Un piloto automático es un dispositivo para conducir automáticamente un vehículo sin intervención humana, pero en el campo automotriz el término también se usa para sistemas impulsados por humanos.
Es más precisamente un sistema utilizado para controlar la trayectoria de un vehículo sin que sea necesario el control constante por parte de un operador humano. Los pilotos automáticos no reemplazan a un operador humano, pero les permiten ayudarlos a controlar el vehículo, permitiéndoles enfocarse en aspectos más generales de la operación, como monitorear la trayectoria, el clima o los sistemas. Los pilotos automáticos se utilizan en aviones, barcos, vehículos espaciales , misiles y , más recientemente, automóviles . Los pilotos automáticos han evolucionado considerablemente con el tiempo: los más antiguos solo realizaban mantenimiento de carril, mientras que los más nuevos son capaces de realizar aterrizajes automáticos bajo la supervisión de un piloto humano. El piloto automático a menudo se conoce como Georges (George en inglés).
Conducir un vehículo requiere la atención continua de un conductor para permitir el movimiento con un nivel aceptable de seguridad. Las mejoras en las técnicas de construcción aeronáutica y naval han conducido inevitablemente a un aumento de los tiempos de viaje. La atención constante provocó así un serio cansancio en los pilotos. Más allá de ciertos tiempos de viaje, los límites humanos no permiten mantener esta atención constante. Por lo tanto, un piloto automático está diseñado para realizar ciertas tareas del piloto y para relevarlo.
El primer piloto automático, que permitió que el avión volara a una altitud constante constante del Cabo sin requerir la atención del conductor, fue desarrollado por Lawrence Sperry (en) , hijo del famoso inventor Elmer Sperry (en) ) en 1912 . Lo demostró en 1914 en un concurso de seguridad aérea celebrado en París. En 1918 , Sperry fundó la empresa " Sperry Corporation " que producía componentes para sistemas de navegación y pilotaje y que comercializaba su piloto automático. Elmer Sperry Jr., el hijo de Lawrence Sperry continuó el trabajo después de la guerra con el mismo piloto automático. El resultado en 1930 fue un piloto automático más compacto y confiable que mantuvo a un avión del Ejército de los EE. UU. En la pista durante tres horas.
A principios de la década de 1920, un aceite de Standard Oil se convirtió en el primer barco en utilizar un piloto automático. En 1930 , el Royal Aircraft Establishment en Inglaterra desarrolló un "asistente de piloto" que usaba un giroscopio neumático que actuaba sobre los controles de vuelo.
La 23 de agosto de 1937, se produce el primer aterrizaje en modo automático, habiendo experimentado el piloto ingeniero Carl Joseph Crane en Estados Unidos, con un Fokker Y1C-14B, por este notable avance el Trofeo Mackay.
Se continuó con el desarrollo de pilotos automáticos, en particular en lo que respecta a la mejora de los algoritmos de control y los servomecanismos hidráulicos. Además, la inclusión de instrumentos adicionales, como las radioayudas para la navegación , permitió el vuelo nocturno y con mal tiempo. En 1947 , un Douglas C-54 Skymaster de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Realizó un vuelo transatlántico , incluido el despegue y el aterrizaje, completamente bajo el control de un piloto automático.
Los sistemas de componentes se automatizaron durante la década de 1960: “Con estos nuevos paneles de instrumentos, cada parte se comunica con la otra para determinar qué información se debe dar a los pilotos y cuándo. Una parte clave, la computadora de gestión de vuelo se programa principalmente en tierra en base a criterios proporcionados por un gerente: guiará al piloto automático durante todo el viaje ” . Durante la década de 1970, las aerolíneas globales utilizaron aviones Airbus y Boeing , "transformando al piloto en un mero observador de la máquina" . En 1987, Airbus presentó el A320, el primer avión con controles de vuelo eléctricos, la computadora interpreta los movimientos del piloto en la columna de control y luego los transmite a las alas y cola de la nave.
