EP4051986A1 - Système et procédé de gestion de la position d'un véhicule autonome - Google Patents

Système et procédé de gestion de la position d'un véhicule autonome

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Publication number
EP4051986A1
EP4051986A1 EP20796847.0A EP20796847A EP4051986A1 EP 4051986 A1 EP4051986 A1 EP 4051986A1 EP 20796847 A EP20796847 A EP 20796847A EP 4051986 A1 EP4051986 A1 EP 4051986A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
positions
safety
model
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20796847.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
David GONZALEZ BAUTISTA
Imane MAHTOUT
Vicente MILANES
Francisco Martin NAVAS MATOS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ampere SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP4051986A1 publication Critical patent/EP4051986A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/183—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects
    • G01C21/188—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects for accumulated errors, e.g. by coupling inertial systems with absolute positioning systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W50/02—Ensuring safety in case of control system failures, e.g. by diagnosing, circumventing or fixing failures
    • B60W50/0205—Diagnosing or detecting failures; Failure detection models
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
    • B60W60/001—Planning or execution of driving tasks
    • B60W60/0015—Planning or execution of driving tasks specially adapted for safety
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/18—Braking system

Definitions

  • TITLE System and method for managing the position of an autonomous vehicle.
  • the invention relates to a system for managing the position of an autonomous vehicle.
  • the invention also relates to an autonomous vehicle comprising such a management system.
  • the invention also relates to a method for managing the position of an autonomous vehicle.
  • the invention also relates to an alert system, in particular visual or haptic or audible, for a driver or a remote operator.
  • the invention relates to a data synthesis system.
  • a location system is usually provided to locate the vehicle in a local or global landmark. Algorithms for detecting and tracking the movement of the vehicle, as well as a route planner, are often linked to such a tracking system. It therefore appears important to provide a precise location system for an autonomous vehicle.
  • the additional sensors usually used in autonomous vehicles such as for example based on lidar, based on RTK-DGPS or based on INS, have a high cost and can suffer from malfunctions and / or errors. This results in a risk of losing control of the vehicle.
  • Document JP2004271293 discloses a navigation device and method using location information provided by GPS, an acronym of English origin for “Global Positioning System”, as well as a vehicle location history.
  • GPS data is defined as the current position of the vehicle only if it is included in the expected range of vehicle position from the device's own position data and the position history. Otherwise, the estimated vehicle position is set as the current vehicle position. Different thresholds are determined for the orientation angle and the distance traveled for different speed values. The estimated vehicle position is calculated from point-based displacement equations for a given speed and slewing angle.
  • this solution has drawbacks.
  • the state of the vehicle can be predicted only relative to the current state of the vehicle without taking into account the controller.
  • This solution only makes it possible to predict the condition of the vehicle in a single future time interval.
  • the aim of the invention is to provide a system and a method for managing the position of an autonomous vehicle which overcomes the above drawbacks and improves the systems and methods known from the prior art.
  • the invention makes it possible to produce a system and a method which are reliable and which make it possible to dispense with the use of additional sensors and make it possible to safely overcome temporary errors in a monitoring system. location.
  • the invention relates to a method for managing the position of a vehicle, comprising the following steps:
  • the estimation step may include:
  • the security states are preferably future or subsequent security positions of the vehicle which are calculated and correspond to operating modes which aim to alleviate various cases of degradation of a positioning system using sensors.
  • the method according to the invention can be implemented so as to increase the precision while slowing down the speed profile, so as to allow time for the GPS positioning system to regain its maximum capacity.
  • the first positions of the vehicle are determined from a precision ellipse, ie by converging a plurality of safety positions. Thus, from several security states of the vehicle, a first position of the vehicle is determined.
  • longitudinal model is preferably meant a mathematical model which makes it possible to determine / estimate a future longitudinal position of a vehicle from a current longitudinal position of the vehicle.
  • transverse model is preferably understood to mean a mathematical model which makes it possible to determine / estimate a future transverse position of a vehicle from a current transverse position of the vehicle.
  • the method may include producing a summary data system to compensate for single or multiple errors of an automated tracking system of a tracking system.
  • the summary data designates the positioning or location data generated according to the invention from a vehicle model, called a complete model, using the lateral and longitudinal controllers in a loop.
  • the model is powered by the navigation system (or location system). This means that the same data is used to power the vehicle controller (i.e. the real vehicle) and to power the vehicle model, so that the next real vehicle position matches the next GPS position of the vehicle. vehicle.
  • the summary data has the same or substantially the same structure, preferably exactly the same structure, as the data coming from the positioning system (or positioning system), i.e. XY coordinates and a heading , which is enough to control the vehicle.
  • Summary data is the data defining the security states mentioned above, that is, each security state is defined by a summary data set.
  • Synthetic data is for example a latitude or a longitude or an abscissa or an ordinate or a heading.
  • Each summary data item is advantageously provided by a safety estimated position module which will be described below.
  • a set of summary data therefore makes it possible to define a safety state of the vehicle.
  • the method may include a step of storing the security states of the vehicle, in particular the security positions of the vehicle.
  • the method may include a step of determining a precision ellipse obtained from the calculated safety positions.
  • the estimating step may include a step of determining a first estimated position of the vehicle from the precision ellipse, by converging the plurality of calculated safety positions.
  • the method may include a step in which it is considered that there is a mismatch by comparing a second position with respect to the precision ellipse, in particular if the second position is outside the precision ellipse.
  • the invention also relates to a system for managing the position of a vehicle comprising means for implementing the method defined above.
  • the system can include:
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising a system defined above.
  • the invention also relates to a computer program product comprising program code instructions recorded on a computer readable medium in order to implement the steps of the method defined above when said program runs on a computer or on a program product.
  • computer downloadable from a communication network and / or recorded on a data medium readable by a computer and / or executable by a computer, comprising instructions which, when the program is executed by the computer, lead the latter to implement implements the method defined above.
  • the invention also relates to a data recording medium, readable by a computer, on which is recorded a computer program comprising program code instructions for implementing the method defined above or on a recording medium.
  • a computer program comprising program code instructions for implementing the method defined above or on a recording medium.
  • readable by computer comprising instructions which, when they are executed by a computer, lead the latter to implement the method defined above.
  • the invention relates to a signal from a data medium carrying the computer program product defined above.
  • FIG. 1 represents a flowchart of an embodiment of a method for managing the position of a vehicle.
  • FIG. 2 represents an embodiment of a system for managing the position of an autonomous vehicle.
  • FIG. 3 represents an embodiment of a safety estimated position module of a position management system of the type of that of FIG. 2.
  • Figure 4 is a graph illustrating the consideration of the longitudinal response of the vehicle by a longitudinal model of the vehicle of an estimated safety position module of the type of that of Figure 3.
  • the invention provides a system for managing the position of an autonomous vehicle suitable for continuously checking the output of the system, which makes it possible in particular to assess its accuracy.
  • a forecast datum for the location of the vehicle is calculated with the last available reliable location information. This forecast is made using a complete model of the vehicle, including the internal control logic of the vehicle. The estimated and actual data are compared in order to determine whether the new location data is precise enough, making it possible to detect any potential failure at the frequency of the safety positioning system. In the absence of fault detection, the estimated safety data is presumed to be the correct position of the vehicle.
  • a first functionality of the system is that it can indicate when the system finds and provides exact location values.
  • a second functionality of the system lies in the fact that it makes it possible to determine when the system is reaching its limits, and possibly to put the vehicle in a safe mode, in particular by activating emergency braking.
  • the invention provides a system using a complete model of the vehicle and a control algorithm. Such a system is capable of estimating the subsequent safety positions of the vehicle with a higher frequency than those of commonly used tracking systems.
  • Such a system makes it possible to obtain an envelope ellipse of the predicted safety position points in which the next position of the vehicle should lie.
  • Such an ellipse takes into account the current vehicle dynamics and the estimated future vehicle dynamics.
  • Such a system for managing the position of a vehicle is able to use all the vehicle information available.
  • the complete vehicle model and control algorithm can take the latest available information into account to estimate the rest of the variables.
  • the invention proposes a method for managing the position of a vehicle, comprising the following steps:
  • a counter is initialized at time t.
  • an estimate is made of a position of the vehicle at this instant t, called the first position.
  • a fourth step E40 the first estimated position and the second measured position are compared.
  • the first estimated position is considered as the current position of the vehicle at this instant t.
  • the counter is incremented.
