FR3098778A1 - Procédé et dispositif embarqué d’aide à la conduite avec tracé de contour de voie dépassé - Google Patents

Abstract

Procédé et dispositif embarqué d’aide à la conduite avec tracé d’un contour de voie dépassée. L’invention concerne un dispositif et un procédé embarqué d’aide à la conduite d’un véhicule (VEH) comprenant : - une étape de détection d’un contour de voie situé à l’avant d’un point de référence du véhicule, - une étape de génération d’une représentation (C) dudit contour de voie détecté, - une étape de dépassement d’une partie dudit contour de voie détecté par déplacement dudit véhicule, - une étape de projection d’un point (O) de référence véhicule (VEH) sur la représentation (C), - une étape de tracé du contour de voie dépassé à partir du point projeté (M’). Figure pour l’abrégé : Fig. 1b

Description

Procédé et dispositif embarqué d’aide à la conduite avec tracé de contour de voie dépassé

La présente invention concerne un procédé et un dispositif embarqué d’aide à la conduite avec génération du tracé de contour de voie dépassé.

Les contours de voie au sol sont traditionnellement détectés par les capteurs du véhicule pour l’assister dans sa conduite, en revanche ces contours de voie ne font pas l’objet d’une mémorisation pour une utilisation ultérieure.

Dans le document WO201468094 certaines informations du passé, tel que les historiques de virages, sont utilisés pour la génération d’un horizon d’un système avancé d'aide à la conduite.

Dans le document US10160281 une carte de l’historique de conduite est construite à partir de mesures de la rugosité de la route le long des trajets effectués, cette caractéristique représentant la qualité de la route servant alors à anticiper le choix du profil de suspension à appliquer au système de suspension.

Ces historiques de comportement de conduite ou de qualité de route ne permettent donc pas de localiser les véhicules de derrière par rapport aux voies et d’anticiper leur comportement, ni de proposer au conducteur une représentation de l’environnement arrière sans que le véhicule ne dispose de moyen de perception environnemental, tel que caméra, à l’arrière.

Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant un procédé embarqué d’aide à la conduite avec tracé du contour de voie dépassé. Cette caractéristique permet en effet de définir les voies délimitées par les tracés du contour de voie dépassé et de pouvoir associer des objets détectés auxdites voies et d’y appliquer les règles de conduite et/ou d’afficher lesdites voies et lesdits objets sur lesdites voies sans disposer de caméra arrière. En effet, deux radars arrière par exemple apporteraient des informations mais ces informations ne seraient pas assez fiables pour représenter qualitativement l’environnement arrière au conducteur et constituer pour lui une aide à la décision, sachant que des informations erronées sont au contraire une source de danger. De plus, un radar peut détecter des objets et des bords de voie mais pas des lignes de marquage au sol.

A cette fin, l'invention propose un procédé embarqué d’aide à la conduite d’un véhicule comprenant :
- une étape de détection d’un contour de voie situé à l’avant d’un point de référence du véhicule,
- une étape de génération d’une représentation dudit contour détecté,
- une étape de définition de déplacement,
- une étape de projection du point de référence du véhicule sur la représentation,
- une étape de tracé dudit contour dépassé à partir du point projeté ;
ce qui permet sur la base d’informations disponibles géométriques et cinématiques de pouvoir reconstituer, sans capteur supplémentaire, ni connectivité avec d’autres véhicules, le contour dépassé.

Grâce à l’invention, applicable aussi pour un véhicule autonome, le contour de voie détecté permet de constituer le tracé du marquage au sol dépassé sans disposer de caméra arrière ou de tout autre capteur arrière détectant des contours de voie.

Selon des modes particuliers de réalisation : le contour de voie est un marquage au sol et/ou un bord de voie.

Selon une caractéristique avantageuse lesdites étapes sont exécutées parallèlement pour plusieurs contours de voie, ce qui rend le procédé adaptable à tout type de voie de circulation, même complexe.

Selon une autre caractéristique avantageuse, la représentation dudit contour est une clothoïde, ou un polynôme d’ordre 3, ou une suite de polynômes d’ordre 3 ou une spline de clothoïdes.

Selon une autre caractéristique avantageuse, l’étape de projection comprend au moins une sous-étape itérative de recherche du point de projection du point de référence du véhicule sur la représentation, notamment par utilisation d’une méthode d’optimisation de Newton-Raphson, ce qui optimise le temps de projection.

Selon une autre caractéristique avantageuse, l’étape de projection comporte une sous-étape d’initialisation de la au moins une sous-étape itérative de recherche à partir d’un premier point identifié de la représentation dudit contour.

Avantageusement, la représentation dudit contour est une clothoïde de longueur L, de courbure de l’origine c0 et de taux de variation de la courbure c1, et ledit premier point est le milieu de la clothoïde.

Selon une caractéristique avantageuse, la projection est orthogonale, dans une tolérance de 5° environ, ce qui est simple à identifier trigonométriquement.

Selon une autre caractéristique avantageuse, l’étape de tracé comporte une sous-étape de calcul de points intermédiaires dont le pas de discrétisation est fonction de la vitesse du véhicule, ce qui permet un tracé optimisé sans point à faible valeur ajoutée.

Selon une autre caractéristique avantageuse, une sortie de l’étape de tracé dudit contour dépassé est un nuage de points, ce qui permet ultérieurement une mémorisation et une gestion de la mémoire simple.

Selon une autre caractéristique avantageuse, l’étape de génération d’une représentation dudit contour détecté comprend une sous-étape de recalcul de la longueur de la représentation dudit contour.

L’avantage de comporter une étape de mémorisation d’au moins une partie du tracé dudit contour dépassé permet un affichage du passé du trajet.

.Selon une caractéristique avantageuse, l’étape de projection comporte une sous-étape de validation dudit point de référence du véhicule projeté sur la représentation, ce qui permet de robustifier la projection.

Selon une autre caractéristique avantageuse, l’étape de tracé comporte une sous-étape visant à ordonner géométriquement lesdits points intermédiaires, ce qui permet de ne garder dans la mémoire que les points les plus pertinents.

Selon une autre caractéristique avantageuse, le procédé comporte une sous-étape visant à évaluer une erreur associée au point projeté par calcul de la variance et propagation d’erreur, ce qui permet de robustifier le procédé.