Un piloto automático puede funcionar en varios modos según el objetivo deseado. Los modos básicos son:
Existen modos más sofisticados, por ejemplo, en helicópteros, como el mantenimiento de la actitud (estabilización), el mantenimiento de la posición por encima de un punto determinado ( vuelo estacionario ) o la ejecución de trayectorias en espiral que se ensanchan para realizar búsquedas durante las misiones de rescate.
Los miembros de la comunidad de la aviación le dan al piloto automático el apodo familiar de "George", como si fuera un colega.
En el pasado, se desarrollaron pilotos automáticos especiales para vuelos picados como el Ju 87B . Este piloto automático controlaba los frenos de velocidad y obligaba a la aeronave a descender con una pendiente muy pronunciada. Llegado a baja altitud o después de lanzar las bombas, el piloto automático elevó la aeronave y la devolvió a su posición inicial (ver también Stuka y Ernst Udet ).
Los desarrollos más recientes, llamados "amortiguadores de ráfagas", ayudan al pilotaje "borrando" las ráfagas de viento . Este sistema, destinado a mejorar la comodidad de los pasajeros, es sin embargo criticado por algunos pilotos que lo critican por privarlos de información sobre las condiciones de viento predominantes .
En estos días, no todos los aviones están equipados con pilotos automáticos. Los aviones de aviación civil más viejos y pequeños todavía se vuelan manualmente, al igual que los aviones de pasajeros de menos de veinte asientos, ya que se utilizan en vuelos cortos y son piloteados por dos pilotos. La instalación de pilotos automáticos en aviones con más de veinte asientos es generalmente obligatoria por las regulaciones de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI).
Hay tres niveles de control en pilotos automáticos para aeronaves: uno, dos o tres ejes.
Los pilotos automáticos en los aviones complejos modernos son de tres ejes y generalmente se dividen en fases de despegue, ascenso, crucero (vuelo nivelado), descenso, aproximación y aterrizaje. Los pilotos automáticos siguen siendo inflexibles ante situaciones nuevas o peligrosas; generalmente conducen un avión con menos consumo de combustible que el pilotaje manual. También se utilizan en combinación con otros sistemas automatizados, como el autothrottle, que permite mantener una velocidad constante independientemente de las condiciones de vuelo (excepto cuando se excede la envolvente de vuelo de la aeronave).
En diciembre de 2019, Airbus llevó a cabo los primeros despegues realizados íntegramente con piloto automático para un avión de línea.
En el campo naval , un piloto automático es un sistema que permite mantener un rumbo , un derretimiento del rumbo o incluso una velocidad de barlovento para los veleros.
El piloto automático puede recibir información mediante la intervención humana (ajustes manuales: rumbo a seguir, estado de la mar, ángulo de timón permanente, amplificación del timón y contra-timón, velocidad, estado de la embarcación (cargada o ligera), etc.) o una interfaz (entrada de el rumbo a seguir del plan de ruta registrado e información de un sistema de posicionamiento por satélite , de un registro ). El programa informático incluye algoritmos de autoaprendizaje que permiten optimizar su acción en el tiempo. Como cada movimiento del timón fuera del eje tiene un componente que dificulta el avance de la embarcación, es importante minimizar estos movimientos. Si la estela del barco no es casi recta, si los movimientos del timón son demasiado frecuentes, se puede deducir que el piloto automático está mal ajustado.
Para ello, el piloto debe cumplir tres funciones principales: medir, actuar y comunicar. Los pilotos generalmente consisten en un sistema controlado que recibe un setpoint, calcula el error entre el rumbo medido y el setpoint , y actúa sobre el timón del barco para mantener el setpoint . El gerente también debe poder indicar el rumbo deseado y ver el rumbo actual, de ahí la necesidad de comunicación a través de una interfaz hombre-máquina .
Los pilotos automáticos diseñados para motos de agua se pueden dividir en dos grupos: pilotos para barras francas y conductores barras ruedas. También están diseñados para cierto tipo de embarcación que generalmente se indica mediante un desplazamiento que no debe exceder. Los rangos de precios van desde 600 € hasta más de 2.000 € dependiendo del tipo de barra y la robustez del piloto automático.
