FR3064367A1 - Dispositif de detection a radars pour mesurer une vitesse angulaire dans l’environnement d’un vehicule - Google Patents

Dispositif de detection a radars pour mesurer une vitesse angulaire dans l’environnement d’un vehicule Download PDF

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Abstract

Un dispositif de détection (DD) équipe un véhicule (V) et comprend : - un premier radar (R1) comportant un premier axe principal (A1) d'émission/réception d'ondes radio, et propre à délivrer un signal représentatif d'ondes radio réfléchies reçues, - un second radar (R2) comportant un second axe principal (A2) d'émission/réception d'ondes radio faisant un premier angle aigu non nul avec le premier axe principal (A1), et propre à délivrer un signal représentatif d'ondes radio réfléchies reçues, et - des moyens de traitement (MT) propres, en cas de déplacement relatif du véhicule (V) par rapport à un objet ou un corps (CP), à déterminer une vitesse angulaire représentative de ce déplacement relatif en fonction des signaux délivrés dans un intervalle de temps choisi et du premier angle.

Description

Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
DISPOSITIF DE DETECTION A RADARS POUR MESURER UNE VITESSE ANGULAIRE DANS L'ENVIRONNEMENT D'UN VEHICULE.
FR 3 064 367 - A1 \ζ]) Un dispositif de détection (DD) équipe un véhicule (V) et comprend:
- un premier radar (R1) comportant un premier axe principal (A1 ) d'émission/réception d'ondes radio, et propre à délivrer un signal représentatif d'ondes radio réfléchies reçues,
- un second radar (R2) comportant un second axe principal (A2) d'émission/réception d'ondes radio faisant un premier angle aigu non nul avec le premier axe principal (A1 ), et propre à délivrer un signal représentatif d'ondes radio réfléchies reçues, et
- des moyens de traitement (MT) propres, en cas de déplacement relatif du véhicule (V) par rapport à un objet ou un corps (CP), à déterminer une vitesse angulaire représentative de ce déplacement relatif en fonction des signaux délivrés dans un intervalle de temps choisi et du premier angle.
Figure FR3064367A1_D0001
GP
Figure FR3064367A1_D0002
i
DISPOSITIF DE DÉTECTION À RADARS POUR MESURER UNE VITESSE ANGULAIRE DANS L’ENVIRONNEMENT D’UN VÉHICULE
L’invention concerne les dispositifs de détection qui équipent certains véhicules, éventuellement de type automobile.
Certains véhicules, généralement de type automobile, comprennent au moins un dispositif de détection destiné à analyser leur environnement afin de participer à la détection d’objets ou de corps qui sont en mouvement relatif par rapport à eux. De tels dispositifs de détection comprennent généralement un générateur d’ultrasons et des capteurs ultrasoniques, ou au moins une caméra, ou un radar, ou bien un lidar. Tous ces dispositifs de détection présentent au moins un inconvénient.
Les dispositifs de détection à ultrasons s’avèrent lents, doivent générer des ultrasons de façon permanente, sont destinés à analyser un environnement proche selon un secteur angulaire réduit, et leurs ondes peuvent être absorbées par certains matériaux (notamment des vêtements).
Les dispositifs de détection à caméra(s) standards s’avèrent lents, doivent acquérir des images de façon permanente, nécessitent des traitements de données lourds, et présentent une forte sensibilité au niveau de luminosité.
Les dispositifs de détection à lidar s’avèrent très onéreux, doivent générer des ondes de façon permanente, et comportent un système mécanique qui est sensible aux vibrations et qui s’use relativement rapidement.
