WO2021043925A1 - Dispositif de commande prédictif du mouvement d'un véhicule automobile - Google Patents

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WO2021043925A1
WO2021043925A1 PCT/EP2020/074644 EP2020074644W WO2021043925A1 WO 2021043925 A1 WO2021043925 A1 WO 2021043925A1 EP 2020074644 W EP2020074644 W EP 2020074644W WO 2021043925 A1 WO2021043925 A1 WO 2021043925A1
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vehicle
future
lateral
module
movement
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PCT/EP2020/074644
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English (en)
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David GONZALEZ BAUTISTA
Vicente MILANES
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Renault S.A.S
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Definitions

  • the present invention relates to a device for controlling the movement of a motor vehicle.
  • One of the objectives of automated vehicle driving is to improve the safety and efficiency of travel. It is based in particular on active safety systems, integrating driving assistance systems adapted to modify the dynamic behavior of the vehicle in critical situations, such as the ESP (Electronic Stability Program), which fulfills a control and stability function.
  • the trajectory of a motor vehicle in particular via braking actions. For example, when a motor vehicle enters a turn at too high a longitudinal speed, it may be difficult to keep to the curvature of the road and the motor vehicle may begin to understeer.
  • the ESP system then intervenes automatically to keep the vehicle on the path desired by the driver. In general, if the vehicle deviates from a path desired by the driver, the ESP system will send engine torque and / or braking torque setpoint signals in order to correct the path of the vehicle.
  • Automated driving is also based on the implementation of preventive safety systems, which seek to anticipate dangerous situations by carrying out preventive action.
  • the lateral control assistance we can cite as an example the lateral control assistance systems for keeping in the lane LKA (Lane Keeping Assist), capable of controlling both the steering and braking commands. .
  • LKA Lane Keeping Assist
  • driving assistance systems such as ESP see their performance deteriorate when they are implemented on vehicles with fully automated driving since we do not then leave the linear region of operation of the system. .
  • a typical case is that of a vehicle in fully automated driving mode approaching a sharp bend without maximum speed information, the lane-keeping system will detect the lane limits, so the vehicle continues on its path in stand-alone mode.
  • the vehicle can then travel much faster than the maximum speed to make that turn, as it is too late for the ESP system to re-position the vehicle in a stable manner.
  • Document KR100851120 describes a lane keeping system for a motor vehicle.
  • This system relies on a steering control algorithm to control the vehicle through a combination of steering and braking commands. It includes a set of on-board sensors, allowing the steering angle, yaw rate, acceleration and vehicle speed to be measured. It also includes a state observer, which makes it possible, from a vehicle trajectory control model, to estimate vehicle state variables which are not measurable, so as to supply a control module. of leadership by feedback and anticipation. In particular, the observer is used to estimate the lateral speed and steering angle values of the steering wheel in order to calculate the information necessary to feed the vehicle's steering control module.
  • the system also consists of a camera for the detection of road markings on lanes. This camera is associated with a calculation module to supply lane detection information comprising information on the curvature of the trajectory.
  • the steering control module makes it possible to control actuators of the electronic regulation system of the dynamic behavior of the vehicle, in particular a steering actuator of the vehicle's steering system and a braking actuator, from the information supplied by the sensors on board the vehicle, information provided by the observer and lane detection information, so as to share driving tasks with the driver of the vehicle.
  • the controls on the steering and braking actuators are calculated from the lateral and longitudinal errors, by estimating the variables which cannot be measured.
  • This system therefore provides real-time driving assistance for the driver, but does not predict what the vehicle may or may not do in the future. Indeed, by definition, driver actions do not yet exist. It is in reality a direct action which is repeated at each iteration over time, by comparing the current behavior of the vehicle with respect to the value of the detected curvature of the trajectory and by acting, according to this comparison, on the ESP system associated with the rear wheels.
  • the system must be able to react to unstable situations where the physical limits of the vehicle can be reached.
  • a typical example is a tight bend where the vehicle can enter with a speed that is significantly too high considering the physical limits imposed by the grip between the tires and the ground in the bend.
  • the invention relates to a device for controlling the movement of a motor vehicle on a road, comprising a module for managing at least one driving assistance system, in particular of the ESP type, a on-board device for detecting road markings on the road, capable of providing first information relating to the road layout as a function of the detected marking, a set of on-board measurement sensors capable of providing second information relating to the dynamic behavior of the vehicle, a device for controlling the longitudinal movement of the vehicle and a device for controlling the lateral movement of the vehicle, capable of generating at based on the first and second information of the longitudinal movement and lateral movement control orders intended for longitudinal and lateral control actuators of the vehicle steering system, characterized in that it comprises a model for predicting the dynamic behavior of the vehicle fed by the first and second information, capable of determining a set of future states of the vehicle corresponding to future positions of the vehicle over a plurality of iterations defining a portion of the road to come, said prediction model being connected to a module of determination of the violation of limit values
  • the vehicle model is able to predict the future positions of the vehicle in autonomous mode over the entire path located in front of it, in order to be able to identify future positions corresponding to situations of violation of values. vehicle travel limits and make decisions in advance to prevent these situations.
  • the model for predicting the dynamic behavior of the vehicle receives as input the control commands predicted to the actuators of the vehicle delivered by a regulator equivalent to the devices for controlling the longitudinal movement and the lateral movement of the vehicle, state variables the future state of the vehicle determined during an iteration in progress, as well as its current states, which are the lateral position of the vehicle, the lateral speed of the vehicle, the yaw angle and the angular yaw speed of the vehicle
  • the module for determining the violation of the rolling limits of the vehicle includes, among the parameters defining a limit value of the rolling of the vehicle, physical parameters relating to said actuators and / or to the dynamics of the vehicle.
