemple les données
produites par la chaîne C
1 sont transmises à la fonction mélange et séparation, qui va les transmettre via les
fonctions bypass de chacune des chaînes au niveau des entrées I
1 et I
2 des deux demi-écrans afin d'assurer l'affichage plein écran.
[0043] La figure 6 illustre un autre exemple de mise en oeuvre d'un mode de fonctionnement
plein-écran, dans lequel les données à afficher sont générées par une seule chaîne
graphique, dans cet exemple la chaîne C
1, et combinées à une vidéo externe V
3, afin de produire un affichage plein écran ND full-screen avec fond vidéo. Dans cet
exemple les données produites par la chaîne C
1 sont transmises à la fonction mélange, qui reçoit également les données vidéo acquises
et transmises par la fonction d'acquisition vidéo 31. Comme dans toutes les variantes
du mode d'affichage plein écran, la fonction séparation va séparer l'image en 2 demi-images
et les transmettre via les fonctions bypass de chacune des chaînes au niveau des entrées
I
1 et I
2 des deux demi-écrans afin d'assurer l'affichage plein écran. Dans l'exemple donné
à la figure 6, les deux chaînes d'affichage vont générer des fenêtres complémentaires
de tailles différentes. La fenêtre ND générée par la chaîne C
1 a une taille de 8 pouces par 8 pouces, et la fenêtre WPL générée par la chaîne C
2 a une taille de 4 pouces par 8 pouces. Ces deux fenêtres se complètent de façon à
former une image plein écran qui occupe la totalité de l'écran E.
[0044] Le système de visualisation selon l'invention offre notamment les avantages suivants.
Le système selon l'invention permet d'offrir un équipement de visualisation ayant
à la fois un mode de fonctionnement full-dual et un mode de fonctionnement plein écran,
le tout sans introduire de mode commun de panne pouvant conduire sur panne simple
à la perte de tout l'écran. Cette solution permet de plus de répartir les traitements
de génération graphique sur les deux chaînes disponible, pour constituer au final
une seule image plein écran, ce qui permet d'optimiser la performance et de ségréguer
physiquement deux fonctions d'affichage. Le système permet en cas de panne simple
de n'importe lequel de ces éléments le constituant, l'affichage d'au moins une image
sur un demi-écran.
[0045] Dans le cas d'une implémentation du système dans un avion avec seulement 3 écrans,
dit double chaîne, il est ainsi possible d'obtenir une disponibilité identique à celle
offerte par les systèmes de l'art antérieur comprenant 6 écrans de visualisation.
Chaque visualisation peut en effet fonctionner en mode full-dual, dans lequel chaque
chaîne de génération graphique génère une demi-image affichée sur une moitié de l'écran,
et ceci complètement indépendamment de l'autre chaîne.
[0046] De plus, pour satisfaire les besoins d'affichage de nouvelles fonctions, chaque visualisation
peut également fonctionner en mode plein-écran, dans lequel chaque chaîne de génération
graphique génère une ou plusieurs fenêtres occupant tout ou partie de l'écran complet.
1. Système de visualisation sécurisé pour objet mobile, tel qu'un aéronef,
caractérisé en ce qu'il comporte au moins les éléments suivants :
• un écran E composé d'au moins deux matrices indépendantes E1, E2 formées de pixels, chacune des matrices étant commandées par une chaîne graphique
indépendante C1, C2, lesdites matrices ayant des entrées indépendantes I1, I2,
• une boite à lumière composée d'au moins deux sous-ensembles indépendant B1, B2, chacun rétro-éclairant chaque demi écran E1, E2,
• deux fonctions bypass T1, T2, chacune étant associée de manière univoque à l'une des chaînes graphiques C1, C2, et commandée par la chaîne graphique associée, chaque fonction bypass étant reliée
à une entrée de chaque matrice E1, E2, avec le signal de la chaîne graphique qui la commande ou avec la sortie du module
de séparation,
• un module central (30) ayant une fonction (32) de mélange des données provenant
des deux chaînes graphiques C1, C2 indépendantes, et une fonction (33) de séparation desdites données, ledit module
de séparation étant relié auxdites fonctions bypass T1, T2,
• chaque chaîne graphique C1, C2 comprenant des moyens de génération d'images (11, 21),
• un premier bloc et un deuxième bloc d'alimentation A1, A2.
2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une fonction de synchronisation (34) assurant la synchronisation entre
les deux chaînes graphiques (C1, C2).
3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte une fonction de monitoring (36) reliée auxdites chaînes graphiques C1 et C2.
4. Système selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte un troisième bloc d'alimentation (35) alimentant ledit module central
(30).
5. Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit écran E est un écran à cristaux liquides composé de deux matrices indépendantes
E1, E2 de pixels.
6. Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de génération d'images (11, 21) de chaque chaîne graphique (C1, C2) génèrent des données permettant l'affichage indépendant de deux demi-images sur
les deux demi-parties constituant l'écran.
7. Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de génération d'images d'une seule chaîne graphique (C1, C2) génèrent des données permettant l'affichage d'une image pleine écran sur les deux
demi-parties constituant l'écran.
8. Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacune des chaînes graphiques génère des données permettant un affichage sur une
ou plusieurs fenêtres réparties sur ledit écran.
9. Système de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacune des chaînes graphiques génère des données permettant une surface d'affichage
correspondant à la totalité dudit écran E.
10. Utilisation du système de visualisation selon l'une des revendications précédentes
dans un avion comprenant un, deux ou trois écrans LCD.