FR3041591A1

FR3041591A1 - Determination d'une strategie de roulage optimale pour un vehicule automobile approchant d'un feu tricolore

Info

Publication number: FR3041591A1
Application number: FR1559050A
Authority: FR
Inventors: Alexandre Garnault; Benazouz Bradai
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-03-31
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: WO2017051026A1; FR3041591B1

Abstract

L'invention concerne un procédé et un système pour la détermination d'une stratégie de roulage optimale à adopter par un véhicule automobile (1) lorsque ledit véhicule automobile (1) approche d'un feu tricolore (2), le procédé comprenant une étape de réception par un système embarqué (10) sur ledit véhicule automobile (1) d'un message émis par ledit feu tricolore (2), d'une étape de détermination d'une distance totale du parcours séparant le véhicule automobile du feu tricolore. Selon l'invention, le procédé comporte en outre la détermination d'au moins deux stratégies de roulage susceptibles d'être adoptées par le véhicule automobile pour parcourir ladite distance totale ; l'estimation des quantités de polluants émises par le véhicule automobile en adoptant chacune desdites au moins deux stratégies de roulage ; et la sélection, parmi lesdites au moins deux stratégies de roulage, de la stratégie de roulage optimale pour laquelle la quantité de polluants émise est la plus faible.

Description

DETERMI NATI ON D’UNE STRATEGI E DE ROULAGE OPTI MALE POUR UN VEHI CULE AUTOMOBI LE APPROCHANT D’UN FEU TRI COLORE

La présente invention concerne de manière générale le domaine des véhicules automobiles, et plus précisément un procédé et un système embarqué permettant de déterminer une stratégie de roulage optimale à adopter par un véhicule automobile lorsque celui-ci approche d’un feu tricolore.

Par stratégie de roulage, on entend un profil de vitesses, comprenant des accélérations, des décélérations et/ou des phases d’arrêt, éventuellement accompagnées d’un arrêt et redémarrage automatique du moteur dans le cas d’un véhicule thermique ou hybride, à faire suivre à un véhicule automobile pour l’approche et le passage d’un feu tricolore.

Par stratégie de roulage optimale, on entend ici une stratégie de roulage qui permette de réduire au maximum les émissions de polluants du véhicule automobile, néfastes pour l’environnement, et notamment ceux contenus dans les gaz d’échappement comme par exemple le dioxyde de carbone (C02), les oxydes d'azote (Nox) et les particules fines en suspension (PS)

On s’intéresse plus particulièrement dans la suite aux systèmes coopératifs routiers encore appelés systèmes de transport intelligent coopératifs (ou C-ITS, initiales anglo-saxonnes mises pour Co-operative Intelligent Transport Systems), qui sont basés sur une communication locale et directe entre les éléments du système (véhicules et unités d’infrastructure routière).

Ainsi, certains systèmes embarqués développés par différents constructeurs automobiles se montrent de plus en plus complets et capables de communiquer avec les autres véhicules présents sur la route mais aussi avec les infrastructures publiques, comme les feux tricolores. Ces systèmes, connus sous la dénomination anglo-saxonne « Vehicle-to-X >> ou « Car-to-X >> (la lettre X représentant soit un autre véhicule, soit une infrastructure publique), utilisent un réseau de communication sans fil (par exemple cellulaire, W-LAN ou VANET) pour échanger des informations avec les infrastructures routières (feux, passages à niveau, travaux, etc.), et dialoguer en continu et en temps réel via ce réseau sans fil de façon à permettre au conducteur d’être averti des dangers avant même de les apercevoir, voire à permettre un véritable pilotage automatique avec des stratégies de décélération, d’accélération, d’arrêt et de redémarrage ne nécessitant plus l’intervention du conducteur.

Comme illustré schématiquement sur la figure 1, un système coopératif pour des applications relatives aux échanges d’informations entre un véhicule automobile 1 et un feu tricolore 2, comporte essentiellement : - une unité électronique (non représentée) fixée sur le feu tricolore 2, apte notamment à générer et à transmettre périodiquement des messages par une liaison sans fil ; et - un module de bord embarqué sur le véhicule automobile comportant notamment un récepteur 10 apte à recevoir les messages, et un module de traitement (non représenté) pour extraire et traiter les données des messages reçus en fonction de l’application visée.

Les messages transmis par le feu tricolore, encore appelés messages SPAT (initiales anglo-saxonnes mises pour Signal Phase And Time Messages) comportent essentiellement des informations de localisation relatives à la position du feu, des informations d’état relatives à la phase (rouge, orange ou vert) dans laquelle se trouve le feu, et des informations temporelles relatives aux instants auxquels les changements de phases sont prévus.

