Titre : Procédé et dispositif de saturation d’une consigne de variation d’angle volant.

La présente invention revendique la priorité de la demande française 2208945 déposée le 07.09.2022 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence

[0001] L’invention est dans le domaine des systèmes d’aide à la conduite de véhicule autonome. En particulier, l’invention concerne un procédé et un dispositif de saturation d’une consigne de variation d’angle volant pour limiter un déplacement latéral d’un véhicule autonome.

[0002] On entend par « véhicule » tout type de véhicule tel qu’un véhicule automobile, un cyclomoteur, une motocyclette, un robot de stockage dans un entrepôt, etc. On entend par « conduite autonome » d’un « véhicule autonome » tout procédé apte à assister la conduite du véhicule. Le procédé peut ainsi consister à diriger partiellement ou totalement le véhicule ou à apporter tout type d’aide à une personne physique conduisant le véhicule. Le procédé couvre ainsi toute conduite autonome, du niveau 0 au niveau 5 dans le barème de l’OICA, pour Organisation International des Constructeurs Automobiles.

[0003] Les procédés aptes à assister la conduite du véhicule sont aussi nommés ADAS (de l’acronyme anglais « Advanced Driver Assistance Systems »), systèmes ADAS ou systèmes d’aide à la conduite. Certains systèmes ADAS permettent au conducteur de lâcher les mains du volant et laisser le système guider dans une voie de circulation. Ces systèmes ADAS comporte un dispositif apte à générer une trajectoire de référence, et comporte un dispositif de pilotage, dit également module de pilotage, apte à faire en sorte que le véhicule suive cette trajectoire. Ces systèmes sont connus et permettent au véhicule de circuler sur la voie de circulation d’une route entre deux points géographiques donnés.

[0004] Généralement, la trajectoire de référence correspond au milieu de la voie de la route sur laquelle circule le véhicule. Le système ADAS cherche à ce qu’une projection sur la route d’un point ou d’une origine d’un repère du véhicule suive cette trajectoire. Par exemple, ce point ou cette origine du repère du véhicule est le centre de gravité, le milieu de l’essieu arrière, le milieu de l’essieu arrière, ...

[0005] Ces systèmes ADAS comportent de nombreux capteurs aptes à mesurer puis à déterminer l’état du véhicule (positions, vitesses, accélérations, ...), et à mesure puis à déterminer l’environnement extérieur du véhicule (route, marquage au sol, panneau de signalisation, bord de route, autres véhicules, ...). Ces systèmes ADAS comportent ou accèdent à des données telle que cartographies routières, cartes, modélisations de la route... En particulier, il est connu de pouvoir identifier le rayon de courbure d’une voie sur laquelle le véhicule circule. Il est également connu de déterminer un état indiquant que le véhicule circule sur une route en ligne droite ou que le véhicule circule dans un virage. Par exemple, cet état est fonction du rayon de courbure de la voie sur laquelle circule le véhicule.

[0006] Pour guider le véhicule, le dispositif de pilotage détermine, par exemple, une position, une vitesse et une accélération longitudinal, et également une position, une vitesse et une accélération transversal. Cela entraine une consigne sur le couple moteur, sur les couples de freinage, sur l’angle volant et sur la vitesse de rotation du volant. La vitesse de rotation du volant est également dite variation de l’angle volant, ou vitesse volant. Ces consignes sont déterminées à partir de mesures, de modèles mathématiques et de traitement informatiques.

[0007] Les mesures et modèles comportent des erreurs et des incertitudes. Cela peut entraîner alors des erreurs sur la trajectoire à suivre, appelés erronés de trajectoire. Ces erronés de trajectoire entraînent une consigne de pilotage erronée.

[0008] Une consigne de pilotage erroné, surtout si elle introduit en moyenne un biais par rapport à la trajectoire idéale, vont faire que le véhicule dévie d’une trajectoire idéale, et va alors sortir de la voie. Par un module de surveillance, par un traitement des informations produites par certains capteurs de ces systèmes ADAS, il est possible détecter ces sorties de voies. Cependant, ces capteurs communiquent des informations sur la dynamique véhicule, et ces informations ne permettent pas de prédire ces sorties de trajectoires avant quelques secondes. Un certain temps est nécessaire pour identifier de manière sûre une sortie de voie. Ayant détecté une sortie de voie, et donc un dysfonctionnement important du système ADAS, le système ADAS est désactivé et le conducteur doit reprendre la main sur le contrôle de la trajectoire du véhicule en actionnant/tournant le volant. Cette reprise de main doit alors être fait en urgence. Pendant ce temps, le véhicule a pu franchir la voie, la trajectoire du véhicule est oscillante. On dit que qu’on a perdu temporairement le contrôle du véhicule, c’est- à-dire qu’on a perdu la capacité à maîtriser en tout temps de diriger le véhicule.

