En autopilot er en enhed til automatisk kørsel af et køretøj uden menneskelig indgriben, men inden for bilindustrien bruges udtrykket også til systemer, der drives af mennesker.
Det er mere præcist et system, der bruges til at kontrollere et køretøjs bane uden konstant kontrol af en menneskelig operatør. Autopiloter erstatter ikke en menneskelig operatør, men tillader dem at hjælpe dem med at kontrollere køretøjet, så de kan fokusere på mere generelle aspekter af operationen, såsom overvågning af bane, vejr eller systemer. Autopiloter bruges i fly, skibe, rumfartøjer , missiler og for nylig biler . Autopiloter har udviklet sig betydeligt over tid: de ældre udførte kun banehold, mens de nyere er i stand til at udføre automatiske landinger under opsyn af en menneskelig pilot. Autopiloten omtales ofte som Georges (George på engelsk).
At køre et køretøj kræver fortsat opmærksomhed fra en chauffør for at tillade bevægelse med et acceptabelt sikkerhedsniveau. Forbedringer af luftfarts- og flådekonstruktionsteknikker har uundgåeligt ført til en forøgelse af rejsetiderne. Den konstante opmærksomhed inducerede således piloterne alvorlig træthed. Ud over visse rejsetider tillader menneskelige grænser ikke denne konstante opmærksomhed. En automatisk pilot er således designet til at udføre bestemte opgaver for piloten og for at aflaste ham.
Den første autopilot, som tillod flyet til at flyve til Cape konstant højde konstant uden at kræve opmærksomhed af føreren, blev udviklet af Lawrence Sperry (i) , søn af den berømte opfinder Elmer Sperry (i) ) i 1912 . Han demonstrerede det i 1914 ved en luftfartssikkerhedskonkurrence, der blev afholdt i Paris. I 1918 grundlagde Sperry firmaet " Sperry Corporation ", der producerede komponenter til navigations- og pilotsystemer, og som markedsførte sin autopilot. Elmer Sperry Jr., søn af Lawrence Sperry fortsatte arbejdet efter krigen på den samme autopilot. Resultatet i 1930 var en mere kompakt og pålidelig autopilot, der holdt et amerikansk hærfly på sporet i tre timer.
I begyndelsen af 1920'erne blev en olie af Standard Oil det første skib til at bruge en autopilot. I 1930 , den kongelige Aircraft Establishment i England udviklet et "pilot assistent" ved hjælp af en pneumatisk gyroskop virker på flight kontrol.
Det 23. august 1937, finder sted den første landing i automatisk tilstand, hvor ingeniørpiloten Carl Joseph Crane har eksperimenteret med denne driftsform i USA med en Fokker Y1C-14B, der vandt Trophy Mackay for dette bemærkelsesværdige fremskridt.
Udviklingen af autopiloter fortsattes, især med hensyn til forbedring af kontrol algoritmer og hydrauliske servomekanismer . Hertil kommer, at medtagelse af yderligere instrumenter, såsom radionavigationshjælpemidler , tillod flyvning om natten og i dårligt vejr. I 1947 gennemførte en Douglas C-54 Skymaster fra US Air Force en transatlantisk flyvning , inklusive start og landing, helt under kontrol af en autopilot.
Komponentsystemer blev automatiseret i 1960'erne: ”Med disse nye instrumentpaneler kommunikerer hver del med den anden for at bestemme, hvilken information der skal gives til piloter, og hvornår. En vigtig del, flyvehåndteringscomputeren er hovedsageligt programmeret på jorden baseret på kriterier fra en leder: den vil styre autopiloten gennem hele rejsen ” . I løbet af 1970'erne blev Airbus- og Boeing-fly brugt af globale luftfartsselskaber, "der omdannede piloten til blot en observatør af maskinen" . I 1987 præsenterede Airbus A320, det første fly med elektriske flyvekontroller, computeren fortolker pilotens bevægelser på kontrolkolonnen og sender dem derefter til fartøjets vinger og hale.