Une première application possible concerne les véhicules automobiles équipés d’une fonctionnalité « Start and Go » ou « Stop and Go » visant à réduire la consommation du véhicule à l’arrêt aux feux tricolores, et par là-même l’émission de pollunats. La diffusion de l’information d’état du feu ainsi que des durées restantes pour les phases à un véhicule permet à celui-ci d’optimiser ses stratégies d’arrêt et de redémarrage. Par exemple, si le véhicule s’approche d’un feu au rouge, celui-ci remonte au véhicule l’information concernant la durée minimale à laquelle le feu va encore rester au rouge. À partir de cette information, il est possible pour un calculateur de bord du véhicule de déterminer si l’arrêt du moteur va réduire ou non la consommation globale du véhicule en tenant compte de la phase de redémarrage qui s’ensuit. De même l’information transmise va servir pour optimiser l’instant du redémarrage qui sera déclenché quelques secondes avant le passage au vert.

Une autre application possible concerne les systèmes appelés GLOSA (initiales anglo-saxonnes mises pour Green Light Optimized Speed Advisory) ou ”Onde verte", permettant au véhicule automobile de déterminer la vitesse optimale qu’il doit adopter à l’approche d’un feu pour passer le feu au vert, sans s’arrêter. Dans cette application, les feux tricolores d’un axe sont de préférence mis en réseau afin de leur permettre de se synchroniser. Les usagers sont informés sur la vitesse conseillée à adopter pour passer tous les feux suivants au vert.

La figure 2 illustre schématiquement les différentes étapes généralement mises en œuvre par le module de traitement embarqué sur le véhicule 1 dans le cadre d’un algorithme 110 de type GLOSA, et telles que décrites notamment dans le document « Performance study of a Green Light Optimized Speed Advisory (GLOSA) Application Using an Intégrative Cooperative ITS Simulation Platform » (Katsaros et al, 2011 IEEE - 978-1-4577-9538-2/11) :

Le traitement débute par la réception d’un message SPAT (étape 100) par le récepteur 10 embarqué, pour l’extraction des informations contenues dans le message. En utilisant l’information de localisation transmise par le feu, et connaissant la position du véhicule (déduite par exemple des informations d’un système de navigation 11 type GPS ou autre embarqué sur le véhicule), le module de traitement peut calculer la distance totale DTl du parcours séparant le véhicule automobile 1 du feu tricolore 2 (étape 111). Connaissant par ailleurs la vitesse courante U0 du véhicule 1 et son accélération courante a0, le module de traitement procède alors à une estimation du temps TTl nécessaire pour que le véhicule automobile 1 parcoure cette distance totale DTl (Etape 112). Cette estimation se fait généralement en utilisant le système d’équations suivant :

si a0 Φ 0 A l’issue du traitement, le module de traitement est apte à fournir une vitesse conseillée VG en fonction de l’état occupé par le feu tricolore 2 au bout du temps estimé TTL (étape 119), et en tenant compte de préférence à des informations Umin, Umax correspondant à des limitations de vitesses respectivement minimum et maximum de la route empruntée, lorsqu’elles sont connues.

Par exemple, si le feu tricolore 2 est censé être à l’état vert à l’issue du temps TTL, le véhicule pourra continuer de rouler en atteignant si possible la limitation de vitesse maximum Umax (étapes 113 et 114). Si le feu tricolore 2 est censé être à l’état rouge à l’issue du temps TTL, le système estimera une vitesse Ut selon la relation :

dans laquelle TR correspond à la durée supplémentaire nécessaire pour que le feu passe au vert (étapes 115 et 116).

Enfin, si le feu tricolore 2 est censé être à l’état orange à l’issue du temps Til, le système estimera une vitesse Ut selon la relation :

dans laquelle TR + TG correspond à la durée supplémentaire nécessaire pour que le feu passe au vert (étapes 117 et 118).

Dans les systèmes utilisant l’algorithme GLOSA précité, il n’y a néanmoins aucune recherche a priori d’optimisation de la vitesse à des fins de réduction d’émission de polluants.

D’autres systèmes connus pour les véhicules électriques ou hybrides préconisent d’adopter une stratégie de roulage particulière, notamment, mais pas exclusivement, à l’approche d’un feu tricolore, faisant intervenir au moins une phase de freinage pour permettre à un système de récupération d’énergie au freinage de recharger la batterie du véhicule. Dans le cas d’un véhicule hybride, ce type de stratégie peut aider à améliorer globalement les quantités d’émission de polluants

Aujourd’hui, il n’est pas rare qu’on prévoit d’équiper un véhicule à moteur thermique ou hybride d’au moins deux des systèmes précédents permettant chacun de définir des stratégies de roulage. Néanmoins, même lorsque ces systèmes coexistent sur un même véhicule, ils sont utilisés de manière complètement indépendante les uns des autres, et, comme on l’a vu, pas toujours, pour certains de ces systèmes, dans l’optique directe de réduire les émissions de polluants émise par le véhicule.