[0009] Un objet de la présente invention est de remédier au problème précité, en particulier l’invention permet garantir un temps minimum avant la sortie de voie d’un véhicule autonome lors d’un erroné de trajectoire et ce que le véhicule circule sur une ligne droite ou dans un virage, que le véhicule circule lentement, par exemple le véhicule circule à une vitesse d’environ 50 km/h, ou vite, par exemple le véhicule circule à une vitesse supérieure à 100 km/h.

[0010] A cet effet, un premier aspect de l’invention concerne un procédé de saturation d’une consigne de variation d’angle volant pour limiter un déplacement latéral d’un véhicule autonome, ladite consigne étant une variable d’entrée d’un module de pilotage dudit véhicule, ledit procédé comportant les étapes de :

- acquisition de ladite consigne de variation d’angle volant, dite vitesse volant consigne ;

- acquisition d’un état indiquant que le véhicule circule sur une route en ligne droite ou que le véhicule circule dans un virage ;

- détermination d’une vitesse volant maximum et d’une vitesse volant minimum en fonction dudit état ; - détermination d’une nouvelle consigne de variation d’angle volant, dite nouvelle consigne, si la vitesse volant consigne est supérieure à la vitesse volant maximum, la nouvelle consigne est égale à la vitesse volant maximum, si la vitesse volant consigne est inférieure à la vitesse volant minimum, la nouvelle consigne est égale à la vitesse volant minimum, sinon la nouvelle consigne est égale à la vitesse volant consigne, ladite nouvelle consigne étant utilisée par ledit module de pilotage au lieu de ladite vitesse volant consigne.

[0011] En cas de consigne de pilotage erroné dudit véhicule autonome, l’invention permet de gagner du temps avant la sortie de voie dudit véhicule. Ce temps permet de détecter de manière plus sûre un dysfonctionnement du système ADAS. Il permet aussi d’avertir le conducteur pour qu’il reprenne la main sur la direction du véhicule de manière précoce. La trajectoire est alors mieux contrôlée. On a gagné en contrôlabilité du véhicule par rapport à la situation existante. En effet, la nouvelle consigne sera plus faible que la vitesse volant consigne. Ainsi, le véhicule changera de trajectoire, « tournera », moins vite. L’invention permet d’avoir une saturation de la vitesse volant différente entre deux situation de roulage, ligne droite et virage. Par exemple, la saturation de la vitesse volant sera plus forte, donc une vitesse volant maximum plus faible, en ligne droite qu’en virage. En effet, contrairement à l’idée reçue, il est indispensable de ne pas garder les mêmes valeurs en virage qu’en ligne droite, si on diminue la consigne. Si on garde une consigne faible établie en ligne droite pour la situation en virage, alors ces consignes faibles ne permettent pas de passer de manière autonome certains virages toute en restant dans la voie. Ainsi, dans la situation d’une route en lacet, une succession de virages sans ligne droite, la consigne de variation de l’angle volant ne sera pas ou très peu limitée.

[0012] Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape d’acquisition d’une vitesse dudit véhicule dite vitesse longitudinale, puis, dans ladite étape de détermination de ladite vitesse volant maximum, une étape de détermination de la vitesse volant maximum en fonction de ladite vitesse longitudinale.

[0013] En cas de consigne de pilotage erroné dudit véhicule autonome, l’invention permet ainsi de définir un temps minimum avant une sortie de voie dudit véhicule quelle que soit la vitesse longitudinale. Cela permet de laisser le temps pour détecter l’erreur de consigne de pilotage par un module de surveillance et, ensuite, d’alerter le conducteur pour qu’il reprenne la main sur le pilotage du véhicule. Si le module de surveillance n’arrive pas à détecter suffisamment rapidement, cela laisse également le temps au conducteur de reprendre la main de sa propre initiative.