Les dispositifs de détection à radar doivent générer des ondes radio de façon permanente, et leurs performances sont réduites, voire très réduites, lorsque les mouvements relatifs à détecter sont sensiblement perpendiculaires à leur axe principal d’émission/réception d’ondes radio. Il a certes été proposé dans le document brevet WO 2013/004418 d’utiliser un radar dont l’antenne peut être entraînée en rotation sur environ 90° pour effectuer un balayage angulaire. Mais cette solution s’avère fragile, encombrante et onéreuse. En outre, cette solution ne peut être efficace que pendant les instants du balayage angulaire où I’axe principal de l’antenne du radar n’est pas sensiblement perpendiculaire au mouvement relatif du corps, ce qui signifie que l’on est en moyenne obligé d’attendre au moins un balayage angulaire complet pour détecter un tel corps (ce qui est mal adapté aux mouvements relatifs rapides).
L’invention a notamment pour but d’améliorer la situation en proposant une solution alternative.
Elle propose notamment à cet effet un dispositif de détection, destiné à équiper un véhicule, et comprenant un premier radar comportant un premier axe principal d’émission/réception d’ondes radio et propre à délivrer un signal représentatif d’ondes radio réfléchies reçues.
Ce dispositif de détection se caractérise par le fait qu’il comprend également :
- au moins un second radar comportant un second axe principal d’émission/réception d’ondes radio faisant, une fois le second radar installé dans le véhicule, un premier angle aigu non nul avec le premier axe principal, et propre à délivrer un signal représentatif d’ondes radio réfléchies reçues, et
- des moyens de traitement propres, en cas de déplacement relatif du véhicule par rapport à un objet ou un corps, à déterminer une vitesse angulaire représentative de ce déplacement relatif en fonction des signaux délivrés dans un intervalle de temps choisi et du premier angle.
Ainsi, en utilisant l’intensité/forme temporelle des signaux reçus par les deux radars (pointant selon deux directions différentes premier faisant un premier angle aigu), on peut calculer la vitesse angulaire, ce qui permet de détecter et mesurer les mouvements relatifs perpendiculaires à la direction radiale. On comprendra qu’ici chaque radar comprend soit une antenne d’émission/réception ayant un axe principal d’émission/réception, soit une antenne d’émission et une antenne de réception ayant des axes principaux parallèles entre eux.
Le dispositif de détection selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- ses moyens de traitement peuvent être agencés pour estimer un décalage 5 temporel entre des signaux similaires délivrés par les premier et second radars dans l’intervalle de temps choisi, et pour déterminer la vitesse angulaire en divisant le premier angle par le décalage temporel estimé ;
- le premier axe principal peut faire, une fois le premier radar installé dans le véhicule, un deuxième angle aigu non nul avec une direction choisie du îo véhicule ;
> le second axe principal peut faire, une fois le second radar installé dans le véhicule, un troisième angle aigu non nul avec la direction choisie du véhicule, la somme des deuxième et troisième angles étant égale au premier angle ;
i5 - ses premier et second radars peuvent avoir des sensibilités angulaires d’antenne similaires à des formes gaussiennes centrées respectivement sur leurs premier et second axes principaux.
L’invention propose également un équipement, propre à équiper un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un
0 dispositif de détection du type de celui présenté ci-avant.
Un tel équipement peut, par exemple, constituer un bloc optique. Ce bloc optique peut alors, par exemple, être choisi parmi un projecteur avant, un feu arrière, et un indicateur de changement de direction (ou clignotant).
L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type 25 automobile, et comprenant au moins un équipement du type de celui présenté ci-avant et/ou au moins un dispositif de détection du type de celui présenté ciavant.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur
0 lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe, un bloc optique comprenant un exemple de réalisation d’un dispositif de détection selon l’invention, et des exemples de courbes de réponse (ou sensibilités) angulaires d’antenne des radars,
- la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de réalisation d’un bloc optique comprenant un dispositif de détection selon l’invention, et
- la figure 3 illustre schématiquement au sein d’un diagramme deux exemples de courbes d’évolution temporelle des signaux délivrés par deux radars d’un dispositif de détection selon l’invention.
L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de îo détection DD destiné à équiper un véhicule V et à fournir des mesures de vitesse angulaire ω.
Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. II s’agit par exemple d’une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout véhicule, qu’il soit terrestre, maritime (ou fluvial), ou aérien.
Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le dispositif de détection DD est destiné à faire partie d’un équipement de véhicule constituant un bloc optique BO. Par exemple, ce bloc optique BO peut être un projecteur (ou phare) avant ou un feu arrière ou
0 encore un indicateur de changement de direction (ou clignotant). Mais l’invention n’est pas limitée à cette application. En effet, un dispositif de détection DD, selon l’invention, peut être associé à d’autres équipements d’un véhicule, et notamment à un pare-chocs (ou tablier) avant ou arrière ou à une calandre.
Sur la figure 1 se trouve schématiquement et fonctionnellement représenté un exemple de bloc optique BO équipant un véhicule V et comprenant un exemple de réalisation non limitatif d’un dispositif de détection DD selon l’invention.
Comme illustré sur la figure 1, un dispositif de détection DD, selon
0 l’invention, comprend au moins des premier R1 et second R2 radars et des moyens de traitement MT.
Le premier radar R1 comporte un premier axe principal A1 d’émission/réception d’ondes radio, et est propre à délivrer (sur une sortie) un signal S1 qui est représentatif d’ondes radio réfléchies et reçues. Le premier axe principal A1 est la direction de pointage privilégiée des ondes radio en émission et en réception. Il constitue donc l’axe de symétrie du lobe d’émission/réception du premier radar R1.
On comprendra qu’ici le premier radar R1 comprend soit une antenne d’émission/réception ayant un premier axe principal d’émission/réception A1, soit une antenne d’émission et une antenne de réception ayant des premiers axes principaux A1 parallèles entre eux.
Le second radar R2 comporte un second axe principal A2 d’émission/réception d’ondes radio, et est propre à délivrer (sur une sortie) un signal S2 qui est représentatif d’ondes radio réfléchies et reçues. Le second axe principal A2 est la direction de pointage privilégiée des ondes radio en émission et en réception. Il constitue donc l’axe de symétrie du lobe d’émission/réception du second radar R2.
On comprendra qu’ici le second radar R2 comprend soit une antenne d’émission/réception ayant un second axe principal d’émission/réception A2, soit une antenne d’émission et une antenne de réception ayant des seconds axes principaux A2 parallèles entre eux.
Le second axe principal A2 fait, une fois le second radar R2 installé dans le véhicule V, un premier angle Δφ aigu et non nul avec le premier axe principal A1.
De préférence, chaque radar Rj (j = 1 ou 2) comprend une même antenne pour l’émission et la réception des ondes radio. Cette antenne est, par exemple, couplée à un duplexeur qui reçoit les ondes radio générées par un émetteur (éventuellement via un guide d’onde) et qui transmet les ondes radio réfléchies et reçues à un récepteur assurant un traitement de signal. Mais dans une variante de réalisation chaque radar Rj pourrait comprendre une antenne d’émission couplée à un émetteur d’ondes radio (éventuellement via un guide d’onde) et une antenne de réception couplée à un récepteur assurant un traitement de signal des ondes radio réfléchies et reçues. Dans cette variante, l’antenne d’émission et l’antenne de réception d’un radar Rj ont des directions principales parallèles, et le premier angle Δφ est l’angle existant β
entre les axes principaux Aj des antennes de réception des radars Rj.
Chaque signal Sj (j = 1 ou 2), délivré par la sortie d’un radar Rj est, par exemple, une tension. Mais il pourrait également s’agir d’un courant.
Lorsque le dispositif de détection DD fait partie d’un bloc optique BO, 5 ses radars Rj (et plus précisément les antennes) sont de préférence placé(e)s en amont de la glace de protection GP qui ferme la cavité délimitée par son boîtier et contenant les moyens techniques assurant chaque fonction photométrique.