MedidoLa medición del rumbo se realiza generalmente mediante un dispositivo de adquisición como una brújula , ya sea magnética, giroscópica o por satélite. Este dispositivo se puede acoplar a un instrumento que mide las aceleraciones angulares de acuerdo con las direcciones del espacio para refinar la medición del rumbo. Para ello, podemos utilizar un giroscopio de tres ejes como los de los teléfonos móviles, o una unidad inercial .
OrdenadoPara actuar sobre el rumbo, las medidas de la brújula deben procesarse y enviarse a la unidad de control. Este es el cerebro del sistema, es ella quien realiza los cálculos y corrige la esclavitud . El resultado de estos cálculos se envía al actuador. Este generalmente consta de un chopper , un motor (a menudo del tipo de corriente continua ) y un actuador en sí, como un gato . Es este último quien pone el listón en movimiento. La utilidad de preceder el motor con un chopper es poder variar la velocidad de rotación del motor y, en consecuencia, la velocidad de rotación del timón . Sin embargo, variar la velocidad de movimiento del gato es un componente particularmente ventajoso porque permite encontrar el compromiso correcto entre una velocidad de movimiento del gato demasiado baja que haría que el barco se desvíe y una velocidad demasiado baja. alto que podría provocar oscilaciones, peligroso para la estabilidad del sistema.
MonitorLa dimensión de la interfaz hombre-máquina es esencial porque, como se explicó en la introducción, la seguridad solo puede garantizarse mediante un piloto automático en presencia de un piloto humano. Por lo tanto, la persona a cargo debe poder controlar constantemente el buen funcionamiento de la conducción. Para hacer esto, el piloto automático debe estar equipado con una pantalla que muestre el rumbo deseado y el rumbo actual (o posiblemente el error entre los dos). También debe poder mostrar mensajes de error para advertir al responsable de un problema y para que pueda recuperar el control de la conducción.
Los primeros pilotos automáticos aparecido desde la mitad del siglo XIX XX siglo en Inglaterra y los Estados Unidos en velero modelo estanque (estanque de Yates en inglés). Estos veleros compitieron en regatas, con calibres y reglas de regatas estrictamente codificadas, mucho antes de la aparición del radiocontrol. Normalmente, los recorridos se realizaban en cuerpos de agua alargados y se penalizaban las paradas en las orillas que requirieran la intervención del "patrón", solo no se penalizaban las viradas realizadas con un palo. Por lo tanto, la estabilidad del campo fue un factor esencial para estos yates de carreras en miniatura.
Era necesario compensar las desviaciones del rumbo y, en particular, la tendencia a orzar cuando el casco se inclinaba bajo el efecto de una ráfaga. Las formas del plano anti-deriva (quilla larga en particular), la extensión longitudinal del plano de la vela y los ajustes de la escota podrían asegurar un cierto grado de estabilidad en carretera, al tiempo que penalizan la velocidad punta.
Por sus hazañas como navegante, pero también por su trabajo pionero en el campo de los pilotos automáticos, Marin Marie fue galardonada con la codiciada Blue Water Medal por el Cruising Club of America.
Precursores como Joshua Slocum , Vito Dumas o Alain Gerbault tuvieron que contentarse con ajustar su velero lo mejor posible para que mantuviera un rumbo más o menos constante en relación con la dirección del viento, con el timón amarrado, y en ocasiones se vieron forzados para poner su bote en el cabo para descansar.
Los primeros reguladores de veleta se instalaron en yates de regatas transatlánticos en las décadas de 1960 y 1964, como el de Blondie Hasler . Sir Francis Chichester , un ex piloto aeronáutico especializado en largos ataques aéreos en solitario, acudió directamente a los muy activos clubes de modelos británicos para diseñar los reguladores de la marcha de sus famosos Gypsy Moth III y IV .
En 1964, el ingeniero francés Paul Gianoli diseñó un regulador de velocidad mejorado para el Pen Duick II de Éric Tabarly .
En el campo de la automoción, el término “autonomía” se utiliza para comparar el concepto de piloto automático en el campo aeronáutico.
El nivel de autonomía de un vehículo de motor marca una diferencia entre la conducción parcialmente autónoma (nivel 2) que se lleva a cabo bajo la autoridad del conductor por un lado y la conducción condicionalmente autónoma que se lleva a cabo bajo la responsabilidad de la conducción autónoma. según lo permitan las condiciones (nivel 3) por otro lado.