Avantageusement le point de référence du véhicule correspond au milieu du segment constitué par un essieu arrière du véhicule, ce qui permet de mieux représenter le véhicule, notamment lors d’un changement de voie, pour éviter les fausses détections de changement de voie.

Avantageusement, le procédé comprend une étape d’affichage sur un écran du tracé dudit contour dépassé

Selon une autre caractéristique avantageuse, le procédé comprend une étape d’association d’un objet à une voie délimitée au moins partiellement par ledit tracé dudit contour dépassé, ce qui permet de pouvoir afficher la situation des objets détectés à l’arrière du véhicule par rapport aux voies tracées affichées.

L'invention concerne également un dispositif embarqué d’aide à la conduite comportant :
- un moyen de détection d’un contour de voie situé à l’avant d’un point de référence du véhicule, notamment un capteur, et plus particulièrement une caméra avant,
- un moyen de génération d’une représentation dudit contour,
- un moyen de définition de déplacement
- un moyen de projection du point de référence du véhicule sur la représentation,
- un moyen de tracé dudit contour dépassé à partir du point projeté, ce dispositif présente des avantages analogues à ceux du procédé.

L’invention concerne également un véhicule automobile qui comporte un tel dispositif, ledit véhicule étant notamment dépourvu de moyen de détection de contour situé à l’arrière dudit point de référence.

L’invention concerne également un programme d’ordinateur comprenant des instructions pour mettre en œuvre les étapes d’un tel procédé lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur, les avantages étant les mêmes que ceux du procédé.

Les dessins annexés illustrent l’invention :

la figure 1a illustre le principe de l’invention au moment du démarrage du véhicule et

la figure 1b illustre le principe de l’invention à l’instant suivant ayant lieu après un déplacement.

La figure 2 représente un logigramme fonctionnel du procédé conforme à l’invention.

La figure 3 représente un synoptique du procédé selon l’invention.

La figure 4 représente un logigramme de l’étape de projection du procédé selon l’invention.

La figure 5 représente une illustration de l’étape de tracé du procédé selon l’invention.

La figure 6a représente une illustration d’une sous-étape de l’étape de tracé du procédé selon l’invention pour un premier cas d’usage.

La figure 6b représente une illustration d’une sous-étape de l’étape de tracé du procédé selon l’invention pour un deuxième cas d’usage.

La figure 7 représente une vue schématique d’un affichage utilisant le procédé selon l’invention.

La figure 8 représente une vue schématique d’un cas d’usage d’aide à la conduite utilisant le procédé conforme à l’invention.

Dans l’ensemble du texte les directions et orientations sont désignées en référence à un repère orthonormé direct XYZ classiquement utilisé en conception automobile, dans lequel X désigne la direction longitudinale du véhicule, dirigé vers l’avant, Y est la direction transversale au véhicule, dirigé vers la gauche et Z est la direction verticale dirigée vers le haut. L’angle θ étant l’angle de lacet du véhicule, par convention positif quand il tourne vers la gauche et négatif quand il tourne vers la droite. Les notions « avant » et « arrière » sont indiquées en référence au sens de marche normal vers l’avant du véhicule. Dans l’ensemble de la description le terme « sensiblement » signifie qu’un léger écart peut être admis par rapport à une position ou orientation nominale déterminée, par exemple « sensiblement perpendiculaire » signifie qu’un écart de l’ordre de 5° par rapport à une orientation strictement perpendiculaire est admis dans le cadre de l’invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.

Les véhicules équipés de services d’aide à la conduite, ou encore les véhicules autonomes, reçoivent des données de multiples capteurs. L’invention vise à optimiser l’utilisation des données issues des capteurs de vision, c’est-à-dire des capteurs tels que des caméra, lidar ou radar. Plus particulièrement l’invention, à partir des informations sur les contours de voies issues de ces capteurs, en dérive des tracés des contours de voies dépassés. Les contours de voie peuvent être des marquages au sol, notamment détectés par des caméras, ou encore des bords de voie détectés par des radars. Avec les données d’un seul capteur ou avec les algorithmes de perception, qui peuvent fusionner ou associer des données de différents capteurs, le véhicule obtient une représentation des contours de la voie qui s’allonge devant lui. L’invention vise à obtenir à partir de ces informations une représentation des contours de voie, c’est-à-dire notamment marquages au sol ou bords de route, dépassés et laissés derrière le véhicule ego pour améliorer les services d’aide à la conduite.

En effet, l’information des contours de voie du passé servira aux procédés d’aide à la conduite, notamment via l’association d’objets situés à l’arrière du véhicule ego à une voie, ce qui permet d’appliquer auxdits objets des règles de conduite et pas uniquement des règles cinématiques. Ces objets sont par exemple détectés par un radar latéral et/ou arrière et/ou lidar 360° situé sur le toit du véhicule. Ainsi, pour des fonctionnalités comme par exemple l’avertissement de collision ou la prédiction de trajectoire, une association cohérente des objets aux voies permettra de prévoir leurs comportements potentiels (changement de voie, maintien dans la voie, etc.) et alors prévoir plus efficacement la trajectoire et les collisions probables de l’ego véhicule avec les différents objets l’environnant.

De plus, le passé des contours de voie est également utile quand le véhicule recule notamment si le véhicule ne dispose pas de caméra arrière pour fournir des informations sur les lignes situées à l’arrière. De même, dans le cas d’un véhicule équipé de tels capteurs, mais lors d’une indisponibilité momentanée de la détection des lignes par les capteurs le passé des contours de voie pourra permettre une interpolation pour une distance maximum prédéterminée.

Par ailleurs, pour aider le conducteur dans sa conduite, l’affichage sur une interface homme-machine d’une représentation du passé des contours de voie représente un intérêt.

