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Pilote automatique : Installation pratique

(Note)

 Etriers de  12

Maj : 21/06/09

Cette note est un document complémentaire de la page "pilotes automatiques "

 

Introduction

Cette note discute du montage d'un pilote automatique in board.
Nous prendrons l'exemple d'un Autohelm Sail Pilot 5000 sur un Bavaria 34, mais cela s'applique généralement à tout type de pilote et de bateau.

Un pilote fixe se compose de divers éléments :
Le pupitre de commande à portée du barreur.
Le bloc d'électronique et de puissance (ST 6000) ou stupidement intégré au pupitre (ST 5000).
Le moteur, vérin électrique, hydraulique ou rotatif, avec son dispositif de débrayage.
Le capteur fluxgate du compas.
En option un accéléromètre.

Nous allons évoquer les points délicats de l'installation.

 

 

Vérin sur palonnier

Sur les bateaux à barre à roue, l'appareil à gouverner se présente sous diverses formes :
° La transmission rigide par barres et pignons de renvois. C'est le meilleur système mais son prix le réserve aux hauts de gammes. Il est d'une grande souplesse, sans jeu, très fiable et d'un toucher de barre parfait. Il ne demande aucun entretien, sauf à graisser les renvois.
° Le système économique, avec chaîne sur pignon de barre, reprises par drosses inox et cercle en alliage léger moulé sur l'axe de barre recevant les drosses. Nous n'avons aucune des qualités du précédant, il faut surveiller les drosses et les changer au moindre gendarme car les contraintes sont très fortes.
° L'hydraulique, qui permet plusieurs postes de barre et des parcours très longs dans le bateau en reliant tous les éléments avec une simple paire de tuyaux cuivre. La fiabilité est bonne. Il est majoritaire sur les bateaux à moteur mais rare sur les petits voiliers. Cette page ne parle pas des pompes hydrauliques réversibles ou à réserve, mais seulement des vérins électriques. Sur des barres mécaniques, il est aussi possible de monter un vérin hydraulique, mais la consommation de la pompe est supérieure à celle d'un vérin électrique.

Certains secteurs sont très faciles à exploiter, il suffit de percer une branche pour fixer le pivot de poussée du vérin. C'est parfois impossible, comme sur le Bavaria 34, la partie circulaire est engagée sous le plancher dans un espace inaccessible, et de plus il ne serait pas judicieux de percer un élément critique en cas d'appel à la garantie.  Bavaria 34

Il faut donc installer un palonnier de mèche de gouvernail séparé. Le catalogue Vetus propose un modèle moulé, mais il n'est pas utilisable sur le Bavaria pris en exemple.
Le perçage de l'arbre est de 50 mm maximum chez Vetus. Ces diamètres sont adaptés aux bateaux à moteurs à gouvernails plus petits. L'axe du Bavaria est de 60 mm. Il n'y a pas assez de matière pour aléser.
Le bras est court, 196 mm, la valeur préconisée est de 250 mm chez les constructeurs de vérins de pilotes électriques.
Il n'a pas de bride démontable, comme cela se voit sur la photo, le secteur d'origine ne peut pas être sorti sans dépose du gouvernail à terre.

A la différence du modèle Vetus, il fallait une bride démontable, comme un pied de bielle.
J'ai bien pensé à chercher, en pièces moteurs d'automobiles, s'il existait une bielle de dimensions compatibles, mais cela me semple improbable à cause du diamètre très important de 60 mm. De plus, l'objet serait en métal magnétique et l'action sur la barre perturberait le compas de route situé à 1 mètre.

Je suis donc parti à la recherche d'un modèle comme celui du dessin de gauche. J'ai reçu une proposition de "Lecomble et Schmitt ", qui pouvaient réaliser la pièce demandée, mais au prix exorbitant de 600 € TC, avec un délai très long, ce qui était inacceptable.
La société "Tyboat" propose le même produit bien moins cher. N'hésitez pas à me signaler si vous connaissez mieux.

J'ai préféré une autre solution personnelle.

