Brevet FR2576120A1 — publié le 19860718

La présente invention se rapporte à un procédé et un dispositif de pilotage automatique d'un bateau à voile. Les pilotes automatiques, de l'état de la technique, sont en général asservis soit à un compas magnétique, soit à une girouette. Ces pilotes réagissent lorsque le voilier dévie de sa trajectoire matérialisée par un cap magnétique dans le cas d un compas magnétique, ou un cap déterminé par rapport au vent dans le cas d'une girouette. Les pilotes automatiques permettent d'apporter des corrections à la trajectoire du bateau. Cepen dant. les corrections apportées sont souvent trop lentes pour des bateau à voile naviguant aux allures portantes et notamment sous " Spinnaker ". Ceci entraine des effets de lacet et augmente les risques d'embardée du navire qui se traduisent par une perte de temps et présentent certains dangers pour les personnes et le matériel se trouvant â bord. Les pilotes automatiques selon l'état de la technique comparent le cap fourni par la girouette ou le compas magnétique à un cap prédétermine affiché par un navigateur. Le résultat de cette comparaison est corrigé pour tenir compte du zéro de barre qui est réglé par le navigateur en fonction de l'allure et du type de bateau. Ce signal corrigé est ensuite utilisé pour déterminer la trajectoire correcte du bateau. Outre les inconvénients précités, les dispositifs de pilotage de l'état de la technique. présentent des sensibilités relativement faibles et notamment aux allures portantes. Un but de l'invention est de proposer un dispositif et un procédé de pilotage automatique pour un bateau à voile qui présente une sensibilité amélio ree par rapport aux dispositifs connus. Un autre but de 1 invention est de proposer un procédé et un dispositif de pilotage automatique dont la précision est améliorée et dont la constante de temps est relativement faible. Un autre but de l invention est de proposer un procéde et un dispositif de pilotage automatique qui prennent en compte divers paramètres concernant l'etat du bateau permettant ainsi d'améliorer les corrections apportées à la trajectoire de celui-ci. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de pilotage automatique de conception simple et donc peu coûteuse. A cet effet. l'invention a pour objet un procédé de pilotage automatique d'un bateau à voile dans lequel on engendre un signal électrique de cap. suivi par le bateau. au moyen d'un appareil de mesure approprié, notamment une girouette ou un compas magnétique, on compare le signal de cap suivi à un signal de cap å suivre. pour engendrer un premier signal électrique de correction de l'écart entre le cap suivi et le cap à suivre. caractérisé en ce qu'on mesure en outre l'assiette transversale du bateau. on engendre à partir de la mesure de cette assiette. un deuxième signal électrique de correction d'erreur de cap due à l'assiette, on combine lesdits premier et deuxième signaux électriques de correction pour obtenir un signal électrique de correction globale. et on applique ce signal électrique de correction globale a un dispositif de commande de l'organe de direction du bateau de façon à compenser lesdites erreurs de cap. L'invention a également pour objet un dispositif de pilotage automatique d'un bateau à voile pour la misé en oeuvre du procédé comprenant des moyens pour engendrer un signal électrique représentant le cap suivi par le bateau déterminé par un appareil de mesure approprié, notamment une girouette ou un compas magnétique. des - moyens de comparaison de ce signal électrique à un signal électrique de cap à suivre pour engendrer un premier signal électrique de correction de I'écart entre le cap suivi et le cap à suivre. caractérisé en ce qu il comprend en outre des moyens de mesure de l'assiette transversale du bateau. des moyens de génération à partir de la mesure de cette assiette d'un deuxième signal électrique de correction d'erreur de cap due à l'assiette, des moyens de combinaison desdits premier et deuxième signaux électriques de correction pour obtenir un signal électrique de correction globale. et des moyens pour appliquer ce signal électrique de correction globale à un dispositif de commande de l'organe de direction du bateau de façon à compenser lesdites erreurs de cap. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se reférant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig.1 représente une vue schematique d'un bateau à voile; et - la Fig.2 représente un schema électronique d'un dispositif de pilotage automatique selon 1 invention. Comme on l'a représenté à la Fiv.1. le bateau 1 est constitué par une coque 2 sur laquelle est monté un mât 3 une quille 2a est fixée sous la coque. Une bome 4 est fixée au mât 3 et supporte avec celui-ci une voile 5. Le mât 3 presente un angle de gite g par rapport à une perpendiculaire à u-ne référence horizontale H. Il est connu que lorsqu'un voilier gite. il se crée un couple C de forces horizontal entre un centre de poussée hydrodynamique 6 du bateau et un centre de poussée vélique 7. En effet,on sait que lorsque ces points ne se trouvent pas dans le même axe perpendiculaire par rapport à une référence horizontale. il se produit un couple qui tend à faire dévier le bateau dans une direction opposée au sens de l'angle de gite. On a représente à la Fig.2, un circuit electronique d un dispositif de pilotage automatique selon l'invention. Une première branche constituée d'une résistance 8. d'un potentiomètre 9 et d'une résistance 10 connectés en série. est branchée entre une borne positive et une borne négative d'une alimenttion. Le potentiomète 9 représente de façon schématique un organe de mesure de cap suivi par le bateau. cet organe de mesure étant associé à une girouette, un compas magnétique ou tout autre appareil de mesure approprié. Une seconde branche constituée d'une resis- tance 11, d'un potentiomètre 12 et d'une résistance 13 en série. est connectée en parallèle aux bornes de ladite premiere branche et est également connectée entre la borne positive et la borne négative de l'alimentation. Le potentiomètre 12 permet au navigateur d'afficher un cap à suivre. Le curseur du potentiomètre 9 est connecté à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 14 à travers une résistance 15. Cette entrée inverseuse de 1 amplificateur opérationnel 14 est également con nectée à sa sortie à travers une résistance 16 en parallèle avec un condensateur 17. Le curseur du-po- tentiomètre 12 est relié à l'entree non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 14 à travers une résistance 18. La sortie de l'amplificateur opérationnel 14 est reliée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 19 à travers une résistance 20. Cette entrée inverseuse est également reliée à la sortie de l'amplificateur 19 à travers une résistance -variable 21. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 19 est reliée à la masse. La sortie de l'amplificateur opérationnel 19 est reliée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 22 à travers une résistance 23 et à la sortie de celui-ci à- travers une résistance 24. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 22 est-reliée à la masse. Une branche constituée d'une résistance 25, d'un potentiomètre 26 et d'une résistance 27 en série, est connectée entre la borne positive et la borne négative de l'alimentation. Le potentiomètre 26 représente un organe de mesure d'assiette transversale du bateau. Cette mesure peut être effectuée par un pendule ou tout autre moyen approprié porté par le bateau et auquel est associé le curseur du potentiomètre 26. Le curseur du potentiomètre 26 est relié à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 28 à travers une résistance 29. L'entrée non inverseuse-de l'amplificateur opérationnel 28 est reliée à la masse. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 28 est reliée à sa sortie à travers un condensateur 30 en parallèle avec une résistance variable 31. Cette sortie est reliée à l'entrée-inverseuse de l'amplificateur opérationnel 22 à travers une résistance 32. Une branche constituée d'une résistance 33 d'un potentiomètre 34 et d'une résistance 35 en série, est connectée entre la borne positive et la borne négative de l'alimentation. Le potentiomètre 34 permet un réglage de zéro de barre, qui est effectué par le navigateur-en fonction de l'état du bateau, Le curs-eur du potentiomètre 34 est également relié à l'entrée inverseuse de l'amplificateur operationnel 22 à travers une résistance 36. La sortie de l'amplificateur opérationnel 22 est reliée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 37 à travers une résistance 38. Une branche constituée d'une résistance 39 d'un potentiomètre 40 et ufle résistance 41 en série, est connectée entre la borne positive et la borne négative de l'alimentation. Comme on le verra par la suite, ce potentiomètre 40 permet d'obtenir un signal électrique représentant l'angle de ba-rre réel d'un organe de direction du bateau, Le curseur du potentiomètre 40 est relié à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel 37 à travers une résistance 42. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 37 est reliée à sa sortie à travers une résistance 43. La sortie de l'amplificateur opérationnel 37 est reliée à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel 44 à travers une résistance 45.L'entrée inverseuse de cet amplificateur opérationnel 44 est reliée à la masse, La sortie de cet amplificateur opérationnel 44 est reliée à la base d'un transistor NPN 46 dont le collecteur est relié à la borne positive de l'alimentation à travers une résistance 47. L'émetteur de ce transistor 46 est relié à la cathode d'une diode 48 dont l'anode est reliée à la masse. Un relais 49 est connecté aux bornes de cette diode 48. Ce relais commande deux interrupteurs 49a et 49b connectés en série avec un moteur 50 assurant l'alimentation de ce moteur de manière qu'il tourne dans un certain sens de rotation. La sortie de l'amplificateur opérationnel 37 est également reliée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 51 à travers une résistance 52. L'entrée non inverseuse de cet amplificateur opérationnel est reliée à la masse, La sortie de cet amplificateur opérationnel est reliée à la base d'un transistor NPN 53 dont le collecteur est relié à la borne positive de l'alimen- tation à travers une résistance 54. L'émetteur de ce transistor 53 est relié à la cathode d'une diode 55 dont l'anode est reliée à la masse. Un relais 56 est connecte en parallèle aux bornes de cette diode 55. Ce relais commande deux interrupteurs 56a et 56b connectés en serie avec le moteur 50 assurant l'alimentation de ce moteur, de manière qu'il tourne dans un autre sens de rotation. Le fonctionnement du dispositif est le suivant Le curseur du potentiomètre 9 etant lié par exemple à une girouette. le signal obtenu en sortie de ce potentiométre, représente une mesure du cap suivi par le bateau. Le cap à suivre est, quant à lui, affiché sur le potentiomètre 12. Les signaux issus de ces deux potentiomètres sont comparés dans l'amplificateur opérationnel 14 et les composants qui lui sont asso ciés. Le resultat de cette comparaison est ensuite amplifié par l'amplificateur opérationnel 19 et les composants qui lui sont associés. Cette amplification peut etre réglée par le navigateur en agissant sur la résistance variable 21 en fonction de l'état du bateau. Un dispositif de détection d'assiette transversale du bateau, par exemple un pendule auquel est associé le curseur du potentiomètre 26 délivre un signal représentant l'assiette transversale du bateau. Ce signal est amplifié par l'amplificateur opérationnel amorti 28 et les composants qui lui sont associés. L'amplification peut être réglée par le navigateur en agissant sur la résistance variable 31 en fonction de l'état du bateau . Ce signal de sortie est injecté à la borne d'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel 22. Un dispositif de réglage de zero de barre délivre un signal qui est injecté dans l'amplificateur opérationnel 22. Ce signal est ajusté par le navigateur en fonction de l'état du navire, en agissant sur le potentiomètre 34. Comme on peut le constater le signal délivré par le-dispositif de réglage de zéro de barre, le signal délivré par le dispositif de mesure d'assiette transversale ainsi que le signal représentant le resultat de la comparaison entre la valeur du cap à suivre et- la valeur du cap suivi sont injectés et additionnés dans l'amplificateur opérationnel 22. Le résultat, que l'on trouve à la sortie de l'amplificateur opérationnel 22 représente un angle de barre demandé en fonction de ltétat du bateau, c'est à dire en fonction de l'assiette du bateau, du zéro-de barre. du cap à suivre et du cap suivi. Un angle de barre réel qui est dans cet exemple de réalisation fourni par le curseur du potentiomètre 40 associé à l'organe de direction du bateau, est injecté dans le comparateur constitué par l'amplificateur opérationnel 37 et les composants qui lui sont associés, de même que l'angle de barre demandé provenant de l'amplificateur opérationnel 22. Ces deux angles sont comparés et le résul- tat de cette comparaison est appliqué aux deux amplificateurs opérationnels 44 et 51 de détection d'une valeur positive ou négative du résultat de la comparaison. Les valeurs positives sont détectées par l'amplificateur opérationnel 44 qui déclenche le transistor 46 et donc le relais 49. Le relais 49 ferme les contacts 