  • said parameters include at least a maximum steering angle value, a maximum steering angle speed value, a value representative of a maximum braking capacity and a value representative of a maximum acceleration capacity of the vehicle.
  • said module for determining the violation of the running limits of the vehicle is suitable for comparing the determined future states of the vehicle with respect to the running limit values of the vehicle and for generating an alert signal as soon as a at least of the state variables defining these future states reaches the corresponding rolling limit value.
  • the management module of the driving assistance system is adapted to receive said generated alert signal and, in the event of receipt of said alert signal, to control an anticipatory corrective action of said variable of state.
  • said anticipatory corrective action comprises a braking and / or steering action.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising a device as described above.
  • FIG.1 is a diagram illustrating an architecture of the control device of the invention
  • FIG.2 is a graph illustrating an example of the trajectory of the vehicle on which the control device of the invention is evaluated;
  • FIG.3A is a graph of the part of the trajectory formed by the pronounced curve illustrated in Figure 2, illustrating the evolution of the actual and predicted states of the vehicle on this part of the trajectory;
  • FIG.3B is a detail view of the entrance to the curve of Figure 3;
  • FIG. 4 is a graph illustrating the variations over time of the lateral error of the real and predicted states of the vehicle with respect to the trajectory to be followed, throughout the duration of the journey of FIG. 2;
  • FIG. 5 is a graph illustrating the variations over time of the actual steering angle of the steering wheel and the predicted angle, with respect to a maximum value of the steering angle of the steering wheel.
  • FIG. 6 is a graphic illustrating the corresponding output of the module for determining the violation of vehicle running limit values.
  • the control device 1 of the movement of the vehicle comprises an on-board device 10 for detecting road markings on the ground.
  • This is typically an on-board camera oriented towards the front of the motor vehicle, for example installed at the top of the windshield, at the junction with the roof of the vehicle, or even installed behind the interior rear-view mirror of the vehicle, so as to make it possible to acquire images of the scene situated in front of the vehicle and to be able to detect the road marking on the front of the motor vehicle.
  • the camera is associated with a processing unit, which recovers the flow of images provided by the camera and analyzes it by image processing techniques, in particular to detect the road marking lines on the ground located on the ground. along the lane of the vehicle.
  • the processing unit is also suitable for providing information relating to the road layout according to the marking detected, in particular the number of lanes, the width of the shoulders, the lateral deviation towards the central lane, a curvature profile of the trajectory.
  • the vehicle is also equipped with a set of on-board sensors 11, arranged at the level of various vehicle equipment (steering wheel, steering, brakes, etc.) which are able to provide information relating to the dynamic behavior of the vehicle, in particular information such as speed, heading angle, acceleration, yaw rate of the vehicle, etc.
  • vehicle equipment steering wheel, steering, brakes, etc.
  • the information relating to the road layout and the information relating to the dynamic behavior of the vehicle are supplied to a control device 12 of the longitudinal movement of the vehicle, or longitudinal controller, and to a control device 13 of the lateral movement of a vehicle , or lateral controller, which are able to generate from this information, at each iteration point, longitudinal movement control orders and lateral movement intended for actuators 14 in particular at least one longitudinal control actuator of the vehicle and at least one steering actuator of the vehicle steering system, so as to make it possible to steer the vehicle in autonomous mode, that is to say -said without driver actions, for example by applying a central lane tracking control strategy.
  • the longitudinal vehicle movement control device is used to control vehicle braking and acceleration actuators.
  • the lateral vehicle movement controller is used to control wheel steering angle control actuators.
  • control devices 12 and 13 implement regulators which use the following input / output variables: current vehicle speed, current vehicle acceleration, desired vehicle speed at the given iteration point, desired acceleration of the vehicle at the given iteration point, current yaw angular speed, desired yaw angular speed at the given iteration point, current vehicle heading error, current vehicle lateral error.
  • the outputs of the control devices 12 and 13 are then included in a module 15 for managing the vehicle driving assistance systems, in particular an ESP type system, with which the vehicle is equipped.
  • vehicle driving assistance systems in particular an ESP type system, with which the vehicle is equipped.
  • ESP ESP type system
  • These systems are therefore slaved only to the information that comes from the sensors, which only provides reactive assistance.
  • a prediction model 16 of the dynamic behavior of the vehicle with, on the one hand, information relating to the dynamic behavior of the vehicle and, on the other hand, information relating to the road layout, so that Model 16 benefits from this information to predict future vehicle conditions.
  • This prediction model 16 is therefore sensitive to vehicle state signals comprising the lateral speed of the vehicle, the longitudinal speed of the vehicle, the yaw angular speed of the vehicle and the steering angle, as well as to information relating to the road layout and more particularly the curvature of the trajectory, to make it possible to predict, at the output of the model, a set of vehicle positions corresponding to the future states of the vehicle, up to the electronic horizon.
  • the electronic horizon is formed by a set of information relating to the road environment in which the vehicle is likely to operate in the near future, that is to say in practice up to the maximum visibility permitted by the on-board detection device.
  • Each of these future positions is associated with a steering, accelerator and braking control of the vehicle, which makes it possible to assess whether any of these future positions is outside the vehicle's travel limits.
  • the vehicle prediction model is determined as follows:
  • y v is the lateral position of the vehicle
  • v y the lateral speed of the vehicle
  • y n the yaw angle
  • w n the angular yaw speed of the vehicle.
