Brevet FR2731515A1 — publié le 19960913

L'invention concerne un dispositif pour déterminer la distance d'un véhicule par rapport à au moins un marquage latéral d'une chaussée, comprenant un ensemble, installé sur le véhicule, d'éléments de détection photosensibles pour l'exploration d'une zone de la chaussée, située en avant du véhicule, l'ensemble d'éléments de détection étant constitué par au moins deux lignes d'éléments de détection, qui explorent respectivement une bande de la chaussée, qui s'étend en avant du véhicule, n'est pas parallèle à l'axe longitudinal du véhicule et s'étend latéralement jusqu'au marquage latéral de la chaussée, et une unité d'exploitation branchée en aval de l'ensemble d'éléments de détection et qui lit séquentiellement chaque ligne d'éléments de détection et exécute le traitement ultérieur des signaux reçus pour déterminer la distance latérale du véhicule par rapport au marquage de la chaussée. Un tel dispositif peut être utilisé notamment sous la forme de ce qu'on appelle un dispositif d'avertissement d'endormissement, c'est-à-dire en tant que système qui délivre un avertissement acoustique ou optique lorsque le véhicule tend à s'écarter de la chaussée par manque de réaction de braquage d'un conducteur fatigué ou distrait et par conséquent menace de franchir un marquage latéral de la chaussée. Dans des dispositifs du type décrit dans les demandes de brevets européens publiés EP O 586 857 A1 et EP O 361 914 A2 ainsi que dans le brevet US 4 970 653, l'ensemble d'éléments de détection est constitué par un réseau bidimensionnel d'éléments de détection d'un appareil de prise de vues, qui est disposé dans la partie avant du véhicule associé en étant dirigé vers l'avant, de manière à explorer optiquement une zone déterminée de la surface de la chaussée en avant du véhicule. Les informations d'image fournies par l'appareil de prise de vues sont ensuite traitées de façon analogique par exemple au moyen de réseaux de résistances non linéaires, de manière à produire un modèle d'image binaire des marquages de la chaussée. À l'aide de techniques connues, comme la transformation de Hough et le filtrage Kalman, un microprocesseur extrait, à partir de là, les paramètres importants pour la détermination de cette distance. L'utilisation usuelle d'un appareil de prise de vues comportant un réseau bidimensionnel d'éléments de détection sous la forme d'un réseau CCD (c'est-à-dire un dispositif à couplage de charges) requiert pour sa mise en ceuvre dans un véhicule, un traitement ultérieur analogique des données des capteurs, étant donné qu'un traitement numérique en temps réel des données délivrées selon un débit élevé par un tel réseau bidimensionnel d'éléments de détection ne peut pas être réalisé de façon satisfaisante à l'aide de microprocesseurs utilisés aujourd'hui dans un véhicule automobile. D'après le brevet US 4 630 109, on connaît un dispositif du type indiqué, dans lequel l'ensemble d'éléments de détection est constitué par une ou deux lignes d'éléments de détection et, dans le cas d'une seule ligne d'éléments de détection, la bande associée explorée de la chaussée est disposée symétriquement par rapport à l'axe longitudinal du véhicule, grâce au positionnement central d'un appareil de prise de vues CCD alors qu'il est proposé, à titre de variante, d'utiliser deux appareils de prise de vues disposés latéralement, qui explorent chacun une bande de la chaussée. Dans ce dernier cas, les deux bandes latérales de la chaussée, qui sont explorées, sont situées, dans la direction de l'axe longitudinal du véhicule, à une même hauteur en avant du véhicule et s'étendent respectivement approximativement depuis l'axe médian longitudinal du véhicule jusqu'au-delà de la zone latérale considérée du véhicule. Dans la demande de brevet européen publiée EP 0 640 903 A1, on décrit un dispositif pour déterminer la distance d'un véhicule par rapport à au moins un marquage latéral de la chaussée et dans lequel une zone de la chaussée, qui s'étend de fa,con typique jusqu'à 60 m en avant du véhicule, est explorée optiquement, une unité d'exploitation branchée en aval évaluant l'image vidéo en liaison avec la présence de marquages de la chaussée et étant agencée de