FR3048943A1

FR3048943A1 - Systeme d’assistance, fonction de la contribution du conducteur du vehicule

Info

Publication number: FR3048943A1
Application number: FR1652244A
Authority: FR
Inventors: Sergey Abrashov; Francois Aioun; Franck Guillemard; Mathieu Moze; Xavier Moreau; Rachid Malti
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Peugeot Citroen Automobiles SA; Universite de Bordeaux; Institut Polytechnique de Bordeaux
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Universite de Bordeaux; Institut Polytechnique de Bordeaux; PSA Automobiles SA
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: FR3048943B1

Abstract

Un système d'assistance (SA), équipe un véhicule (V) comprenant une colonne de direction (CD) actionnable par un volant et un moteur (MCD) produisant un couple d'assistance, et comprend : - des premiers moyens de calcul (MC1) déterminant un angle de référence en fonction d'informations représentatives du véhicule (V) et de son environnement, et - des seconds moyens de calcul (MC2) comportant des moyens d'estimation (ME) estimant des valeurs de paramètres primaires d'un modèle paramétrique, représentatif du suivi de l'angle de référence par le conducteur en présence du couple d'assistance, en fonction des angle du volant, couple d'assistance et angle de référence, et obtenant du modèle paramétrique un indicateur représentatif d'une contribution du conducteur dans le suivi de l'angle de référence par action sur le volant, et des moyens de régulation (MR) déterminant un prochain couple d'assistance en fonction des indicateur, angle du volant, angle de référence et couple d'assistance.

Description

SYSTÈME D’ASSISTANCE, FONCTION DE LA CONTRIBUTION DU CONDUCTEUR DU VÉHICULE L’invention concerne les véhicules qui comprennent une colonne de direction dont la position angulaire peut être contrôlée par un système d’assistance.

Comme le sait l’homme de l’art, certains véhicules, généralement de type automobile, comprennent une colonne de direction qui est actionnable par un volant et par un moteur propre à produire un couple d’assistance et faisant généralement partie du système de direction assistée. Ces véhicules comprennent parfois également un système d’assistance qui est au moins chargé de déterminer, d’une part, un angle de référence (représentatif de l’angle que devrait prendre le volant) en fonction d’informations qui les représentent (et notamment leur dynamique) et d’informations qui sont représentatives de leur environnement, et, d’autre part, le couple d’assistance que doit produire le moteur de la colonne de direction en fonction d’un angle du volant en cours et de l’angle de référence déterminé.

De tels systèmes d’assistance peuvent, selon leur configuration, contrôler le positionnement de leur véhicule par rapport à la direction transversale à la route et éventuellement assister les conducteurs dans la conduite de leur véhicule, voire parfois conduire leur véhicule sans que le conducteur n’agisse sur le volant (on parle alors de conduite autonome).

Pour une question de sécurité, lorsqu’un véhicule comprend un système d’assistance, son conducteur doit toujours avoir la possibilité de reprendre son contrôle au moins partiellement, et en particulier celui de son volant. C’est notamment indispensable lorsque le système d’assistance sort de son domaine de fonctionnement, par exemple du fait d’une situation de vie non couverte ou d’un dysfonctionnement. Par conséquent, un système d’assistance doit être capable de partager la conduite avec le conducteur.

Un tel partage induit un dilemme entre le confort et la sécurité. En effet, le couple d’assistance qui est appliqué à la colonne de direction doit suivre l’angle de référence mais ne doit pas gêner le conducteur en situation de partage de la conduite. Ce dilemme résulte du fait qu’aujourd’hui on ne règle que le gain statique de la boucle de régulation ou le couple maximal autorisé, sans jamais tenir compte de la contribution effective du conducteur. Cela induit plusieurs inconvénients.

En effet, en présence d’un mauvais réglage, qui n’assure pas un confort d’utilisation, le conducteur va se sentir soit trop assisté (impression de ne pas contrôler réellement le véhicule), soit pas suffisamment assisté (impression d’une assistance inefficace). Généralement, la plupart des conducteurs trouve le couple d’assistance trop fort et donc gênant, et par conséquent préfère ne pas être assisté plutôt que de ne pas maîtriser le contrôle du véhicule, alors même que la sécurité est meilleure avec l’assistance.

