Brevet FR2500988A1 — publié le 19820910

Dispositif de guidage de véhicule, notamment d'engin agricole. La présente invention concerne les dispositifs de guidage du déplacement de véhicules, notamment de véhicules tous terrains,tels que les engins agricoles, du type comprenant, d'une part, des moyens de détection des écarts de l'orientation du véhicule par rapport à une direc- tion fixe, comprenant au moins un capteur fournissant une in- formation électrique d'écart, et d'autre part, un organe de commande actionné à partir de cette information et lui-même relié à un organe d'orientation des roues directrices du véhi- cule. On connaît déjà, par exemple, par le brevet français du demandeur n0 78 32 804, des dispositifs de ce type dans lesquels le capteur comprend deux cellules photoélectriques qui reçoivent soit l'une, soit l'autre,un faisceau réfléchi fourni par les moyens de détection, suivant que l'orientation du véhicule s'écarte d'un côté ou de l'autre de la direction fixe, tandis que, par ailleurs, l'organe de commande est constitué par un distributeur électro-hydrauli- que à trois positions, fonctionnant par tout ou rien pour ac- tionner le vérin qui forme l'organe d'orientation des roues. Toutefois, lors de l'utilisation d'un tel dispositif sur des trajets relativement longs et souvent accidentés entraînant des embardées importantes (plon- gée des roues à l'intérieur d'un sillon, -rencontre de gros cailloux, conduite sur terrain détrempé), le fonctionnement par tout ou rien du distributeur commandé par l'une ou l'autre des cellules offre un pompage systématique et ne permet pas de ramener le véhicule exactement dans l'alignement qu'il avait avant l'embardée, de sorte qu'il se retrouve parallèle, mais décalé, ce qui peut avoir des conséquences graves sur le travail effectué par le véhicule, qu'il s'agisse du travail du sol ou de traitement de rangées de végétaux, tous travaux pour lesquels le maintien d'un alignement parfait est prépon- dérant. -2- C'est pourquoi la présente inven- tion a pour but de fournir un dispositif qui assure l'obten- tion d'un tel maintien parfait de l'alignement du véhicule sans pompage et, à cet effet, elle a pour objet un dispositif du type précité, caractérisé en ce que le capteur de détection d'écart est un capteur proportionnel d'écart et l'organe de commande est une servo-valve à laquelle est associé un cir- cuit d'asservissement interposé entre ledit capteur et cette servo-valve Grâce à cet agencement, et en parti- culier à la servo-valve dont on peut moduler le débit à vo- lonté, en fonction de l'information proportionnelle à l'écart donnée par le capteur, on évite tout pompage dans le fonction- nement et on obtient un maintien parfait de l'alignement, au- quel s'ajoute une souplesse excellente du guidage et une orientation rapide et efficace. Le retour à l'alignement s'ef- fectue avec une progressivité parfaite, ce qui conduit à une tenue de cap optimum, compte tenu du tempsederéponse rapide de l'électronique d'asservisement, cette progressivité en- traînant, par ailleurs, une stabilité maximale. De manière particulièrement avanta- geuse, il peut être prévu que, dans le cas o, comme dans le brevet précité, les moyens de détection sont opto-électriques et associés à un organe aimanté rotatif monté flottant et présentant au moins une plage contrastée, le capteur comprend deux éléments photo-électriques directement juxtaposés en re- gard de ladite plage contrastée, ces éléments pouvant, par exemple, être des cellules photorésistantes ou des photorésis- tances. L'utilisation de ces deux éléments juxtaposés permet- tent de fournir au circuit d'asservissement une information non seulement sur la présence d'un écart, mais en plus sur le sens de cet écart, ce qui permet de commander le rappel des roues dans le sens convenable. De préférence, l'organe aiman- té présente, sur un fond absorbant de la lumière, des plages réfléchissantes d'ouverture angulaire limitée et en nombre et en orientations correspondant à des direction déterminées de déplacement du véhicule, par exemple quatre plages à 900 les -3- unes des autres permettant les demi-tours en fin de trajet aller et les déplacements transversaux, ce qui est particu- lièrement intéressant dans le travail d'un champ, étant