En autopilot kan fungere i flere tilstande afhængigt af det ønskede mål. De grundlæggende tilstande er:
Mere sofistikerede tilstande findes for eksempel på helikoptere, såsom holdningsvedligeholdelse (stabilisering), position, der holder sig over et givet punkt ( svævende flyvning ) eller udførelse af spiralbaner, der udvides til at udføre søgning under redningsmissioner.
Medlemmer af luftfartssamfundet giver autopiloten det velkendte kaldenavn "George", som om det var en kollega.
I fortiden, var særlige autopiloter udviklet til flyvning stukket ligesom Ju 87B . Denne autopilot styrede hastighedsbremserne og tvang flyet til at komme ned med en meget stejl hældning. Ankom i lav højde eller efter at have kastet bomberne, hævede autopiloten flyet og satte det tilbage i sin oprindelige position (se også Stuka og Ernst Udet ).
Mere seneste udvikling, kaldet "vindstød dæmpere", hjælpe afprøve ved "Sletning" vindstød af vind . Dette system, der skal forbedre passagerernes komfort , er dog kritiseret af nogle piloter, som kritiserer det for at fratage dem feedback på de fremherskende vind forhold .
I disse dage er ikke alle fly udstyret med autopiloter. Ældre og små civile luftfartøjer flyves stadig manuelt, ligesom passagerfly under tyve pladser, da de bruges på korte flyvninger og flyves af to piloter. Installation af autopiloter i fly med mere end tyve pladser er generelt obligatorisk i henhold til reglerne fra International Civil Aviation Organization (ICAO).
Der er tre niveauer af kontrol i autopiloter til fly: en, to eller tre akser.
Autopiloter i moderne komplekse fly er treakse og er normalt opdelt i start-, klatre-, krydstogt- (planflyvning), nedstignings-, indflyvnings- og landingsfaser. Autopiloter forbliver ufleksible i lyset af nye eller farlige situationer; de kører generelt et fly med mindre brændstofforbrug end manuel pilotering. De bruges også i kombination med andre automatiserede systemer, såsom autotrottle, hvilket gør det muligt at opretholde en konstant hastighed uanset flyforholdene (undtagen når de overskrider flyets ramme).
I december 2019, Airbus udførte de første start, der blev udført fuldstændigt af en automatisk pilot til et passagerfly.
I flådefeltet er en automatisk pilot et system, der gør det muligt at opretholde enten en kurs , en kurs, der smelter eller endda en vindhastighed for sejlbåde.
Autopiloten kan modtage information ved menneskelig indgriben (manuelle indstillinger: kurs, der skal følges, havtilstand, permanent rorvinkel, ror- og modroderforstærkning, hastighed, fartøjets tilstand (indlæst eller lys) osv.) Eller en grænseflade (indgang kursen, der skal følges fra den registrerede ruteplan og information fra et satellitpositioneringssystem , fra en log ). Computerprogrammet inkluderer selvlæringsalgoritmer, der gør det muligt at optimere dets handling over tid. Da hver rorbevægelse uden for aksen har en komponent, der forringer fartøjets fremskridt, er det vigtigt at minimere disse bevægelser. Hvis skibets kølvand ikke er næsten lige, hvis rorbevægelserne er for hyppige, kan det udledes, at autopiloten er dårligt justeret.
For at gøre dette skal piloten udføre tre hovedfunktioner: måle, handle og kommunikere. Piloterne består generelt af et kontrolleret system, der modtager et sætpunkt, beregner fejlen mellem den målte kurs og sætpunktet og virker på roret på båden for at opretholde sætpunktet . Lederen skal også være i stand til at angive den ønskede kurs og se den aktuelle kurs, og dermed behovet for kommunikation via en mand-maskine-interface .
Autopiloter designet til vandscootere kan opdeles i to grupper: piloter til barer frank og driver barer hjul. De er også designet til en bestemt type vandfartøjer, der generelt angives med et må ikke overstige forskydning . Prisintervallet strækker sig fra € 600 til over € 2.000 afhængigt af typen af bjælke og robustheden af autopiloten.