Par ailleurs, l’assistance est la même pour tous les conducteurs alors que la notion de confort varie d’un conducteur à l’autre. Par conséquent, il est impossible d’avoir un même réglage satisfaisant tous les conducteurs.

De plus, dans le cas d’une conduite automatisée, il est difficile (voire impossible) de régler la boucle de régulation de sorte qu’elle assure en même temps le suivi de l’angle de référence en l’absence de contribution du conducteur et le confort du conducteur dans les phases de partage du contrôle. L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.

Elle propose notamment à cet effet un système d’assistance, d’une part, destiné à équiper un véhicule comprenant une colonne de direction actionnable par un volant et par un moteur propre à produire un couple d’assistance, et, d’autre part comprenant des premiers moyens de calcul propres à déterminer un angle de référence (que devrait prendre le volant) en fonction d’informations représentatives du véhicule et d’un environnement de ce dernier, et des seconds moyens de calcul propres à déterminer le couple d’assistance à produire en fonction d’un angle du volant en cours et de l’angle de référence déterminé.

Ce système se caractérise par le fait que ses seconds moyens de calcul comprennent : - des moyens d’estimation propres à estimer des valeurs de paramètres primaires d’un modèle paramétrique, représentatif du suivi de l’angle de référence par le conducteur en présence du couple d’assistance, en fonction de l’angle du volant en cours, du couple d’assistance en cours et de l’angle de référence en cours, et à alimenter le modèle paramétrique avec les valeurs de paramètres primaires estimées pour obtenir un indicateur représentatif d’une contribution du conducteur dans le suivi de l’angle de référence par action sur le volant, - des moyens de régulation propres à déterminer un prochain couple d’assistance à produire en fonction de l’indicateur obtenu, de l’angle du volant en cours, de l’angle de référence déterminé et du couple d’assistance en cours.

En tenant compte de la contribution effective du conducteur dans le calcul du couple d’assistance, il est désormais possible d’assurer le confort de l’utilisateur en respectant les contraintes de sécurité. Notamment, on peut désormais réduire le niveau d’assistance de façon intelligente lorsque le conducteur reprend le contrôle du véhicule.

Le système selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - les moyens de régulation peuvent être agencés pour déterminer une prochaine variation de couple d’assistance (ΔΤΑ) en fonction d’une variation de couple d’assistance en cours, et des indicateur déterminé, angle du volant en cours et angle de référence déterminé, et pour déterminer le prochain couple d’assistance à produire en fonction de cette prochaine variation de couple d’assistance déterminée et du couple d’assistance en cours ; • les moyens de régulation peuvent être agencés pour déterminer une première valeur intermédiaire en soustrayant de la prochaine variation de couple d’assistance une deuxième valeur intermédiaire qui résulte d’une différence entre une troisième valeur intermédiaire, résultant d’une intégration de la première valeur intermédiaire, et le couple d’assistance en cours. Dans ce cas, ils sont également agencés pour déterminer le prochain couple d’assistance en saturant la troisième valeur intermédiaire jusqu’à une valeur maximale choisie ; - le modèle paramétrique (de l’ensemble conducteur / colonne de direction) peut être défini par l’équation θν = Gi*Ta + G2*0ref, où Gi et G2 sont des fonctions de transfert construites avec les paramètres primaires, θν est l’angle du volant, Ta est le couple d’assistance et 0ref est l’angle de référence ; > Gi peut être égal à (a2*s2 + a-i*s + a0)'1, où s est une variable de Laplace, et ao, a-ι, a2 et bo sont les paramètres primaires, et G2 peut être égal à bo*Gi ; > les moyens de régulation peuvent être agencés pour réaliser une saturation des paramètres primaires estimés jusqu’à des valeurs maximales choisies pour produire l’indicateur. Par exemple, la valeur maximale choisie peut être égale à un, de sorte que l’indicateur soit compris entre zéro et un ; - les moyens de régulation peuvent être agencés pour appliquer un filtrage de type passe-bas, avec une fréquence de coupure choisie, au moins à l’angle du volant en cours et à l’angle de référence en cours pour obtenir des valeurs filtrées. L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant, d’une première part, une colonne de direction actionnable par un volant et par un moteur propre à produire un couple d’assistance, et, d’une deuxième part, un système d’assistance du type de celui présenté ci-avant. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comprenant un système d’assistance selon l’invention, et - la figure 2 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un système d’assistance selon l’invention. L’invention a notamment pour but de proposer un système d’assistance SA destiné à équiper un véhicule V comprenant une colonne de direction CD, actionnable par un volant et par un moteur MCD.

Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule comprenant une colonne de direction actionnable par un volant et par un moteur.

On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de véhicule V comprenant une colonne de direction CD et un système d’assistance SA selon l’invention (éventuellement de conduite autonome).

La colonne de direction CD est couplée à un volant (non représenté) et à un moteur MCD, éventuellement de type électrique et faisant par exemple partie d’un dispositif de direction assistée ou d’un autre système d’assistance.

Le volant permet au conducteur du véhicule V d’exercer sur la colonne de direction CD un couple Te avec l’une au moins de ses mains.

On notera qu’un capteur CA est couplé à la colonne de direction CD afin de mesurer l’angle du volant θν.

Le moteur MCD est chargé d’appliquer un couple d’assistance Ta à la colonne de direction CD lorsqu’il en reçoit l’ordre du système d’assistance SA.

Le système d’assistance SA comprend des premiers MC1 et seconds MC2 moyens de calcul.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, les premiers MC1 et seconds MC2 moyens de calcul sont implantés dans un calculateur qui fait partie du système d’assistance SA. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, ils pourraient être implantés dans un autre calculateur embarqué dans le véhicule V, comme par exemple celui qui est chargé de superviser le groupe motopropulseur du véhicule V, ou constituer chacun un calculateur. Par conséquent, les premiers MC1 et seconds MC2 moyens de calcul peuvent être réalisés sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software >>), ou bien d’une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware >>) et de modules logiciels.

Les premiers moyens de calcul MC1 sont agencés de manière à déterminer un angle de référence 0ref (que devrait prendre le volant) en fonction d’informations lv qui sont représentatives du véhicule V et d’informations Ie qui sont représentatives d’un environnement du véhicule V.

Les informations lv représentatives du véhicule V peuvent, par exemple, être fournies par un calculateur embarqué dans le véhicule V et chargé d’analyser sa dynamique. Par exemple, ces informations lv peuvent être représentatives de la position géographique en cours du véhicule V et/ou de la vitesse en cours du véhicule V et/ou de l’accélération en cours du véhicule V.

Les informations Ie représentatives de l’environnement du véhicule V peuvent, par exemple, être fournies par un calculateur embarqué dans le véhicule V et chargé, au moins, d’analyser son environnement. Ce calculateur détermine ces informations d’environnement Ie à partir de données qui sont acquises par des moyens d’acquisition embarqués dans le véhicule V et/ou transmises au véhicule V par des véhicules voisins (fonction Car2X) et/ou des stations d’informations voisines, par exemple par voie d’ondes. Les moyens d’acquisition peuvent, par exemple, comprendre au moins une caméra et/ou au moins un laser de balayage et/ou au moins un radar ou lidar. Ils sont au moins chargés d’analyser l’environnement situé devant le (ou en amont du) véhicule V.

Par exemple, ces informations d’environnement Ie peuvent être représentatives de la portion de route située devant le véhicule V, et en particulier de sa courbure et/ou de ses dimensions, de la distance en cours séparant le véhicule V d’un véhicule situé devant lui (ou en amont, ou à côté) ou derrière lui (ou en aval), de la vitesse ou accélération en cours d’un véhicule situé en amont ou en aval ou à côté du véhicule V, ou de la présence d’un virage ou d’un rond-point en amont, ou des conditions météorologiques en cours.

Les seconds moyens de calcul MC2 sont agencés de manière à déterminer le couple d’assistance Ta que le moteur MCD doit produire, en fonction de l’angle du volant θν en cours et de l’angle de référence 0ref venant d’être déterminé par les premiers moyens de calcul MC1. Ils comprennent à cet effet des moyens d’estimation ME et des moyens de régulation MR.

Les moyens d’estimation ME sont agencés de manière à estimer des valeurs de paramètres primaires d’un modèle paramétrique qui est représentatif du suivi de l’angle de référence 0ref par le conducteur en présence du couple d’assistance Ta (déterminé par les moyens de régulation MR), en fonction de l’angle du volant θν en cours, du couple d’assistance Ta en cours et de l’angle de référence 0ref en cours. Ils sont également agencés de manière à alimenter le modèle paramétrique avec les valeurs de paramètres primaires qu’ils ont estimées pour obtenir un indicateur ic représentatif d’une contribution du conducteur dans le suivi de l’angle de référence 0ref par action sur le volant.