  • C v [0 0 0 1]
  • C f and C r correspond to the stiffness in bends respectively at the level of the front and rear wheels
  • v x is the speed of the vehicle
  • m is the mass of the vehicle
  • Iz is the moment of inertia around the vertical axis Z
  • a and b are the distances of the vehicle's center of gravity from the front and rear wheels respectively.
  • This dynamic model specific to the vehicle can be connected to a descriptive model of the behavior of the tires developed on the basis of the model proposed by PACEJKA or other, to include the stability limits.
  • the output of the model 16 is connected to a module 17 for determining the future states of the vehicle in which the future positions of the vehicle are calculated.
  • this module 17 uses the current vehicle speed, vehicle position and orientation, wheelbase and steering wheel angle to calculate the first iteration. Then, for future states, it changes the prediction model 16, taking into account the closed-loop response of a prediction regulator 18 of the vehicle, which provides the same response as the regulators implemented in the control devices. controls 12 and 13 of the longitudinal and lateral movement of the vehicle.
  • the future positions of the vehicle are estimated using the same control strategy as that which will be applied subsequently by the devices for controlling the longitudinal and lateral movement of the vehicle at said positions.
  • the input values are the predicted control commands supplied by the regulator 18, collected at the start of the current iteration, and the state values are the components of the updated state vector X v characterizing the state of the system at the previous iteration.
  • the output of the module 17 for determining the future states of the vehicle is therefore supplied firstly to the vehicle prediction regulator 18, which, as indicated above, is equivalent to the control devices 12 and 13 of the longitudinal and lateral movement of the vehicle.
  • the main difference is that the output of the prediction regulator is also used to feed the prediction model 16, so as to make it possible to cover with the prediction the future states of the vehicle over the entire electronic horizon.
  • the output of the module 17 for determining the future states of the vehicle is also supplied to a module 19 for determining the violation of vehicle running limit values.
  • This module 19 includes all the physical limits originating either from the actuators of the vehicle, or from the dynamics of the vehicle itself. It takes into account the maximum steering wheel angle, maximum steering wheel angle speed, maximum braking capacity and maximum acceleration capacity. It monitors all future vehicle states against these maximum values and is adapted to raise an indicator flag when one of these future states exceeds vehicle limits.
  • the module 19 for determining the violation of the driving limits of the vehicle is connected to the module 15 for managing the driving assistance systems of the vehicle.
  • the latter therefore receives the current outputs of the control devices 12 and 13 and the outputs of the prediction regulator with the violation indicators. It allows the dynamic behavior of the vehicle to be modified by reacting in advance based on future conditions for which a vehicle travel limit violation indicator has been raised.
  • FIG. 2 illustrates in X and Y coordinates, an example of a specific trajectory in which a pronounced curve C is produced.
  • the entire trajectory is carried out by a vehicle equipped with a control device 1 for the movement of the vehicle as described above with reference to Figure 1.
  • Figures 3A and 3B show more precisely the exact moment when the prediction model of the vehicle detects control signals from actuators or future states of the vehicle which are outside a controllable range, i.e. which reach or exceed a vehicle limit value.
  • Figure 3A shows the part of the path at the steep curve C of Figure 2, while Figure 3B is a detail view of the entry into the steep curve C.
  • FIG. 3A are represented the trajectory T to be followed by the vehicle, the real states of the vehicle st_real as determined by the onboard sensors, and the future or predicted states of the st_predicted vehicle provided by the prediction model 16.
  • the vehicle will therefore follow the trajectory defined by all the real states of the vehicle st_real, but the prediction model is able to detect in advance, for example 800 ms before, the future states of the vehicle which are out of the controllable range, which is represented by the end of the st_predicted line.
  • FIG. 4 represents the lateral error in meters of the vehicle with respect to the path to follow, throughout the duration of the journey of FIG. 2.
  • the curve c réai represents the lateral error of the actual states of the vehicle with respect to to the trajectory to be followed and the curve c predicted represents the lateral error of the predicted states of the vehicle 800 ms before compared to the trajectory to be followed.
  • lateral errors of more than 1 meter appear, signifying that the vehicle is out of the controllable range.
  • FIG. 5 shows the behavior of the steering angle of the steering wheel a real resulting from the real state of the vehicle and the angle predicted to be predicted, as a function of time, as well as the maximum value a max of l
  • the steering angle of the steering wheel provided by the electric power steering system set at approximately 65 °.
  • the vehicle can detect steering angle states of the steering wheel that reach the maximum controllable value before they occur and make decisions accordingly.
  • Figure 5 illustrates the timing of the predicted vehicle states which later will correspond to the actual vehicle states.
  • the prediction model makes it possible to determine in advance the future states of the vehicle corresponding to potentially dangerous situations where the steering angle reaches the maximum value.
  • FIG. 6 illustrates the corresponding output of the module for determining the violation of the rolling limits of the vehicle.
  • the lifting of the violation flag ld_predicted shows when the module for determining the violation of the driving limits of the vehicle detects that the future state of the vehicle with regard to the steering angle of the steering wheel violates the value. maximum allowed limit. Such an alert may be issued for one or more predicted vehicle state variables outside its controllable range.
  • the lifting of the ld_predicted indicator makes it possible to inform the management module 15 of the driving assistance systems concerning the future evolution of the steering angle, approximately 0.8 second before the actual state occurs.
  • the management module 15 of the vehicle driving assistance systems is then able to act and prevent this situation in advance, by commanding an action anticipatory correction to prevent the steering angle from violating the maximum permitted limit value.
  • an anticipatory corrective action may for example consist of a light braking and / or steering action.