La présente invention a pour but de pallier les inconvénients et limitations précédents en proposant une meilleure utilisation des stratégies de roulage susceptibles d’être proposées au niveau d’un véhicule automobile, et ce dans le but d’optimiser les émissions en polluants.

Pour ce faire, la présente invention a pour premier objet un procédé pour la détermination d’une stratégie de roulage optimale à adopter par un véhicule automobile lorsque ledit véhicule automobile approche d’un feu tricolore, le procédé comprenant une étape de réception par un système embarqué sur ledit véhicule automobile d’un message émis par ledit feu tricolore , d’une étape de détermination d’une distance totale du parcours séparant le véhicule automobile du feu tricolore, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre : - une étape de détermination d’au moins deux stratégies de roulage susceptibles d’être adoptées par le véhicule automobile pour parcourir ladite distance totale ; - une étape d’estimation des quantités de polluants émises par le véhicule automobile en adoptant chacune desdites au moins deux stratégies de roulage ; - une étape de sélection, parmi lesdites au moins deux stratégies de roulage, de la stratégie de roulage optimale pour laquelle la quantité de polluants émise est la plus faible.

Selon d’autres caractéristiques additionnelles possibles : - une desdites au moins deux stratégies de roulage peut comprendre l’adoption d’une vitesse conseillée estimée par ledit système embarqué pour que le véhicule automobile passe sans s’arrêter au feu tricolore ; - ladite vitesse conseillée peut être estimée à partir d’une estimation du temps nécessaire pour que le véhicule automobile parcoure ladite distance totale et d’une détermination de l’état occupé par le feu tricolore au bout du temps estimé ; - une desdites au moins deux stratégies de roulage peut comprendre un profil de vitesses nécessitant au moins une étape de freinage ; - le profil de vitesses est déterminé de préférence pour rendre possible une phase d’arrêt du véhicule automobile au feu tricolore ; - ladite phase d’arrêt du véhicule automobile au feu tricolore peut comporter une phase d’arrêt complet d’un moteur thermique du véhicule automobile ; - si ledit véhicule automobile est un véhicule hybride alimenté par une batterie électrique pour un fonctionnement en mode électrique, le profil de vitesses nécessitant au moins une étape de freinage est déterminé par un système de récupération d’énergie au freinage embarqué sur ledit véhicule automobile pour permettre une recharge de la batterie électrique. L’invention a également pour objet un système pour la détermination d’une stratégie de roulage optimale à adopter par un véhicule automobile lorsque ledit véhicule automobile approche d’un feu tricolore, selon le procédé précédent, le système comportant : -des moyens de détermination d’au moins deux stratégies de roulage susceptibles d’être adoptées par le véhicule automobile pour parcourir ladite distance totale ; -des moyens d’estimation des quantités de polluants émises par le véhicule automobile en adoptant chacune desdites au moins deux stratégies de roulage ; -des moyens de sélection, parmi lesdites au moins deux stratégies de roulage, de la stratégie de roulage optimale pour laquelle la quantité de polluants émise est la plus faible. L’invention sera mieux comprise au vu de la description suivante, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 illustre schématiquement un véhicule automobile équipé d’un système possible conforme à l’invention, à l’approche d’un feu tricolore ;

- la figure 2 donne un synoptique simplifié d’un algorithme GLOSA connu ; - la figure 3 illustre schématiquement les étapes du procédé selon l’invention ; - la figure 4 illustre deux exemples de profils de vitesses en fonction de la distance pour un même véhicule, et la figure 5 représentent deux exemples de profils d’émission de polluants correspondant ; - la figure 6 illustre d’autres exemples de profils de vitesses en fonction du temps pour un même véhicule.

Comme cela a été décrit en introduction, en référence à la figure 1, un véhicule automobile 1 susceptible de pouvoir utiliser le procédé selon l’invention dispose: - d’un récepteur 10 apte à recevoir les messages émis par un feu tricolore 2, et un module de traitement (non représenté) pour extraire et traiter les données des messages reçus en fonction de l’application visée ; - d’un récepteur 11, par exemple un récepteur de signaux satellites de type GPS, pour l’aide à la navigation, à partir duquel le véhicule automobile 1 connaît sa position.