La figure 1a illustre le point de départ, préférentiellement identifié par le moment du démarrage du véhicule ego VEH, moment à partir duquel la détection du contour de voie à l’avant du véhicule ego VEH commence. Plus précisément, il s’agit de la détection d’un contour de voie situé à l’avant d’un point de référence O du véhicule ego auquel on attribue les coordonnées géométriques (0,0) dans le repère du véhicule ego VEH. Le point de référence O associé au véhicule ego est préférentiellement choisi comme étant le milieu du segment constitué par l’essieu arrière du véhicule ego VEH et est représenté sur la figure 1a par une croix non pleine. Ce point de référence O ainsi choisi est plus stable par rapport aux calculs de rotations et aux vibrations du véhicule et évite, par rapport à une point de référence qui serait choisi à l’avant du véhicule, les fausses détections liées au changement de voie notamment.

Le capteur, préférentiellement une caméra située à l’avant du véhicule ego VEH et orientée vers l’avant, détecte contours de voie via les marquages au sol et notamment dans cet exemple la ligne située à droite du véhicule ego VEH. Les données brutes d’un capteur peuvent être sous forme de points ou de polynômes du troisième degré et dans le cas d’utilisation de plusieurs capteurs, leurs données sont fusionnées quand elles correspondent au même élément, les données de contour de voie sont ensuite transformées pour générer une clothoïde C décrivant la forme de ligne détectée. La clothoïde, encore appelée spirale de Cornu ou Euler’s spiral en anglais, est une courbe de l’espace affine de dimension deux. Il est connu d’utiliser les clothoïdes dans le domaine routier puisque la conception géométrique des routes elle-même utilise ces profils en plan. Les tracés routiers sont donc couramment conçus et définis par des clothoïdes. Les clothoïdes permettent à la fois de représenter des lignes droites, des virages à droite, à gauche et de les faire se succéder facilement.

Une clothoïde se définit par trois éléments :
- la longueur L de l’arc de la clothoïde,
- la courbure c₀à l’origine de la clothoïde, et
- c₁le taux de variation de la courbure de la clothoïde,
la courbure de clothoïde c(l) étant proportionnelle à sa longueur l :

La clothoïde C est décrite par :

Où
- M₀est le point d’origine de la clothoïde C de coordonnées géométriques dans le référentiel du véhicule (x₀, y₀), et
- Ψ₀est l’angle de la tangente au point d’origine de la clothoïde.

Le long de la clothoïde l’angle d’orientation varie et à une longueur l il vaut :

et les coordonnées d’un point (x(l), y(l)) appartenant à la clothoïde sont :

L’évaluation de point sur la clothoïde(x(l),y(l)), qui aura lieu dans diverses étapes du procédé comme nous le verrons par la suite, peut avantageusement utiliser les intégrales de Fresnel.

Sur la figure 1a, la clothoïde C représentée de longueur L a pour point d’origine M₀la projection du point de référence O sur la clothoïde C, matérialisé sur la figure 1a par une croix pleine de coordonnées (x₀, y₀).

La figure 1b illustre un pas de temps postérieur à un premier déplacement du véhicule ego VEH, après l’étape (T) de tracé. Le véhicule ego (VEH) a donc avancé le long de la clothoïde initiale C, une partie de cette clothoïde initiale C a été dépassée, cette partie est représentée par des pointillés entre le point M₀d’origine de la clothoïde initiale C et la projection orthogonale du point de référence O du véhicule ego sur la clothoïde initiale C. Ce point projeté M’, représenté par une croix pleine sur la figure 1b, a pour coordonnées (x’₀, y’₀) et divise la clothoïde en une longueur L’ non encore dépassée par le point de référence O de la clothoïde initiale C et une longueur dépassée L-L’ correspondant à la longueur du segment [M₀M’] correspondant à la partie dépassée de la clothoïde initiale C. La clothoïde mise à jour C’ est donc de longueur L’ non encore dépassée et la partie dépassée de la clothoïde initiale C est représentée par des pointillés. Ici, un trajet en ligne droite étant représenté, l’angle de lacet n’a pas été mentionné étant resté nul.

La figure 2 illustre les étapes du procédé selon l’invention. Comme évoqué précédemment, le procédé commence par une étape D de détection du contour de voie (marquage au sol, tel qu’une ligne, ou bord de voie), les données de détection du contour de voie correspondant par exemple à des données brutes telles que polynômes du troisième degré, des segments et/ou des points associés à un marquage au sol et issus d’un capteur, tel qu’une caméra. Une fois le véhicule réveillé, cette étape D de détection par les capteurs a lieu en continu à une fréquence d’exécution propre à chaque capteur. A chaque polynôme associé au contour d’une voie peut être associé des champs de caractéristiques via une structure de données qui le décrit en lui associant par exemple la qualité du signal reçu, la nature (continu, discontinu) du marquage au sol détecté si le contour de voie correspond à un marquage au sol.

Les étapes suivantes sont préférentiellement exécutées par un calculateur dédié, par exemple le calculateur véhicule hébergeant les procédés d’aide à la conduite. L’étape R de réception des données brutes de contours de voie provenant des capteurs, est effectuée avec un pas de temps déterminé, notamment supérieur ou égal au temps de réponse du capteur le plus lent, c’est-à-dire à la durée nécessaire pour que le capteur de temps le plus lent réalise et délivre le résultat de sa détection, par exemple de quelques millisecondes. Cette étape R de réception comporte préférentiellement une sous-étape (non-représentée) d’ordonnancement chronologique des données reçues des différents capteurs pour chaque contour de voie et une sous-étape de fusion de ces données et d’association d’un identifiant à chaque contour détecté. Le format des données en sortie de cette étape R de réception demeure le même que le format d’entrée des données brutes.

A l’étape suivante Δ de définition de déplacement, on détermine si le déplacement du véhicule ego VEH entre la réception des données et l’instant courant est connu, c’est-à-dire défini, étant entendu que même si le déplacement (selon les coordonnées x, y, z)) est nul il demeure néanmoins défini, et si ce déplacement est défini alors on continue le procédé avec ces données, et sinon on supprime ces données à l’étape S de suppression desdites données de contour de voie car elles ne sont pas localisées.