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Abstract

Dispositif de commande du mouvement d'un véhicule automobile comprenant un contrôleur longitudinal (12) et un contrôleur latéral (13) aptes à générer, à partir de premières informations relatives au tracé routier et de deuxièmes informations relatives au comportement dynamique du véhicule, des ordres de commande à destination d'actionneurs de contrôle du mouvement longitudinal et latéral du véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un modèle (16) de prédiction alimenté par les premières et deuxièmes informations, apte à déterminer des états futurs du véhicule pour des positions futures du véhicule sur une pluralité d'itérations définissant une portion de route à venir, ledit modèle étant connecté à un module (19) de détermination de la violation de valeurs limites de roulage, apte à déterminer, pour chaque état futur, si l'une des variables d'état définissant ledit état futur atteint ou dépasse une valeur limite de roulage et à déduire une situation de risque à venir.

Description

Description
Titre de l'invention : Dispositif de commande prédictif du mouvement d’un véhicule automobile
[0001] La présente invention concerne un dispositif de commande du mouvement d’un véhicule automobile.
[0002] Elle s’applique au domaine de la conduite automatisée de véhicule, qui implique notamment des fonctions de maintien du véhicule dans sa voie de circulation, de régulation de la vitesse, de direction du véhicule.
La conduite automatisée de véhicule a notamment pour objectifs d’améliorer la sécurité et l’efficacité des déplacements. Elle repose en particulier sur des systèmes de sécurité active, intégrant des systèmes d’aide à la conduite adaptés pour modifier le comportement dynamique du véhicule en situation critique tels que l’ESP (Electronic Stability Program), qui remplit une fonction de contrôle et stabilité de la trajectoire d’un véhicule automobile, notamment via des actions de freinage. Par exemple, lorsqu’un véhicule automobile s’engage dans un virage à une vitesse longitudinale trop élevée, il peut être difficile de respecter la courbure de la route et le véhicule automobile peut commencer à sous-virer. Le système ESP intervient alors automatiquement pour maintenir le véhicule sur la trajectoire désirée par le conducteur. De manière générale, si le véhicule s’écarte d’une trajectoire souhaitée par le conducteur, le système ESP va envoyer des signaux de consigne de couple moteur et/ou de couple de freinage afin de corriger la trajectoire du véhicule.
[0003] La conduite automatisée repose également sur la mise en oeuvre de systèmes de sécurité préventive, qui cherchent à anticiper des situations dangereuses en effectuant une action préventive. S’agissant de l’assistance au contrôle latéral, on peut citer comme exemple les systèmes d’assistance au contrôle latéral pour le maintien dans la voie LKA (Lane Keeping Assist), capables de contrôler à a fois les commandes de direction et de freinage.
[0004] Ces systèmes procurent de bonnes performances pour assurer la stabilité de la trajectoire du véhicule lorsque le conducteur effectue de mauvaises manœuvres, comme par exemple la demande de vitesses supérieures à un seuil autorisé dans les virages ou de changements de direction rapides.
[0005] Cependant, les systèmes d’aide à la conduite tels que l’ESP voient leur performance se dégrader lorsqu’ils sont implémentés sur des véhicules à conduite complètement automatisée puisqu’on ne sort alors pas de la région linéaire de fonctionnement du système. Un cas typique est celui d’un véhicule en mode de conduite complètement automatisée qui s’approche d’un virage serré sans information de vitesse maximale, le système de maintien de voie va détecter les limites de voie, donc le véhicule poursuit sa trajectoire en mode autonome. Cependant, sans information sur la vitesse, le véhicule peut alors rouler beaucoup plus vite que la vitesse maximale pour effectuer ce virage, car il est trop tard pour que le système ESP puisse remettre le véhicule en place d’une manière stable.
[0006] Le document KR100851120 décrit un système de suivi de voie pour un véhicule automobile. Ce système repose sur un algorithme de contrôle de direction pour commander le véhicule par une combinaison de commandes de direction et de freinage. Il comprend un ensemble de capteurs embarqués, permettant de mesurer l’angle de braquage, la vitesse de lacet, l’accélération et la vitesse du véhicule. Il comprend également un observateur d’état, qui permet, à partir d’un modèle de contrôle de la trajectoire du véhicule, d’estimer des variables d’état du véhicule qui ne sont pas mesurables, de façon à alimenter un module de contrôle de direction par rétroaction et par anticipation. En particulier, l’observateur est utilisé pour estimer les valeurs de vitesse latérale et d’angle de braquage du volant afin de calculer les informations nécessaires pour alimenter le module de contrôle de direction du véhicule. Le système est également composé d’une caméra pour la détection du marquage au sol des voies. Cette caméra est associée à un module de calcul pour fournir des informations de détection de voie comprenant des informations sur la courbure de la trajectoire.
[0007] Le module de contrôle de direction permet de commander des actionneurs du système de régulation électronique du comportement dynamique du véhicule, notamment un actionneur de direction du système de direction du véhicule et un actionneur de freinage, à partir des informations fournies par les capteurs embarqués du véhicule, des informations fournies par l’observateur et des informations de détection de voie, de façon à partager des tâches de conduite avec le conducteur du véhicule.
[0008] Les commandes sur les actionneurs de direction et de freinage sont calculées à partir des erreurs latérale et longitudinale, en estimant les variables qui ne peuvent pas être mesurées. Ce système procure donc une assistance à la conduite en temps réel pour le conducteur, mais ne permet pas de prédire ce que le véhicule peut ou ne peut pas faire à l’avenir. En effet, par définition, les actions du conducteur n’existent pas encore. Il s’agit en réalité d’une action directe qui se répète à chaque itération dans le temps, en comparant le comportement courant du véhicule par rapport à la valeur de courbure détectée de la trajectoire et en agissant, en fonction de cette comparaison, sur le système ESP associé aux roues arrière.
