FR3123981A1 - Procédé et dispositif de contrôle de trajectoire d’un véhicule autonome - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle de trajectoire d’un véhicule autonome représenté par une enveloppe extérieure rectangulaire (11). A cet effet, un chemin (200) est déterminé pour ledit véhicule autonome. Un pas de discrétisation minimal est déterminé en fonction d’un rayon de courbure minimal, de dimensions de l’enveloppe extérieure (11), d’une marge latérale et d’une marge longitudinale, le rayon de courbure minimal correspondant à un rayon de braquage minimal du véhicule autonome. Un ensemble de points (21, 22) représentatifs du chemin (200) sont déterminés en fonction du pas de discrétisation minimal, la trajectoire associée à ce chemin (200) étant déterminée en fonction de l’ensemble de points (21, 22). Figure pour l’abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne les procédés et dispositifs de contrôle de trajectoire d’un véhicule autonome, par exemple un véhicule automobile autonome. La présente invention concerne également un procédé et un dispositif de détermination d’une trajectoire pour un véhicule autonome. L’invention concerne également un procédé et un dispositif de planification de la trajectoire d’un véhicule autonome.
Arrière-plan technologique
Avec le développement des véhicules autonomes, des besoins en termes de planification de la trajectoire à suivre, notamment en fonction de la géométrie de la route et/ou de l’environnement autour du véhicule autonome, sont apparus.
De nombreuses méthodes de planification de chemin ou de trajectoire ont ainsi été proposées. Les méthodes de planification de chemin permettent de définir une courbe géométrique que le véhicule doit suivre pour naviguer dans un environnement donné. On peut trouver des méthodes basées sur des arbres aléatoires (de l’anglais « Random Tree (RT)» ou «Rapidly-exploring Random Tree (RRT)») qui recherchent un chemin jusqu’à l’objectif en échantillonnant des positions ou des transitions aléatoires et en évaluant leur validité. D’autres méthodes construisent un graphe des transitions réalisables par le véhicule (de l’anglais « state lattices») et cherchent à déterminer un chemin acceptable dans un tel graphe jusque l’objectif en fonction des contraintes sur l’environnement. On trouve également des techniques qui consistent à générer un ensemble de chemins candidats et à les évaluer par rapport à l’environnement pour choisir le meilleur à suivre pendant un temps court avant d’effectuer le processus à nouveau. Généralement, ces méthodes ne définissent pas de profil de vitesse spécifique, et appliquent une vitesse maximale calculée en fonction des caractéristiques du chemin (courbure maximale, vitesse règlementaire…).
Un des problèmes associés à de telles méthodes de planification de chemin ou de trajectoire concerne la discrétisation des chemins calculés, c’est-à-dire la détermination du nombre de points nécessaire à la représentation de ces chemins.
Par exemple, si le nombre de points utilisé pour discrétiser un chemin est trop faible, la représentation du chemin est imprécise et les calculs associés à ce chemin pour déterminer les risques associés à ce chemin pour le véhicule autonome, par exemple pour vérifier les risques de collision entre le véhicule autonome évoluant sur le chemin et un obstacle statique sur ce chemin, seront incomplets ou imprécis. Par exemple, l’estimation de l’empreinte au sol résultant du déplacement du véhicule le long du chemin étant trop grossière lorsque le nombre de points représentants le chemin est trop faible, la détermination des risques de collision avec un objet statique localisé le long de ce chemin est insuffisamment précise, résultant en un risque de sécurité pour le véhicule autonome suivant ce chemin.
A contrario, si le nombre de points utilisé pour discrétiser le chemin est trop important, les calculs associés à ces points pour déterminer les risques associés à ce chemin pour le véhicule autonome seront très importants, impactant les temps de traitement pour déterminer la trajectoire avec un risque de limiter le temps de réaction du système assurant la fonction autonome du véhicule.
Résumé de la présente invention
Un objet de la présente invention est de résoudre au moins un des inconvénients de l’arrière-plan technologique.
Un objet de la présente invention est par exemple d’optimiser le nombre de points nécessaires à la représentation d’un chemin.
Un autre objet de la présente invention est d’améliorer la détermination d’une trajectoire suivie par un véhicule autonome et d’améliorer la sécurité du véhicule autonome.
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un procédé de contrôle de trajectoire d’un véhicule autonome, le véhicule autonome étant représenté par une enveloppe extérieure rectangulaire englobant le véhicule autonome avec une marge latérale et une marge longitudinale, le procédé étant mis en œuvre par au moins un processeur, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- détermination d’un chemin pour le véhicule autonome en fonction de données représentatives d’un itinéraire pour le véhicule autonome ;
- détermination d’un pas de discrétisation minimal du chemin en fonction d’un rayon de courbure minimal, de dimensions représentatives de l’enveloppe extérieure, de la marge latérale et de la marge longitudinale, le rayon de courbure minimal correspondant à un rayon de braquage minimal du véhicule autonome, le rayon de braquage minimal étant fonction de caractéristiques intrinsèques du véhicule autonome ;
- détermination d’un ensemble de points représentatifs du chemin en fonction du pas de discrétisation minimal ;
- détermination de la trajectoire associée au chemin en fonction de l’ensemble de points ;
- transmission de paramètres représentatifs de la trajectoire à au moins un système de contrôle de trajectoire du véhicule autonome.
Selon une variante, le procédé comprend en outre une sélection d’une partie des points de l’ensemble de points, la trajectoire étant déterminée en fonction de la partie des points sélectionnés.
Selon une autre variante, la sélection comprend :
- une sélection d’un premier point de l’ensemble de points ;
- premier parcours des points de l’ensemble de points suivant le premier point le long du chemin jusqu’à trouver un deuxième point pour lequel une distance sur le chemin entre le deuxième point et le premier point est supérieure à un pas de discrétisation maximal déterminé ;
- détermination d’une courbure maximale du chemin entre d’une part un troisième point précédant le deuxième point sur le chemin et d’autre part le premier point et détermination d’un pas de discrétisation optimal correspondant à la courbure maximale ;
- deuxième parcours des points de l’ensemble de points suivant le premier point jusqu’à trouver un quatrième point pour lequel une distance sur le chemin entre le quatrième point et le premier point est supérieure au pas de discrétisation optimale ;
- sélection d’un cinquième point de l’ensemble de points précédant le quatrième point sur le chemin.