  • the first estimated position can consist, as explained below, of a set of positions contained in a geometric figure, in particular an ellipse. It can therefore be considered that there is a discrepancy between the first estimated position and the second measured position, if the measured position is outside the geometric figure.
  • step E52 of incrementing the counter if the threshold value is not reached by the counter, the process is repeated from the second step E20. If the counter reaches the threshold value, in a step E53, the vehicle is placed in secure mode.
  • the second measured position is considered as the current position of the vehicle at this instant t. It can therefore be considered that there is agreement between the first estimated position and the second measured position, if the measured position is in the geometric figure.
  • One embodiment of a system for managing the position of a vehicle comprises:
  • means 9 for comparison and interpretation able to consider, in the event of a discrepancy between the first and second positions, the first positions as current positions of the vehicle at these different times, and able to consider, in the event of a match between the first and second positions, the second positions as current positions of the vehicle at these different times,
  • a counter 23 capable of incrementing as long as there is a mismatch between a first position and a second position at the same instant and capable of initializing in the event of a concordance between a first position and a second position at the same instant
  • the counter can be a discrepancy occurrence counter or a time counter, in particular a time delay.
  • the threshold value can be equal to 0.5 seconds or 5 seconds.
  • the estimation means 7, 8 include:
  • - Generation means 8 capable of generating vehicle security states, in particular vehicle security positions.
  • the means for placing the vehicle in a secure mode may include an emergency braking system 25.
  • the means 3 for measuring the second positions of the vehicle can comprise at least one position sensor, in particular of the GPS type.
  • the system 1 can further comprise a storage module 6 capable of storing the security states of the vehicle, in particular the security positions of the vehicle.
  • the system 1 can further include a security evaluator 8 able to provide a precision ellipse from the security positions calculated by said combination means 7.
  • the estimation means are able to determine a first estimated position p e of the vehicle from the precision ellipse, by causing the plurality of safety positions calculated by said combination means 7 to converge.
  • the means for determining the current position of the vehicle 9 are able to consider that there is a mismatch by comparison with the precision ellipse, in particular if the second measured position is outside the precision ellipse.
  • the system 1 may include a steering wheel angle measuring device and an angular yaw rate measuring device.
  • the invention also relates to an autonomous vehicle, in particular an autonomous motor vehicle 100, comprising a system 1 for managing the position of a vehicle of the type described above.
  • FIG. 2 An embodiment of a system 1 for managing the position of an autonomous vehicle 100 is described below with reference to FIG. 2.
  • the safety position positioning system 1 can include an automated vehicle location system 3.
  • the automated vehicle location system 3 comprises, for example, one or more sensors, in particular of position, for example of the GPS type.
  • the automated vehicle location system 3 is able to determine the current position or location of the vehicle.
  • the safety position positioning system 1 can include two main operating stages 10, 20.
  • the system 1 comprises means for calculating at least one reliable safety position for the vehicle. This makes it possible to guarantee a safe location for the autonomous vehicle.
  • the system 1 comprises means for evaluating the position of the vehicle.
  • the second stage 20 of the system 1 makes it possible either to keep the vehicle in autonomous driving mode, or to put the vehicle in a secure mode, in particular:
  • a braking system automatic safety device to limit the speed of the vehicle and / or stop the vehicle, and / or
  • the alert system instead of being a visual alert system, may be of another type, for example an audible alert system or a haptic alert system.
  • the interface may include a vehicle steering wheel and / or vehicle speed control pedals.
  • the second stage 20 of the system 1 can include display means 21.
  • the display means 21 are intended to inform the driver of the vehicle or a remote operator.
  • the display means 21 can for example comprise a man-machine interface, in particular a head-up display.
  • the display means 21 can for example be linked to a remote control center.
  • the first stage 10 of the system 1 can include a module 9 for determining a position of the vehicle.
  • the second stage 20 of the system 1 can include a position evaluator module 23.
  • Module 9 uses the output of the automated vehicle tracking system 3 as the main input.
  • the automated vehicle location system 3 is intended to provide information on the vehicle (XY coordinates, position, etc.). For reasons of simplicity, the following description focuses on the XY coordinates, but it can be easily applied to any other variable.
  • the first stage 10 of the system 1 can further include a safety position estimation block 5.
  • Block 5 is intended to calculate multiple subsequent safety positions of the vehicle, from safety position information previously stored in a storage module 6.
  • the calculation of multiple subsequent safe positions in block 5 can be performed at a frequency less than or equal to the maximum frequency of block 5.
  • the storage module 6 comprises for example the previous positions t- ⁇ of the vehicle, ⁇ being the maximum time horizon in which the system 1 can operate.
  • the estimated safety position module 7 provides m times ⁇ positions of the vehicle at time t, ⁇ being the frequency difference between system 3 and system 1.
  • the frequency of system 1 is, for example, of the order of 10 Hz.
  • the estimated safety positions obtained at the output of the module 7 can be grouped together in a safety evaluator 8.
  • the function of the safety evaluator 8 is to provide a precision ellipse as a function of ⁇ , which makes it possible to converge all the estimates supplied by the module 7 at a single point of the vehicle's safety position.
  • Module 9 is intended to determine the current position of the vehicle. The current position of the vehicle is in particular intended to be supplied to the other automated modules of the vehicle (perception, navigation or control).
  • the current position of the vehicle is chosen in the module 9 as a function of the position p m of the vehicle obtained at the output of the system 3 with respect to the precision ellipse calculated in the safety evaluator 8.
  • the current position pt of the vehicle provided by module 9 corresponds to the safety position point p e calculated in the safety assessor 8.
  • the current position pt of the vehicle provided by module 9 corresponds to the position p m of the vehicle obtained out of the system 3.
  • the module 9 supplies the chosen value pt to the position evaluator module 23 of the second stage 20 of the system 1, and to the storage module 6 of the first stage 10 of the system 1 (by feedback).
  • All data provided by module 9 can be stored in module 6 up to the time horizon ⁇ , with the aim of distinguishing between an isolated failure of the cycle (i.e. minor faults) and longer failures, which determine whether the system 3 provides data which is accurate or exhibits defects and / or failures during the time horizon ⁇ .
  • This data is either the last reliable location data if it is located in the ellipse of points where the vehicle is expected to be, or several previous predicted safety states of the vehicle if it is located outside the ellipse, that is that is to say that they correspond to a malfunction of system 1 of the vehicle.
  • This provides an assessment of a short-term and long-term security position. This makes it possible to determine the current position of the vehicle and the potential deviation from an exact position. If necessary, this data can be used to put the vehicle in a secure mode, including activating an automatic braking system.
  • the second stage 20 of the system 1 can include an automated safety braking system 25, or emergency braking system, the input of which is connected to the output of the position evaluator module 23.
  • the position evaluator module 23 of the second stage 20 of the system 1 can comprise a counter.
  • the counter of the position evaluator module 23 is intended to be triggered as soon as a malfunction is detected in the system 3. This information is obtained from the position pt of the vehicle supplied at the output of the module 9.
  • the counter can be based on a given time or distance horizon, taking into account the vehicle position pt provided with acceptable accuracy.
  • the position evaluator module 23 can provide two possible outputs.
  • a first output of the module 23 corresponds to the case where the system 3 again supplies exact data, which stops the counter.
  • a second output of the module 23 corresponds to the case where the value supplied by the counter exceeds a given threshold, which activates the automated safety braking system 25.
  • the second stage 20 of the system 1 can further include a vehicle trajectory planner 27.
  • the second stage 20 of the system 1 can have two functions.
  • a first function is to signal a malfunction in the system 1 by means of an alert signal included in the head-up display or the man-machine interface 21 of the vehicle (or a remote control center).
  • a second function is the activation of the automated safety braking system 25.
  • the second stage 20 of the system 1 can further include actuators 29 connected to the output of the automated safety braking system 25.
  • the actuators 29 are intended in particular to correct the position of the vehicle in the event of temporary errors.
  • the automated safety braking system 25 may include an adaptive control algorithm. Such an adaptive control algorithm makes it possible to generate a smooth braking maneuver as a function of the last reliable trip obtained at the output of the vehicle trajectory planner 27.
  • the second stage 20 of the system 1 makes it possible to maximize the distance traveled without danger or in complete safety in a degraded state. This makes it possible to reduce the longitudinal deceleration of the vehicle as much as possible. This results in increased passenger comfort when placing the vehicle in a secure mode.