[0009] Or, en particulier dans le cas des véhicules à conduite entièrement automatisée, le système doit être à même de réagir face à des situations instables où les limites physiques du véhicule peuvent être atteintes. Un exemple typique est un virage serré où le véhicule peut entrer avec une vitesse nettement trop élevée compte tenu des limites physiques imposées par l’adhérence entre les pneumatiques et le sol dans le virage.
[0010] Aussi, il existe un besoin, dans le contexte de la mise en oeuvre de capacités de conduite automatisée sur les véhicules, de pouvoir anticiper de futurs états du véhicule où les limites de stabilité du véhicule pourraient être dépassées, en permettant d’adopter à l’avance des stratégies de sécurité adaptées.
[0011 ] A cette fin, l’invention concerne un dispositif de commande du mouvement d’un véhicule automobile sur une route, comprenant un module de gestion d’au moins un système d’assistance à la conduite, notamment de type ESP, un dispositif embarqué de détection de marquage au sol des voies de circulation, apte à fournir des premières informations relatives au tracé routier en fonction du marquage détecté, un ensemble de capteurs de mesure embarqués aptes à fournir des deuxièmes informations relatives au comportement dynamique du véhicule, un dispositif de commande du mouvement longitudinal du véhicule et un dispositif de commande du mouvement latéral du véhicule, aptes à générer à partir des premières et deuxièmes informations des ordres de commande du mouvement longitudinal et du mouvement latéral à destination d’actionneurs de contrôle longitudinal et latéral du système de direction du véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend un modèle de prédiction du comportement dynamique du véhicule alimenté par les premières et deuxièmes informations, apte à déterminer un ensemble d’états futurs du véhicule correspondant à des positions futures du véhicule sur une pluralité d’itérations définissant une portion de route à venir, ledit modèle de prédiction étant connecté à un module de détermination de la violation de valeurs limites de roulage du véhicule, apte à déterminer, pour chaque état futur déterminé, si l’une au moins de variables d’état définissant ledit état futur du véhicule atteint ou dépasse une valeur limite de roulage du véhicule, et à déduire une situation de risque à venir du véhicule pour au moins un état futur du véhicule.
[0012] Ainsi, grâce à cet agencement, le modèle de véhicule est apte à prédire les positions futures du véhicule en mode autonome sur l’ensemble du trajet situé devant lui, pour pouvoir identifier des positions futures correspondant à des situations de violation de valeurs limites de roulage du véhicule et prendre des décisions à l’avance pour prévenir ces situations.
[0013] Avantageusement, le modèle de prédiction du comportement dynamique du véhicule reçoit en entrée des ordres de commande prédits aux actionneurs du véhicule délivrés par un régulateur équivalent aux dispositifs de commande du mouvement longitudinal et du mouvement latéral du véhicule, des variables d’état de l’état futur du véhicule déterminé lors d’une itération en cours, ainsi que ses états courants, qui sont la position latérale du véhicule, la vitesse latérale du véhicule, l’angle de lacet et la vitesse angulaire en lacet du véhicule
[0014] Avantageusement, le module de détermination de la violation des limites de roulage du véhicule inclut parmi les paramètres définissant une valeur limite de roulage du véhicule, des paramètres physiques relatifs auxdits actionneurs et/ou à la dynamique du véhicule.
[0015] De préférence, lesdits paramètres comprennent au moins une valeur maximale d’angle de braquage, une valeur maximale de vitesse d’angle du volant, une valeur représentative d’une capacité de freinage maximale et une valeur représentative d’une capacité d’accélération maximale du véhicule.
[0016] Avantageusement, ledit module de détermination de la violation des limites de roulage du véhicule est adapté pour comparer les états futurs déterminés du véhicule par rapport aux valeurs de limite de roulage du véhicule et pour générer un signal d’alerte dès qu’une au moins des variables d’état définissant ces états futurs atteint la valeur de limite de roulage correspondante.
[0017] Avantageusement, le module de gestion du système d’assistance à la conduite est adapté pour recevoir ledit signal d’alerte généré et, en cas de réception dudit signal d’alerte, pour commander une action correctrice anticipative de ladite variable d’état.
[0018] Avantageusement, ladite action correctrice anticipative comprend une action de freinage et/ou de direction.
[0019] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus.
[0020] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux dessins annexés :
[0021] [Fig.1 ] est un schéma illustrant une architecture du dispositif de commande de l’invention ;
[0022] [Fig.2] est un graphique illustrant un exemple de trajectoire du véhicule sur laquelle est évalué le dispositif de command de l’invention ;
[0023] [Fig.3A] est un graphique de la partie de trajectoire formée par la courbe prononcée illustrée à la figure 2, illustrant l’évolution des états réels et prédits du véhicule sur cette partie de trajectoire ;
[0024] [Fig.3B] est une vue de détail de l’entrée dans la courbe de la figure 3 ;
[0025] [Fig. 4] est un graphique illustrant les variations au cours du temps de l’erreur latérale des états réels et prédits du véhicule par rapport à la trajectoire à suivre, pendant toute la durée du parcours de la figure 2 ; [0026] [Fig. 5] est un graphique illustrant les variations au cours du temps de l’angle de braquage réel du volant et de l’angle prédit, par rapport à une valeur maximale de l’angle de braquage du volant.
[0027] [Fig. 6] est un graphique illustrant la sortie correspondante du module de détermination de la violation de valeurs limites de roulage du véhicule.
