WO2021228657A1 - Module de contrôle de trajectoire, dispositif de contrôle de trajectoire et procédé associés - Google Patents

Module de contrôle de trajectoire, dispositif de contrôle de trajectoire et procédé associés Download PDF

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WO2021228657A1 PCT/EP2021/061863 EP2021061863W WO2021228657A1 WO 2021228657 A1 WO2021228657 A1 WO 2021228657A1 EP 2021061863 W EP2021061863 W EP 2021061863W WO 2021228657 A1 WO2021228657 A1 WO 2021228657A1
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vehicle
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lateral
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PCT/EP2021/061863
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Maud PEYRET
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Renault S.A.S
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    • B60W2552/53—Road markings, e.g. lane marker or crosswalk

Definitions

  • TITLE Trajectory control module, associated trajectory control device and process
  • the present invention relates to a device for controlling the trajectory of a motor vehicle.
  • the present invention relates more particularly to a device for real-time monitoring of the trajectory of a vehicle in order to monitor the trajectory of the vehicle during a change of trajectory, for example during a change of lane, a control module. trajectory integrated into the device and a method for implementing such a device.
  • Motor vehicles can be equipped with path control devices designed in such a way that they assist the driver in maintaining the vehicle in the lane in which it is traveling, in particular in keeping the vehicle in the center of the lane.
  • path control devices can also be found on autonomous vehicles where the driving is entirely delegated to the vehicle. They affect the direction of the vehicle by changing the steering angle of the vehicle's steered wheels.
  • Such devices can also allow the vehicle to pass from a first traffic lane to a second traffic lane semi-autonomously when the driver of the vehicle activates for example a flashing light and changes the position of the steering wheel, or autonomously, the instant of change of lane being determined by the device.
  • FIG. 1 illustrates a device DISP for real-time trajectory control applied to a traction motor vehicle 1 driven by a motor comprising two steered wheels, preferably the front wheels of the vehicle, controlled by an actuator controlled by a control signal u .
  • the front steered wheels of the vehicle 1 are controlled by an actuator controlled by a control signal U.
  • the vehicle 1 further comprises a sensor intended to measure a parameter of the vehicle, such as the actual longitudinal speed V, the steering angle d achieved by the front wheels, the yaw rate Y of the vehicle or the steering angle.
  • the vehicle can also be fitted with a device of the type
  • RaCam combining the properties of an optical camera and a radar to provide the model with a guideline of the vehicle lane in the form of a polynomial y (x) or an optical camera to determine the polynomial y (x).
  • the vehicle 1 is equipped with an on-board computer comprising a controller device 2 for generating a control signal Ust so as to make a physical state vector x of the vehicle conform to a reference state vector x * to ensure monitoring. by vehicle 1 of a desired trajectory.
  • the on-board computer further comprises an observer 3 for generating in real time an estimated state vector x for following the trajectory of the vehicle 1 moving at speed V from the command Ust and from a vector h of current measurement of state variables correlated with the physical state vector x for following the path of the vehicle 1
  • the purpose of the observer device 3 is to generate in real time an estimated state vector x representing as faithfully as possible the effective state vector x, and implements a vehicle model known as the bicycle model.
  • the on-board computer further comprises an anticipator module 4 adding a second steering Uff command as a function of a curvature y ff of a bend to the first steering Ust command produced by the device 2 to compensate for the bend.
  • the second steering control Uff allows vehicle 1 to cross the curvature turn
  • the second command is added to the Ust command signal so that the controller device 2 regulates the trajectory of the vehicle 1 so that the vehicle 1 follows a straight road.
  • control signal U is equal to the sum of the first command Ust and the second command Uff.
  • the actuator includes the actuator, the speed sensor, the sensor for measuring a steering angle d, the sensor for measuring the yaw rate Y and the RaCam type device, device 2, observer 3 and module 4
  • the device 2, the observer 3 and the module 4 form a closed regulation loop Br having for reference the reference state vector x *.
  • the physical state vector x of the vehicle is equal to:
  • the setpoint state vector x * is equal to:
  • the vector x is partially unknown because the internal state of vehicle 1 is not fully accessible.
  • Observer 3 estimates the lateral velocity of the vehicle away from the ideal vehicle path yl and the change in steering angle d, with the five state variables being measured.
  • the vector h of current measurements has five components:
  • the yaw rate Y is measured by the yaw rate sensor.
  • the setpoint state vector x * is modified so that the DISP device controls the vehicle 1 so that it swerves in the center of a lane. adjacent to that on which the vehicle operates in a comfortable manner for the passengers of the vehicle.
  • the trajectory of the vehicle when changing lane is defined in particular by limiting the lateral acceleration of vehicle 1 and the lateral speed of vehicle 1.
  • the trajectory when changing lane depends on the speed profile of the vehicle, the determination of the trajectory implementing an optimum calculation requiring significant means of calculation.
  • the proposed method requires significant computing resources to ensure the continuity of the Bézier curves and to determine the optimal lane change trajectory.
  • Document WO2019 / 059829 discloses a method of determining a lane change using a combination of two trajectories, a first trajectory dictated by the driver of the vehicle and a second trajectory determined by a lane change system.
  • this method requires the intervention of the driver.
  • the invention provides a path control method for a motor vehicle, the method comprising
  • the determination of the setpoint state vector comprises: a) the determination of a value of the parameter so that each increment of a time counter of the trajectory control device lies between two consecutive time variables; b) determining two consecutive lateral deviations from the value of the parameter; c) determining an intermediate lateral deviation by interpolation of the two consecutive lateral deviations; and d) determining setpoint values comprising a setpoint lateral deviation, a setpoint yaw rate, a setpoint heading angle, and a setpoint lateral speed, the setpoint values being determined from the lateral deviation intermediate, of the two consecutive time variables and of the two consecutive lateral deviations; the setpoint state vector comprising the lateral setpoint deviation and the setpoint values.
  • the method further comprises determining a corrective radius of curvature from the two consecutive time variables, the two consecutive lateral deviations, and the longitudinal speed of the vehicle, and transmitting the corrective radius of curvature to the control device. trajectory control.
  • the time counter when the change of trajectory is initiated, the time counter is started, and when the value reached by the counter is greater than or equal to the value of the time variable associated with the control point of the Bézier curve comprising the time variable of higher value, the counter is stopped to indicate the end of the trajectory change.
