FR3135685A1 - Method for autonomously controlling an automobile device - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé de pilotage autonome d’actionneurs d’un appareil automobile (10) qui sont adaptés à influer sur la trajectoire et la vitesse dudit appareil automobile, comportant des étapes de : - acquisition d’une trajectoire de référence que ledit appareil automobile doit suivre, - détermination d’une valeur nominale d’au moins un paramètre permettant à l’appareil automobile de suivre la trajectoire de référence, - détermination d’une valeur courante de chacun desdits paramètres lorsque ledit appareil automobile suit la trajectoire de référence, - détermination d’un écart de valeurs entre la valeur courante et la valeur nominale de chacun desdits paramètres, puis - calcul par un calculateur d’une consigne de pilotage pour chaque actionneur, en fonction de chaque écart de valeurs, au moyen d’un correcteur. Selon l’invention, le correcteur permet de calculer conjointement une consigne de pilotage exclusivement latéral de l’appareil automobile et une consigne de pilotage exclusivement longitudinal de l’appareil automobile. Figure pour l’abrégé : Fig.1The invention relates to a method for autonomously controlling actuators of an automobile device (10) which are adapted to influence the trajectory and speed of said automobile device, comprising steps of: - acquisition of a reference trajectory that said automobile device must follow, - determination of a nominal value of at least one parameter allowing the automobile device to follow the reference trajectory, - determination of a current value of each of said parameters when said automobile device follows the trajectory of reference, - determination of a difference in values between the current value and the nominal value of each of said parameters, then - calculation by a computer of a control setpoint for each actuator, according to each difference in values, by means of 'corrector. According to the invention, the corrector makes it possible to jointly calculate an exclusively lateral control instruction for the automobile device and an exclusively longitudinal control instruction for the automobile device. Figure for abstract: Fig.1

Description

Procédé de pilotage autonome d’un appareil automobileMethod for autonomously controlling an automobile device Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne de manière générale l’automatisation du suivi de trajectoires d’appareils automobiles.The present invention generally relates to the automation of tracking the trajectories of automobile devices.

Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans le cadre des aides à la conduite de véhicules automobiles, mais elle peut également s’appliquer au domaine de l’aéronautique ou de la robotique.It finds a particularly advantageous application in the context of driving aids for motor vehicles, but it can also be applied to the field of aeronautics or robotics.

Elle concerne plus particulièrement un procédé de pilotage autonome d’actionneurs d’un appareil automobile qui sont adaptés à influer sur la trajectoire et la vitesse dudit appareil automobile, comportant des étapes de :
- acquisition d’une trajectoire de référence que ledit appareil automobile doit suivre,
- détermination d’une valeur nominale d’au moins un paramètre permettant à l’appareil automobile de suivre la trajectoire de référence,
- détermination d’une valeur courante de chaque paramètre lorsque ledit appareil automobile suit la trajectoire de référence,
- détermination d’un écart de valeurs entre la valeur courante et la valeur nominale de chaque paramètre, puis
- calcul par un calculateur d’une consigne de pilotage pour chaque actionneur, en fonction de chaque écart de valeurs, en utilisant pour cela un objet mathématique ci-après appelé « correcteur ».
It relates more particularly to a method for autonomously controlling actuators of an automobile device which are adapted to influence the trajectory and speed of said automobile device, comprising steps of:
- acquisition of a reference trajectory that said automobile device must follow,
- determination of a nominal value of at least one parameter allowing the automobile device to follow the reference trajectory,
- determination of a current value of each parameter when said automobile device follows the reference trajectory,
- determination of a difference in values between the current value and the nominal value of each parameter, then
- calculation by a calculator of a control instruction for each actuator, according to each difference in values, using for this a mathematical object hereinafter called "corrector".

Elle concerne aussi un appareil équipé d’un calculateur adapté à mettre en œuvre ce procédé.It also concerns a device equipped with a computer adapted to implement this process.

Elle concerne également une méthode pour synthétiser un tel correcteur.It also relates to a method for synthesizing such a corrector.

Elle s’applique plus particulièrement, mais pas exclusivement, au suivi d’une trajectoire d’évitement d’un obstacle par un véhicule automobile.It applies more particularly, but not exclusively, to following an obstacle avoidance trajectory by a motor vehicle.

Etat de la techniqueState of the art

Dans un souci de sécurisation des véhicules automobiles, on équipe actuellement ces derniers de systèmes d’aide à la conduite ou de systèmes de conduite autonome.In order to make motor vehicles safer, they are currently equipped with driver assistance systems or autonomous driving systems.

Parmi ces systèmes, on connait notamment les systèmes de freinage d’urgence automatique (plus connu sous l’abréviation AEB, de l’anglais « Automatic Emergency Braking »), conçus pour éviter toute collision avec des obstacles situés dans la voie empruntée par le véhicule, en agissant simplement sur le système de freinage conventionnel du véhicule automobile.Among these systems, we know in particular the automatic emergency braking systems (better known by the abbreviation AEB, from English "Automatic Emergency Braking"), designed to avoid any collision with obstacles located in the lane taken by the vehicle. vehicle, by simply acting on the conventional braking system of the motor vehicle.

Il existe toutefois des situations dans lesquelles ces systèmes de freinage d’urgence ne permettent pas d’éviter la collision ou ne sont pas utilisables (par exemple si un engin suit de près le véhicule automobile).However, there are situations in which these emergency braking systems do not prevent a collision or are not usable (for example if a vehicle is closely following the motor vehicle).

Pour ces situations, il a été développé des systèmes d’évitement automatique (plus connu sous l’abréviation AES, de l’anglais « Advanced Evasive Steering » ou « Automatic Emergency Steering ») qui permettent d’éviter l’obstacle en déviant le véhicule de sa trajectoire, soit en agissant sur la direction du véhicule, soit en agissant sur le système de freinage différentiel du véhicule. On notera que l’obstacle peut être dans la même voie que le véhicule ou dans une voie adjacente, auquel cas il est détecté que cet obstacle peut se trouver dans un court délai sur la trajectoire du véhicule.For these situations, automatic avoidance systems have been developed (better known by the abbreviation AES, from English “Advanced Evasive Steering” or “Automatic Emergency Steering”) which make it possible to avoid the obstacle by deflecting the vehicle from its trajectory, either by acting on the steering of the vehicle, or by acting on the vehicle's differential braking system. Note that the obstacle may be in the same lane as the vehicle or in an adjacent lane, in which case it is detected that this obstacle may be found in the path of the vehicle within a short time.

Il arrive toutefois que le système AES impose au véhicule une trajectoire limite en termes de contrôlabilité et qui ne permet pas forcément au conducteur de reprendre la main sur la conduite du véhicule en toute sécurité.However, it happens that the AES system imposes on the vehicle a limiting trajectory in terms of controllability and which does not necessarily allow the driver to regain control over driving the vehicle in complete safety.

Le problème est en effet que les manœuvres d’évitement dites « à haute dynamique », c’est-à-dire pour lesquelles l’accélération subie par le véhicule dépasse un seuil par exemple de 0,3g, sont susceptibles de générer des instabilités et des défauts de suivi de trajectoire, si bien qu’elles s’avèrent difficiles à contrôler.The problem is in fact that so-called “high dynamic” avoidance maneuvers, that is to say for which the acceleration experienced by the vehicle exceeds a threshold of, for example, 0.3 g, are likely to generate instabilities. and trajectory tracking defects, so that they prove difficult to control.

Présentation de l'inventionPresentation of the invention

Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose une solution permettant de coupler les contrôles latéral et longitudinal du véhicule pour assurer un pilotage précis et stable du véhicule lors de manœuvres à haute dynamique, et notamment lors des manœuvres d’évitement d’obstacles.In order to remedy the aforementioned drawback of the state of the art, the present invention proposes a solution making it possible to couple the lateral and longitudinal controls of the vehicle to ensure precise and stable steering of the vehicle during high dynamic maneuvers, and in particular during obstacle avoidance maneuvers.

Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de pilotage tel que défini dans l’introduction, dans lequel le correcteur est utilisé pour calculer conjointement une consigne de pilotage exclusivement latéral de l’appareil automobile et une consigne de pilotage exclusivement longitudinal de l’appareil automobile.More particularly, according to the invention, we propose a control method as defined in the introduction, in which the corrector is used to jointly calculate an exclusively lateral control instruction of the automobile device and an exclusively longitudinal control instruction of the automotive device.

Dans le cas où l’appareil considéré est un véhicule automobile, la consigne de pilotage exclusivement latéral sera une consigne de braquage des roues directrices du véhicule, et la consigne de pilotage exclusivement longitudinal sera une consigne de freinage traditionnel des roues du véhicule (on ne parle donc pas de freinage différentiel permettant de freiner et faire tourner le véhicule).In the case where the device considered is a motor vehicle, the exclusively lateral steering instruction will be a steering instruction for the steering wheels of the vehicle, and the exclusively longitudinal steering instruction will be a traditional braking instruction for the wheels of the vehicle (we do not therefore not talking about differential braking allowing the vehicle to be braked and turned).

Ainsi, l’invention permet de contrôler la dynamique de l’appareil (ici le véhicule) non seulement latéralement par rapport à l’a trajectoire qu’il doit emprunter, mais aussi longitudinalement, via un seul et unique correcteur.Thus, the invention makes it possible to control the dynamics of the device (here the vehicle) not only laterally in relation to the trajectory it must take, but also longitudinally, via a single corrector.

Autrement dit, lorsque ce procédé est mis en œuvre sur un véhicule automobile afin d’éviter un obstacle, il est possible de contrôler le braquage et le freinage (ou l’accélération) du véhicule de façon conjointe.In other words, when this process is implemented on a motor vehicle in order to avoid an obstacle, it is possible to control the steering and braking (or acceleration) of the vehicle jointly.

Cette solution permet de garantir un meilleur suivi de trajectoire d’évitement de l’obstacle et une meilleure stabilité au véhicule.This solution ensures better tracking of the obstacle avoidance trajectory and better vehicle stability.

Le correcteur obtenu est en effet susceptible de garantir la stabilité et les performances d’une modélisation de la dynamique du véhicule par un système en boucle fermée, pour un ensemble très large de trajectoires de référence à des vitesses différentes. Grâce à l’invention, il n’est donc pas nécessaire de calculer et mettre au point un correcteur pour chaque trajectoire, le correcteur une fois correctement calibré étant valable pour un domaine d’utilisation assez large.The corrector obtained is in fact capable of guaranteeing the stability and performance of vehicle dynamics modeling using a closed-loop system, for a very large set of reference trajectories at different speeds. Thanks to the invention, it is therefore not necessary to calculate and develop a corrector for each trajectory, the corrector once correctly calibrated being valid for a fairly wide range of use.

A ce sujet, ce correcteur est calculé hors ligne (lors de la conception du véhicule) et il est ensuite embarqué sur véhicule, si bien qu’aucun nouveau calcul de synthèse du correcteur sur le véhicule n’est nécessaire.In this regard, this corrector is calculated offline (during the design of the vehicle) and it is then on-board the vehicle, so that no new summary calculation of the corrector on the vehicle is necessary.

L’invention est ainsi facile à implémenter.The invention is thus easy to implement.

Préférentiellement, ledit appareil automobile est un véhicule qui comprend au moins une roue adaptée à être braquée dans une direction variable, au moins un actionneur de direction assistée, au moins un actionneur de freinage et au moins un actionneur de propulsion du véhicule. Dès lors, la consigne de pilotage latéral est transmise audit au moins un actionneur de direction assistée pour braquer ladite au moins une roue, et la consigne de pilotage longitudinal est transmise audit au moins un actionneur de freinage ou audit au moins un actionneur de propulsion pour freiner ou accélérer le véhiculePreferably, said automobile device is a vehicle which comprises at least one wheel adapted to be steered in a variable direction, at least one power steering actuator, at least one braking actuator and at least one vehicle propulsion actuator. Therefore, the lateral steering instruction is transmitted to said at least one power steering actuator to steer said at least one wheel, and the longitudinal steering instruction is transmitted to said at least one braking actuator or to said at least one propulsion actuator to brake or accelerate the vehicle

L’invention porte également sur une méthode d’élaboration d’un correcteur en vue de son utilisation dans un procédé de pilotage tel que précité, dans laquelle il est prévu de :
- modéliser l’appareil automobile sous une forme non linéaire,
- linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variants,
- synthétiser un correcteur qui assure un suivi de trajectoires de référence,
et dans laquelle le modèle est linéarisé sous forme polytopique.
The invention also relates to a method for developing a corrector with a view to its use in a control method as mentioned above, in which it is planned to:
- model the automobile device in a non-linear form,
- linearize said model in a linear form with varying parameters,
- synthesize a corrector which ensures monitoring of reference trajectories,
and in which the model is linearized in polytopic form.