Selon une variante supplémentaire, le pas de discrétisation maximal correspond à un rayon de courbure maximal du chemin, le pas de discrétisation maximal étant déterminé en fonction du rayon de courbure maximal, des dimensions représentatives de l’enveloppe extérieure, de la marge latérale et de la marge longitudinale, la détermination étant bornée par un maximum du pas de discrétisation maximal correspondant à une longueur du véhicule autonome.
Selon encore une variante, les caractéristiques intrinsèques correspondent à un empattement du véhicule autonome et un angle maximal de direction d’une roue avant du véhicule autonome.
Selon une variante additionnelle, les dimensions représentatives de l’enveloppe extérieure correspondent à :
- une moitié de largeur de l’enveloppe extérieure ; et
- une distance, le long d’un axe longitudinal du véhicule autonome, entre un point correspondant au milieu d’un essieu arrière du véhicule autonome et un point correspondant au milieu d’un côté avant de l’enveloppe extérieure.
Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne un dispositif de contrôle de trajectoire d’un véhicule autonome, le dispositif comprenant une mémoire associée à un processeur configuré pour la mise en œuvre des étapes du procédé selon le premier aspect de la présente invention.
Selon un troisième aspect, la présente invention concerne un véhicule, par exemple de type automobile, comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus selon le deuxième aspect de la présente invention.
Selon un quatrième aspect, la présente invention concerne un programme d’ordinateur qui comporte des instructions adaptées pour l’exécution des étapes du procédé selon le premier aspect de la présente invention, ceci notamment lorsque le programme d’ordinateur est exécuté par au moins un processeur.
Un tel programme d’ordinateur peut utiliser n’importe quel langage de programmation, et être sous la forme d’un code source, d’un code objet, ou d’un code intermédiaire entre un code source et un code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n’importe quelle autre forme souhaitable.
Selon un cinquième aspect, la présente invention concerne un support d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions pour l’exécution des étapes du procédé selon le premier aspect de la présente invention.
D’une part, le support d’enregistrement peut être n'importe quel entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire ROM, un CD-ROM ou une mémoire ROM de type circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique ou un disque dur.
D'autre part, ce support d’enregistrement peut également être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, un tel signal pouvant être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio classique ou hertzienne ou par faisceau laser autodirigé ou par d'autres moyens. Le programme d’ordinateur selon la présente invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Alternativement, le support d'enregistrement peut être un circuit intégré dans lequel le programme d’ordinateur est incorporé, le circuit intégré étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description des exemples de réalisation particuliers et non limitatifs de la présente invention ci-après, en référence aux figures 1 à 8 annexées, sur lesquelles :
Description des exemples de réalisation
Un procédé et un dispositif de contrôle de trajectoire d’un véhicule autonome vont maintenant être décrits dans ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1 à 8. Des mêmes éléments sont identifiés avec des mêmes signes de référence tout au long de la description qui va suivre.
Le vocabulaire suivant sera utilisé dans le reste de la description :
- chemin : un chemin correspond à un objet géométrique représentant le déplacement spatial d’un véhicule sans considération de vitesse. La représentation du chemin et sa discrétisation sont donc indépendantes du temps, une telle représentation étant par exemple arbitraire (nombre de points fixé ou déterminé) ou déterminée par une longueur entre chaque point ;
- trajectoire : une trajectoire est un objet géométrique représentant le déplacement spatial et temporel d’un véhicule. La représentation d’une trajectoire et sa discrétisation sont directement dépendantes du temps : à chaque point d’une trajectoire est avantageusement associé un temps auquel la position sera atteinte ;
- couple chemin / vitesse : un couple chemin/vitesse correspond à l’association d’une vitesse à respecter (ou vitesse de consigne) à chaque point du chemin, une telle association étant également appelée profil de vitesse sur le chemin. Un couple chemin/vitesse est par exemple transformé en trajectoire en rééchantillonnant les points du chemin de sorte que chaque point de la trajectoire corresponde à la position atteinte après avoir parcouru le chemin pendant un intervalle de temps donné en suivant le profil de vitesse.
La illustre schématiquement un véhicule autonome 10, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention.
Le véhicule 10 correspond avantageusement à un véhicule autonome. Un véhicule autonome correspond à un véhicule équipé d’un système d’aide à la conduite abouti assurant le contrôle du véhicule qui est apte à rouler dans son environnement routier avec une intervention limitée du conducteur, voire sans intervention du conducteur. Un véhicule autorisant un tel mode de conduite autonome doit avoir un niveau de conduite autonome au moins égal à 3, que ce soit dans la classification éditée par l’agence fédérale chargée de la sécurité routière aux USA qui comprend 5 niveaux ou dans la classification éditée par l’organisation internationale des constructeurs automobiles qui comprend 6 niveaux.
Le véhicule 10 correspond par exemple à un véhicule à moteur thermique, à un véhicule électrique ou à un véhicule hybride (combinant moteur thermique et moteur électrique).
Selon l’exemple particulier de la , le véhicule 10 est modélisé pour être assimilé à un parallélépipède rectangle, le véhicule 10 étant alors représenté par une enveloppe extérieure rectangulaire 11 englobant entièrement le véhicule 10. L’enveloppe extérieure couvre l’ensemble du véhicule 10 avec une marge latérale, notée ‘m’, selon un axe transversal Y du véhicule 10 et avec une marge longitudinale, notée ‘n’, selon un axe longitudinal X (orthogonal à l’axe transversal Y) du véhicule 10.
Les marges m et n prennent par exemple chacune une valeur de l’ordre de quelques centimètres, par exemple égales à 5, 10, 20, 30 ou 50 cm.