[0014] Avantageusement, si l’état indique que le véhicule est en ligne droite, la détermination de la vitesse volant maximum est d’autant plus petite que la vitesse longitudinale dudit véhicule est élevée.

[0015] En cas de consigne de pilotage erroné dudit véhicule autonome, l’invention permet, lorsque le véhicule circule en ligne droite, d’augmenter le temps de sortie de voie lorsque ledit véhicule circule à vitesse plus forte vitesse par rapport à une vitesse volant maximum uniforme constant pour toutes les vitesses longitudinales. [0016] Avantageusement, si l’état indique que le véhicule est en virage, la vitesse volant maximum est au moins égale à la plus grande valeur de la vitesse volant maximum déterminée en ligne droite.

[0017] En cas de consigne de pilotage erroné dudit véhicule autonome, l’invention permet d’avoir une saturation différente selon la situation de roulage, en ligne droite et virage. Cela permet d’avoir une plus forte saturation de la dynamique du véhicule en ligne droite.

[0018] Avantageusement, lorsque la vitesse longitudinale est inférieure à un premier seuil, par exemple 30 à km/h, la vitesse volant maximum est égale à une constante.

[0019] Avantageusement, la détermination de la vitesse volant maximum est obtenue à partir d’une table liant une vitesse longitudinale à une vitesse d’angle volant maximum.

[0020] Avantageusement, la détermination de la vitesse volant maximum est obtenue à partir d’un modèle de la dynamique du véhicule.

[0021] Un deuxième aspect de l’invention concerne un dispositif comprenant une mémoire associée à au moins un processeur configuré pour mettre en œuvre le procédé selon le premier aspect de l’invention.

[0022] L’invention concerne aussi un véhicule comportant le dispositif.

[0023] L’invention concerne aussi un programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par le dispositif selon le deuxième aspect de l’invention, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon le premier aspect de l’invention.

[0024] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description des modes de réalisation non limitatifs de l’invention ci-après, en référence aux figures annexées, sur lesquelles :

[0025] [Fig. 1] illustre schématiquement un dispositif, selon un exemple particulier de réalisation de la présente invention.

[0026] [Fig. 2] illustre schématiquement un procédé de saturation d’une consigne de variation d’angle volant, selon un exemple particulier de réalisation de la présente invention.

[0027] L’invention est décrite ci-après dans son application, non limitative, au cas d’un véhicule automobile autonome circulant sur une route ou sur une voie de circulation. D’autres applications telles qu’un robot dans un entrepôt de stockage ou encore une motocyclette sur une route de campagne sont également envisageables.

[0028] La figure 1 représente un exemple de dispositif 101 compris dans le véhicule, dans un réseau (« cloud ») ou dans un serveur. Ce dispositif 101 peut être utilisé en tant que dispositif centralisé en charge d’au moins certaines étapes du procédé décrit ci-après en référence à la figure 2. Dans un mode de réalisation, il correspond à un calculateur de conduite autonome.

[0029] Dans la présente invention, le dispositif 101 est compris dans le véhicule.

[0030] Ce dispositif 101 peut prendre la forme d’un boitier comprenant des circuits imprimés, de tout type d’ordinateur ou encore d’un téléphone mobile (« smartphone »).

[0031] Le dispositif 101 comprend une mémoire vive 102 pour stocker des instructions pour la mise en œuvre par un processeur 103 d’au moins une étape du procédé tel que décrit ci-avant. Le dispositif comporte aussi une mémoire de masse 104 pour le stockage de données destinées à être conservées après la mise en œuvre du procédé.

[0032] Le dispositif 101 peut en outre comporter un processeur de signal numérique (DSP) 105. Ce DSP 105 reçoit des données pour mettre en forme, démoduler et amplifier, de façon connue en soi ces données.

[0033] Le dispositif 101 comporte également une interface d’entrée 106 pour la réception des données mises en œuvre par le procédé selon l’invention et une interface de sortie 107 pour la transmission des données mises en œuvre par le procédé selon l’invention.

[0034] Par exemple, l’interface d’entrée 106 peut réceptionner les données suivantes : position ou localisation géographique du véhicule, vitesse et/ou accélération du véhicule, positions/vitesses/accélérations consignes ou prédéterminées, régime moteur, position et/ou course de la pédale d’embrayage, de frein et/ou d’accélération, détection d’autres véhicules ou objets, position ou localisation géographique des autres véhicules ou objets détectés, vitesse et/ou accélération des autres véhicules ou objets détectés, états de fonctionnement de capteurs, indice de confiance de données issues ou traitées par des capteurs et/ou dispositifs similaires au dispositif 101 . Par exemple, les capteurs aptes à fournir des données sont : GPS associé ou non à une cartographie, tachymètres, accéléromètres, RADAR, LIDAR, lasers, ultra-sons, caméra ...