  • the method comprises the reiteration of steps a), b), c), d) and, where appropriate, the reiteration of the determination of the corrective radius of curvature for each increment of the counter, two consecutive increments being separated by a constant duration.
  • the subject of the invention is also a trajectory control module for a motor vehicle, the module being configured for:
  • - determine a setpoint state vector of a closed regulation loop of a trajectory control device the loop being configured to control the motor vehicle so that it follows the trajectory modeled by the Bézier curve, the vector being determined from the lateral deviation, the time variable and the parameter, and - transmitting the vector d 'setpoint state at the input of the loop.
  • the module is configured to: e) determine a value of the parameter so that each increment instant of a time counter of the trajectory control device is between two consecutive time variables; f) determining two consecutive lateral deviations from the value of the parameter; g) determining an intermediate lateral deviation by interpolation of the two consecutive lateral deviations; and h) determining setpoint values comprising a setpoint lateral deviation, a setpoint yaw rate, a setpoint heading angle, and a setpoint lateral speed, the setpoint values being determined from the intermediate lateral deviation , two consecutive time variables and two consecutive lateral deviations; the setpoint state vector comprising the setpoint lateral deviation and the setpoint values.
  • the module is further configured to determine a corrective radius of curvature from the two consecutive time variables, from the two consecutive lateral deviations, and from the longitudinal speed of the vehicle, and the transmission of the corrective radius of curvature to the control device. path.
  • the module is configured to start the time counter when a change of trajectory is triggered and stop the counter to indicate the end of the change of trajectory when the value reached by the counter is greater than or equal to the value of the time variable. associated with the control point of the Bézier curve including the time variable of greatest value.
  • the invention also relates to a trajectory control device comprising a trajectory control module as defined above, and a closed regulation loop configured to receive as a setpoint the determined setpoint state vector. by the trajectory control module, the regulation loop being further configured to control the motor vehicle so that it follows the trajectory modeled by the Bézier curve.
  • FIG 1 schematically illustrates a device for real-time monitoring of the trajectory of a vehicle according to the state of the art
  • FIG 2 schematically illustrates an embodiment of a vehicle trajectory control device according to the invention
  • FIG 4 illustrate an example of modeling a trajectory of the vehicle 1 according to the invention
  • FIG 5 illustrates one embodiment of the vehicle trajectory control device according to the invention.
  • FIG 6 shows the change over time of the setpoint lateral deviation, the lateral deviation and the angle of the wheels following the action of the control device according to the invention.
  • FIG. 2 schematically shows an embodiment of a device 5 for controlling the trajectory of the vehicle 1 according to one aspect of the invention.
  • the elements of the device 5 identical to the elements constituting the device DISP of FIG. 1 bear the same references.
  • the Ust command is equal to the value of a rectilinear path following angle ôrect.
  • the device 5 further comprises a trajectory control module 6 generating the setpoint state vector x * when changing lane.
  • the control module 6 models the trajectory of the vehicle 1 during a change of traffic lane by a Bézier curve P connecting a value of a parameter S to a value of the lateral deviation yl of the vehicle from the center of the current traffic lane of the vehicle and to a value of a time variable x representative of the evolution of the change of trajectory.
  • the control module 6 determines the setpoint state vector x * from the lateral deviation yl, the time variable x and the parameter S, and transmits the setpoint state vector x * at the input of the loop regulation Br.
  • FIGS. 3 and 4 illustrate an example of modeling by the module 6 of a trajectory of the vehicle 1 traveling at the center C1 of a first traffic lane VC1 and offsetting at the center C2 of a second traffic lane VC2 adjacent to the first VC channel 1.
  • the curve TRAJ represents the trajectory of the vehicle 1 to pass from the first traffic lane VC 1 to the second lane VC2.
  • R a reference linked to the VC track 1 whose origin O is on the center Cl of the VC1 track before the vehicle 1 starts to move
  • X is oriented according to the direction of movement of the vehicle 1
  • Y is arranged so that the reference mark R is orthogonal.
  • the trajectory of the vehicle 1 is determined in a straight line, the anticipator module 4 determining from the curvature
  • FIG. 4 illustrates an example of modeling of the trajectory TRAJ by a Bézier curve P in the reference R (0, X, Y).
  • abscissa axis X represents the time variable x representative of the temporal evolution of the change of trajectory and the ordinate axis Y represents the lateral position yl of the vehicle 1 with respect to the reference R (0, X, Y ) of VC channel 1.
  • the movement of the vehicle 1 takes place between the center C l of the first track VC 1 corresponding to an initial lateral position yh ni defined by the coordinates of the control point Po disposed on the center Cl and a final position yl end defined by the coordinates of the control point P 3 arranged on the center C2.
  • the Bézier curve can include more than four control points to improve the accuracy of the modeling of the TRAJ trajectory, however increasing the computational load.
  • trajectory TRAJ of the vehicle deporting to the left and the trajectory of the vehicle deporting to the right are symmetrical.
  • the maximum value of the lateral speed and the maximum value of lateral acceleration are for example determined empirically during the development of the trajectory control device.
  • the maximum value of the lateral speed is for example equal to 0.8 m / s and the maximum value of lateral acceleration is for example equal to 0.5 m / s 2 .
  • a lat max and the maximum value of the lateral speed V lat max are chosen so that the change of lane path is comfortable for the passengers of vehicle 1.
  • Module 6 comprises a processing unit UT implementing equation (16).
  • the parameter S includes all the values Si i varying from 1 to N, N being an integer.
  • N is chosen so that it is large enough to obtain a trajectory of the vehicle 1 from the curve P which is not excessively discretized so as not to slow down the regulation loop Br and harm the comfort of the passengers, and to so that it is not excessively large in order to minimize the computational load of the processing unit UT.
  • N is for example equal to 50, the curve P being discretized into 50 points.
  • N can be different from 50.
  • the value of N can be chosen so as not to discretize the trajectory excessively, the value of N being for example greater than 30.
  • N can be chosen so as not to overload the processing unit UT, the value of N being for example less than 100.
  • the module 6 also comprises a time counter CP, the module 6 starting the counter CP when changing the path channel and stopping the counter when the value reached by the counter is greater than or equal to the value of the time variable x associated with the control point of the Bézier curve P3 comprising the largest value of the time variable P3 x.
  • the counter CP operates according to a period Te.