MåltDen position Målingen udføres generelt ved en erhvervelse, såsom en kompas , hvad enten magnetisk, gyroskopisk eller satellit. Denne enhed kan kobles til et instrument, der måler vinkelacceleration i henhold til rumretningen for at forfine målingen af overskriften. Til dette kan vi bruge et tre-akset gyroskop som f.eks. Mobiltelefoner eller en inertienhed .
BestiltFor at kunne handle på overskriften skal kompassmålingerne behandles og sendes til kontrolenheden. Dette er systemets hjerne, det er hun, der udfører beregningerne og korrigerer slaveriet . Resultatet af disse beregninger sendes til aktuatoren. Dette består generelt af en chopper , en motor (ofte af jævnstrømstypen ) og en aktuator i sig selv, såsom en donkraft . Det er sidstnævnte, der sætter bjælken i bevægelse. Nytten ved at gå forud for motoren med en chopper er at være i stand til at variere motorens rotationshastighed og dermed rorets rotationshastighed . At variere donkraftens bevægelseshastighed er imidlertid en særlig fordelagtig komponent, fordi det gør det muligt at finde det rigtige kompromis mellem en jackets bevægelseshastighed, der er for lav, hvilket vil føre til, at skibet driver, og en hastighed, der er for høj, hvilket risikerer at føre til svingninger, der er farligt for systemets stabilitet .
SkærmDimensionen mellem grænsefladen mellem menneske og maskine er vigtig, fordi sikkerhed, som forklaret i indledningen, kun kan sikres ved en automatisk pilot i nærværelse af en menneskelig pilot. Den ansvarlige skal derfor konstant være i stand til at overvåge, at kørslen kører problemfrit. For at gøre dette skal autopiloten være udstyret med et display, der viser den ønskede kurs og den aktuelle kurs (eller muligvis fejlen mellem de to). Det skal også kunne vise fejlmeddelelser for at advare den person, der er ansvarlig for et problem, og så han kan genvinde kontrollen over kørslen.
De første autopiloter optrådte fra midten af det XIX th århundrede i England og USA i model sejlbåd dam (Pond Yachts engelsk). Disse sejlskibe konkurrerede i regattaer med målere og tæt kodificerede raceregler længe før radiostyringen dukkede op. Typisk blev kurserne udført på aflange vandmasser, og der blev sørget for sanktioner for stop ved bredden, der krævede indgriben fra "skipperen", kun tacklinger foretaget med en stang blev ikke straffet. Kursusstabilitet var derfor en væsentlig faktor for disse miniature racerbåde.
Det var nødvendigt at kompensere for kursafvigelser, og især tendensen til at luffe, når skroget var opført under påvirkning af et vindkast. Antidriftplanets former (især lang køl), sejlplanets længdespredning og justeringer af arket kunne sikre en vis grad af vejstabilitet, samtidig med at tophastigheden straffes.
For hendes bedrifter som navigatør, men også for hendes banebrydende arbejde inden for autopiloter, blev Marin Marie tildelt den eftertragtede Blue Water Medal af Cruising Club of America
Forløbere som Joshua Slocum , Vito Dumas eller Alain Gerbault måtte nøjes med at justere deres sejlbåd bedst muligt, så den holdt mere eller mindre en konstant kurs i forhold til vindretningen, med roret fortøjet og blev undertiden tvunget at sætte deres båd til kappen for at hvile.
De første vindfane guvernører blev installeret på transatlantiske racing yachter i 1960'erne og 1964s, såsom Blondie Hasler s . Sir Francis Chichester , en tidligere luftfartspilot med speciale i lange solo-luftangreb, gik direkte til de meget aktive britiske modelklubber for at designe gangregulatorerne for hans berømte Gypsy Moth III og IV .
I 1964 designede den franske ingeniør Paul Gianoli en forbedret hastighedsregulator til Pen Duick II af Éric Tabarly .
Inden for bilindustrien bruges udtrykket “autonomi” til at sammenligne begrebet automatisk pilot inden for det luftfartsfelt.
Niveauet for et motorkøretøjs autonomi markerer en forskel mellem delvist autonom kørsel (niveau 2), der udføres under førerens myndighed på den ene side og betinget autonom kørsel, der udføres under ansvaret for autonom kørsel. Så længe som forholdene tillader det (niveau 3) på den anden side.