  • the first warning function and the second braking function of the second stage 20 of the system 1 each contribute to gradually warn the driver or a remote operator and to stop the vehicle if necessary.
  • An advantage of a vehicle position management system of the type described above resides in the fact that the state of the vehicle can be predicted in the short term and in the long term, which makes it possible to making an appropriate decision, for example waiting for the system 3 to operate again or putting the vehicle in the safety position.
  • FIG. 3 An embodiment of a safety estimated position module 7 of a system 1 for managing the position of a vehicle of the type of that of FIG. 2 is described in more detail below with reference to FIG. 3. .
  • the Safe Estimated Position Module 7 uses a complete vehicle model and monitoring system to determine safe positions from previous known positions.
  • the invention proposes a safety estimated position module 7 using a combined longitudinal model and a lateral model of the vehicle, the longitudinal and lateral models being respectively associated with a. longitudinal and lateral controller, to generate multiple vehicle safety positions from the information stored in module 6.
  • the module 7 can comprise means for combining a longitudinal model and a lateral model of the closed-loop vehicle so as to calculate subsequent safety states of the vehicle, in particular subsequent safety positions of the vehicle.
  • the module 7 can comprise a side block 71 comprising a lateral model 30 of the vehicle and a longitudinal block 72 comprising a longitudinal model 40 of the vehicle.
  • the side block 71 of the module 7 comprising the side model 30 of the vehicle is described below.
  • the side block 71 of the module 7 can include a selector 31 for steering wheel angle information.
  • the lateral model 30 of the vehicle is intended to receive as input a steered wheel angle measurement value supplied by the selector 31.
  • the side block 71 of the module 7 may further comprise a model of a steered wheel actuator 33.
  • the selector 31 is intended to check, at the frequency of the estimated safety position module 7, whether a new steering wheel angle measurement is available. If not, the value generated by the steer wheel actuator model 33 is used as input to the side model 30 of the vehicle as a steer wheel angle measurement.
  • the frequency of the estimated safety position module 7 is for example of the order of 100 Hz.
  • the lateral model 30 of the vehicle is intended in particular to provide a measured value of the angular yaw rate ⁇ v .
  • the state vector is:
  • C f and C r the cornering stiffness in the front and rear wheel respectively
  • V x the vehicle speed
  • m the vehicle mass
  • l z the moment of inertia
  • a and b the distance between the vehicle's center of gravity and the front and rear wheel respectively.
  • the lateral model 30 uses as input the measurement of the angle of the steering wheel on the one hand and the longitudinal speed obtained from the longitudinal model 40 on the other hand.
  • the lateral velocity v y and the angular yaw velocity ⁇ v are obtained at the output of the lateral model 30.
  • the side block 71 of the module 7 can further include a side controller 35 for autonomous vehicles.
  • the operation of such a lateral controller 35 can be based on a minimization of the angular yaw rate ⁇ v between the current trajectory of the vehicle and the desired trajectory of the vehicle.
  • the desired trajectory can be calculated from the data of a camera (or any other sensor) to generate a set of waypoints.
  • the lateral controller 35 is intended to receive as input the angular yaw rate ⁇ v supplied by the lateral model 30 on the one hand and an angular yaw rate supplied by another model of the vehicle (corresponding to a reference trajectory).
  • the lateral controller 35 is intended to compare these two angular yaw rate values corresponding respectively to the desired trajectory and to the reference trajectory.
  • ⁇ u v k gain ( ⁇ vsdesired - ⁇ vmeasured ) with: kgain a parameter, depending on the speed, making it possible to obtain a good performance of following the desired trajectory.
  • the steered wheel angle control u v obtained at the output of the lateral controller 35 is supplied at the input of the steered wheel actuator model 33.
  • a block 71 or overall lateral system is thus obtained, comprising the lateral model 30 of the vehicle, the vehicle side controller 35 and the steer wheel actuator model 33.
  • the longitudinal block 72 of the module 7 can include a speed information selector 41.
  • the longitudinal block 72 of the module 7 can further include a longitudinal controller 45 for autonomous vehicles.
  • the longitudinal model 40 of the vehicle is intended to receive as input a speed command supplied by the longitudinal controller 45 of the vehicle.
  • the operation of the longitudinal controller 45 of the vehicle can be based on minimizing the speed error between the longitudinal speed V x supplied by the speed information selector 41 and the desired speed on the reference path.
  • the longitudinal speed value v x used in the longitudinal controller 45 of the vehicle, in the lateral model 30 of the vehicle and in the safety position computer 50, can be supplied by the speed information selector 41.
  • One function of the speed information selector 41 is to check, at the frequency of the safety estimated position module 7, whether a new longitudinal speed measurement is available. If this is not the case, the measured safety speed value generated by the longitudinal model 40 of the vehicle is used.
  • the longitudinal model 40 of the vehicle is intended to output a safety speed measurement V x .
  • the longitudinal model 40 of the vehicle can be described by a second order transfer function connecting the speed control V c (s) to the speed measurement V x (s):
  • An advantage of a longitudinal model 40 of the vehicle of the type described above lies in the fact that it makes it possible to optimally take into account the longitudinal response of the vehicle.
  • FIG. 4 makes it possible to compare a given speed control profile V c (curve 101), the speed measured by an on-board sensor (curve 102) and the speed V x obtained from the longitudinal model 40 of the vehicle (curve 103). As is clearly visible in FIG. 4, the longitudinal model 40 perfectly follows the actual response of the vehicle.
  • the safety position computer 50 is used to obtain the derivatives , safety position coordinates, in particular from the global equations of motion below: [Math 9] [Math 9]
  • the safety position coordinates X, Y are obtained by integration of their respective derivative
  • the values X, Y obtained at the output of the safety position computer 50 are the outputs of the estimated safety position module 7.
  • module 7 estimates the next position at its frequency, updating the available data (trajectory or speed or steering wheel angle measurements) between two consecutive position points. We thus obtain a set of X, Y positions which are then transmitted to the safety assessor 8 to obtain the ellipse in which the vehicle should be located and its median.
  • the output of the safety evaluator 8 is checked against the current vehicle position obtained from system 3, thereby determining the quality of the current vehicle position obtained from system 3 and providing the position. final p f of the vehicle at this moment.
  • the output of module 9 is used as a new vehicle position which is returned (by feedback) to the safety position storage module 6 either as a single point (in case the current vehicle position obtained from the system 3 is reliable) or as a point cloud (when system 3 provides more than one erroneous position value).
  • An advantage of a system 1 of the type described above lies in the fact that it makes it possible to predict the state of the vehicle taking into account a dynamic model of the vehicle and a controller in a future time horizon. As a result, the movement of the vehicle can be predicted taking into account the action of the controller in the future. This makes it possible to improve the lateral response of the vehicle by suppressing the oscillations of the system 1.
  • Another advantage of a system 1 of the type described above lies in the fact that it makes it possible to maximize the safety of the autonomous vehicle while avoiding the use of autonomous driving sensors.
  • a system 1 of the type described above makes it possible to estimate the future position of the vehicle with increased precision.
  • Such a system 1 is capable of estimating subsequent safety positions of the vehicle with a frequency of up to 100 Hz, that is to say significantly higher than the frequency of commonly used positioning systems.
  • Such a system 1 is developed in a short-term and long-term horizon to identify temporary faults (i.e. short periods of error) or failures (i.e. long error periods) in the automated vehicle location system 3, in order to correct these errors or to generate actions to put the vehicle in a secure mode, in particular automatic safety braking maneuvers in the event of a breakdown.
  • temporary faults i.e. short periods of error
  • failures i.e. long error periods
  • the system 1 can include means for correcting the position of the vehicle in the event of temporary errors.
  • the system 1 may include an alert system, in particular visual or haptic or audible, for a driver or a remote operator to indicate a long-term error or failure and to activate an emergency braking maneuver.
  • the warning system in particular visual or haptic or audible, can include an indicator which can be installed in the display means 21.

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Abstract

Procédé de gestion de la position d'un véhicule, comprenant les étapes suivantes : - estimation (E20) des premières positions du véhicule à différents instants, - mesure (E30) des deuxièmes positions du véhicule à ces mêmes différents instants, - en cas de discordance entre les premières et deuxièmes positions (E40), considération des premières positions comme positions courantes du véhicule à ces différents instants (E51), - incrémentation (E52) d'un compteur tant qu'il existe une discordance entre une première position et une deuxième position au même instant, - lorsque le compteur atteint une valeur seuil, mise du véhicule dans un mode sécurisé (E53).