  • the period Te is chosen according to the operating frequency of module 6 and of the loop Br.
  • the period Te is for example equal to 10 ms.
  • the stop of the counter CP indicates the end of the lane change.
  • a change in trajectory is detected for example when a torque exerted on the steering column of the vehicle 1 is greater than a detection threshold and an electrical pulse emitted in particular by a change of direction device is detected.
  • the regulation loop Br aligns the vehicle 1 with the center C l subsequently.
  • FIG. 5 illustrates an exemplary implementation of the trajectory control device 5 when changing lane.
  • the module 6 engages the counter CP.
  • module 6 determines the setpoint state vector x * from the lateral deviation yh, the time variable xi and the parameter Si.
  • the setpoint state vector x * comprises setpoint values comprising, for example, the setpoint yaw rate ' ⁇ ref, a setpoint heading angle Y ref , and a setpoint lateral speed yl re f and the lateral deviation of setpoint yLef .
  • the setpoint steering angle ôref, the variation in the steering angle ôref and the integral of the setpoint lateral position / -ylref are equal to zero.
  • the set steering angle ôref, the variation in the steering angle ôref and the lateral position integral / -ylref can be calculated from the lateral deviation yli.
  • the module 6 determines a value of the parameter Si so that each increment Te of the time counter Cp lies between two consecutive time variables xi and X Î + I. Then the module 6 determines the two consecutive lateral deviations yli and yli + i from the value of the parameter Si.
  • the module 6 determines an intermediate lateral deviation yh by interpolation of the two consecutive lateral deviations yh and yh + i. Then module 6 determines setpoint values according to the following equations: where V is the longitudinal speed of vehicle 1 and ai at is the instantaneous lateral acceleration of the trajectory equal to: and
  • the module 6 can determine a corrective radius of curvature PSALC from the instantaneous lateral acceleration ai at , the lateral speed yl, and the longitudinal speed V of the vehicle according to the following equation:
  • the value of the corrective radius of curvature PSALC is transmitted to the anticipator module 4 and added to the second command Uff making it possible to improve the dynamics of the trajectory following.
  • Steps 11 and 12 are repeated until the value reached by the counter CP is greater than or equal to the value P 3x of the control point P3 (step 13) for each increment of the counter CP.
  • step 14 the process continues in step 14 of waiting until the next change of traffic lane.
  • FIG. 6 represents the evolution over time of the setpoint lateral position yl ref (curve CB 1), of the lateral position yl of the vehicle 1 (curve CB2) and the angle of the front wheels d (curve CB3) during a change of lane to the right then to the left of vehicle 1 traveling at speed V of 90 km / h.
  • the modeling of the lane change trajectory by the Bézier curve P makes it possible to easily adapt the geometric properties of the curve P to take into account the environment in which the vehicle 1 operates, in particular the width of the road. lane on which the vehicle enters.
  • the initial determination of the geometric properties of the P curve only requires setting upstream the maximum lateral speed and maximum lateral acceleration of the vehicle, and the duration of the lane change operation.
  • the lane changes to the right or left of the vehicle are symmetrical in their trajectory (even lateral acceleration at the start and end of trajectories), it is sufficient to determine the lateral speed and lateral acceleration.
  • the adjustment parameters including, for example, lateral acceleration, lateral speed, the duration of the lane change operation, can be determined as a function of regulatory constraints and so as to ensure the comfort of the passengers of the vehicle when driving. change of course.
  • the lane change trajectory is easily adaptable to the regulation loop Br existing on most vehicles, making it possible to reuse existing control laws.

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Abstract

Le module (6) de contrôle de trajectoire pour véhicule automobile est configuré pour : - modéliser la trajectoire du véhicule (1) lors d'un changement de voie de circulation par une courbe de Bézier (P) reliant une valeur d'un paramètre (Si) à une valeur d'un écart latéral (yli, yli+1) du véhicule par rapport au centre d'une voie de circulation et à une valeur d'une variable temporelle (xi, xi+1) représentative de l'évolution du changement de trajectoire; - déterminer un vecteur d'état de consigne (ξ*) d'une boucle de régulation (Br) fermée d'un dispositif de contrôle de trajectoire (5), la boucle étant configurée pour piloter le véhicule automobile de sorte qu'il suive la trajectoire modélisée par le courbe de Bézier, le vecteur étant déterminé à partir à partir de l'écart latérale, de la variable temporelle et du paramètre, et - transmettre le vecteur d'état de consigne en entrée de la boucle.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Module de contrôle de trajectoire, dispositif de contrôle de trajectoire et procédé associés
La présente invention concerne un dispositif de contrôle de trajectoire d’un véhicule automobile.
La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de contrôle en temps réel de trajectoire d’un véhicule pour contrôler la trajectoire du véhicule lors d’un changement de trajectoire, par exemple lors d’un changement de voie de circulation, un module de contrôle de trajectoire intégré dans le dispositif et un procédé de mise en œuvre d’un tel dispositif.
Les véhicules automobiles peuvent être équipés de dispositifs de contrôle de traj ectoire conçus de tels sorte qu’ils permettent d’assister le conducteur pour maintenir le véhicule dans la voie dans laquelle il circule, notamment pour maintenir le véhicule au centre de la voie. De tels dispositifs peuvent également se trouver sur les véhicules autonomes où la conduite est entièrement déléguée au véhicule. Ils agissent sur la direction du véhicule en modifiant l’angle de braquage des roues directrices du véhicule.
De tels dispositifs peuvent également permettre au véhicule de passer d’une première voie de circulation à une deuxième voie de circulation de façon semi-autonome lorsque le conducteur du véhicule actionne par exemple un clignotant et modifie la position du volant, ou de façon autonome, l’instant de changement de voie de circulation étant déterminé par le dispositif.
La figure 1 illustre un dispositif DISP de contrôle en temps réel de trajectoire appliqué à un véhicule 1 automobile à traction entraîné par un moteur comportant deux roues directrices, de préférence les roues avant du véhicule, contrôlées par un actionneur piloté par un signal de commande u.
Dans ce qui suit l’opérateur désigne la dérivée de x .