Le véhicule 10 est par exemple caractérisé par un ensemble de paramètres ou de caractéristiques intrinsèques comprenant :
- un empattement noté ‘e’ correspondant à la distance ou à la longueur entre l’essieu avant et l’essieu arrière le long d’un axe longitudinal ou principal X du véhicule 10 ; et/ou
- un angle de direction ou de cap maximal d’une roue avant du véhicule 10, noté ‘δmax’.
Ces paramètres ou caractéristiques intrinsèques du véhicule 10 sont par exemple stockés dans une mémoire embarquée dans le véhicule 10, par exemple dans une mémoire associée à un calculateur du système embarqué du véhicule 10.
Le positionnement ou la localisation du véhicule 10 (et de son enveloppe extérieure 11) est faite en référence à un point M de coordonnées (x,y) exprimées dans le repère orthonormé (X,Y), ce point M.
L’avant et l’arrière du véhicule 10 et de son enveloppe extérieure 11, ainsi que la gauche et la droite du véhicule 10 et de son enveloppe extérieure 11, sont définis selon un sens de circulation du véhicule 10, dans le sens indiqué par la flèche de l’axe longitudinal X.
Dans le reste de la description, les notions d’avant, d’arrière, de gauche et de droite seront définies selon le sens de circulation du véhicule 10.
L’enveloppe extérieure 11 du véhicule 10 est caractérisée par un ensemble de points et de grandeurs, telles que :
- un point M 101 correspondant par exemple au milieu de l’essieu arrière, c’est-à-dire au milieu d’un segment de droite ayant pour extrémités les deux roues arrière du véhicule 10 ;
- un point A 114 correspondant à la projection du point M 101 sur le bord longitudinal gauche de l’enveloppe 11 selon l’axe Y et un point D 115 correspondant à la projection du point M 101 sur le bord longitudinal droit de l’enveloppe 11 selon l’axe Y ;
- un point B 112 correspondant au point d’extrémité avant gauche de l’enveloppe 11 (c’est à dire le coin avant gauche), le point B 112 étant associé au point d’extrémité avant gauche E 102 du véhicule 10, c’est-à-dire que le point B 112 est décalé vers l’extérieur du véhicule 10 par rapport au point E 102 selon les marges ‘m’ et ‘n’ ;
- un point C 113 correspondant au point d’extrémité avant droit de l’enveloppe 11 (c’est à dire le coin avant droit), le point C 113 étant associé au point d’extrémité avant droit F 103 du véhicule 10, c’est-à-dire que le point C 113 est décalé vers l’extérieur du véhicule 10 par rapport au point F 103 selon les marges ‘m’ et ‘n’ ;
- une distance ‘b’ correspondant à une demi-largeur de l’enveloppe 11, c’est à dire que la largeur de l’enveloppe extérieure 11 (selon l’axe Y) est égale à 2 x b ;
- une distance ‘a’ correspondant à la distance entre le point A 114 et le point B 112 selon l’axe X (ou de manière équivalente ‘a’ correspond à la distance entre D 115 et C 113 selon l’axe X) ; et
- θ correspondant à un angle de lacet par rapport à l’axe horizontal de la .
Il est supposé dans ce qui va suivre que le véhicule 10 se déplace le long d’un chemin paramétré par l’abscisse curviligne ‘s’, suivi par le point M 101. Le déplacement du véhicule 10 est représenté par une courbe de M(s), c’est-à-dire le déplacement de M en fonction de ‘s’.
Le déplacement de chacun des points A, B, C et D du véhicule 10 représenté par son enveloppe extérieure 11 sont déterminées ou déduits à partir du chemin M(s) et des dimensions du véhicule 10.
Par défaut, la notation en vecteur colonne fait référence à un repère direct classique, dont les vecteurs sont alignés avec l’horizontale et la verticale de la .
La relation suivante est obtenue pour le point A en fonction de ‘s’ :
Des relations similaires sont obtenues pour les points B, C et D en fonction de ‘s’, résultant en les équations suivantes :
Dans ce qui va suivre, il est supposé que le véhicule 10 suit une trajectoire circulaire.
La illustre schématiquement une portion de chemin du véhicule autonome 10, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention.
Le chemin 200 suivi par le véhicule 10 correspond à un arc de cercle, de centre 0 23 de coordonnées (0,0), et de rayon R = 1/k, ‘k’ correspondant à la courbure du chemin 200. O 23 correspond au centre d’un repère orthonormé d’un plan défini par l’axe horizontal et l’axe vertical de la .
Le reste de la description s’appuie sur un exemple particulier et non limitatif selon lequel le véhicule 10 effectue un virage vers la gauche lorsqu’il suit le chemin 200. Le point C 113 correspond ainsi au point extrême de l’enveloppe 11 dans le virage, et décrit un cercle de centre 0 23 également. Bien entendu, l’invention ne se limite pas à un tel exemple mais s’étend à tout virage, par exemple un virage à droite. Lorsque le virage est à droite, le point B 112 correspond au point extrême de l’enveloppe 11 dans le virage en décrivant un cercle également.
L’expression du chemin suivi par M 101 en fonction de ‘s’ est donnée par :
Le lacet de M 101, est défini par :
L’ajout de π/2 est nécessaire car en s=0, le point M est situé en :
(donc à l’extrémité droite du cercle trigonométrique) et est orienté à la verticale. θ(0) est ainsi fixé à π/2.
Le chemin suivi par C en fonction de ‘s’ s’écrit :
Un pas de discrétisation ∆s = s2– s1est défini, avec s2et s1deux positions successives du véhicule 10 le long du chemin 200.
Quand le véhicule 10 se déplace en continu le long du chemin 200, c’est-à-dire lorsque le véhicule 10 parcourt l’ensemble des points formant le chemin 200, le véhicule 10 balaye de façon continue toutes les positions de s1à s2et son enveloppe extérieure 11 fait de même.
L’encombrement réel ou l’empreinte au sol de l’enveloppe 11 représentant le véhicule 10 lorsque ce dernier suit l’ensemble des points du chemin 200 est illustrée en gris sur la .
