FR3123883A1 - Dispositif et procédé de commande autonome d’un bateau - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de commande pour un bateau (10) qui comprend des organes (100, 200, 300) assurant des fonctions de direction, de propulsion et de sécurité du bateau. Selon l’invention, le dispositif de commande comporte : - des capteurs, - une unité centrale (20), - au moins deux modules périphériques (110, 210, 310) associés aux organes et qui comprennent chacun une interface pour recevoir des données des capteurs, ¤ une interface de commande de l’organe qui lui est associé, ¤ une unité de traitement, et ¤ une interface de communication avec l’unité centrale, l’unité de traitement et l’unité centrale étant programmées pour générer des consignes de pilotage de l’organe. Figure pour l’abrégé : Fig.1
Description
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne de manière générale le domaine des bateaux.
Elle concerne plus particulièrement un dispositif de commande à installer dans un bateau qui comprend des organes assurant des fonctions de direction, de propulsion et de sécurité.
L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la mise en place de moyens de pilotage autonome dans des navires existants bien qu’elle s’applique également à la fabrication de navires neufs.
L’invention concerne également un bateau équipé d’un tel dispositif de commande, ainsi qu’un procédé de commande d’un tel bateau.
Etat de la technique
De façon assez classique, un bateau comprend différents organes de propulsion, de direction et de sécurité, tels que des moteurs, des pompes, des ventilateurs…
Au-delà d’une certaine taille, un bateau comporte également un poste de pilotage à partir duquel il est possible de commander ces organes et sur lequel sont prévus des témoins de fonctionnement et d’alerte en cas de dysfonctionnement des organes. Grâce à ces témoins, il est possible de déterminer l’emplacement de tout dysfonctionnement, ce qui permet d’intervenir rapidement pour remédier au problème.
On cherche actuellement à commercialiser des bateaux ayant des fonctions de pilotage semi-autonomes ou totalement autonomes.
Il est ainsi connu de fabriquer des bateaux autonomes, également appelés navires-drones.
Il est également connu d’équiper des bateaux ayant déjà navigués et qui étaient initialement dépourvus de fonctions autonomes de moyens permettant de les rendre autonomes.
Si ces moyens s’avèrent couteux à fabriquer, ils sont en outre très onéreux à mettre en place puisque ces bateaux n’ont pas été prévus pour permettre l’intégration de ces moyens et leur connexion aux systèmes déjà existants.
Cette complexité est d’autant plus importante que le nombre d’éléments à installer dans un bateau pour le rendre autonome est très élevé.
Pour bien comprendre la complexité de l’automatisation d’un bateau, on peut considérer l’un quelconque des organes de ce bateau, par exemple sa pompe de cale.
Sur un bateau non autonome, un simple témoin lumineux d’alimentation est prévu pour permettre de détecter un éventuel dysfonctionnement. Un autre témoin peut être prévu pour détecter un niveau anormal de liquide dans la cale.
Au contraire, sur un bateau autonome, ces seuls témoins ne suffissent plus. On comprend en effet qu’en cas de dysfonctionnement, il est au moins nécessaire de déterminer l’origine du dysfonctionnement et l’impact sur la sécurité du bateau. Ainsi, de nombreux capteurs doivent être installés dans des zones qui n’ont pas été conçues à cet effet, puis connectés au travers des parois du bateau.
Ce problème de mise en place et de connexion des capteurs se pose également, dans une moindre mesure toutefois, dans le cadre de la fabrication de bateaux-drones neufs.
Présentation de l'invention
Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose un dispositif de commande d’organes de bateau, comportant :
- des capteurs adaptés à mesurer des paramètres relatifs au fonctionnement d’au moins deux desdits organes,
- une unité centrale,
- au moins deux modules périphériques associés chacun à l’un desdits au moins deux organes.
- des capteurs adaptés à mesurer des paramètres relatifs au fonctionnement d’au moins deux desdits organes,
- une unité centrale,
- au moins deux modules périphériques associés chacun à l’un desdits au moins deux organes.
Selon l’invention, chaque module périphérique comprend :
- une interface de mesure adaptée à recevoir des données issues d’une partie au moins des capteurs,
- une interface de commande adaptée à émettre des consignes de pilotage de l’organe qui lui est associé,
- une unité de traitement des données reçues, et
- une interface de communication adaptée à communiquer avec l’unité centrale.
- une interface de mesure adaptée à recevoir des données issues d’une partie au moins des capteurs,
- une interface de commande adaptée à émettre des consignes de pilotage de l’organe qui lui est associé,
- une unité de traitement des données reçues, et
- une interface de communication adaptée à communiquer avec l’unité centrale.