Les roues avant directrices du véhicule 1 sont contrôlées par un actionneur piloté par un signal de commande U. Le véhicule 1 comprend en outre un capteur destiné à mesurer un paramètre du véhicule, tel que la vitesse longitudinale réelle V, l’angle d de braquage réalisé des roues avant, la vitesse de lacet Y du véhicule ou l’angle de direction. Le véhicule peut en outre être équipé d’un appareil de type
RaCam combinant les propriétés d’une caméra optique et d’un radar permettant de fournir au modèle d’une ligne directrice de la voie de circulation du véhicule sous la forme d’un polynôme y(x) ou d’une caméra optique permettant de déterminer le polynôme y(x). Le véhicule 1 est équipé d’un calculateur embarqué comprenant un dispositif contrôleur 2 pour générer un signal de commande Ust de façon à rendre conforme un vecteur d’état physique x du véhicule à un vecteur d’état de consigne x* pour assurer le suivi par le véhicule 1 d’une trajectoire souhaitée. Le calculateur embarqué comprend en outre un observateur 3 pour générer en temps réel un vecteur d’état estimé x de suivi de trajectoire du véhicule 1 se déplaçant à la vitesse V à partir de la commande Ust et d’un vecteur h de mesure actuelle de variables d’état corrélé au vecteur d’état physique x de suivi de trajectoire du véhicule 1
Le dispositif observateur 3 a pour but de générer en temps réel un vecteur d’état estimé x représentant le plus fidèlement possible le vecteur x d’état effectif, et met en œuvre un modèle de véhicule connu sous le nom de modèle bicyclette. Le calculateur embarqué comporte en outre un module anticipateur 4 additionnant une deuxième commande Uff de braquage en fonction d’une courbure y ff d’un virage à la première commande Ust de braquage produite par le dispositif 2 pour compenser le virage.
La deuxième commande de braquage Uff permet au véhicule 1 de franchir le virage de courbure
Yff
. La deuxième commande est ajoutée au signal de commande Ust de sorte que le dispositif contrôleur 2 régule la trajectoire du véhicule 1 pour que le véhicule 1 suive une route droite.
Par conséquent, le signal de commande U est égal à la somme de la première commande Ust et de la deuxième commande Uff. Le dispositif de contrôle en temps réel de trajectoire du véhicule
1 comprend l’actionneur, le capteur de vitesse, le capteur pour mesurer un angle d de braquage, le capteur pour mesure la vitesse de lacet Y et l’appareil de type RaCam, le dispositif 2, l’observateur 3 et le module 4. Le dispositif 2, l’observateur 3 et le module 4 forment une boucle de régulation fermée Br ayant pour consigne le vecteur d’état de consigne x*.
Le vecteur d’état physique x du véhicule est égal à :
Figure imgf000005_0001
( i ) où Y est l’angle relatif de cap entre l’axe du véhicule et la tangente à la traj ectoire de référence, yl est la vitesse latéral d’éloignement du véhicule par rapport à la trajectoire idéale du véhicule, yl est l’écart latéral entre le centre de gravité du véhicule et le centre de la voie du véhicule et la tangente à la trajectoire en avant du véhicule, d est la variation de l’angle de braquage et / — yl représente l’intégrale de la position latérale.
Le vecteur d’état de consigne x* est égal à :
Figure imgf000006_0002
Le vecteur x est partiellement inconnu car l ’ état interne du véhicule 1 n’ est pas accessible dans sa totalité.
L’ observateur 3 estime la vitesse latérale d’ éloignement du véhicule par rapport à la traj ectoire idéale du véhicule yl et la variation de l ’ angle de braquage d , les cinq variables d’ état étant mesurés.
Le vecteur h de mesures actuelles comporte cinq composantes :
Figure imgf000006_0001
La vitesse de lacet Y est mesurée par le capteur de vitesse de lacet.
Lors d’un changement de voie de circulation, le vecteur d’ état de consigne x* est modifié de sorte que le dispositif DISP pilote le véhicule 1 afin qu’ il se déporte au centre d’une voie de circulation adjacente de celle sur laquelle évolue le véhicule de manière confortable pour les passagers du véhicule.
La trajectoire du véhicule lors du changement de voie de circulation est définie notamment par une limitation de l’accélération latérale du véhicule 1 et de la vitesse latérale du véhicule 1.
On pourra se référer au document US20180348767 qui divulgue un dispositif de changement de voie de circulation.
La trajectoire lors du changement de voie de direction dépend du profil de vitesse du véhicule, la détermination de la trajectoire mettant en œuvre un calcul d’optimum nécessitant d’importants moyens de calcul.
De plus, si la trajectoire déterminée n’est pas compatible avec l’environnement du véhicule, le calcul d’optimum est réitéré.
On pourra également se référer au document intitulé « Méthode de planification d'une trajectoire de référence avec une courbe de Bézier lors d'une manœuvre de changement de voie, D Korzeniowski and G Slaski » proposant une méthode de changement de voie de circulation mettant en œuvre deux courbes de Bézier symétriques définissant une trajectoire de changement de voie de circulation vers les deux voies de circulation adjacentes situées de part et d’autre du véhicule.
Comme les deux courbes sont symétriques et reliées entre elles, il est nécessaire d’assurer la continuité entre les deux courbes.
De plus, il est nécessaire de calculer plusieurs trajectoires à partir des courbes de Bézier pour déterminer la trajectoire optimale de changement de voie.
La méthode proposée nécessite d’important moyens de calcul pour assurer la continuité des courbes de Bézier et déterminer la trajectoire optimale de changement de voie.
Le document WO2019/059829 divulgue une méthode de détermination de changement de voie de circulation mettant en œuvre une combinaison de deux trajectoires, une première trajectoire dictée par le conducteur du véhicule et une deuxième trajectoire déterminée par un système de changement de voie de circulation. Cependant, cette méthode nécessite l’intervention du conducteur.
Le document US 9,796,421 divulgue un dispositif de contrôle latéral pour véhicule automobile mais ne divulgue pas de méthode pour changer de voie de circulation.
Il est donc proposé de pallier tout ou partie des inconvénients des dispositifs de changement de voie de circulation selon l’état de la technique, notamment en proposant un dispositif de contrôle de trajectoire déterminant de façon autonome la trajectoire à suivre lors du changement de voie de circulation en prenant en compte l’environnement dans lequel évolue le véhicule, ne nécessitant pas d’important moyens de calcul et facilement implémentable.