On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure îo 1, le premier axe principal A1 fait, une fois le premier radar R1 installé dans le véhicule V, un deuxième angle a1 aigu et non nul avec une direction choisie X du véhicule V. Lorsque le dispositif de détection DD fait partie d’un bloc optique BO ou d’un pare-chocs d’un véhicule V, cette direction choisie X peut, par exemple, être la direction longitudinale du véhicule V. Mais il pourrait i5 également s’agir de la direction transversale du véhicule V ou d’une direction oblique, par exemple comprise entre les directions longitudinale et transversale du véhicule V.
On notera également que dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, le second axe principal A2 fait, une fois le second radar R2
0 installé dans le véhicule V, un troisième angle a2 aigu et non nul avec la direction X choisie du véhicule V. Dans ce cas, la somme des deuxième a1 et troisième a2 angles est égale au premier angle Δφ (soit Δφ = cd + a2). Cela signifie qu’ici les premier A1 et second A2 axes principaux sont placés de part et d’autre de la direction X choisie du véhicule V. Mais cela n’est pas obligatoire. Par ailleurs, les deuxième cd et troisième a2 angles ne sont pas forcément égaux.
Par exemple, le premier angle Δφ peut être compris entre 0,5*δ et 2*δ, δ étant l’angle à mi-hauteur d’une Gaussienne ou l’angle pour lequel l’antenne à une sensibilité angulaire correspondant à la moitié du maximum.
0 On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure
1, que les premier R1 et second R2 radars peuvent avoir des sensibilités angulaires (ou courbes de réponse) d’antenne SA1 et SA2 similaires à des formes gaussiennes centrées respectivement sur leurs premier A1 et second
A2 axes principaux. On en comprendra l’intérêt plus loin. L’homme de l’art comprendra que c’est l’antenne de chaque radar Rj qui a une sensibilité angulaire (ou courbe de réponse) SAj. II est donc ici équivalent de parler de courbe de réponse ou sensibilité angulaire SAj d’une antenne d’un radar Rj ou de courbe de réponse ou sensibilité angulaire d’antenne SAj d’un radar Rj.
Mais des sensibilités angulaires (ou courbes de réponse) d’antenne
SAj similaires à des formes voisines de la forme Gaussienne peuvent être utilisées. Ainsi, on pourrait utiliser des sensibilités angulaires (ou courbes de réponse) d’antenne SAj similaires à une fonction de Lorentz (lorentzienne) ou îo à une fonction de Voigt.
Les moyens de traitement MT sont propres, en cas de déplacement relatif du véhicule V par rapport à un objet ou un corps CP, à déterminer une vitesse angulaire ω qui est représentative de ce déplacement relatif en fonction des signaux Sj, qui sont délivrés par les sorties des radars Rj dans un intervalle de temps FT choisi, et du premier angle Δφ entre les premier A1 et second A2 axes principaux.
II est important de noter que l’intervalle de temps FT peut être très petit. II peut même être réduit à un instant t. Par ailleurs, cet intervalle de temps FT peut être glissant.
0 Lorsque l’objet ou corps CP se déplace à une distance donnée par rapport aux antennes des deux radars R1 et R2 du véhicule V (flèche F1 de la figure 1), ou inversement, les deux radars R1 et R2 délivrent respectivement deux signaux S1 et S2 qui sont sensiblement identiques (ou similaires) mais décalés dans le temps par un décalage temporel (ou retard) τ, comme illustré sur l’exemple de diagramme de la figure 3. Les moyens de traitement MT peuvent donc être agencés pour estimer le décalage temporel i(t) entre des signaux S1 et S2 similaires délivrés par les premier R1 et second R2 radars dans l’intervalle de temps FT choisi, puis pour déterminer la vitesse angulaire ω(ΐ) en divisant le premier angle Δφ par ce décalage temporel i(t) estimé (soit
0 ω(ΐ) = Δφ/τ(ΐ)).
