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Les pilotes électroniques

   Click  !    Le pilote en fonction

Fonctionnement du pilote
Historique des pilotes
Le principe du fluxgate
Utiliser le GPS comme compas
Planning de réalisation
Transformation embrayage
Le feedback
La pratique du fluxgate
Le fluxgate et son exploitation
Réalisation du pilote
La nouvelle carte
Les réglages du pilote
Les accéléromètres
Bateaux acier
FAQ
Pilote électrique ou mécanique
Liens

Maj : 01/03/12

Abstract :
Electronic pilots. A complete page on the theory and practice of automatic electronics pilots, including their historical evolutions, how to transform the no reliable magnetic clutch in a very good one, mechanical system zero power consumption. A theory and practice of fluxgates, and a guide to built your home made very good pilot. I speak in an other page of the specific problem of pilot for the Mini Transat. I speak of "electric " or "electronic ", it's the same device, electricity gives energy and electronics gives command.

Résumé :
Les pilotes électroniques. Une page complète sur la théorie et la pratique des pilotes automatiques électroniques, incluant leurs évolutions historiques, comment transformer l'embrayage électromagnétique non fiable en un système mécanique à consommation nulle. Une théorie et pratique des fluxgates, et un guide pour construire votre très bon pilote maison. Je parle dans une page séparée du problème spécifique du pilote pour la mini Transat. Je parle "d'électrique " ou "d'électronique ", c'est le même matériel, l'électricité donne l'énergie et l'électronique donne la commande.

Note complémentaire : installation pratique d'un pilote inboard

Page complémentaire, pilotes Mini Transat : pilotes automatiques Mini 6m50

 

Fonctionnement d'un pilote automatique électronique

Précisons encore la terminologie qui ne doit pas prêter à confusion. Un pilote électrique prend son énergie sur les batteries du bord, à la différence d'un régulateur d'allure, génial dispositif de pilote purement mécanique dont l'énergie provient du vent (indirectement par le déplacement induit d'une pale dans l'eau). Un pilote moderne utilise évidement beaucoup d'électronique. Les termes pilote (à énergie) électrique, ou pilote (utilisant du matériel) électronique sont identiques.
Un pilote électronique reçoit l'information du cap magnétique, toujours fournie par un fluxgate sur les pilotes modernes. Les gros bateaux utilisent un gyroscope. Ce cap instantané est comparé à la consigne (le cap réglé). L'écart de cap est manipulé par le calculateur, en fonction des réglages (gain, sensibilité, temps de réponse…), de l'angle de barre et de l'état de la mer qui est analysé en fonction de l'historique des réponses aux consignes.
L'action est donc une suite de commandes transmises à la barre, par deux moyens principaux, hydrauliques ou moteur électrique.

 

La commande hydraulique

Elle existe sous deux variantes, à réservoir sous pression ou à pompe réversible.

Dans le premier cas, un réservoir tampon contient un grand volume d'huile maintenu en pression par une pompe. Deux électrovannes alimentent un piston double effet ou un moteur hydraulique agissant sur la barre. Ce système est parfaitement adapté aux gros bateaux, en particulier à moteur. La pompe tourne en permanence dans le même sens, la surpression est évacuée par une soupape. Ce système consomme beaucoup mais est très fiable, c'est le même que celui de tous les engins de chantier, soumis à de rudes contraintes.

Dans le deuxième cas, il n'y a pas de réservoir, un moteur pompe tourne dans un sens ou un autre, il n'y a pas d'électrovanne, le récepteur commandant la barre est identique au cas précédent. Ce système est moins cher mais moins fiable, le moteur pompe à double sens vieillit mal mais ne consomme que quand il est commandé.

Dans les deux cas, le pilote est déconnecté en ouvrant une vanne mécanique ou une électrovanne qui by-passe (= ouvre le circuit hydraulique) le récepteur.

 

Le moteur électrique

La commande électrique a plusieurs formes possibles.

E1 : Un moto-réducteur entraîne une chaîne de moto reliée par des câbles métalliques souples à un secteur circulaire solidaire de la barre. L'embrayage est mécanique ou électrique, voir alors le chapitre conversion

E2 : Un moto-réducteur entraîne la roue de la barre par une longue courroie crantée, le débrayage se fait simplement en détendant la courroie via une came déplaçant le moteur. Cette verrue externe est encombrante et inesthétique mais simple et fiable et bien adaptée aux petits bateaux à barre a roue. C'est évidemment un embrayage mécanique, disons même manuel.

E3 : Identique, mais le moteur est plaqué près de l'axe de la barre, le débrayage est mécanique pour les meilleurs modèles. C'est un bon système quand il peut être adapté à la roue existante. La variante à débrayage électrique est à proscrire, elle n'a aucune fiabilité !

E4 : Vérin électrique fixe, placé dans le coffre arrière. Ce système est très pratique quand la mèche du gouvernail est apparente pour les bateaux à barre franche, c'est toujours possible pour une barre à roue, via un secteur solidaire de la mèche. Le mécanisme du vérin mécanique est constitué par une vis tournante réversible sur laquelle circule un chariot, via une circulation de billes. L'embrayage est électrique, voir alors le chapitre conversion.

E5 : Le pilote amovible sur barre franche. Il est beaucoup moins cher que le fixe, bien adapté aux petits voiliers, mais sa fragilité est son seul défaut. Il n'apprécie pas qu'un équipier maladroit tombe sur lui. Il n'a évident pas l'avantage d'être toujours en place, bien protégé et activable immédiatement comme le précédent.

 

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Historique des pilotes automatiques

Je ne citerai volontairement pas les marques, ni les dates précises, l'espionnage industriel étant actif, les divers pays et marques sortent des modèles équivalents presque en même temps, il est parfois difficile de savoir quel est l'innovateur et la date de mise sur le marché.

Le premier pilote électrique

Le premier pilote électrique que je connaisse est anglais, suivi par un allemand. Ils sont apparus après la première guerre mondiale. Ils faisaient preuve d'une grande astuce, avec les moyens de l'époque. Un compas traditionnel de passerelle est modifié. Sur le pourtour de la grande rose de 25 cm de diamètre, est fixé un ergot. Le verre supérieur est percé pour recevoir un contact fixe et d'un contact mobile en fils d'or. L'écartement des contacts est réglable par un bras via une molette. Le fût du compas peut tourner. Le montage est étanche au liquide (de la glycérine) grâce à des joints cuir. Le bateau étant stable en cap, le compas est tourné pour que l'ergot soit à mi-chemin des contacts. Quand le bateau dévie, un ergot fait contact et un des deux relais de télégraphe est actionné. C'est déjà un réglage de sensibilité. Ce relais en actionne un autre qui commande le moteur électrique de barre en tout ou rien. Rapidement un système genre métronome a été rajouté pour doser les petits coups de moteur de barre et diminuer les lacets. C'est l'introduction du deuxième réglage, le gain. Ce système marchait parfaitement sans la moindre électronique.

Le premier pilote à tubes électroniques

Toujours les mêmes contacts, mais entre les deux guerres, le métronome est remplacé par un amplificateur utilisant les nouveaux tubes à vide triodes, avec piles haute tension. Le gain est réglé par un rhéostat en série avec un condensateur. C'est l'introduction du réglage du temps de réponse.