Les moyens de régulation MR sont agencés de manière à déterminer un prochain couple d’assistance TA(t+1) à produire en fonction de l’indicateur ic obtenu par les moyens d’estimation ME, de l’angle du volant θν en cours, de l’angle de référence 0ref déterminé par les premiers moyens de calcul MC1, et du couple d’assistance en cours TA(t). On comprendra que l’instant t est l’instant en cours et que l’instant t+1 est l’instant qui suit immédiatement l’instant t en cours (au sens calcul).

On notera qu’il est préférable de saturer les paramètres primaires estimés au moyen d’un module de saturation MS pour éviter une dérive des moyens d’estimation ME. A titre d’exemple, on peut borner le paramètre primaire a0 entre 3 et 70, on peut borner le paramètre primaire a^ entre 0,2 et 6, on peut borner le paramètre primaire a2 entre 0,01 et 0,5, et on peut borner le paramètre primaire bo entre 0 et 70.

Plusieurs modèles paramétriques peuvent être utilisés, et notamment ceux qui sont décrits dans les documents « Estimation fréquentielle par modèle non entier et approche ensembliste : application à la modélisation de la dynamique du conducteur », Khemane, thèse, Bordeaux 2011, « Optimal experiment design for driver steering dynamics identification » de S. Abrashov, M. Moze, X. Moreau, R. Malti et F. Guillemard, ECC15, pp. 2120-2125, « Fractional modeling of driver’s dynamics. Parti : passive feedback and steering wheel » de X. Moreau, F. Khemane, R. Malti et J.-L. Mermoz, Journal of Applied and Nonlinear Dynamics, 2014, et « Fractional modeling of driver’s dynamics. Part2 : set membership approach for steering feel and Visual feedback » de F. Khemane, R. Malti, and X. Moreau, Journal of Applied and Nonlinear Dynamics (JAND), 2014. L’utilisation d’un modèle paramétrique est particulièrement utile lorsque l’on veut calculer le couple d’assistance optimal au moyen d’une approche par commande prédictive. Cette approche présente en effet plusieurs avantages. Elle est simple à réaliser de façon adaptative et permet d’intégrer explicitement les futures actions du conducteur, prédites par le modèle paramétrique. Plus précisément, la commande prédictive est ici la stratégie de régulation qui optimise les futures valeurs de couple d’assistance pour que le futur angle du volant θν soit le plus proche possible de l’angle de référence 0ref désiré. Le futur angle du volant est calculé sur une période de temps fixée (horizon de prédiction hp) en utilisant le modèle paramétrique du système (par exemple G1 et G2 mentionné plus loin).

Mathématiquement, l’approche par commande prédictive peut être définie par l’équation suivante :

où Auopt(k) représente la variation d’entrée optimale (ici du couple du volant), Δΐί (k) représente la variation d’entrée, T représente l’opérateur de transposée, w(k) représente l’angle de référence, y(k) représente la sortie du système (ici l’angle du volant θν prédit), et V et R sont des matrices de pondération. On peut remarquer que le problème est formulé par rapport à la variation d’entrée. Ceci est nécessaire pour annuler l’erreur statique de suivi.

Par exemple, on peut utiliser un modèle paramétrique défini par l’équation θν = Gi*Ta + G2*0ref, où Gi et G2 sont des fonctions de transfert construites avec les paramètres primaires, θν est l’angle du volant, Ta est le couple d’assistance et 0ref est l’angle de référence. On comprendra que Gi est ici une première fonction de transfert entre le couple d’assistance Ta et l’angle du volant θν, et G2 est ici une seconde fonction de transfert entre l’angle de référence 0ret et l’angle du volant θν.

Par exemple, on peut choisir :

où s est une variable de Laplace (substituable par jeu pour obtenir une impédance complexe), et a0, a2 et bo sont les paramètres primaires du modèle paramétrique, et G2 est égal à bo*Gi.