[0028] En référence à la figure 1 , le dispositif de commande 1 du mouvement du véhicule comporte un dispositif 10 embarqué de détection de marquage au sol des voies de circulation. Il s’agit typiquement d’une caméra embarqué orientée vers l’avant du véhicule automobile, par exemple installée en haut du pare-brise, au niveau de la jonction avec le toit du véhicule, ou encore installée derrière le rétroviseur intérieur du véhicule, de façon à permettre d’acquérir des images de la scène située devant le véhicule et à pouvoir détecter le marquage routier à l’avant du véhicule automobile. Pour ce faire, la caméra est associée à une unité de traitement, qui récupère le flux d’images fourni par la caméra et l’analyse par des techniques de traitement d’image, pour détecter notamment les lignes de marquage routier au sol situées le long de la voie de circulation empruntée par le véhicule. L’unité de traitement est également adaptée pour fournir des informations relatives au tracé routier en fonction du marquage détecté, en particulier le nombre de voies, la largeur des accotements, la déviation latérale vers la voie centrale, un profil de courbure de la trajectoire.
[0029] Le véhicule est également équipé d’un ensemble de capteurs embarqués 11 , disposés au niveau de différents équipements du véhicule (volant, direction, freins, etc.) qui sont en mesure de fournir des informations relatives au comportement dynamique du véhicule, en particulier des informations telles que la vitesse, l’angle de cap, l’accélération, la vitesse angulaire en lacet du véhicule, etc.
[0030] Les informations relatives au tracé routier et les informations relatives au comportement dynamique du véhicule sont fournie à un dispositif de commande 12 du mouvement longitudinal du véhicule, ou contrôleur longitudinal, et à un dispositif de commande 13 du mouvement latéral d’un véhicule, ou contrôleur latéral, qui sont aptes à générer à partir de ces informations, à chaque point d’itération, des ordres de commande de mouvement longitudinal et de mouvement latéral à destination d’actionneurs 14 en particulier au moins un actionneur de contrôle longitudinal du véhicule et au moins un actionneur de direction du système de direction du véhicule, de façon à permettre de diriger le véhicule en mode autonome, c’est-à-dire sans actions du conducteur, par exemple en appliquant une stratégie de contrôle de suivie de la voie centrale. Ainsi, pour le placement longitudinal du véhicule, le dispositif de commande12 du mouvement longitudinal du véhicule est utilisé pour contrôler des actionneurs de freinage et de d’accélération du véhicule. Pour le placement latéral du véhicule, le dispositif de commande13 du mouvement latéral du véhicule est utilisé pour contrôler des actionneurs de contrôle de l’angle de braquage des roues.
[0031 ] Ces deux dispositifs de commande 12 et 13 mettent en oeuvre des régulateurs qui utilisent les variables d’entrée/sortie suivantes : vitesse courante du véhicule, accélération courante du véhicule, vitesse souhaitée du véhicule au point d’itération donné, accélération souhaitée du véhicule au point d’itération donné, vitesse angulaire en lacet courante, vitesse angulaire en lacet souhaitée au point d’itération donné, erreur de cap courante du véhicule, erreur latérale courante du véhicule.
[0032] Les sorties des dispositifs de commande 12 et 13 sont ensuite reprises dans un module 15 de gestion des systèmes d’assistance à la conduite du véhicule, notamment un système de type ESP, dont est équipé le véhicule. Ces systèmes sont donc asservis aux seules informations qui proviennent des capteurs, ce qui n’assure une assistance que du type réactif. Il n’existe actuellement aucun système capable d’indiquer les limites de roulage du véhicule de la portion de route à venir. Autrement dit, ces systèmes sont aveugles et sont incapables d’anticiper des états futurs du véhicule susceptibles de provoquer des situations de violation des limites de roulage du véhicule, telle que manoeuvres de freinage d’urgence ou survitesse dans les virages.
[0033] Aussi, on prévoit d’alimenter un modèle de prédiction 16 du comportement dynamique du véhicule avec d’une part, les informations relatives au comportement dynamique du véhicule et, d’autre part, les informations relatives au tracé routier, de sorte que le modèle 16 bénéficie de ces informations pour prédire des états futurs du véhicule. [0034] Ce modèle 16 de prédiction est donc sensible aux signaux d’état du véhicule comprenant la vitesse latérale du véhicule, la vitesse longitudinale du véhicule, la vitesse angulaire en lacet du véhicule et l’angle de braquage, ainsi qu’aux informations relatives au tracé routier et plus particulièrement la courbure de la trajectoire, pour permettre de prédire en sortie du modèle un ensemble de positions du véhicule correspondant aux états futurs du véhicule, jusqu’à l’horizon électronique. L’horizon électronique est formé d’un ensemble d’informations relatives à l’environnement routier dans lequel le véhicule est susceptible d’évoluer dans un futur proche, c’est-à-dire en pratique jusqu’à la visibilité maximale permise par le dispositif de détection embarqué.
[0035] Chacune de ces positions futures est associée à une commande de direction, d’accélérateur et de freinage du véhicule, ce qui permet d’évaluer si l’une de ces positions futures est en dehors des limites de roulage du véhicule.
[0036] Le modèle de prédiction du véhicule est déterminé comme suit :
[0037] Xv = AVXV + Bvuv
[0038] Yv = CVXV
[0039] Où uv est la commande d’angle du volant de direction et Xv le vecteur d’état, défini comme suit :
[0040] Xv = [yv vy xpv wn]
[0041] où yv est la position latérale du véhicule, vy la vitesse latérale du véhicule, yn l’angle de lacet et wn la vitesse angulaire en lacet du véhicule.