manière à appliquer au mécanisme de direction du véhicule des forces appropriées, qui sont censées rendre plus facile au conducteur son maintien sur la voie de déplacement. En outre, il est prévu un dispositif d'avertissement, qui dans le cas o un franchissement d'un marquage de la chaussée est susceptible de s,e produire, délivre, dans une première phase, une signalisation d'avertissement optique sous la forme d'une vibration du volant et, dans une seconde phase, une information d'avertissement acoustique au conducteur. Le problème technique à la base de l'invention est de fournir un dispositif du type indiqué plus haut, qui d'une part permette une détermination fiable de la distance du véhicule par rapport à des marquages latéraux de la chaussée et d'autre part requière uniquement une dépense comparativement faible de traitement des données, qui autorise notamment également un traitement numérique des données des capteurs, en temps réel, dans un microprocesseur situé sur le véhicule et qui permette de produire éventuellement une signalisation efficace d'avertissement avant un franchissement imminent d'un marquage de la chaussée. Ce problème est résolu à l'aide d'un dispositif du type indiqué plus haut, caractérisé en ce que l'ensemble d'éléments de détection contient deux lignes d'éléments de détection, qui explorent deux bandes de la chaussée qui sont distantes l'une de l'autre dans la direction de l'axe longitudinal du véhicule. De façon caractéristique, l'ensemble d'éléments de détection est constitué uniquement par une ligne d'éléments de détection ou un petit nombre de lignes d'éléments de détection et non par un réseau bi. dimensionnel usuel d'éléments de détection. Ceci réduit fortement la quantité de données devant être traitées en temps réel par l'unité d'évaluation branchée en aval, de sorte que ce traitement des données des éléments de détection peut être exécuté numériquement à l'aide d'un système classique à microprocesseurs, pouvant être logé sans problèmes dans le véhicule. Naturellement, il est en outre sinon possible de prévoir également un traitement analogique des données des éléments de détection. Le positionnement des lignes des éléments des éléments de détection de manière qu'ils explorent respectivement une bande de la chaussée non parallèle à l'axe longitudinal du véhicule et qui est située en avant du véhicule et s'étend latéralement jusqu'à la marque ou jusqu'aux marques de la chaussée, garantit que les marques de la chaussée soient détectées optiquement de façon fiable et puissent être identifiées par l'unité d'exploitation de sorte que cette dernière peut déterminer les distantes latérales du véhicule par rapport aux marquages de la chaussée. D'autre part, en particulier le dispositif indiqué précédemment permet, grâce à l'utilisation d'une seconde ligne d'éléments de détection, qui explore une seconde bande de la chaussée, qui est située à une distance prédéterminée parallèlement en avant de la première bande de la chaussée, explorée par la première ligne d'éléments de détection, une vérification des résultats de mesure d'une ligne d'éléments de détection par l'autre ligne respective d'éléments de détection ainsi qu'un étalonnage automatique de l'ensemble du système en ce qui concerne la mesure de l'erreur angulaire entre l'axe longitudinal du véhicule et l'axe optique. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu un dispositif de production d'un signal d'avertissement comportant des hauts-parleurs installés latéralement dans l'habitacle et au moyen desquels, dans le cas d'un franchissement imminent, identifié par l'unité d'exploitation, d'un marquage de la chaussée, ce dispositif délivre, d'une manière spécifique au côté, un bruit produit artificiellement de vibration apparenté au passage sur une bande cloutée, sur le côté sur lequel le véhicule est sur le point de franchir le marquage de la chaussée, ce qui permet notamment d'obtenir une fonction confortable de surveillance de l'endormissement ou de contrôle de la voie de déplacement par le fait qu'un avertissement acoustique est délivré sous la forme de ce qu'on appelle un bruit de vibration apparenté au passage sur une bande cloutée, d'une manière spécifique au côté, et ce respectivement sur le côté du véhicule, sur lequel ce dernier menace de s'écarter de la voie de circulation, le bruit de vibration apparenté au passage sur une bande cloutée suggérant acoustiquement au conducteur qu'il franchit un marquage de chaussée comportant des clous ou un profil. Étant donné que la signification de ce bruit est connue du conducteur, il réalisera la plupart du temps très rapidement une correction intuitive appropriée de direction pour amener le véhicule en direction du centre de la voie de circulation. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, l'ensemble d'éléments de détection fait partie d'une caméra à lignes de détection, qui est installée en arrière d'un pare-brise en étant inclinée vers l'avant et vers le bas de sorte que chaque ligne d'éléments de détection explore une bande associée de la chaussée, qui s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal du véhicule et est située approximativement entre 4 m et 10 m en avant du véhicule. Cette distance entre des bandes explorées de la chaussée et le véhicule suffit, dans le cas de l'utilisation du dispositif en tant que système d'avertissement d'endormissement ou en tant que "dispositif de contrôle de la voie de déplacement", pour pouvoir avertir en temps opportun un conducteur qui s'endort éventuellement ou est distrait. Selon une autre caractéristique de l'invention, on utilise, comme autre grandeur d'entrée pour l'unité d'exploitation, la hauteur de la ligne d'éléments de détection au-dessus de la chaussée, la distance horizontale de la ligne d'éléments de détection par rapport à la bande de la chaussée, explorée par cette ligne d'éléments de détection, et la vitesse du véhicule, et l'unité d'emploi détermine en outre, à partir de là, l'erreur d'angle de lacet et/ou la largeur de la chaussée entre les marquages de cette dernière, ce qui permet la détermination supplémentaire de l'erreur de l'angle de lacet et/ou de la largeur de la chaussée entre les marquages de cette dernière, auquel cas les grandeurs d'entrée nécessaires à cet effet sont envoyées à l'unité d'exploitation. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'unité d'exploitation détermine, à partir des distances latérales déterminées du véhicule par rapport aux marquages latéraux de la chaussée, à partir de l'angle d'erreur de lacet détecté et de la vitesse détectée du véhicule, la durée mise pour atteindre un marquage latéral de la chaussée, dans l'hypothèse o l'état de déplacement instantané est maintenu, et délivrer un signal d'avertissement lorsque cette durée tombe au- dessous d'une durée minimale prédéterminée. Ce dispositif fournit un avertissement avant un franchissement imminent d'un marquage latéral de la chaussée, et ce déjà d'une manière relativement précoce avant que ce marquage ne soit atteint, grâce au procédé dit TLC (de l'anglais Time to Line Crossing, c'est-à-dire temps mis pour recouper la ligne), selon lequel est exécutée en permanence une détermination de la durée, au bout de laquelle le véhicule atteindrait un marquage latéral de la chaussée, s'il continuait à se déplacer conformément à l'état de déplacement instantané. Un avertissement est délivré dans le cas du franchissement par défaut d'un seuil TLC minimal pouvant être prédéterminé, qui est par exemple de l'ordre de 0,5 s. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 représente une vue en élévation latérale schématique d'un véhicule utilitaire en train de rouler, qui est équipé d'un dispositif pour déterminer la distance du véhicule par rapport à des marquages latéraux de la chaussée; et - la Figure 2 représente une vue en plan de la situation de déplacement de la Figure 1. Dans la situation de déplacement représentée sur les Figures, un véhicule utilitaire 1 équipé d'une caméra à lignes de détection 2, se déplace avec une vitesse déterminée le long d'une voie de déplacement 3 d'une autoroute. La voie de déplacement 3 est limitée des deux côtés par des marquages continus 7, 8 de la chaussée, ou sinon des marquages discontinus peuvent être prévus ou bien un marquage peut être prévu d'un seul côté de la voie de déplacement. La caméra à lignes de détection 2 possède une ligne d'éléments de détection photosensibles, dont