Puis, une étape G de génération d’une représentation des données d’entrée, plus particulièrement une étape G de génération ou mise à jour d’une représentation du marquage au sol détecté, notamment par une transformation des données brutes reçues à l’étape R de réception précédente. Ainsi, chaque contour de voie détecté, et préférentiellement identifié par son identifiant, est donc transmis préférentiellement sous forme d’un polynôme puis transformé à l’étape G en une forme géométrique représentant le marquage au sol détecté, préférentiellement en une clothoïde C ou en une spline de clothoïdes, ou par exemple en un polynôme d’ordre 3 ou en une suite de polynômes d’ordre 3. Ainsi, chaque contour de voie est représenté par une seule clothoïde. Cependant on peut aussi modéliser un contour de voie par une spline de clothoïdes, c.à.d. une courbe qui comprend plusieurs clothoïdes connectées en série. Cette approche de modélisation permet une meilleure représentation pour des contours de voie allongés. Par exemple, quand l’invention s’applique sur des splines de clothoïdes, lors de l’identification du segment de clothoïde qui vient d’être dépassé, une clothoïde entière peut correspondre à ce segment. L’invention est décrite par la suite en référence au cas d’une seule clothoïde, plus fondamentale puisqu’une spline de clothoïdes n’est formée que par des clothoïdes, et que chercher le passé à partir d’une spline de clothoïdes revient à chercher le passé d’un contour de voie représenté par une seule clothoïde. L’invention peut aussi s’appliquer aux contours de voie modélisés par des polynômes en remplaçant les équations liées précisément au modèle clothoïde avec les équations réciproques pour le modèle polynôme. Préférentiellement, chaque clothoïde C associée à un polynôme de contour de voie identifié conserve l’identifiant dudit contour détecté ainsi que ses champs de caractéristiques.

Cette étape G de génération de clothoïde comprend également, lorsqu’il s’agit de la mise à jour d’une clothoïde C, une sous-étape (non représentée) de compensation du déplacement effectué par le véhicule égo VEH et déterminé à l’étape Δ de définition de déplacement permettant de mettre à jour la clothoïde C. Ainsi les caractéristiques de la clothoïde C sont mises à jour en prenant en compte la prédiction du déplacement du véhicule égo pendant le pas de calcul : de dx selon l’axe x, dy selon l’axe y et dθ pour l’angle de lacet par application des règles de trigonométrie, x₀devenant (x₀-dx) . cos(θ) + (y₀-dy) . sin(θ) et y₀devenant -(x₀-dx) . sin(θ) + (y₀-dy) . cos(θ) et devenant - θ, demeurant inchangés, en outre il a été choisi de garder inchangée la longueur L de la clothoïde à cette sous-étape.

Optionnellement, quand la qualité du signal reçu fait partie des caractéristiques associées au contour de voie alors une sous-étape intermédiaire (non représentée) d’agrégation des données d’entrée de la caméra et/ou d’autres capteurs et/ou avec les points en mémoire est ajoutée entre la sous-étape (non représentée) de compensation du déplacement et l’étape P de projection, cette sous-étape d’ agrégation prévoit de choisir les valeurs ayant le plus faible taux d’erreur et si besoin, par exemple en cas de défaillance momentanée des capteurs ou d’invalidité des valeurs reçues par les capteurs (par exemple à l’entrée dans un tunnel quand les feux ne sont pas encore allumés) de choisir la clothoïde en mémoire en la substituant aux données défaillantes ou invalides du ou des capteur(s).

Puis est initiée l’étape P de projection du point de référence O du véhicule égo sur chaque représentation du contour de voie générée à l’étape G précédente, c’est à dire sur la clothoïde mise à jour C, cette étape étant explicitée avec la figure suivante. Préférentiellement, on peut asservir la projection de point à la vitesse du véhicule ego VEH de manière à avoir un échantillonnage moins fréquent à haute vitesse. En effet, une projection tous les mètres à 90 km/h n’a pas d’intérêt descriptif et remplirai inutilement la mémoire. Le pas d’échantillonnage associé à l’étape P de projection est donc préférentiellement fonction de la vitesse de manière à ne pas calculer de points inutiles.

Si la projection à l’étape P n’a pas pu être réalisée (par exemple : le véhicule n’a pas bougé, le véhicule a trop avancé et toute la représentation du contour de voie est dépassée sans continuité avec le présent, changement de trajectoire relevant d’un contour de voie inconnu pour le moment…), alors aucun complément ne peut être ajouté à cette représentation du contour de voie, une nouvelle représentation de contour de voie, avec préférentiellement un nouvel identifiant, sera commencée à la prochaine itération. Une fois la projection réalisée, c’est-à-dire le point M’ obtenu, une étape T de génération d’un tracé de la représentation du contour de voie dépassé en fonction des points mémorisés. Préférentiellement le tracé est un nuage de points, comportant les points projetés mémorisés. Après le premier pas de calcul, incluant un déplacement du véhicule égo VEH, on a donc au moins un point projeté mémorisé, c’est-à-dire que le tracé du contour de voie dépassé, c’est-à-dire du passé, est a minima un nuage de deux points, le premier point étant le point M₀d’origine de la clothoïde C initiale et le second point le point M’ projeté sur la clothoïde C initiale après déplacement du véhicule ego et parallèlement la clothoïde a été mise à jour.

Une étape M de mémorisation et de mise à jour de la mémoire a alors lieu soit consécutivement soit parallèlement à l’étape T de tracé. Ainsi, ce premier nouveau point projeté est enregistré dans la mémoire du calculateur qui héberge le procédé, par exemple le calculateur d’aide à la conduite ECU-ADAS (de l’anglais Electronic Control Unit - Advanced Driver Assistance System).

Les étapes de ce procédé sont exécutées parallèlement dans le cas où plusieurs contours de voie, par exemple la limite de voie à droite et la limite de voie à gauche du véhicule ego VEH, sont détectées.

A chaque nouvelle boucle au moins un point est ajouté au tracé ainsi complété à l’étape T et à la mémoire à l’étape M, sachant que la mémoire est par exemple limitée à 50 points de projection avec une logique premier entré premier sorti FIFO (acronyme anglais de First in First Out).

L’exécution du procédé est par exemple organisée de manière à ce que chaque boucle dure une durée maximale prédéterminée, par exemple 40ms. et à ce que le tracé soit généré ou mis à jour à 40ms. Ce pas d’exécution permet au procédé de pouvoir d’interagir avec d’autres procédés d’aide à la conduite et de fournir notamment le tracé des représentations de contours de voie à d’autres services d’aide à la conduite.