Description

TITRE : Système et procédé de gestion de la position d’un véhicule autonome.
L’invention concerne un système de gestion de la position d’un véhicule autonome. L’invention porte aussi sur un véhicule autonome comprenant un tel système de gestion. L’invention porte encore sur un procédé de gestion de la position d’un véhicule autonome. L’invention porte également sur un système d’alerte, notamment visuelle ou haptique ou sonore, pour un conducteur ou un opérateur à distance. L’invention porte enfin sur un système de synthèse de données.
Dans un véhicule autonome, un certain nombre de capteurs est couramment prévu pour améliorer les performances du véhicule. Un système de localisation est habituellement prévu pour localiser le véhicule dans un repère local ou global. Des algorithmes de détection et de poursuite du déplacement du véhicule, ainsi qu’un planificateur de trajectoire, sont souvent liés à un tel système de localisation. Il apparaît donc important de prévoir un système de localisation précis pour un véhicule autonome.
Toutefois, les capteurs additionnels habituellement utilisés dans les véhicules autonomes, comme par exemple à base de lidar, à base de RTK- DGPS ou à base de INS, présentent un coût élevé et peuvent subir des dysfonctionnements et/ou erreurs. Il en résulte un risque de perte de contrôle du véhicule.
On connaît du document JP2004271293 un dispositif et un procédé de navigation utilisant une information de localisation fournie par GPS, acronyme d’origine anglo-saxonne pour «Global Positioning System », ainsi qu’un historique de localisation du véhicule. Les données GPS sont définies comme la position actuelle du véhicule seulement si elles sont comprises dans la gamme prévue de position du véhicule à partir des données de positions propres du dispositif et de l’historique de positions. Sinon, la position estimée du véhicule est définie comme la position actuelle du véhicule. Différents seuils sont déterminés pour l’angle d’orientation et la distance parcourue pour différentes valeurs de vitesse. La position estimée du véhicule est calculée à partir d’équations de déplacement basées sur des points pour une vitesse et un angle d’orientation donnés.
Toutefois, cette solution présente des inconvénients. En particulier, l’état du véhicule peut être prévu seulement par rapport à l’état du véhicule actuel sans prendre en compte le contrôleur. Cette solution permet seulement de prévoir l’état du véhicule dans un unique intervalle de temps futur.
Le but de l’invention est de fournir un système et un procédé de gestion de la position d’un véhicule autonome remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les systèmes et procédés connus de l’art antérieur. En particulier, l’invention permet de réaliser un système et un procédé qui soient fiables et qui permettent de s’affranchir de l’utilisation de capteurs supplémentaires et permettent de s’affranchir, en sécurité, d’erreurs temporaires d’un système de localisation.
Pour atteindre cet objectif, l’invention porte sur un procédé de gestion de la position d’un véhicule, comprenant les étapes suivantes :
- estimation des premières positions du véhicule à différents instants,
- mesure des deuxièmes positions du véhicule à ces mêmes différents instants,
- en cas de discordance entre les premières et deuxièmes positions, considération des premières positions comme positions courantes du véhicule à ces différents instants,
- incrémentation d’un compteur tant qu’il existe une discordance entre une première position et une deuxième position au même instant,
- lorsque le compteur atteint une valeur seuil, mise du véhicule dans un mode sécurisé.
L’étape d’estimation peut comprendre :
- combiner un modèle longitudinal et un modèle latéral du véhicule en boucle fermée de sorte à calculer des états de sécurité ultérieurs du véhicule, notamment des positions ultérieures du véhicule, et
- générer des états de sécurité du véhicule, notamment des positions de sécurité du véhicule.
Dans la présente demande, les états de sécurités sont de préférence des positions futures ou ultérieures de sécurité du véhicule qui sont calculées et correspondent à des modes de fonctionnement qui visent à pallier différents cas de dégradation d’un système de positionnement utilisant des capteurs.
Il peut s’agir par exemple du cas classique de dégradation du positionnement par satellite lorsque le véhicule traverse un tunnel et dans lequel la précision de positionnement est dégradée, passant d'une erreur centimétrique à une erreur absolue de 40 centimètres. Dans le même temps, la largeur de la voie passe de 3,5 mètres à 2,5 mètre juste après avoir traversé le tunnel, de sorte que la précision, normalement suffisante pour les scénarios autoroutiers, ne suffit pas à garantir que le véhicule suive toujours la voie. Dans ce cas, le procédé selon l’invention peut être mis en oeuvre de manière à augmenter la précision tout en ralentissant le profil de vitesse, de manière à laisser le temps au système de positionnement GPS de retrouver sa capacité maximale. On continue à comparer l’estimation selon l’invention avec la valeur réelle et, lorsque la précision centimétrique du GPS est rétablie, on revient à la solution basée sur les capteurs, en redémarrant le procédé et le compteur. Un autre cas de dégradation possible peut être celui où le système de positionnement par capteur est complètement inopérant, mais où le véhicule doit continuer à rouler en mode autonome jusqu’à une position d’arrêt en sécurité. On empêche l’activation du pilote de sécurité, avec une indication par changement de couleur dans l'IHM par exemple. Puis on considère la longueur de la trajectoire restante dans le système de navigation, afin de créer un profil de décélération pour arrêter le véhicule à la fin de cette trajectoire; et l’invention remplace le système de positionnement de sorte que les erreurs latérales par rapport à la trajectoire sont calculées en considérant la position actuelle (ou position courante) du véhicule à chaque instant. Des états de sécurité permettent de définir une décélération douce du véhicule jusqu'à ce qu’un maximum d'informations fiables soient disponibles en provenance du système de navigation, avertissant le conducteur via l'IHM, afin qu'il puisse reprendre le contrôle.
Comme indiqué plus bas dans le document, les premières positions du véhicule sont déterminées à partir d’une ellipse de précision, soit en faisant converger une pluralité de positions de sécurité. Ainsi, à partir de plusieurs états de sécurité du véhicule, on détermine une première position du véhicule.
Par « modèle longitudinal », on entend de préférence un modèle mathématique qui permet de déterminer/estimer une position longitudinale future d’un véhicule à partir d’une position longitudinale courante du véhicule.
Par « modèle transversal », on entend de préférence un modèle mathématique qui permet de déterminer/estimer une position transversale future d’un véhicule à partir d’une position transversale courante du véhicule. Le procédé peut comprendre une production d’un système de données de synthèse pour compenser des erreurs simples ou multiples d’un système de localisation automatisé d’un système de localisation.
Dans la présente demande, les données de synthèse désignent les données de positionnement ou de localisation générées selon l’invention à partir d’un modèle de véhicule, dit modèle complet, utilisant les contrôleurs latéral et longitudinal dans une boucle. Le modèle est alimenté par le système de navigation (ou système de localisation). Cela signifie que les mêmes données sont utilisées pour alimenter le contrôleur de véhicule (c'est-à-dire le véhicule réel) et pour alimenter le modèle de véhicule, de sorte que la prochaine position réelle du véhicule corresponde à la prochaine position GPS du véhicule. Les données de synthèse ont la même structure ou sensiblement la même structure, de préférence exactement la même structure, que les données provenant du système de positionnement (ou système de localisation), c’est-à-dire des coordonnées en X-Y et un cap, ce qui suffit pour contrôler le véhicule. Les données de synthèse sont les données définissant les états de sécurité mentionnés précédemment, c’est-à-dire que chaque état de sécurité est défini par un jeu de données de synthèse.
Une donnée de synthèse est par exemple une latitude ou une longitude ou une abscisse ou une ordonnée ou un cap. Chaque donnée de synthèse est avantageusement fournie par un module de position estimée de sécurité qui sera décrit plus bas. Un ensemble de données de synthèse permet donc de définir un état de sécurité du véhicule.
En ce qui concerne la façon dont les données de synthèse peuvent compenser les erreurs, on peut par exemple considérer le même cas que précédemment de passage dans un tunnel où la précision du système de positionnement par satellite est dégradée à une erreur de 40 cm, ce qui entraînerait la sortie du véhicule de sa voie en l’absence de l’invention. Mais l’invention intégrant toute la dynamique du véhicule ainsi que la réponse de contrôle, celle-ci n’évite certes pas une dérive du véhicule dans sa voie avec le temps, mais cette dérive est considérablement inférieure à celle du système GPS : l’invention réduit l'incertitude de positionnement et donc améliore les performances.
