Brevet FR2702570A1 — publié le 19940916

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION ET DE SELECTION D ' OBSTACLES La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif permettant de détecter et de sélectionner des obstacles se trouvant sur le trajet d'un véhicule, en vue d'éviter sa collision avec ceux-ci. On connaît divers systèmes permettant de contrôler la distance entre deux véhicules roulant sur une même voie. Le maintien d'une distance minimale de sécurité repose le plus souvent sur la détection d'un "véhicule cible" par un "véhicule suiveur", et sur la détermination de leur distance et de leur vitesse relative par l'utilisation d'ondes électromagnétiques, d'ondes ultra-sons ou similaires. La publication FR 2 487- 743 décrit un dispositif de contrôle de ce type, capable d'imposer au véhicule suiveur une consigne de décélération ou de freinagè, lui permettant de conserver une distance de sécurité vis-à-vis du véhicule précédent, sur une voie de circulation. Un tel dispositif n'est cependant pas capable d'appréhender d'autres situations que le déplacement de deux véhicules roulant, l'un derrière l'autre, sur une même file de circulation. Des situations plus complexes, telles qu'un changement de file du véhicule cible ou la négociation d'un virage par le véhicule suiveur lui échappent totalement, du seul fait qu'il utilise un télémètre à faisceau fixe, c'est-à-dire sans balayage horizontal. Les télémètres à faisceau fixe n'ont en effet que peu ou pas de pouvoir de discrimination latérale. En particulier, ils ne sont pas en mesure d'estimer la vitesse latérale des obstacles rencontrés. On a donc vu se développer des radars à balayage horizontal. La publication FR 2 71 408 de la demanderesse propose à ce sujet un dispositif de-dëtection d'obstacles tirant profit du balayage de la route par un radar à faisceau laser du type LIDAR (Ligth détection and ranging). Ce dispositif assure un balayage extrêmement efficace de la route dans deux dimensions, à savoir un balayage horizontal en "gisement" et un balayage vertical ou balayage en "site", grâce à la disposition sur le trajet du rayon laser d'un miroir de balayage rotatif autour d'un axe vertical et incliné par rapport à cet axe.Le dispositif proposé est pourvu en outre d'un système électronique de traitement permettant de calculer la distance des organes détectés par rapport au système de détection. En revanche, ce document n'envisage pas directement 1' exploitation des informations recueillies (présence d'obstacles sur la trajectoire du véhicule et distance de ces obstacles par rapport au véhicule en vue d'imposer ou de proposer au conducteur des consignes de conduite telles qu'une décélération, un freinage ou un changement de direction. La présente invention a pour but de détecter et de sélectionner des obstacles risquant d'entrer en collision avec un véhicule, même si ces obstacles ne sont pas dans ltaxe du véhicule lors de leur détection. Elle concerne un procédé de détection et de sélection d'obstacles nsquant d'entrer en collision avec un véhicule suiveur à l'aide d'un télémètre à balayage horizontal. Ce procédé de détection et de sélection d'obstacles est caractérisé en ce que les échos de retour du balayage sont traités de façon à déterminer la taille et le déplacement des obstacles détectés, dans le champ du télémètre, et en ce que les trajectoires prévisibles du véhicule suiveur et celles des obstacles détectés sont comparés en vue de sélectionner 1' obstacle le plus dangereux. Selon un mode de réalisation de l'invention, les informations de distance et de gisement fournies par 1' écho de retour du balayage sont transformées en coordonnées cartésiennes, qui sont exploitées pour déterminer la taille et le déplacement des obstacles dans le champ du télémètre. Selon un mode de réalisation de l'invention, les caractéristiques des obstacles détectés sont regroupées régulièrement à l'occasion de leurs observations successives par le télémètre à balayage horizontal, en vue de prévoir leur nouvelle position et leur vitesse de déplacement. Selon un mode de réalisation de l'invention, la trajectoire du véhicule suiveur est déterminée en combinant des informations relatives au déplacement