La rose à cellule à tubes

Les cellules à tubes à vide se développent pendant la seconde guerre mondiale, profitant de l'explosion technologique de l'électronique. Tous les belligérants sortent une application ingénieuse. La rose du compas est réalisée en verre mince, peinte en noir, avec un secteur transparent de largeur variable. Deux cellules sont placées sous la rose, éclairées par une ampoule. Quand la rose tourne, une cellule est plus éclairée que l'autre et déséquilibre un amplificateur. La sensibilité varie avec la position ou la luminance des ampoules. Une variante utilise la réflexion sur une rose partiellement métallisée.

Les pilotes électriques n'évoluent plus très vite, ils sont très onéreux, utilisés seulement sur les gros bateaux et en secours, le pilote principal étant gyroscopique.

La rose à cellules à transistors

Même système, mais pour les petites roses adaptées à la plaisance, avec un montage à transistor apparu vers 1965.

La rose à polaroïd

Idem, mais la rose est en plastique polarisé, des polariseurs croisés sont placés sur les cellules. La performance est identique, mais les circuits intégrés vers 1975 offrent plus de souplesse et un prix en forte baisse.

Le compas à fluxgate

Géniale innovation qui se répand vers 1980. Il n'y a plus besoin de rose mobile, le système est statique, et en association avec un microcontrôleur, le résultat devient parfait pour un prix très correct. Le comportement du bateau est analysé et le pilote s'adapte à l'état de la mer. Le fluxgate est tellement astucieux qu'il mérite un chapitre à part.

L'accéléromètre

Après 1990, le système s'améliore encore sur les hauts de gamme, avec l'accéléromètre statique qui détecte le moindre début de changement de cap. Ce sont des gyromètres statiques (indicateurs d'accélération angulaires), évoqués plus loin. De petits systèmes experts permettent d'approcher la perfection.

Compas à capteurs magnétorésistifs

Le flugxgate est un très bon capteur mais trop cher en production et trop gros.
La technologie actuelle a permis de réaliser des capteurs à très faibles coût et consommation, ils sont utilisés massivement dans les smartphones.
L'effet Hall n'offre pas la précision recherchée, mais la magnétorésistance s'avère bien adaptée.
Les capteurs magnétorésistifs et GMR (Giant Magneto Resistance) ont permis de réaliser de nouvelles générations de compas en couches minces, toujours plus petits et économiques.

Les capteurs magnétiques et d'accélération intégrés dans les pilotes actuels sont très performants et leur coût de production est inférieur un dollar (à ne pas confondre avec le prix de vente...).

 

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Principe du fluxgate

Plaçons un barreau de ferrite Est-Ouest, il est perpendiculaire au champ magnétique terrestre. Quelques spires de fil enroulées sur le barreau sont alimentées par un oscillateur sinusoïdal en moyenne fréquence. Une autre bobine identique, sur ce barreau, sert de récepteur. Le signal reçu sur la bobine de réception est une sinusoïde identique à celle émise, à l'hystérésis près. Si le champ d'émission augmente, la ferrite sature et la sinusoïde reçue commence à s'aplatir symétriquement. En approchant un aimant d'une extrémité du barreau la saturation change, une alternance est plus saturée que l'autre. Même effet en tournant le barreau, le champ terrestre déforme le signal reçu. Il est donc possible de trouver la direction Nord-Sud, au moment ou la sinusoïde reçue est la plus dissymétrique. Un seul barreau permet de déterminer l'écart au Nord (0 à 180 °) mais pas le sens E ou W. Si l'on monte deux barreaux identiques perpendiculaires, l'analyse des deux signaux permet de déterminer le cap magnétique de manière statique en levant l'incertitude. C'est exactement ainsi que marche le fluxgate.

   Principe capteur

Huit bobines identiques sont enroulées sur un petit tore (deux demi-tores collés). Quatre bobines en série constituent l'émetteur. Les bobines de réception du signal sont intercalées, deux fois deux bobines en série sur deux diamètres perpendiculaires. Les deux bobines de réception ont une extrémité reliée à la masse, les points chauds alimentent un multiplexeur. La lecture des deux signaux se fait séquentiellement sur les bobines.
Le contrôleur mesure, par l’intermédiaire de son convertisseur multiplexé AD 16 bits, les trois signaux des bobines réceptrices. Le calcul de l’écart de phase par rapport à la référence de la bobine émission donne le cap à une fraction de degré près.
Détail de la mesure. Chacun des deux signaux des axes perpendiculaires est envoyé sur deux redresseurs sans seuils (un simple amplificateur opérationnel), suivi de deux intégrateurs (condensateur et résistance). La somme des parties positives et négatives filtrée par un passe-bas donne le signal utile dont le sens et l'amplitude est fonction du cosinus à l'écart au Nord. Une autre solution est de faire la mesure de crête, syncho sur le front de la fréquence double de l'excitation.

  Traitement

La résolution de la position se fait par comparaison à une table angulaire (look-up table). Une table approximative est préchargée par défaut à la première mise en route du pilote, puis optimisée par la procédure classique d'alignement consistant à faire un tour le plus régulièrement possible en trois minutes. Il faut réaliser la procédure sans vent ni clapot, la précision finale en dépend.

Remarque :
Ce système de fluxgate est parfait et très fiable, la panne la plus classique étant la rupture des petits fils souples reliant le fluxgate monté sur cardan à son boîtier. Pensez-y si vous avez une panne, c'est la cause la plus probable, la suivante étant toujours un problème de connectique ou de fils cassés ou oxydés. L'électronique est très rarement en cause sauf pour la partie puissance, traitée dans le chapitre suivant. Les liens sont à la fin.

 

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Utiliser le GPS comme compas

Quelques rares GPS ont un compas intégré, c’est un modèle médiocre, à capteur effet Hall qui n’est utilisé que pour donner une indication très approximative de la direction (les 8 intercardinaux). Nous trouvons ce capteur dans les des « boussoles » vendues une vingtaine d’Euros en magasins de sport, d’accessoires automobiles et moins cher chez les discounters. Cela n’a rien à voir avec un fluxgate (beaucoup plus cher et précis). Nous ne parlerons pas de ce gadget inexploitable.

Un GPS ne peut indiquer de cap sans déplacement. En mouvement, un calcul vectoriel est effectué sur la moyenne (pondérée) de la position à un instant passé et celle à un instant plus récent.

Cela est d’autant plus réactif que le déplacement est rapide, car il faut des points assez éloignés pour que l’imprécision qui induit des écarts erratiques de quelques dizaines de mètres soit peu sensible.

Il est donc parfaitement normal que les valeurs s’affichent comme des moyennes et en cas de changement brutal de cap, l’affichage ne se stabilisera que quelques dizaines de secondes plus tard.
Le vecteur vitesse (cap + vitesse) ne sera donc significatif qu’en régime établi et assez rapide.
Il est donc évident qu’un GPS ne pourra jamais servir de compas pour un pilote automatique, pour de multiples raisons rédhibitoires :
Très lente réactivité, un petit changement de cap ne sera perçu qu’après un très long retard. Un pilote doit réagir à des changements de moins d’un degré en moins d’une seconde et beaucoup mieux en conditions difficiles.
Perte d’information en vitesse lente.
Perte d’information en configuration défavorable de la constellation.

 

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Utiliser un capteur magnétique différent

Nous avons vu que les premiers pilotes utilisaient des capteurs à rose, cela fonctionnait bien, mais ces matériels sont aujourd’hui abandonnés, tout comme le sextant.