La position du point M 101 véhicule 10 en s1est représentée par le point M(s1) 21 et la position du point C 113 de l’enveloppe 11 en s1est représentée par le point C1201.
De la même manière, la position du point M 101 véhicule 10 en s2est représentée par le point M(s2) 22 et la position du point C 113 de l’enveloppe 11 en s2est représentée par le point C2202.
La illustre schématiquement l’empreinte au sol (ou l’encombrement) de l’enveloppe extérieure 11 lorsque le véhicule 10 se déplace le long du chemin 200 de s1à s2, lorsque le chemin 200 est discrétisé (c’est-à-dire représenté par des points), selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention.
Lorsque le chemin 200 est discrétisé, seule l’information géométrique des points M(s1) 21 et M(s2) 22 est conservée ou prise en compte et l’information relative au chemin contenue entre ces points M(s1) 21 et M(s2) 22 n’est pas prise en compte car perdue.
Contrairement à l’exemple de la illustrant l’empreinte au sol totale de l’enveloppe 11 lorsque le véhicule 10 parcourt l’ensemble des points compris entre les positions s1et s2, la illustre l’empreinte au sol de l’enveloppe 11 lorsque ne sont prises en compte que les positions s1et s2, c’est-à-dire comme si le véhicule 10 passait de la position s1 à la position s2 sans parcourir les points du chemin 200 compris entre ces 2 positions.
Il en résulte une approximation de l’empreinte au sol de l’enveloppe 11 illustrée par la partie grisée de la . Cette approximation correspond à la surface couverte par l’enveloppe 11 dans la position s1 et dans la position s2 à laquelle est ajoutée la zone entre un segment [A1A2] et un segment [C1C2], A1 31 correspondant à la position du point A 114 de l’enveloppe 11 en s1et A232 correspondant à la position du point A 114 de l’enveloppe 11 en s2.
L’estimation ou la détermination de l’empreinte au sol de l’enveloppe 11 permet de déterminer quelle zone de la chaussée sera occupée à un instant ‘t’ par le véhicule 10 lorsque le dernier suit le chemin 200. Si un obstacle statique est localisé sur une partie de cette empreinte au sol, alors il y a un risque de collision entre le véhicule 10 et cet objet statique lorsque le véhicule 10 suit le chemin 200.
Lorsqu’une erreur est commise dans l’estimation de l’empreinte au sol de l’enveloppe 11 (ce qui est le cas lorsque le chemin 200 est discrétisé en un nombre fini de points), alors il y a un risque de ne pas détecter une collision possible.
En l’occurrence, lorsque le chemin est discrétisé, l’encombrement (ou empreinte au sol) intérieur du virage est surestimé, et l’encombrement extérieur au virage est sous-estimé. La surestimation de l’encombrement intérieur ne pose pas de problème de sécurité. En effet, une surestimation de l’encombrement au sol n’entrainera pas de perte de détermination de risque de collision. En revanche, la sous-estimation de l’encombrement extérieur pose problème. En effet, si un obstacle est situé dans la portion entre les points C1201 et C2202 dans l’encombrement réel mais en dehors de l’encombrement estimé, alors la vérification de l’intersection entre un objet statique localisé en dehors de l’encombrement réel et l’enveloppe 11 ne pourra pas détecter la collision.
La différence entre l’empreinte au sol de l’enveloppe 11 représentée à la et l’empreinte au sol de l’enveloppe 11 représentée à la est illustrée par la , selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention.
La illustre une zone en noir 40 correspondant à une zone à risque, c’est-à-dire à une zone couverte par l’empreinte au sol de l’enveloppe 11 lorsque le véhicule 10 se déplace entre les positions s1et s2mais non modélisée ou prise en compte lorsque le chemin 200 est discrétisé.
L’erreur entrainée par la discrétisation est déterminée comme décrit ci-dessous.
La flèche maximale ‘f’ de l’arc intercepté par la corde C1C2, avec C1= C(s1) et C2= C(s2) est déterminée. Cette flèche ‘f’ est maximale en :
et est donnée par la distance entre le point I 41 et le point J 42 avec :
et le point J situé au milieu du segment [C1C2], soit :
Le calcul symbolique est utilisé pour donner une expression de la distance entre I et J correspondant à la flèche maximale f, c’est-à-dire :
On en déduit donc la relation entre ∆s et f :
Il s’agit ensuite de donner une contrainte sur f pour en déduire la contrainte sur ∆s. Compte-tenu des marges considérées ‘m’ et ‘n’ sur les dimensions du véhicule 10, il est souhaité que l’erreur f soit telle que dans le cas où un obstacle se trouverait dans la zone d’erreur 40, le point réel considéré du véhicule 10 (c’est-à-dire le point F 103 dans le cas d’un virage à gauche) évite tout de même la collision. Autrement dit, il est nécessaire que le point F 103 n’entre pas dans la zone noire 40. Le cas extrême est présenté sur la , où le chemin décrit par le point F entre les positions F1501 et F2502 tangente la zone noire 40, F1correspondant à la position du point F en s1et F2correspondant à la position du point F en s2.
Dans ce cas, il est constaté que f correspond à la différence entre le rayon du cercle décrit par le point C et le rayon du cercle décrit par le point F, ce qui correspond à la condition suivante :
Avec R représentant le rayon du cercle décrit par les points. Le chemin suivi par le point C ayant déjà été calculé, le rayon du cercle est connu par :
Le rayon du cercle décrit par F est obtenu par :
Les expressions ci-dessus étant complexes, les notations R(C) et R(F) sont conservées dans ce qui suit.
Finalement, la condition suivante sur le pas de discrétisation ∆s est obtenue par :
En remarquant que R(C) et R(F) sont proches et que leur différence est par conséquent faible devant R(C), le terme (1 – (R(C) - R(F))/R(F)) est proche de 1, donc acos(1 – (R(C) - R(F))/R(F)) est proche de 0, ce qui indique bien un faible pas de discrétisation ∆s. Il est remarqué que, pour un rayon de courbure fixé, la réduction des marges de sécurité ‘m’ et ‘n’ entraîne le rapprochement des points C et F, donc une diminution de l’écart de leurs rayons respectifs, donc une diminution du pas de discrétisation ∆s.