bien entendu que des directions supplémentaires peuvent être pré- vues, mais toutefois en nombre limité pour que chaque plage demeure dans une zone de fond absorbant suffisamment large. Avantageusement, il est prévu un capteur de position angulaire roues directrices et qui est relié, sous forme de boucle de réaction au circuit d'as- servissement de la servo-valve. Ce capteur peut être,par exemple, du type rotatif et associé à un pivot de roue direc- trice, ou du type rectiligne et associé à la bielle de direc- tion. De préférence, le circuit d'asser- vissement comprend, outre le capteur d'écart et la servo- valve, un étage intégrateur énérateur depente, un étage amplificateur d'entrée et un étage amplificateur de puissance. Il peut être prévu, entre la servo-valve et l'entrée de l'étage de puissance, une boucle comportant un circuit de temporisation qui permet d'améliorer la stabilisation de l'alignement en retardant la correction par rapport à la dé- tection de l'écart. De manière particulièrement Jnt4- ressante également, on peut prévoir que le dispositif com- porte des moyens de commutation en commande manuelle inter- posés entre la servo-valve et l'organe d'orientation des roues directrices, ce qui permet au conducteur de reprendre en charge le contrôle de la direction, soit en bout de trajet pour faire demi-tour, soit en cours de trajet pour changer de direction. Dans une variante de réalisation, il pourrait être prévu que les moyens de détection d'écart comprennent un organe de repérage de direction fixe à effet gyroscopique muni d'un capteur proportionnel d'écart de direc- tion. Cet organe, tel qu'un gyrocompas, pourrait être équipé d'une Sonde magnétique permettant de compenser toute dérive dans le temps d'un tel appareil. -4- D'autres caractéristiques et avan- tages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, et en regard des dessins annexés sur lesquels: - La Fig. 1 représente une vue schématique et en perspective des moyens de détection des écarts d'un dispositif suivant un mode de réalisation parti- culier conforme à l'invention. - La Fig. 2 représente schémati- quement, également, les éléments complémentaires constitu- tifs de ce dispositif, comprenant le circuit d'asservissement et la servo-valve. Le dispositif de guidage représenté est disposé sur un véhicule, tel qu'un engin agricole, com- portant un châssis 1 et des roues directrices 2. Comme le montre la Fig. 1, les moyens de détection des écarts de l'orientation de ce véhi- cule comprennent un organe aimanté rotatif et monté flottant, constitué par un disque ou rose des vents 3, orienté horizon- talement et monté mobile à l'extrémité d'une aiguille de sup- port 4 fixée sur un plateau support 5 horizontal. Ce plateau est monté mobile en rotation, par l'intermédiaire d'un en- grenage 6 et qui peut être entrainû par l'intermédiaire d'une vis sans fin 7 à partir d'un volant 8, sur un plateau inter- médiaire 9 qui est rendu solidaire en orientation du châssis 1 du véhicule, avec interposition toutefois d'un montage à la Cardan 10, qui permet de maintenir le support 5 et le disque 3 parfaitement horizontaux. Le disque 3 présente un fond géné- ral absorbant de la lumièrenoir 3a, sur lequel sont dispo- sées, à 90 les unes des autres, quatre plages en forme de secteur angulaire 3b présentant une ouverture limitée de l'ordre de 100 cette plage étant réfléchissante, mais avec un effet diminuant progressivement à partir de l'axe de ces plages, cette réduction d'effet s'obtenant, par exemple, par la réalisation deraies de plus en plus serrées. -5- Sar le support 5, se trouve égale- ment disposé un ensemble optique, fixé à demeure sur ce sup- port, et comportant, suivant un même plan, de préférence ver- tical, passant par l'axe 4 du disque, d'une part, un bloc émetteur comprenant une source de lumière lia et un conden- seur llb, et, d'autre part, un bloc récepteur constitué par deux photorésistances 12, disposées côte à côte sur une même surface 12a, perpendiculaire au faisceau lumineux réfléchi 13a que peut donner un faisceau incident 13b émis par le bloc 1la-llb, lorsque l'une des plages réfléchissantes 3b se trouve dans le plan commun de l'ensemble. Quelle que soit la direction dans laquelle on place la véhicule au début d'un trajet