Au vu de ce qui précède, l’invention propose un procédé de contrôle de trajectoire pour véhicule automobile, le procédé comprenant
- une modélisation de la trajectoire du véhicule lors d’un changement de voie de circulation par une courbe de Bézier reliant une valeur d’un paramètre à une valeur d’un écart latéral du véhicule par rapport au centre d’une voie de circulation et à une valeur d’une variable temporelle représentative de l’évolution du changement de trajectoire ;
- la détermination d’un vecteur d’état de consigne d’un dispositif de contrôle de trajectoire à partir de l’écart latéral, de la variable temporelle et du paramètre, et
- le pilotage du véhicule par le dispositif de contrôle de trajectoire à partir de la variable d’état de sorte que le véhicule suive la trajectoire modélisée.
Selon une caractéristique, la détermination du vecteur d’état de consigne comprend : a) la détermination d’une valeur du paramètre de sorte que chaque incrément d’un compteur temporel du dispositif de contrôle de trajectoire soit compris entre deux variables temporelles consécutives ; b) la détermination de deux écarts latéraux consécutifs à partir de la valeur du paramètre ; c) la détermination d’un l’écart latéral intermédiaire par interpolation des deux écarts latéraux consécutifs ; et d) la détermination de valeurs de consigne comprenant un écart latéral de consigne, une vitesse de lacet de consigne, un angle de cap de consigne, et une vitesse latérale de consigne, les valeurs de consigne étant déterminées à partir de l’écart latéral intermédiaire, des deux variables temporelles consécutives et des deux écarts latéraux consécutifs ; le vecteur d’état de consigne comprenant l’écart latéral de consigne et les valeurs de consigne.
De préférence, le procédé comprend en outre la détermination d’un rayon de courbure correctif à partir des deux variables temporelles consécutives, des deux écarts latéraux consécutifs, et de la vitesse longitudinale du véhicule, et la transmission du rayon de courbure correctif au dispositif de contrôle de trajectoire.
Avantageusement, lorsque le changement de trajectoire est enclenché, le compteur temporel est démarré, et lorsque la valeur atteinte par le compteur est supérieure ou égale à la valeur de la variable temporelle associée au point de contrôle de la courbe de Bézier comprenant la variable temporelle de plus grande valeur, le compteur est arrêté pour indiquer la fin du changement de trajectoire.
De préférence, le procédé comprend la réitération des étapes a), b), c), d) et le cas échéant la réitération de la détermination du rayon de courbure correctif pour chaque incrément du compteur, deux incréments consécutifs étant séparés par une durée constante
L’invention a également pour objet un module de contrôle de trajectoire pour véhicule automobile, le module étant configuré pour :
- modéliser la trajectoire du véhicule lors d’un changement de voie de circulation par une courbe de Bézier reliant une valeur d’un paramètre à une valeur d’un écart latéral du véhicule par rapport au centre d’une voie de circulation et à une valeur d’une variable temporelle représentative de l’évolution du changement de trajectoire ;
- déterminer un vecteur d’état de consigne d’une boucle de régulation fermée d’un dispositif de contrôle de trajectoire, la boucle étant configurée pour piloter le véhicule automobile de sorte qu’il suive la trajectoire modélisée par le courbe de Bézier, le vecteur étant déterminé à partir à partir de l’écart latérale, de la variable temporelle et du paramètre, et - transmettre le vecteur d’état de consigne en entrée de la boucle.
Selon une caractéristique, le module est configuré pour : e) déterminer une valeur du paramètre de sorte que chaque instant incrément d’un compteur temporel du dispositif de contrôle de trajectoire soit compris entre deux variables temporelles consécutives ; f) déterminer deux écarts latéraux consécutifs à partir de la valeur du paramètre ; g) déterminer un écart latéral intermédiaire par interpolation des deux écarts latéraux consécutifs ; et h) déterminer des valeurs de consigne comprenant un écart latéral de consigne, une vitesse de lacet de consigne, un angle de cap de consigne, et une vitesse latérale de consigne, les valeurs de consigne étant déterminées à partir de l’écart latéral intermédiaire, des deux variables temporelles consécutives et des deux écarts latéraux consécutifs ; le vecteur d’état de consigne comprenant l’écart latéral de consigne et les valeurs de consigne.
Avantageusement, le module est en outre configuré pour déterminer un rayon de courbure correctif à partir des deux variables temporelles consécutives, des deux écarts latéraux consécutifs, et de la vitesse longitudinale du véhicule, et la transmission du rayon de courbure correctif au dispositif de contrôle de trajectoire.
De préférence, le module est configuré pour démarrer le compteur temporel lorsqu’un changement de trajectoire est enclenché et arrêter le compteur pour indiquer la fin du changement de trajectoire lorsque la valeur atteinte par le compteur est supérieure ou égale à la valeur de la variable temporelle associée au point de contrôle de la courbe de Bézier comprenant la variable temporelle de plus grande valeur. Selon encore un autre aspect, l’invention a également pour objet un dispositif de contrôle de trajectoire comprenant un module de contrôle de trajectoire tel que défini précédemment, et une boucle de régulation fermée configurée pour recevoir en consigne le vecteur d’état de consigne déterminé par le module de contrôle de trajectoire, la boucle de régulation étant en outre configurée pour piloter le véhicule automobile de sorte qu’il suive la trajectoire modélisée par le courbe de Bézier.
D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig 1] dont il a déjà été fait mention, illustre schématiquement un dispositif de contrôle en temps réel de trajectoire d’un véhicule selon l’état de la technique ;
[Fig 2] illustre schématiquement un mode de réalisation d’un dispositif de contrôle de trajectoire d’un véhicule selon l’invention ;
[Fig 3]
[Fig 4] illustrent un exemple de modélisation d’une trajectoire du véhicule 1 selon l’invention ;
[Fig 5] illustre un mode de mise en œuvre du dispositif de contrôle de trajectoire d’un véhicule selon l’invention ; et
[Fig 6] représente l’évolution temporelle de l’écart latéral de consigne, de l’écart latéral et de l’angle des roues suite à l’action du dispositif de contrôle selon l’invention.
On a schématiquement représenté sur la figure 2 un mode de réalisation d’un dispositif 5 de contrôle de trajectoire du véhicule 1 selon un aspect de l'invention. Les éléments du dispositif 5 identiques aux éléments constituant le dispositif DISP de la figure 1 portent les mêmes références.