En route droite, R tend vers ∞. Il est donc nécessaire d’introduire une borne ∆smaxreprésentant le pas maximal de discrétisation. Une telle valeur de pas maximal de discrétisation ∆smaxprend par exemple une valeur correspondant à la longueur du véhicule 10, de façon à traiter des rectangles contigus en ligne droite.
La illustre schématiquement une variation du pas de discrétisation ∆s d’un chemin du véhicule autonome 10 en fonction d’un rayon de courbure associé au chemin, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention.
La courbe 60 illustre ainsi la variation du pas de discrétisation ∆s (axe des ordonnées du graphe) en fonction du rayon de courbure R (axe des abscisses) pour un véhicule 10 aux dimensions déterminées.
Selon cet exemple particulier, il est constaté que le pas de discrétisation le plus faible ∆sminest de l’ordre de 1 mètre. Les chemins les plus courbés devront donc être discrétisés avec un mètre entre chaque point. Selon cet exemple, le pas de discrétisation ∆smaxa été borné à la longueur du véhicule 10.
Il n’est pas aisé de discrétiser directement un chemin en fonction de la courbure, car il est nécessaire de connaître la courbure pour déterminer le pas de discrétisation, et les formes analytiques sont généralement complexes à traiter.
Une solution consistant à discrétiser de manière systématique et très dense les chemins et de sélectionner les points intéressants en post-traitement présente certains inconvénients. Par exemple, le calcul des points est lourd et prend du temps en fonction du type de courbe utilisé.
Une solution intermédiaire consiste à discrétiser de manière systématique les chemins, mais en utilisant la discrétisation la plus dense nécessaire, et non la plus dense de manière absolue.
La discrétisation la plus dense nécessaire pour un véhicule particulier est déterminée comme suit. Cette discrétisation est utilisée quand le rayon de courbure du chemin est le plus faible, et correspond donc à une situation de braquage maximal du véhicule 10. Compte tenu du rayon de courbure minimal du véhicule Rminet de ses dimensions, la plus petite valeur de pas de discrétisation ∆sminnécessaire pour respecter la contrainte décrite ci-dessus vaut :
Avec R(C) et R(F) dépendant de R, donc de Rmindans le calcul ci-dessus.
Il est ainsi garanti qu’en utilisant un pas de discrétisation de ∆smin, l’évaluation de l’encombrement (empreinte au sol) du véhicule 10 respecte toujours la contrainte décrite ci-dessus. Pour le véhicule 10 selon l’exemple de la , ∆sminest de l’ordre de 1 mètre.
Un processus de contrôle de trajectoire du véhicule autonome 10 est mis en œuvre par un ou plusieurs processeurs d’un ou plusieurs calculateurs du système embarqué du véhicule 10, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention.
Dans une première opération du processus, un chemin est calculé ou déterminé en fonction de données représentatives d’un itinéraire pour le véhicule autonome 10. Ce chemin est obtenu selon toute méthode connue de l’homme du métier à partir d’un itinéraire calculé à partir d’un ensemble de données comprenant par exemple la position courante du véhicule 10 et une destination. Les données comprennent par exemple en outre des données de cartographie de l’environnement du véhicule 10. La position du véhicule 10 est par exemple obtenue via un système de localisation par satellite, par exemple un système GPS (de l’anglais « Global Positioning System » ou en français « Système mondial de positionnement »). Un tel système est par exemple intégré au véhicule 10, par exemple mis en œuvre par un calculateur du système embarqué du véhicule 10, ou par un dispositif mobile (par exemple un téléphone intelligent) embarqué dans le véhicule 10 et communiquant avec le véhicule 10 par liaison radio (par exemple en Bluetooth® ou en Wifi®). La destination est par exemple entrée par le conducteur du véhicule 10 dans un système de calcul d’itinéraire via une interface graphique tactile ou une interface à commande vocale. Un tel système est par exemple mis en œuvre par un calculateur du système embarqué du véhicule 10, ou par un dispositif mobile (par exemple un téléphone intelligent) embarqué dans le véhicule 10 et communiquant avec le véhicule 10 par liaison radio. Les données de cartographie sont par exemple reçues d’un serveur distant, par exemple au fur et à mesure du déplacement du véhicule 10. Selon un autre exemple, les données de cartographies sont stockées en mémoire d’un système embarqué dans le véhicule 10 et/ou en mémoire du dispositif mobile.
Dans une deuxième opération, le pas de discrétisation minimal ∆smindu chemin correspondant au rayon de courbure minimal du chemin est déterminé. Comme expliqué ci-dessus, le pas de discrétisation minimal ∆sminest fonction du rayon de courbure minimal, de dimensions représentatives de l’enveloppe extérieure 11 du véhicule 10, de la marge latérale ‘n’ et de la marge longitudinale ‘m’, le rayon de courbure minimal correspondant à un rayon de braquage minimal du véhicule autonome 10, le rayon de braquage minimal étant fonction de caractéristiques intrinsèques du véhicule autonome.
Un tel rayon de braquage minimal Rminest par exemple déterminé à partir de l’empattement ‘e’ du véhicule 10 et de l’angle de direction ou de cap maximal ‘δmax’ d’une roue avant du véhicule 10, selon l’équation suivante :
Les dimensions représentatives de l’enveloppe extérieure 11 utilisées pour calculer ∆smincorrespondent à :
- la moitié ‘b’ de la largeur de l’enveloppe extérieure 11 ; et
- la distance ‘a’, le long de l’axe longitudinal du véhicule autonome 10, entre le point M correspondant au milieu de l’essieu arrière du véhicule 10 et le point correspondant au milieu du côté avant de l’enveloppe extérieure, c’est-à-dire le milieu du segment [BC].