D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de cette méthode conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
Other advantageous and non-limiting characteristics of this method according to the invention, taken individually or in all technically possible combinations, are as follows:

- la modélisation de l’appareil automobile sous forme non linéaire est issue d’équations d’équilibre des forces s’appliquant sur l’appareil automobile ;
- the modeling of the automobile device in nonlinear form comes from balance equations of forces applying to the automobile device;

- les forces s’appliquant sur l’appareil automobile comprenant des forces de réaction normale que le sol exerce sur au moins deux roues de l’appareil automobile, lesdites forces de réaction normale sont modélisées par un modèle de transfert de charge variable entre les deux roues, qui dépend de la dynamique de l’appareil automobile ;
- les forces s’appliquant sur l’appareil automobile comprenant des forces de réaction normale ainsi que des forces de frottement longitudinal et latéral que le sol exerce sur des roues de l’appareil automobile, pour linéariser ledit modèle, on modélise l’appareil automobile sous la forme d’un système en boucle fermée, lesdites forces de réaction normale et de frottement longitudinal et latéral étant utilisées en entrée du système et dépendant de la sortie dudit système ;
- the forces applying to the automobile device comprising normal reaction forces that the ground exerts on at least two wheels of the automobile device, said normal reaction forces are modeled by a variable load transfer model between the two wheels, which depends on the dynamics of the automobile device;
- the forces applying to the automobile device including normal reaction forces as well as longitudinal and lateral friction forces that the ground exerts on the wheels of the automobile device, to linearize said model, the automobile device is modeled in the form of a closed-loop system, said normal reaction forces and longitudinal and lateral friction being used as input to the system and depending on the output of said system;

- une partie des forces s’appliquant sur l’appareil automobile saturant au-delà d’un seuil prédéfini, lors de la linéarisation dudit modèle, on utilise une fonction de saturation linéarisée sous la forme d’une droite ayant une pente variable ;
- part of the forces applying to the automobile device saturating beyond a predefined threshold, during the linearization of said model, a linearized saturation function is used in the form of a straight line having a variable slope;

- pour linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variants, il est prévu de déterminer un modèle linéarisé faisant intervenir trois matrices d’état ayant une dépendance affine à des paramètres variables dans le temps, puis d’écrire ce modèle linéarisé sous forme polytopique faisant intervenir seulement deux matrices d’état, ayant une dépendance affine à des paramètres variables ;
- to linearize said model in a linear form with varying parameters, it is planned to determine a linearized model involving three state matrices having an affine dependence on parameters varying over time, then to write this linearized model in polytopic form involving only two state matrices, having an affine dependence on variable parameters;

- une partie au moins des paramètres variables dans le temps sont choisis parmi les termes des trois matrices d’état, les autres termes des matrices d’état étant considérés invariables dans le temps ;
- le nombre de paramètres variables dans le temps choisis est compris entre 6 et 10, bornes incluses ;
- at least part of the time-varying parameters are chosen from the terms of the three state matrices, the other terms of the state matrices being considered invariable over time;
- the number of time-varying parameters chosen is between 6 and 10, limits included;

- le régulateur est synthétisé à partir de critères d’optimisation convexe sous contraintes d’inégalités matricielles linéaires, l’une au moins des contraintes comportant :
- the regulator is synthesized from convex optimization criteria under linear matrix inequalities constraints, at least one of the constraints comprising:

¤ la minimisation de la performance au sens H∞ de la relation entre une perturbation s’appliquant sur l’appareil automobile et une erreur de position et/ou de lacet de l’appareil automobile,
¤ the minimization of the performance in the H∞ sense of the relationship between a disturbance applying to the automobile device and a position and/or yaw error of the automobile device,

¤ la minimisation de la performance au sens H2 généralisé de la relation entre une perturbation s’appliquant sur l’appareil automobile et un signal de commande de l’appareil automobile,
¤ the minimization of performance in the generalized H2 sense of the relationship between a disturbance applying to the automobile device and a control signal of the automobile device,

¤ la prise en compte de saturations en amplitude des actionneurs.¤ taking into account amplitude saturations of the actuators.

L’invention propose également un appareil automobile comprenant au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil, au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la vitesse dudit appareil et un calculateur qui est prévu pour piloter chaque actionneur et programmé à cet effet pour mettre en œuvre un procédé tel que précité.The invention also proposes an automobile device comprising at least one actuator which is adapted to influence the trajectory of said device, at least one actuator which is adapted to influence the speed of said device and a computer which is intended to control each actuator and programmed for this purpose to implement a process such as aforementioned.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Of course, the different characteristics, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations as long as they are not incompatible or exclusive of each other.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.The description which follows with reference to the appended drawings, given as non-limiting examples, will make it clear what the invention consists of and how it can be carried out.

Sur les dessins annexés :On the attached drawings:

est une vue schématique de dessus d’un véhicule automobile roulant sur une route ; is a schematic top view of a motor vehicle traveling on a road;

est une représentation du modèle-bicyclette utilisé pour modéliser le véhicule automobile de la ; is a representation of the bicycle model used to model the motor vehicle of the ;

est un graphique illustrant le domaine de variation des forces longitudinale et latérale s’exerçant sur les pneus du véhicule de la ; is a graph illustrating the range of variation of the longitudinal and lateral forces exerted on the tires of the vehicle of the ;

est un schéma-bloc d’une boucle fermée modélisant la dynamique du véhicule automobile de la ; is a block diagram of a closed loop modeling the dynamics of the motor vehicle of the ;

illustre deux autres schémas-bloc modélisant la dynamique du véhicule automobile de la ; illustrates two other block diagrams modeling the dynamics of the motor vehicle of the ;

est un schéma-bloc d’une autre boucle fermée modélisant la dynamique du véhicule automobile de la ; is a block diagram of another closed loop modeling the dynamics of the motor vehicle of the ;

est un graphique illustrant une région dans laquelle la dynamique de la boucle fermée de la est bornée. is a graph illustrating a region in which the closed loop dynamics of the is bounded.

Sur la , on a représenté un véhicule automobile 10 comprenant classiquement un châssis qui délimite notamment un habitacle et un compartiment moteur, deux roues avant 11 directrices, et deux roues arrière 12 non directrices. En variante, ces deux roues arrière pourraient également être directrices avec une adaptation de la loi de commande.On the , we have shown a motor vehicle 10 conventionally comprising a chassis which delimits in particular a passenger compartment and an engine compartment, two front steering wheels 11, and two rear non-steering wheels 12. Alternatively, these two rear wheels could also be steered with an adaptation of the control law.

Ce véhicule automobile 10 comporte un système de direction conventionnel permettant d’agir sur l’orientation des roues directrices de façon à pouvoir faire tourner le véhicule. Ce système de direction conventionnel comprend notamment un volant connecté à des biellettes afin de faire pivoter les roues directrices. Dans l’exemple considéré, il comporte également au moins un actionneur permettant d’agir sur l’orientation des roues directrices en fonction de l’orientation du volant et/ou en fonction d’une requête reçue d’un calculateur 13. Cet actionneur de direction assistée peut, pour cela, agir sur la colonne de direction du véhicule (qui est fixée au volant) ou sur une crémaillère (qui connecte la colonne de direction aux roues directrices). Bien entendu, l’actionneur pourrait être positionné de manière différente.This motor vehicle 10 includes a conventional steering system making it possible to act on the orientation of the steering wheels so as to be able to turn the vehicle. This conventional steering system notably includes a steering wheel connected to rods in order to rotate the steering wheels. In the example considered, it also comprises at least one actuator making it possible to act on the orientation of the steering wheels as a function of the orientation of the steering wheel and/or as a function of a request received from a computer 13. This actuator power steering can, for this, act on the steering column of the vehicle (which is attached to the steering wheel) or on a rack (which connects the steering column to the steering wheels). Of course, the actuator could be positioned differently.

Le véhicule automobile comporte par ailleurs un système de freinage conventionnel permettant de freiner les quatre roues de façon à ralentir le véhicule automobile. Dans l’exemple considéré, ce système de freinage conventionnel comprend au moins un actionneur de freinage. Ici, il en comporte plusieurs pour pouvoir ajuster au besoin la force de freinage exercée sur chaque roue.The motor vehicle also includes a conventional braking system making it possible to brake all four wheels so as to slow down the motor vehicle. In the example considered, this conventional braking system comprises at least one braking actuator. Here, it has several to be able to adjust the braking force exerted on each wheel if necessary.

Le véhicule automobile comporte enfin un groupe motopropulseur, comprenant notamment un actionneur de propulsion permettant de commander ce groupe afin de faire accélérer le véhicule automobile 10.The motor vehicle finally comprises a powertrain, including in particular a propulsion actuator making it possible to control this group in order to accelerate the motor vehicle 10.

Le calculateur 13 est alors prévu pour piloter l’actionneur de direction assistée, les actionneurs de freinage et l’actionneur du groupe motopropulseur. Il comporte à cet effet au moins un processeur, au moins une mémoire et différentes interfaces d'entrée et de sortie.The computer 13 is then designed to control the power steering actuator, the braking actuators and the powertrain actuator. To this end, it comprises at least one processor, at least one memory and different input and output interfaces.

Grâce à ses interfaces d'entrée, le calculateur 13 est adapté à recevoir des signaux d'entrée provenant de différents capteurs.Thanks to its input interfaces, the computer 13 is adapted to receive input signals coming from different sensors.

Parmi ces capteurs, il est par exemple prévu :
- un dispositif tel qu’une caméra frontale, permettant de repérer la position du véhicule par rapport à sa voie de circulation,
- un dispositif tel qu’un télédétecteur RADAR ou LIDAR, permettant de détecter un obstacle se trouvant sur la trajectoire du véhicule automobile 10,
- au moins un dispositif latéral tel qu’un télédétecteur RADAR ou LIDAR, permettant d’observer l’environnement sur les côtés du véhicule,
- un dispositif tel qu’un gyromètre, permettant de déterminer la vitesse de rotation en lacet (autour d’un axe vertical) du véhicule automobile 10, et
- différents capteurs permettant d’estimer par exemple la vitesse longitudinale et latérale du véhicule, les vitesses de rotation des roues avant et arrière du véhicule, l’angle de braquage des roues avant, l’angle de dévers et la pente de la route…
Among these sensors, for example:
- a device such as a front camera, making it possible to identify the position of the vehicle in relation to its lane,
- a device such as a RADAR or LIDAR remote detector, making it possible to detect an obstacle located in the path of the motor vehicle 10,
- at least one lateral device such as a RADAR or LIDAR remote detector, making it possible to observe the environment on the sides of the vehicle,
- a device such as a gyrometer, making it possible to determine the yaw rotation speed (around a vertical axis) of the motor vehicle 10, and
- various sensors making it possible to estimate, for example, the longitudinal and lateral speed of the vehicle, the rotation speeds of the front and rear wheels of the vehicle, the steering angle of the front wheels, the tilt angle and the slope of the road, etc.

Grâce à ses interfaces de sortie, le calculateur 13 est adapté à transmettre une consigne à l’actionneur de direction assistée, à l’actionneur du groupe motopropulseur et aux actionneurs de freinage.Thanks to its output interfaces, the computer 13 is adapted to transmit a setpoint to the power steering actuator, the powertrain actuator and the braking actuators.

Il permet ainsi de forcer le véhicule à suivre une trajectoire de référence T0 qui aura été définie au préalable. Cette trajectoire de référence T0 est par exemple une trajectoire d’évitement d’obstacle.It thus makes it possible to force the vehicle to follow a reference trajectory T0 which will have been defined beforehand. This reference trajectory T0 is for example an obstacle avoidance trajectory.

Grâce à sa mémoire, le calculateur 13 mémorise des données utilisées dans le cadre du procédé décrit ci-dessous.Thanks to its memory, the computer 13 stores data used as part of the process described below.

Il mémorise notamment une application informatique, constituée de programmes d’ordinateur comprenant des instructions dont l’exécution par le processeur permet la mise en œuvre par le calculateur du procédé décrit ci-après.It stores in particular a computer application, made up of computer programs comprising instructions whose execution by the processor allows the implementation by the computer of the process described below.

Avant de décrire ce procédé, on peut introduire les différentes variables qui seront utilisées, dont certaines sont illustrées sur les figures 1 et 2.Before describing this process, we can introduce the different variables that will be used, some of which are illustrated in Figures 1 and 2.

La masse totale du véhicule automobile sera notée « m » et sera exprimée en kg.The total mass of the motor vehicle will be denoted “m” and will be expressed in kg.

Le centre de gravité du véhicule sera noté « CG ».The center of gravity of the vehicle will be noted “CG”.

On considérera ici principalement un repère orthogonal (CG, X, Y, Z) attaché au véhicule. Son origine est confondue avec le centre de gravité CG. L’axe X correspond à l’axe longitudinal du véhicule. L’axe Y correspond à l’axe latéral tourné vers la gauche du véhicule. En pratique, cet axe Z est l’axe normal à la route.We will mainly consider here an orthogonal marker (CG, X, Y, Z) attached to the vehicle. Its origin is confused with the CG center of gravity. The X axis corresponds to the longitudinal axis of the vehicle. The Y axis corresponds to the side axis facing the left of the vehicle. In practice, this Z axis is the axis normal to the road.