Producenter som Volkswagen , Audi og Tesla udvikler automatiske piloter, der kan køre bil i delvis autonomi, og denne del sigter mod at blive øget til fuld autonomi (niveau 5). Denne software - niveau 2+ - kræver, at føreren holder rattet med begge hænder igen i første halvdel af 2021 til Tesla-autopiloten.
I 2018 har Nissan allerede markedsført mere end 120.000 enheder af et semi-autonomt system under ProPilot-mærket. Denne funktion er udstyret med en “intelligent” fartpilot og et sæt kameraer, der er i stand til at lokalisere vejmarkeringerne. Systemet kobles ud, når føreren virker på styringen, accelererer eller bremser. For at føreren skal forblive i kontrol med køretøjet, skal han dog opretholde direkte kontakt med rattet.
I 2019 kræver klausul 70 i den japanske hovedvejskode, at føreren til enhver tid har kontrol over køretøjets retning, acceleration og bremsning. Nissan bruger ansigtsgenkendelsessoftware til at overholde disse regler, og føreren kan tage hænderne fra rattet.
I oktober 2020 var denne udvikling stadig i sin barndom, da Tesla blev det første firma, der gradvist implementerede en beta-testversion af FSD ( Full Self-Driving ) til et lille antal kunder . Denne fulde selvkørende funktion er ikke en helt autonom kørselsfunktion. Adgang til disse funktioner for offentligheden er stadig langt væk i betragtning af omkostningerne (omkring $ 7.000 i Tesla for de første versioner, som stadig er meget begrænsede), og især de juridiske myndigheders forsigtighed i forbindelse med ansvarsproblemer i tilfælde af en ulykke.
I 2021 tilbyder forskellige producenter halvautomatiske motorvejsstyringssystemer på niveau 2 eller 2+ som Volvo, Mercedes, BMW, Nissan eller Hyundai. Blandt de køretøjer, der er klassificeret som niveau 2 (eller "2+") er Nissan Pro Pilot, Tesla Auto Pilot, Toyota / Lexus Assisted Drive og Genesis / Hyundai / Kia Highway Driving Assist og Highway Drive Assist II. Mitsubishi Mi-Pilot er også niveau 2.
Disse niveau 2-assistancer udfører forskellige køreopgaver såsom kørebane og hastighedsjustering, men kræver stadig chaufførens ansvar og tilsyn.
I 2021 blev forordningen om det automatiske baneholdningssystem vedtaget .
Nissan planlægger at markedsføre en million ProPilot-systemer i de kommende år.
Mercedes-Benz lancerer en bil med en niveau 3 -kørepilotfunktion , der er i stand til håndfri drift på vejene op til hastighedsgrænser på 80 km / t (ca. 129 km / t).
Volvo forbereder udviklingen af et "Sentinel" produkt baseret på OnePilot software.
I juli 2021 begynder Tesla i nogle områder i USA at markedsføre en månedlig køreassistenttjeneste under navnet fuld selvkørsel (FSD) for et beløb på 199 amerikanske dollars om måneden under chaufførens ansvar.
Inden for tunge godskøretøjer bør tilstedeværelsen af en automatisk pilot ikke fjerne føreren af tunge godskøretøjer før 2030.
Der er metrolinjer uden chauffører, udstyret med et niveau 4 automatisk pilotsystem (uden menneskelig indgriben). De er generelt under opsyn fra en centralstation.
På forstæder tog side, i Ile-de-France (Frankrig), nogle RER-linjer er automatiseret niveau 2 ( RER A med SACEM og dens udvikling GOA2) eller vil være ( RER B , RER D og RER E ) med NExTEO . Så i Storbritannien vil Crossrail (London RER) delvist automatiseres.
Endelig vil SNCF i 2021 teste et autonomt godstog på niveau 4 med et automatiseret lokomotiv BB 27000 , og i 2023 vil det teste niveau 2 autonome TGV'er og niveau 3 autonome TER .