On retrouve la boucle de régulation fermée Br comprenant le dispositif contrôleur 2 pour générer le signal de commande Ust, l’observateur 3 pour générer en temps réel le vecteur d’état estimé x de suivi de voie rectiligne du véhicule à partir du vecteur h de mesures actuelles et le module anticipateur 4 pour générer la deuxième commande de braquage Uff.
La commande Ust est égale à la valeur d’un angle ôrect de suivi de trajectoire rectiligne.
Le dispositif 5 comprend en outre un module 6 de contrôle de trajectoire générant le vecteur d’état de consigne x* lors d’un changement de voie de circulation.
Le module de contrôle 6 modélise la trajectoire du véhicule 1 lors d’un changement de voie de circulation par une courbe de Bézier P reliant une valeur d’un paramètre S à une valeur de l’écart latéral yl du véhicule par rapport au centre de la voie de circulation actuelle du véhicule et à une valeur d’une variable temporelle x représentative de l’évolution du changement de trajectoire. Le module de contrôle 6 détermine le vecteur d’état de consigne x* à partir de l’écart latéral yl, de la variable temporelle x et du paramètre S, et transmet le vecteur d’état de consigne x* en entrée de la boucle de régulation Br.
Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de modélisation par le module 6 d’une trajectoire du véhicule 1 circulant au centre Cl d’une première voie de circulation VC1 et se déportant au centre C2 d’une deuxième voie de circulation VC2 adjacente à la première voie VC 1.
Bien que dans cet exemple le véhicule 1 se déporte sur son côté gauche dans le sens d’avancement, en variante, le véhicule 1 peut se déporter sur son côté droit. La courbe TRAJ représente la traj ectoire du véhicule 1 pour passer de la première voie de circulation VC 1 à la deuxième voie VC2.
On note R(0, X, Y) un repère relié à la voie VC 1 dont l’origine O est sur le centre Cl de la voie VC1 avant que le véhicule 1 commence à se déporter, X est orienté selon le sens de déplacement du véhicule 1 et Y est disposé de sorte que le repère R soit orthogonal.
La trajectoire du véhicule 1 est déterminée en ligne droite, le module anticipateur 4 déterminant à partir de la courbure
Yff de la route, de la vitesse V du véhicule et des caractéristiques du véhicule 1, notamment la masse du véhicule et la raideur des pneus, la deuxième commande Uff de braquage.
On se réfère plus particulièrement à la figure 4 qui illustre un exemple de modélisation de la trajectoire TRAJ par une courbe de Bézier P dans le repère R(0, X, Y).
La courbe de Bézier P comprend quatre points de contrôle Po, Pi, P2 et P3 de coordonnées respectifs (Pox ; Poy), (Pix ; Piy), (P2x ; P2y) et (P 3 x ; P3y) et a pour équation : P(s) = P0(l - s)3 + 3P!S(1 - S)2 + 3P2S2(1 - S) + P3S3 (5) avec S variant entre 0 et 1.
On suppose que l’axe des abscisses X représente la variable temporelle x représentative de l’évolution temporelle du changement de trajectoire et l’axe des ordonnées Y représente la position latérale yl du véhicule 1 par rapport au repère R(0, X, Y) de la voie VC 1.
Le déplacement du véhicule 1 s’effectue entre le centre C l de la première voie VC 1 correspondant à une position latérale initiale yhni définie par les coordonnées du point de contrôle Po disposé sur le centre Cl et une position finale ylfin définie par les coordonnées du point de contrôle P3 disposé sur le centre C2.
On obtient l’équation suivante : fe) = te) d - s>3 + 3 te) sd - )2 + 3 te) s (i s) + te) s
( 6 ) En variante, la courbe de Bézier peut comprendre plus de quatre points de contrôle pour améliorer la précision de la modélisation de la trajectoire TRAJ, augmentant cependant la charge de calcul.
On suppose dans ce qui suit que la trajectoire TRAJ du véhicule se déportant vers gauche et la trajectoire du véhicule se déportant vers la droite (non représentée) sont symétriques.
Par conséquent, les coordonnées des points de contrôle Po, Pi, P2 et P3 sont choisies de sorte que :
Pox — 0 (7) ?3x ?2x — Plx (8)
P0y = ylini (9)
P3y = ylfin (10) De plus, on définit que :
Ply = P0y (H)
P2y = P3y (12)
En dérivant la courbe de Bézier P, on définit la vitesse latérale maximale Viat.max et l’accélération latérale maximale alat max :
Figure imgf000014_0001
La définition d’une valeur maximale de la vitesse latérale Vlat max et d’une valeur maximale d’accélération latérale alat max permet de déterminer les coordonnées Pix, P2x et P3x.
La valeur maximale de la vitesse latérale et la valeur maximale d’accélération latérale sont par exemple déterminées de manière empirique lors de la mise au point du dispositif de contrôle de trajectoire.
La valeur maximale de la vitesse latérale est par exemple égale à 0.8 m/s et la valeur maximale d’accélération latérale est par exemple égale à 0.5 m/s2.
Généralement la valeur maximale d’accélération latérale maximale alat max et la valeur maximale de la vitesse latérale Vlat max sont choisies de sorte que le changement de trajectoire de voie de circulation soit confortable pour les passagers du véhicule 1.
Pour diminuer la valeur maximale d’accélération latérale maximale alat max , lorsque le véhicule 1 s’engage sur la deuxième voie de circulation VC2, il suffit d’augmenter la valeur de la coordonnée P3x.
En discrétisant l’équation (6) en introduisant la variable i variant de 0 à N, pour chaque instant xi, l’équation (6) est égale à :
Figure imgf000015_0001
Le module 6 comprend une unité de traitement UT mettant en œuvre l’équation (16).
Le paramètre S comprend l’ensemble des valeurs Si i variant de 1 à N, N étant un nombre entier.
Le nombre N est choisi de sorte qu’il soit suffisamment grand pour obtenir une trajectoire du véhicule 1 à partir de la courbe P qui ne soit pas excessivement discrétisée pour ne pas ralentir la boucle de régulation Br et nuire au confort des passagers, et de sorte qu’il ne soit pas excessivement grand afin de minimiser la charge de calcul de l’unité de traitement UT. N est par exemple égal à 50, la courbe P étant discrétisée en 50 points.
Bien entendu la valeur de N peut être différente de 50.