Cet exemple de modèle paramétrique prend en compte la dynamique de la colonne de direction CD, les propriétés passives moyennes du corps humain, les réflexes moyens du conducteur, et la poursuite visuelle de l’angle de référence du conducteur 0ref,c· En considérant ici que l’angle de référence du conducteur 0ref,c est égal à l’angle de référence 0ref (déterminé par le premier module M1), on a alors trois comportements différents du conducteur : - si le conducteur est absent, le paramètre bo est nul, et donc le conducteur ne suit pas du tout l’angle de référence 0ref et le modèle paramétrique correspond au modèle de la dynamique de la colonne de direction CD avec l’assistance, - si le conducteur est passif, le paramètre b0 reste petit, mais la valeur de a0 augmente et représente la résistance du conducteur au couple d’assistance

Ta, - si le conducteur est actif, la valeur de b0 tend vers celle de a0, et la seconde fonction de transfert G2 entre l’angle de référence 0ref et l’angle du volant 0v tend vers un (1) en régime permanent.

Pour déterminer les valeurs des paramètres primaires et produire l’indicateur ic (par exemple sous la forme d’un signal), il est actuellement nécessaire de les estimer en ligne. Dans ce cas, le modèle paramétrique du conducteur peut être réécrit sous la forme suivante :

Cette dernière équation peut être réécrite sous une forme causale :

Cette dernière équation peut être réécrite sous la forme d’une régression linéaire :

où k est le numéro d’échantillon de l’instant correspondant (même si le modèle paramétrique choisi est en temps continu, les données sont échantillonnées), et où les signaux ayant l’indice f sont les signaux filtrés par

Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 2, ce sont les moyens d’estimation ME qui déterminent

(et donc les paramètres primaires).

Tant que le problème demeure linéaire, des algorithmes d’identification récursifs peuvent être utilisés par les moyens d’estimation ME des seconds moyens de calcul MC2, et en particulier l’algorithme de descente du gradient qui est défini par les équations :

où J est l’espérance de l’erreur de sortie, E est l’espérance mathématique qui est calculée de façon empirique, Qvj est l’angle du volant mesuré et filtré et §vj est l’angle du volant estimé et filtré.

Les moyens d’estimation ME des seconds moyens de calcul MC2 peuvent utiliser différents algorithmes de descente de gradient, et notamment un algorithme des moindres carrés (ou LMS), un algorithme des moindres carrés récursifs (ou RLS) et un algorithme de variable instrumentale récursive (ou RIV).

Avec l’algorithme LMS, la toute dernière équation devient :

L’inconvénient de cet algorithme LMS réside dans le fait qu’il impose de choisir un gain μ qui dépend de l’ordre de grandeur des paramètres primaires et qui influe sur la rapidité du calcul. Afin de ne pas avoir à fixer un tel gain, il est possible d’utiliser l’algorithme des moindres carrés récursifs (ou RLS) qui utilise une variation dynamique du gain et qui est défini par :

où λ est un scalaire appelé facteur d’oubli, Pk est l’estimation de la matrice des covariance (4x4), et Kk est le gain d’estimation (1x4).

Cet algorithme RLS est plus rapide que l’algorithme LMS. Cependant, dans certains cas de bruit coloré il peut produire des estimations biaisées des valeurs des paramètres primaires. Pour éviter cet inconvénient, on peut alors utiliser l’algorithme de variable instrumentale récursive (ou RIV). La différence entre les algorithmes RLS et RIV réside dans la façon de calculer le vecteur x. Pour la méthode RIV, les valeurs mesurées de 0vfk sont remplacées par les valeurs 4>kxk estimées lors de l’itération précédente.

On notera que dans les algorithmes RLS et RIV le facteur d’oubli λ apparaît. En fixant λ = 1, les seconds moyens de calcul MC2 n’oublient pas les échantillons précédents et le résultat d’identification tient compte de tous les échantillons des mesures de l’angle du volant. En diminuant le facteur d’oubli λ, le poids des anciennes estimations diminue exponentiellement. A titre d’exemple, on peut choisir un facteur d’oubli λ compris entre 0,95 et 0,99. Ce choix permet de fixer le compromis rapidité / bruit.