du véhicule avec des informations télémétriques, telles que le défilement des objets fixes. Selon un mode de réalisation de l'invention, les obstacles détectés sont classés "bord de route" ou "obstacles fixes" suivant leurs dimensions et "véhicules mobiles", si leur taille correspond à celle d'un véhicule et s'ils se déplacent. Selon un mode de réalisation de l'invention, les obstacles détectés sont reclassés après chaque regroupement d'image. Selon un mode de réalisation de l'invention, le choix du véhicule le plus dangereux est effectué en comparant les prévisions relatives à la trajectoire du véhicule suiveur et celles des véhicules mobiles détectés. Selon un mode de réalisation de l'invention, le véhicule suiveur comporte un télémètre à balayage horizontal du type LIDAR et un calculateur, relié au boîtier de contrôle du papillon des gaz et au boîtier de contrôle de la boîte de vitesses, qui développe des algorithmes de calcul permettant: - de transformer les coordonnées polaires des obstacles détectés en coordonnées cartésiennes, - de déterminer la taille et les vitesses de déplacement des obstacles détectés, - de regrouper régulièrement les images observées en vue de prévoir les nouvelles positions et les vitesses de déplacement des obstacles détectés, - de déterminer la trajectoire du véhicule suiveur en combinant des informations relatives au déplacement de celui-ci avec des informations télé métriques, - de sélectionner régulièrement les véhicules mobiles parmi les obstacles détectés, et - de sélectionner l'obstacle le plus dangereux, en comparant les trajectoires du véhicule suiveur et celles des véhicules mobiles détectés. Selon un mode de réalisation de l'invention, le calculateur est en liaison interactive avec les actionneurs de frein et d'accélérateur du véhicule suiveur, de façon à imposer à celui-ci des consignes de décélération et/ou de freinage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comporte un afficheur tête haute, permettant d'attirer l'attention du conducteur sur des situations particulièrement dangereuses. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de celle-ci, en liaison avec les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un véhicule automobile équipé d'organes de détection d'obstacles et d'un régulateur de vitesse ou de distance, - la figure 2 illustre la prévision d'une collision, - la figure 3 est un schéma fonctionnel du procédé de l'invention, et - la figure 4 se rapporte à la classification des obstacles proposée par l'invention. Le véhicule automobile 1 représenté sur la figure 1 est équipé d'un télémètre 2, notamment un télémètre à laser infrarouge (LIDAR). Le télémètre 2 est disposé dans la partie centrale du bloc avant 3, mais pourrait être inclu dans l'un des phares 4 du véhicule. I1 est relié à un calculateur 5 lui-même connecté à un boîtier de contrôle du papillon des gaz 6 et à un boîtier de contrôle de la boîte de vitesses automatique 7 (non représentée) du véhicule, en vue d'imposer des consignes de décélération et/ou de freinage, en agissant par exemple directement sur les pédales d'accélération et de freinage actives 9, 10. Enfin, on a représenté sur le schéma un afficheur tête-haute 10, grâce auquel le conducteur 1 1 peut disposer d'informations d'aide à la conduite dans son champ de vision habituel. Ces informations sont élaborées par le calculateur 5 et destinées par exemple à l'avertir d'une situation particulièrement dangereuse. Grâce à cette installation, notamment grâce à l'exploitation par le calculateur 5 des informations fournies par le LIDAR 2 et grâce à la liaison interactive du calculateur 5 avec les organes de commande 8, 9 du véhicule 1 celui-ci peut disposer d'un système de réguIation de distance vis-àvis d'un véhicule "cible" roulant devant lui. Le scénario illustré par la figure 2 est le suivant. Le véhicule 1 ou véhicule suiveur se trouvant à l'entrée d'une courbe 12 (direction de déplacement A), détecte dans le champ 13 de son télémètre une cible 14 se déplaçant selon la flèche B. En l'absence de disposition particulière permettant de prévoir les trajectoires respectives du véhicule suiveur 1 et de la cible 14, pour influencer la conduite du véhicule 1, le lieu