Pilote automatique

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher

Un pilote automatique est un dispositif de guidage automatique d'un véhicule sans intervention humaine.

Il s'agit plus précisément d’un système utilisé pour contrôler la trajectoire d'un véhicule sans qu’un contrôle constant par un opérateur humain ne soit nécessaire. Les pilotes automatiques ne remplacent pas un opérateur humain, mais permettent de les aider à contrôler le véhicule, ce qui leur permet de se concentrer sur des aspects plus généraux de fonctionnement, comme la surveillance de la trajectoire, de la météo ou des systèmes. Les pilotes automatiques sont utilisés dans les avions, les bateaux, les véhicules spatiaux, ou encore les missiles. Les pilotes automatiques ont considérablement évolué au fil du temps : les premiers pilotes automatiques ne réalisaient qu’un maintien de trajectoire tandis que de récents pilotes automatiques aéronautiques sont capables d'effectuer des atterrissages automatiques sous la supervision d'un pilote.

Origines[modifier | modifier le code]

La conduite d’un véhicule exige l'attention continue d'un pilote afin de permettre un déplacement en toute sécurité. L’amélioration des techniques de construction aéronautique et navale a conduit à une inévitable augmentation de la durée des trajets. L'attention constante induisait ainsi une fatigue grave chez les pilotes. Au-delà de certaines durées de trajets, les limites humaines ne permettent pas de maintenir cette attention constante. Un pilote automatique est ainsi conçu pour effectuer certaines tâches du pilote, et le soulager.

Le premier pilote automatique pour avion a été développé par Lawrence Sperry en 1912. Le pilote automatique permettait à l'avion de voler à cap constant et altitude constante sans l'attention du pilote, ce qui réduisait considérablement la charge de travail du pilote.

Lawrence Sperry (le fils du célèbre inventeur Elmer Sperry (en)) en a fait la démonstration en 1914 à un concours de sécurité de l'aviation tenu à Paris. En 1918, Sperry fonda la société « Sperry Corporation » qui produisait des composants pour les systèmes de navigation et de pilotage et qui commercialisait son pilote automatique. Elmer Sperry Jr., le fils de Lawrence Sperry poursuivit les travaux après la guerre sur le même pilote automatique. Il en résulta en 1930 un pilote automatique plus compact et fiable qui garda un avion de l'armée américaine sur la bonne trajectoire pendant trois heures[1].

Au début des années 1920, un pétrolier de la Standard Oil est devenu le premier navire à utiliser un pilote automatique. En 1930, le Royal Aircraft Establishment en Angleterre a développé un «assistant de pilotage» utilisant un gyroscope pneumatique agissant sur les commandes de vol[2].

Le développement des pilotes automatiques a été poursuivi, notamment en ce qui concerne l'amélioration des algorithmes de contrôle et les servomécanismes hydrauliques. En outre, l'inclusion d’instruments supplémentaires, comme les aides de radionavigation, a permis le vol de nuit et par mauvais temps. En 1947, un US Air Force C-54 a effectué un vol transatlantique, y compris le décollage et l'atterrissage, complètement sous le contrôle d'un pilote automatique.

Industrie aéronautique[modifier | modifier le code]

Un pilote automatique peut fonctionner selon plusieurs modes selon le but recherché. Les modes de base sont :

Des modes plus sophistiqués sont par exemple sur hélicoptère, la tenue de position au-dessus d'un point donné (vol stationnaire).

Progrès technique[modifier | modifier le code]

Plus récemment, des pilotes automatiques spéciaux furent mis au point pour le vol en piqué comme pour le Junkers Ju 87 B. Ce pilote automatique commande l'aérofrein et force l'avion à effectuer une descente avec très forte pente. Arrivé à basse altitude ou après largage des bombes, le pilote automatique replace l'avion dans sa position initiale (voir aussi Stuka et Ernst Udet).

Des développements plus récents assistent le pilotage en effaçant les rafales de vent. Ce système destiné à améliorer le confort des passagers est cependant critiqué par certains pilotes qui lui reprochent de les priver du retour d'information sur les conditions de vent régnantes.

Pilotes modernes[modifier | modifier le code]

De nos jours, tous les avions ne sont pas équipés de pilotes automatiques. Les véhicules âgés et les embarcations de l’aviation civile de petites tailles sont toujours pilotés manuellement, ainsi que les avions de ligne de moins de vingt sièges car ils sont utilisés sur les vols de courte durée et sont conduits par deux pilotes. L'installation de pilotes automatiques dans des avions de plus de vingt sièges est généralement rendue obligatoire par la réglementation de l'Organisation de l'aviation civile internationale.

Il existe trois niveaux de contrôle dans les pilotes automatiques pour les aéronefs : un, deux ou trois axes.

  • Un pilote automatique à un seul axe d'un aéronef dans l'axe de roulis uniquement : ces pilotes automatiques sont également connus familièrement comme "niveleurs de voilure" reflétant leurs limites.
  • Un pilote automatique à deux axes contrôle un aéronef dans l'axe de tangage en plus de l’axe de roulis : il peut recevoir des entrées de systèmes de radionavigation de bord pour fournir un véritable guidage de vol automatique une fois que l'avion a pris son envol jusqu'à peu de temps avant l’atterrissage.
  • Un pilote automatique trois axes ajoute le contrôle dans l'axe de lacet et n’est pas nécessaire dans la plupart des avions.