Le problème lié au facteur d’oubli λ est corrélé au problème de persistance des signaux fournis aux moyens d’estimation ME (angle du volant, angle de référence, couple d’assistance). Tant que ces signaux n’excitent pas suffisamment les moyens d’estimation ME, la matrice P, correspondant à la matrice de covariance, tend vers l’infini et l’estimation diverge. Pour remédier à cet inconvénient on peut faire varier le facteur d’oubli λ en fonction de la persistance du signal d’entrée. A cet effet, on peut, par exemple, utiliser l’équation :

où trace(Pk) est la somme des éléments diagonaux de Pk, λο est le facteur d’oubli désiré, et y(k) est l’estimation du facteur de persistance. En utilisant cette équation le facteur d’oubli λ tend vers 1 quand les moyens d’estimation ME ne sont pas suffisamment excités.

Pour appliquer un principe de commande prédictive, il est nécessaire de discrétiser le modèle paramétrique, par exemple en utilisant la transformation de Tustin. Il est aussi nécessaire de modifier l’équation définissant l’exemple de modèle paramétrique en introduisant un terme intégral Δ = 1 - Z1, où Z = e~jCÙ pour que les moyens de régulation MR puissent rejeter l’erreur statique :

où l’indice d désigne le caractère discret, dt est l’intervalle d’échantillonnage, ΔΤα(ζ) est la variation du couple d’assistance, et ΔΘΓθί(ζ) est la variation de l’angle d’assistance.

Comme illustré, les moyens de régulation MR comprennent un sous-module de calcul SMC chargé d’estimer la prochaine valeur de ΔΤΑ(ζ) en fonction au moins de la valeur en cours de ΔΤΑ(ζ), de l’angle de référence 0ref, de l’angle du volant θν et des paramètres primaires estimés et de préférence saturés.

On notera que le modèle paramétrique discret aurait pu être directement identifié. Mais dans la pratique, cette approche présente plusieurs inconvénients. En effet, les valeurs des paramètres primaires du modèle paramétrique discret dépendent de l’intervalle d’échantillonnage. Par conséquent, tant que les contraintes d’implantation ne sont pas totalement définies, la forme continue est préférable, car les valeurs des paramètres primaires du modèle paramétrique continu sont indépendantes de l’échantillonnage des données. De plus, il y a moins de paramètres primaires dans le modèle paramétrique continu et ces paramètres primaires sont plus faciles à interpréter.

On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure 2, qu’il est avantageux que les moyens de régulation MR comprennent un module de filtrage MF chargé d’appliquer un filtrage de type passe-bas T(z), avec une fréquence de coupure u>c choisie, à l’angle de référence 0ref déterminé par les premiers moyens de calcul MC1, au couple d’assistance TA et à l’angle du volant mesuré θν, pour imposer la dynamique de régulation désirée et négliger l’impact du bruit.

En présence du module de filtrage MF, l’équation définissant le modèle paramétrique discret devient :

où T1 (Z) représente le filtrage passe-bas.

En passant dans le domaine temporel, l’équation qui précède se réécrit :

En utilisant cette dernière équation on peut alors prédire les futures valeurs de l’angle du volant en utilisant l’expression suivante :

où l’indice f désigne le futur, l’indice p désigne le passé, et les signes , désignent respectivement les valeurs futures et passées des valeurs (ou signaux).

Cette dernière expression peut alors être réécrite :

Le vecteur du futur angle du volant est alors donné par :

Si l’on définit le filtrage réalisé par chaque module de filtrage MF avec la relation T(z) = 1 + t^z-1 + t2z-2on obtient les transformations des paramètres non-filtrés en fonction des paramètres filtrés sous la forme matricielle suivante :

La même transformation peut être utilisée pour tous les paramètres du modèle paramétrique. Par conséquent, l’expression finale de l’angle du volant prédit est :

En injectant l’expression précédente dans l’équation définissant l’approche par commande prédictive, on obtient comme solution ATA(k) qui est déterminé par les sous-moyens de calcul SMC :

Le calcul est alors répété à chaque pas (k) par les sous-moyens de calcul SMC, et seule la première valeur de la commande est appliquée à la colonne de direction CD par le moteur MCD :

où Kx est la première ligne de la matrice K.

Comme il n’est pas toujours possible de connaître à l’avance le futur angle de référence, on suppose ici que w(k + t) = w(k),vi > 0 (il est rappelé que w(k) représente ici l’angle de référence du volant.