probable de la collision entre la cible 14 et le véhicule suiveur 1 ne peut pas être déterminé. Par contre, si le véhicule 1 est équipé d'un système de détection et de sélection d'obstacles conforme à l'invention, la vitesse du véhicule 1 pourra être modifiée de façon à éviter la collision au point 15. Le procédé de détection et de sélection d'obstacles proposé par l'invention inclut les étapes suivantes, mentionnées sur la figure 3. Les échos perçus en retour du balayage horizontal effectué par le LIDAR 2 subissant en premier lieu un prétraitement, destiné à éliminer les échos parasites, et à transformer les informations de distances et d'azimut relatives à l'obstacle détecté (coordonnées polaires) en coordonnées cartésiennes. A partir de la position et de la taille des obstacles repérés par leurs coordonnées cartésiennes, un module de "fenêtrage" détermine des zones de retour d'échos ou "fenêtres": Le regroupement des échos consiste à réunir les échos situés dans une même fenêtre et à regrouper les échos contigus situés hors des fenêtres pour former de nouveaux obstacles. Le regroupement est suivi d'une opération de classification des obstacles, qui est reconsidérée après chaque regroupement. Cette classification est illustrée par la figure 4. Tout nouvel objet détecté est répertorié en premier lieu dans la rubrique générale des "contours" ou objets non identifiés. Après un certain nombre d'observations, attestant son "âge", on teste sa "taille". Si celle-ci est compatible avec un bord de route, l'objet est déclaré "bord de route". Sinon, on teste sa vitesse.Si celle-ci est suffisamment proche de zéro, l'objet est déclaré "obstacle fixe". Sinon c'est un "véhicule mobile". Les quatre classes d'objets sont donc les "contours", les "bords de route", les "obstacles fixes" et les "véhicules mobiles". On peut prévoir en outre que l'algorithme intervenant dans l'étape de classification élimine définitivement les objets ayant échappé au regroupement depuis trop longtemps. L'unité de filtrage (par exemple un filtre de KALMAN) prédit ensuite l'état des objets (position, vitesse et taille) dans l'image suivante. Ces informations sont exploitées lors du "regroupement" suivant. Le choix du véhicule le plus dangereux peut alors s'effectuer en combinant d'une part les informations résultant du module de filtrage et d'autre part d'informations relatives au véhicule suiveur. Ces dernières pourront notamment se rapporter à sa vitesse, ou à l'angle de son volant. La dernière partie du traitement consiste donc à sélectionner parmi les véhicules détectés, celui qui présente le plus de danger pour le véhicule suiveur 1. Comme l'illustre la figure 2, le danger d'une collision est estimé en comparant les trajectoires prévisibles du véhicule suiveur I et de "l'obstacle le plus dangereux". Le calcul mis en oeuvre exploitera notamment la vitesse et le rayon de courbure du véhicule suiveur. Son algorithme pourra se décomposer en deux parties. - le calcul de la décélération longitudinale à appliquer au véhicule suiveur pour éviter l'accident, et - le calcul de la distance latérale de passage entre les véhicules, prévu après décélération du véhicule suiveur : si cette distance est trop faible, le conducteur devra être averti, du caractère particulièrement dangereux de l'obstacle rencontré, par exemple sur l'afficheur tête-haute 11. Le procédé qui vient d'être décrit trouve une application avantageuse, mais non limitative, sur un véhicule équipé conformément à la figure 1 d'un système de régulation de distance. Le calculateur 5 prend alors en charge les opérations de calcul nécessaires et les ordres de décélération sont transmis au boîtier de contrôle du papillon des gaz 6 et/ou à celui de la boîte de vitesses 7 en liaison avec I'action du conducteur sur ses pédales d'accélération 8 ou de freinage 9. En conclusion, I'invention permet d'appréhender des situations variées, grâce à l'exploitation conjointe d'informations relatives au véhicule suiveur et aux obstacles détectés par celui-ci à l'aide d'un télémètre à balayage horizontal, pour sélectionner un obstacle dangereux et éviter tout risque de collision avec celui-ci, en tenant compte des trajectoires respectives du véhicule suiveur