Dans une troisième opération, un ensemble N de points représentatifs du chemin est déterminé en fonction du pas de discrétisation minimal ∆smin, par exemple selon l’équation suivante :
Avec Sjla longueur du chemin.
Dans une quatrième opération, la trajectoire associée au chemin est déterminée en fonction de l’ensemble N de points, par exemple en associant une vitesse à chaque point obtenu de la discrétisation du chemin. La vitesse est par exemple déterminée en fonction de données sur l’environnement du véhicule 10, ces données étant par exemple obtenues d’un ou plusieurs capteurs embarqués dans le véhicule 10, tels que par exemple :
- un ou plusieurs radars à ondes millimétriques arrangés sur le véhicule, par exemple à l’avant, à l’arrière, sur chaque coin avant/arrière du véhicule ; chaque radar est adapté pour émettre des ondes électromagnétiques et pour recevoir les échos de ces ondes renvoyées par un ou plusieurs objets, dans le but de détecter des obstacles et leurs distances vis-à-vis du véhicule 10 ; et/ou
- un ou plusieurs LIDAR(s) (de l’anglais « Light Detection And Ranging », ou « Détection et estimation de la distance par la lumière » en français), un capteur LIDAR correspondant à un système optoélectronique composé d’un dispositif émetteur laser, d’un dispositif récepteur comprenant un collecteur de lumière (pour collecter la partie du rayonnement lumineux émis par l’émetteur et réfléchi par tout objet situé sur le trajet des rayons lumineux émis par l’émetteur) et d’un photodétecteur qui transforme la lumière collectée en signal électrique ; un capteur LIDAR permet ainsi de détecter la présence d’objets situés dans le faisceau lumineux émis et de mesurer la distance entre le capteur et chaque objet détecté ; et/ou
- une ou plusieurs caméras (associées ou non à un capteur de profondeur) pour l’acquisition d’une ou plusieurs images de l’environnement autour du véhicule 10 se trouvant dans le champ de vision de la ou les caméras
Selon une variante, ces données sur l’environnement du véhicule 10, ou au moins une partie d’entre elles, sont par exemple obtenues d’un ou plusieurs autres véhicules ou d’une infrastructure réseau via un système de communication de type V2X (de l’anglais « Vehicle to Everything » ou en français « Véhicule vers tout »).
La trajectoire est ainsi par exemple déterminée à partir de contraintes (obstacles, limitations de vitesse, panneaux routiers, feux de signalisation, etc.) définies à partir d’informations sur l’environnement du véhicule obtenues des données sur l’environnement, ces contraintes étant utilisées lors d’un processus, connu de l’homme du métier, dit de planification locale de la trajectoire du véhicule 10.
Dans une cinquième opération, les paramètres représentatifs de la trajectoire (par exemple des coordonnées d’un ensemble de points associées à des valeurs de vitesse) sont transmis à au moins un système de contrôle de trajectoire du véhicule autonome 10. Ces paramètres sont par exemple transmis par un calculateur en charge de déterminer la trajectoire et ses paramètres à un ou plusieurs calculateurs d’un ou plusieurs systèmes ADAS (de l’anglais « Advanced Driver-Assistance System » ou en français « Système d’aide à la conduite avancé ») du véhicule autonome 10, via un ou plusieurs bus de données par exemple.
Dans une sixième opération optionnelle comprise entre la troisième opération et la quatrième opération décrites ci-dessus, une partie des points de l’ensemble N de points est sélectionné, seuls ces points sélectionnés étant traités pour définir la trajectoire.
Cette sélection comprend ainsi les opérations suivantes :
- calcul de l’abscisse curviligne ‘s’ de chaque point de l’ensemble N ;
- sélection d’un premier point de l’ensemble de points pour traitement de ce premier point (par exemple détermination de la vitesse associée), un curseur i0étant par exemple placé sur ce premier point ;
- premier parcours des points de l’ensemble de points suivant le premier point le long du chemin jusqu’à trouver un deuxième point pour lequel une distance sur le chemin entre le deuxième point et le premier point est supérieure à un pas de discrétisation maximal déterminé ;
- détermination d’une courbure maximale du chemin entre d’une part un troisième point précédant le deuxième point sur le chemin et d’autre part le premier point et détermination d’un pas de discrétisation optimal correspondant à la courbure maximale ;
- deuxième parcours des points de l’ensemble de points suivant le premier point jusqu’à trouver un quatrième point pour lequel une distance sur le chemin entre le quatrième point et le premier point est supérieure au pas de discrétisation optimale ;
- sélection d’un cinquième point de l’ensemble de points précédant le quatrième point sur le chemin.
Les opérations ci-dessus sont réitérées en prenant le cinquième point comme premier point, jusqu’à avoir parcouru tous les points de l’ensemble N de points.
Dit autrement, la sélection des points à traiter comprend les opérations suivantes :
- calculer l’abscisse curviligne s de chaque point ‘i’ de l’ensemble de points N du chemin ;
- Effectuer le traitement sur le point 1
- Placer un curseur i0sur le point 1
- Tant qu’il reste des points à traiter :
● Placer un curseur i1sur le point i0+1
● Tant que s(i1) – s(i0) ≤ ∆smax, i1<= i1+1, c’est à dire que le prochain point du chemin pour lequel la distance entre les points i0et i1est supérieure à ∆smaxest recherché
● Calculer kmaxla courbure maximale (en valeur absolue) sur les points allant de i0à i1-1
● Calculer le pas de discrétisation optimal ∆soptimalà partir de R = 1/ kmax
● Replacer le curseur i1sur i0+1
● Tant que s(i1) – s(i0) ≤ ∆soptimal, i1<= i1+1, c’est à dire que le prochain point du chemin pour lequel la distance entre les points i0et i1est supérieure à ∆soptimalest recherché
● Effectuer le traitement sur le point i1-1
● Placer i0sur i1-1,
Et réitérer les opérations ci-dessus jusqu’à la fin de l’ensemble N de points obtenus de la discrétisation.