Les bricoleurs débutants ont peur de se lancer dans l’aventure délicate du fluxgate et envisagent des solutions plus ou moins farfelues, mais toutes sans avenir, car ils oublient les exigences basiques de l’information de cap. Ils pensent au GPS (évoqué au dessus), ou des boussoles de récupération soldées une dizaine d’euros. Cela est totalement sans espoir, les capteurs à effet Hall ne peuvent absolument pas sortir une information à quelques degrés près sur le faible champ magnétique terrestre.
Ils sont suffisants pour indiquer sommairement les inter cardinaux (8 points), mais pas mieux. Il est évident qu’ils ne sont pas envisageables pour un projet de pilote.

En champs forts (exemple capteur girouette), la précision sera bien meilleure avec des capteurs à effet Hall à amplificateur intégré, le degré est alors possible. Il n'y a aucun moyen d’amplifier le très faible champ magnétique terrestre de 5×10-5 T (teslas).

Si le fluxgate vous parait délicat (il l’est vraiment), optez pour une vieille rose à Polaroïd récupérée sur une épave, c’est un très bon début, il sera toujours temps de faire évoluer ultérieurement.

 

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Planning de réalisation du pilote auto

Il faut réfléchir et décomposer le problème en éléments indépendants pour savoir si cette réalisation est à votre portée. Nous allons fixer trois étapes.

Le fluxgate (ou capteur plus moderne) et son exploitation, affichage du cap, je lui consacre un chapitre spécial.

La mécanique du pilote. Choix du moteur à chaîne et câbles ou du vérin électrique, mise au point de l'embrayage mécanique, ou choix de l'hydraulique. Montage du feedback. Cette étape est simple, avec un peu de mécanique, et un peu de stratification.

Le logiciel du pilote. C'est un gros morceau, il faut bien réfléchir. Vous obtiendrez rapidement un pilote médiocre qui tient le cap en pompant, mais ne rêvez pas trop, pour obtenir les performances d'un pilote haut de gamme commercial, il faudra consacrer un temps considérable au soft. Ne sous estimez pas ce problème, il faut une grande expérience et beaucoup d'essais en mer par tous les temps et à toutes les allures. Si vous envisagez aussi le système 'Homme à la mer "avec le système expert qui essaye de tenir le bateau, c'est pire. Le hardware ne pose aucun problème, c'est une carte microcontrôleur avec affichage standard, j'en parlerai avec le Navtex.

 

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Transformer un embrayage électrique en mécanique

Toute cette page est simplement une présentation de la technologie des pilotes. Ce chapitre est très différent, il vous montrera un problème que vous n'avez pas perçu si vous n'avez pas encore eu la panne et si nous n'avez jamais fait de bilan énergétique des équipements du bateau.

L'embrayage électrique est très pratique, avec un simple contact sur un bouton, le dispositif est immédiatement actif. Ce bon système à toutefois deux énormes inconvénients sur un voilier.

La consommation

L'embrayage électrique à une consommation permanente quand le pilote est enclenché, comme si le réfrigérateur ne suffisait pas pour ruiner vos batteries sous voile. Un embrayage récent consomme de l'ordre de 0.5 ampère (Autohelm Sail Pilot), c'est parfois supérieur à ce que consomme le pilote et son moteur sur un bateau bien réglé !

La faible fiabilité

Cet embrayage constitué par un empilement de disques Ferrodo comprimés par un électro-aimant réserve beaucoup de mauvaises surprises, la plus fréquente étant de griller la bobine avec coupure si vous avez de la chance ou pire de brûler. C'est une cause de panne très fréquente, la suivante étant de griller les transistors de puissance à cause d'un blocage de ce vérin. Si vous voulez fiabiliser votre pilote, il est utile de supprimer ce dispositif médiocre avant la panne, et d'adapter un embrayage mécanique comme décrit. Il est simple de bloquer définitivement l'embrayage d'origine en boulonnant les flasques, le démontage de la mécanique est aisé. Attendez la fin de garantie pour modifier votre pilote, sauf si vous partez pour une grande croisière.

Détails de la transformation de l'embrayage électrique en embrayage mécanique

Dans cette première version ce document, je me contenterai de vous exposer les principes, si nécessaire j'ajouterai ultérieurement les plans mécaniques si je n'ai pas été assez clair.

L'idée est ici !
Supprimer l'embrayage électrique existant en le débranchant et en le bloquant définitivement, puis installer un embrayage mécanique très simple, et de grande fiabilité, commandé par un bout et un taquet coinceur.

 

"Tire la bobinette et la chevillette cherra... "  Note culturelle : Charles Perrault, dans "Le Petit Chaperon Rouge " emploie une forme obsolète, aujourd'hui, nous dirions évidement "choira ", mais c'est moins joli, n'est-il pas ? Voir les liens à la fin.

Le principe fondamental

Au lieu de raccorder directement la mécanique, vérin ou câbles tirés par chaîne à une biellette ou un secteur solidaire de l'axe de barre, raccordez-la à un secteur tournant librement autour de l'axe sur une bague téflon. Cette pièce n'exerce aucune perte par frottements, la barre reste très douce quand le pilote est non enclenché.
Sous ce plateau libre, montez un plateau ou un bras solidaire de l'axe.
Toute l'astuce st de prévoir un cran sur l'un des plateaux dans lequel viendra s'enficher un doigt solidaire de l'autre plateau.
Quand le doigt est en place, les deux plateaux sont solidaires, quand le doigt est libéré, les plateaux sont désolidarisés et la barre est libre. Ce doigt est simplement forcé en place par un ressort, quand les deux plateaux sont en face il les verrouille. Pour débrayer, il suffît de tirer sur ce doigt qui comprend un anneau relié à un câble acier ou textile. Ce câble passe par des une poulie et sort dans le cockpit. Il est bordé à la main et bloqué par un taquet coinceur. Suivant le montage, la traction peut soit embrayer, soir débrayer, ce qui ne change rien au principe.
Ce même câble actionneur commande le switch de mise en marche du pilote, par une came rappelée par un ressort, servant de support à une poulie de renvoi. Il n'y a même plus à sortir la télécommande, pour enclencher déclencher le pilote.
Cette petite modification bien faite ne tombera jamais en panne, elle vous évitera de griller votre pilote et économisera beaucoup vos batteries.

Une variante consiste à monter le support du pilote sur un chariot de grand voile circulant librement sur un morceau de rail. L'enclenchement du pilote consiste à raidir un bout bloquant le chariot au milieu.

J'espère avoir été assez clair pour vous laisser imaginer le détail du dispositif pratique qui doit être le plus rustique possible, ce n'est pas compliqué, le tout est de comprendre l'intérêt du dispositif.

L'enclenchement mécanique à friction

Il existe une alternative au montage mécanique avec doigt de blocage en tout ou rien. De bons bricoleurs en mécanique réalisent un embrayage de type automobile en disques presseurs (comme l'électrique d'origine mais sans énergie). Le système de commande par tension d'un simple bout est identique à celui du doigt.
Le petit avantage est qu'en cas de casse du dispositif, il serait possible de reprendre la main en forçant sur la barre le temps de réparer, car les disques patinent sous forte charge.

 

Problèmes de safrans sur les catamarans

Il est beaucoup plus difficile d'utiliser ce dispositif sur un catamaran dont les safrans sont commandés par vérins indépendants. Si un bras de structure n'existe pas au niveaux des axes de barre, il existe une solution avec palonniers en croix, liaison par câbles monobrins (rod). Il faudra prévoir des réglages, le parallélisme des safrans est très délicat à assurer avec jeux et les usures. Cette méthode offre l'avantage de pouvoir utiliser deux vérins en parallèle au lieu du montage série au parallélisme inréglable. Dans ce cas les vérins sont parfois dédoublés : vérins de barre et vérin (unique de pilote), mais les pertes par frottements sont importantes.