 Palonnier

Variations sur un palonnier

Il est hors de mes compétences de mouler une telle pièce ou de réaliser un équivalent en inox. J'ai donc réfléchi à une idée très simple.
Utiliser deux bouts de cornières inox, la pièce fonctionnelle étant celle du bas, le morceau supérieur servant à améliorer la rigidité et la solidité en doublant la fixation.
Ce morceau peut être boulonné, mais il est préférable de l'assurer par soudure car les contraintes sont élevées. Cette soudure n'a pas besoin d'être de grande qualité, la pièce est à l'abri et des traces d'oxydation ne posent pas de problème. Elle peut être faite avec un mauvais poste de bricoleur. La pièce est donc très simple à réaliser en coupant deux bouts de cornière et en perçant doucement.
Les étriers peuvent être réalisés en cintrant de la tige filetée inox de 12 ou 16 mm. Il sera nécessaire de la chauffer au chalumeau au rouge pour la mettre en forme sur un mandrin, ou mieux, la faire réaliser avec une vraie cintreuse.
Si vous ne voulez pas cintrer des "U ", utilisez des boulons droits avec des brides comme celle représentée ou deux autres chutes de cornières soudées symétriques. Ces brides présentent un autre avantage, elles augmentent la friction sur l'axe est empêchent tout glissement, leur usage est à recommander malgré la difficulté d'usinage, si vous ne disposez pas d'un tour. Une portée striée est meilleure.
Il faudra serrer extrêmement fort après réglage du zéro de barre et bloquer les écrous au Loctite, les efforts sur l'axe sont très importants.
Vous voyez sur le dessin de droite que l'axe du zéro de barre est évidemment décentré à cause du montage dissymétrique, mais cela ne pose aucun problème, il suffit de tracer avant montage.
Le trou de diamètre 12 reçoit le boulon de l'axe de poussée du vérin. Le petit trou intérieur sert évidement pour la rotule du feed-back qui est parfois montée sur une platine plastique nécessitant deux trous.

Mon ami Guy Delage, grand spécialiste des matériaux composites me suggérait de réaliser une pièce en carbone, mais j'en suis resté à une technologie "tracteur soviétique modèle 1920 ", en remplaçant la fonte par l'inox.

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Résultat des tests

J'ai réalisé cette pièce en cornière inox de 40 mm d'aile, épaisseur de 5 mm. Attention à la limite de hauteur disponible qui empêche d'utiliser beaucoup plus gros. Il s'est avéré pendant les tests que cet ensemble vrillait en contraintes en bout d'aile, mon estimation était mauvaise. J'ai tout démonté et doublé la cornière principale pour rigidifier l'ensemble. Un vrillage n'est pas tolérable, cela produit une fatigue du métal qui cassera fatalement très rapidement. Tout doit être extrêmement rigide et surdimensionné. Il est possible de faire bien mieux avec un seul "U " à ailes plus fortes, point de poussée au centre du "U ".
 Cornière renforcée

Le pied du vérin est fixé sur une varangue rapportée en contreplaqué CTBX de 22 mm, collée sur époxy chargé avec congé et reprise par 7 couches de tissus à l'époxy sur la coque bien décapée (jamais de choucroute ou de résine polyester qui ne tiendraient pas). Ne faites pas l'erreur comme moi, de monter l'épontille trop près du fond, il faut laisser un espace de plus de 5 cm pour poser les tissus derrière et accéder aux boulons de la contreplaque arrière.

 Pied de vérin
Voilà l'ensemble en place. Rien n'accroche, mais j'ai du couper les butées de fin de course, le " V " est inutilement deux fois trop long. Le scotch rouge maintient un tampon caoutchouc qui amorti un peu le choc de fin de course, trop violent métal sur métal.
Pilote en place
Ceci est le point faible du système. Il était impossible de claveter ou de se reprendre par perçage sur le secteur, sans tomber tout le mécanisme et le gouvernail, opération incompatible avec la préparation à la livraison du bateau. J'ai fait réaliser des brides en tige filetée de 12 (et surtout pas en rondin qui glisserait !), qui après serrages très puissants (sans dépasser la limite élastique) s'accrochent bien sur l'axe d'origine. J'ai ensuite regretté de ne pas avoir utilisé de la tige de 16, mais il fallait revoir la conception pour laisser la place à la clef pour un boulon plus gros. Il aurait été plus mécanique de réaliser des brides avec pointeau pénétrant dans l'axe et des boulons de 16. Il est évident que cela ne remplace pas une vraie clavette, mais c'est le prix de la simplicité. Il est possible de faire mieux en réfléchissant d'avantage.
 Etriers de  12

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Vérin électrique

Il faudra prendre grand soin de protéger toute la zone du mouvement du palonnier de tout contact accidentel avec un objet qui pourrait venir bloquer la barre, en particulier brider tous les tuyaux et fermer le fond des coffres par un panneau.