Le processus de cette sixième opération permet d’adapter le traitement des points en fonction de la courbure du chemin. Sur un endroit fortement courbé, plus de points seront traités, tandis qu’en ligne droite, moins de points seront traités. Ainsi, le nombre nécessaire de points est traité, et juste le nombre nécessaire pour prendre en compte toute l’empreinte au sol de l’enveloppe extérieure 11 du véhicule 10, ce qui permet de réduire la quantité de calcul pour l’évaluation d’un chemin tout en garantissant la sécurité du véhicule 10 et de ses passagers.
La illustre schématiquement un dispositif 7 configuré pour contrôler la trajectoire du véhicule autonome 10, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention. Le dispositif 7 correspond par exemple à un dispositif embarqué dans le véhicule 10, par exemple un calculateur.
Le dispositif 7 est par exemple configuré pour la mise en œuvre des opérations décrites en regard des figures 1 à 6 et/ou des étapes du procédé décrit en regard de la . Des exemples d’un tel dispositif 7 comprennent, sans y être limités, un équipement électronique embarqué tel qu’un ordinateur de bord d’un véhicule, un calculateur électronique tel qu’une UCE (« Unité de Commande Electronique »), un téléphone intelligent, une tablette, un ordinateur portable. Les éléments du dispositif 7, individuellement ou en combinaison, peuvent être intégrés dans un unique circuit intégré, dans plusieurs circuits intégrés, et/ou dans des composants discrets. Le dispositif 7 peut être réalisé sous la forme de circuits électroniques ou de modules logiciels (ou informatiques) ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.
Le dispositif 7 comprend un (ou plusieurs) processeur(s) 70 configurés pour exécuter des instructions pour la réalisation des étapes du procédé et/ou pour l’exécution des instructions du ou des logiciels embarqués dans le dispositif 7. Le processeur 70 peut inclure de la mémoire intégrée, une interface d’entrée/sortie, et différents circuits connus de l’homme du métier. Le dispositif 7 comprend en outre au moins une mémoire 71 correspondant par exemple à une mémoire volatile et/ou non volatile et/ou comprend un dispositif de stockage mémoire qui peut comprendre de la mémoire volatile et/ou non volatile, telle que EEPROM, ROM, PROM, RAM, DRAM, SRAM, flash, disque magnétique ou optique.
Le code informatique du ou des logiciels embarqués comprenant les instructions à charger et exécuter par le processeur est par exemple stocké sur la mémoire 71.
Selon différents exemples de réalisation particuliers et non limitatifs, le dispositif 7 est couplé en communication avec d’autres dispositifs ou systèmes similaires et/ou avec des dispositifs de communication, par exemple une TCU (de l’anglais « Telematic Control Unit » ou en français « Unité de Contrôle Télématique »), par exemple par l’intermédiaire d’un bus de communication ou au travers de ports d’entrée / sortie dédiés.
Selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif, le dispositif 7 comprend un bloc 72 d’éléments d’interface pour communiquer avec des dispositifs externes, par exemple un serveur distant ou le « cloud », d’autres nœuds du réseau ad hoc. Les éléments d’interface du bloc 72 comprennent une ou plusieurs des interfaces suivantes :
- interface radiofréquence RF, par exemple de type Wi-Fi® (selon IEEE 802.11), par exemple dans les bandes de fréquence à 2,4 ou 5 GHz, ou de type Bluetooth® (selon IEEE 802.15.1), dans la bande de fréquence à 2,4 GHz, ou de type Sigfox utilisant une technologie radio UBN (de l’anglais Ultra Narrow Band, en français bande ultra étroite), ou LoRa dans la bande de fréquence 868 MHz, LTE (de l’anglais « Long-Term Evolution » ou en français « Evolution à long terme »), LTE-Advanced (ou en français LTE-avancé) ;
- interface USB (de l’anglais « Universal Serial Bus » ou « Bus Universel en Série » en français) ;
- interface HDMI (de l’anglais « High Definition Multimedia Interface », ou « Interface Multimedia Haute Definition » en français) ;
- interface LIN (de l’anglais « Local Interconnect Network », ou en français « Réseau interconnecté local »).
Des données sont par exemples chargées vers le dispositif 7 via l’interface du bloc 72 en utilisant un réseau Wi-Fi® tel que selon IEEE 802.11, un réseau ITS G5 basé sur IEEE 802.11p ou un réseau mobile tel qu’un réseau 4G (ou 5G) basé sur la norme LTE (de l’anglais Long Term Evolution) définie par le consortium 3GPP notamment un réseau LTE-V2X.
Selon un autre exemple de réalisation particulier et non limitatif, le dispositif 7 comprend une interface de communication 73 qui permet d’établir une communication avec d’autres dispositifs (tels que d’autres calculateurs du système embarqué) via un canal de communication 730. L’interface de communication 73 correspond par exemple à un transmetteur configuré pour transmettre et recevoir des informations et/ou des données via le canal de communication 730. L’interface de communication 73 correspond par exemple à un réseau filaire de type CAN (de l’anglais « Controller Area Network » ou en français « Réseau de contrôleurs »), CAN FD (de l’anglais « Controller Area Network Flexible Data-Rate » ou en français « Réseau de contrôleurs à débit de données flexible »), FlexRay (standardisé par la norme ISO 17458) ou Ethernet (standardisé par la norme ISO/IEC 802-3).
Selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif, le dispositif 7 peut fournir des signaux de sortie à un ou plusieurs dispositifs externes, tels qu’un écran d’affichage, tactile ou non, un ou des haut-parleurs et/ou d’autres périphériques (système de projection) via des interfaces de sortie respectives. Selon une variante, l’un ou l’autre des dispositifs externes est intégré au dispositif 7.
La illustre un organigramme des différentes étapes d’un procédé de contrôle de trajectoire d’un véhicule autonome 10, le véhicule autonome étant représenté par une enveloppe extérieure rectangulaire englobant le véhicule autonome avec une marge latérale et une marge longitudinale, selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif de la présente invention. Le procédé est par exemple mis en œuvre par un dispositif embarqué dans le véhicule 10 ou par le dispositif 7 de la .