le nombre est compris de façon typique entre 128 et 1024. La caméra à lignes de détection est d'un type usuel et par conséquent il n'est pas nécessaire de la décrire ici de façon plus détaillée. Elle est disposée dans l'habitacle en arrière d'un pare-brise 5 en étant située au centre du véhicule dans la zone d'un rétroviseur, c'est-à-dire sur l'axe longitudinal L du véhicule. La caméra à lignes de détection 2 est inclinée vers l'avant et vers le bas de telle sorte que la ligne photosensible d'éléments de détection explore, par son cône associé d'exploration 6, une bande très étroite 4 de la chaussée, qui s'étend, à une distance d'environ 4 à 8 m, en fonction du cas d'utilisation, en avant du véhicule 1 perpendiculairement à l'axe longitudinal L du véhicule. En série et en aval de la ligne d'éléments de détection de la caméra à lignes de détection 2 est branchée une unité d'exploitation non représentée de façon plus détaillée, qui lit séquentiellement les données à partir de la ligne d'éléments de détection et les analyse pour déterminer les distances latérales aL, aR du véhicule 1 par rapport au marquage de gauche 8 et au marquage de droite 7 de la chaussée. La condition nécessaire à cet effet est que le cône d'exploration 6, projeté sur la voie de déplacement 3, de la ligne d'éléments de détection et par conséquent la bande étroite explorée 4 de la chaussée s'étendent latéra- lement, comme représenté sur la Figure 2, au-delà des deux marquages 7, 8 de la voie de déplacement. A cet effet, la distance indiquée précédemment de la bande de chaussée 4 explorée par rapport au véhicule 1 et par conséquent la distance horizontale A, comparativement un peu plus grande, de la bande explorée 4 de la chaussée par r-apport à la caméra à lignes de détection 2 sont choisies suffisamment grandes, ce qui est garanti grâce à une inclinaison corres- pondante de la caméra à lignes de détection 2 pour une hauteur donnée H de cette caméra au-dessus de la chaussée 3 et pour une distance focale appropriée de l'objectif. On peut par conséquent utiliser le dispositif en tant que système d'avertissement d'endormissement, l'unité d'exploitation commandant à cet effet un élément d'indication d'avertissement acoustique et/ou optique associé. Comme signal d'avertissement acoustique particulièrement approprié, on peut utiliser ce qu'on appelle un bruit de vibration apparenté au passage sur une bande cloutée, du type apparaissant lors du franchissement d'une rangée continue de clous de marquage de la chaussée. Il est produit artificiellement et est émis par l'intermédiaire de hauts-parleurs disposés latéralement dans l'habitacle, d'une manière spécifique au côté, c'est-à-dire sur le côté, sur lequel le véhicule menace de franchir le marquage de la chaussée. Sur la base de la signification de ce bruit, qu'il connaît, le conducteur réalise de façon intuitive et par conséquent comparativement rapidement une correction adaptée de braquage, qui ramène le véhicule à nouveau en direction du centre de la voie de déplacement. Pour identifier le franchissement imminent d'un marquage latéral de la chaussée, on utilise de préférence ce qu'on appelle le procédé TLC, selon lequel l'unité d'exploitation détermine, sur la base des distances latérales déterminées aL, aR du véhicule par rapport aux marquages latéraux de la chaussée, de l'erreur déterminée de l'angle de lacet et de la vitesse détectée du véhicule, la durée au bout de laquelle le véhicule atteindrait le marquage latéral de la chaussée, si l'état: actuel de conduite était maintenu. L'avertissement s'effectue chaque fois que la durée ainsi déterminée tombe au-dessous de la valeur d'un seuil minimal TLC prédéterminé égal de façon typique A environ 0,5 s. De même l'unité d'évaluation qui effectue le traitement ultérieur du signal, qui arrive de la ligne d'éléments de détection et est proportionnel à la luminosité, de la bande explorée 4 de la chaussée possède une construction essentiellement usuelle, du type utilisé comme cela est connu pour l'exploitation des signaux de dispositifs d'éléments de détection d'images. Les positions des images du marquage de droite 7 et du marquage de gauche 8 de la chaussée à l'intérieur de l'image fournie par la ligne