En conséquence, sur réception d’un message émis par le feu tricolore 2 et reçu par le récepteur 11, le module de traitement non représenté est apte à déterminer au minimum, connaissant sa position et sa vitesse, la distance totale Djl de parcours le séparant du feu.

Le véhicule automobile 1 est en outre équipé de différents systèmes (au moins deux) permettant d’établir des stratégies de roulage susceptibles d’être adoptées par le véhicule pour s’approcher et passer le feu tricolore.

Dans l’exemple représenté à titre non limitatif, le véhicule automobile 1 est équipé de trois de ces systèmes :

Plus précisément, un premier système schématisé par la référence 12 sur la figure 1 est un module de traitement de type GLOSA apte à déterminer une stratégie de roulage avec l’adoption d’une vitesse conseillée pour que le véhicule automobile 1 passe le feu tricolore 2 sans nécessiter de s’arrêter. Comme cela a été indiqué précédemment, un tel système, connu en soi, permet d’estimer la vitesse conseillée à partir d’une estimation du temps nécessaire pour que le véhicule automobile parcoure la distance totale Djl et d’une détermination de l’état occupé par le feu tricolore au bout du temps estimé.

Un deuxième système schématisé par la référence 13 permet de déterminer un profil de vitesses rendant nécessaire un arrêt du véhicule automobile 1 au feu tricolore, avec de préférence, un arrêt du moteur thermique (Fonctionnalité dite « Start and Go » ou « Stop and Go » en terminologie anglo-saxonne).

Un troisième système schématisé par la référence 14, représente un système de récupération d’énergie au freinage. Dans ce cas, le système 14 est apte à déterminer une stratégie de roulage avec un profil de vitesses nécessitant au moins une étape de freinage, l’opération de freinage permettant à des moteurs de recharger la batterie du véhicule. On notera que dans ce cas, le profil peut ou non comporter une phase d’arrêt au feu tricolore, ainsi qu’une phase d’arrêt complet du moteur.

Dans cet exemple, chaque système est donc apte à déterminer une stratégie de roulage donnée pour l’approche du feu tricolore 2. On dispose donc ici de trois stratégies de roulage possibles.

Conformément à l’invention, et comme résumé sur la figure 3, le procédé consiste donc, à partir de la détermination d’au moins deux stratégies de roulage susceptibles d’être adoptées (étape 100), à déterminer la stratégie optimale en estimant (étape 110), pour chaque stratégie proposée, la quantité de polluants qui serait alors émise par le véhicule automobile 1, puis en sélectionnant (étape 120) la stratégie de roulage pour laquelle la quantité de polluants émise est la plus faible.

La quantité de polluants émise est estimée par un calculateur de bord à partir de la distance Djl, de la vitesse instantanée du véhicule, de son accélération conformément à la stratégie de roulage proposée, et en fonction de données propres au véhicule.

Différentes courbes sont présentées à présent pour illustrer le principe de l’invention.

Sur la figure 4, sont représentées deux courbes montrant deux profils de vitesses possibles pour un véhicule automobile en fonction de la distance parcourue, (entre 0 et 1000 mètres), à l’approche d’un feu tricolore situé à environ 420 mètres. La courbe Ci en pointillés illustre le profil de vitesses obtenu en adoptant une vitesse conseillée par un système appliquant l’algorithme de type GLOSA. Au niveau du feu tricolore, le véhicule ne marque donc aucun arrêt. La courbe C2 en trait plein représente le profil de vitesses lorsque l’on n’adopte pas la stratégie de roulage issues du système de type GLOSA, mais une autre stratégie de roulage consistant à décélérer à l’approche du feu, à s’arrêter au feu en arrêtant ou non le moteur, puis à repartir. La figure 5 représente, à titre d’exemple, les deux courbes C3, respectivement C4, montrant l’évolution de la quantité de dioxyde émise par le véhicule automobile en fonction de la distance parcourue, selon que l’on applique le profil de vitesse Ci, respectivement C2 de la figure 4. On constate dans cette exemple que la courbe C3 donne de meilleurs résultats en termes de quantité d’émission de polluants. Conformément au procédé selon l’invention, dans ce cas, on sélectionnera le profil de vitesse Ci, et donc la stratégie de roulage préconisée par le système de type GLOSA.

Dans d’autres cas de figures, le profil d’émission pourrait être meilleur avec la stratégie d’arrêt au feu, auquel cas la sélection de la stratégie de roulage se verrait inversée.