Le moment d’inertie vertical du véhicule automobile autour de l’axe Z sera noté « Izz» et sera exprimé en N.m.The vertical moment of inertia of the motor vehicle around the Z axis will be noted “I zz ” and will be expressed in Nm

La distance entre le centre de gravité CG et l’essieu avant du véhicule sera notée « lf» et sera exprimée en mètres. De manière générale, dans la suite, l’indice f sera associé aux roues avant.The distance between the center of gravity CG and the front axle of the vehicle will be noted “l f ” and will be expressed in meters. Generally speaking, in the following, the index f will be associated with the front wheels.

La distance entre le centre de gravité CG et l’essieu arrière sera notée « lr» et sera exprimée en mètres. Dans la suite, l’indice r sera associé aux roues arrière.The distance between the center of gravity CG and the rear axle will be noted “l r ” and will be expressed in meters. In the following, the index r will be associated with the rear wheels.

Le moment d’inertie latéral d’une roue du véhicule automobile sera noté « Iwy» et sera exprimé en N.m.The lateral moment of inertia of a wheel of the motor vehicle will be noted “I wy ” and will be expressed in Nm

Le rayon effectif d’une roue sera noté « re» et sera exprimé en mètres.The effective radius of a wheel will be noted “r e ” and will be expressed in meters.

Le coefficient de friction entre le sol et un pneu sera noté μ.The coefficient of friction between the ground and a tire will be noted μ.

Le coefficient de densité de l’air sera noté ρ.The air density coefficient will be denoted ρ.

Le coefficient de trainée aérodynamique du véhicule sera noté Cd.The aerodynamic drag coefficient of the vehicle will be denoted C d .

La surface frontale du véhicule sera notée Af.The frontal surface of the vehicle will be noted Af.

La raideur latérale des pneus des roues avant sera notée cαf.The lateral stiffness of the front wheel tires will be noted c αf .

La raideur latérale des pneus des roues arrière sera notée cα r.The lateral stiffness of the rear wheel tires will be noted c α r .

La raideur longitudinale des pneus des roues avant sera notée cK f.The longitudinal stiffness of the front wheel tires will be noted c K f .

La raideur longitudinale des pneus des roues arrière sera notée cKr.The longitudinal stiffness of the rear wheel tires will be noted c Kr .

Le coefficient des forces de résistance au roulement des roues avant sera noté fr f.The coefficient of the rolling resistance forces of the front wheels will be denoted f r f .

Le coefficient des forces de résistance au roulement des roues arrière sera noté fr r.The coefficient of the rolling resistance forces of the rear wheels will be denoted f r r .

La hauteur du centre d’inertie CG du véhicule au-dessus du sol sera notée h.The height of the center of inertia CG of the vehicle above the ground will be denoted h.

Le taux de répartition du couple entre les roues avant et arrière sera noté kτ.The torque distribution rate between the front and rear wheels will be noted k τ .

Le taux de glissement longitudinal d’un pneu sera noté κ.The longitudinal slip rate of a tire will be noted κ.

L’angle de glissement latéral d’un pneu sera noté α.The lateral slip angle of a tire will be noted α.

L'accélération de la pesanteur terrestre sera notée g.The acceleration of the earth's gravity will be denoted g.

L’angle de braquage que font les roues avant directrices avec l’axe longitudinal X du véhicule automobile 10 sera noté « δf» et sera exprimé en rad.The steering angle that the front steering wheels make with the longitudinal axis X of the motor vehicle 10 will be denoted “δ f ” and will be expressed in rad.

L’angle de braquage que font les roues arrière avec l’axe longitudinal X du véhicule automobile 10 sera noté « δr» et sera exprimé en rad. On notera ici que dans la suite, cet angle sera nul. En variante, il pourrait être non nul et s’exprimer en fonction de l’angle de braquage δf.The steering angle that the rear wheels make with the longitudinal axis X of the motor vehicle 10 will be denoted “δ r ” and will be expressed in rad. Note here that in the following, this angle will be zero. Alternatively, it could be non-zero and be expressed as a function of the steering angle δ f .

Le couple au niveau des roues motrices avant sera noté τwf.The torque at the front drive wheels will be noted τ wf .

Le couple au niveau des roues arrière sera noté τwr. On notera ici que dans la suite, ce couple s’exprimera en fonction du couple au niveau des roues motrices avant. On pourra par exemple écrire : τwr= 0,3. τwf The torque at the rear wheels will be noted τ wr . It will be noted here that in the following, this torque will be expressed as a function of the torque at the front drive wheels. For example, we could write: τ wr = 0.3. τwf

L’angle de dévers de la route (c’est-à-dire son angle d’inclinaison vers la droite ou la gauche), sera noté θxet s’exprimera en degrés, dans le sens trigonométrique.The angle of inclination of the road (that is to say its angle of inclination towards the right or the left), will be noted θ x and will be expressed in degrees, in the trigonometric direction.

L’angle de pente de la route sera noté θyet s’exprimera en degrés. Il sera positif si la route monte et négatif sinon.The angle of slope of the road will be noted θ y and will be expressed in degrees. It will be positive if the road goes up and negative otherwise.

La vitesse de lacet du véhicule (autour de l’axe Z) sera notée « r » et sera exprimée en rad/s.The yaw speed of the vehicle (around the Z axis) will be denoted “r” and will be expressed in rad/s.

La vitesse longitudinale du véhicule, selon l’axe X, sera notée v et sera exprimée en m/s.The longitudinal speed of the vehicle, along the X axis, will be noted v and will be expressed in m/s.

La vitesse latérale du véhicule, selon l’axe Y, sera notée u et sera exprimée en m/s.The lateral speed of the vehicle, along the Y axis, will be noted u and will be expressed in m/s.

La vitesse de rotation des roues avant du véhicule, autour de l’axe de rotation de ces roues, sera notée ωwfet sera exprimée en rad/s.The speed of rotation of the front wheels of the vehicle, around the axis of rotation of these wheels, will be noted ω wf and will be expressed in rad/s.

La vitesse de rotation des roues arrière du véhicule, autour de l’axe de rotation de ces roues, sera notée ωw ret sera exprimée en rad/s.The speed of rotation of the rear wheels of the vehicle, around the axis of rotation of these wheels, will be noted ω w r and will be expressed in rad/s.

L’angle relatif de cap entre l’axe X et la tangente à la trajectoire de référence T0 sera noté « Ψ » et sera exprimé en rad.The relative heading angle between the X axis and the tangent to the reference trajectory T0 will be noted “Ψ” and will be expressed in rad.

De ce fait, l’erreur d’angle de lacet entre le cap du véhicule et la tangente à la trajectoire de référence T0 sera notée Δψ.As a result, the yaw angle error between the vehicle heading and the tangent to the reference trajectory T0 will be noted Δψ.

L’erreur de position longitudinale entre le véhicule et la trajectoire de référence T0 sera notée xL.The longitudinal position error between the vehicle and the reference trajectory T0 will be noted x L.

L’erreur de position latérale entre le véhicule et la trajectoire de référence T0 sera notée yL.The lateral position error between the vehicle and the reference trajectory T0 will be noted y L.

Ces deux erreurs pourront être exprimées au niveau du centre de gravité CG du véhicule.These two errors can be expressed at the level of the CG center of gravity of the vehicle.

Le procédé selon l’invention est prévu pour permettre au véhicule de suivre la trajectoire de référence T0 le plus précisément possible, en mode autonome (sans intervention du conducteur).The method according to the invention is intended to allow the vehicle to follow the reference trajectory T0 as precisely as possible, in autonomous mode (without driver intervention).

Ce procédé est par exemple mis en œuvre lorsqu’une fonction AES d’évitement automatique d’obstacle a été déclenchée puis qu’une trajectoire de référence T0 a été calculée. On notera que la manière de déclencher la fonction AES et de calculer la trajectoire de référence T0 ne fait pas à proprement parler l’objet de la présente invention, et ne sera donc pas ici décrite.This method is for example implemented when an AES automatic obstacle avoidance function has been triggered and then a reference trajectory T0 has been calculated. It should be noted that the way of triggering the AES function and calculating the reference trajectory T0 is not strictly speaking the subject of the present invention, and will therefore not be described here.

Compte tenu de cette trajectoire T0, il est possible de calculer les valeurs nominales de paramètres permettant au véhicule automobile 10 de suivre exactement cette trajectoire. Dans la suite, l’objectif sera de faire en sorte que le véhicule suive exactement cette trajectoire, c’est-à-dire que les écarts entre les valeurs courantes de ces paramètres et les valeurs nominales le long de la trajectoire de référence T0 soient minimes.Taking into account this trajectory T0, it is possible to calculate the nominal values of parameters allowing the motor vehicle 10 to follow this trajectory exactly. In the following, the objective will be to ensure that the vehicle follows this trajectory exactly, that is to say that the differences between the current values of these parameters and the nominal values along the reference trajectory T0 are minimal.

Les paramètres permettant de décrire la trajectoire que le véhicule doit suivre sont ici :
- la position longitudinale du véhicule (dont la valeur nominale est notée x0et la valeur courante x),
- la position latérale du véhicule (dont la valeur nominale est notée y0et la valeur courante y),
- l’angle de cap du véhicule (dont la valeur nominale est notée Ψ0et la valeur courante Ψ),
- la vitesse longitudinale v du véhicule (dont la valeur nominale est notée v0et la valeur courante v),
- la vitesse latérale u du véhicule (dont la valeur nominale est notée u0et la valeur courante u),
- la vitesse de lacet r du véhicule (dont la valeur nominale est notée r0et la valeur courante r).
The parameters used to describe the trajectory that the vehicle must follow are here:
- the longitudinal position of the vehicle (the nominal value of which is noted x 0 and the current value x),
- the lateral position of the vehicle (the nominal value of which is noted y 0 and the current value y),
- the heading angle of the vehicle (the nominal value of which is noted Ψ 0 and the current value Ψ),
- the longitudinal speed v of the vehicle (the nominal value of which is noted v 0 and the current value v),
- the lateral speed u of the vehicle (the nominal value of which is noted u 0 and the current value u),
- the yaw speed r of the vehicle (the nominal value of which is denoted r 0 and the current value r).

Ces paramètres sont déterminés dans un repère absolu initialisé au début de la manœuvre (qui correspond en pratique au repère attaché au véhicule à l’instant où débute la manœuvre).These parameters are determined in an absolute reference initialized at the start of the maneuver (which corresponds in practice to the reference attached to the vehicle at the moment the maneuver begins).

Le calcul des valeurs nominales est ici considéré connu.The calculation of the nominal values is here considered known.

A ce stade, on pourra noter que si les trajectoires de référence sont fournies par un planificateur de trajectoire (DPL, de l’anglais « Decision and Planning »), ce dernier peut également calculer les consignes nominales δf0et τwf0.At this stage, we can note that if the reference trajectories are provided by a trajectory planner (DPL, from English “Decision and Planning”), the latter can also calculate the nominal instructions δ f0 and τ wf0 .

Si on ne dispose pas d’un planificateur de trajectoire, à partir desdites trajectoires de référence T0, on est en mesure de calculer les commandes nominales à partir des expressions suivantes :If we do not have a trajectory planner, from said reference trajectories T0, we are able to calculate the nominal commands from the following expressions:

Dans cette équation, le terme ρ’ se réfère au rayon de courbure de la trajectoire de référence T0.In this equation, the term ρ’ refers to the radius of curvature of the reference trajectory T0.

Avant de décrire le procédé qui sera exécuté par le calculateur 13 pour mettre en œuvre l’invention elle-même, on pourra dans une première partie de cet exposé décrire les calculs qui ont permis d’aboutir à l’invention, de façon à bien comprendre d’où proviennent ces calculs et sur quels ressorts ils s’appuient. On y expliquera notamment comment est synthétisé le correcteur K qui permettra de calculer des consignes de pilotage du véhicule en fonction de données mesurées.Before describing the process which will be executed by the computer 13 to implement the invention itself, we can in a first part of this presentation describe the calculations which made it possible to arrive at the invention, so as to clearly understand where these calculations come from and what sources they rely on. In particular, we will explain how the corrector K is synthesized which will make it possible to calculate vehicle control instructions based on measured data.

L’idée de la première partie de l’exposé est en effet de décrire la façon selon laquelle il est possible de synthétiser un contrôleur qui, une fois implémenté dans le calculateur 13, permettra de piloter le véhicule de façon à ce qu’il suive la trajectoire de référence T0 de façon stable et performante.The idea of the first part of the presentation is in fact to describe the way in which it is possible to synthesize a controller which, once implemented in the computer 13, will make it possible to control the vehicle so that it follows the reference trajectory T0 in a stable and efficient manner.