L'embase du vérin est montée sur une planche en contreplaqué marine très épaisse, stratifiée solidement à la coque pour ne jamais risquer de s'arracher. N'utilisez pas de tire-fonds peu fiables, mais des boulons avec contreplaque métal.
Le pilote consomme beaucoup en pointes, amenez une grosse ligne d'alimentation au boîtier.

Ce palonnier est destiné à recevoir la poussée du vérin hydraulique ou électrique. Il est évident que cette adjonction durcira la barre en mode stand-by, j'ai évoqué ce problème du débrayage dans la page principale pilote. En hydraulique, une vanne bien dimensionnée mettra les deux chambres en communication. En électrique, la vis de circulation à billes aura toujours un freinage important. Il ne faut jamais oublier de démonter le vérin électrique tous les ans et de graisser abondamment la vis au graphite. Un graissage généreux produit toujours un suintement d'huile normal à la sortie du piston. Les soigneux maniaques comme moi installent sous le vérin une gatte avec un papier absorbant les gouttes d'huile, afin de garder les fonds parfaitement propres.
Le vérin est livré d'origine avec de longs fils qui vont de brancher sur le boîtier. Ces fils sont sous dimensionnés (économie !), et s'ils sont utilisés tels quels, après fixation propre du faisceau, le vérin ne peut plus être démonté pour maintenance.
Il faut donc raccourcir ces fils (moteur + embrayage) lors de l'installation en ne laissant que vingt centimètres et en montant de bonnes cosses sur un gros bornier fixe. Les fils sont maintenus par collier pour éviter tout mouvement à l'arrivée sur le bornier. Le départ vers le pupitre se fait avec des fils plus gros, définitivement fixés dans la colonne. Un repérage est fait par bagues numérotées pour éviter les doutes lors du remontage.

L'embrayage (clutch) d'un Sail Pilot 5000, consomme 0.5 A sous 12 V, soit 6 watts (comme une ampoule de plafonnier).
Le moteur consomme beaucoup plus en pointes, tout dépend du réglage du bateau, si la barre est dure, la consommation augmentera considérablement. Le fil moteur sera monté plus gros pour minimiser les pertes.

Un tel système permet un montage / démontage du vérin en quelques minutes pour la maintenance annuelle. Pendant cette maintenance les charbons du moteur et l'état du collecteur seront vérifiés, la poussière graphite aspirée. Un jeu de charbons figurera dans les pièces de rechange.

 

Exemple d'installation médiocre, erreurs à éviter

Voici l'exemple de tout ce qu'il ne faut pas faire, vu sur un 37 pieds, montage par un " professionnel bien connu dans le milieu " !
Pour ne pas se compliquer à stratifier une varangue propre à l'intérieur, perçage de quatre trous dans le tableau arrière avec quatre boulons en verrues.

 Bavaria 37
Aucune contre-plaque de renfort en contreplaqué avec reprise par stratification n'a été installée à l'intérieur. Le boulonnage direct induit des contraintes favorisant les craquelures du gelcoat.
 Bavaria 37

Les perçages affaiblissent le secteur de barre. Le trou vide à gauche a été percé par erreur, et sur le barreau alu qui se vrille en contrainte, un des trous tombe dans le vide. Montage bancal sur trois boulons. Toute cette installation, facturée très cher, est un modèle d'incompétence. Tout a du être refait après d'innombrables pannes.

 Bavaria 37

Ce montage ne peut pas s'appliquer sur le Bavaria 34, plus petit, le secteur de barre étant en partie masqué par les aménagements. Le principe d'utiliser le secteur de barre n'a rien de choquant en soi, c'est un classique, mais il aurait fallu faire les choses proprement sans abîmer la pièce moulée d'origine, en utilisant deux plaques boulonnées prenant le secteur en sandwich.

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Fluxgate

Il faut choisir avec beaucoup de soin une cloison verticale pour le fixer. L'endroit sera le plus éloigné possible de toute perturbation magnétique, du compas de route évidemment mais aussi des masses métalliques. Pour le moteur diesel, c'est simple, il est facile à repérer et ne bouge pas…
Prendre toutes les précautions avec les moteurs du pilote et des pompes qui ne doivent jamais être dans une sphère de 1 m de rayon au minimum.
Il faut faire très attention aux objets mobiles, en particulier la proximité d'un coffre qui pourrait recevoir un mouillage de secours, des objets métalliques comme la barre franche ou la caisse à outils… Il faudrait éloigner tout matériau magnétique probable, sans oublier bouteille de la survie, réservoir de gaz et les redoutables haut-parleurs de cockpit…
De plus, pour des problèmes de stabilité, il serait souhaitable de le monter assez bas au centre de gravité du bateau, mais évidemment pas dans les fonds à cause de la quille en fonte et du risque de présence d'eau. En pratique, cela devient trop compliqué en se rapprochant du centre du bateau, il y a trop de perturbations.
Une des moins mauvaises positions est parfois dans la partie extrême arrière de la jupe, coté opposé au moteur du pilote.
La qualité de positionnement du compas influera beaucoup sur les performances du pilote.