La figure 3 représente un organigramme global d’utilisation du procédé et plus précisément de communication entre les données de sortie du procédé précédemment décrit et un autre procédé d’aide à la conduite, notamment de représentation sur une interface homme-machine avec association des objets détectés à l’arrière du véhicule aux voies tracées à l’étape T de tracé. Dans cet exemple, avec en entrée l’étape E-0 d’acquisition de données par au moins un capteur, plus particulièrement d’une caméra qui filme vers l’avant du véhicule. Les données reçues servent à l’étape D de détection du contour de voie (marquage au sol, tel qu’une ligne, ou bord de voie). Les étapes D à M du procédé telles que décrites précédemment sont réalisées et symbolisées par la flèche en pointillés entre l’étape D et l’étape M de mémorisation. Parallèlement, les données des capteurs ( caméra, radar…) reçues à l’étape E-0 peuvent contenir des données associées à des objets, et donner lieu à une étape E-1 de détection d’objets. Les capteurs qui servent à la détection d’objets peuvent ne pas être les mêmes que ceux servant à la détection de contour de voie et même être situés ailleurs sur le véhicule ego. Le fait d’avoir généré à l’étape T un tracé du ou des marquages au sol dépassés permet en combinaison avec la détection d’objets de procéder à une étape E-2 d’association objet-voie pour chaque objet détecté derrière le point de référence du véhicule ego et appartenant à une des voies délimitées par les représentation de contour de voie dépassées tracées.

La figure 4 représente un organigramme de l’étape P de projection du procédé, dans lequel on considère que le contour de voie détecté est représenté par la clothoïde C générée à l’étape G. Cette étape P de projection est relativement longue et limitée en temps par un chronomètre qui fait sortir de l’étape après une durée de 7 millisecondes par exemple.

La méthode de Newton-Raphson choisie pour la recherche du point de projection utilise une méthode itérative composée de plusieurs boucles imbriquées. La sous-étape d’initialisation P_ini de cette méthode consiste à définir un premier point (s_0,i, avec i=0) d’initialisation de la récurrence appartenant à la clothoïde C à partir duquel on va initier la recherche. Préférentiellement, ce premier point est un point identifié de la clothoïde C, calculé par exemple en utilisant les intégrales de Fresnel, correspondant à son milieu en termes de longueur : , soit s_0,1=L/2 et pour initier la récurrence on fixe n=1. Pour des raisons de meilleure compréhension de la figure 4 la sous-étape (P_ini) n’est pas représenté dans ce mode de réalisation préféré mais de manière à présenter un enchaînement plus clair des itérations de i, avec s_{0,i ,}=iL/2 ; i valant entre 0 et 2 et la première valeur d’initialisation étant i=0.

En effet, cette étape P de projection comprend une étape itérative de recherche du point de projection orthogonale du point de référence O associé au véhicule ego VEH sur la représentation, ici la clothoïde C.

La recherche du point de projection consiste alors, soit la longueur l réel : l ∈ R, la clothoïde C(l) ∈ R², à chercher L* ∈ R tel que C(L*) soit la projection orthogonale du point de référence O associé au véhicule ego VEH sur la représentation, c’est à dire ici sur la clothoïde C.

Pour la recherche du point de projection nous définissons la fonction f :

Soit :

Et on recherche le zéro de f par la méthode d’optimisation de Newton-Raphson. Le principe de la méthode de Newton – Raphson repose sur la définition d’ une suite d’approximations successives de l’équation f(x)=0 en partant un point d’initialisation d’abscisse x₀, estimé proche de la solution, et à partir de ce dernier on calcule un nouveau point en traçant la tangente à la courbe f en x₀, cette tangente coupe l’axe des abscisses en x1 qui se calcule avec l’équation de la tangente y = f ′ (xn)(x − xn) + f(xn) Cette tangente coupe l’axe des abscisse quand y = 0 donc quand f ′ (xn)(x − xn) + f(xn) = 0 qui s’écrit aussi f ′ (xn)(x − xn) = −f(xn) x − xn = − f(xn) f ′(xn) soit x = xn − f(xn) f ′(xn) On a donc la relation de récurrence suivante : xn+1 = xn − f(xn) f ′(xn). On obtient donc x1 puis on réitère ces étapes jusqu’à ce que la boucle converge. Pour que la boucle converge, la dérivée de f ne doit pas s’annuler.

Par conséquent on calcule la dérivée de f :

Ce qui donne avec les équations Math 1 à 4 , avec c(t) la courbure de la clothoïde à t tel que précédemment défini:

La sous-étape P_ff’ de recherche correspond donc aux briques de la séquence itérative de la méthode de Newton-Raphson dans lesquelles on calcule f et f’, dans laquelle n est intialement fixé à n=1, et dans laquelle on commence par évaluer la clothoïde C audit premier point identifié initialisant la recherche, à savoir le point de longueur s, qui correspond ici à s_{0 ,0}à la première itération, on calcule alors les coordonnées au point s de la clothoïde : M_0,proj= (x(s), y(s)) et l’angle au point s de la clothoïde : ψ_0,proj= ψ(s) et le taux de variation de la courbure au point s de la clothoïde:c_0,proj= c₁(s) ; puis on évalue f(s), selon l’équation Math 6; et on évalue la dérivée de f :f'(s), selon l’équation Math. 8.

A la sous-étape suivante P_S de diagnostic de sortie on examine la condition de sortie de la double boucle i, n, à savoir si

avec valant une valeur seuil prédéterminée proche de zéro, par exemple environ 10^-7. Si la condition de sortie est satisfaite alors L*=s.

La condition de sortie choisie peut être remplacée par une autre, par exemple :

ou encore :

Et si la condition de sortie n’est pas satisfaite on passe à l’étape P_ds dans laquelle on calcule un déplacement ds sur la courbe de la clothoïde C selon la méthode de Newton-Raphson:

Préférentiellement à la sous-étape suivante P_cons de consolidation on vérifie d’abord que le nouveau point correspondant à la longueur s+ds se trouve sur la clothoïde, c’est-à-dire que (x(s+ds),y(s+ds)) ∈ C, ce qui signifie pour ds positif que ds devienne ds :=min(L-s,ds), et pour ds négatif qu’il devienne ds :=max(-s, ds). Une autre condition peut être vérifiée à cette étape, condition selon laquelle si la valeur absolue de ds est inférieure à un seuil prédéterminé, par exemple 1 cm, alors on sort de la boucle sans prendre en considération ce ds car il est jugé sans intérêt, on préfère donc continuer la recherche.