Contrairement au radar classique qui utilise principalement le spectre des signaux reçus par son antenne (après transformée de Fourrier) pour extraire une information de distance et/ou une information de vitesse du corps détecté (par déphasage et/ou effet Doppler), le dispositif de détection DD utilise l’intensité/forme temporelle des signaux reçus par les deux antennes pour mesurer le décalage temporel τ(ΐ) entre les signaux Sj des antennes adjacentes puis calculer la vitesse angulaire ω. Ainsi, les mouvements perpendiculaires à la direction radiale peuvent être détectés et mesurés, ce qui s’avère beaucoup plus complexe et moins efficace avec un unique radar classique (de l’art antérieur) du fait que cela repose sur sa résolution angulaire.
îo L’information de distance et/ou l’information de vitesse du corps CP peu(ven)t être également extraite(s) en utilisant l’information de distance et/ou l’information de vitesse obtenue par un traitement radar classique sur chaque signal Sj. Ainsi, on peut avoir à la fois complémentarité et redondance de l’information en utilisant le même dispositif de détection DD.
De plus, l’invention permet de mesurer le mouvement généré par des objets qui ne sont pas toujours détectés ou qui sont mal détectés par les dispositifs de détection à ultrasons ou à camera(s) à cause de leurs limites, comme par exemple les objets lointains et/ou avec peu de contraste visuel ou ayant la même couleur que l’arrière-plan, indépendamment des conditions
0 d’éclairage.
Plusieurs techniques ou méthodes peuvent être utilisées pour estimer le décalage temporel τ(ΐ). Ainsi, on peut, par exemple, utiliser une méthode dite par « corrélation >> (similaire à celle qui est notamment décrite dans le document de Mafrica, S., Servel, A., and Ruffier, F., « Towards an automatic parking System using bio-inspired 1-D optical flow sensors >>, ICVES 2015). Cette méthode consiste à retarder l’un des deux signaux Sj par différents retards η et à calculer pour chaque retard les coefficients de corrélation croisée entre le signal retardé η et celui qui n’est pas retardé, puis à prendre comme décalage temporel τ(ΐ) le retard η qui a donné une corrélation
0 maximale.
En variante, on peut, par exemple, utiliser une méthode dite par « seuillage >> (notamment décrite dans le document de Expert, F., Viollet, S., and Ruffier, F., « Outdoor field performances of insect-based Visual motion sensors », Journal of Field Robotics (2011)). Cette méthode consiste à définir une valeur de signal comme seuil Ss et à calculer à l’aide d’un compteur (ou « timer ») le temps qui passe entre un premier dépassement de ce seuil Ss et un deuxième dépassement de ce seuil Ss.
On notera que l’utilisation de courbes de réponse ou sensibilités angulaires SAj des antennes des deux radars R1 et R2 de formes gaussiennes (ou équivalentes) permet d’estimer plus facilement le décalage temporel i(t). Cela résulte du fait qu’une sensibilité angulaire d’antenne SAj similaire à une forme gaussienne correspond à un filtrage spatial de type îo passe-bas.
On notera également que la vitesse angulaire ω(ΐ) est une information qui est représentative à la fois de la vitesse relative de cet objet CP et de la distance radar Rj / objet CP. Mais les moyens de traitement MT sont capables de la mesurer sans passer par une mesure/estimation de la vitesse relative de i5 cet objet CP ou de la distance radar Rj / objet CP, ni d’ailleurs par une détection de l’objet CP.
Cette vitesse angulaire ω(ΐ) peut être déterminée (ou mesurée) pour chaque intervalle de temps FT très rapidement, typiquement selon une fréquence de quelques kHz. Elle peut donc être notamment utilisée pour
0 détecter des mouvements (éventuellement incohérents) et donc de potentiels dangers dans l’environnement du véhicule V, ou pour le guidage automatique du véhicule V, éventuellement en combinaison avec d’autres informations fournies par d’autres moyens de détection (par exemple à ultrasons ou à camera(s)).