Fabricantes como Volkswagen , Audi y Tesla están desarrollando pilotos automáticos que pueden conducir un automóvil en autonomía parcial, esta parte con el objetivo de aumentarla hasta la autonomía total (nivel 5). Este software, nivel 2+, requiere que el conductor sostenga el volante con ambas manos, nuevamente en la primera mitad de 2021 para el piloto automático de Tesla.
En 2018, Nissan ya comercializó más de 120.000 unidades de un sistema semiautónomo bajo la marca ProPilot. Esta función está equipada con un control de crucero "inteligente" y un conjunto de cámaras capaces de localizar las marcas viales. El sistema se desconecta cuando el conductor actúa sobre la dirección, acelera o frena. Sin embargo, para que el conductor mantenga el control del vehículo, debe mantener contacto directo con el volante.
En 2019, la cláusula 70 del Código de Carreteras de Japón requiere que el conductor tenga el control de la dirección, la aceleración y el frenado del vehículo en todo momento. Nissan utiliza un software de reconocimiento facial para cumplir con estas regulaciones y el conductor puede quitar las manos del volante.
En octubre de 2020, este desarrollo aún estaba en pañales cuando Tesla se convirtió en la primera empresa en implementar gradualmente una versión de prueba beta de FSD ( Full Self-Driving ) para una pequeña cantidad de clientes . Esta completa auto-conducción función no es una función de conducción completamente autónomo. El acceso a estas funciones para el público en general aún está muy lejos dado el costo (alrededor de $ 7,000 en Tesla para las primeras versiones que aún son muy limitadas), y especialmente la precaución de las autoridades legales relacionadas con cuestiones de responsabilidad en caso de un accidente.
En 2021, varios fabricantes ofrecerán sistemas de control de autopistas semiautomáticos de nivel 2 o 2+, como Volvo, Mercedes, BMW, Nissan o Hyundai. Entre los vehículos clasificados como nivel 2 (o "2+") se encuentran Nissan Pro Pilot, Tesla Auto Pilot, Toyota / Lexus Assisted Drive y Genesis / Hyundai / Kia Highway Driving Assist y Highway Drive Assist II. Mitsubishi Mi-Pilot también está en el nivel 2.
Estas asistencias de nivel 2 realizan diversas tareas de conducción, como mantener el carril y ajustar la velocidad, pero aún requieren la responsabilidad y supervisión del conductor.
En 2021, se adopta el reglamento sobre el sistema automático de mantenimiento de carril .
Nissan planea comercializar un millón de sistemas ProPilot en los próximos años.
Mercedes-Benz está lanzando un automóvil con una función de piloto de conducción de nivel 3 capaz de operar con las manos libres en las carreteras hasta límites de velocidad de 80 mph (aproximadamente 129 km / h).
Volvo está preparando el desarrollo de un producto "Sentinel" basado en el software OnePilot.
En julio de 2021, Tesla comienza a comercializar en determinadas zonas de Estados Unidos un servicio de asistencia a la conducción mensual bajo la denominación Full Self-Driving (FSD) por un monto de 199 dólares estadounidenses mensuales, bajo la responsabilidad del conductor.
En el campo de los vehículos pesados, la presencia de un piloto automático no debería eliminar al conductor de vehículos pesados antes de 2030.
Hay líneas de metro sin conductor, equipadas con un sistema piloto automático de nivel 4 (sin intervención humana). Generalmente son supervisados desde una estación central.
En el lado del tren de cercanías, en Île-de-France (Francia), algunas líneas de RER están automatizadas de nivel 2 ( RER A con SACEM y su evolución GOA2) o lo serán ( RER B , RER D y RER E ) con NExTEO . Luego, en el Reino Unido, el Crossrail (London RER) estará parcialmente automatizado.
Finalmente, en 2021, SNCF probará un tren de carga autónomo de nivel 4 con una locomotora eléctrica automatizada BB 27000 y en 2023, probará TGV autónomos de nivel 2 y TER autónomos de nivel 3.