Schéma simplifié coque bâbord d'un catamaran montrant le palonnier en croix destiné à recréer un axe de barre fictif avancé correspondant à la position de la poutre. Remarque : Le demi-catamaran ne se conçoit que dans le cadre d'un achat en copropriété, pour naviguer, les deux coques sont plus pratiques.
Sur le palonnier arrière, un des deux vérins d'origine de la barre (un par coque) qui ne seront pas modifiés. Une vanne by-pass peut libérer les deux vérins en parallèle pour éviter à la barre à roue de tourner. Ce système est rustique mais ne tombe pas en panne.
Sur le palonnier en croix, sur un seul bord le vérin du pilote, hydraulique ou électrique. Il pourra être libéré mécaniquement comme décrit au-dessus .
Il faut monter deux capteurs d'angle de barre indépendants et une alarme affichant l'écart des deux barres pour détecter le glissement.

  Palonniers catamaran

Problèmes généraux de montage mécanique

De nombreux bons pilotes fonctionnent mal et pompent brutalement à cause de jeux trop importants, liés à un mauvais montage. Il faut minimiser toute cause de jeu sur la liaison mécanique et vérifier en forçant sur la barre, pilote enclenché, que le système est assez rigide. Cela demande parfois de renforcer très sérieusement renvois et fixations d'origine.

 

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Autre approche d'économie d'énergie

Pour un programme de grand voyage, il est indispensable de posséder aussi un pilote mécanique.
La commande en petite puissance sur la biellette de l'aérien est une excellente solution économique et fiable qui permet de se substituer à la pale aérienne en particulier par vents légers. La puissance est fournie par l'énergie du déplacement sur la pale immergée et la consommation électrique considérablement réduite. La traînée induite par la pale immergée est négligeable sur un bateau de voyage et s'exprime en perte de vitesse de quelques centièmes de nœuds, alors qu'un réglage un peu plus soigné des écoutes procurera un gain facile de quelques dixièmes de nœuds !

La réalisation de la commande est très simple avec un moto réducteur, excentrique et biellette ou un servomoteur de télécommande pour le modélisme. La seule difficulté est de monter proprement le moteur dans un boîtier étanche qui ne sera pas détruit par les embruns.

Le passage de mécanique en électrique se fait immédiatement en déplaçant la biellette de la pale aérienne au servomoteur. Dans ces conditions, le pilote sera souvent sur le fluxgate, car si les conditions de vent étaient favorables, le pilotage mécanique serait conservé. Il existe peu de cas de pilotage par la girouette électronique, sauf peut-être dans l’alizé, vent arrière et grande houle, car l’aérien du pilote mécanique, bas sur l'eau, est dans un flux plus turbulent que la girouette de tête de mât.

 

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Le feedback

Dans tout pilote il y a un feedback. C'est simplement la recopie de la position de la barre, que le pilote doit connaître pour doser son action. Les systèmes utilisés sont :
° Pour les bas de gammes, simple potentiomètre médiocre, le curseur tournant de 270° pour la course totale. C'est rustique mais peu fiable, la piste carbone s'encrasse et se craquelle à l'usage. Les pistes plastiques sont plus fiables. Si vous le changez, prenez un potentiomètre de qualité, un Bourns par exemple.
° Les dispositifs optiques à polaroid sont passés de mode car la poussière d'usure salit le disque et dégrade progressivement la mesure.
° Les capteurs magnétiques à effet Hall sont beaucoup plus sûrs si le boîtier a des paliers de qualité, ils ne se dégradent pas. Je détaillerai cette partie dans la page sur les girouettes-anémomètres, c'est le même problème de mesure d'angle.

Ce feedback peut contenir aussi les fins de course électriques, pour éviter le dépassement des butées. Souvent, les fins de course sont supprimées par économie, une surconsommation du moteur est alors détectée et considérée comme la position extrême, la commande est coupée au bout de quelques secondes. Cette solution rustique est n'est pas favorable pour les économies d'énergie.

Ce feedback se présente de deux manières suivant le type de pilote.

° Pilotes inboard, avec éléments séparés.
Le feedback se présente comme un boîtier léger indépendant, avec un bras relié par tringle à rotule à un bras sur l'axe de barre. Les deux bras doivent rester parallèles. Il est relié par un câble trois fils au bloc électronique.
° Petits pilotes compacts monoblocs.
Les systèmes à vérin utilisant une vis à circulation de billes ont deux systèmes possibles.
Soit un câble fin, fixé à l'extrémité du piston, entraînant une poulie et tendu par un ressort. Ce câble a une durée de vie limitée, c'est une panne très classique des anciens matériels.
Soit un réducteur à pignons plastiques couplé au moteur.
Dans les deux cas des petits pilotes, ces matériels recherchent un prix minimal et utilisent le potentiomètre.

 

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La pratique du fluxgate

Fluxgate commercial

Ces deux photos vous montrent un excellent fluxgate commercial, de la marque Autohelm, commun à tous leurs pilotes. Il provient des poubelles d'un sav (merci les copains !). Comme beaucoup de petits frères, il avait été remplacé à cause d'une rupture d'un des petits contacts de la liaison souple entre cardan et boîtier, ou d'un fil oxydé sur un bornier, ce qui n'avait rien à voir, mais comme il faut bien changer quelque chose pour faire sérieux...

   Click  !   Le fluxgate

Un petit coup de soudure sous une bonne loupe, un renforcement au joint silicone, et il est reparti pour 50 ans. Il se trouve aussi en pièce détachée à un prix acceptable. Le plomb inférieur est le lest pour le cardan.

Pour commencer votre pilote maison, vous pouvez fabriquer le capteur avec deux barreaux discrets perpendiculaires, c'est simple, mais si vous en récupérez un tout fait d'une marque quelconque, c'est plus facile. Une réalisation amateur ne sera jamais aussi petite. Un tel fluxgate associé à une électronique soignée, vous sortira une résolution d'un dixième de degré, c'est mieux que nos besoins.
Vous avez remarqué que le montage est fait sur une jolie équerre en plexiglas, je vous avais bien dit dans ma page hublots, qu'il fallait récupérer des chutes quand vous allez faire tailler vos panneaux… Le couvercle est superbe et parfaitement étanche, il provient d'un bouchon de bombe insecticide.

Je fabrique mon Fluxgate

Choix de la bonne ferrite
Si vous réalisez un fluxgate, à barreaux ou à demi tores, choisissez bien votre ferrite, pour qu'elle sature au champ terrestre, qui est très faible, de 0.5 Gauss. Une ferrite récupérée sur le cadre d'un poste à transistors ne convient pas du tout. Il sera très difficile de la trouver à l'unité par un distributeur.

Extension du dispositif
Les plus curieux ont compris que ce dispositif pouvait donner d'autres informations. Si vous utilisez trois barreaux, non coplanaires, vous pouvez aussi mesurer la composante verticale du champ terrestre. Vous obtiendrez laborieusement un clinomètre deux directions, pour afficher en prime l'angle de roulis (la gîte) et l'angle de tangage (ma thèse sur la RMN pour la mesure des champs magnétiques a laissé des traces…). J'ai abandonné cette mauvaise approche dans le système expert pour l'homme à la mer pour lui préférer une estimation de la gîte par analyse de la girouette anémomètre via le bus NMEA.