Le procédé peut comprendre une étape de stockage d’états de sécurité du véhicule, notamment des positions de sécurité du véhicule.
Le procédé peut comprendre une étape de détermination d’une ellipse de précision obtenue à partir des positions de sécurité calculées.
L’étape d’estimation peut comprendre une étape de détermination d’une première position estimée du véhicule à partir de l’ellipse de précision, en faisant converger la pluralité de positions de sécurité calculées.
Le procédé peut comprendre une étape dans laquelle on considère qu’il y a discordance par comparaison d’une deuxième position par rapport à l’ellipse de précision, notamment si la deuxième position est en dehors de l’ellipse de précision.
L’invention porte aussi sur un système de gestion de la position d’un véhicule comprenant des moyens de mettre en oeuvre le procédé défini précédemment.
Le système peut comprendre :
- un élément d’indication d’une erreur dans un système de localisation automatisé ; et
- un élément d’activation d’une manoeuvre de freinage d’urgence dans le cas d’une erreur dans le système de localisation automatisé. L’invention porte encore sur un véhicule automobile comprenant un système défini précédemment.
L’invention porte également sur un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme enregistrées sur un support lisible par ordinateur pour mettre en oeuvre les étapes du procédé défini précédemment lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur ou sur un produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support de données lisible par un ordinateur et/ou exécutable par un ordinateur, comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par l’ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé défini précédemment.
L’invention porte encore sur un support d’enregistrement de données, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en oeuvre du procédé défini précédemment ou sur un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre le procédé défini précédemment.
L’invention porte enfin sur un signal d'un support de données, portant le produit programme d'ordinateur défini précédemment.
Les dessins annexés représentent, à titre d’exemple, un mode de réalisation d’un système de gestion de la position selon l’invention et un mode d’exécution d’un procédé de gestion de la position selon l’invention.
[Fig. 1] La figure 1 représente un ordinogramme d’un mode d’exécution d’un procédé de gestion de la position d’un véhicule.
[Fig. 2] La figure 2 représente un mode de réalisation d’un système de gestion de la position d’un véhicule autonome. [Fig. 3] La figure 3 représente un mode de réalisation d’un module de position estimée de sécurité d’un système de gestion de la position du type de celui de la figure 2.
[Fig. 4] La figure 4 est un graphique illustrant la prise en compte de la réponse longitudinale du véhicule par un modèle longitudinal du véhicule d’un module de position estimée de sécurité du type de celui de la figure 3.
L’invention propose un système de gestion de la position d’un véhicule autonome adapté à vérifier en continu la sortie du système, ce qui permet notamment d’évaluer sa précision.
Initialement, une donnée prévisionnelle de localisation du véhicule est calculée avec la dernière information de localisation fiable disponible. Cette prévision est réalisée en utilisant un modèle complet du véhicule, incluant la logique de contrôle interne du véhicule. Les données estimées et réelles sont comparées afin de déterminer si la nouvelle donnée de localisation est assez précise, permettant de détecter toute défaillance potentielle à la fréquence du système de mise en position de sécurité. En l’absence de détection de défaillance, la donnée estimée de sécurité est présumée être la position correcte du véhicule.
Il en résulte deux fonctionnalités principales d’un tel système de gestion de la position d’un véhicule. Une première fonctionnalité du système réside dans le fait qu’il permet d’indiquer quand le système retrouve et fournit des valeurs de localisation exactes. Une deuxième fonctionnalité du système réside dans le fait qu’il permet de déterminer quand le système atteint ses limites, et de mettre éventuellement le véhicule dans un mode sécurisé, notamment en activant un freinage d’urgence.
L’invention propose un système utilisant un modèle complet du véhicule et un algorithme de contrôle. Un tel système est capable d’estimer les positions de sécurité ultérieures du véhicule avec une fréquence supérieure à celles des systèmes de localisation couramment utilisés.
Un tel système permet d’obtenir une ellipse d’enveloppe des points de position de sécurité prévisionnels dans laquelle la prochaine position du véhicule devrait se trouver. Une telle ellipse prend en compte la dynamique courante du véhicule et la dynamique future du véhicule estimée.
Un tel système de gestion de la position d’un véhicule est apte à utiliser toutes les informations du véhicule disponibles. Le modèle complet du véhicule et l’algorithme de contrôle peuvent prendre en compte la dernière information disponible pour estimer le reste des variables.
L’invention propose un procédé de gestion de la position d’un véhicule, comprenant les étapes suivantes :
- estimation des premières positions du véhicule à différents instants,
- mesure des deuxièmes positions du véhicule à ces mêmes différents instants,
- en cas de discordance entre les premières et deuxièmes positions, considération des deuxièmes positions comme positions courantes du véhicule à ces différents instants,
- incrémentation d’un compteur tant qu’il existe une discordance entre une première position et une deuxième position au même instant,
- lorsque le compteur atteint une valeur seuil, mise du véhicule dans un mode sécurisé.
Un mode d’exécution du procédé de gestion de la position d’un véhicule est décrit ci-après en référence à la figure 1 .
Dans une première étape E10, on initialise un compteur à l’instant t. Dans une deuxième étape E20, on réalise une estimation d’une position du véhicule à cet instant t, dite première position.
Dans une troisième étape E30, on réalise une mesure d’une position du véhicule à ce même instant t, dite deuxième position.
Dans une quatrième étape E40, on compare la première position estimée et la deuxième position mesurée.
En cas de discordance entre la première position estimée et la deuxième position mesurée, dans une étape E51 , on considère la première position estimée comme position courante du véhicule à cet instant t. Dans une étape E52, on incrémente le compteur. La première position estimée peut consister, comme il est expliqué plus bas, en un ensemble de positions contenues dans une figure géométrique, notamment une ellipse. On peut donc considérer qu’il y a discordance entre la première position estimée et la deuxième position mesurée, si la position mesurée se trouve hors de la figure géométrique.
Après l’étape E52 d’incrémentation du compteur, si la valeur seuil n’est pas atteinte par le compteur, on réitère le procédé à partir de la deuxième étape E20. Si le compteur atteint la valeur seuil, dans une étape E53, on réalise la mise du véhicule dans un mode sécurisé.
Dans le cas où il n’y a pas de discordance entre la première position estimée et la deuxième position mesurée, dans une étape E61 , on considère la deuxième position mesurée comme position courante du véhicule à cet instant t. On peut donc considérer qu’il y a concordance entre la première position estimée et la deuxième position mesurée, si la position mesurée se trouve dans la figure géométrique.
On réitère ensuite le procédé à partir de la première étape E10, en réinitialisant le compteur. Un mode de réalisation d’un système de gestion de la position d’un véhicule, comprend :
- des moyens 7, 8 d’estimation des premières positions du véhicule à différents instants,
- des moyens 3 de mesure des deuxièmes positions du véhicule à ces mêmes différents instants,
- des moyens 9 de comparaison et d’interprétation, aptes à considérer, en cas de discordance entre les premières et deuxièmes positions, les premières positions comme positions courantes du véhicule à ces différents instants, et aptes à considérer, en cas de concordance entre les premières et deuxièmes positions, les deuxièmes positions comme positions courantes du véhicule à ces différents instants,
- un compteur 23 apte à s’incrémenter tant qu’il existe une discordance entre une première position et une deuxième position au même instant et apte à s’initialiser en cas de concordance entre une première position et une deuxième position au même instant,
- des moyens 25, 29 de mise du véhicule dans un mode sécurisé, lorsque le compteur atteint une valeur seuil.
On parle d’erreur à court-terme ou d’erreur temporaire lorsque le compteur n’a pas encore atteint ladite valeur seuil.
On parle d’erreur à long-terme ou de panne lorsque le compteur atteint ladite valeur seuil.
Le compteur peut être un compteur d’occurrences de discordances ou un compteur de temps, notamment une temporisation. La valeur seuil peut être égale à 0,5 secondes ou à 5 secondes.
Avantageusement, les moyens 7, 8 d’estimation comprennent :
- des moyens 7 de combinaison d’un modèle longitudinal et un modèle latéral du véhicule en boucle fermée aptes à calculer des états de sécurité ultérieurs du véhicule, notamment des positions ultérieures du véhicule ; et
- des moyens 8 de génération aptes à générer des états de sécurité du véhicule, notamment des positions de sécurité du véhicule.
Les moyens de mise du véhicule dans un mode sécurisé peuvent comprendre un système de freinage d’urgence 25.