et de l'obstacle sélectionné. Elle assure donc au véhicule suiveur une sécurité de conduite beaucoup plus importante que les systèmes de détection d'obstacles et de régulation de distance connus. REVENDICATIONS [1] Procédé de détection et de sélection d'obstacles risquant d'entrer en collision avec un véhicule suiveur (1) à l'aide d'un télémètre à balayage horizontal (2), caractérisé en ce que les échos de retour du balayage sont traités de façon à déterminer la taille et le déplacement des obstacles détectés, dans le champ du télémètre, et en ce que les trajectoires prévisibles du véhicule suiveur (I) et celles des obstacles détectés sont comparées en vue de sélectionner l'obstacle le plus dangereux. 2 Procédé de détection et de sélection d'obstacles selon la revendication 1, caractérisé en ce que les informations de distance et de gisement fournies par l'écho de retour du balayage sont transformées en coordonnées cartésiennes, qui sont exploitées pour déterminer la taille et le déplacement des obstacles dans le champ du télémètre (2). 3 Procédé de détection et de sélection d'obstacles selon la revendication 2, caractérisé en ce que les caractéristiques des obstacles détectés sont regroupées régulièrement à l'occasion de leurs observations successives par le télémètre à balayage horizontal (2), en vue de prévoir leur nouvelle position et leur vitesse de déplacement. [4] Procédé de détection et de sélection d'obstacles selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la trajectoire du véhicule suiveur (1) est déterminée en combinant des informations relatives au déplacement du véhicule (1) avec des informations télémétriques, telles que le défilement des objets fixes. t5] Procédé def détection et de sélection d'obstacles selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les obstacles détectés sont classés "bord de route" ou "obstacles fixes" suivant leurs dimensions et véhicules mobiles si leur taille correspond à celle d'un véhicule et s'ils se déplacent. [6J Procédé de détection et de sélection d'obstacles selon la revendication 5, caractérisé en ce que les obstacles détectés sont reclassés après chaque regroupement d'image. [71 Procédé de détection et de sélection d'obstacles selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le choix du véhicule le plus dangereux est effectué en comparant les prévisions relatives aux trajectoires du véhicule suiveur (1) et des véhicules mobiles détectés. [8] Dispositif de détection et de sélection d'obstacles permettant de détecter les obstacles susceptibles d'entrer en collision avec un véhicule suiveur (1) et dè sélectionner parmi ceux-ci l'obstacle le plus dangereux, caractérisé en ce qu!il comporte un télémètre à balayage horizontal (2) du type LIDAR et un calculateur (5), relié au boîtier de contrôle du papillon des gaz (6) et au boîtier de contrôle de la boîte de vitesses (7), qui développe des algorithmes de calcul permettant:: - de transformer les coordonnées polaires des obstacles détectés en coordonnées cartésiennes, - de déterminer la taille et les vitesses de déplacement des obstacles détectés, - de regrouper régulièrement les images observées en vue de prévoir les nouvelles positions et les vitesses de déplacement des obstacles détectés, - de déterminer la trajectoire du véhicule suiveur en combinant des informations relatives au déplacement de celui-ci avec des informations télémétriques, - de sélectionner régulièrement les véhicules mobiles parmi les obstacles détectés, et - de sélectionner l'obstacle le plus dangereux, en comparant les trajectoires du véhicule suiveur et celles des véhicules mobiles détectés. [9] Dispositif de détecteur et de réalisation d'obstacles selon la revendication 8, caractérisé en ce que le calculateur (5) est en liaison interactive avec les actionneurs de frein (9) et d'accélérateur (8) du véhicule suiveur (1), de façon à imposer à celui-ci des consignes de décélération et/ou de freinage. [10] Dispositif de détecteur et de réalisation d'obstacles selon les revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le dispositif comporte un afficheur tête haute (10), permettant d'attirer l'attention du conducteur sur des situations particulièrement dangereuses.