Je change de technologie

Les capteurs magnétorésistifs offrent maintenant une solution beaucoup plus simple et économique que le fluxgate pour un simple pilote.

 

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J'en veux plus !

Le pilote automatique associé aux capteurs de champ est un des sujets, sinon "LE " sujet le plus traité pour les Tipes, projets et concours.
Cela me vaut un courrier très lourd, plusieurs courriels par mois, toujours du même type, disant en gros que les informations sur les fluxgates n'existent que sur Voilelec, et me demandant plans schémas études théoriques et autres liens pour approfondir le sujet.
Que les choses soient bien claires, il n'y a pas d'informations disponibles connues sur le Net et les constructeurs ne donneront aucune autre information car les développements sont confidentiels.
Il est donc inutile de me demander plus qu'il n'y a dans cette page.
Quand j'aurai du temps, je mettrai en ligne code et hardware de toute la partie fluxgate, mais une partie importante fait partie de développements appartenant à des clients, je ne peux donc pas le diffuser. Il me faudrait développer spécifiquement une application généraliste, mais cela demande des ressources non disponibles pour le moment.

Lire la page : Du shéma au kit

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Le fluxgate et son exploitation

Il faut commencer par cette étape. Les plus frileux et le plus réalistes achèteront le compas tout fait, avec son affichage. Il existe des modèles très corrects à moins de 200 €, qui donnent le degré. Attention, ces compas ne sortent pas le résultat sur un bus, il faudra donc refaire l'électronique car beaucoup ont un processeur dont le programme n'est pas lisible de l'extérieur. Si vous ne maîtrisez pas les techniques d'ingénierie inversée (reverse systems engineering), vous n'en ferez pas grand chose. De toute manière, même si vous sortiez le cap au degré, vous ne pourriez pas faire un très bon pilote, il faut une meilleure résolution. Le fluxgate peut le faire mais le soft ne l'exploite pas. L'avantage pédagogique est certain, vous pourrez analyser les signaux à l'oscilloscope et comprendre ainsi les astuces de l'exploitation. Si cette partie éveille des intérêts et que les lecteurs éprouvent des difficultés de mise au point, je pourrai faire une page spéciale très technique, avec les signaux sur le fluxgate, le hardware, et le soft, mais je pense que la plupart des lecteurs est capable se réaliser cela avec les informations précédentes.

Une question souvent posée

Faut-il faire une carte indépendante pour le fluxgate avec son propre processeur, ou laisser le soft et le hard de la carte principale gérer ce sous-ensemble ?
Si vous n'avez pas d'expérience sur ces systèmes, sans hésiter la première solution. Un très petit microcontrôleur suffit pour cette petite application. Il vaut mieux diviser les difficultés. La petite carte de gestion du fluxgate est installée dans la boite du fluxgate, l'ensemble étant placé au fond d'un coffre loin de la caisse à outil et des conserves en fer. La liaison avec le calculateur se fait avec un fil à deux paires torsadées, indispensable pour ne pas fausser le champ. Une paire véhicule l'alimentation 12 volts, l'autre est un bus CAN (c'est le seul bon choix possible !).
Détail logiciel La carte fluxgate est passive, si on ne l'appelle pas elle ne dit rien et le bus est calme.
Sur le bus se trouvent le répétiteur de compas, lui-même piloté par une petite carte contrôleur très simple et la grosse carte pilote. Ces deux cartes sont maîtres, elles génèrent un ordre de demande de cap, le fluxgate répond.
La carte fluxgate sait interpréter plusieurs ordres, dont voici les principaux :
Envoi cap, c'est évident
Fixe format, pour régler la résolution du message.
Filtre, pour modifier les algorithmes de filtration.
Passage en procédure d'auto calibration.

Avec l'expérience vous en ajouterez d'autres. Pour ne pas trop alourdir, il ne me semble pas utile de mettre oscillogrammes et logiciel, c'est très long à mettre en forme…

Autre question, récupérer un fluxgate

Beaucoup de plaisanciers ont au fond de la table à carte un très bon compas de relèvement Autohelm. Ce matériel est très bien conçu et fonctionne à la perfection. Il mémorise les relèvements, la pile dure de nombreuses saisons et son prix de 150 € est raisonnable. La question se pose alors de savoir s'il est possible d'en exploiter le fluxgate pour réaliser un pilote, si vous n'avez pas récupéré le compas sur cardan. Afin de vous éviter de détruire inutilement votre matériel, voici ce que vous auriez vu si vous aviez explosé votre compas.

Le compas se compose se deux demi-coques et d'un joint élastomère rouge. Il ne se démonte pas sans risque, les demi-coques sont fixées par une dizaine de plots de centrage collés. Ils se cassent tous si vous ouvrez les coques en passant un canif sous le joint. Voici la photo de ce joli circuit.

  Compas ouvert

Gros plan sur le fluxgate ultra-plat, inséré dans le circuit.. Vous constatez qu'il serait délicat de le récupérer en découpant le circuit pour l'installer sur cardan. C'est possible, mais cela me semble complexe pour arriver à un résultat propre. Il n'y a pas non plus de moyen simple de patcher le soft du cpu (masqué) pour lui rajouter une sortie exploitable (version haute résolution en page photo).

  Fluxgate plat
Cette voie ne me semble donc pas réaliste, mais vous saurez au moins ce qu'il y a dans votre compas. Les plus doués peuvent sortir le très classique afficheur LCD et suivre les commandes pour les intercepter et récupérer l'information cap affiché, mais c'est très délicat.

Premiers tests :

Avant de se lancer dans la réalisation du pilote auto, qui met en jeu des algorithmes complexes, il faut évidemment commencer par écrire le module logiciel de lecture du fluxgate. Le module tournera en tâche de fond. En position Stand-by, l'affichage indique en permanence le cap, pilote enclenché, le cap est remplacé par divers messages.

 

Panne de fluxgate

En cas d'anomalie fluxgate, il faut vérifier en premier si des masses magnétiques ou métalliques se trouvent cachées  à proximité.
Cela semble trivial, mais c'est la première cause de défauts...

En second, vérifier les câbles, coupés ou oxydés aux branchements.

Si le fluxgate est vraiment en panne, il se répare souvent relativement facilement.
Il faut l'ouvrir sans le casser et examiner soigneusement les bobines avec une grosse loupe et un ohmmètre.
Les fils se cassent au niveau des soudures, souvent par oxydation.
L'ensemble est très compact, le fil minuscule est souvent coupé à ras de la bobine vernie, la soudure demande de l'habileté.

 

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La réalisation du pilote auto


Remarque : Cette partie expérimentale date du siècle précédent, ce vieux grimoire n'a plus qu'un intérêt historique, mais le fond reste pertinent .
Aujourd'hui, le marché des cartes à microcontrôleurs offre bien mieux, plus puissant, moins énergivore et moins cher.

Nous allons maintenant réaliser une électronique pour mettre en œuvre ce fluxgate. Une fois que vous possédez le fluxgate, le plus gros est fait. La photo vous montre le prototype d'évaluation d'un pilote, pour des tests en laboratoire.

