FR3086385A1 - Procede et systeme de calibration de capteurs embarques dans un vehicule automobile en mouvement - Google Patents

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Philippe Gougeon
Aurelien Ramseyer
Philippe Andrianavalona
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Valeo Schalter und Sensoren GmbH
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
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    • 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
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Abstract

Pour calibrer au moins un capteur embarqué dans un véhicule automobile, on effectue des étapes de : production (10) de données relatives à des mouvements du véhicule, par une centrale inertielle embarquée dans le véhicule; transmission (12) de ces données à une unité de calibration distincte du capteur ; et correction (14), par l'unité de calibration, de paramètres liés à la position et au fonctionnement du capteur dans son environnement, à partir des données produites par la centrale inertielle.

Description

PROCEDE ET SYSTEME DE CALI BRATI ON DE CAPTEURS EMBARQUES DANS UN VEHICULE AUTOMOBI LE EN MOUVEMENT
La présente invention se rapporte à un procédé et un système de calibration de capteurs embarqués dans un véhicule automobile en mouvement. Elle se rapporte également à un véhicule automobile équipé d’un tel système.
L’invention appartient au domaine des systèmes de calibration et trouve application dans le secteur automobile, pour la calibration des capteurs embarqués lorsque le véhicule est en mouvement.
Dans la présente demande, on entend par calibration d’un capteur l’ensemble des opérations de correction effectuées sur les paramètres dits extrinsèques du capteur lors de la recherche de la référence la plus parfaite possible entre le capteur et son environnement extérieur.
Par ailleurs, par paramètres extrinsèques du capteur, on entend l’ensemble des paramètres définissant les relations entre le capteur et son environnement extérieur (par exemple sa position dans cet environnement), par opposition aux paramètres intrinsèques de ce même capteur (qui définissent les propriétés du capteur découlant de ses composants internes).
Les solutions connues pour la calibration des capteurs embarqués dans un véhicule automobile utilisent le traitement d’images ou le traitement de signaux qui sont issus du capteur objet de la calibration. Le document US-A2016 0161602 décrit une telle auto-calibration d’un capteur constitué par une caméra. Néanmoins, dans ce document, pendant la calibration, le véhicule portant la caméra est à l’arrêt.
Lorsque le véhicule est en mouvement, le fait d’utiliser les ressources du capteur pour effectuer sa calibration induit un ralentissement de son fonctionnement, voire une instabilité due à la boucle de traitement.
Ces inconvénients sont particulièrement marqués lorsque les phénomènes physiques à l’origine de la nécessité de la calibration sont des phénomènes rapides, tels qu’un freinage intense, le franchissement d’un dos d’âne ou encore le roulage sur une route pavée.
Or dans ces situations, les paramètres extrinsèques des capteurs sont affectés par le mouvement dynamique du véhicule. Par exemple, lorsque le capteur est une caméra, la distance entre la caméra et l’objet vu par la caméra augmente ou diminue par rapport à l’hypothèse théorique d’un monde plat. De façon similaire, pour un scanner laser, la hauteur de certains objets peut aussi diminuer ou augmenter par rapport à l’état normal plat.
Dans le cas des caméras, on utilise habituellement un traitement d’images sur le flux optique afin de compenser les mouvements dynamiques du flux vidéo. Dans le cas des scanners laser, on utilise habituellement le traitement de signaux du faisceau inférieur qui touche la route comme données témoin pour cette compensation.
Ces méthodes de calibration en ligne (i.e. pendant que le véhicule est en mouvement) de l’art antérieur ont leurs limites, en particulier en cas de mouvements rapides ou irréguliers du véhicule.
L’absence de compensation des mouvements du véhicule a pour conséquence directe une erreur sur la position des objets lorsque ce véhicule est porteur d’une caméra mal calibrée, ou une erreur sur la position du nuage de points reçu en retour par le scanner laser mal calibré lorsque le véhicule en est équipé.