Les moyens de mesure 3 des deuxièmes positions du véhicule peuvent comprendre au moins un capteur de position, notamment de type GPS.
Le système 1 peut comprendre en outre un module de stockage 6 apte à stocker des états de sécurité du véhicule, notamment des positions de sécurité du véhicule.
Le système 1 peut comprendre en outre un évaluateur de sécurité 8 apte à fournir une ellipse de précision à partir des positions de sécurité calculées par lesdits moyens de combinaison 7.
Avantageusement, les moyens d’estimation sont aptes à déterminer une première position estimée pe du véhicule à partir de l’ellipse de précision, en faisant converger la pluralité de positions de sécurité calculées par lesdits moyens de combinaison 7.
Avantageusement, les moyens de détermination de la position courante du véhicule 9 sont aptes à considérer qu’il y a discordance par comparaison par rapport à l’ellipse de précision, notamment si la deuxième position mesurée est en dehors de l’ellipse de précision.
Le système 1 peut comprendre un dispositif de mesure d’angle de roue directrice et un dispositif de mesure de vitesse angulaire de lacet L’invention concerne également un véhicule autonome, notamment un véhicule automobile autonome 100, comprenant un système de gestion 1 de la position d’un véhicule du type de celui décrit ci-dessus.
Un mode de réalisation d’un système 1 de gestion de la position d’un véhicule autonome 100 est décrit ci-après en référence à la figure 2.
Le système de mise en position de sécurité 1 peut comprendre un système de localisation automatisé du véhicule 3.
Le système de localisation automatisé du véhicule 3 comprend par exemple un ou plusieurs capteurs, notamment de position, par exemple de type GPS.
Le système de localisation automatisé du véhicule 3 est apte à déterminer la position ou localisation courante du véhicule.
Le système de mise en position de sécurité 1 peut comprendre deux étages principaux de fonctionnement 10, 20.
Dans un premier étage 10, le système 1 comprend des moyens pour calculer au moins une position de sécurité fiable pour le véhicule. Ceci permet de garantir une localisation de sécurité pour le véhicule autonome.
Dans un deuxième étage 20, le système 1 comprend des moyens pour évaluer la position du véhicule. Le deuxième étage 20 du système 1 permet soit de conserver le véhicule en mode de conduite autonome, soit de mettre le véhicule dans un mode sécurisé, notamment :
- un mode sécurisé où la conduite n’est plus autonome mais commandée par un occupant du véhicule par ses actions sur une interface, et/ou
- un mode sécurisé où le système active un système de freinage automatique de sécurité pour limiter la vitesse du véhicule et/ou arrêter le véhicule, et/ou
- un mode sécurisé où le système avertit un conducteur ou un opérateur à distance grâce à un système d’alerte, notamment visuelle, indiquant que le système de localisation automatisé du véhicule 3 est défaillant.
Le système d’alerte, au lieu d’être un système d’alerte visuelle, peut être d’un autre type, par exemple un système d’alerte sonore ou un système d’alerte haptique.
L’interface peut inclure un volant de commande de direction du véhicule et/ou des pédales de commande de la vitesse du véhicule.
Le deuxième étage 20 du système 1 peut comprendre des moyens d’affichage 21. Les moyens d’affichage 21 sont destinés à informer le conducteur du véhicule ou un opérateur à distance.
Les moyens d’affichage 21 peuvent par exemple comprendre une interface homme-machine, notamment un affichage tête-haute.
Les moyens d’affichage 21 peuvent par exemple être reliés à un centre de contrôle à distance.
Le premier étage 10 du système 1 peut comprendre un module 9 de détermination d’une position du véhicule.
Le deuxième étage 20 du système 1 peut comprendre un module évaluateur de position 23.
Le module 9 utilise comme entrée principale la sortie du système de localisation automatisé du véhicule 3. Le système de localisation automatisé du véhicule 3 est destiné à fournir des informations sur le véhicule (coordonnées X-Y, position ...). Pour des raisons de simplification, la description qui suit se focalise sur les coordonnées X-Y, mais elle peut être facilement appliquée à toute autre variable.
Le premier étage 10 du système 1 peut comprendre en outre un bloc d’estimation de positions de sécurité 5.
Le bloc 5 est destiné à calculer des positions de sécurité ultérieures multiples du véhicule, à partir d’informations de position de sécurité préalablement stockées dans un module de stockage 6.
Le calcul de positions de sécurité ultérieures multiples dans le bloc 5 peut être réalisé à une fréquence inférieure ou égale à la fréquence maximale du bloc 5.
Le module de stockage 6 comprend par exemple les positions précédentes t-θ du véhicule, θ étant l’horizon de temps maximum dans lequel le système 1 peut fonctionner.
Le module de position estimée de sécurité 7 fournit m fois θ positions du véhicule à l’instant t, μ étant la différence de fréquence entre le système 3 et le système 1 . La fréquence du système 1 est par exemple de l’ordre de 10 Hz.
Les positions de sécurité estimées obtenues en sortie du module 7 peuvent être regroupées dans un évaluateur de sécurité 8.
L’évaluateur de sécurité 8 a pour fonction de fournir une ellipse de précision en fonction de θ, ce qui permet de faire converger toutes les estimations fournies par le module 7 en un unique point de position de sécurité du véhicule. Le module 9 est destiné à déterminer la position courante du véhicule. La position courante du véhicule est notamment destinée à être fournie aux autres modules automatisés du véhicule (perception, navigation ou contrôle).
La position courante du véhicule est choisie dans le module 9 en fonction de la position pm du véhicule obtenue en sortie du système 3 par rapport à l’ellipse de précision calculée dans l’évaluateur de sécurité 8.
Si la position pm du véhicule obtenue en sortie du système 3 se trouve en dehors de l’ellipse de précision calculée dans l’évaluateur de sécurité 8, la position courante pt du véhicule fournie par le module 9 correspond au point de position de sécurité pe calculé dans l’évaluateur de sécurité 8.
Si la position pm du véhicule obtenue en sortie du système 3 se trouve dans l’ellipse de précision calculée dans l’évaluateur de sécurité 8, la position courante pt du véhicule fournie par le module 9 correspond à la position pm du véhicule obtenue en sortie du système 3.
Le module 9 fournit la valeur choisie pt au module évaluateur de position 23 du deuxième étage 20 du système 1 , et au module de stockage 6 du premier étage 10 du système 1 (par rétroaction).
Quand la médiane pe générée dans l’évaluateur de sécurité 8 est considérée comme la position courante pt du véhicule, toutes ses valeurs précédentes sont également collectées dans le module de stockage 6.
Toutes les données fournies par le module 9 peuvent être stockées dans le module 6 jusqu’à l’horizon de temps θ, dans le but de faire la distinction entre une défaillance isolée du cycle (c’est-à-dire des défauts mineurs) et des défaillances plus longues, ce qui permet de déterminer si le système 3 fournit des données exactes ou présentant des défauts et/ou défaillances au cours de l’horizon de temps θ.
Ces données sont soit les dernières données de localisation fiables si elles sont situées dans l’ellipse de points où le véhicule devrait se trouver, soit plusieurs états précédents de sécurité prévus du véhicule si elles sont situées en dehors de l’ellipse, c’est-à-dire qu’elles correspondent à un dysfonctionnement du système 1 du véhicule. Ceci permet d’obtenir une évaluation d’une position de sécurité à court terme et à long terme. Ceci permet de déterminer la position courante du véhicule et l’écart potentiel par rapport à une position exacte. Si nécessaire, ces données peuvent être utilisées pour mettre le véhicule dans un mode sécurisé, notamment activer un système de freinage automatique.
Avantageusement, le deuxième étage 20 du système 1 peut comprendre un système de freinage de sécurité automatisé 25, ou système de freinage d’urgence, dont l’entrée est reliée à la sortie du module évaluateur de position 23.
Avantageusement, le module évaluateur de position 23 du deuxième étage 20 du système 1 peut comprendre un compteur.
Le compteur du module évaluateur de position 23 est destiné à se déclencher dès qu’un dysfonctionnement est détecté dans le système 3. Cette information est obtenue à partir de la position pt du véhicule fournie en sortie du module 9.
Le compteur peut être basé sur un horizon donné de temps ou de distance, prenant en compte la position pt du véhicule fournie avec une précision acceptable.
Le module évaluateur de position 23 peut fournir deux sorties possibles. Une première sortie du module 23 correspond au cas où le système 3 fournit à nouveau des données exactes, ce qui stoppe le compteur.