   Click  !    Le pilote en fonction

Son ergonomie a été d'abord inspirée de l'Autohelm 6000. que j'avais monté sur mon First 375 et qui marchait fort bien (après modification de l'embrayage). Le but n'était pas de faire une copie pirate, mais de réaliser une électronique originale plus performante. L'électronique est dérivée d'une carte que j'avais développée pour d'autres applications dans la famille 8051, puis adaptée à divers microcontrôleurs. Bien sûr, le bus est un NMEA 183, très répandu , mais les versions suivantes seront en NMEA 2000, et non ce stupide Seatalk propriétaire, j'en dirai plus sur ma page consacrée aux bus. Sur ce prototype, vous pouvez voir :

A1 est la carte clavier afficheur vue côté soudures
A2 la carte contrôleur de l'affichage reliée par 3 fils à la carte puissance.
P1 est la carte puissance, avec les quatre robustes FET en pont qui peuvent commander un gros moteur en toute sécurité.

  Click  !   Le jeu complet des cartes  du pilote

P2 est la carte principale qui lit le fluxgate, gère clavier, bus afficheur et puissance, et qui contient le système d'exploitation.
Vous reconnaissez facilement le fluxgate.
En dessous, monté sur une prise RS-232 DB9, le prototype de l'interface de chargement pour relier un PC au bus. Cette version est améliorée en supprimant tous les fils, et en réalisant un pont en infrarouge.
En dessous, un répétiteur universel adaptable à tous les appareils. Il accepte les divers bus et sort vers des afficheurs, des claviers et tous les périphériques I2C (Inter Integrated Circuit Bus).

 

Réaliser l'électronique du pilote.

C'est le problème universel des automatismes ! On mesure une grandeur, on la compare à une référence (consigne), on donne un ordre de correction pour se recentrer sur la référence.
C'est comme un thermostat de chauffage. Les premiers pilotes étaient très simples en électronique analogique.
Cela n'existe plus, tous les pilotes sont basés maintenant sur un calculateur.
Toute la subtilité dans un bon pilote est d'établir des équations de correction sophistiquées pour anticiper, ne pas pomper et revenir au mieux à l'équilibre.
On peut faire simplement un pilote médiocre mais suffisant quand le bateau est équilibré par petit temps et bon plein.
Un mauvais pilote trop simple sera incapable de tenir par vent portant, à plus forte raison de l'arrière, fort et avec de la mer.
Ecrire le logiciel d'un pilote automatique est comme peindre un tableau. Tout le monde saura barbouiller, mais peu peindront la Joconde…

Avec l’expérience, il s’avère très difficile de faire un pilote qui rivalisera avec les bons modèles commerciaux. Cela demande de nombreuses « années * ingénieur ». Il faudra traiter de nombreux autres capteurs que l’indication du cap et bien maîtriser les systèmes experts.

 

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La nouvelle carte

L'électronique évolue très vite. Dans une version finalisée (des années 90 !), toutes les cartes (sauf la puissance, réalisée à part, en boîtier étanche alu, dans l'huile, liaison optique) sont regroupées sur une carte en CMS (composants à montage de surface) de 5 * 3.5 cm, très performante.

  Click  !  La carte finale

Son système expert se charge par un PC portable, pendant les phases de mise au point, dans la grosse flash eprom, directement par une liaison infrarouge et sans rien débrancher. Cette carte unique, (vous en voyez deux exemplaires de dessus et de dessous), vient se poser sur une carte support qui contient tous les départs de la connectique électrique et optique. La très grande capacité de calcul de cette carte permet de créer un pilote doué de facilités d'apprentissage, qui prend instantanément le relais du barreur en barrant presque aussi bien, et qui sait s'adapter à un changement brutal de voilure quand la grand voile est choquée et affalée pour prendre un ris par grosse mer.

Cette page a voulu rester générale, c'est pour cela qu'elle ne contient pour le moment ni schéma ni oscillogramme détaillé. Si des esprits curieux veulent aller plus loin, elle peut s'étendre, mais on va encore me reprocher de noyer le lecteur sous des détails techniques incompréhensibles.

J'utilise maintenant une très puissante carte Arduino avec développement en C pour réaliser mes projets. En 2012 : Arduino Mega 2560 à 40 €.

 

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Les réglages du pilote auto

Un petit chapitre destiné à ceux qui n'ont jamais touché les réglages d'origine ou qui changent les valeurs au hasard sans bien comprendre l'influence. Je ne parle que des réglages de base des petits pilotes.

Le gain (barre, safran, rudder…)

Il dose la réaction en fonction de l'écart. Beaucoup de gain produit de grands coups de barre, le bateau reste plus près du cap de consigne mais pompe en permanence avec une forte consommation éléctrique.

L'embardée (Yaw, seastate, answer…)

Introduit un facteur retard dans la réponse. Par mer agitée, le bateau embarde et oscille naturellement autour d'un cap moyen. Augmenter l'embardée équivaut à filtrer l'écart de cap pour faire une moyenne, mais avec un retard (filtre passe bas). La réponse est plus molle mais la barre est moins sollicitée.

L'écart (trim, offset…)

Introduit un déséquilibre de la réponse en décalant le point d'équilibre. Réaction différente à l'abattée ou à l'aulofée, mais attention, il faut l'inverser au virement de bord. Laisser au zéro si le bateau est équilibré.

Girouette (Vane, wind control…)

Le fluxgate est désactivé et le pilote se verrouille au vent apparent. Très dangereux en naviguant dans les cailloux avec des revolins, les changements de caps sont intempestifs.

L'étalonnage du compas

Si le pilote dispose d'un affichage de cap, vous devez l'étalonner. Tous les pilotes ont ce réglage plus ou moins bien documenté. Il n'est pas utile de faire une compensation complète qui sera traitée en page compas (si votre compas est monté dans un coffre loin du moteur et de masses métalliques, conserves, outils...). Il existe souvent une procédure d'autocalibration, mais elle demande de faire un tour très lentement en zone parfaitement calme. Naviguez ensuite sur un alignement connu et vérifiez l'offset pour obtenir un affichage acceptable à tous les caps.

Les fins de course

Le réglage soigneux est indispensable, une fois pour toutes à l'installation, pour arrêter le moteur bien avant les butées mécaniques, le pilote ne doit jamais se retrouver en barre toute, cela signifierait un réglage désastreux du bateau. La course sera inférieure aux 2/3 du débattement mécanique, le zéro bien réglé pour marcher droit, en vitesse de croisière au moteur sans vent.

 

Conseil sécurité :

Ne couplez jamais le GPS au pilote automatique près des cailloux, un décrochage pourrait être fatal !
Il faut s'assurer que votre pilote réagit normalement en cas de perte de l'information GPS. Il doit alors émettre des bips d'alarme demandant acquittement, avec message flashant "data lost " et conserver le dernier cap.
Tous les pilotes ne le font pas et peuvent avoir un comportement inattendu. Le test est simple. Naviguez sur un waypoint, puis coupez le GPS en observant le comportement.