rectiligne dont on doit maintenir le cap, le conducteur actionne le vo- lant 8, de manière à déplacer le support 5 jusqu'à ce que le plan 13a-13b du système optique vienne exactement recouper l'axe de symétrie de l'une des plages 3b du disque (étant bien entendu que ce disque et ses plages gardent une orienta- tion permanente dans l'espace, en raison de la nature magné- tique de cet élément). Il apparaît ainsi que, au cours du déplacement du véhicule suivant le trajet prédéterminé, un écart de ce véhicule par rapport à son cap se traduit par une rotation correspondante du support 5. De ce fait, alors qu'en position d'alignement normal, le faisceau réfléchi 13a éclaire également les deux photorésistances 12, de sorte que ces dernières fournissent des courants électriques de même valeur, dès qu'un écart s'est produit le plan du système op- tique s'écarte d'un côté ou de l'autre sur la plage 3b, et en raison de la réflexion différentielle qui en résulte, la valeur de courant fournie parl'une des photorésistances aug- mente, alors que l'autre diminue. On obtient bien ainsi une information non seulement sur un écart de direction, mais également sur le sens de cet écart puisque, si le véhicule avait pris une orientation opposée, les variations des va- leurs données par les deux photorésistances auraient été in- terverties. - 6 - Comme le montre la Fig. 2, les photorésistances 12 qui constituaient la sortie des moyens de détection d'écart et qui fournissent une information électri- que analogique proportionnelle à l'écart de direction détec- tée, se trouvent reliées, par l'intermédiaire d'un circuit d'asservissement 14 à une servo-valve 15. Les quatre raccords de cette:servo- valve sont reliés, d'une part, à une arrivée et à un retour de pression 15a, 15b, associés à une pompe émettrice et à une bâche non représentée, tandis que les deux autres 15c et 15d sont reliés respectivement aux deux chambres de com- mande d'un vérin de direction 16. La tige de ce vérin, qui est fixée sur le chassis, est reliée à une des deux bielles de direction 17 qui sont solidaires des pivots des roues 2, et qui sont reliées entre elles par une tringle de transmis- sion 17a. Un distributeur de commutation et d'isolement 16a est interposé sur les deux conduites 15c et 15b, ce distribu- teur étant relié a une commande placée dans la cabine du véhicule, de manière à permettre le passage en commande ma- nuelle lorsque le conducteur le désire, ou lorsque cela est né- cessaire. Le circuit d'asservissement 14 com- prend, montés en série entre le capteur que constituent les photorésistances 12 et la servo-valve 15, un étage intégra- teur-générateur de pente 18, et un servo-amplificateur 19. Ce dernier comprend, également montés en série, un étage ampli- ficateur d'entrée 19a, puis un étage amplificateur de puis- sance 19b (composé de deux transistors PNP, NPN). Il est par ailleurs prévu, monté sur le pivot de lune des roues direc- trices 2, un codeur 20, par exemple du type à enroulement et curseur, ou encore à roue dentée et compteur, qui traduit l'orientation des roues par rapport à leur position normale. Ce codeur 20 est relié par une boucle de réaction 20a, à l'entrée 20b du premier amplificateur 19a. Il est également prévu une autre boucle 21, comportant un circuit de tempori- sation 21a, entre la servo-valve 15 et l'entrée 2lb du second étage amplificateur 19b -7- Il est clair que l'étage 18 assure le traitement de l'information fournie par le capteur 12, tandis que le servo-amplificateur est constitué d'un ampli- ficateur à courant continu complet, intégré dans un asservis- sement en boucle fermée, cet amplificateur fournissant un courant aux bobines de la servo-valve proportionnel à la somme algébrique des tensions de commande et de rétro-action. Le premier étage 19a permet un contrôle proportionnel ou in- tégral, tandis que le second étage permet d'introduire la dérivée du signal appliqué à l'entrée. Enfin, le circuit de temporisation, qui est réglable, permet de retarder la cor- rection par rapport à l'erreur détectée afin d'obtenir une meilleure stabilisation du fonctionnement de l'ensemble. Le circuit d'asservissement est, en pratique, réalisé sous forme de trois cartes électroniques correspondant respectivement à l'étage 18, au