Une deuxième sortie du module 23 correspond au cas où la valeur fournie par le compteur dépasse un seuil donné, ce qui active le système de freinage de sécurité automatisé 25.
Le deuxième étage 20 du système 1 peut comprendre en outre un planificateur de trajectoire du véhicule 27.
Il peut également être fourni, en entrée du module évaluateur de position 23, la sortie du planificateur de trajectoire 27.
Le deuxième étage 20 du système 1 peut présenter deux fonctions.
Une première fonction est de signaler un dysfonctionnement dans le système 1 grâce un signal d’alerte inclus dans l’affichage tête-haute ou l’interface homme-machine 21 du véhicule (ou un centre de contrôle à distance).
Une deuxième fonction réside dans l’activation du système de freinage de sécurité automatisé 25.
De préférence, le deuxième étage 20 du système 1 peut comprendre en outre des actionneurs 29 reliés à la sortie du système de freinage de sécurité automatisé 25. Les actionneurs 29 sont notamment destinés à corriger la position du véhicule en cas d’erreurs temporaires.
Le système de freinage de sécurité automatisé 25 peut comprendre un algorithme de contrôle adaptatif. Un tel algorithme de contrôle adaptatif permet de générer une manoeuvre de freinage en douceur en fonction du dernier trajet fiable obtenu en sortie du planificateur de trajectoire du véhicule 27.
Le deuxième étage 20 du système 1 permet de maximiser la distance parcourue sans danger ou en toute sécurité dans un état dégradé. Ceci permet de réduire au maximum la décélération longitudinale du véhicule. Il en résulte un confort accru des passagers lors de la mise du véhicule dans un mode sécurisé.
La première fonction d’alerte et la deuxième fonction de freinage du deuxième étage 20 du système 1 contribuent chacune à avertir de façon progressive le conducteur ou un opérateur à distance et à arrêter le véhicule si besoin.
Un avantage d’un système de gestion de la position d’un véhicule du type de celui décrit ci-dessus réside dans le fait que l’état du véhicule peut être prévu à court-terme et à long-terme, ce qui permet de prendre une décision appropriée, par exemple attendre que le système 3 fonctionne à nouveau ou mettre le véhicule en position de sécurité.
Un mode de réalisation d’un module de position estimée de sécurité 7 d’un système 1 de gestion de la position d’un véhicule du type de celui de la figure 2 est décrit plus en détails ci-après en référence à la figure 3.
Le module de position estimée de sécurité 7 utilise un modèle complet du véhicule et un système de contrôle pour déterminer les positions de sécurité à partir des positions précédentes connues.
L’invention propose un module de position estimée de sécurité 7 utilisant un modèle longitudinal et un modèle latéral du véhicule combinés, les modèles longitudinal et latéral étant associés respectivement à un contrôleur longitudinal et latéral, pour générer de multiples positions de sécurité du véhicule à partir de l’information stockée dans le module 6.
Pour cela, le module 7 peut comprendre des moyens pour combiner un modèle longitudinal et un modèle latéral du véhicule en boucle fermée de sorte à calculer des états de sécurité ultérieurs du véhicule, notamment des positions de sécurité ultérieures du véhicule.
Avantageusement, le module 7 peut comprendre un bloc latéral 71 comprenant un modèle latéral 30 du véhicule et un un bloc longitudinal 72 comprenant un modèle longitudinal 40 du véhicule.
Le bloc latéral 71 du module 7 comprenant le modèle latéral 30 du véhicule est décrit ci-dessous.
Le bloc latéral 71 du module 7 peut comprendre un sélecteur 31 d’information d’angle de roue directrice.
Le modèle latéral 30 du véhicule est destiné à recevoir en entrée une valeur de mesure d’angle de roue directrice fournie par le sélecteur 31 .
Le bloc latéral 71 du module 7 peut comprendre en outre un modèle d’actionneur de roue directrice 33.
Le sélecteur 31 est destiné à vérifier, à la fréquence du module de position estimée de sécurité 7, si une nouvelle mesure d’angle de roue directrice est disponible. Si ce n’est pas le cas, la valeur générée par le modèle d’actionneur de roue directrice 33 est utilisée comme entrée du modèle latéral 30 du véhicule en tant que mesure d’angle de roue directrice.
La fréquence du module de position estimée de sécurité 7 est par exemple de l’ordre de 100Hz. Le modèle latéral 30 du véhicule est notamment destiné à fournir une valeur mesurée de vitesse angulaire de lacet ωv .
Pour cela, les équations suivantes peuvent être utilisées : [Math 1]
[Math 2]
Yv = Cvxv avec :
Uv la commande d’angle de roue directrice.
Le vecteur d’état est :
[Math 3] Xv = [yv vy Ψv ωv]T avec : yv la position latérale du véhicule, vy la vitesse latérale, ψv l’angle de lacet, ωv la vitesse angulaire de lacet.
Les matrices Av, Bv et Cv du système sont décrites ci-dessous : [Math 4] [Math 5] [Math 6] avec :
Cf et Cr la rigidité de virage dans la roue avant et arrière respectivement, Vx la vitesse du véhicule, m la masse du véhicule, lz le moment d’inertie, a et b la distance entre le centre de gravité du véhicule et la roue avant et arrière respectivement.
Le modèle latéral 30 utilise comme entrée la mesure de l’angle de la roue directrice d’une part et la vitesse longitudinale obtenue à partir du modèle longitudinal 40 d’autre part. On obtient en sortie du modèle latéral 30 la vitesse latérale vy et la vitesse angulaire de lacet ωv .
Ces deux données de sorties du modèle latéral 30, vitesse latérale vy et vitesse angulaire de lacet ωv , sont utilisées pour calculer les positions ultérieures du véhicule dans un calculateur 50 de position de sécurité.
Le bloc latéral 71 du module 7 peut comprendre en outre un contrôleur latéral 35 pour véhicules autonomes. Le fonctionnement d’un tel contrôleur latéral 35 peut être basé sur une minimisation de la vitesse angulaire de lacet ωv entre la trajectoire actuelle du véhicule et la trajectoire souhaitée du véhicule. La trajectoire souhaitée peut être calculée à partir de la donnée d’une caméra (ou de tout autre capteur) pour générer un ensemble de points de cheminement. Le contrôleur latéral 35 est destiné à recevoir en entrée la vitesse angulaire de lacet ωv fournie par le modèle latéral 30 d’une part et une vitesse angulaire de lacet fournie par un autre modèle du véhicule (correspondant à une trajectoire de référence). Le contrôleur latéral 35 est destiné à comparer ces deux valeurs de vitesse angulaire de lacet correspondant respectivement à la trajectoire souhaitée et à la trajectoire de référence.
Ceci permet de réguler la performance du contrôleur latéral 35, notamment selon l’équation suivante :
[Math 7]
Δuv = kgain(ωvsouhaité - ωvmesuré) avec : kgain un paramètre, dépendant de la vitesse, permettant d’obtenir une bonne performance de poursuite de la trajectoire souhaitée.
La commande d’angle de roue directrice uv obtenue en sortie du contrôleur latéral 35 est fournie en entrée du modèle d’actionneur de roue directrice 33. On obtient ainsi un bloc 71 ou système global latéral, comprenant le modèle latéral 30 du véhicule, le contrôleur latéral du véhicule 35 et le modèle d’actionneur de roue directrice 33.
Un avantage d’un tel bloc latéral 71 comprenant un modèle latéral 30 du véhicule est lié au fait qu’il prend en compte différentes limitations, ce qui permet d’obtenir un modèle réaliste. Le contrôleur latéral du véhicule 35 et le modèle d’actionneur de roue directrice 33 jouent un rôle clef puisque le modèle latéral du véhicule 30 seul fournit des résultats trop optimistes par rapport à la performance de route réelle. Le bloc longitudinal 72 du module 7 comprenant le modèle longitudinal 40 du véhicule est décrit ci-dessous.
Le bloc longitudinal 72 du module 7 peut comprendre un sélecteur d’information de vitesse 41 .
Le bloc longitudinal 72 du module 7 peut comprendre en outre un contrôleur longitudinal 45 pour véhicules autonomes.
Le modèle longitudinal 40 du véhicule est destiné à recevoir en entrée une commande de vitesse fournie par le contrôleur longitudinal 45 du véhicule.
