Brevet FR2800232A1 — publié le 20010504

PROCEDE DE GUIDAGE AUTOMATIQUE D'UN ENGIN ET DISPOSITIF CORRESPONDANT La présente invention relève du domaine du guidage automatique d'un engin, par exemple d'un tracteur agricole, par l'exploitation de données précises de position. Le travail dans une parcelle de terre avec un tracteur agricole impose au conducteur de nombreuses tâches. Il a notamment à diriger précisément le véhicule, à contrôler les paramètres assurant la qualité agronomique du travail tel que le régime du moteur, la vitesse de déplacement la position de l'outil, et à surveiller l'environnement pour assurer que le travail s'effectue en toute securité. L'accroissement des vitesses de travail pour augmenter rendement d'un chantier, tel qu'une parcelle cultivée, rend l'exécution simultanée de ces tâches difficiles, voire dangereuses. Lors de certains travaux, notamment agricoles, la largeur de l'outil est telle qu' aide à la conduite est nécessaire pour garantir le juste recouvrement entre les passages successifs. Dans d'autres cas encore, les conditions climatiques sont telles, que le travail possible d'un point de vue agronomique, mais que la visibilité est insuffisante. Les dispositifs d'aide à la conduite et de guidage automatique utilisant des capteurs de position, comme par exemple des récepteurs GPS ( Global Positioning System ), permettent de faciliter ces travaux, en aidant le conducteur du tracteur à se diriger, ou en se substituant à lui dans la tâche de contrôle de la direction du véhicule. Dans l'art antérieur, on connaît par le document JP10234202A un dispositif qui aide l'utilisateur à suivre une trajectoire en lui communiquant des informations sur la direction à prendre pour être sur sa trajectoire, l'utilisateur agissant alors lui-même sur la direction pour respecter la trajectoire indiquée. On connaît par le document JP9094006A un dispositif de guidage automatique d'engin, par comparaison de sa trajectoire réelle obtenue à partir d'informations GPS, avec des trajectoires préenregistrées. Le document JP10243706A décrit un autre dispositif, qui enregistre la trajectoire réelle de l'outil lors d'un passage dans zone de travail, et élabore la trajectoire suivante qui sera suivie par le dispositif de guidage automatique, en décalant la trajectoire enregistrée de la valeur de la largeur de l'outil. Dans le document JP10243708A, on connaît par ailleurs un dispositif qui permet le guidage automatique d'un véhicule par utilisation d'un relevé préalable en trois dimensions des caractéristiques géométriques de la zone de travail. Ces dispositifs ne prennent pas en compte la préparation du travail, à savoir l'élaboration des trajectoires à suivre, ni le besoin de garantir la sécurité d'un chantier où un engin évolue en guidage automatique. La présente invention a pour but de proposer à l'utilisateur d'un engin, tel qu'un un tracteur agricole, un système de guidage qui élabore les trajectoires à suivre par l'engin à partir données géométriques enregistrées au préalable suivant la stratégie de travail retenue par l'utilisateur, en assurant la sécurité de l'engin et chantier. Dans ce but, elle prévoit que les trajectoires à suivre pour travailler sur la zone soient calculées à partir du contour géométrique de celle-ci, et des indications de l'utilisateur sur son point de départ, sur la trajectoire du premier passage souhaité, sur la largeur de travail et sur les zones de manoeuvre. Selon le cas, la direction de l'engin peut être sélectivement asservie aux orientations de trajectoire calculées, ou placée sous le contrôle de l'utilisateur. De même, l'avancement de l'engin peut être sélectivement contrôlé automatiquement, ou par l'utilisateur, et les conditions de travail d'un outil associé à l'engin peuvent être sélectivement contrôlés automatiquement, ou par l'utilisateur. Ce procédé est innovant notamment en ce qu'il prend en compte forme réelle de la zone de travail qui n'est jamais une forme géométrique simple ainsi que la façon dont l'utilisateur veut travailler. De cette façon extrémités de trajectoire sont parfaitement déterminées, quelle que soit la forme la parcelle, et la façon de travailler de l'utilisateur peut être prise en compte, notamment le fait que le travail d'une parcelle ne débute pas au même endroit d'une année à l'autre. L'invention concerne également un dispositif de guidage automatique pour mise en couvre de ce procédé, comportant un récepteur GPS fournissant des informations de position de l'engin à un calculateur de guidage susceptible d'asservir la direction de l'engin à une orientation de trajectoire calculée, un écran et des touches de commande. Ce dispositif est caracterisé en ce que le calculateur comporte une mémoire résidente et une carte mémoire amovible qui contient des informations relatives à géométrie de la zone de travail. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à lecture suivante d'un mode de réalisation particulier, en se référant aux dessins annexés, sur lesquels figure 1, illustre la mise en oeuvre de l'invention sur une parcelle agricole constituant la zone de travail de l'engin, et figure 2 est une vue schématique donnée à titre d'exemple tracteur équipé d'un dispositif conforme à l'invention. se reportant à la figure 1, on voit qu'un tel schéma permet a l'utilisateur de choisir une stratégie de travail. Conformément à l'invention, cet utilisateur peut en effet définir un point de début de travail 1 sur la zone la forme de la trajectoire du premier passage 2 (qui peut être rectiligne suivant un cap donné, qui peut suivre le bord de la parcelle, ou tout autre forme memorisée dans le dispositif), la ou les largeurs Lm et la position zones manoeuvre 3 qui permettent d'effectuer les demi-tours, et enfin sa largeur travail Lt. partir de ces informations et de la connaissance préalable du contour de la zone de travail 4 et éventuellement de son relief obtenus par des procédés connus par ailleurs, le calculateur de guidage 9 mentionné sur la figure 2 élabore automatiquement les trajectoires 5 qui seront ensuite utilisées pour l'aide à la conduite ou le guidage automatique du véhicule selon des procédés eux aussi connus par ailleurs. trajectoires de travail 5 sont étendues aux zones de manoeuvre 6, pour positionner au mieux l'engin à proximité de la trajectoire suivante lors des demi tours notamment avec des outils larges. variante, l'utilisateur peut enrichir en temps réel les informations géométriques de la parcelle, avec des informations relevées sur terrain en cours de travail, telles que la présence d'obstacles au sol ou en sous sol. Le dispositif mémorise par exemple ces informations détectant l'appui des touches particulières 11 (cf figure 2), ou en enregistrant les commentaires vocaux de l'utilisateur. Des informations de commande correspondantes peuvent ensuite être retransmises à l'utilisateur à chaque fois arrive à proximité d'un point ayant fait l'objet d'un commentaire. sécurité du chantier est assurée en informant l'utilisateur, par une alarme sonore par exemple, de la fin d'un passage c'est à dire de l'arrivée dans zone de manoeuvre ou d'un écart trop important par rapport à la trajectoire désirée, de la proximité de la limite du contour de la zone, ou encore d'une défaillance de l'un quelconque des éléments du dispositif de guidage. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la sécurité peut être améliorée si, après avoir informé le conducteur d'un des événements précités, le dispositif de guidage impose l'arrêt du véhicule, exemple en commandant le débrayage de la transmission et en agissant d'office sur le frein de parc. De plus, pour garantir la sécurité lors de l'utilisation l'engin muni du dispositif objet de l'invention en dehors des zones de travail le guidage peut être systématiquement mis hors service en dehors ou à l'écart des zones de travail connues du dispositif. Selon un autre disposition prévue par l'invention, le guidage peut également être interdit dans toute surface qui ne présente pas dimensions minimales ou les proportions d'une zone de travail habituelle ceci afin d'interdire l'évolution en mode automatique d'un véhicule route ou chemin. Arrivé à la fin d'un passage, le conducteur a de nombreuses actions à exécuter dans la zone de maneeuvre pour disposer l'ensemble tracteur-outil pour nouveau passage. Ces actions pourront être enchaînées avec le minimum d'intervention de. l'utilisateur, en appliquant des dispositions connues dans le domaine de l'automatisation des tâches. Sans obligation, on peut avantageusement utiliser la connaissance de la limite de la zone de manoeuvre pour déclencher les actions à enchaîner lors du demi tour, par exemple dans une version simplifiée, où seules les actions de montee ou de descente de l'outil ainsi que la mise en route ou l'arrêt de l'arbre de prise de force sont commandés au franchissement de la ligne qui délimite la zone de manoeuvre. Comme on peut le voir sur la figure 2, le tracteur agricole 7 est équipé d'un dispositif de localisation précis en l'occurrence un récepteur GPS cinématique 8 qui fournit des informations tridimensionnelles de position et de vitesse à un calculateur de guidage 9. Le calculateur 9 reçoit des informations de l'utilisateur par des touches 11, et informe l'utilisateur par un écran 12. De façon préférentielle, des informations dictées par l'utilisateur ou signalées au dispositif par l'appui sur les touches spécifiques 11, sont mémorisées avec les caractéristiques géométriques de la zone de travail 4. Le calculateur 9 communique au calculateur de direction 13 l'angle de braquage à appliquer aux roues directrices 18, de façon à ce que la trajectoire réalisée coïncide avec la trajectoire désirée. Le calculateur de direction pilote par exemple deux électrovannes 14, de façon à agir sur le vérin de direction 15, l'asservissement de la direction étant refermé par le capteur d'angle de braquage 19 monté sur le pivot d'une des roues directrices. Un capteur 16 monté sur la colonne de direction permet de donner la main au conducteur et d'arrêter le guidage automatique. Le calculateur 9 reçoit les informations qui décrivent la géométrie de la parcelle par une carte mémoire amovible 17. La mémorisation dans une mémoire amovible permet à l'utilisateur de modifier ces informations à distance de l'engin, par exemple à partir d'un autre dispositif que celui objet de l'invention, tel qu'un ordinateur de bureau Selon une variante de l'invention, le calculateur 3 transmet des demandes de débrayage et d'activation du frein de parc au calculateur de transmission de l'engin. Cette variante s'applique ' des tracteurs où les embrayages d'avancement et le frein de parc sont commandés par un dispositif électro-hydraulique connu de l'homme de l'art. Sans sortir du cadre de l'invention, le calculateur peut transmettre des demandes de montée