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J'ai tout compris !

Mis à jour le 21/11/2019

Identifiez le système de pilotage optimal

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Dans cette partie, nous allons approfondir des questions relevant de plusieurs domaines métiers de notre cas d'étude. Nous prendrons leurs conclusions comme données d'entrée de la conception et de la réalisation du calculateur, que nous aborderons dans la dernière partie de ce cours.

Nous vous proposons ici d'analyser, sous la forme de questions et de réponses, un ensemble de points à déterminer pour obtenir un système de pilotage optimal.

Questionnons-nous

Quelles grandes fonctions le système embarqué doit-il réaliser ?

Notre système embarqué (SE) est destiné à être embarqué à bord d’un véhicule agricole, un tracteur pour labourer ou faire des semis, ou une tondeuse à gazon, par exemple. L’intérêt de ce système est d’automatiser le travail agricole. Cela va consister à suivre des trajectoires de balayage de la parcelle de terrain considérée.

Illustration du cas d'usage - Source Adobestock
Engin agricole guidé sur des trajectoires parallèles - Source Adobe Stock

Notre système va fonctionner ainsi : il va recevoir un plan de travail qui correspond à une trajectoire, le plus classique étant une séquence de rails parallèles. Le système va devoir exécuter le plus fidèlement possible ces rails parallèles.

Pour cela, il va devoir se localiser, ce qui sera une fonction très importante. Il va avoir besoin de détecter les éventuels obstacles qui ne sont pas connus au moment où l'on planifie la trajectoire du système, et enfin, il va avoir besoin de commander la réalisation des déplacements.

Pourquoi la fonction de localisation est-elle si importante pour ce système ?

La mission du système est déjà définie en termes de localisation. On va par exemple lui demander de faire un balayage dans un certain polygone. Ce polygone est décrit par des coordonnées géoréférencées : ce sont les coordonnées de la parcelle dans laquelle le système va travailler. Donc, le système a une mission qui est définie en termes de localisation.

Enfin, et surtout, il ne faut pas que le système sorte de la zone où on lui a demandé de travailler. Le seul moyen qu’il ne sorte pas de la zone, c’est qu’il soit bien localisé et qu’il puisse vérifier par logiciel qu’il est bien dans les contours de la zone qu’on lui a allouée.

Qu’est-ce que la notion d’intégrité ?

La fonction localisation estime la position du véhicule à une certaine fréquence et avec une certaine précision. Ce que l’on appelle intégrité, c’est la définition de certaines garanties sur la fonction localisation, et même d’une garantie très précise : c’est-à-dire que le système va dire « je suis localisé à telle position avec telle erreur » et pas au-delà. On a une garantie que le système n’est pas localisé au-delà de l’erreur qu’il déclare.

Faut-il d’autres capteurs que le GPS pour assurer la localisation ?

Le GPS effectivement n’est pas un capteur qui est intègre, c’est-à-dire qu'il marche bien dans la plupart des cas mais peut parfois dysfonctionner, notamment si la parcelle est près d’une lisière de forêt avec des arbres qui vont cacher des satellites, ou qui vont au contraire provoquer ce que l’on appelle des multifaisceaux (les ondes des satellites vont arriver au GPS après avoir rebondi sur la forêt). Dans ce cas-là, le GPS va nous donner une position erronée. Bien qu’il estime par exemple que la position est à 5 mètres près, l’erreur peut être plus grande que 5 mètres.

Puisque le GPS n’est pas un système intègre, il faut le complémenter avec d’autres capteurs, de façon à définir une solution de localisation qui soit intègre. Ces autres capteurs, ce sont les capteurs :

  • inertiels, qui mesurent les accélérations et les rotations du véhicule ;

  • odométriques, qui mesurent les tours de roue et permettent d’évaluer l’avancement du véhicule.

Comment le véhicule peut-il détecter les obstacles ?

C’est une toute autre fonction qui est évidemment importante. On a donné au système une mission de balayage sur une parcelle donnée. C’est juste un polygone, une forme géométrique. Dans le vrai monde, il peut y avoir des éléments qui ne sont pas décrits dans le polygone, par exemple des personnes qui marchent, si c’est un système qui fait de la tonte de pelouse d’un terrain de golf. Des personnes, des animaux peuvent passer devant le système. Le système doit  détecter ces obstacles. Pour cela, le véhicule a besoin de capteurs qui lui permettent de s’informer sur la présence d’obstacles. Il y en a deux grandes catégories :

  • ceux qui donnent une vision exacte, comme le fait une caméra (capteur assez analogue à l’œil humain) ;

  • ceux qui renseignent directement le système sur la géométrie de l’environnement dans lequel il se trouve, et que l’on appelle les lidars : ce sont des télémètres laser. 

Que peut faire le système après avoir détecté un obstacle ?

La première fonction de sécurité à assurer est que le système détecte l’obstacle, et c’est grâce à ses capteurs et au traitement des données qu’il faut assurer que quand il y a un obstacle, il est effectivement détecté ; et surtout, il faut réagir face à l’obstacle. C’est le premier niveau de sécurité ; notre système n’est pas très intelligent, il se contente de piloter selon la trajectoire planifiée, donc s’il détecte un obstacle, il s’arrête et avertit l’opérateur.

On peut imaginer un système un peu plus compliqué qui, s’il détecte un obstacle, planifie une trajectoire d’évitement et l’exécute. Ceci nous amène vers des systèmes plus autonomes sans doute un peu plus complexes que le système que l’on considère actuellement.

En ce qui concerne la commande des déplacements, y a-t-il des problèmes de sécurité ?

La commande des déplacements est une fonction très importante puisque c’est elle qui assure ce que l’on attend du système, qu’il se déplace pour tondre ou pour labourer. Donc, il faut s’assurer que les déplacements qu’il exécute soient correctement commandés. Là, effectivement, il y a quand même beaucoup de difficultés ;  les algorithmes qui permettent de générer les déplacements étant donné une variation par rapport à la trajectoire planifiée, sont des algorithmes très bien connus ; cela relève de l’automatique.

Ce sont des algorithmes sur lesquels on peut avoir des garanties formelles : on peut prouver par A+B que jamais la vitesse du véhicule ne dépassera telle borne, ou que jamais le véhicule ne s’éloignera de plus d’une certaine distance de la trajectoire.

Dans ce chapitre, nous avons déterminé et discuté les grandes fonctions que le système devra réaliser. Approfondissons-en à présent quelques-unes...

Exemple de certificat de réussite
Exemple de certificat de réussite