A la sous-étape P_max de comparaison de la valeur de n courante avec une un seuil d’itération prédéterminé Nmax, valant par exemple 10, ou préférentiellement 5, si n est inférieur audit seuil d’itération Nmax alors le procédé se poursuit et sinon on sort de la boucle, cela signifie que la convergence ne sera pas obtenue et on recommence les sous-étapes avec un nouveau point (s_0,i,avec i=2) d’initialisation qui correspond à (x(L),y(L)), c’est-à-dire l’extrémité de la clothoïde , soit s_0,2=L et ainsi de suite et si cela ne donne pas de résultat, le troisième et dernier point d’initialisation est le point de départ de la clothoïde : (x(0),y(0)), soit s_0,3=0.

Le choix de ces trois points d’initialisation n’est nullement limitatif, davantage ou moins de points pouvant être choisis, de même des points différents peuvent être choisis, un seul point d’initialisation étant nécessaire.

En poursuivant le procédé, c’est-à-dire quand n<Nmax on exécute la sous-étape P_s+ds_cons de consolidation dudit point de projection s+ds obtenu. Pour cela s+ds est calculé et devient s et afin de décider si la solution s sera retenue alors on vérifie également que ce nouveau s ne dépasse pas des extrémités de la clothoïde [0 ;L] en forçant le nouveau s à s=0 s’il était devenu négatif et en le forçant à L s’il était devenu supérieur à L, et on incrémente n de 1.

Puis à la sous-étape P_C0 on met à jour le point de départ de la clothoïde, pour cela on évalue la clothoïde C à la longueur s : C(s) selon l’équation Math. 4, soit : (x(s), y(s), Ψ(s), c(s), c₁) et si ce point est différent du précédent début de la clothoïde il le remplacera comme nouveau début de la clothoïde C.

A la sous-étape P_val de validation suivante on vérifie si le segment formé par la liaison du point O de référence de l’égo VEH et du point M’ correspondant à la longueur s sur la clothoïde forme un angle droit avec la clothoïde en ce point. Pour ce faire,
- soit la valeur de f(s) est calculée et si cette valeur est suffisamment proche de zéro, par exemple inférieure à un premier seuil de validation prédéterminé de 10 cm par exemple alors la solution s est retenue
- une autre alternative, qui peut également être combinée à la comparaison de f(s) à un premier seuil de validation prédéterminé, consiste à calculer le cosinus au point de la solution s :

et si ce dernier est suffisamment proche de zéro, c’est-à-dire inférieur à un second seuil de validation prédéterminé, par exemple 0.05, alors on retient cette solution s comme la projection : L*=s
et sinon la solution s est rejetée et on sort de la boucle en incrémentant i pour recommencer une boucle avec un nouveau point d’initialisation à la sous-étape P_ini .

Comme illustré par la figure 5, l’étape T de tracé consomme la sortie de P_C0 c’est-à-dire qu’une fois la projection du point de référence O du véhicule ego sur la clothoïde initiale C obtenu, ce dernier point projeté M’existant et appartenant à la clothoïde, on définit ce point projeté M’ de coordonnées (x’0, y’0) comme étant à la fois le nouveau point d’origine de la clothoïde et le dernier point, historiquement, de la partie passée du marquage au sol. Dans un mode de réalisation préféré, l’étape T de tracé du contour dépassé au-delà du point M projeté M’ et de longueur dL= L- L', cf. Figure 1b, comporte une sous-étape de calcul de points intermédiaires dans laquelle on effectue comme représenté sur la figure 5 avec un pas de discrétisation, dl, défini par l’utilisateur, le calcul, utilisant les intégrales de Fresnel par exemple, de la valeur de la clothoïde C pour une série de longueurs, c’est-à-dire distances à l’origine de la clothoïde, dL-dl,dL-2*dl,…dL-k*dl jusqu’à ce que dL-k*dl<0. Ainsi sur la Figure 5, le point (x(dL-3dl),y(dL-3dl)), qui tombe en dehors de la clothoïde : dL-3*dl<0, ne sera pas conservé dans cette série de points intermédiaires. Le tracé de cette série de points reconstitue le contour de voie dépassé. Ce pas de discrétisation dl peut être fixé à une valeur prédéterminée de 2 m par exemple, mais il peut également être fonction de la vitesse du véhicule égo de manière à avoir un échantillonnage moins fréquent à haute vitesse, avec par exemple dl allant jusqu’à 5 m au-delà de 90km/h, tel que dans l’étape de projection P.

De manière préférentielle, l’étape T de tracé comporte une sous-étape visant à ordonner géométriquement le nouvel ensemble de points de projection obtenus, que ce soit pour un même identifiant de contour de voie ou sans disposer de tel identifiant, incluant la série de points intermédiaires, on effectue pour cela une comparaison géométrique pour les mettre en ordre décroissant. Par exemple, comme illustré par la Figure 6a, dans le cas où ce nouvel ensemble de points de projection comporte déjà des points du passé, i.e. derrière (x₀,y₀), cela signifie que cohabite dans tous ces points un « ancien passé » et un « nouveau passé » : on compare alors son dernier point avec le premier point de l’ « ancien passé » et plus précisément leurs deuxièmes coordonnées, dans un repère cartésien classique. Pour une meilleure compréhension, les point de l’ « ancien passé » sont représentés reliés entre eux par une ligne continue et les points du « nouveau » passé sont représentés reliés entre eux pas une ligne pointillée. Par exemple, à la Figure 6a quand on compare le dernier point du « nouveau passé » : (x(dL-2dl),y(dL-2dl)), avec le premier point de l’ « ancien passé » on constate que l’ancien point (x₀,y₀), est bien derrière (x(dL-2dl),y(dL-2dl)), l’ensemble des points de l’ « ancien passé » est donc retenu comme la suite historique : la prolongation du « nouveau passé ». En revanche, sur la Figure 6b, on constate qu’un des anciens points : (x_{p 1},y_{p 1}) n’est pas derrière (x(dL-2dl),y(dL-2dl)) , ce point de l’ « ancien passé » est donc éliminé, les autres étant conservés. Ces cas peuvent se produire lors qu’on recule en virage notamment.