Dans la dernière équation, les termes ΐ^ΔΘ^Ο) - Ê2A0ref,f(k) correspondent aux actions du conducteur qui sont destinées au suivi de l’angle de référence et les termes PATAf(k) - Q0vf(k) représentent la dynamique du conducteur et de la colonne de direction CD. Autrement dit, si le conducteur suit bien l’angle de référence, les termes Ê1A0refjf(k) - Ë2A0ref,f(k) réduisent le couple d’assistance, comme une boucle de contre réaction obtenue par filtrage de la référence. Les termes PATAf(k) - Q0vf(k) permettent de tenir compte de la présence du conducteur, ainsi que des caractéristiques de son corps et de son état actuel (par exemple la fatigue). Les paramètres primaires du modèle paramétrique sont ajustés en temps réel grâce aux moyens d’estimation ME.

Une fois que les moyens de régulation MR ont déterminé la prochaine variation de couple d’assistance ATA(k) (en fonction de la variation de couple d’assistance en cours, et des indicateur ic déterminé, angle du volant en cours et angle de référence déterminé), ils sont agencés pour déterminer le prochain couple d’assistance TA à produire en fonction de cette prochaine variation de couple d’assistance ATA(k) déterminée et du couple d’assistance en cours TA.

Pour ce faire, les moyens de régulation MR peuvent, comme illustré non limitativement sur la figure 2, être agencés pour déterminer une première valeur intermédiaire vil en soustrayant de la prochaine variation de couple d’assistance une deuxième valeur intermédiaire vi2 résultant d’une différence entre une troisième valeur intermédiaire vi3, résultant d’une intégration de la première valeur intermédiaire vil, et le couple d’assistance en cours TA, et pour déterminer le prochain couple d’assistance en saturant la troisième valeur intermédiaire vi3 jusqu’à une valeur maximale choisie.

Dans ce cas, les moyens de régulation MR comprennent : - un premier sous-module de calcul M1 chargé de soustraire de la prochaine variation de couple d’assistance ATA(k) la deuxième valeur intermédiaire vi2, pour produire la première valeur intermédiaire vil, - un deuxième sous-module de calcul M2 chargé d’intégrer la première valeur intermédiaire vil pour obtenir la troisième valeur intermédiaire vi3. Cette intégration est de préférence de type (1 - Z'1)'1 (dès que le modèle utilisé par les moyens de régulation MR produit la variation du couple à appliquer ATa, il est nécessaire de reproduire le vrai couple qui est une intégrale de cette variation), - un troisième sous-module de calcul M3 chargé de saturer la troisième valeur intermédiaire vi3 jusqu’à une valeur maximale choisie pour produire le prochain couple d’assistance TA. Cette saturation est destinée à limiter la sortie des moyens de régulation MR pour limiter le couple d’assistance Ta- Par exemple, cette limite peut être comprise entre 5 Nm et 8 Nm, car cela correspond à un effort auquel le conducteur peut résister, - un quatrième sous-module de calcul M4 chargé de soustraire de la troisième valeur intermédiaire vi3 le couple d’assistance en cours TA pour déterminer la deuxième valeur intermédiaire vi2.

On notera que pour éviter une saturation du système SA il est avantageux, comme illustré non limitativement sur la figure 2, que les moyens de régulation MR comprennent également un cinquième sous-module de calcul M5 destiné à appliquer une anti-saturation à la deuxième valeur intermédiaire vi2 avant qu’elle n’alimente le premier sous-module de calcul M1. L’anti-saturation (ou « anti-windup ») est un simple gain qui sert à éviter la divergence des signaux intermédiaires lorsque la commande calculée dépasse le niveau de la saturation.