Dans un premier temps, on pourra modéliser le véhicule ainsi que les forces qui agissent sur ce dernier et dont nous souhaitons tenir compte pour contrôler le véhicule.Firstly, we can model the vehicle as well as the forces which act on it and which we wish to take into account to control the vehicle.

On considérera ici que le comportement dynamique du véhicule peut être modélisé au moyen d’un modèle bicyclette non linéaire.We will consider here that the dynamic behavior of the vehicle can be modeled using a non-linear bicycle model.

Dans un tel modèle, les deux roues de l’essieu avant sont considérées comme étant confondues, et il en va de même des deux roues arrière. Le châssis du véhicule est quant à lui modélisé par un corps qui relie les deux modèles de roues.In such a model, the two wheels of the front axle are considered to be the same, and the same goes for the two rear wheels. The chassis of the vehicle is modeled by a body which connects the two wheel models.

Dans la suite, lorsqu’on parlera de « roue avant », au singulier, on désignera cette modélisation des deux roues avant par une seule roue. De la même manière, lorsqu’on parlera de « roue arrière », au singulier, on désignera cette modélisation des deux roues arrière par une seule roue.In the following, when we speak of “front wheel”, in the singular, we will designate this modeling of the two front wheels by a single wheel. In the same way, when we talk about “rear wheel”, in the singular, we will designate this modeling of the two rear wheels by a single wheel.

On considérera alors, pour chaque roue, un repère orthogonal (Ow, xw, yw, zw) attaché à cette roue. Son origine est confondue avec le centre géométrique de cette roue. L’axe ywcorrespond à l’axe de rotation de la roue. L’axe xwcorrespond à l’axe de la roue orthogonal à l’axe précité et à l’axe Z. Enfin, l’axe zwest considéré parallèle à l’axe Z.We will then consider, for each wheel, an orthogonal reference frame (O w , x w , y w , z w ) attached to this wheel. Its origin is confused with the geometric center of this wheel. The y w axis corresponds to the axis of rotation of the wheel. The x w axis corresponds to the axis of the wheel orthogonal to the aforementioned axis and to the Z axis. Finally, the z w axis is considered parallel to the Z axis.

A ce stade, on pourra noter que lorsque dans une équation ou une référence, un terme se rapporte de manière similaire et évidente à la roue avant ou à la roue arrière, on pourra l’écrire sans indice « f » ou « r ». A titre d’exemple, on parlera par simplification du repère orthogonal (Ow, xw, yw, zw) associé à chaque roue, alors qu’on pourrait écrire de manière plus laborieuse ces repères sous la forme (Ow r, xw r, yw r, zw r) et (Ow f, xw f, yw f, zw f).At this stage, we can note that when in an equation or a reference, a term relates in a similar and obvious way to the front wheel or the rear wheel, we can write it without an “f” or “r” index. As an example, we will speak by simplification of the orthogonal reference frame (O w , x w , y w , z w ) associated with each wheel, whereas we could write these references in a more laborious manner in the form (O w r , x w r , y w r , z w r ) and (O w f , x w f , y w f , z w f ).

Les paramètres dynamiques du véhicule pris en compte, c’est-à-dire les paramètres caractérisant ses mouvements, sont les suivants :
- le mouvement de translation longitudinale du corps du véhicule le long de l’axe X,
- le mouvement de translation latérale du corps du véhicule le long de l’axe Y,
- le mouvement de lacet du corps du véhicule autour de l’axe Z,
- le mouvement de roulement de la roue avant autour de son axe de rotation Yw f, et
- le mouvement de roulement de la roue arrière autour de son axe de rotation Yw r.
The dynamic parameters of the vehicle taken into account, that is to say the parameters characterizing its movements, are as follows:
- the longitudinal translation movement of the vehicle body along the X axis,
- the lateral translation movement of the vehicle body along the Y axis,
- the yaw movement of the vehicle body around the Z axis,
- the rolling movement of the front wheel around its axis of rotation Y w f , and
- the rolling movement of the rear wheel around its axis of rotation Y w r .

Les paramètres dynamiques du véhicule négligés dans la suite sont quant à eux les suivants :
- le mouvement de translation verticale du corps du véhicule le long de l’axe Z, et
- les mouvements de roulis et de tangage du corps du véhicule autour des axes X et Y.
The dynamic parameters of the vehicle neglected in the following are the following:
- the vertical translation movement of the vehicle body along the Z axis, and
- the rolling and pitching movements of the vehicle body around the X and Y axes.

Au vu des mouvements considérés, les variables d’état du système-véhicule sont :
- la vitesse longitudinale v du véhicule,
- la vitesse latérale u du véhicule,
- la vitesse de lacet r du véhicule, et
- les vitesses de rotation ωwfet ωwrdes roues avant et arrière.
In view of the movements considered, the state variables of the vehicle system are:
- the longitudinal speed v of the vehicle,
- the lateral speed u of the vehicle,
- the yaw speed r of the vehicle, and
- the rotation speeds ω wf and ω wr of the front and rear wheels.

L’état du système-véhicule pourra alors être noté :x= [v u r ωwfωwr]T The state of the vehicle system can then be noted: x = [vur ω wf ω wr ] T

Les entrées de ce système-véhicule sont :
- l’angle de braquage δfde la roue avant,
- le couple τwfau niveau de la roue avant,
- l’angle de dévers θx de la route,
- l’angle de pente θy de la route.
The inputs to this vehicle system are:
- the steering angle δ f of the front wheel,
- the torque τ wf at the front wheel,
- the slope angle θx of the road,
- the slope angle θy of the road.

L’entrée du système-véhicule sera alors noté :u= [δf τwfθx θy]T The input of the vehicle system will then be noted: u = [δf τ wf θx θy] T

Dans la suite, on parlera d’entrées de commande pour désigner le couple (δf, τwf) et d’entrées de perturbation pour désigner le couple (θx, θy).In the following, we will talk about control inputs to designate the torque (δ f , τ wf ) and disturbance inputs to designate the torque (θx, θy).

Les forces qui agissent sur le système-véhicule sont en partie représentées sur la et sont toutes listées ci-après :
- le poids du véhicule, avec ses trois composantes (Px, Py, Pz) dans le repère (CG, X, Y, Z),
- les forces de réaction normales orientées selon l’axe Z (modélisant l’appui des roues contre le sol) et notées Nfpour la roue avant et Nrpour la roue arrière,
- les forces de frottement longitudinales des pneus sur le sol, notées Fxfpour la roue avant et Fxrpour la roue arrière, exprimées dans le repère (Ow, xw, yw, zw) attaché à la roue correspondante,
- les forces de frottement latérales des pneus sur le sol, notées Fyfpour la roue avant et Fyrpour la roue arrière, exprimées dans le repère (Ow, xw, yw, zw) attaché à la roue correspondante,
- les forces de résistance au roulement des pneus, notées Rxfpour la roue avant et Rxrpour la roue arrière, exprimées dans le repère (Ow, xw, yw, zw) attaché à la roue correspondante et qui forment les forces de frottement des roues sur leurs axes (elles s’appliquent au centre de la roue), et
- les forces de trainée aérodynamique.
The forces acting on the vehicle system are partly represented on the and are all listed below:
- the weight of the vehicle, with its three components (P x , P y , P z ) in the reference frame (CG, X, Y, Z),
- the normal reaction forces oriented along the Z axis (modeling the support of the wheels against the ground) and noted N f for the front wheel and N r for the rear wheel,
- the longitudinal friction forces of the tires on the ground, noted F xf for the front wheel and F xr for the rear wheel, expressed in the mark (O w , x w , y w , z w ) attached to the corresponding wheel,
- the lateral friction forces of the tires on the ground, noted F yf for the front wheel and F yr for the rear wheel, expressed in the mark (O w , x w , y w , z w ) attached to the corresponding wheel,
- the rolling resistance forces of the tires, noted R xf for the front wheel and R xr for the rear wheel, expressed in the mark (O w , x w , y w , z w ) attached to the corresponding wheel and which form the friction forces of the wheels on their axes (they apply to the center of the wheel), and
- aerodynamic drag forces.

L’axe de rotation d’une roue n’est pas nécessairement parallèle à l’axe Y. Les forces de frottement longitudinales et latérales des pneus ont alors chacune une composante longitudinale et une composante latérale dans le repère (CG, X, Y, Z), si bien qu’on peut écrire :The axis of rotation of a wheel is not necessarily parallel to the Y axis. The longitudinal and lateral friction forces of the tires then each have a longitudinal component and a lateral component in the reference frame (CG, X, Y, Z), so that we can write:

Ces équations peuvent être simplifiées en considérant l’angle de braquage aux roues arrière nul, notamment ici où seules les roues avant du véhicule sont directrices.These equations can be simplified by considering the steering angle at the rear wheels to be zero, particularly here where only the front wheels of the vehicle are steered.

Le système-véhicule est considéré en équilibre si bien que la résultante et le moment résultant des forces extérieures sont nulles.The vehicle system is considered in equilibrium so that the resultant and the resulting moment of the external forces are zero.

On peut donc écrire les trois équations suivantes :We can therefore write the following three equations:

La première équation est la résultante des forces selon l’axe X, la seconde est la résultante des forces selon l’axe Y et la troisième est la résultante du moment autour de l’axe Z.The first equation is the resultant of the forces along the X axis, the second is the resultant of the forces along the Y axis and the third is the resultant of the moment around the Z axis.

On peut aussi écrire les équations du mouvement du roulement des roues :We can also write the equations of motion for the rolling of the wheels:

On notera que les entrées de perturbation (angles de dévers θxet de pente θyde la route) seront utilisées pour calculer les composantes Px, Py, Pzdu poids.Note that the disturbance inputs (angles of slope θ x and slope θ y of the road) will be used to calculate the components P x , P y , P z of the weight.

Les forces de frottement longitudinales et latérales produites par les pneus d’une roue sont proportionnelles respectivement au taux de glissement longitudinal κ et à l’angle de glissement latéral α des pneus. On peut alors écrire :The longitudinal and lateral friction forces produced by the tires of a wheel are proportional to the longitudinal slip rate κ and the lateral slip angle α of the tires, respectively. We can then write:

Dans ces équations, le chapeau « ^ » indique qu’il s’agit de l’entrée de la fonction de saturation.In these equations, the hat “^” indicates that this is the input to the saturation function.

Les coefficients cκ* et cα* varient non-linéairement selon la dynamique du véhicule, en particulier selon les glissements longitudinal et latéral des pneus, la force de réaction normale N s’exerçant sur le pneu et le coefficient de friction μ entre le pneu et sol.The coefficients c κ * and c α * vary non-linearly depending on the dynamics of the vehicle, in particular depending on the longitudinal and lateral sliding of the tires, the normal reaction force N acting on the tire and the coefficient of friction μ between the tire and ground.

Ils s’expriment ici sous la forme :They are expressed here in the form:

Dans ces équations, les termes κ* et α* peuvent s’écrire ainsi :In these equations, the terms κ* and α* can be written as follows:

Le taux de glissement longitudinal et l’angle de glissement latéral pour les deux roues s’expriment sous la forme :The longitudinal slip rate and the lateral slip angle for the two wheels are expressed in the form:

Et :And :

Les forces de frottement longitudinales et latérales produites par les pneus d’une roue, telles qu’exprimées par les équations Math4, peuvent croitre indéfiniment. Mais dans la réalité, on constate qu’elles saturent.The longitudinal and lateral friction forces produced by the tires of a wheel, as expressed by the Math4 equations, can increase indefinitely. But in reality, we see that they saturate.

Comme le montre la , cette saturation peut être modélisée sous la forme d’une ellipse, qui montre que la force maximale totale que le pneu est capable de supporter suit le périmètre d’une ellipse. Autrement formulé, les composantes longitudinales Fx et latéral Fy des forces restent toujours à l’intérieur d’une ellipse et sont au maximales égales à des seuils Fxmaxet Fymax.As shown in the , this saturation can be modeled as an ellipse, which shows that the total maximum force the tire is capable of withstanding follows the perimeter of an ellipse. Otherwise formulated, the longitudinal Fx and lateral Fy components of the forces always remain inside an ellipse and are maximally equal to thresholds F xmax and F ymax .