De manière préférentielle le tracé a la forme d’un nuage de points. Alternativement, une autre forme de tracé peut être choisie, par exemple sous forme de ligne, en reliant les points enregistrés.

De plus, optionnellement comme évoqué précédemment, d’autres caractéristiques que les seules coordonnées géométriques sont associées à chaque clothoïde identifiée et mémorisées et peuvent servir à donner une apparence différente au tracé en fonction des caractéristiques. Par exemple, une caractéristique mémorisée peut être la nature du marquage au sol (continu ou discontinu par exemple) représentée par la clothoïde au point de projection puisque cette caractéristique peut faire partie des caractéristiques détectées par les capteurs, et associées à la clothoïde. Ainsi, dans le cas où le tracé est sous forme de ligne reliant des points deux à deux, la nature de la ligne peut être fonction de la caractéristique de nature de marquage au sol affecté à chaque point de projection. Cet exemple n’est pas limitatif. Le tracé peut être virtuel, au sens qu’il n’est pas affiché sur une interface homme machine (IHM) mais sert comme données d’entrée à des algorithmes d’aide à la conduite, mais il peut aussi être affiché sur une IHM à destination de l’information du conducteur, notamment lorsqu’il recule et que le véhicule ne dispose pas de caméra arrière et dans ce cas il est choisi préférentiellement de ne pas projeter de nouveau sur le passé mais de conserver le tracé et la mémoire telle quelle.

A l’étape M de mémorisation et de mise à jour de la mémoire qui suit, ou qui se déroule parallèlement à l’étape T de tracé, le nouveau point s ainsi que la série des points intermédiaires sont alors mémorisés sachant qu’un nombre maximum de points mémorisés est fixé par exemple à 50. En cela, la discrétisation fonction de la vitesse permet une meilleure optimisation de la mémoire.

Les points passés les plus éloignés de la position du véhicule ego sont supprimés quand la mémoire est saturée, ce qui est réalisé de manière robuste grâce à la préparation déjà effectuée à la sous-étape, de l’étape T de tracé, visant à ordonner géométriquement lesdits points de projection.

Une fois ces étapes réalisées, le procédé est rebouclé à l’étape G de génération ou de mise à jour de la clothoïde dans lequel on met à jour la clothoïde C. En effet, une fois la projection du point de référence O du véhicule ego sur la clothoïde initiale C obtenu, ce dernier point projeté M’existant et appartenant à la clothoïde, on a défini à la sous étape P_C0 ce point projeté M’ de coordonnées (x’₀, y’₀) comme étant à la fois le nouveau point d’origine de la clothoïde et le dernier point, historiquement, de la partie passée du marquage au sol. On calcule alors préférentiellement à l’étape G de mise à jour de la clothoïde la nouvelle longueur L’ comme indiqué lors de la description de la figure 1b. Cette sous-étape de calcul de la nouvelle longueur L’ pourrait également être effectuée en fin d’étape (P) de projection par exemple.

De plus, une sous-étape, non représentée dans les figures, visant à évaluer l’erreur associée au nouveau point d’origine de la clothoïde, qui correspond au point projeté M’, peut être également réalisée. Cette sous-étape, peut bien entendu être réalisée dans une autre étape une fois le point projeté M’ obtenu. L’évaluation de l’erreur correspond au calcul de la variance Σ(l), du nouveau point d’origine de la clothoïde C mise à jour. Cette étape implique la propagation d’erreur du point initial précèdent dont la variance est Σ(0) , ce qui donne :

où J est la jacobien de la fonction f_l(x₀,y₀,ψ₀,c₀,c₁)=(x(l),y(l),ψ(l),c(l)) , où x(l),y(l),ψ(l),c(l) sont données par les équations Math 1 à 4. Ainsi, selon l’exemple de la Figure 1b x’₀=x(l) et y’₀=y(l). Cette variance Σ(l) est enregistrée comme caractéristique accessoire à la clothoïde C mise à jour sachant qu’à partir de cette variance au point d’origine de la clothoïde on peut calculer la variance tout le long de la clothoïde. La clothoïde C mise à jour est alors mémorisée géométriquement avec ses caractéristiques associées.

La mémoire est vidée quand le véhicule s’endort.

Le procédé est avantageusement utilisé dans des applications d’aide à la conduite.

La figure 7 illustre une utilisation dans laquelle on propose la visualisation du tracé du passé au conducteur. Le conducteur du véhicule ego VEH a à sa disposition affichée sur l’écran IHM les véhicules derrière lui, chacun étant attribué à une voie qui a préalablement été identifiée lors de l’exécution du procédé. Par exemple, sur cette figure trois objets ont été détectés derrière le véhicule ego VEH, au moyen d’un radar par exemple, il s’agit des véhicules VEH1, VEH2 et VEH3. Des informations comme la position et/ou la distance relative de chaque objet de l’ego véhicule, son type, des données cinématiques comme la vitesse et l’accélération, la présence du clignotant (ici représentée par une zone grisée sur la figure), etc. font partie des caractéristiques détectée et associées à chaque objet.

Le procédé a permis de tracer le passé de quatre marquages au sol, délimitant trois voies : la voie du véhicule ego VEH et une voie adjacente de chaque côté. Pour cet usage d’affichage à destination du conducteur, une étape d’association suivie d’une étape d’affichage sur un écran du tracé dudit contour dépassé, sont ajoutées au procédé, elles utilisent les données mémorisées qui sont déjà ordonnées et ces étapes peuvent être exécutées lors du procédé (par exemple à la fin de l’étape M de mémorisation) ou en dehors du procédé en appelant juste les données mémorisées.