[0042] Les matrices A, B et C sont décrites ci-après :
Figure imgf000010_0001
[0045] Cv = [ 0 0 0 1] [0046] où Cf et Cr correspondent à la raideur en virage respectivement au niveau des roues avant et arrière, vx est la vitesse du véhicule, m est la masse du véhicule, Iz est le moment d’inertie autour de l’axe vertical Z, et a et b sont les distances du centre de gravité du véhicule par rapport aux roues avant et arrière respectivement.
[0047] Ce modèle dynamique propre au véhicule peut être connecté à un modèle descriptif du comportement des pneumatiques élaboré sur la base du modèle proposé par PACEJKA ou autre, pour inclure les limites de stabilité.
[0048] La sortie du modèle 16 est connectée à un module 17 de détermination des états futurs du véhicule dans lequel sont calculées les positions futures du véhicule. Plus précisément, ce module 17 utilise la vitesse courante du véhicule, la position et l’orientation du véhicule, l’empattement et l’angle du volant de direction pour calculer la première itération. Ensuite, pour les états futurs, il fait évoluer le modèle de prédiction 16, en tenant compte de la réponse en boucle fermée d’un régulateur 18 de prédiction du véhicule, qui fournit la même réponse que les régulateurs mis en oeuvre dans les dispositifs de commande 12 et 13 du mouvement longitudinal et latéral du véhicule. Ainsi, les positions futures du véhicule sont estimées à l'aide de la même stratégie de contrôle que celle qui sera appliquée ultérieurement par les dispositifs de commande du mouvement longitudinal et latéral du véhicule auxdites positions.
[0049] Ainsi, es valeurs d’entrée sont les ordres de commande prédits fournis par le régulateur 18, recueillis au début de l’itération en cours, et les valeurs d’état sont les composantes du vecteur d’état mis à jour Xv caractérisant l’état du système à l’itération précédente.
[0050] La sortie du module 17 de détermination des états futurs du véhicule est donc fournie en premier lieu au régulateur 18 de prédiction du véhicule, qui comme indiqué précédemment, est équivalent aux dispositifs de commande12 et 13 du mouvement longitudinal et latéral du véhicule. La principale différence est que la sortie du régulateur de prédiction est également utilisée pour alimenter le modèle de prédiction 16, de façon à permettre de couvrir avec la prédiction les états futurs du véhicule sur l’ensemble de l’horizon électronique. [0051] La sortie du module 17 de détermination des états futurs du véhicule est également fournie à un module 19 de détermination de la violation de valeurs limites de roulage du véhicule. Ce module 19 inclut toutes les limites physiques provenant soit des actionneurs du véhicule, soit de la dynamique du véhicule lui- même. Il prend en compte l’angle maximal du volant de direction, la vitesse maximale d’angle du volant, la capacité de freinage maximale et la capacité d’accélération maximale. Il surveille tous les états futurs du véhicule par rapport à ces valeurs maximales et est adapté pour lever un drapeau indicateur lorsqu’un de ces états futurs dépasse les limites du véhicule.
[0052] Le module 19 de détermination de la violation des limites de roulage du véhicule est connecté au module 15 de gestion des systèmes d’assistance à la conduite du véhicule. Ce dernier reçoit donc les sorties courantes des dispositifs de commande 12 et 13 et les sorties du régulateur de prédiction avec les indicateurs de violation. Il permet de modifier le comportement dynamique du véhicule en réagissant à l’avance en fonction des états futurs pour lesquels un indicateur de violation des limites de roulage du véhicule a été levé.
[0053] L’exemple suivant illustre les principes qui viennent d’être décrit. La figure 2 illustre en coordonnées X et Y, un exemple de trajectoire spécifique dans lequel une courbe prononcée C est réalisée. L’ensemble de la trajectoire est réalisée par un véhicule équipé d’un dispositif de commande 1 du mouvement du véhicule comme décrit précédemment en référence à la figure 1 . Les figures 3A et 3B montrent plus précisément le moment exact où le modèle de prédiction du véhicule détecte des signaux de commande des actionneurs ou des états futurs du véhicule qui sont hors d’une plage contrôlable, c’est-à-dire qui atteignent ou dépassent une valeur limite de roulage du véhicule. La figure 3A représente la partie de trajectoire au niveau de la courbe prononcée C de la figure 2, tandis que la figure 3B est une vue de détail de l’entrée dans la courbe prononcée C.
Sur la figure 3A sont représentés la trajectoire T à suivre par le véhicule, les états réels du véhicule st_real tels que déterminés par les capteurs embarqués, et les états futurs ou prédits du véhicule st_predicted fournis par le modèle de prédiction 16. Le véhicule suivra donc la trajectoire définie par l’ensemble des états réels du véhicule st_real, mais le modèle de prédiction est capable de détecter en avance, par exemple 800 ms avant, les états futurs du véhicule qui sont hors de la plage contrôlable, qui sont représentés par l’extrémité de la ligne st_predicted.
[0054] La figure 4 représente l’erreur latérale en mètres du véhicule par rapport à la trajectoire à suivre, pendant toute la durée du parcours de la figure 2. La courbe c réai représente l’erreur latérale des états réels du véhicule par rapport à la trajectoire à suivre et la courbe c predicted représente l’erreur latérale des états prédits du véhicule 800 ms avant par rapport à la trajectoire à suivre. Autour de la douzième seconde, des erreurs latérales de plus de 1 mètre apparaissent, signifiant que le véhicule sort de la plage contrôlable.