Dans une première étape 81, un chemin est déterminé pour le véhicule autonome en fonction de données représentatives d’un itinéraire pour le véhicule autonome.
Dans une deuxième étape 82, un pas de discrétisation minimal du chemin est déterminé en fonction d’un rayon de courbure minimal, de dimensions représentatives de l’enveloppe extérieure englobant le véhicule autonome, de la marge latérale et de la marge longitudinale, le rayon de courbure minimal correspondant à un rayon de braquage minimal du véhicule autonome, le rayon de braquage minimal étant fonction de caractéristiques intrinsèques du véhicule autonome.
Dans une troisième étape 83, un ensemble de points représentatifs du chemin est déterminé en fonction du pas de discrétisation minimal.
Dans une quatrième étape 84, la trajectoire associée au chemin est déterminée en fonction de l’ensemble de points.
Dans une cinquième étape 85, les paramètres représentatifs de la trajectoire sont transmis à au moins un système de contrôle de trajectoire du véhicule autonome.
Selon une variante, les variantes et exemples des opérations décrits en relation avec l’une des figures 1 à 6 s’appliquent aux étapes du procédé de la .
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits ci-avant mais s’étend à un procédé de discrétisation d’un chemin suivi par un véhicule autonome qui inclurait des étapes secondaires sans pour cela sortir de la portée de la présente invention. Il en serait de même d’un dispositif configuré pour la mise en œuvre d’un tel procédé.
La présente invention concerne également un véhicule, par exemple automobile ou plus généralement un véhicule autonome à moteur terrestre, comprenant le dispositif 7 de la .
Claims (10)
- Procédé de contrôle de trajectoire d’un véhicule autonome (10), ledit véhicule autonome (10) étant représenté par une enveloppe extérieure rectangulaire (11) englobant ledit véhicule autonome (10) avec une marge latérale et une marge longitudinale, ledit procédé étant mis en œuvre par au moins un processeur, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- détermination (81) d’un chemin (200) pour ledit véhicule autonome (10) en fonction de données représentatives d’un itinéraire pour ledit véhicule autonome (10) ;
- détermination (82) d’un pas de discrétisation minimal dudit chemin (200), ledit pas de discrétisation minimal étant fonction d’un rayon de courbure minimal, de dimensions représentatives de ladite enveloppe extérieure, de ladite marge latérale et de ladite marge longitudinale, ledit rayon de courbure minimal correspondant à un rayon de braquage minimal dudit véhicule autonome (10), ledit rayon de braquage minimal étant fonction de caractéristiques intrinsèques dudit véhicule autonome (10) ;
- détermination (83) d’un ensemble de points représentatifs dudit chemin (200) en fonction dudit pas de discrétisation minimal ;
- détermination (84) de ladite trajectoire associée audit chemin (200) en fonction dudit ensemble de points ;
- transmission (85) de paramètres représentatifs de ladite trajectoire à au moins un système de contrôle de trajectoire dudit véhicule autonome (10). - Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une sélection d’une partie des points dudit ensemble de points, ladite trajectoire étant déterminée en fonction de ladite partie des points sélectionnés.
- Procédé selon la revendication 2, pour lequel ladite sélection comprend :
- une sélection d’un premier point dudit ensemble de points ;
- premier parcours des points dudit ensemble de points suivant ledit premier point le long dudit chemin jusqu’à trouver un deuxième point pour lequel une distance sur ledit chemin (200) entre ledit deuxième point et ledit premier point est supérieure à un pas de discrétisation maximal déterminé ;
- détermination d’une courbure maximale dudit chemin (200) entre d’une part un troisième point précédant ledit deuxième point sur ledit chemin et d’autre part ledit premier point et détermination d’un pas de discrétisation optimal correspondant à ladite courbure maximale ;
- deuxième parcours desdits points dudit ensemble de points suivant ledit premier point jusqu’à trouver un quatrième point pour lequel une distance sur ledit chemin (200) entre ledit quatrième point et ledit premier point est supérieure audit pas de discrétisation optimale ;
- sélection d’un cinquième point dudit ensemble de points précédant ledit quatrième point sur ledit chemin (200) ; et
- réitération des étapes précédentes de sélection d’un premier point, premier parcours, détermination d’une courbure maximale, deuxième parcours et sélection d’un cinquième point en remplaçant ledit premier point par ledit cinquième point jusqu’à avoir parcouru ledit ensemble de points. - Procédé selon la revendication 3, pour lequel ledit pas de discrétisation maximal correspond à un rayon de courbure maximal dudit chemin (200), ledit pas de discrétisation maximal étant déterminé en fonction dudit rayon de courbure maximal, desdites dimensions représentatives de ladite enveloppe extérieure (11), de ladite marge latérale et de ladite marge longitudinale, ladite détermination étant bornée par un maximum dudit pas de discrétisation maximal correspondant à une longueur dudit véhicule autonome (10).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, pour lequel lesdites caractéristiques intrinsèques correspondent à un empattement dudit véhicule autonome (10) et un angle maximal de direction d’une roue avant dudit véhicule autonome (10).
- Procédé selon l’une des revendications 1 à 5, pour lequel lesdites dimensions représentatives de ladite enveloppe extérieure correspondent à :
- une moitié de largeur de ladite enveloppe extérieure (11) ; et
- une distance, le long d’un axe longitudinal dudit véhicule autonome (10), entre un point (101) correspondant au milieu d’un essieu arrière dudit véhicule autonome et un point correspondant au milieu d’un côté avant de ladite enveloppe extérieure (11). - Dispositif (7) de contrôle de trajectoire d’un véhicule autonome, ledit dispositif (7) comprenant une mémoire (71) associée à au moins un processeur (70) configuré pour la mise en œuvre des étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
- Véhicule (10) comprenant le dispositif (7) selon la revendication 7.
- Programme d’ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, lorsque ces instructions sont exécutées par un processeur.
- Support d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions pour l’exécution des étapes du procédé selon l’une des revendications 1 à 6.
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Effective date: 20221216 |