Également, l’interface d’entrée 106 peut réceptionner une consigne, comme une consigne d’angle volant, une consigne de de variation d’angle volant, ..., un état indiquant que le véhicule circule sur une route en ligne droite ou que le véhicule circule dans un virage, une vitesse longitudinale, ...

[0035] Par exemple, l’interface de sortie 107 peut émettre des données vers d’autres dispositifs similaires au dispositif 101 . Ces données peuvent être demande d’activation, de mise en pause ou d’arrêt d’une fonction, valeur d’une consigne, comme vitesse volant consigne, une vitesse volant maximum, une vitesse volant minimum, ...

[0036] [Fig. 2] illustre schématiquement un procédé saturation d’une consigne de variation d’angle volant pour limiter un déplacement latéral d’un véhicule autonome, ladite consigne étant une variable utilisée par un module de pilotage dudit véhicule, selon un exemple particulier de réalisation de la présente invention.

[0037] L’étape 201 , ConvV, est une étape d’acquisition de ladite consigne de variation d’angle volant, dite vitesse volant consigne. Dans l’état de l’art, le module de pilotage utilise la vitesse volant consigne pour guider véhicule selon une trajectoire qui permet de suivre une voie de circulation. Classiquement, cette vitesse angle volant consigne est transformée en couple électrique appliquée par un moteur électrique sur le dispositif de direction. L’application de couple, qui peut être également un effort, peut être réalisé au niveau du volant, de la colonne de direction, du pignon, de la crémaillère, et/ou des biellettes. L’objectif est de faire braquer les roues selon un angle de braquage, et donc de modifier une trajectoire latérale du véhicule.

[0038] L’étape 202, Etat, est une étape d’acquisition d’un état indiquant que le véhicule circule sur une route en ligne droite ou que le véhicule circule dans un virage. La détermination de cet état est connue. Elle peut être issue de la fusion de plusieurs données. Par exemple, parmi ces données, il y a la fourniture d’une courbure à partir données obtenues en associant une géolocalisation du véhicule à une cartographie de la route. Dans un autre exemple, parmi ces données, il y a la fourniture d’une courbure de la route à partir d’un traitement d’images acquises de l’environnement extérieur du véhicule, ce traitement permettant de déterminer d’une position géographique de la voie, des marquages, .... et/ou de déterminer un modèle mathématique de la position géographique de la voie, des marquages,

[0039] L’étape 203, Vmax, Vmin, est une étape de détermination d’une vitesse volant maximum et d’une vitesse volant minimum en fonction dudit état. Par exemple, une vitesse volant est un nombre en degrés par seconde, 7s, d’autres unités peuvent être utilisées. Avantageusement, la vitesse volant minimum, Wolmin, est égale à l’opposée de la vitesse volant max, Wolmax : VVolmin — Vvolmax-

[0040] Dans un mode opératoire, la détermination de la vitesse volant max et de la vitesse volant min en fonction de l’état sont obtenues à l’aide d’une table :

Les valeurs sont données de manière indicative et sont adaptées à un type de véhicule (largeur, longueur, masse, position du centre de gravité, longueur de l’empattement du véhicule, largeur de la voie du véhicule). D’autres valeurs sont possibles et dépendent de l’unité dans lequel ils sont exprimés.

[0041] Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape d’acquisition d’une vitesse dudit véhicule dite vitesse longitudinale. Avantageusement, ladite vitesse volant maximum est déterminée en fonction de ladite vitesse longitudinale. Par exemple, la vitesse volant maximum et la vitesse volant minimum vérifient les équations suivantes :

Wolmax=f(Etat, Vlongi), Wolmin=-Wolmax, où Wolmax est la vitesse volant maximum, VVolmin est la vitesse volant minimum, Etat est l’état désignant une circulation du véhicule sur une voie en ligne droite ou une circulation sur une voie en virage, Vlongi est la vitesse longitudinale, et f est une fonction qui associe à un couple de valeur de Etat et de Vlongi à une valeur de vitesse volant.