Ici, pour simplifier les équations, on considère que l’ellipse est un cercle, si bien que les deux seuils précités sont égaux. Ces seuils sont proportionnels à la force de réaction normale N, si bien qu’on peut écrire :Here, to simplify the equations, we consider that the ellipse is a circle, so that the two aforementioned thresholds are equal. These thresholds are proportional to the normal reaction force N, so that we can write:

Les forces de réaction normale N qui s’exercent sur les pneus sont ici modélisées par un modèle de transfert de charge variable entre la roue avant et la roue arrière, qui dépend de la dynamique du véhicule (notamment de son accélération longitudinale, voire également de sa vitesse latérale). On comprend en effet que les contraintes qui s’exercent verticalement sur les roues avant sont plus fortes que celles qui s’exercent sur les roues arrière en cas de freinage. C’est la raison pour laquelle on considère ce modèle de transfert de charge variable entre la roue avant et la roue arrière.The normal reaction forces N which are exerted on the tires are modeled here by a variable load transfer model between the front wheel and the rear wheel, which depends on the dynamics of the vehicle (in particular its longitudinal acceleration, or also its its lateral speed). We understand in fact that the stresses exerted vertically on the front wheels are greater than those exerted on the rear wheels in the event of braking. This is why we consider this model of variable load transfer between the front wheel and the rear wheel.

On peut par exemple écrire ces forces sous la forme suivante :For example, we can write these forces in the following form:

Dans ces équations, la fonction d est calculée de la façon suivante :In these equations, the function d is calculated as follows:

Ces équations sont ici obtenues en considérant que le système-véhicule est en équilibre si bien que la résultante des forces extérieures selon l’axe Z et les moments résultants des forces extérieures autour des axes X et Y sont nuls.These equations are obtained here by considering that the vehicle system is in equilibrium so that the resultant of the external forces along the Z axis and the moments resulting from the external forces around the X and Y axes are zero.

La force de résistance au roulement Rxd’une roue est considérée proportionnelle à la force de réaction normale N, si bien qu’on peut écrire :The rolling resistance force R x of a wheel is considered proportional to the normal reaction force N, so that we can write:

La force de trainée aérodynamique étant principalement orientée selon l’axe longitudinal X du véhicule, ses composantes selon les axes Y et Z sont ici négligés. La composante restante, selon l’axe X, s’exprime alors sous la forme :The aerodynamic drag force being mainly oriented along the longitudinal axis X of the vehicle, its components along the axes Y and Z are neglected here. The remaining component, along the X axis, is then expressed in the form:

A ce stade, l’ensemble du modèle-véhicule considéré est donc bien défini.At this stage, the entire vehicle model considered is therefore well defined.

On peut alors maintenant expliquer comment ce modèle, non linéaire par nature, peut être linéarisé le long de la trajectoire de référence T0.We can now explain how this model, non-linear by nature, can be linearized along the reference trajectory T0.

On introduit pour cela une fonction f qui dépend de l’état du système-véhicule, de sa dérivée et de son entrée. Compte tenu des équations Math2 et Math3, on peut alors écrire :To do this, we introduce a function f which depends on the state of the vehicle system, its derivative and its input. Given the Math2 and Math3 equations, we can then write:

On pourra ici noter qu’à cause des liens de dépendance non-linéaire entre les forces de réactions longitudinales et latérales Fxf, Fxr, Fyf, Fyrpar rapport aux forces de réaction normale Nf, Nr, il n’est pas possible d’obtenir une forme explicite de la dérivée de l’étatx(c’est-à-dire de la dynamique) du système-véhicule.We can note here that because of the non-linear dependence links between the longitudinal and lateral reaction forces F xf , F xr , F yf , F yr in relation to the normal reaction forces N f , N r , it will not be is not possible to obtain an explicit form of the derivative of the state x (i.e. the dynamics) of the vehicle system.

Dans l’équation Math14, on isole alors ces forces afin d’écrire :In the Math14 equation, we then isolate these forces in order to write:

En utilisant les équations précitées et notamment l’équation Math4, il est possible de développer le terme M ainsi :By using the aforementioned equations and in particular the Math4 equation, it is possible to develop the term M as follows:

Dans cette équation, pour tenir compte de la saturation des forces de frottement des pneus, on a introduit des fonctions de saturation σ, que l’on peut écrire sous la forme du vecteur suivant :In this equation, to take into account the saturation of tire friction forces, we introduced saturation functions σ, which can be written in the form of the following vector:

Dans cette équation, on a introduit l’entrée h avant saturation, dont le vecteur peut s’écrire :In this equation, we introduced the input h before saturation, whose vector can be written:

Ainsi, le terme M peut être reformulé de la façon suivante :Thus, the term M can be reformulated as follows:

Par conséquent, les équations Math15 et Math19 permettent d’écrire notre modélisation du système-véhicule sous la forme :Consequently, the Math15 and Math19 equations allow us to write our modeling of the vehicle system in the form:

La représente alors sous la forme d’un schéma-bloc la boucle fermée exprimée par cette équation. On y observe que les forces de réaction normale aux roues et les forces de frottement longitudinale et latérale de pneus des roues, représentées par le vecteur σ(h), sont bouclées sur ce modèle de la dynamique de l’état du système-véhicule, puisqu’elles apparaissent en entrée de ce système et elles dépendent uniquement du vecteurhen sortie de ce système. Aussi sera-t-il possible de décrire cette situation sous la forme d’une équation simple (Math23 ci-après).There then represents in the form of a block diagram the closed loop expressed by this equation. We observe that the normal reaction forces at the wheels and the longitudinal and lateral tire friction forces of the wheels, represented by the vector σ(h), are looped on this model of the dynamics of the state of the vehicle system, since they appear at the input of this system and they depend only on the vector h at the output of this system. It will also be possible to describe this situation in the form of a simple equation (Math23 below).

La linéarisation du modèle exprimé par l’équation Math20 le long de la trajectoire de référence T0 peut alors s’écrire ainsi :The linearization of the model expressed by the Math20 equation along the reference trajectory T0 can then be written as follows:

Dans ces équations, l’indice « 0 » fait référence aux valeurs nominales précitées. La barre verticale fait référence au jacobien en un point donné.In these equations, the index “0” refers to the aforementioned nominal values. The vertical bar refers to the Jacobian at a given point.

On notera que la deuxième équation (Δh) est formée sur la base de la même méthode que la première équation.Note that the second equation (Δ h ) is formed based on the same method as the first equation.

On utilise comme fonction de saturation σ la fonction logistique. Cette fonction est en effet idéale dans notre situation puisqu’elle a une pente égale à 1 à l’origine (où elle varie de manière sensiblement linéaire) puis qu’elle sature au-delà d’un certain seuil.We use the logistic function as saturation function σ. This function is indeed ideal in our situation since it has a slope equal to 1 at the origin (where it varies in a substantially linear manner) then it saturates beyond a certain threshold.

Cette fonction de saturation σ peut alors s’écrire sous la forme suivante :This saturation function σ can then be written in the following form:

Dans cette équation, uset ℓssont respectivement la borne supérieure et la borne inférieure de la saturation.In this equation, u s and ℓ s are the upper bound and the lower bound of saturation, respectively.

Il est ensuite possible de linéariser la fonction logistique par une droite centrée sur l’origine et ayant une pente variable, ce qui permet d’écrire :It is then possible to linearize the logistic function by a line centered on the origin and having a variable slope, which allows us to write:

Dans cette équation, la matrice Kσest une matrice diagonale avec les coefficients de pente des forces saturées le long de la diagonale. Grâce à cette approximation on peut obtenir le modèle linéarisé suivant :In this equation, the matrix K σ is a diagonal matrix with the slope coefficients of the forces saturated along the diagonal. Thanks to this approximation we can obtain the following linearized model:

Dans ces équations, I est la matrice identité.In these equations, I is the identity matrix.

On pourra noter que ce modèle linéarisé ne dépend plus des entrées saturées. Ainsi, la linéarisation des fonctions de saturation en utilisant une droite à pente variable nous permet de réduire les matrices variables dans le temps, ce qui est utile pour la définition du modèle LPV décrit ci-après.It can be noted that this linearized model no longer depends on saturated inputs. Thus, the linearization of the saturation functions using a line with variable slope allows us to reduce the time-varying matrices, which is useful for the definition of the LPV model described below.

On ajoute ici à la dynamique du modèle linéarisé donné par les équations Math24 la dynamique des erreurs de position absolue longitudinale xLet latérale yLet d’angle de lacet Δψ du système-véhicule :Here we add to the dynamics of the linearized model given by the Math24 equations the dynamics of the absolute longitudinal position x L and lateral y L and yaw angle Δψ errors of the vehicle system:

Ainsi, les équations Math24 permettent de tenir compte des caractéristiques dynamiques du véhicule, tandis que les équations Math25 permettent d’imposer un bon suivi de trajectoire au véhicule. Cette combinaison d’équations permet alors d’assurer un bon contrôle du véhicule le long de la trajectoire de référence T0.Thus, the Math24 equations make it possible to take into account the dynamic characteristics of the vehicle, while the Math25 equations make it possible to impose good trajectory following on the vehicle. This combination of equations then ensures good control of the vehicle along the reference trajectory T0.

A ce stade, le modèle étant linéarisé et élargi aux équations Math23 et Math24, on souhaite le transformer en un modèle LPV polytopique.At this stage, the model being linearized and extended to the Math23 and Math24 equations, we wish to transform it into a polytopic LPV model.

Un modèle LPV permet de représenter un système sous forme linéaire avec des paramètres qui varient.An LPV model makes it possible to represent a system in linear form with varying parameters.

L’espace de variation de ces paramètres est, dans un modèle LPV polytopique, représenté par une enveloppe convexe (le polytope). L’idée est de restreindre au mieux la taille de ce polytope de manière à ne pas être trop conservateur (c’est-à-dire à ne pas trop limiter les solutions envisageables pour synthétiser le correcteur K).The variation space of these parameters is, in a polytopic LPV model, represented by a convex hull (the polytope). The idea is to restrict the size of this polytope as best as possible so as not to be too conservative (i.e. not to excessively limit the possible solutions for synthesizing the corrector K).

Pour modéliser ainsi notre système, on considère deux vecteurs distincts, à savoir un premier vecteur Δupour les entrées de commande et un second vecteur Δwpour les entrées de perturbation. On exprime donc notre modèle linéarisé par :To model our system in this way, we consider two distinct vectors, namely a first vector Δ u for the control inputs and a second vector Δ w for the disturbance inputs. We therefore express our linearized model by:

On notera ici que l’ordre du système n (à savoir la dimension de la matrice carrée A(t)) est égal à 8, que le nombre d’entrées de perturbation mwest égal à 2, et que le nombre d’entrées de mesure muest égal à 2.Note here that the order of the system n (i.e. the dimension of the square matrix A(t)) is equal to 8, that the number of disturbance entries m w is equal to 2, and that the number of measurement inputs m u is equal to 2.

Dans ce modèle, les matrices A(t), Bw(t) et Bu(t) varient dans le temps parce qu’elles dépendent des variables d’état et des entrées du système-véhicule le long de la trajectoire de référence T0.In this model, the matrices A(t), B w (t) and B u (t) vary over time because they depend on the state variables and inputs of the vehicle system along the reference trajectory T0.

Pour représenter le modèle donné par l’équation ci-dessus sous forme LPV polytopique, il est nécessaire de choisir des paramètres variables qui sont tels que les matrices du modèle linéarisé soient affines par rapport à ces paramètres.To represent the model given by the equation above in polytopic LPV form, it is necessary to choose variable parameters which are such that the matrices of the linearized model are affine with respect to these parameters.

Le choix le plus logique serait d’utiliser les variables d’état et les entrées de la trajectoire de référence T0 comme paramètres variables du modèle LPV. Malheureusement, les matrices variables dans le temps ne dépendent pas de façon affine des variables de la trajectoire de référence, donc dans ce cas elles ne peuvent pas être choisies comme paramètres variables avec l’approche polytopique.The most logical choice would be to use the state variables and the inputs of the reference trajectory T0 as variable parameters of the LPV model. Unfortunately, time-varying matrices do not depend affinely on the reference trajectory variables, so in this case they cannot be chosen as variable parameters with the polytopic approach.

C’est la raison pour laquelle on choisit plutôt ici, comme paramètres variables, des termes (a11, a12…) des matrices A(t), Bw(t) et Bu(t) qui sont variables dans le temps.This is the reason why we choose here, as variable parameters, terms (a 11 , a 12 …) of the matrices A(t), B w (t) and B u (t) which are variable over time .

En revanche, au total vingt termes sont variables dans le temps pour les matrices du modèle linéarisé considéré. Vingt représente un nombre élevé de paramètres variables pour un modèle LPV polytopique.On the other hand, a total of twenty terms are variable over time for the matrices of the linearized model considered. Twenty represents a high number of variable parameters for a polytopic LPV model.

Par conséquent il est préférable de réduire, si possible, le nombre des paramètres variables.Therefore it is preferable to reduce, if possible, the number of variable parameters.