Or l’exactitude et la précision des capteurs du véhicule sont des prérequis essentiels pour le bon fonctionnement des aides à la conduite. Ces prérequis deviennent même cruciaux dans le cas du véhicule autonome.
L’invention a pour but de remédier à au moins un des inconvénients précités de l’art antérieur.
Dans ce but, la présente invention propose un procédé de calibration d’au moins un capteur embarqué dans un véhicule automobile, remarquable en ce qu’il comporte des étapes de :
production de données relatives à des mouvements du véhicule, par une centrale inertielle embarquée dans le véhicule ;
transmission de ces données à une unité de calibration distincte du capteur ; et correction, par l’unité de calibration, de paramètres liés à la position et au fonctionnement du capteur dans son environnement, à partir des données produites par la centrale inertielle.
Ainsi, le processus de calibration du capteur est totalement indépendant des opérations de mesure réalisées par ce même capteur. Cela permet au traitement de signaux ou d’images effectué par le capteur de se dérouler plus rapidement, sachant que les données pour la calibration du capteur sont produites en totalité par la centrale inertielle.
Par ailleurs, l’invention permet d’accroître l’utilité et donc la valeur de la centrale inertielle en lui conférant cette nouvelle fonction de calibration en plus de son usage premier.
En outre, les capteurs de la centrale inertielle sont difficiles à pirater, à contrefaire ou à leurrer, étant donné que le seul principe physique utilisé par la centrale inertielle est le principe fondamental de la dynamique, découlant de la rotation de la terre. La centrale inertielle est donc considérée comme un capteur robuste, qui peut être utilisé pour des opérations à faible risque d’erreur ou de panne.
Selon une caractéristique particulière possible, la centrale inertielle produit des données d’accélération linéaire suivant trois directions mutuellement orthogonales dans l’espace.
Cela permet de définir parfaitement dans l’espace l’accélération linéaire du véhicule et donc des capteurs dont il est porteur.
Selon une caractéristique particulière possible, la centrale inertielle produit en outre des données de vitesse de rotation autour de trois axes correspondant respectivement auxdites trois directions.
Cela permet de définir parfaitement dans l’espace la vitesse de rotation du véhicule et donc des capteurs dont il est porteur.
Dans un mode particulier de réalisation, l’unité de calibration est située dans un module télématique contenu dans le véhicule.
En variante, l’unité de calibration peut être située dans un module calculateur de fonctions d’aide à la conduite ou de perception des routes et des objets contenu dans le véhicule.
Ces deux modes de réalisation permettent d’intégrer l’unité de calibration dans des modules préexistants, ce qui en limite l’encombrement.
Dans un mode particulier de réalisation, la centrale inertielle est un système micro-électro-mécanique ou MEMS (en anglais Micro Electro
Mechanical System).
Ainsi, la technologie existante MEMS est compatible avec l’invention.
Selon une caractéristique particulière possible, le capteur est une caméra fonctionnant dans le spectre visible ou infrarouge ou une caméra thermique.
Ces exemples ne sont pas limitatifs et l’invention s’applique à tout type de capteur contenu dans le véhicule.
Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un système de calibration d’au moins un capteur embarqué dans un véhicule automobile, remarquable en ce qu’il comporte le capteur, une centrale inertielle et une unité de calibration distincte du capteur adaptés à mettre en œuvre des étapes d’un procédé de calibration tel que succinctement décrit ci-dessus.
Selon une caractéristique particulière possible, la centrale inertielle comporte au moins un accéléromètre et au moins un gyroscope.
Cela permet de disposer de données concernant respectivement l’accélération du véhicule suivant une direction déterminée et sa vitesse de rotation suivant un axe correspondant à une direction déterminée.
Toujours dans le même but, la présente invention propose aussi un véhicule automobile, remarquable en ce qu’il comporte un système de calibration tel que succinctement décrit ci-dessus.
Les caractéristiques particulières et les avantages du système de calibration et du véhicule étant similaires à ceux du procédé de calibration, ils ne sont pas rappelés ici.