Également selon l’invention, l’unité de traitement est programmée pour générer des premières consignes de pilotage de l’organe qui lui est associé et à élaborer des informations traitées à transmettre à l’unité centrale, en fonction des données reçues, tandis que l’unité centrale est programmée pour générer des secondes consignes de pilotage de l’organe en fonction des informations traitées élaborées par les unités de traitement desdits au moins deux modules périphériques.
Ainsi, l’invention propose un ensemble facilement connectable et directement utilisable (en anglais « plug and play ») dans un bateau ancien comme dans un bateau neuf, afin de lui offrir des capacités d’évolution autonomes ou semi-autonomes.
L’utilisation d’une unité centrale et de modules périphériques semi-autonomes permet d’assurer un partage des tâches de pilotage entre deux niveaux (haut niveau et bas niveau) distincts.
Cela permet de placer la fonction de traitement des données des capteurs au plus près de l’organe concerné (niveau bas) et de fournir à l’unité centrale des informations déjà traitées et centralisées (niveau haut). Le travail de l’unité centrale s’en trouve alors facilité.
Les données mesurées étant ainsi traitées auprès de l’organe concerné, la quantité de données transmises à l’unité centrale et la quantité de câbles nécessaires à cette transmission s’en trouvent limitées. Il s’ensuit une mise en place facilitée du dispositif de commande dans un bateau, notamment lorsqu’il s’agit de passer les câbles au travers des cloisons étanches.
L’utilisation de modules périphériques permet en outre de standardiser le traitement des informations pour chaque organe, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication des composants nécessaires à l’autonomisation des bateaux.
Elle permet en outre de standardiser les lois de commande. Dans ce cadre, l’utilisation d’intelligence artificielle permettra notamment une adaptation naturelle de cette loi de commande aux spécificités de chaque organe.
Enfin, cette architecture permet de qualifier règlementairement une fonction plus facilement.
On notera par ailleurs que le partage des tâches entre deux niveaux haut et bas offre une bonne sécurité au bateau, puisqu’elle permet une continuité de service quand bien même l’un des composants présenterait un dysfonctionnement.
D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- lesdits au moins deux organes assurent des fonctions différentes ;
- les unités de traitement des modules périphériques sont matériellement identiques ;
- les modules périphériques sont matériellement identiques ;
- l’interface de communication de chaque module périphérique comporte un bornier de connexion à un conducteur électrique ou optique, qui permet de recevoir des signaux provenant de l’unité centrale ;
- l’interface de communication de chaque module périphérique comporte une puce radio, permettant de transmettre à l’unité centrale des signaux radio ;
- l’un au moins des modules périphériques comporte un moyen de coupure qui permet d’interrompre l’alimentation en courant électrique de l’organe auquel il est associé et qui est piloté par l’unité de traitement selon les premières consignes de pilotage ;
- une première partie au moins des capteurs est située à l’extérieur des modules périphériques ;
- ladite première partie des capteurs comprend au moins l’un des composants suivants : un débitmètre, un capteur de pression, un tachymètre, un détecteur d’hydrocarbure, un accéléromètre, un capteur de température, un contact sec, un détecteur de niveau de liquide ;
- une partie au moins des capteurs est située à l’intérieur des modules périphériques ;
- ladite partie des capteurs comprend au moins l’un des composants suivants : un capteur de courant et/ou un capteur de tension, un accéléromètre, un capteur de température ;
- l’un au moins des deux organes du bateau est compris dans la liste suivante : une pompe de cale, un ventilateur, une pompe de circuit incendie, un composant de circuit d’alimentation en carburant ou un circuit d’alimentation en carburant, un composant de circuit de refroidissement ou un circuit de refroidissement, un composant de circuit hydraulique ou un circuit hydraulique, un filtre d’eau de mer ;
- l’unité centrale est connectée à un écran d’affichage et est programmée pour transmettre des données à l’écran d’affichage en fonction des informations traitées ;
- l’unité de traitement de l’un au moins des modules périphériques mémorise une loi de commande de l’organe auquel il est associé et un algorithme d’auto-apprentissage par intelligence artificielle, permettant de modifier ladite loi de commande en fonction des données reçues.