Les pilotes automatiques dans les avions complexes modernes sont à trois axes et généralement divisés en phases de décollage, de montée, de croisière (vol de niveau), de descente, d’approche, et en phases d’atterrissage. Bien que les pilotes automatiques demeurent inflexibles face à des situations nouvelles ou dangereuses, ils conduisent généralement un avion avec une consommation de carburant inférieure à un pilote humain.

Industrie navale[modifier | modifier le code]

Dans le domaine naval, un pilote automatique est un système permettant de conserver un cap. Pour cela le pilote doit remplir trois fonctions principales : mesurer, agir et communiquer. Les pilotes sont généralement constitué d’un système asservi qui reçoit une valeur consigne, calcule l’erreur entre le cap mesuré et la consigne, et agit sur la barre du bateau afin de maintenir la consigne. Le skipper doit également être en mesure de renseigner le cap voulu et de visualiser le cap actuel, d’où la nécessité d’une communication via une interface homme-machine.

Les pilotes automatiques conçus pour les embarcations nautiques peuvent être séparés en deux groupes : les pilotes pour barres franche et les pilotes pour barres à roues. Ils sont également conçu pour un certain type d’embarcation qui est généralement indiqué par le biais d’un déplacement à ne pas dépasser. Les gammes de prix s’étendent de 600 € à plus de 2 000 € selon le type de barre et la robustesse du pilote automatique.

Mesurer[modifier | modifier le code]

La mesure du cap est généralement réalisé par un dispositif d’acquisition tel qu’un compas magnétique. Celui-ci mesure le champ magnétique terrestre et le compare à une base de donnée. Cette comparaison lui permet de déterminer l’orientation du bateau par rapport au nord magnétique terrestre, et donc son cap. Ce dispositif peut être couplé avec un instrument mesurant les accélérations angulaires selon les directions de l’espace afin d’affiner la mesure du cap. On peut pour cela utiliser un gyroscope à trois axes tel que ceux des téléphones portables, ou encore une centrale inertielle.

Agir[modifier | modifier le code]

Afin d’agir sur le cap, les mesures du compas doivent être traitées et envoyées à l’unité de commande. Celle-ci est le cerveau du système, c’est elle qui réalise les calculs et corrige l’asservissement. Le résultat de ces calculs sont envoyés à l’actionneur. Celui-ci est généralement constitué d’un hacheur, d’un moteur (souvent de type courant continu) et d’un actionneur à proprement parler tel qu’un vérin. C’est ce dernier qui met la barre en mouvement. L’utilité de faire précéder le moteur par un hacheur est d’être en mesure de faire varier la vitesse de rotation du moteur, et par conséquent la vitesse de rotation du safran. Or faire varier la vitesse de déplacement du vérin est une composante particulièrement intéressante car elle permet de trouver le bon compromis entre une vitesse de déplacement du vérin trop faible qui conduirait à une dérive du navire et une vitesse trop élevée qui risquerait de conduire à des oscillations dangereuse pour la stabilité du système.

Communiquer[modifier | modifier le code]

Le dimension interface homme-machine est primordiale car comme expliqué en introduction, la sécurité ne peut être assurée par un pilote automatique qu’en présence d’un pilote humain. Le skipper doit donc pouvoir en permanence contrôler le bon déroulement de la conduite. Pour cela, le pilote automatique doit être muni d’un afficheur donnant le cap voulu et le cap actuel (ou éventuellement l’erreur entre les deux). Il doit également pouvoir afficher des messages d’erreur afin de prévenir le skipper d’un problème et pour que celui-ci puisse reprendre la main sur la conduite.

Industrie automobile[modifier | modifier le code]

Des constructeurs tels que Volkswagen[3], Audi[4] et Tesla Motors[5] élaborent des pilotes automatiques pouvant conduire votre voiture à votre place. Ce développement est néanmoins assez lent, compte tenu des réticences du grand public et surtout des instances légales[6] à qui les systèmes de pilotage automatiques font encore peur pour des véhicules d'usage aussi quotidien qu'une voiture. Les nombreux incidents d'origine technologique qui ont suivis la mise en service des régulateurs de vitesse[7] n’ont en effet pas contribué à la bonne réputation des système de régulation auprès du public.

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Now - The Automatic Pilot », Popular Science Monthly,‎ , p. 22 (lire en ligne).
  2. (en) « Robot Air Pilot Keeps Plane on True Course », Popular Mechanics,‎ , p. 950 (lire en ligne).
  3. Un pilote automatique Volkswagen, selection-auto-st-brieuc.fr, 15 mai 2011
  4. Le pilotage automatique intégré dans les prochaines voitures Audi, SooCurious.com, 9 janvier 2013
  5. Tesla S, pilote automatique et transmission intégrale, automobile.challenges.fr, 10 octobre 2014
  6. Avant le pilote automatique, la conduite connectée ?, Atelier.net, 30 octobre 2014
  7. Régulateur de vitesse bloqué, La Dépêche, 26 septembre 2012