Sur les bateaux en acier, le compas est installé au niveau des premières barres de flèche dans un boîtier étanche, loin du moteur du radar. La position est très mauvaise, mais il n'y a pas de bonne solution. Sur un ketch, c'est évidement sur l'artimon.

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Les éléments peu critiques

Pupitre de commande

Aucune contrainte hormis l'ergonomie, il n'a rien de magnétique. Il est relié par une bretelle à trois fils, aux autres instruments pour récupérer les informations NMEA ou Seatalk, indispensables en particulier le vent relatif. Il n'est pas indispensable d'utiliser les câbles très chers du catalogue, il suffit de sertir des cosses sur trois petits fils pour relier les pupitres.
Les boîtiers de pilotes Autohelm acceptent l'entrée NMEA du GPS (sur deux fils) sans utiliser le convertisseur propriétaire NMEA <> Seatalk imposé par tous les autres instruments.

 

Le bloc d'électronique et de puissance

Il n'a rien de magnétique, sauf sur les très anciens modèles à relais (qui grillaient très souvent), mais la partie puissance chauffe, il ne faut évidemment pas le monter dans le compartiment moteur ou dans un espace exigu fermé. La place ne manque pas à l'arrière. La ligne d'alimentation doit être de section suffisante, les pics de courants sont importants.
Dans les nouveaux Sail Pilot Autohelm, par un stupide souci d'économie, le bloc de puissance a été supprimé et intégré dans l'afficheur.
C'est une totale aberration, cela oblige de faire monter tous les fils, y compris la puissance au dos de ce petit boîtier dans la colonne de barre, alors qu'un simple petit câble aurait été suffisant. Comme il n'y a plus la place de mettre un bornier propre recevant tous les fils, des cosses minuscules ont été utilisées, sous dimensionnées pour la puissance. Ce choix est catastrophique, il est dicté par une recherche de diminution des coûts à tout prix, mais il n'y a rien à faire, cela complique beaucoup la maintenance, il était beaucoup plus facile de changer les transistors claqués que dans le fragile pupitre. Maintenant, à la moindre panne, le pigeon se verra facturer un pupitre complet "jetable " à un prix scandaleux, en effet si l'étage de puissance grille, le pupitre est détruit.
Les autres matériels utilisent un bloc séparé beaucoup plus rationnel, permettant une meilleure installation.

 

Accéléromètre optionnel

Aucune contrainte, il n'a rien de magnétique, toute cloison dans un coin abrité convient.

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Vérification de la sécutité du moteur pilote

Il est essentiel de vérifier que le moteur de son pilote ne grille pas en cas de blocage. Normalement le blocage ne peut pas intervenir, car les fins de courses électriques coupent bien avant les butées mécaniques. Il ne peut y avoir de blocage mécanique qu'en cas de déboîtage de la biellette du feedback (le pilote perd alors la position de la barre) ou de casse mécanique de la transmission de la barre souvent catastrophique. Le moteur force alors énormément et peut brûler si un dispositif de limitation de courant n'existe pas. Les fusibles sont très insuffisants car ils sont sur dimensionnés pour encaisser les pics de démarrage et ne protègeront rien en cas de blocage moteur.
Par sécurité, il faut donc s'assurer qu'il n'y aura pas de risque en navigation. Le contrôle est très simple. Enclenchez le pilote à quai et allez dans le coqueron arrière débrancher la biellette du feedback pour le décaler. Le pilote va réagir en déplaçant la barre qui partira jusqu'en butée mécanique. Si le moteur se coupe après avoir forcé quelques secondes et que la barre revienne bien au centre en ayant ramené et rebranché le feedback allez naviguer content.
Si le moteur a grillé, vous vous êtes fait avoir, faites marcher la garantie et si possible, changez de marque ! Cela vous aura évité de tomber un jour en panne en mer.

 

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