A ce stade, on peut remarquer que les matrices du modèle linéarisé données par l’équation Math21 (sans linéarisation des fonctions de saturation) ont au total quarante-huit termes variables dans le temps. En effet, l’information du modèle est distribuée dans six matrices variables dans le temps, au lieu de deux pour le modèle donné par l’équation Math24. C’est pour cette raison qu’il est préférable d’utiliser le modèle donné par l’équation Math24 afin d’élaborer un modèle LPV polytopique.At this stage, we can notice that the matrices of the linearized model given by the Math21 equation (without linearization of the saturation functions) have a total of forty-eight time-varying terms. Indeed, the model information is distributed in six time-varying matrices, instead of two for the model given by the Math24 equation. It is for this reason that it is preferable to use the model given by the Math24 equation in order to develop a polytopic LPV model.

Pour réduire encore le nombre de paramètres, on a choisi de considérer un sous-ensemble des termes variables dans le temps des matrices du modèle linéarisé et d’approcher par une valeur constante les éléments restants. En particulier, on a choisi les huit termes des matrices A(t), Bw(t) et Bu(t) qui ont le plus d’impact sur la dynamique du modèle-véhicule comme paramètres variables.To further reduce the number of parameters, we chose to consider a subset of the time-varying terms of the linearized model matrices and to approximate the remaining elements with a constant value. In particular, we chose the eight terms of the matrices A(t), Bw(t) and Bu(t) which have the most impact on the dynamics of the vehicle model as variable parameters.

Le chiffre huit permet de faire un bon compromis entre la représentativité du modèle LPV et la complexité de la synthèse du correcteur K. Suite à des essais, il a en effet été mis en évidence que la synthèse du correcteur K n’aboutissait à aucune solution si plus de dix paramètres variables étaient utilisés. Ensuite il a été constaté que les performances des correcteurs étaient comparables en utilisant huit ou dix paramètres variables. Le choix de n’en utiliser que huit a donc été fait.The number eight makes it possible to make a good compromise between the representativeness of the LPV model and the complexity of the synthesis of the corrector K. Following tests, it was in fact demonstrated that the synthesis of the corrector K did not lead to any solution if more than ten variable parameters were used. Then it was found that the performance of the correctors was comparable using eight or ten variable parameters. The choice to use only eight was therefore made.

En pratique, on utilisera donc huit paramètres mais en variante, on pourrait en utiliser entre six et dix.In practice, we will therefore use eight parameters but alternatively, we could use between six and ten.

Ces huit paramètres variables constituent un vecteur notép. L’espace de variation de ce vecteurpforme donc notre polytope, qui se présente dès lors sous la forme d’un hypercube de dimension huit, avec Np = 28sommets.These eight variable parameters constitute a vector denoted p . The variation space of this vector p therefore forms our polytope, which is therefore in the form of an eight-dimensional hypercube, with Np = 2 8 vertices.

Pour le choix de ces huit paramètres variables dans le temps parmi les termes variables des matrices A(t), Bw(t) et Bu(t), on a procédé ainsi :
- les variables ψ et v sont fondamentales pour représenter la dynamique de l’erreur latérale yL, exprimée par l’équation Math 25, elles sont donc sélectionnées,
- pour trouver les six paramètres restants, on calcule le produit de chaque terme avec la variable d’état ou l’entrée correspondante le long de la trajectoire de référence T0 et si ce produit est inférieur à 5% de la dynamique de la variable d’état, ces termes sont exclus, puis
- on calcule le coefficient de variation des termes restants le long de la trajectoire de référence T0 et on sélectionne les six termes variables dans le temps ayant le coefficient de variation le plus élevé.
For the choice of these eight time-varying parameters among the variable terms of the matrices A(t), B w (t) and B u (t), we proceeded as follows:
- the variables ψ and v are fundamental to represent the dynamics of the lateral error y L , expressed by the Math 25 equation, they are therefore selected,
- to find the remaining six parameters, we calculate the product of each term with the state variable or the corresponding input along the reference trajectory T0 and if this product is less than 5% of the dynamics of the variable d state, these terms are excluded, then
- we calculate the coefficient of variation of the remaining terms along the reference trajectory T0 and we select the six time-varying terms having the highest coefficient of variation.

On notera alors que pour tous les autres termes des matrices qui n’ont pas été sélectionnés, on calcule une valeur constante approchée, par exemple égale à la moyenne du terme le long de la trajectoire de référence T0.We will then note that for all the other terms of the matrices which have not been selected, we calculate an approximate constant value, for example equal to the average of the term along the reference trajectory T0.

Finalement le modèle LPV polytopique a la forme suivante :Finally the polytopic LPV model has the following form:

Pour la synthèse du correcteur LPV avec l’approche polytopique, il est nécessaire que la matrice Bune soit pas dépendante du vecteurpdes paramètres variables. Or, dans notre cas, compte tenu des paramètres variables choisis, la matrice Budépend bien du vecteurp. Alors, pour éliminer cette dépendance, on ajoute un filtre F(s) du premier ordre sur l’entrée du système-véhicule, comme montre la partie supérieure de la . Ici, ce filtre s’applique à une colonne seulement de la matrice Bupuisque seule cette colonne varie en fonction des paramètres variables.For the synthesis of the LPV corrector with the polytopic approach, it is necessary that the matrix B u is not dependent on the vector p of the variable parameters. However, in our case, taking into account the variable parameters chosen, the matrix B u does indeed depend on the vector p . Then, to eliminate this dependence, we add a first order filter F(s) to the input of the vehicle system, as shown in the upper part of the . Here, this filter applies to only one column of the matrix B u since only this column varies according to the variable parameters.

On peut donc réécrire notre modèle du système-véhicule ainsi augmenté de la façon illustrée sur la partie inférieure de la (l’indice « a » se réfère au modèle augmenté), ce qui facilitera la synthétisation du correcteur K.We can therefore rewrite our model of the vehicle system thus augmented in the way illustrated on the lower part of the (the index “a” refers to the augmented model), which will facilitate the synthesis of the corrector K.

En effet, en utilisant cette méthode, l’entrée du système est ajoutée au vecteur d’état du système et les éléments de la matrice Buqui dépendent du vecteurpse trouvent ensuite dans la nouvelle matrice Aa(p) du système augmenté. De cette façon, il sera possible de synthétiser le correcteur LPV avec l’approche polytopique.Indeed, using this method, the system input is added to the system state vector and the elements of the matrix B u which depend on the vector p are then found in the new matrix A a (p) of the augmented system . In this way, it will be possible to synthesize the LPV corrector with the polytopic approach.

On notera que si le filtre utilisé en entrée est rapide, l’effet de la dynamique fictive de l’entrée sur la représentativité du modèle est négligeable.Note that if the filter used as input is fast, the effect of the fictitious dynamics of the input on the representativeness of the model is negligible.

A ce stade, on dispose donc d’un modèle LPV polytopique utilisable pour la synthèse du correcteur K.At this stage, we therefore have a polytopic LPV model that can be used for the synthesis of the corrector K.

Reste toutefois à déterminer les intervalles de variation du domaine polytopique considéré, lequel est issu d’un compromis entre taille (la plus grande possible pour avoir le plus de chance de synthétiser un correcteur K efficace en termes de suivi de trajectoire), tout en garantissant la contrôlabilité du véhicule.However, it remains to determine the variation intervals of the polytopic domain considered, which results from a compromise between size (the largest possible to have the greatest chance of synthesizing an effective K corrector in terms of trajectory monitoring), while guaranteeing the controllability of the vehicle.

Pour cela, on a considéré arbitrairement deux trajectoires de référence T0 distincts, à savoir :
- une trajectoire associée à un changement d’une voie avec freinage (le véhicule passe de sa voie de circulation à la voie de circulation immédiatement voisine tout en freinant), et
- une trajectoire associée à un changement de deux voies sans freinage (le véhicule passe de sa voie de circulation à la voie de circulation immédiatement voisine puis à la voie de circulation encore suivante, sans freiner).
For this, we arbitrarily considered two distinct T0 reference trajectories, namely:
- a trajectory associated with a change of lane with braking (the vehicle passes from its lane to the immediately neighboring lane while braking), and
- a trajectory associated with a change of two lanes without braking (the vehicle passes from its lane to the immediately neighboring lane then to the next lane, without braking).

Ces deux trajectoires symbolisent deux types de manœuvre pour lesquelles on souhaite stabiliser le véhicule.These two trajectories symbolize two types of maneuver for which we wish to stabilize the vehicle.

L’objectif est alors de développer un seul et unique correcteur K qui soit capable de contrôler le véhicule selon ces deux trajectoires de référence « extrêmes » et, partant, selon toutes les trajectoires de référence comprises entre ces deux trajectoires.The objective is then to develop a single and unique K corrector which is capable of controlling the vehicle according to these two “extreme” reference trajectories and, therefore, according to all the reference trajectories included between these two trajectories.

Les paramètres variables sélectionnés du vecteurpont donc été choisis sur la base de ces deux trajectoires de référence. L’intervalle des paramètres variables, a alors été sélectionné de manière à inclure l’évolution des éléments variables dans le temps le long des deux manœuvres d’évitement d’obstacle.The selected variable parameters of the vector p were therefore chosen on the basis of these two reference trajectories. The interval of variable parameters was then selected so as to include the evolution of the variable elements over time along the two obstacle avoidance maneuvers.

On peut donc donner un exemple des paramètres variables pidu vecteurpqui sont communs aux deux trajectoires pour un véhicule donné :We can therefore give an example of the variable parameters p i of the vector p which are common to the two trajectories for a given vehicle:

ParamètreSetting a21(t)at 21 (t) -0,5574-0.5574 0,63250.6325 a27(t)at 27 (t) -0,1033-0.1033 0,08330.0833 a37(t)at 37 (t) -0,0658-0.0658 0,05310.0531 ψ(t)ψ(t) -0,2617-0.2617 0,26180.2618 v(t)v(t) 9,58089.5808 23,26123,261 bu11(t)b u11 (t) -6,2537-6.2537 7,00357.0035 a31(t)at 31 (t) -0,0368-0.0368 0,05510.0551 a32(t)a 32 (t) 0,28430.2843 1,41521.4152

On notera dans ce tableau que la barre sous le paramètre variable piindique qu’il s’agit du seuil inférieur de ce paramètre, et que la barre au-dessus du paramètre variable piindique qu’il s’agit du seuil supérieur.Note in this table that the bar under the variable parameter p i indicates that it is the lower threshold of this parameter, and that the bar above the variable parameter p i indicates that it is the upper threshold .

En d’autres termes, dans cet exemple qui s’applique à un modèle particulier de véhicule automobile, on a relevé les valeurs minimales et maximales des paramètres variables lorsque ce véhicule suit les deux trajectoires de référence précitées.In other words, in this example which applies to a particular model of motor vehicle, the minimum and maximum values of the variable parameters have been noted when this vehicle follows the two aforementioned reference trajectories.

On peut donc interpréter les deux manœuvres d’évitement choisies comme l’enveloppe des trajectoires pour lesquelles la performance et la stabilité de la boucle fermée sont garanties.We can therefore interpret the two avoidance maneuvers chosen as the envelope of the trajectories for which the performance and stability of the closed loop are guaranteed.

A ce stade de la description, on souhaite expliquer comment synthétiser le correcteur K.At this stage of the description, we wish to explain how to synthesize the corrector K.

Ce correcteur présente ici un gain statique, c’est-à-dire une matrice de scalaires.This corrector here presents a static gain, that is to say a matrix of scalars.

De cette manière, il n’est pas nécessaire de discrétisation ce correcteur, ce qui facilite ensuite la mise en œuvre du procédé de détermination des consignes de pilotage du véhicule.In this way, it is not necessary to discretize this corrector, which then facilitates the implementation of the method for determining the vehicle control instructions.

Dans ce procédé, le correcteur sera utilisé pour calculer, à partir d’un vecteur de mesurey(c’est-à-dire à partir de données mesurées ou calculées), le vecteur d’entrées de contrôle Δu, au moyen de l’équation :In this method, the corrector will be used to calculate, from a measurement vector y (i.e. from measured or calculated data), the control input vector Δu, by means of equation:

Dans cette équation, la matrice K représente la matrice de gain statique et constitue donc le correcteur recherché. Elle appartient à l’espace réel de dimension mu×py, où pyest le nombre d’entrées de mesure (égal à 6).In this equation, the matrix K represents the static gain matrix and therefore constitutes the desired corrector. It belongs to the real space of dimension m u ×p y , where p y is the number of measurement inputs (equal to 6).

Le vecteur de mesure y considéré s’écrit en effet sous la forme :The measurement vector considered is in fact written in the form:

y= [Δv Δu Δr xLyLΔψ]T y = [Δv Δu Δr x L y L Δψ] T

Le système en boucle fermée s’exprime sous la forme :The closed loop system is expressed in the form:

Pour la synthèse du correcteur K, on considère la saturation des signaux de commande. La dynamique du système est donc exprimée par :For the synthesis of the K corrector, we consider the saturation of the control signals. The dynamics of the system is therefore expressed by:

La fonction de saturation σ(Δu) sera traitée comme une non-linéarité de secteur.The saturation function σ(Δu) will be treated as a sector nonlinearity.