On notera également que dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, le dispositif de détection DD ne comprend que deux radars R1 et R2. Mais il pourrait en comprendre plus de deux, par exemple trois ou quatre, voire plus encore. L’utilisation de plus de deux radars permet de mesurer des vitesses angulaires locales (entre chaque couple de radars
0 adjacents) suivant différentes directions. Il est ainsi possible, si on le souhaite, d’analyser l’intégralité de l’environnement du véhicule V avec un ou plusieurs dispositifs de détection DD.
A titre d’exemple, les moyens de traitement MT peuvent être agencés ίο sous la forme de tout composant électronique (ou circuit intégré) numérique et/ou analogique ayant une unité de calcul. Ainsi, il pourra, par exemple, s’agir d’un (micro)processeur, ou d’un (micro)contrôleur, ou d’un DSP, ou d’un FPGA ou encore d’un ASIC.
On notera également, comme illustré non limitativement sur la figure
1, que les radars Rj et les moyens de traitement MT peuvent être éventuellement installés sur une plaque de support PS, comme par exemple une carte à circuits imprimés, éventuellement de type PCB (« Printed Circuit Board >>), rigide ou flexible (de type « Flex »).
îo L’invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels :
- une haute vitesse de traitement des données,
- un fonctionnement indépendant de la luminosité extérieure,
- une possibilité de détection tout autour du véhicule,
- une complémentarité/redondance avec d’autres moyens de détection 15 embarqués dans le véhicule,
- une augmentation de la fonctionnalité et de la fiabilité/précision des moyens de détection d’autres types qui sont éventuellement embarqués en complément dans les véhicules.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de détection (DD) propre à équiper un véhicule (V) et 5 comprenant un premier radar (R1) comportant un premier axe principal (A1) d’émission/réception d’ondes radio et propre à délivrer un signal représentatif d’ondes radio réfléchies reçues, caractérisé en ce qu’il comprend en outre i) au moins un second radar (R2) comportant un second axe principal (A2) d’émission/réception d’ondes radio faisant, une fois ledit second radar (R2) îo installé dans ledit véhicule (V), un premier angle aigu non nul avec ledit premier axe principal (A1), et propre à délivrer un signal représentatif d’ondes radio réfléchies reçues, et ii) des moyens de traitement (MT) propres, en cas de déplacement relatif dudit véhicule (V) par rapport à un objet ou un corps (CP), à déterminer une vitesse angulaire représentative dudit déplacement 15 relatif en fonction desdits signaux délivrés dans un intervalle de temps choisi et dudit premier angle.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour estimer un décalage temporel entre des signaux similaires délivrés par lesdits premier (R1) et second (R2)
    2 0 radars dans ledit intervalle de temps choisi, et pour déterminer ladite vitesse angulaire en divisant ledit premier angle par ledit décalage temporel estimé.
  3. 3. Dispositif selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit premier axe principal (A1) fait, une fois ledit premier radar (R1) installé dans ledit véhicule (V), un deuxième angle aigu non nul avec une
    25 direction choisie dudit véhicule (V).
  4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit second axe principal (A2) fait, une fois ledit second radar (R2) installé dans ledit véhicule (V), un troisième angle aigu non nul avec ladite direction choisie dudit véhicule (V), la somme desdits deuxième et troisième angles étant égale
    3 0 audit premier angle.
  5. 5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits premier (R1) et second (R2) radars ont des sensibilités angulaires d’antenne similaires à des formes gaussiennes centrées respectivement sur leurs premier (A1 ) et second (A2) axes principaux.
  6. 6. Equipement (BO) pour un véhicule (V), caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de détection (DD) selon l’une des revendications précédentes.
    5
  7. 7. Equipement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il constitue un bloc optique.
  8. 8. Equipement selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il est choisi parmi un projecteur avant, un feu arrière, et un indicateur de changement de direction.
    îo
  9. 9. Véhicule (V), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un équipement (BO) selon l’une des revendications 6 à 8 et/ou au moins un dispositif de détection (DD) selon l’une des revendications 1 à 5.
  10. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.
    1/1
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