49a et 49b, de sorte que le moteur 50 tourne dans un certain sens de rotation. L'arbre de ce moteur 50 qui est par exemple relié au curseur du potentiomètre 40, déplace celui-ci de sorte que le signal de sortie du potentiomètre varie en fonction de la rotation de l'arbre du moteur, Cette rotation continue tant qu'une valeur positive du résultat de la comparaison entre l'angle de barre demandé et l'angle de barre réel est détectée. Pour des valeurs négatives du résultat de la comparaison entre l'angle de barre demandé et l'angle de barre réel, l'amplificateur opérationnel 51 declen- che le transistor 53 et donc le relais 56. Les contacts 56a et 56b sont donc fermés et alimentent le moteur 50 dans l'autre sens de rotation. L'arbre du moteur 50 déplace alors le curseur du potentiomètre 40, de sorte que le signal de sortie de celui-ci varie jusqu'à ce qu'aucune valeur négative du résultat de lacomparaison ne soit détectée. L'angle de barre réel est donc réglé en fonction des divers paramètres d'entrée qui ont été mentionnés ci-dessus. Il va de soi que cet exemple de réalisation n'-est nullement limitatif et que par exemple, la prise en compte des données peut être effectuée par un microprocesseur dont la sortie agit, par exemple sur un moteur de gouvernail, une commande de "fletner" de gouvernail, etc. il va de soi également que d'autres paramètres peuvent être pris en compte tels que par exemple la vitesse du bateau, la force du vent, etc. REVENDICATIONS 1. Procédé de pilotage automatique d'un bateau à voile (1) dans lequel on engendre un signal électrique de cap suivi par le bateau au moyen d'un appareil de mesure approprié, notamment une girouette ou un compas magnétique, on compare le signal de cap suivi à un signal de cap à suivre. pour engendrer un premier signal électrique de correction de l'écart entre le cap suivi et le cap à suivre, caractérisé en ce qu'on mesure en outre l'assiette transversale du bateau, on engendre à partir de la mesure de cette assiette, un deuxième signal électrique de correction d'erreur de cap due à l'assiette, on combine lesdits premier et deuxième signaux électriques de correction pour obtenir un signal electrique -de correction globale, et on applique ce signal électrique de correction globale a un dispositif de commande (50) de l'organe de direction du bateau de façon à compenser lesdites erreurs de cap. 2. Dispositif de pilotage automatique d'un bateau à voile (1)pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini dans la revendication 1, comprenant des moyens (9) pour engendrer un signal électrique représentant le cap suivi par le bateau, déterminé par un appareil de mesure approprié, notamment une girouette ou un compas magnétique, des moyens .(toc) de compa-raison de ce signal électrique à un signal électrique de cap à suivre, pour engendrer un premier signal électrique de correction de l'écart entre le cap suivi et le cap à suivre, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (26) de mesure de l'assiette transversale du bateau, des moyens de génération (28) à partir de la mesure de cette assiette, d'un deuxième signal électrique de correction d'erreur de cap due à l'assiette, des moyens (22) de combinaison desdits premier et deuxième signaux électriques de correction pour obtenir un signal électrique de- correction globale, et des moyens (37) pour appliquer ce signal electrique de correction globale à un dispositif de commande (50) de l'organe de direction du bateau (1) de façon à compenser lesdites erreurs de cap. 3. Dispositif selon la revendication 2, ca ractérisé en ce que les moyens pour engendrer le signal électrique d'assiette transversale du bateau sont constitués par un pendule associé à un potentiomètre (26), auquel est connecté un amplificateur opérationnel amorti (28). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les moyens de combinaison desdits premier et deuxième signaux électriques de correction sont constitués par un amplificateur opérationnel additionneur (22). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à , caracterise en ce que les moyens pour appliquer le signal électrique de correction globale au dispositif de commande de l'organe de direction du bateau comprennent un amplificateur opérationnel (37) de comparaison dudit signal électrique de correction globale à un signal électrique représentant l'angle de cap réel de l'organe de direction du bateau et des relais (49,56) de commande de celui-ci associés audit amplificateur opérationnel (37).