Pour la saturation des actionneurs du véhicule, on considère les inégalités suivantes :
−30 deg ≤ δf≤ 30 deg, et
- 5000Nm ≤ τwf≤ 1230 Nm.
For the saturation of the vehicle actuators, we consider the following inequalities:
−30 deg ≤ δ f ≤ 30 deg, and
- 5000Nm ≤ τ wf ≤ 1230 Nm.

Ces seuils sont ici sensiblement égaux aux capacités maximales des actionneurs.These thresholds are here substantially equal to the maximum capacities of the actuators.

La saturation des signaux Δδfet Δτwfdépend donc des valeurs de l’angle de braquage δfet du couple aux roues avant τwfle long de la trajectoire de référence T0.The saturation of the signals Δδ f and Δτw f therefore depends on the values of the steering angle δ f and the torque at the front wheels τ wf along the reference trajectory T0.

Comme le montre la , pour imposer à la boucle fermée un comportement respectant ces saturations, on ajoute au système les filtres We(s), Wu(s) et Wd(s). On peut ensuite faire la synthèse en utilisant le système augmenté Ga(s).As shown in the , to impose on the closed loop a behavior respecting these saturations, we add to the system the filters W e (s), W u (s) and W d (s). We can then carry out the synthesis using the augmented system G a (s).

Dans ce nouveau modèle, z est une variable ou un vecteur de variables qui mesure la performance du système.In this new model, z is a variable or vector of variables that measures the performance of the system.

Les filtres imposent un comportement en fréquence (et donc des performances souhaitées) à la boucle fermée.Filters impose frequency behavior (and therefore desired performance) on the closed loop.

Pour faire la synthèse, on notera que le filtre Wd(s) n’est pas utilisé puisque l’entrée de référence n’est pas employée dans le système. Les filtres We(s) et Wu(s) suffisent alors à régler les deux relations entrée-sortie entre les signaux de perturbation Δwet les sorties contrôléesz 1etz 2(qui mesurent la performance du système).To summarize, note that the filter W d (s) is not used since the reference input is not used in the system. The filters W e (s) and W u (s) are then sufficient to adjust the two input-output relationships between the disturbance signals Δ w and the controlled outputs z 1 and z 2 (which measure the performance of the system).

Les filtres We(s) et Wu(s) utilisés sont :The filters W e (s) and W u (s) used are:

Reste alors à synthétiser sur cette base le correcteur K.It then remains to synthesize the corrector K on this basis.

Pour cela, plusieurs méthodes peuvent être employées.For this, several methods can be used.

La méthode utilisée est préférentiellement l’utilisation des inégalités matricielles linéaires (de l’anglais Linear Matrix Inequalities LMI). Elle est réalisée à partir de critères d’optimisation convexe sous contraintes d’inégalités matricielles linéaires (la linéarité des termes des matrices utilisées assurant au problème mathématique d’être possible à résoudre sans nécessiter une charge de calcul trop importante).The method used is preferably the use of linear matrix inequalities (Linear Matrix Inequalities LMI). It is carried out using convex optimization criteria under the constraints of linear matrix inequalities (the linearity of the terms of the matrices used ensuring that the mathematical problem is possible to solve without requiring too much computational effort).

On considère alors l’espace suivant :We then consider the following space:

L’objectif est plus précisément d’optimiser les gains de la boucle fermée définie par le correcteur K en jouant sur le choix des pôles.The objective is more precisely to optimize the gains of the closed loop defined by the corrector K by playing on the choice of poles.

Ainsi, s’il existe des matrices de dimensions appropriées Q (de dimension nxn et telle que Q = QT>0), Y (de dimension muxn), Su(de dimension muxmuet telle que Su= Su T>0), Ju(de dimension muxn) et des scalaires strictement positifs γet γ2 gtels que le problème d’optimisation ci-dessous est faisable, on obtient donc un contrôleur K qui satisfait nos objectifs.Thus, if there exist matrices of appropriate dimensions Q (of dimension nxn and such that Q = Q T >0), Y (of dimension m u xn), S u (of dimension m u xm u and such that S u = S u T >0), J u (of dimension m u xn) and strictly positive scalars γ and γ 2 g such that the optimization problem below is feasible, we therefore obtain a controller K which satisfies our goals.

Les inéquations matricielles ici utilisées sont au nombre de six et sont définies par les inéquations suivantes (pour tout i allant de 1 à Np).The matrix inequalities used here are six in number and are defined by the following inequalities (for all i ranging from 1 to Np).

On notera que dans ces inéquations :
- Yjet Jujsont les lignes des matrices Y et Ju,
- jsont les valeurs maximales des entrées (Δ fet Δ wfétant donc les valeurs maximales de Δδfet Δτwf).
Note that in these inequalities:
- Y j and J uj are the rows of the matrices Y and J u ,
- j are the maximum values of the inputs (Δ f and Δ wf therefore being the maximum values of Δδ f and Δτ wf ).

La première de ces inéquations impose une borne sur la norme H(entre les transferts des entrées de perturbation vers les sorties contrôlées z1et z2). Cela revient à minimiser la performance au sens Hde la relation entre une perturbation et une erreur de position et/ou de lacet.The first of these inequalities imposes a bound on the norm H (between the transfers of the disturbance inputs to the controlled outputs z 1 and z 2 ). This amounts to minimizing the performance in the H sense of the relationship between a disturbance and a position and/or yaw error.

Les deuxième et troisième inéquations imposent une borne sur la norme H2(entre les transferts des entrées de perturbation vers la sortie contrôlée z2). Cela revient à minimiser de la performance au sens H2 généraliséde la relation entre une perturbation et un signal de commande.The second and third inequalities impose a bound on the norm H 2 (between the transfers of the disturbance inputs to the controlled output z 2 ). This amounts to minimizing performance in the generalized H 2 sense of the relationship between a disturbance and a control signal.

La quatrième inéquation permet de placer les pôles dans la région LMI du plan complexe.The fourth inequality allows us to place the poles in the LMI region of the complex plan.

Les deux dernières inéquations servent à prendre en compte les saturations des actionneurs (comme non-linéarités de secteurs) tout en maximisant la région d’attraction de la boucle fermée.The last two inequalities are used to take into account the saturations of the actuators (as sector nonlinearities) while maximizing the region of attraction of the closed loop.

Le correcteur K peut alors être calculé à l’aide de l’équation suivante :The corrector K can then be calculated using the following equation:

On note que dans cette équation, l’exposant « + » fait référence à la pseudo-inverse de Moore–Penrose de la matrice Cy.Q.Note that in this equation, the exponent “+” refers to the Moore–Penrose pseudo-inverse of the matrix C y .Q.

On peut définir l’espace E de la façon suivante : E(P, 1) = {x ∈ n| xT.P.x≤ 1}, où P = Q 1. Cet espace est une région de stabilité asymptotique du système LPV en boucle fermée avec entrées Δusaturées.We can define the space E as follows: E(P, 1) = {x ∈ n | x T.P. x ≤ 1}, where P = Q 1 . This space is an asymptotic stability region of the closed-loop LPV system with saturated Δu inputs.

Ainsi, lorsque les six inéquations sont satisfaites, le correcteur K :
- stabilise le système LPV défini par l’équation Math27 dans l’espace E,
- assure que les pôles de toutes les réalisations LTI (linéaires invariants avec les temps) de la boucle fermée définie par l’équation Math30 dans le domaine polytopique P sont dans la région (voir ci-dessous),
- garantit que les performances Het H2généralisées de la boucle fermée sont inférieures à γet γ2grespectivement.
Thus, when the six inequalities are satisfied, the corrector K:
- stabilizes the LPV system defined by the Math27 equation in space E,
- ensures that the poles of all LTI realizations (linear invariant with time) of the closed loop defined by the Math30 equation in the polytopic domain P are in the region (see below),
- guarantees that the generalized H and H 2 performances of the closed loop are lower than γ and γ 2g respectively.

La condition donnée par la dernière inéquation considère que les bornes de saturation des commandes sont symétriques par rapport à zéro. En pratique, les saturations de Δδfet Δτwfne sont pas symétriques. Par conservatisme, la valeur absolue la plus faible des seuils de saturation de Δδfet Δτwfle long des trajectoires de référence T0 est alors sélectionnée.The condition given by the last inequality considers that the saturation limits of the orders are symmetrical with respect to zero. In practice, the saturations of Δδ f and Δτw f are not symmetrical. For conservatism, the lowest absolute value of the saturation thresholds of Δδ f and Δτ wf along the reference trajectories T0 is then selected.

Une région LMI a été utilisée pour borner la dynamique de la boucle fermée. Cette région est représentée dans la et les valeurs suivantes ont été choisies :
- = -1,5,
- = -500, et
- θ = 0,6435 rad.
An LMI region was used to bound the dynamics of the closed loop. This region is represented in the and the following values were chosen:
- = -1.5,
- = -500, and
- θ = 0.6435 rad.

Ici, le paramètre θ maximise l’amortissement des pôles pour limiter les oscillations du système.Here, the parameter θ maximizes the damping of the poles to limit the oscillations of the system.

Le seuil supérieur de λ permet de s’assurer que la solution converge rapidement (compte tenu de la trajectoire de référence T0 qui dure 3 secondes environ). Le seuil inférieur impose quant à lui une limite afin que le système n’évolue pas trop rapidement.The upper threshold of λ ensures that the solution converges quickly (taking into account the reference trajectory T0 which lasts approximately 3 seconds). The lower threshold imposes a limit so that the system does not evolve too quickly.

Les valeurs de ces trois paramètres sont ici issues de l’expérience de l’Homme du métier (ou éventuellement d’essais routiers).The values of these three parameters here come from the experience of those skilled in the art (or possibly from road tests).

Finalement on choisit donc des valeurs sous-optimales pour les scalaires γ= 1 et γ2g= 1,4142 et on trouve la solution du correcteur en résolvant le problème d’optimisation suivant :Finally we therefore choose sub-optimal values for the scalars γ = 1 and γ 2g = 1.4142 and we find the solution of the corrector by solving the following optimization problem:

respectant les inéquations Math33.respecting Math33 inequalities.

En d’autres termes, on maximise la trace de Q pour maximiser la région d’attraction de la boucle fermée par rapport aux saturations des entrées de commande.In other words, we maximize the trace of Q to maximize the region of attraction of the closed loop with respect to the saturations of the control inputs.

On rappelle ici que la région d’attraction est la région dans laquelle le système linéaire considéré converge nécessairement vers 0, quel que soit l’état de départ compris dans cette région.We recall here that the region of attraction is the region in which the linear system considered necessarily converges towards 0, whatever the starting state included in this region.

Pour la résolution de ce problème d’optimisation, il est possible d’utiliser l’outil YALMIP du logiciel MATLAB, comme cela est par exemple présenté dans les documents Lofberg 2004 Andersen et Andersen 2000.To resolve this optimization problem, it is possible to use the YALMIP tool in the MATLAB software, as for example presented in the documents Lofberg 2004 Andersen and Andersen 2000.

On peut noter les deux observations suivantes concernant la mise en œuvre de la solution présentée conjointement avec d’autres algorithmes déjà présents sur le véhicule automobile (typiquement l’algorithme de maintien du véhicule au centre de sa voie de circulation).We can note the following two observations concerning the implementation of the solution presented in conjunction with other algorithms already present on the motor vehicle (typically the algorithm for maintaining the vehicle in the center of its lane).

Premièrement, tant que ces autres algorithmes ont une dynamique plus élevée que celle de ce contrôle et qu’ils n’interviennent pas activement sur le lacet du véhicule, il n’y aura pas de problème de stabilité liée aux boucles imbriquées et un contrôle de traction (qui repartit intelligemment le couple entre les quatre roues) pourrait éventuellement contribuer à la stabilité de la boucle fermée.First, as long as these other algorithms have a higher dynamic than that of this control and they do not actively intervene on the yaw of the vehicle, there will be no stability problem linked to nested loops and a control of traction (which intelligently distributes torque between the four wheels) could potentially contribute to the stability of the closed loop.

Deuxièmement, l’idée de la solution ici présentée est de faire un évitement et, à ce titre, lorsque cet algorithme est activé, les autres algorithmes présents qui seraient susceptibles d’avoir une influence sur la trajectoire du véhicule seront désactivés.Secondly, the idea of the solution presented here is to do an avoidance and, as such, when this algorithm is activated, the other algorithms present which would be likely to have an influence on the trajectory of the vehicle will be deactivated.

Les hypothèses de calcul étant désormais bien établies, on peut décrire le procédé qui sera exécuté par le calculateur 13 du véhicule automobile pour mettre en œuvre l’invention.The calculation hypotheses now being well established, we can describe the process which will be executed by the computer 13 of the motor vehicle to implement the invention.

Le calculateur 13 est ici programmé pour mettre en œuvre ce procédé de façon récursive, c’est-à-dire pas à pas, et en boucle.The computer 13 is here programmed to implement this process recursively, that is to say step by step, and in a loop.