 

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Les accéléromètres

Pour comprendre comment marche un accéléromètre, imaginez l'expérience suivante. Dans une cabine d'ascenseur un ressort est accroché au plafond, tendu par un poids.
Quand l'ascenseur commence à monter, l'accélération augmente, le ressort s'étire, les filles perdent leur culotte.
Quand l'ascenseur commence à descendre, l'accélération diminue, le ressort se raccourcit.
Quand la cabine est à vitesse constante (ou arrêtée), le ressort garde sa longueur moyenne.
(Remarque : Si la cabine est en chute libre, les passagers flottent avec grâce, mais pas longtemps).
En mesurant la longueur du ressort avec une règle graduée en m/s2, vous avez un accéléromètre, le zéro correspondant à l'accélération de la pesanteur soit 9.81 m/s2 sur terre.
Il existe depuis 1990 de petits accéléromètres à coût acceptable. Plusieurs grands principes sont disponibles :
Muruta produit le Gyrostar, un prisme excité par piézo, utilisant la force de Coriolis qui donne trois vitesses angulaires.
Voici le document < Gyrostar.pdf > , de 12 koctets éclairant un peu ce principe.
Les autres fabricants utilisent des lames ou poutres vibrantes donnant des accélérations perpendiculaires aux plans de vibration. Un barreau vibrant lesté, est excité par un piézo, un deuxième piézo collé sur la face opposée de la lamelle recueille le signal de vibration. En cas d'accélération perpendiculaire au plan de la lame, la sinusoïde reçue est déformée, le mouvement étant accéléré dans le sens du déplacement, freiné dans l'autre. Les signaux excitation et réponse sont combinés dans un soustracteur, une manipulation donne un signal qui pilote un convertisseur à PWM (Pulse Width Modulation). Le rapport cyclique variable donne l'accélération. D'autres systèmes utilisent une masse en suspension élastique (comme pour l'ascenseur) dont le déplacement change la valeur d'une capacité, le résultat est identique. La vibration est ajoutée car il est plus aisé de manipuler des signaux alternatifs que des signaux continus très faibles à cause des problèmes de dérive et de bruit.
La difficulté était de réaliser des petits circuits hybrides à faible coût. Ces produits sont parfaitement au point et les sorties sont faciles à traiter par un petit contrôleur. Il existe de nombreuses variantes, je cite quelques adresses dans les liens. Si vous ne voulez pas utiliser un produit commercial, la réalisation amateur d'une poutre vibrante est simple (seulement si la miniaturisation n'est pas recherchée).
Ce sont les développements du GPS embarqué en automobile et du déclencheur d'airbags qui ont permis de lancer ce composant à faible coût (il est même présent dans les petits hélicoptères télécommandés).
L'exploitation des divers types d'accéléromètres est équivalente, l'intégration d'une accélération donnant une vitesse, l'intégration d'une vitesse donnant une distance (par rapport au temps).

Pour préciser la terminologie un peu confuse : Gyrostar est le produit commercial de Murata.
Un gyrostat (du grec guros, cercle)est un mobile en rotation axiale, comme par exemple une toupie.
Un gyroscope est un dispositif utilisant les effets de précession d'un gyrostat qui maintient un axe stellaire et réagit aux accélérations.

Après ce chapitre culturel, vous vous demandez bien pourquoi je vous ai parlé d'accéléromètres.
Il y a une raison, sur nos pilotes modernes c'est un dispositif très utile pour détecter tout début de changement de cap et permettre une correction rapide. Ce n'est pas un gadget mais une option intéressante, même si elle est vendue un peu cher pour un simple composant à quelques €, mais il faut amortir l'étude du pilote !

 

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Bateau acier

Toutes les considérations sur les compas et fluxgate ne sont plus de mise ici. Un compas dans les barres de flèche est un médiocre pis-aller. Tout comme pour un projet de navigation au frais dans les très hautes latitudes, il vaut mieux oublier ici les capteurs magnétiques.
Il ne reste pour le moment que le gyroscope pour fournir un capteur valable. C’est un bon matériel, mais cher, fragile et sujet à pannes, bruyant (il siffle), long à se stabiliser...
Les recherches autour du GPS et des airbags débouchent sur des solutions toujours plus performantes d’accéléromètres pour assurer la continuité de la navigation hors couverture  

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Puissance du moteur électrique

Celui qui réalise son pilote se demande toujours quelle puissance mettre en œuvre pour le moteur. Cela dépend d’abord de la qualité de la mécanique de réduction et de l’équilibre du bateau.
Si le bateau est bien réglé et se barre avec un doigt un moteur minuscule suffit, dans un temps maniable, la moyenne de consommation est de quelques centaines de mA sur un 38 pieds, moins que la lampe de la table à carte…
Si le barre est dure et que le bateau embarde par mer formée, les choses changent. Si vous l’avez laissé partir au lof, il s’est vautré avec une forte gîte, un moteur cent fois plus puissant sera nécessaire pour tenter de rétablir la situation, avec évidement une consommation qui croit dans les mêmes proportions. Au portant le bateau sera incontrôlable avec risque d’empannage si le moteur est trop faible.
Il faut évidement ne pas se mettre dans ces situations catastrophiques, mais parfois en manœuvre d’urgence, comme une réduction de voilure en solitaire dans un grain subit, on ne maîtrise pas grand-chose et un gros moteur (bien piloté) aide bien.
Vous comprenez qu’il n’est pas possible de donner une table magique donnant le type de moteur connaissant la longueur de flottaison. Un moteur trop gros consommera inutilement, il aura une mécanique plus lourde et plus de pertes par frottements, mais trop faible il n’étalera pas dans les moments critiques.
Le choix est un compromis affaire d’expérience, ce n’est qu’une partie du problème, la qualité de la correction étant tout aussi importante.

 

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Frequently asqued questions

In French on dit aussi "Foire aux questions ", par chance les initiales FAQ sont identiques, c'est fou non ?

 

Jamais de panne !

J'ai mon pilote installé en fixe depuis plusieurs années et je n'ai jamais eu de panne, j'en suis très content, pourquoi irais-je l'abîmer inutilement ? Dans ce cas, ne changez, rien, il y en même qui gagnent au loto. Du moment que l'énergie n'est pas votre problème, si vous ne faites que des petites sorties, ne touchez surtout à rien !
Comme l'a dit le naïf Maréchal de Mac-Mahon en passant les élèves de l'école Polytechnique en revue :
"C'est vous le Nègre ? Très bien, mon ami... Continuez ! "

 

  L'axe de barre n'est pas accessible !

Je voudrais monter le pilote dans le compartiment arrière, mais l'axe de la barre franche est dans un tube epoxy, non accessible. C'est un problème fréquent. L'axe du gouvernail est tenu à la base et au niveau du pont par deux solides bagues stratifiées. Pour simplifier les problèmes d'étanchéité, les chantiers montent souvent un tube PVC qui relie les deux paliers et qui est ensuite stratifié. Il n'a pas de rôle mécanique. Vous pouvez dans ce cas déposer l'axe, scier le tube plastique près du pont pour dégager une dizaine de centimètres, quitte à remettre une bague ertalon (pas de Téflon qui gonfle à l'eau) avec épaulement et stratifier un raidisseur pour maintenir le haut du tube.

Astuce !

Vous pouvez déposer et reposer votre gouvernail sans tirer à sec ni plonger si vous avez un gouvernail suspendu (sans aileron avec bague à la base). Récupérez un vieux morceau de filet solide, passez le sous le gouvernail, amarré aux taquets arrières. Défaites la barre franche, le gouvernail tombe, vous le laissez descendre de 30 cm pour faire les travaux de tronçonnage de la gaine, puis vous le remontez en raidissant le filet.

 

Peut-on utiliser un PC portable pour réaliser le cœur du pilote ?

Non, le système perdrait toute fiabilité. Il est très utile d'avoir un portable pour télécharger des modules à tester en conditions réelles, mais le pilote doit tourner sur une carte soignée en boite blindée. Le système complet nécessite beaucoup d'entrées sorties de tous formats, impossibles à intégrer avec un PC.

 

  Mon vérin électrique perd de l'huile !