D’autres aspects et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d’exemples nullement limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est un organigramme illustrant des étapes d’un procédé de calibration conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; et
- la figure 2 illustre de façon schématique un système de calibration conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation.
On considère dans ce qui suit un véhicule automobile équipé d’au moins un capteur. Ce capteur peut être une caméra qui fonctionne dans le spectre visible ou infrarouge ou encore une caméra thermique, orientée vers l’extérieur du véhicule, par exemple de façon à détecter des obstacles. Ce capteur peut aussi être un laser, ou encore un radar, ou encore un capteur à ultrasons, cette liste d’exemples n’étant nullement limitative.
Ce capteur présente des paramètres intrinsèques et des paramètres extrinsèques. A titre d’exemple non limitatif, lorsque le capteur est une caméra, la focale de la caméra et l’alignement de la lentille par rapport au centre optique sont des paramètres intrinsèques, tandis que la position de la caméra dans le véhicule est un paramètre extrinsèque.
Le véhicule automobile considéré ici comporte par ailleurs une centrale inertielle ou IMU (en anglais Inertial Measurement Unit).
Une centrale inertielle est un équipement connu en soi, qui comporte des éléments de mesure de l’accélération linéaire suivant les directions longitudinale X, latérale Y et verticale Z, qui sont mutuellement orthogonales et des éléments de mesure de la vitesse de rotation, autour des axes correspondant aux directions X, Y et Z, de l’objet sur ou dans lequel elle est placée.
Typiquement, une centrale inertielle comporte trois accéléromètres mesurant respectivement l’accélération longitudinale suivant les directions précitées X, Y et Z et trois gyroscopes mesurant respectivement la vitesse de rotation autour des axes correspondant aux directions X, Y et Z.
Une centrale inertielle peut également comporter des magnétomètres.
Comme le montrent les figures 1 et 2, une première étape 10 d’un procédé de calibration, conforme à l’invention, d’un capteur 22 (représenté sur la figure 2) embarqué dans le véhicule automobile, consiste, pour une centrale inertielle 24 (représentée sur la figure 2) embarquée dans le véhicule, à produire des données relatives à des mouvements du véhicule.
A titre d’exemple nullement limitatif, le capteur 22 peut être une caméra. Cette caméra peut fonctionner dans le spectre visible et/ou dans le spectre infrarouge. Elle peut aussi être une caméra thermique.
La centrale inertielle 24 peut être située dans divers emplacements du véhicule, en tant que composant indépendant, ou en tant que partie d’un module télématique contenu dans le véhicule, ou encore en tant que partie de l’unité électronique de commande (ECU, en anglais Electronic Control Unit) des systèmes d’aide à la conduite ou ADAS (en anglais Advanced Driving Assistance Systems). Dans tous les cas, elle est solidarisée au châssis du véhicule afin de garantir le bon fonctionnement de ses accéléromêtres et de ses gyroscopes.
La centrale inertielle 24 peut être réalisée suivant différentes technologies : elle peut être un système micro-électro-mécanique ou MEMS, ou bien être réalisée à partir de gyro-lasers, ou encore à partir de quapasons (marque déposée).
La centrale inertielle 24 produit par exemple des données d’accélération linéaire suivant la direction longitudinale X du véhicule via un premier accéléromètre, des données d’accélération linéaire suivant la direction latérale Y du véhicule via un deuxième accéléromètre et des données d’accélération linéaire suivant la direction verticale Z du véhicule via un troisième accéléromètre.
La centrale inertielle 24 produit aussi par exemple des données de vitesse de rotation du véhicule autour de l’axe X via un premier gyroscope, des données de vitesse de rotation du véhicule autour de l’axe Y via un deuxième gyroscope et des données de vitesse de rotation du véhicule autour de l’axe Z via un troisième gyroscope.