On notera également que les performances des moyens de régulation MR peuvent être réglées en choisissant les matrices de pondération V, R et le filtrage T(z). Les modules de filtrage MF (qui appliquent le filtrage T(z)) peuvent être choisis en fonction du bruit des mesures (il doit en effet couvrir la bande passante et couper les fréquences hors de cette bande passante). Les matrices de pondération V et R agissent sur le compromis entre la qualité du suivi et la puissance du signal de commande (ou couple d’assistance) Ta. Ils peuvent, par exemple, être choisis de sorte que V = ^R = I, où I est la matrice identité et σ est le coefficient de pondération. En augmentant la valeur de σ, la puissance du couple d’assistance TA est réduite et le système SA répond plus lentement, à l’inverse en diminuant σ, le système SA devient plus rapide mais la puissance du couple d’assistance TA est plus importante. Des réglages plus complexes, connus de l’homme de l’art et disponibles dans la littérature, peuvent être utilisés. Ainsi, on peut par exemple utiliser ceux qui sont décrits dans le document «Tunning MPC for desired closed-loop performances» de G. Shah et S. Engell, American Control Conférence (ACC), 2011, pages 4404-4409, ou dans le document « Generalized prédictive control tunning by controller matching » de Q. N. Tran, R. Octaviano, L. Ozkan et A. C. P. M. Backx, American Control Conférence (ACC), 2014, pages 4889-4894. L’invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : - une amélioration notable de l’ergonomie de l’assistance, du fait que l’adaptation de l’assistance (de couple) évite que le conducteur intervienne dans le réglage des paramètres autorisés du système SA, - une amélioration notable du confort d’utilisation de l’assistance par rapport à une assistance classique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système d’assistance (SA) pour un véhicule (V) comprenant une colonne de direction (CD) actionnable par un volant et par un moteur (MCD) propre à produire un couple d’assistance, ledit système (SA) comprenant des premiers moyens de calcul (MC1) propres à déterminer un angle de référence en fonction d’informations représentatives dudit véhicule (V) et d’un environnement de ce dernier (V), et des seconds moyens de calcul (MC2) propres à déterminer ledit couple d’assistance à produire en fonction d’un angle du volant en cours et dudit angle de référence déterminé, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de calcul (MC2) comprennent i) des moyens d’estimation (ME) propres à estimer des valeurs de paramètres primaires d’un modèle paramétrique, représentatif du suivi dudit angle de référence par ledit conducteur en présence dudit couple d’assistance, en fonction desdits angle du volant en cours, couple d’assistance en cours et angle de référence en cours, et à alimenter ledit modèle paramétrique avec ces valeurs de paramètres primaires estimées pour obtenir un indicateur représentatif d’une contribution du conducteur dans le suivi de l’angle de référence par action sur le volant, et ii) des moyens de régulation (MR) propres à déterminer un prochain couple d’assistance à produire en fonction desdits indicateur obtenu, angle du volant en cours, angle de référence déterminé et couple d’assistance en cours.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit modèle paramétrique est défini par l’équation θν = Gi*Ta + G2*0ref, où Gi et G2 sont des fonctions de transfert construites avec lesdits paramètres primaires, θν est ledit angle du volant, Ta est ledit couple d’assistance et 0ref est ledit angle de référence.
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que Gi est égal à (a2*s2 + ai*s + ao)'1, où s est une variable de Laplace, et ao, ai, a2 et bo sont lesdits paramètres primaires, et G2 est égal à bo*Gi.
4. Dispositif selon l’une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation (MR) sont agencés pour réaliser une saturation desdits paramètres primaires estimés jusqu’à des valeurs maximales choisies pour produire ledit indicateur.
5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation (MR) sont agencés pour déterminer une prochaine variation de couple d’assistance en fonction d’une variation de couple d’assistance en cours, et desdits indicateur déterminé, angle du volant en cours et angle de référence déterminé, et pour déterminer ledit prochain couple d’assistance à produire en fonction de ladite prochaine variation de couple d’assistance déterminée et dudit couple d’assistance en cours.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation (MR) sont agencés pour déterminer une première valeur intermédiaire en soustrayant de ladite prochaine variation de couple d’assistance une deuxième valeur intermédiaire résultant d’une différence entre une troisième valeur intermédiaire, résultant d’une intégration de ladite première valeur intermédiaire, et ledit couple d’assistance en cours, et pour déterminer ledit prochain couple d’assistance en saturant ladite troisième valeur intermédiaire jusqu’à une valeur maximale choisie.
7. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de régulation (MR) sont agencés pour appliquer un filtrage de type passe-bas, avec une fréquence de coupure choisie, au moins audit angle du volant en cours et audit angle de référence en cours pour obtenir des valeurs filtrées.
8. Véhicule (V) comprenant une colonne de direction (CD) actionnable par un volant et par un moteur (MCD) propre à produire un couple d’assistance, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un système d’assistance (SA) selon l’une des revendications précédentes.
9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.