Cela ressemble à un gag, mais pourtant... Le vérin est constitué par une vis tournant sur une bague avec circulation de billes pour diminuer les frottements. Cet ensemble est graissé et huilé d'origine, mais l'étanchéité n'est pas très bonne, les joints s'usent et fuient. N'hésitez pas à démonter, le système est rustique et il est simple de remplacer joints et lubrifiant. Sans cette précaution il y aura rapidement grippage. Pensez à graisser la vis du pilote et il marchera longtemps .
Quand le bateau est doux et bien réglé, la consommation s'écroule et la fiabilité augmente.

 

  Les perturbations magnétiques ne vont-elles pas gêner mon pilote ?

Sous nos latitudes clémentes, il n'y a aucun problème, mais si vous comptez vous frotter aux glaces, il faudra remplacer tous les compas par des gyroscopes.
De plus, une communication de l'IGP Paris (Institut de Physique du Globe), évoque une possible perturbation considérable des pôles magnétiques terrestres à cause d'une modification du noyau terrestre.
Dans deux mille ans, les compas n'indiqueront plus rien d'interprétable, alors faites vite...

 

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Pilote électrique ou mécanique

Pilote électrique ou mécanique ? Dans la démarche de choix d'un pilote, il faut réfléchir à la solution la mieux adaptée à son bateau et son programme. Il faut impérativement penser aussi à la solution mécanique.

Le pilote électrique fonctionne bien si l'énergie électrique est abondante, ce n'est pas toujours simple pour de grandes navigations. Son deuxième problème est la fiabilité, il peut être impossible de se dépanner dans un mouillage du bout du monde. Un pilote électrique comporte beaucoup trop de pièces fragiles, dont vous ne comprenez pas la fonction et impossibles à remplacer pour le plaisancier de base.

Le pilote mécanique à une supériorité absolue pour les grandes traites sous voiles. Il ne consomme rien, barre à la perfection une fois réglé, et se dépanne quel que soit le problème. Les modèles leaders sont des merveilles d'ingéniosité et de simplicité, toutes les pièces sont simples faciles à remplacer et une défaillance est détectée et réparée immédiatement. En regardant le pilote, vous comprenez la fonction de chaque élément et vous avez la maîtrise totale du produit. Les seules pièces qui s'usent ou se cassent sont les pales aérienne et immergée et les bouts qui s'usent. Tout cela se bricole simplement, les pièces majeures n'auront jamais de défaillance.

En résumé, si votre programme de navigation comporte des week-ends en côtière et un mois de vacances avec deux ou trois nuits au large, n'hésitez pas, prenez un électrique, consommation et fiabilité n'ont aucune importance.

Si vous faites de la grande croisière, un bon pilote mécanique sera votre pilote principal, l'électrique ne le secondant que dans les calmes au moteur. Il barrera pour vous pendant des dizaines de milliers de milles sans jamais vous lâcher, c'est un compagnon fidèle et infatigable.

 

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Liens

Note complémentaire : installation pratique d'un pilote inboard

Page complémentaire, pilotes Mini Transat : pilotes automatiques Mini 6m50

Page complémentaire, dépannage des pilotes en page : dépannage électronique à bord

L'interface NMEA / RS-232 est traitée dans une page séparée : GPS

 

La Bibliographie papier minimale indispensable

Vetus

L'excellent catalogue papier Vetus, rempli de dessins techniques d'une grande précision. C'est une référence, il comporte de nombreux éléments utilisés dans les montages de pilotes automatiques. La partie hydraulique est complète. Le palonnier de gouvernail est très bien réalisé. Vous trouverez aussi, entre autres dans ce catalogue, les éléments du système d'échappement, réalisés dans un matériau plastique très résistant, à utiliser si vous voulez rajeunir votre moteur : vetus.nl

Loisirs Nautiques Hors série 9

"Connaissance du pilote automatique électrique électronique" Indispensable comme tous les ouvrages de cette collection pour le navigateur bricoleur et curieux. La réalisation électrique est très ancienne et n'a pas d'intérêt, mais ce hors série déborde d'informations utiles. Il parle beaucoup des pilotes mécaniques, il est indispensable de les connaître pour comprendre les problèmes de stabilité du voilier. La théorie du pilote, les barres hydrauliques sont une mine d'informations.
A acheter et relire : lien mort

Liens Web

Navico a été absorbé par Simrad : simrad.com
Un bon lien technique Seatalk : thomasknauf.de/seatalk
Très bonnes informations sur les pilotes mécaniques : windpilot.com
Integrate an electromechanical autopilot with a windvane self-steerer : yachtvalhalla.net/articles/windvane
Un résumé théorique simple et intéressant. / Cours / navigation/ Le pilote automatique : hydro.marseille.free.fr
Baccalauréat STI Génie Electronique. Etude d'un Système Technique, confus : 2.ac-lyon.fr/..../pilote99
Le pilote automatique Plastimo AT-50 est un ancêtre totalement périmé, avec compas à rose, mais il a l'énorme avantage d'avoir servi de support pédagogique pour l'enseignement technique ; beaucoup de pages lui sont consacrées avec schémas, explications, théorie. C'est une très bonne base pour comprendre le fonctionnement d'un pilote simple.
Schémas DXF : lien mort
Documents Techniques AT50 : lien mort
Institut de Physique du Globe : ipgp.jussieu.fr

Pour interfacer de l'Autohelm avec vos autres matériels : A SeaTalk protocol converter : voti.nl/seatalk

 

Capteurs de champ magnétique

Fluxgate

Google ramème une multitude de liens sur les fluxgates !
Réalisation pratique d'un pilote à fluxgate (chapitre compas) :lien mort
GMW offers a broad range of Fluxgate, Hall Effect, NMR, and Fluxmeter : gmw.com/magnetic_measurements
3 Axis Fluxgate Magnetometers and Angula Orientation Sensors : wuntronic.de/magnetometer
John Bedini's Lab Notes on the Magnetic Fluxgate : keelynet.com/ohsako/bednotes
The AQUAMATIC fluxgate compass AQCD-FX360 : aquamatic.dk
La mesure des champs magnétiques : wanadoo.fr/michel.hubin/capteurs

Autres approches

Une toute aute approche d'un compas électronique,capteurs magnétorésistifs (sensors) : nxp.com
Documents sur le magnétisme et les capteurs : magneticsensors.com
Une autre aproche, moins précise que le fluxgate mais circuit unique à mettre en oeuvre facilement :
Pewatron 6945 et 6100 / Geometrical sensors / Misc / HALL-effect Compass Sensor : pewatron.com

Le Web comporte une multitudes de ressources, cherchez sous Google "effet Hall' puis "Hall effect "

Capteurs complémentaires

Petit accéléromètre 3 axes : lien mort

 

Magnétomètre à Protons

Ma thèse portait sur la réalisation d’un magnétomètre à protons lithium deutérium destiné à réaliser une micro cartographie d’un tunnel d’imagerie à résonance magnétique. J’ai travaillé pendant des années sur ce sujet et le prototype marchait parfaitement.
Si j’ai le un jour le temps (beaucoup de temps !), je mettrai ces travaux en ligne, en simplifiant la très grosse partie théorique en mécanique quantique, très indigeste pour les non spécialistes.
La réalisation pratique est parfaitement reproductible et offre une précision considérable. En attendant, consultez les très pages sur le Net avec les mots clefs : "proton magnetometer"

 

Le Petit Chaperon Rouge

Tire la bobinette et la chevillette cherra...   Charles Perrault

* Liens vérifiés le 01/03/12

© Christian Couderc 1999-2014     Toute reproduction interdite sans mon autorisation

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