La valeur de N peut être choisie de manière à ne pas discrétiser excessivement la trajectoire, la valeur de N étant par exemple supérieure à 30.
En outre, la valeur de N peut être choisie de manière à ne pas surcharger l’unité de traitement UT, la valeur de N étant par exemple inférieure à 100.
Le module 6 comprend en outre un compteur CP temporel, le module 6 enclenchant le compteur CP lors du changement de voie de trajectoire et arrêtant le compteur lorsque la valeur atteinte par le compteur est supérieure ou égale à la valeur de la variable temporelle x associée au point de contrôle de la courbe de Bézier P3 comprenant la plus grande valeur de la variable temporelle P3x. Le compteur CP fonctionne selon une période Te.
La période Te est choisie selon la fréquence de fonctionnement du module 6 et de la boucle Br.
La période Te est par exemple égale à 10 ms. L’arrêt du compteur CP indique la fin du changement de voie de circulation.
Un changement de traj ectoire est détecté par exemple lorsqu’un couple exercé sur la colonne de direction du véhicule 1 est supérieur à un seuil de détection et une impulsion électrique émise notamment par un dispositif de changement de direction est détectée.
Si le véhicule 1 n’est pas complètement aligné sur le centre C l de la deuxième voie VC2 à l’issue du changement de trajectoire, la boucle de régulation Br aligne le véhicule 1 sur le centre C l ultérieurement.
La figure 5 illustre un exemple de mise en œuvre du dispositif 5 de contrôle de trajectoire lors du changement de voie de circulation.
On suppose que l’équation (15) et les points de contrôle Po, Pi, P2 et P3 sont stockés dans une mémoire MEM du module 6. Dans une étape 10, le changement de voie de circulation est initié.
Puis, dans une étape 11, le module 6 enclenche le compteur CP.
Pour chaque incrément Te du compteur, le module 6 détermine le vecteur d’état de consigne x* à partir de l’écart latéral yh, de la variable temporelle xi et du paramètre Si.
Le vecteur d’état de consigne x* comprend des valeurs de consigne comprenant par exemple la vitesse de lacet de consigne 'Êref, un angle de cap de consigne Y ref , et une vitesse latérale de consigne ylref et l’écart latéral de consigne yLef. L’angle de braquage de consigne ôref , la variation de l’angle de braquage ôref et l’intégrale de la position latérale / —ylref de consigne sont égaux à zéro.
En variante, L’angle de braquage de consigne ôref , la variation de l’angle de braquage ôref et l’intégrale de la position latérale / —ylref peuvent être calculés à partir de l’écart latéral yli.
Deux incréments consécutifs sont séparés par la durée Te.
Le module 6 détermine une valeur du paramètre Si de sorte que chaque incrément Te du compteur temporel Cp soit compris entre deux variables temporelles xi et XÎ+ I consécutives. Puis le module 6 détermine les deux écarts latéraux consécutifs yli et yli+i à partir de la valeur du paramètre Si.
Le module 6 détermine un écart latéral intermédiaire yh par interpolation des deux écarts latéraux consécutifs yh et yh+i . Puis le module 6 détermine des valeurs de consigne selon les équations suivantes :
Figure imgf000017_0001
où V est la vitesse longitudinale du véhicule 1 et aiat est l’accélération latérale instantanée de la trajectoire égale à : et
Figure imgf000017_0002
L’écart latéral de consigne y lref est égal à : ylref = yll lorsque le véhicule évolue sur la première voie de circulation VC1 ylref = yll — ylfin lorsque le véhicule évolue sur la deuxième voie de circulation VC
(20)
Dans une étape optionnelle 12, le module 6 peut déterminer un rayon de courbure correctif PSALC à partir l’accélération latérale instantanée aiat, la vitesse latérale yl, et de la vitesse longitudinale V du véhicule selon l’équation suivante :
Figure imgf000017_0003
La valeur du rayon de courbure correctif PSALC est transmise au module anticipateur 4 et additionner à la deuxième commande Uff permettant d’améliorer la dynamique du suivi de trajectoire.
Les étapes 11 et 12 sont répétées jusqu’à ce que la valeur atteinte par le compteur CP soit supérieure ou égale à la valeur P3x du point de contrôle P3 (étape 13) pour chaque incrément du compteur CP.
Dès que la valeur du compteur CP est supérieure ou égale à la valeur P3x, on poursuit à l’étape 14 d’attente jusqu’au prochain changement de voie de circulation. Suivant des données reçues, notamment par la caméra, le module
6 peut modifier les coordonnées P2y et P3y pour tenir compte dynamiquement de l’évolution de la largeur de la deuxième voie de circulation VC2 permettant de recalculer la courbe P pour adapter la trajectoire du véhicule 1 à son environnement lors du changement de voie de circulation.
La figure 6 représente l’évolution temporelle de la position latérale de consigne y lref (courbe CB 1), de la position latérale yl du véhicule 1 (courbe CB2) et l’angle des roues avant d (courbe CB3) lors d’un changement de voie de circulation vers la droite puis vers la gauche du véhicule 1 circulant à la vitesse V de 90 km/h.
La modélisation de la trajectoire de changement de voie de circulation par la courbe de Bézier P permet d’adapter de façon aisée les propriétés géométriques de la courbe P pour prendre en compte l’environnement dans lequel évolue le véhicule 1, notamment la largeur de la voie de circulation sur laquelle le véhicule s’engage.
De plus, le calcul du vecteur d’état de consigne x* pour le changement de trajectoire et l’adaptation des propriétés géométriques de la courbe P ne nécessitent pas d’importants moyens de calcul.
La détermination initiale des propriétés géométriques de la courbe P nécessite seulement de paramétrer en amont la vitesse latérale maximale et l’accélération latérale maximale du véhicule, et la durée de l’opération de changement de voie de circulation.
En outre, si les changements de voie de circulation vers la droite ou la gauche du véhicule sont symétriques dans leur trajectoire (même accélération latérale au début et à la fin des trajectoires), il suffit de déterminer la vitesse latérale et l’accélération latérale.
Les paramètres de réglages comprenant par exemple l’accélération latérale, la vitesse latérale, la durée de l’opération de changement de voie de circulation, peuvent être déterminés en fonction de contraintes réglementaires et de manière à assurer le confort des passagers du véhicule lors du changement de trajectoire.