[0055] La figure 5 présente le comportement de l’angle de braquage du volant a real résultant de l’état réel du véhicule et de l’angle prédit a predicted, en fonction du temps, ainsi que la valeur maximale a max de l’angle de braquage du volant fournie par le système de direction assistée électrique, fixée à environ 65°.
Suivant cet exemple, grâce à la prédiction, le véhicule peut détecter les états d’angle de braquage du volant qui atteignent la valeur maximale contrôlable avant qu'ils ne se produisent et prendre des décisions en conséquence. La figure 5 illustre l’avance temporelle des états prédits du véhicule qui, plus tard, correspondront aux états réels du véhicule. Ainsi, le modèle de prédiction permet de déterminer à l’avance les états futurs du véhicule correspondant à des situations potentiellement dangereuses où l’angle de braquage atteint la valeur maximale.
[0056] La figure 6 illustre la sortie correspondante du module de détermination de la violation des limites de roulage du véhicule. Ainsi, la levée de l’indicateur de violation ld_predicted montre le moment où le module de détermination de la violation des limites de roulage du véhicule détecte que l’état futur du véhicule en ce qui concerne l’angle de braquage du volant viole la valeur limite maximale autorisée. Une telle alerte peut être émise pour une ou plusieurs variables d’état du véhicule prédites hors de sa plage contrôlable. Dans l’exemple présenté ici, la levée de l’indicateur ld_predicted permet d’informer le module de gestion 15 des systèmes d’assistance à la conduite s’agissant de l’évolution future de l’angle de braquage, environ 0,8 seconde avant que l’état réel ne se produise. Le module de gestion 15 des systèmes d’assistance à la conduite du véhicule est alors à même d’agir et de prévenir cette situation à l’avance, en commandant une action correctrice anticipative visant à empêcher que l’angle de braquage ne viole la valeur limite maximale autorisée. Une telle action correctrice anticipative peut par exemple consister en une action légère de freinage et/ou de direction. Ainsi, l’invention permet d’augmenter la sécurité du véhicule en anticipant les états futurs du véhicule où ses limites de stabilité pourraient être dépassées, en adoptant à l'avance des stratégies de sécurité appropriées.

Claims

Revendications
[Revendication 1 ] Dispositif de commande (1 ) du mouvement d’un véhicule automobile sur une route, comprenant un module de gestion (15) d’au moins un système d’assistance à la conduite, notamment de type ESP, un dispositif embarqué (10) de détection de marquage au sol des voies de circulation, apte à fournir des premières informations relatives au tracé routier en fonction du marquage détecté, un ensemble de capteurs de mesure embarqués (11 ) aptes à fournir des deuxièmes informations relatives au comportement dynamique du véhicule, un dispositif de commande (12) du mouvement longitudinal du véhicule et un dispositif de commande (13) du mouvement latéral du véhicule, aptes à générer à partir des premières et deuxièmes informations des ordres de commande du mouvement longitudinal et du mouvement latéral à destination d’actionneurs (14) de contrôle longitudinal et latéral du système de direction du véhicule, caractérisé en ce qu’il comprend un modèle de prédiction (16) du comportement dynamique du véhicule alimenté par les premières et deuxièmes informations, apte à déterminer un ensemble d’états futurs du véhicule correspondant à des positions futures du véhicule sur une pluralité d’itérations définissant une portion de route à venir, ledit modèle de prédiction étant connecté à un module (19) de détermination de la violation de valeurs limites de roulage du véhicule, apte à déterminer, pour chaque état futur déterminé, si l’une au moins de variables d’état définissant ledit état futur du véhicule atteint ou dépasse une valeur limite de roulage du véhicule, et à déduire une situation de risque à venir du véhicule pour au moins un état futur du véhicule.
[Revendication 2] Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le modèle de prédiction (16) du comportement dynamique du véhicule reçoit en entrée des ordres de commande prédits aux actionneurs du véhicule délivrés par un régulateur (18) équivalent aux dispositifs de commande (12, 13) du mouvement longitudinal et du mouvement latéral du véhicule, des variables d’état de l’état futur du véhicule déterminé lors d’une itération en cours, ainsi que ses états courants, qui sont la position latérale du véhicule, la vitesse latérale du véhicule, l’angle de lacet et la vitesse angulaire en lacet du véhicule.
[Revendication 3] Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le module (19) de détermination de la violation des valeurs limites de roulage du véhicule inclut parmi les paramètres définissant une valeur limite de roulage du véhicule, des paramètres physiques relatifs auxdits actionneurs et/ou à la dynamique du véhicule.
[Revendication 4] Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits paramètres comprennent au moins une valeur maximale d’angle de braquage (a max), une valeur maximale de vitesse d’angle du volant, une valeur représentative d’une capacité de freinage maximale et une valeur représentative d’une capacité d’accélération maximale du véhicule.
[Revendication 5] Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit module de détermination de la violation des limites de roulage du véhicule est adapté pour comparer les états futurs déterminés du véhicule par rapport aux valeurs de limite de roulage du véhicule et pour générer un signal d’alerte (ld_predicted) dès qu’une au moins des variables d’état (a predicted) définissant ces états futurs atteint la valeur de limite de roulage correspondante (a max).
[Revendication 6] Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le module (15) de gestion du système d’assistance à la conduite est adapté pour recevoir ledit signal d’alerte généré et, en cas de réception dudit signal d’alerte, pour commander une action correctrice anticipative de ladite variable d’état.
[Revendication 7] Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite action correctrice anticipative comprend une action de freinage et/ou de direction.
[Revendication 8] Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif de commande selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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