Autoguidage et véhicules autonomes

1. 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. 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 considérableà 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 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.

2. 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 3-4 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 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, 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 Franchissement autonome d’un obstacle avec plateforme expérimentale Aroco Contact scientifique • * https://projetfast.cemagref.fr/ Michel Berducat – michel.berducat@cemagref.fr 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