ou de descente de l'outil au calculateur de relevage et des demandes de mise en route ou d'arrêt de la prise de force au calculateur de transmission. Cette variante s'applique à des tracteurs où le levage de l'outil et l'embrayage de l'arbre d'entraînement mécanique de l'outil sont commandés par des dispositifs électro-hydrauliques connus eux aussi de l'homme de l'art. D'une façon générale, toute ou partie des actions normalement exécutées manuellement par l'utilisateur lors manoeuvres, sont déclenchées automatiquement. On peut prévoir également que l'utilisateur soit informé automatiquement de toute situation de conduite anormale par rapport au guidage prévu, de tout écart par rapport à la trajectoire établie, d'une vitesse inadaptée, ou de la proximité de la limite du contour la zone. Enfin, on peut prévoir que l'engin soit arrêté automatiquement si l'utilisateur ne contrôle pas la direction et/ou l'avancement de l'engin, que le guidage de l'engin ne soit autorisé que dans un contour de dimensions minimales ou de proportions correspondant à une réelle zone de travail. Enfin, on peut envisager que tout ou partie des constituants du dispositif de guidage, objet de l'invention, soient amovibles et utilisables dans plusieurs engins. REVENDICATIONS 1. Procédé de guidage automatique d'un engin sur une zone de travail (4) reposant sur l'enregistrement préalable d'un relevé géométriques du contour de celle-ci, caractérisé en ce que les trajectoires à suivre pour travailler sur la zone sont calculées à partir du contour géométrique de celle @ et des indications de l'utilisateur sur son point de départ (1), sur la trajectoire du premier passage souhaité, sur la largeur de travail et sur zones de manoeuvre (3). 2. Procedé de guidage automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la direction de l'engin peut être sélectivement asservie aux orientations de trajectoire calculées, ou placée sous le contrôle de l'utilisateur. 3. Procedé de guidage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'avancement de l'engin peut être sélectivement contrôlé automatiquement ou par l'utilisateur. 4. Procedé de guidage automatique selon la revendication 1 2 ou 3, caractérisé en ce que les conditions de travail d'un outil associé à l'engin peuvent être sélectivement contrôlés automatiquement ou par l'utilisateur. 5. Procédé de guidage automatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la trajectoire du premier passage (5) est l'un des bords de la zone de travail. 6. Procédé de guidage automatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'orientation du premier passage (2) l'engin est une droite définie par l'utilisateur. 7. Procédé de guidage automatique selon l'une des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que les trajectoires (5) sont étendues aux zones de manoeuvre. (3). 8. Procédé de guidage automatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il peut prendre en considération des indications relevées sur la zone (4), au cours du travail par l'utilisateur. 9. Procédé de guidage automatique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'utilisateur est informé automatiquement de la fin d'un passage (5), ou de toute situation anormale et en ce que l'engin arrêté automatiquement si l'utilisateur ne tient pas compte des informations en question, ou s'il perd le contrôle de l'engin. Dispositif de guidage automatique pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une des revendications précédentes, comportant un récepteur (8) fournissant des informations de position de l'engin à un calculateur de guidage (9) susceptible d'asservir la direction de l'engin à une orientation de trajectoire (5) calculée, un écran (12) et des touches de commande (11), caractérisé en ce que le calculateur (9) comporte une mémoire residente et une carte mémoire amovible (17) contenant des informations relatives à la géométrie de la zone de travail (4). 1. Dispositif de guidage selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (16) monté sur la colonne de direction de façon à donner main au conducteur et à arrêter le guidage automatique. 12. Dispositif de guidage selon la revendication 10 ou 11, caracterisé en ce le calculateur (9) transmet des demandes de débrayage et d'activation de frein de parc au calculateur de transmission de l'engin. Dispositif de guidage selon la revendication 10, 11, ou 12, caractérisé en ce que le calculateur (9) transmet des demandes de montée ou descente au calculateur de relevage d'un outil de travail associé à l'engin. 14. Dispositif de guidage selon l'une des revendications à 13, caractérisé en ce qu'il comporte des touches de commande (11) permettant à l'utilisateur d'ajouter des informations spécifiques aux caracteristiques géométriques de la zone de travail. 15. Dispositif de guidage selon l'une des revendications à 14, caractérisé en ce qu'il comporte un écran (12) et/ou un système d'alarme sonore. 16. Dispositif de guidage selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisé par le fait que tout ou partie de ses constituants sont amovibles et utilisables dans plusieurs engins. 17. Dispositif de guidage selon l'une des revendications 10 ' 16, caractérisé en ce que les données stockées dans la carte mémoire amovible (17) peuvent etre modifiées à distance de l'engin. 18. Dispositif de guidage selon l'une des revendications 10 a 17, caractérisé ce que l'engin est un tracteur agricole.