servo-amplifi- cateur 19 et au circuit de temporisation 21a. Ces différents ensembles sont dis- posés dans un boîtier qui est par exemple situé dans la cabine du véhicule. Il est prévu entre ce boîtier et l'entrée de commande de la servo-valve 15 une prise de raccordement 22. Le fonctionnement de l'ensemble du dispositif décrit ressort pratiquement de la description qui vient d'être faite. Une fois que le tracteur, au début d'un trajet, a été orienté suivant une direction ou cap déterminé, le support 5 du disque 3 est déplacé à l'aide du volant 8 jusqu'à ce que le plan vertical des faisceaux lumineux inci- dent 13b et réfléchi 13a, viennent se placer dans l'axe de l'une des plages 3b du disque 3. Dans cette position, les deux photorésistances 12 sont également éclairées, de sorte que l'ensemble du circuit est parfaitement équilibré et que la servo-valve maintient le vérin 16 en position intermé- diaire, correspondant à une orientation normale des roues 2. Si le tracteur fait, au cours de son trajet, une embardée sur un côté ou l'autre de son cap prédéterminé, le caâssis entraîne dans le même mouvement, le support 5 et par conséquent l'ensemble optique toujours dans -8- le ir:ême sens. Il en résulte que l'une des photorésistances.12 donne une valeur qui augmente, tandis que l'autre donne une valeur qui diminue. Cette double information, traitée dans le circuit 14, commande la servo-valve 15 et grâce à celle-ci le vérin 16 dans un sens qui oriente les roues pour ramener le véhicule sur l'alignement initial. Cette action, grâce à l'utilisation de la servo-valve, est parfaitement progressive, et assure un retour parfait sur l'alignement initial, et permet un fonctionnement parfaitement stable de l'ensemble. - 9 - REVENDICATIONS 1 ) - Dispositif de guidage de dépla- cement de véhicule, du type comprenant, d'une part, des moyens (3-12) de détection des écarts de l'orientation.du véhicule par rapport à une direction fixe (3b), comprenant au moins un capteur (12) fournissant une information élec- trique d'écart, et, d'autre part, un organe de commande (15) actionné à partir de cette information et lui-même relié à un organe(16) d'orientation des roues directrices (2) du véhicule, caractérisé en ce que le capteur de détection d'écart (12) est un capteur proportionnel d'écart et l'or- gane de commande (15) est une servo-valve à laquelle est associé un circuit d'asservissement (14) interposé entre le- dit capteur et cette servo-valve. 2 ) - Dispositif selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que, dans le cas o les moyens de détection (312) sont opto-électriques, et associés à un organe aimanté rotatif (3) monté flottant et présentant au moins ure plage contrastée (3b), le capteur comprend deux éléments photoélectriques (12) directement juxtaposés en re- gard de ladite plage contrastée (3b). 3 ) - Dispositif selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que l'organe aimanté (3) présente, sur un fond (3a) absorbant de la lumière, des plages réflé- chissantes (3b) d'ouverture angulaire limitée et en'nombre et en orientations correspondant à des directions détermi- nées de déplacement du véhicule. 4 ) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (20) de position angulaire des roues directrices (2) et qui est relié, sous forme de boucle de réaction (20a) au circuit d'asservissement (14) de la servo-valve (15). - 10 - ) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit d'asservissement (14) comprend, entre le capteur d'écart (12) et la servovalve (15), un étage intégrateur-générateur de pente (18), un étage amplificateur d'entrée (19a) et un étage amplificateur de puissance (19b). 6 ) - Dispositif selon la revendication , caractérisé en ce qu'il comprend, entre la servo-valve (15) et l'entrée (21b) de l'étage de puissance (19b), une boucle (21) comportant un circuit de temporisation (21a). 7 ) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commutation en commande manuelle (16a) interpo- sés entre la servo-valve (5) et l'organe (16) d'orientation des roues directrices (2). 8 ) - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens de détection d'écart (3-12) comprennent un organe de repérage de direction fixe à effet gyroscopique muni d'un capteur proportionnel d'écart de direction.