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FICHE TECHNIQUE
Autoguidage et véhicules autonomes
Vecteur de confort, de productivité et de préservation de l’environnement,
le potentiel des systèmes d’autoguidage n’est plus à démontrer. Quant à
celui des véhicules autonomes, il apparaît considérable à bien des égards.
Néanmoins, de nombreux efforts de recherche restent à fournir. Améliorer
les performances des algorithmes de guidage fait partie des objectifs
poursuivis par l’équipe TEAM du Centre de Clermont-Ferrand du Cemagref.
Les systèmes de guidage automatique ont
pour rôle de piloter avec précision les
véhicules agricoles et leurs outils sur des
terrains de nature et de topologie variées.
Cependant, dans certaines situations, la tâche
peut rapidement devenir complexe. Certains
phénomènes
suscitent
en
effet
des
comportements incertains du véhicule qui
peuvent altérer la précision du guidage et
engendrer des erreurs importantes du travail
agronomique réalisé. Il s’agit par exemple des
glissements en pente, des effets inertiels en
virage, du retard des actionneurs. La difficulté
consiste ainsi à appréhender ces phénomènes
et à venir les compenser en adaptant les
commandes transmises aux actionneurs du
véhicule. Cette démarche est essentielle pour
un guidage précis en toutes conditions.
Des travaux de recherche sur cette
problématique sont actuellement en cours au
Cemagref à Clermont-Ferrand. Ils consistent à
modéliser le comportement incertain du
véhicule
en
intégrant
les
variables
dynamiques
qui
agissent
de
façon
prépondérante sur son comportement global.
Ces variables sont ensuite estimées par
comparaison avec des mesures partielles
issues d’un nombre restreint de capteurs, ce
qui permet finalement d’adapter les ordres de
commande aux conditions d’évolution du
véhicule.
C’est avec une telle approche que le guidage
précis des véhicules est obtenu lors de
situations particulièrement difficiles (pente,
contrôle des outils traînés, manœuvres en
fourrière,…).
Contrôle précis du cap du véhicule
L’algorithme
de
guidage
agit
indépendamment sur la direction des
roues avant et arrière d’un véhicule à
quatre roues directrices afin de
suivre une trajectoire avec précision,
en termes de position mais aussi de
cap. Le véhicule peut ainsi évoluer
parfaitement en ligne sur les terrains
glissants en pente ou, au contraire,
avec une dérive angulaire choisie.
Contrôle des outils traînés
A partir de la mesure de l’angle de brisure entre le véhicule et la
remorque, la position de la remorque est asservie avec précision sur la
trajectoire planifiée. Pour cela, la trajectoire à suivre du véhicule est
modifiée notamment dans les courbes et les pentes (travaux
perpendiculaires à la pente).
Manœuvres autonomes
Les manœuvres de demi-tour d’un véhicule (avec ou sans remorque)
sont automatisées, avec une inversion du sens de marche si nécessaire.
Cette approche vise en particulier à minimiser la largeur de la fourrière
pour réaliser les manœuvres de demi-tour en accord avec les pratiques
usuelles des agriculteurs européens.
FICHE TECHNIQUE
Les réflexions prospectives se font jour sur le
développement de véhicules agricoles de tailles
plus restreintes et dotés de degrés d’autonomie
plus importants en termes de mobilité. Ces
réflexions sont fortement animées par les
avantages envisagés en termes de productivité
et de respect de l’environnement, mais aussi en
termes de sécurité et qualité du travail.
Une difficulté concerne néanmoins la vitesse de
déplacement de ces machines autonomes qui
demeure aujourd’hui très faible (de l’ordre de 34 km/h) pour la plupart des plateformes ou
véhicules expérimentaux développés par les
équipes de recherche privées ou publiques.
Vouloir augmenter la vitesse nécessite le
développement d’algorithmes de commande
plus performants capables de répondre à de
nouvelles contraintes (gestion des dérapages,
maintien de la stabilité dynamique du véhicule,
par exemple), sans parler de la gestion
dynamique des obstacles à ces vitesses plus
élevées.
Le
Cemagref
aborde
ces
différentes
problématiques dans le cadre d’un projet de
recherche fondamentale (projet ANR FAST*),
dont l’objectif est de concevoir un véhicule tout
terrain autonome, capable d’évoluer à haute
vitesse (avec des pointes pouvant atteindre
36km/h) dans un couloir de navigation
prédéfini, tout en assurant son intégrité
physique.
Se déplacer à haute vitesse
la configuration de l’environnement, ainsi que
sur sa localisation, tout en restant compatible
avec la rapidité du véhicule. Le troisième axe
concerne quant à lui l’étude du contrôle des
différents actionneurs afin, notamment, de
limiter les risques de renversement, gérer les
obstacles et assurer la précision du suivi des
trajectoires à l’intérieur d’un couloir de
navigation.
Dispositif actif pour la stabilité du véhicule – Projet ANR FAST
Appréhender les zones de traversabilité
La notion d’obstacle pour un véhicule autonome
est une notion très relative. En effet, il faut
évaluer l’obstacle dans l’environnement du
véhicule et, en fonction des capacités de
franchissement du véhicule et de sa dynamique,
pouvoir décider de franchir l’obstacle ou non.
Des travaux de recherche sur cette
problématique sont actuellement en cours de
développement au Cemagref. Le système
calcule différentes trajectoires admissibles dans
un couloir prédéfini et évalue la meilleure
trajectoire en fonction d’un critère (compromis
entre la réduction de vitesse et l’écart à la
trajectoire de référence à suivre).
Simulateur : trajectoire initiale de référence en
orange, ensemble de trajectoires interdites en
rouge et admissibles en vert
Plateforme expérimentale RobuFast
Un premier axe de recherche est ainsi centré
sur la conception mécatronique du véhicule,
afin de disposer de mobilités internes
permettant de stabiliser le véhicule au regard
des différentes perturbations rencontrées. Un
deuxième axe est lié au développement d’un
système de perception capable d’apporter des
informations pertinentes sur la posture du robot,
Contact scientifique
Franchissement autonome d’un obstacle avec
plateforme expérimentale Aroco
Michel Berducat – [email protected]
Unité de recherche TSCF – équipe TEAM
24 avenue des Landais, BP 50085, 63172 Aubière cedex
Tél. 04 73 44 06 00 – Fax 04 73 44 06 94
www.cemagref.fr/tscf
* https://projetfast.cemagref.fr/