Dans l’étape supplémentaire d’association on associe à chaque objet une voie détectée si elle existe. Par exemple, pour chaque objet appartenant à la zone délimitée par le contour extérieur des voies délimitées par le tracé de leur marquage au sol dépassé, a lieu une étape d’association de l’objet en question à une voie desdites voies. A l’issue de cette étape d’association les objets ont alors été associés à la voie dans laquelle ils ont été détectés, ainsi le premier objet VEH1 est associé à la voie adjacente de droite par rapport à la voie dans laquelle roule le véhicule ego, le deuxième objet VEH2 est associé à la même voie que le véhicule ego VEH et le troisième objet VEH3 est associé à la voie adjacente de gauche par rapport à la voie dans laquelle roule le véhicule ego VEH. Ces associations reposent sur les informations de position et/ou de distance relative acquises par le capteur.

Puis l’étape d’affichage consomme la sortie de l’étape d’association ainsi que les données mémorisées à l’étape M du procédé, cet affichage sur l’IHM servira au conducteur du véhicule ego VEH afin d’adapter sa trajectoire (i.e. maintien dans la voie, changement de voie…) et sa vitesse en fonction des comportements dynamiques des autres objets, et ce même s’il ne dispose pas de caméra de recul. En effet, il est nécessaire de savoir dans quelle voie les autres véhicules se trouvent pour mieux anticiper leurs comportements en fonction, non seulement des informations cinématiques mais également sémantiques, telles que les règles de conduite, et pour prendre des décisions. Ainsi, sur la figure 7 le véhicule ego VEH sait par exemple qu’il doit adapter sa vitesse de manière à ce que le véhicule VEH1 situé dans son angle mort sur la voie adjacente à sa droite puisse d’insérer derrière lui.

La figure 8 illustre une utilisation dans laquelle on propose une amélioration de la fonction embarquée agissant automatiquement et permettant à un véhicule d'en suivre un autre à une distance appropriée (ACC pour Adaptive Cruise Control en anglais). Dans ce mode de réalisation, on ajoute au procédé une étape d’association dans laquelle on associe à chaque objet une voie détectée si elle existe, comme explicité aux paragraphes précédents. Cette étape d’association, notamment quand elle est effectuée pour le seul besoin de l’ACC, c’est-à-dire sans affichage IHM, peut par exemple être exécutée en parallèle dans le calculateur ACC qui appelle alors les données mémorisées du procédé.

En effet, dans la fonction ACC, le control latéral et longitudinal a besoin de connaître non seulement la cible C_ACC à suivre mais également des informations sur les objets VEH1, VEH2, VEH3 environnant le véhicule ego VEH, attribués sur les voies critiques que sont notamment la voie de du véhicule ego et les deux voies adjacentes. Des informations comme la position de chaque objet, son type, des données cinématiques, la présence du clignotant (ici représentée par une zone grisée sur la figure), etc., serviront à la fonction pour adapter la trajectoire et la vitesse du véhicule ego VEH en fonction des comportements dynamiques de ces objets. De plus, selon le contexte la fonction ACC peut changer de cible à suivre si elle estime que le niveau de risque associé à la première cible dépasse un seuil de risque pour le véhicule ego VEH, par exemple si la cible C_ACC roule lentement par rapport au véhicule VEH2 suiveur dans la voie du véhicule ego. Il est donc utile de savoir dans quelle voie les autres véhicules se trouvent pour mieux anticiper leurs comportements en fonction non seulement des informations cinématiques mais aussi sémantiques (par rapport sur la figure 8 à VEH2 ET C_ACC notamment).

Ces exemples d’application du procédé selon l’invention sont illustratifs et ne sont nullement limitatifs.

Ce procédé peut s’appliquer à l’automobile pour utiliser et/ou visualiser les marquages au sol dépassés, mais s’applique par exemple également au domaine de la robotique.

Claims (12)

1. Procédé embarqué d’aide à la conduite d’un véhicule (VEH) comprenant :
   - une étape (D) de détection d’un contour de voie situé à l’avant d’un point de référence du véhicule (VEH),
   - une étape (G) de génération d’une représentation (C) dudit contour détecté,
   - une étape (Δ) de définition de déplacement,
   - une étape (P) de projection du point (O) de référence du véhicule sur la représentation (C),
   - une étape (T) de tracé dudit contour dépassé à partir du point projeté (M’).
2. Procédé selon la revendication précédente dans lequel la représentation (C) dudit contour est une clothoïde (C), ou un polynôme d’ordre 3, ou une suite de polynômes d’ordre 3 ou une spline de clothoïdes.
3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’étape (P) de projection comprend au moins une sous-étape (P_ff’, P_S, P_ds, P_ds_cons, P_s+ds_cons) itérative de recherche du point de projection du point (O) de référence du véhicule (VEH) sur la représentation (C), notamment par utilisation d’une méthode d’optimisation de Newton-Raphson.
4. Procédé selon la revendication précédente dans lequel l’étape (P) de projection comporte une sous-étape (P_ini) d’initialisation de la au moins une sous-étape (P_ff’, P_S, P_ds, P_ds_cons, P_s+ds_cons) itératives de recherche à partir d’un premier point (s_0,1) identifié de la représentation (C) dudit contour.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la projection est orthogonale.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’étape (T) de tracé comporte une sous-étape de calcul de points intermédiaires dont le pas de discrétisation est fonction de la vitesse du véhicule (VEH).
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comportant une étape (M) de mémorisation d’au moins une partie du tracé dudit contour dépassé.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le point (O) de référence du véhicule (VEH) correspond au milieu du segment constitué par un essieu arrière du véhicule (VEH).
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape d’affichage sur un écran du tracé dudit contour dépassé.
10. Dispositif embarqué d’aide à la conduite comportant :
    - un moyen de détection d’un contour de voie situé à l’avant d’un point (O) de référence du véhicule (VEH), notamment un capteur, et plus particulièrement une caméra avant,
    - un moyen de génération d’une représentation (C) dudit contour,
    - un moyen de définition de déplacement
    caractérisé en ce qu’il comporte également :
    - un moyen de projection du point (O) de référence du véhicule (VEH) sur la représentation (C),
    - un moyen de tracé dudit contour dépassé à partir du point projeté (M’).
11. Véhicule automobile (VEH) caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif selon la revendication précédente, ledit véhicule (VEH) étant notamment dépourvu de moyen de détection de contour situé à l’arrière dudit point (O) de référence.
12. Programme d’ordinateur comprenant des instructions pour mettre en œuvre les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.