[0042] Avantageusement, si l’état indique que le véhicule est en ligne droite, la détermination de la vitesse volant maximum est d’autant plus petite que la vitesse longitudinale dudit véhicule est élevée. En effet, pour une même valeur d’erronée de trajectoire, par exemple générant une variation d’angle volant consigne de 3 7s, plus le véhicule circule rapidement, donc plus la vitesse longitudinale du véhicule est forte, plus rapidement le véhicule va sortir de voie. En faisant varier la valeur de la vitesse volant maximum en fonction de la vitesse longitudinal du véhicule, on peut garantir un temps minimum avant sortie de voie quel que soit la vitesse longitudinale.

[0043] Avantageusement, si l’état indique que le véhicule est en virage, la vitesse volant maximum est au moins égale à la plus grande valeur de la vitesse volant maximum déterminée en ligne droite. En virage, il est peu utile de saturer la vitesse volant consigne puisqu’il faut que le volant tourne pour pouvoir suivre la courbure de la route, la variation d’angle volant du véhicule doit être est non nulle surtout en cas de variation de courbure comme en entrée de virage, en sortie de virage, dans le cas de virage en lacets, ... On sature par la plus grande valeur de la vitesse volant maximum pour éviter d’appliquer des variations d’angle volant trop importantes dues par exemple à une défaillance soudaine d’un capteur entraînant une variation d’angle volant consigne trop brusque.

[0044] Avantageusement, lorsque la vitesse longitudinale est inférieure à un premier seuil, par exemple 30 à km/h, la vitesse volant maximum est égale à une constante. Il n’est pas forcément nécessaire de fortement saturer une consigne de variation d’angle volant, car à basse vitesse le véhicule aura besoin de plus de temps pour sortie de la voie.

[0045] Avantageusement, la détermination de la vitesse volant maximum est obtenue à partir d’une table liant une vitesse longitudinale à une vitesse d’angle volant maximum. Par exemple, une table est : [0046] Bien entendu, d’autres valeurs sont possibles. Des valeurs sont données pour certaines vitesses longitudinales. Si la vitesse longitudinale du véhicule est comprise entre deux valeurs, la valeur de la vitesse volant maximum ou minimum peut être égale à celle correspondante à la vitesse longitudinale supérieure dans le tableau, peut être égale à celle correspondante à la vitesse longitudinale inférieure dans le tableau, ou donnée par une extrapolation entre 2 valeurs adjacentes. Les valeurs peuvent être obtenues par une simulation ou par des essais réels sur véhicule.

[0047] Avantageusement, lequel la détermination de la vitesse volant maximum est obtenue à partir d’un modèle de la dynamique du véhicule. Par exemple, le véhicule peut être modélisé par ce qu’on appelle classiquement un modèle bicyclette à deux degrés de liberté, à 3 degrés de liberté. On peut aussi utiliser des modèles plus complexes.

[0048] L’étape 204, NewCons, est une étape de détermination d’une nouvelle consigne de variation d’angle volant, dite nouvelle consigne. Cette détermination est telle que :

•si la vitesse volant consigne est supérieure à la vitesse volant maximum, la nouvelle consigne est égale à la vitesse volant maximum ;

•si la vitesse volant consigne est inférieure à la vitesse volant minimum, la nouvelle consigne est égale à la vitesse volant minimum ;

•sinon la nouvelle consigne est égale à la vitesse volant consigne.

[0049] L’étape 205, Pii, est une étape dans laquelle ladite nouvelle consigne est utilisée par ledit module de pilotage au lieu de ladite vitesse volant consigne.

[0050] La présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci- avant à titre d’exemples ; elle s’étend à d’autres variantes.

[0051] Ainsi, on a décrit ci-avant un exemple de réalisation dans lequel saturation est appliqué à une variation d’angle volant consigne. La saturation peut également s’appliquer à un angle volant consigne, à une accélération latérale consigne, à une vitesse de lacet consigne, à un angle de braquage de roue consigne, à une position ou vitesse de déplacement de la crémaillère de direction ou à toute autre variable liée à la dynamique latérale du véhicule. Ainsi, l’invention s’adapte aussi véhicules avec des directions de type « steer-b-y-wire » pour lesquelles il n’existe plus un couplage mécanique directe entre le volant et un dispositif de braque des roues.