Pour cela, au cours d’une première étape, le calculateur 13 vérifie que la fonction d‘évitement autonome d’obstacle (AES) est activée et qu’une trajectoire de référence d’obstacle a été planifiée.To do this, during a first step, the computer 13 verifies that the autonomous obstacle avoidance (AES) function is activated and that an obstacle reference trajectory has been planned.

Le calculateur 13 va alors chercher à définir une consigne de pilotage pour le système de direction conventionnel et pour le système de freinage conventionnel, permettant de suivre au mieux cette trajectoire de référence T0.The computer 13 will then seek to define a control instruction for the conventional steering system and for the conventional braking system, making it possible to follow this reference trajectory T0 as best as possible.

Il commence pour cela par calculer les paramètres qui constituent le vecteur de mesurey(Δv Δu Δr xLyLΔψ).To do this, it begins by calculating the parameters which constitute the measurement vector y (Δv Δu Δr x L y L Δψ).

Plus précisément, connaissant les valeurs nominales x0, y0, ψ0, v0, u0, r0des paramètres qui permettent théoriquement au véhicule automobile 10 de suivre la trajectoire de référence T0, et connaissant les valeurs courantes x, y, ψ, v, u, r de ces mêmes paramètres alors que le véhicule suit la trajectoire de référence T0 (c’est-à-dire les valeurs mesurées ou estimées de ces paramètres), le calculateur 13 peut calculer les écarts Δv, Δu, Δr, xL, yL, Δψ entre les valeurs courante et nominale de ces paramètres.More precisely, knowing the nominal values x 0 , y 0 , ψ 0 , v 0 , u 0 , r 0 of the parameters which theoretically allow the motor vehicle 10 to follow the reference trajectory T0, and knowing the current values x, y, ψ, v, u, r of these same parameters while the vehicle follows the reference trajectory T0 (that is to say the measured or estimated values of these parameters), the calculator 13 can calculate the deviations Δv, Δu, Δr, xL, yL, Δψ between the current and nominal values of these parameters.

Puis, compte tenu de l’équation Math29, il peut utiliser le correcteur K qui aura été au préalable stocké dans sa mémoire afin de déterminer les valeurs des consignes de pilotage δf, τwfrecherchées.Then, taking into account the Math29 equation, it can use the corrector K which will have been previously stored in its memory in order to determine the values of the desired control instructions δ f , τ wf .

Enfin, ces consignes d’angle de braquage et de freinage (ou d’accélération) vont être transmises aux actionneurs pour braquer et freiner ou accélérer les roues du véhicule automobile 10.Finally, these steering angle and braking (or acceleration) instructions will be transmitted to the actuators to steer and brake or accelerate the wheels of the motor vehicle 10.

Ce procédé est alors répété en boucle, tout le long de la trajectoire de référence T0.This process is then repeated in a loop, all along the reference trajectory T0.

La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.The present invention is in no way limited to the embodiments described and represented, but those skilled in the art will be able to make any variation conforming to the invention.

Elle pourrait par exemple être utilisée dans le domaine de la robotique (par exemple dans le domaine des robots de transport de produits dans les usines).It could, for example, be used in the field of robotics (for example in the field of robots for transporting products in factories).

Claims (11)

Procédé de pilotage autonome d’actionneurs d’un appareil automobile (10) qui sont adaptés à influer sur la trajectoire et la vitesse dudit appareil automobile (10), comportant des étapes de :
- acquisition d’une trajectoire de référence (T0) que ledit appareil automobile (10) doit suivre,
- détermination d’une valeur nominale (x0, y0, ψ0, v0, u0, r0) d’au moins un paramètre permettant à l’appareil automobile (10) de suivre la trajectoire de référence (T0),
- détermination d’une valeur courante (x, y, ψ, v, u, r) de chaque paramètre lorsque ledit appareil automobile (10) suit la trajectoire de référence (T0),
- détermination d’un écart de valeurs (Δv, Δu, Δr, xL, yL, Δψ) entre la valeur courante (x, y, ψ, v, u, r) et la valeur nominale (x0, y0, ψ0, v0, u0, r0) de chaque paramètre, puis
- calcul par un calculateur (13) d’une consigne de pilotage (δf, τwf) pour chaque actionneur, en fonction de chaque écart de valeurs (Δv, Δu, Δr, xL, yL, Δψ), au moyen d’un correcteur (K),
caractérisé en ce que le correcteur (K) permet de calculer conjointement une consigne de pilotage exclusivement latéral (δf) de l’appareil automobile (10) et une consigne de pilotage exclusivement longitudinal (τwf) de l’appareil automobile (10).
Method for autonomously controlling actuators of an automobile device (10) which are adapted to influence the trajectory and speed of said automobile device (10), comprising steps of:
- acquisition of a reference trajectory (T0) that said automobile device (10) must follow,
- determination of a nominal value (x 0 , y 0 , ψ 0 , v 0 , u 0 , r 0 ) of at least one parameter allowing the automobile device (10) to follow the reference trajectory (T0) ,
- determination of a current value (x, y, ψ, v, u, r) of each parameter when said automobile device (10) follows the reference trajectory (T0),
- determination of a difference in values (Δv, Δu, Δr, x L , y L , Δψ) between the current value (x, y, ψ, v, u, r) and the nominal value (x 0 , y 0 , ψ 0 , v 0 , u 0 , r 0 ) of each parameter, then
- calculation by a calculator (13) of a control setpoint (δ f , τ wf ) for each actuator, according to each difference in values (Δv, Δu, Δr, x L , y L , Δψ), by means a corrector (K),
characterized in that the corrector (K) makes it possible to jointly calculate an exclusively lateral control instruction (δ f ) of the automobile device (10) and an exclusively longitudinal control instruction (τ wf ) of the automobile device (10) .
Procédé de pilotage selon la revendication 1, dans lequel, ledit appareil automobile (10) étant un véhicule qui comprend au moins une roue (11, 12) adaptée à être braquée dans une direction variable, au moins un actionneur de direction assistée, au moins un actionneur de freinage et au moins un actionneur de propulsion du véhicule, la consigne de pilotage latéral est transmise audit au moins un actionneur de direction assistée pour braquer ladite au moins une roue, et la consigne de pilotage longitudinal est transmise audit au moins un actionneur de freinage et/ou audit au moins un actionneur de propulsion pour freiner ou accélérer le véhicule.Control method according to claim 1, in which, said automobile device (10) being a vehicle which comprises at least one wheel (11, 12) adapted to be turned in a variable direction, at least one power steering actuator, at least a braking actuator and at least one vehicle propulsion actuator, the lateral steering instruction is transmitted to said at least one power steering actuator to steer said at least one wheel, and the longitudinal steering instruction is transmitted to said at least one actuator braking and/or auditing at least one propulsion actuator to brake or accelerate the vehicle. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel, avant l’étape d’acquisition, il est prévu de :
- modéliser l’appareil automobile (10) sous une forme non linéaire,
- linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variants (LPV),
- synthétiser ledit correcteur (K) qui assure un suivi de trajectoire de référence (T0), et dans lequel le modèle est linéarisé sous forme polytopique.
Control method according to one of claims 1 and 2, in which, before the acquisition step, it is planned to:
- model the automobile device (10) in a non-linear form,
- linearize said model in a linear form with varying parameters (LPV),
- synthesize said corrector (K) which ensures reference trajectory monitoring (T0), and in which the model is linearized in polytopic form.
Procédé de pilotage selon la revendication 3, dans lequel la modélisation de l’appareil automobile (10) sous forme non linéaire est issue d’équations d’équilibre des forces s’appliquant sur l’appareil automobile (10).Control method according to claim 3, in which the modeling of the automobile device (10) in non-linear form comes from force balance equations applying to the automobile device (10). Procédé de pilotage selon la revendication 4, dans lequel, les forces s’appliquant sur l’appareil automobile (10) comprenant des forces de réaction normale que le sol exerce sur au moins deux roues de l’appareil automobile (10), lesdites forces de réaction normale sont modélisées par un modèle de transfert de charge variable entre les deux roues, qui dépend de la dynamique de l’appareil automobile (10).Control method according to claim 4, in which, the forces applying to the automobile device (10) comprising normal reaction forces that the ground exerts on at least two wheels of the automobile device (10), said forces normal reaction are modeled by a variable load transfer model between the two wheels, which depends on the dynamics of the automotive device (10). Procédé de pilotage selon l’une des revendications 4 et 5, dans lequel, les forces s’appliquant sur l’appareil automobile (10) comprenant des forces de réaction normale ainsi que des forces de frottement longitudinal et latéral que le sol exerce sur des roues de l’appareil automobile (10), pour linéariser ledit modèle, on modélise l’appareil automobile (10) sous la forme d’un système en boucle fermée, lesdites forces de réaction normale et de frottement longitudinal et latéral étant utilisées en entrée du système et dépendant de la sortie dudit système.Control method according to one of claims 4 and 5, in which, the forces applying to the automobile device (10) comprising normal reaction forces as well as longitudinal and lateral friction forces that the ground exerts on wheels of the automobile device (10), to linearize said model, the automobile device (10) is modeled in the form of a closed loop system, said normal reaction forces and longitudinal and lateral friction being used as input of the system and dependent on the output of said system. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel, une partie des forces s’appliquant sur l’appareil automobile (10) saturant au-delà d’un seuil prédéfini, lors de la linéarisation dudit modèle, on utilise une fonction de saturation (σ) linéarisée sous la forme d’une droite ayant une pente variable.Control method according to one of claims 4 to 6, in which, part of the forces applying to the automobile device (10) saturating beyond a predefined threshold, during the linearization of said model, we use a saturation function (σ) linearized in the form of a straight line with a variable slope. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 3 à 7, dans lequel, pour linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variants, il est prévu de déterminer un modèle linéarisé faisant intervenir trois matrices d’état (A(t), Bw(t), Bu(t)) ayant une dépendance affine à des paramètres variables dans le temps (pi), puis d’écrire ce modèle linéarisé sous forme polytopique faisant intervenir seulement deux matrices d’état (Aa(p), Bwa(p)) ayant une dépendance affine à des paramètres variables (pi).Control method according to one of claims 3 to 7, in which, to linearize said model in a linear form with varying parameters, it is planned to determine a linearized model involving three state matrices (A(t), B w (t), B u (t)) having an affine dependence on time-varying parameters (p i ), then writing this linearized model in polytopic form involving only two state matrices (A a (p ), B wa (p)) having an affine dependence on variable parameters (p i ). Procédé de pilotage selon la revendication 8, dans lequel une partie au moins des paramètres variables dans le temps (pi) sont choisis parmi les termes des trois matrices d’état (A(t), Bw(t), Bu(t)), les autres termes des matrices d’état étant considérés invariables dans le temps, et dans laquelle le nombre de paramètres variables dans le temps (pi) choisis est compris entre 6 et 10, bornes incluses.Control method according to claim 8, in which at least part of the time-varying parameters (p i ) are chosen from the terms of the three state matrices (A(t), B w (t), B u ( t)), the other terms of the state matrices being considered invariable over time, and in which the number of time-varying parameters (p i ) chosen is between 6 and 10, limits included. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 3 à 9, dans lequel le régulateur (K) est synthétisé à partir de critères d’optimisation convexe sous contraintes d’inégalités matricielles linéaires (LMI), l’une au moins des contraintes comportant :
- la minimisation de la performance au sens Hde la relation entre une perturbation s’appliquant sur l’appareil automobile (10) et une erreur de position et/ou de lacet de l’appareil automobile (10),
- la minimisation de la performance au sens H2 généraliséde la relation entre une perturbation s’appliquant sur l’appareil automobile (10) et un signal de commande de l’appareil automobile (10),
- la prise en compte de saturations en amplitude des actionneurs.
Control method according to one of claims 3 to 9, in which the regulator (K) is synthesized from convex optimization criteria under linear matrix inequalities (LMI) constraints, at least one of the constraints comprising:
- the minimization of the performance in the sense H of the relationship between a disturbance applying to the automobile device (10) and a position and/or yaw error of the automobile device (10),
- the minimization of the performance in the generalized H 2 sense of the relationship between a disturbance applying to the automobile device (10) and a control signal of the automobile device (10),
- taking into account amplitude saturations of the actuators.
Appareil (10) automobile comprenant au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil (10), au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la vitesse dudit appareil (10) et un calculateur (13) pour piloter lesdits actionneurs, caractérisé en ce que le calculateur (13) est programmé pour mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications 1 à 10.Automotive apparatus (10) comprising at least one actuator which is adapted to influence the trajectory of said apparatus (10), at least one actuator which is adapted to influence the speed of said apparatus (10) and a computer (13) for controlling said actuators, characterized in that the computer (13) is programmed to implement a method according to one of claims 1 to 10.
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Title
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