Le fonctionnement du contrôleur longitudinal 45 du véhicule peut être basé sur une minimisation de l’erreur de vitesse entre la vitesse longitudinale Vx fournie par le sélecteur d’information de vitesse 41 et la vitesse souhaitée sur la trajectoire de référence.
La valeur de vitesse longitudinale vx, utilisée dans le contrôleur longitudinal 45 du véhicule, dans le modèle latéral 30 du véhicule et dans le calculateur de position de sécurité 50, peut être fournie par le sélecteur d’information de vitesse 41 .
Une fonction du sélecteur d’information de vitesse 41 est de vérifier, à la fréquence du module de position estimée de sécurité 7, si une nouvelle mesure de vitesse longitudinale est disponible. Si ce n’est pas le cas, c’est la valeur mesurée de vitesse de sécurité générée par le modèle longitudinal 40 du véhicule qui est utilisée.
Le modèle longitudinal 40 du véhicule est destiné à fournir en sortie une mesure de vitesse de sécurité Vx. Le modèle longitudinal 40 du véhicule peut être décrit par une fonction de transfert du second ordre reliant la commande de vitesse Vc(s) à la mesure de vitesse Vx(s) :
[Math 8] avec : ωn la fréquence naturelle en rad/s, ζ le facteur d’amortissement.
Ces valeurs dépendent notamment de la conception du contrôleur bas- niveau, d’étranglement et des décalages des pédales de frein.
Un avantage d’un modèle longitudinal 40 du véhicule du type de celui décrit ci-dessus réside dans le fait qu’il permet de prendre en compte de façon optimale la réponse longitudinale du véhicule.
La figure 4 permet de comparer un profil de commande de vitesse donné Vc (courbe 101 ), la vitesse mesurée par un capteur embarqué (courbe 102) et la vitesse Vx obtenue à partir du modèle longitudinal 40 du véhicule (courbe 103). Comme cela est bien visible sur la figure 4, le modèle longitudinal 40 suit parfaitement la réponse réelle du véhicule.
Une fois la vitesse angulaire de lacet ωv et la vitesse latérale vy obtenues à partir du bloc latéral 71 et la vitesse longitudinale vx obtenue à partir du bloc longitudinal 72, ces valeurs sont utilisées comme entrées dans le calculateur de position de sécurité 50.
Le calculateur de position de sécurité 50 permet d’obtenir les dérivées , des coordonnées de position de sécurité, notamment à partir des équations globales de mouvement ci-dessous : [Math 9] [Math 9]
Les coordonnées de position de sécurité X, Y sont obtenues par intégration de leur dérivée respective
Les valeurs X, Y obtenues en sortie du calculateur de position de sécurité 50 sont les sorties du module de position estimée de sécurité 7.
A partir de la dernière position fiable, le module 7 estime la position suivante à sa fréquence, actualisant les données disponibles (trajectoire ou vitesse ou mesures de l’angle de roue directrice) entre deux points de position consécutifs. On obtient ainsi un ensemble de positions X, Y qui sont ensuite transmises à l’évaluateur de sécurité 8 pour obtenir l’ellipse dans laquelle le véhicule devrait se trouver et sa médiane.
La sortie de l’évaluateur de sécurité 8 est vérifiée par comparaison avec la position actuelle du véhicule obtenue à partir du système 3, ce qui permet de déterminer la qualité de la position actuelle du véhicule obtenue à partir du système 3 et de fournir la position finale pf du véhicule à cet instant. La sortie du module 9 est utilisée comme nouvelle position du véhicule qui est retournée (par rétroaction) au module de stockage de position de sécurité 6 soit en tant qu’unique point (dans le cas où la position actuelle du véhicule obtenue à partir du système 3 est fiable) soit en tant que nuage de points (lorsque le système 3 fournit plus d’une valeur de position erronée).
Un avantage d’un système 1 du type de celui décrit ci-dessus réside dans le fait qu’il permet de prévoir l’état du véhicule en tenant compte d’un modèle dynamique du véhicule et d’un contrôleur dans un horizon de temps futur. Il en résulte que le déplacement du véhicule peut être prévu en prenant en compte l’action du contrôleur dans le futur. Ceci permet d’améliorer la réponse latérale du véhicule en supprimant les oscillations du système 1 .
Un autre avantage d’un système 1 du type de celui décrit ci-dessus réside dans le fait qu’il permet de maximiser la sécurité du véhicule autonome tout en s’affranchissant de l'utilisation de capteurs de conduite autonome.
Un autre avantage d’un système 1 du type de celui décrit ci-dessus réside dans le fait qu’il permet d’estimer la position future du véhicule avec une précision accrue. Un tel système 1 est capable d’estimer les positions de sécurité ultérieures du véhicule avec une fréquence pouvant atteindre 100 Hz, c’est-à-dire nettement supérieure à la fréquence des systèmes de localisation couramment utilisés.
Un tel système 1 est développé dans un horizon à court-terme et à long- terme pour identifier des défauts temporaires (c’est-à-dire des périodes courtes d’erreur) ou des pannes (c’est-à-dire des périodes longues d’erreur) dans le système de localisation automatisé du véhicule 3, afin de corriger ces erreurs ou de générer des actions pour mettre le véhicule dans un mode sécurisé, notamment des manoeuvres de freinage automatique de sécurité en cas de panne.
On parle d’erreur à court-terme ou d’erreur temporaire lorsque le compteur n’a pas encore atteint ladite valeur seuil.
On parle d’erreur à long-terme ou de panne lorsque le compteur atteint ladite valeur seuil. Le système 1 peut comprendre des moyens pour corriger la position du véhicule en cas d’erreurs temporaires.
Le système 1 peut comprendre un système d’alerte, notamment visuelle ou haptique ou sonore, pour un conducteur ou un opérateur à distance pour indiquer une erreur à long-terme ou panne et activer une manoeuvre de freinage d’urgence. Le système d’alerte, notamment visuelle ou haptique ou sonore, peut comprendre un indicateur qui peut être installé dans les moyens d’affichage 21 .
Bien que l’invention ait été décrite dans le cas d’un véhicule automobile autonome, l’invention s’applique bien entendu à tout type de véhicule autonome, par exemple des bus ou des camions.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de gestion de la position d’un véhicule (100), comprenant les étapes suivantes :
- estimation (E20) des premières positions du véhicule à différents instants,
- mesure (E30) des deuxièmes positions du véhicule à ces mêmes différents instants,
- en cas de discordance entre les premières et deuxièmes positions (E40), considération des premières positions comme positions courantes du véhicule à ces différents instants (E51),
- incrémentation (E52) d’un compteur tant qu’il existe une discordance entre une première position et une deuxième position au même instant,
- lorsque le compteur atteint une valeur seuil, mise du véhicule dans un mode sécurisé (E53).
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape d’estimation (E20) comprend :
- combiner un modèle longitudinal (40) et un modèle latéral (30) du véhicule en boucle fermée de sorte à calculer des états de sécurité ultérieurs du véhicule, notamment des positions ultérieures du véhicule, et
- générer des états de sécurité du véhicule, notamment des positions de sécurité du véhicule.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend une production d’un système de données de synthèse pour compenser des erreurs simples ou multiples d’un système de localisation automatisé (3) d’un système de localisation.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une étape de stockage d’états de sécurité du véhicule, notamment des positions de sécurité du véhicule.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une étape de détermination d’une ellipse de précision obtenue à partir des positions de sécurité calculées.
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape d’estimation comprend une étape de détermination d’une première position estimée (pe) du véhicule à partir de l’ellipse de précision, en faisant converger la pluralité de positions de sécurité calculées.
7. Procédé selon la revendication précédente, comprenant une étape dans laquelle on considère qu’il y a discordance par comparaison d’une deuxième position par rapport à l’ellipse de précision, notamment si la deuxième position est en dehors de l’ellipse de précision.
8. Système (1 ) de gestion de la position d’un véhicule comprenant des moyens de mettre en oeuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Système selon la revendication précédente, le système comprenant :
- un élément d’indication d’une erreur dans un système de localisation automatisé (3) ; et
- un élément d’activation d’une manoeuvre de freinage d’urgence dans le cas d’une erreur dans le système de localisation automatisé (3).
10. Véhicule automobile (100) comprenant un système (1 ) selon la revendication 8 ou 9.
11 . Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme enregistrées sur un support lisible par ordinateur pour mettre en oeuvre les étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 7 lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.
12. Support (23) d’enregistrement de données, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme de mise en oeuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 7.
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