- lesdits au moins deux organes assurent des fonctions différentes ;
- les unités de traitement des modules périphériques sont matériellement identiques ;
- les modules périphériques sont matériellement identiques ;
- l’interface de communication de chaque module périphérique comporte un bornier de connexion à un conducteur électrique ou optique, qui permet de recevoir des signaux provenant de l’unité centrale ;
- l’interface de communication de chaque module périphérique comporte une puce radio, permettant de transmettre à l’unité centrale des signaux radio ;
- l’un au moins des modules périphériques comporte un moyen de coupure qui permet d’interrompre l’alimentation en courant électrique de l’organe auquel il est associé et qui est piloté par l’unité de traitement selon les premières consignes de pilotage ;
- une première partie au moins des capteurs est située à l’extérieur des modules périphériques ;
- ladite première partie des capteurs comprend au moins l’un des composants suivants : un débitmètre, un capteur de pression, un tachymètre, un détecteur d’hydrocarbure, un accéléromètre, un capteur de température, un contact sec, un détecteur de niveau de liquide ;
- une partie au moins des capteurs est située à l’intérieur des modules périphériques ;
- ladite partie des capteurs comprend au moins l’un des composants suivants : un capteur de courant et/ou un capteur de tension, un accéléromètre, un capteur de température ;
- l’un au moins des deux organes du bateau est compris dans la liste suivante : une pompe de cale, un ventilateur, une pompe de circuit incendie, un composant de circuit d’alimentation en carburant ou un circuit d’alimentation en carburant, un composant de circuit de refroidissement ou un circuit de refroidissement, un composant de circuit hydraulique ou un circuit hydraulique, un filtre d’eau de mer ;
- l’unité centrale est connectée à un écran d’affichage et est programmée pour transmettre des données à l’écran d’affichage en fonction des informations traitées ;
- l’unité de traitement de l’un au moins des modules périphériques mémorise une loi de commande de l’organe auquel il est associé et un algorithme d’auto-apprentissage par intelligence artificielle, permettant de modifier ladite loi de commande en fonction des données reçues.
L’invention concerne aussi un bateau comprenant une coque qui loge des organes assurant des fonctions de direction, de propulsion et de sécurité du bateau, ledit bateau comportant un dispositif de commande tel que précité.
L’invention concerne également un procédé de commande d’un bateau comportant des étapes de :
- mesure de paramètres relatifs au fonctionnement d’au moins deux organes au moyen des capteurs,
- réception des données issues des capteurs par les interfaces de mesure des module périphériques associé auxdits au moins deux organes,
- traitement des données reçues par l’unité de traitement de chaque module périphérique pour générer une première consigne de pilotage et pour élaborer une information traitée,
- transmission de la première consigne de pilotage à l’organe auquel chaque module périphérique est associé,
- transmission des informations traitées par les unités de traitement des modules périphériques à l’unité centrale,
- retraitement des informations traitées par l’unité centrale pour générer des secondes consignes de pilotage,
- transmission des secondes consignes de pilotage aux modules périphériques, et
- transmission des secondes consignes de pilotage par lesdits modules périphériques aux organes auxquels ils sont associés.
- mesure de paramètres relatifs au fonctionnement d’au moins deux organes au moyen des capteurs,
- réception des données issues des capteurs par les interfaces de mesure des module périphériques associé auxdits au moins deux organes,
- traitement des données reçues par l’unité de traitement de chaque module périphérique pour générer une première consigne de pilotage et pour élaborer une information traitée,
- transmission de la première consigne de pilotage à l’organe auquel chaque module périphérique est associé,
- transmission des informations traitées par les unités de traitement des modules périphériques à l’unité centrale,
- retraitement des informations traitées par l’unité centrale pour générer des secondes consignes de pilotage,
- transmission des secondes consignes de pilotage aux modules périphériques, et
- transmission des secondes consignes de pilotage par lesdits modules périphériques aux organes auxquels ils sont associés.
Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (16)
- Dispositif de commande pour un bateau (10) qui comprend des organes (100, 200, 300) assurant des fonctions de direction, de propulsion et de sécurité du bateau (10), comportant :
- des capteurs (221 - 232) adaptés à mesurer des paramètres relatifs au fonctionnement d’au moins deux desdits organes (100, 200, 300),
- une unité centrale (20),
- au moins deux modules périphériques (110, 210, 310) associés chacun à l’un desdits au moins deux organes (100, 200, 300), et qui comprennent chacun :
¤ une interface de mesure (214) adaptée à recevoir des données (D1) issues d’une partie au moins des capteurs (221 - 219),
¤ une interface de commande (219) adaptée à émettre des consignes de pilotage de l’organe (200) qui lui est associé,
¤ une unité de traitement (211) des données (D1) reçues, et
¤ une interface de communication (213) adaptée à communiquer avec l’unité centrale (20),
dans lequel l’unité de traitement (211) est programmée pour générer des premières consignes de pilotage (CONS1) de l’organe (200) qui lui est associé et à élaborer des informations traitées (D2) à transmettre à l’unité centrale (20), en fonction des données (D1) reçues, et
dans lequel l’unité centrale (20) est programmée pour générer des secondes consignes de pilotage (CONS2) de l’organe (200) en fonction des informations traitées (D2) élaborées par les unités de traitement (211) desdits au moins deux modules périphériques (110, 210, 310). - Dispositif de commande selon la revendication 1, dans lequel lesdits au moins deux organes (100, 200, 300) assurent des fonctions différentes.
- Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel les unités de traitement (211) des modules périphériques (110, 210, 310) sont matériellement identiques.
- Dispositif de commande selon la revendication 3, dans lequel les modules périphériques (110, 210, 310) sont matériellement identiques.
- Dispositif de com mande selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’interface de communication (213) de chaque module périphérique (110, 210, 310) comporte un bornier de connexion (213A) à un conducteur électrique ou optique, qui permet de recevoir des signaux provenant de l’unité centrale (20).
- Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’interface de communication (213) de chaque module périphérique (110, 210, 310) comporte une puce radio (213B), permettant de transmettre à l’unité centrale (20) des signaux radio.
- Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel l’un au moins des modules périphériques (110, 210, 310) comporte un moyen de coupure (215) qui permet d’interrompre l’alimentation en courant électrique de l’organe (100, 200, 300) auquel il est associé et qui est piloté par l’unité de traitement (211) selon les premières consignes de pilotage (CONS1).
- Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel une première partie au moins des capteurs (221 - 229) est située à l’extérieur des modules périphériques (110, 210, 310).
- Dispositif de commande selon la revendication 8, dans lequel ladite première partie des capteurs comprend au moins l’un des composants suivants :
- un débitmètre (224),
- un capteur de pression (222, 223),
- un tachymètre (225),
- un détecteur d’hydrocarbure (221),
- un accéléromètre (226),
- un capteur de température (227),
- un contact sec (228),
- un détecteur de niveau de liquide (229). - Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel une partie au moins des capteurs (230, 231, 232) est située à l’intérieur des modules périphériques (110, 210, 310).
- Dispositif de commande selon la revendication 10, dans lequel ladite partie des capteurs comprend au moins l’un des composants suivants :
- un capteur de courant et/ou un capteur de tension (232),
- un accéléromètre (230),
- un capteur de température (231). - Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel l’un au moins des deux organes est compris dans la liste suivante :
- une pompe de cale (200),
- un ventilateur,
- une pompe de circuit incendie,
- un composant de circuit d’alimentation en carburant (300) ou un circuit d’alimentation en carburant,
- un composant de circuit de refroidissement ou un circuit de refroidissement,
- un composant de circuit hydraulique (100) ou un circuit hydraulique,
- un filtre d’eau de mer. - Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel l’unité centrale (20) est connectée à un écran d’affichage et est programmée pour transmettre des données à l’écran d’affichage en fonction des informations traitées (D2).
- Dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel l’unité de traitement (211) de l’un au moins des modules périphériques (210) mémorise une loi de commande de l’organe (200) auquel il est associé et un algorithme d’auto-apprentissage par intelligence artificielle, permettant de modifier ladite loi de commande en fonction des données (D1) reçues.
- Bateau (10) comprenant une coque (11) qui loge des organes (100, 200, 300) assurant des fonctions de direction, de propulsion et de sécurité du bateau (10), caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de commande selon l’une des revendications 1 à 14.
- Procédé de commande d’un bateau (10) conforme à la revendication 15, dans lequel il est prévu des étapes de :
- mesure de paramètres relatifs au fonctionnement d’au moins deux organes (200) au moyen des capteurs (221 - 232),
- réception des données (D1) issues des capteurs (221 - 219) par les interfaces de mesure (214) des modules périphériques (210) associés auxdits au moins deux organes (200),
- traitement des données (D1) reçues par l’unité de traitement (211) de chaque module périphérique (210) pour générer une première consigne de pilotage (CONS1) et pour élaborer une information traitée (D2),
- transmission de la première consigne de pilotage (CONS1) à l’organe (200) auquel chaque module périphérique (210) est associé,
- transmission des informations traitées (D2) par les unités de traitement (211) des modules périphériques (210) à l’unité centrale (20),
- retraitement des informations traitées (D2) par l’unité centrale (20) pour générer des secondes consignes de pilotage (CONS2),
- transmission des secondes consignes de pilotage (CONS2) aux modules périphériques (210), et
- transmission des secondes consignes de pilotage par lesdits modules périphériques (210) aux organes (200) auxquels ils sont associés.
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