Enfin, la trajectoire de changement de voie de circulation est aisément adaptable à la boucle de régulation Br existante sur la plupart des véhicules permettant de réutiliser des lois de commande existantes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle de trajectoire pour véhicule automobile (1), caractérisé en ce que le procédé comprend :
- une modélisation de la trajectoire du véhicule lors d’un changement de voie de circulation par une courbe de Bézier (P) reliant une valeur d’un paramètre (Si) à une valeur d’un écart latéral (yh, yli+i) du véhicule par rapport au centre d’une voie de circulation et à une valeur d’une variable temporelle (xi, XÎ+ I) représentative de l’évolution du changement de trajectoire ;
- la détermination d’un vecteur d’état de consigne (x*) d’un dispositif de contrôle de trajectoire (5) à partir de l’écart latéral, de la variable temporelle et du paramètre, et
- le pilotage du véhicule par le dispositif de contrôle de trajectoire à partir de la variable d’état de sorte que le véhicule suive la trajectoire modélisée.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la détermination du vecteur d’état de consigne comprend : a) la détermination d’une valeur du paramètre (Si) de sorte que chaque incrément (Te) d’un compteur temporel (CP) du dispositif de contrôle de trajectoire soit compris entre deux variables temporelles (xi, XÎ+ I) consécutives ; b) la détermination de deux écarts latéraux (yh, yli+i) consécutifs à partir de la valeur du paramètre ; c) la détermination d’un l’écart latéral intermédiaire (yh) par interpolation des deux écarts latéraux consécutifs ; et d) la détermination de valeurs de consigne comprenant un écart latéral de consigne(y ef), une vitesse de lacet de consigne (ij/ref), un angle de cap de consigne (i|/ref), et une vitesse latérale de consigne ( ylref ), les valeurs de consigne étant déterminées à partir de l’écart latéral intermédiaire (yh), des deux variables temporelles (xi, xi+i) consécutives et des deux écarts latéraux (y li, yli+i) consécutifs ; le vecteur d’état de consigne comprenant l’écart latéral de consigne et les valeurs de consigne.
3. Procédé selon la revendication 2, comprenant en outre la détermination d’un rayon de courbure correctif (PSALC) à partir des deux variables temporelles (xi, XÎ+ I ) consécutives, des deux écarts latéraux (y li, yli+i) consécutifs, et de la vitesse longitudinale (V) du véhicule, et la transmission du rayon de courbure correctif au dispositif de contrôle de trajectoire (5).
4. Procédé selon l’une des revendications 2 et 3, dans lequel lorsque le changement de trajectoire est enclenché, le compteur temporel (CP) est démarré, et lorsque la valeur atteinte par le compteur est supérieure ou égale à la valeur de la variable temporelle associée au point de contrôle de la courbe de Bézier (P) comprenant la variable temporelle de plus grande valeur, le compteur est arrêté pour indiquer la fin du changement de trajectoire.
5. Procédé selon la revendication 4, comprenant la réitération des étapes a), b), c), d) et le cas échéant la réitération de la détermination de rayon de courbure correctif pour chaque incrément du compteur, deux incréments consécutifs étant séparés par une durée constante.
6. Module (6) de contrôle de trajectoire pour véhicule automobile, caractérisé en ce que le module est configuré pour : - modéliser la trajectoire du véhicule (1) lors d’un changement de voie de circulation par une courbe de Bézier (P) reliant une valeur d’un paramètre (Si) à une valeur d’un écart latéral (yh, yli+i) du véhicule par rapport au centre d’une voie de circulation et à une valeur d’une variable temporelle (xi, XÎ+ I ) représentative de l’évolution du changement de trajectoire ; déterminer un vecteur d’état de consigne (x*) d’une boucle de régulation (Br) fermée d’un dispositif de contrôle de trajectoire (5), la boucle étant configurée pour piloter le véhicule automobile de sorte qu’il suive la trajectoire modélisée par le courbe de Bézier, le vecteur étant déterminé à partir à partir de l’écart latérale, de la variable temporelle et du paramètre, et
- transmettre le vecteur d’état de consigne en entrée de la boucle.
7. Module selon la revendication 6, configuré pour : e) déterminer une valeur du paramètre (Si) de sorte que chaque instant incrément (Te) d’un compteur temporel (CP) du dispositif de contrôle de trajectoire soit compris entre deux variables temporelles (xi, XÎ+ I ) consécutives ; f) déterminer deux écarts latéraux (yh, yli+i) consécutifs à partir de la valeur du paramètre ; g) déterminer un écart latéral intermédiaire (yh) par interpolation des deux écarts latéraux consécutifs ; et h) déterminer des valeurs de consigne comprenant un écart latéral de consigne (y ef), une vitesse de lacet de consigne (ij/ref), un angle de cap de consigne (i|/ref), et une vitesse latérale de consigne (ylref), les valeurs de consigne étant déterminées à partir de l’écart latéral intermédiaire (yh), des deux variables temporelles (xi, XÎ+ I ) consécutives et des deux écarts latéraux (yh, yh+i) consécutifs ; le vecteur d’état de consigne comprenant l’écart latéral de consigne et les valeurs de consigne.
8. Module selon la revendication 7, configuré en outre pour déterminer un rayon de courbure correctif (PSALC) à partir des deux variables temporelles (xi, XÎ+ I ) consécutives, des deux écarts latéraux (yh, yh+i) consécutifs, et de la vitesse longitudinale (V) du véhicule, et la transmission du rayon de courbure correctif au dispositif de contrôle de trajectoire (5).
9. Module selon l’une des revendications 6 à 8, configuré pour démarrer le compteur temporel (CP) lorsqu’un changement de trajectoire est enclenché et arrêter le compteur pour indiquer la fin du changement de trajectoire lorsque la valeur atteinte par le compteur est supérieure ou égale à la valeur de la variable temporelle associée au point de contrôle de la courbe de Bézier (P) comprenant la variable temporelle de plus grande valeur.
10. Dispositif de contrôle de trajectoire (5) comprenant un module de contrôle de trajectoire (6) selon l’une des revendications 6 à 9, et une boucle de régulation fermée (Br) configurée pour recevoir en consigne le vecteur d’état de consigne déterminé par le module de contrôle de trajectoire, la boucle de régulation étant en outre configurée pour piloter le véhicule automobile (1) de sorte qu’il suive la trajectoire modélisée par le courbe de Bézier.
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