Puis lors d’une deuxième étape 12 du procédé de calibration, la centrale inertielle 24 transmet les données précitées à une unité 26 de calibration (représentée sur la figure 2). Ces données transitent entre la centrale inertielle 24 et l’unité 26 de calibration sur le bus de données CAN (réseau local de commande, en anglais Controller Area Network) du véhicule.
Conformément à la présente invention, l’unité 26 de calibration est distincte du capteur 22 objet de la calibration, comme le montre la figure 2. Ainsi, les ressources de traitement du capteur 22 ne sont pas sollicitées pour la calibration de ce capteur 22.
Un système 20 de calibration du capteur 22 conforme à l’invention comporte le capteur 22, la centrale inertielle 24 et l’unité 26 de calibration.
L’unité 26 de calibration peut par exemple être située dans un module télématique contenu dans le véhicule.
En variante, l’unité 26 de calibration peut être située dans un module calculateur de fonctions d’aide à la conduite ou de perception des routes et des objets, également contenu dans le véhicule. Un tel module est en effet prévu dans le synoptique fonctionnel du véhicule autonome de la SAE (société des ingénieurs de l’automobile, en anglais Society of Automotive Engineers).
Comme le montre la figure 1, après l’étape 12 de transmission des données à l’unité 26 de calibration, cette dernière effectue une étape 12 de calibration comportant des opérations de correction de paramètres extrinsèques du capteur 22, c’est-à-dire des opérations de correction de paramètres liés à la position et au fonctionnement du capteur 22 dans son environnement.
Ces corrections, qui comportent par exemple des additions et/ou des soustractions et/ou des changements de repère, sont réalisées à partir des données relatives aux mouvements du véhicule produites par la centrale inertielle 24, ces données étant par construction précises, robustes et résistantes aux éventuelles attaques logicielles.
Il est à noter qu’en lieu et place d’une centrale inertielle dédiée, on pourrait utiliser les accéléromètres et les gyroscopes du module de freinage ESC (contrôle électronique de stabilité, en anglais Electronic Stability Control) ou ESP (programme électronique de stabilité, en anglais Electronic Stability Program), si le véhicule en est équipé, pour fournir les données d’accélération linéaire et de vitesse de rotation du véhicule.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de calibration d’au moins un capteur (22) embarqué dans un véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte des étapes de :
    production (10) de données relatives à des mouvements dudit véhicule, par une centrale inertielle (24) embarquée dans ledit véhicule ;
    transmission (12) desdites données à une unité (26) de calibration distincte dudit capteur ; et correction (14), par ladite unité (26) de calibration, de paramètres liés à la position et au fonctionnement dudit capteur (22) dans son environnement, à partir desdites données produites par ladite centrale inertielle (24).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de ladite étape (10) de production de données, ladite centrale inertielle (24) produit des données d’accélération linéaire suivant trois directions mutuellement orthogonales dans l’espace.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lors de ladite étape (10) de production de données, ladite centrale inertielle (24) produit en outre des données de vitesse de rotation autour de trois axes correspondant respectivement auxdites trois directions.
  4. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite unité (26) de calibration est située dans un module télématique contenu dans ledit véhicule.
  5. 5. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite unité (26) de calibration est située dans un module calculateur de fonctions d’aide à la conduite ou de perception des routes et des objets contenu dans ledit véhicule.
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite centrale inertielle (26) est un système micro-électro-mécanique ou MEMS.
  7. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit capteur (22) est une caméra fonctionnant dans le spectre visible ou infrarouge ou une caméra thermique.
  8. 8. Système (20) de calibration d’au moins un capteur (22) embarqué dans
    5 un véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte ledit capteur (22), une centrale inertielle (24) et une unité (26) de calibration distincte dudit capteur (22) adaptés à mettre en œuvre des étapes d’un procédé de calibration selon l’une quelconque des revendications précédentes.
  9. 10 9. Système (20) selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite centrale inertielle (24) comporte au moins un accéléromètre et au moins un gyroscope.
    10.Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte un système (20) de calibration selon la revendication 8 ou 9.
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