La figure 6 illustre d’autres exemples de profils de vitesses en fonction du temps susceptibles d’être adoptés par le véhicule automobile 1 de la figure 1 équipé des différents systèmes précités. L’instant to sur l’abscisse du graphique représente ici l’instant à compter duquel le feu tricolore passe de l’état rouge à l’état vert. La courbe C5 illustre un profil de vitesses correspondant à une stratégie de roulage déterminée par le système 12 de type GLOSA. La courbe Cq illustre un profil de vitesses correspondant à une stratégie de roulage déterminée en combinant les estimations faites par le système 12 de type GLOSA et celles faites par le système 14 de récupération d’énergie au freinage. La courbe Cj illustre un profil de vitesses correspondant à une stratégie de roulage utilisant le système 13 préconisant un arrêt du véhicule automobile alors que le feu est encore rouge, l’extinction du moteur, puis le redémarrage. D’autres profils utilisant différentes combinaison peuvent être ainsi établis. Pour chacun de ces profils, on estimera la quantité de polluants émise, et ici encore, conformément à l’invention, on sélectionnera la stratégie de roulage offrant la plus faible quantité d’émission de polluants. L’invention a été décrite en référence à un exemple de véhicule équipé de trois systèmes différents. Le même principe est cependant applicable dès lors que le véhicule est équipé d’au moins deux systèmes permettant d’obtenir deux stratégies de roulage différentes, avec des quantités d’émission de polluants associées différentes.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la détermination d’une stratégie de roulage optimale à adopter par un véhicule automobile (1) lorsque ledit véhicule automobile (1) approche d’un feu tricolore (2), le procédé comprenant une étape de réception par un système embarqué (10) sur ledit véhicule automobile (1) d’un message émis par ledit feu tricolore (2), d’une étape de détermination d’une distance totale du parcours séparant le véhicule automobile du feu tricolore, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte en outre : -une étape (100) de détermination d’au moins deux stratégies de roulage susceptibles d’être adoptées par le véhicule automobile pour parcourir ladite distance totale ; -une étape (110) d’estimation des quantités de polluants émises par le véhicule automobile en adoptant chacune desdites au moins deux stratégies de roulage ; - une étape (120) de sélection, parmi lesdites au moins deux stratégies de roulage, de la stratégie de roulage optimale pour laquelle la quantité de polluants émise est la plus faible.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’une desdites au moins deux stratégies de roulage comprend l’adoption d’une vitesse conseillée estimée par ledit système embarqué pour que le véhicule automobile (1) passe sans s’arrêter au feu tricolore.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite vitesse conseillée est estimée à partir d’une estimation du temps nécessaire pour que le véhicule automobile (1) parcoure ladite distance totale et d’une détermination de l’état occupé par le feu tricolore (2) au bout du temps estimé.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une desdites au moins deux stratégies de roulage comprend un profil de vitesses nécessitant au moins une étape de freinage.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le profil de vitesses est déterminé pour rendre possible une phase d’arrêt du véhicule automobile (1) au feu tricolore (2).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite phase d’arrêt du véhicule automobile (1) au feu tricolore (2) comporte une phase d’arrêt complet d’un moteur thermique du véhicule automobile (1)·
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que, ledit véhicule automobile (1) étant un véhicule hybride alimenté par une batterie électrique pour un fonctionnement en mode électrique, le profil de vitesses nécessitant au moins une étape de freinage est déterminé par un système de récupération d’énergie au freinage embarqué sur ledit véhicule automobile (1) pour permettre une recharge de la batterie électrique.
8. Système pour la détermination d’une stratégie de roulage optimale à adopter par un véhicule automobile (1) lorsque ledit véhicule automobile approche d’un feu tricolore (2), selon le procédé selon les revendications 1 à 7, le système comportant : -des moyens (10-14) de détermination d’au moins deux stratégies de roulage susceptibles d’être adoptées par le véhicule automobile (1) pour parcourir ladite distance totale ; -des moyens d’estimation des quantités de polluants émises par le véhicule automobile en adoptant chacune desdites au moins deux stratégies de roulage ; -des moyens de sélection, parmi lesdites au moins deux stratégies de roulage, de la stratégie de roulage optimale pour laquelle la quantité de polluants émise est la plus faible.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens (10-14) de détermination comportent un système embarqué (10, 12) apte à déterminer une vitesse conseillée pour que le véhicule automobile (1) passe sans s’arrêter au feu tricolore (2).
10. Système selon l’une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que lesdits moyens (10-14) de détermination comportent un système embarqué (13) d’arrêt et de redémarrage automatique d’un moteur thermique du véhicule automobile (1).
11.Système selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens (10-14) de détermination comportent un système embarqué (14) de récupération d’énergie au freinage pour permettre une recharge d’une batterie électrique du véhicule automobile.