d'éléments de détection sont déterminées à l'aide d'un opérateur effectuant une différentiation et d'une unité logique travaillant d'une manière non linéaire. Par rapport aux systèmes usuels utilisant un réseau bidimensionnel d'éléments de détection, dans le cas présent la quantité de données entrant en jeu est fortement réduite sur la base de l'utilisation d'une seule ligne d'éléments de détection, ce qui permet le traitement ultérieur des données dans l'unité d'exploitation ainsi que ladite fonction d'opérateur de différentiation et la fonction logique non linéaire pour le prétraitement des données par un système à microprocesseur classique. Ce dernier d'une part maintient à une faible valeur admissible l'encombrement et la dépense de calcul pour cette application dans un véhicule automobile et d'autre part permet, à la place d'un traitement analogique, un traitement numérique des informations des signaux du détecteur. En raison de la quantité réduite de données, le microprocesseur classique est à même de traiter les données en temps réel, ce qui est la condition préalable pour l'utilisation du dispositif en tant que système d'avertissement d'endormissement. Sinon, l'opérateur différentiateur et l'unité logique non linéaire peuvent être réalisés au moyen d'un circuit électrique discret approprié, du type décrit dans la demande de brevet européen publiée EP 0 586 857 A1, ou bien à l'aide d'un simple circuit différentiateur analogique ou discret en aval duquel est branché un élément non linéaire, le circuit étant alimenté par le signal analogique de la ligne d'éléments de détection lue séquentiellement. La réalisation précise, du point de vue de la technique d.es circuits, peut être réalisée par un spécialiste. À l'unité d'exploitation sont envoyés, comme autres grandeurs d'entrée, les paramètres internes de la caméra, la largeur du véhicule, la hauteur H de la caméra à lignes de détection 2 au-dessus de la chaussée 3, la distance horizontale A entre les éléments de détection et la bande explorée 4 de la chaussée ainsi que la vitesse v du véhicule. Dans le cas de l'utilisation de ces grandeurs supplémentaires d'entrée, l'unité d'évaluation peut détecter, à partir des positions, identifiées au moyen du prétraitement des données, des marquages latéraux 7, 8 de la chaussée à l'intérieur de l'image fournie par la ligne d'éléments de détection, et ce moyennant l'utilisation d'un filtre Kalman branché en aval, non seulement les distances latérales aH, aR du véhicule par rapport aux deux marquages 7, 8 de la chaussée, mais en outre l'erreur d'angle de lacet et la largeur de la voie de déplacement 3 entre les marquages latéraux 7, 8 de la chaussée. Ces informations peuvent être utilisées conjointement pour exécuter la détermination TLC indiquée précédemment. À l'aide du filtre Kalman, on peut prédire la position des marquages 7, 8 de la chaussée dans le signal de la ligne d'éléments de détection, pour le pas de mesure immédiatement suivant. Avantageusement, les mesures successives s'effectuent pendant un cycle d'environ 40 ms. Une comparaison entre les positions d'image prédites des marquages et les positions d'image, mesurées ensuite, des marquages fournit un comportement du système, peu sensible aux perturbations. En outre, l'utilisation optionnelle d'une seconde ligne d'éléments de détection peut être avantageuse, cette seconde ligne explorant une seconde bande étroite 9 de la chaussée, telle qu'indiquée sur la Figure 2 par des lignes formées de tirets, et qui s'étend également perpendiculairement à l'axe longitudinal L du véhicule à une distance prédéterminée en avant de la bande 4 de la chaussée, explorée par la première ligne d'éléments de détection. Ceci permet aussi bien une vérification des mesures de la bande de la chaussée explorée en premier lieu, qu'un étalonnage automatique du système au moyen de la mesure de l'écart angulaire entre l'axe longitudinal L du véhicule et l'axe optique du dispositif de la caméra à lignes de détection. La description précédente d'un exemple de réalisation préféré montre que le dispositif selon l'invention est un système servant à déterminer la distance d'un véhicule par rapport à un ou plusieurs marquages latéraux de la chaussée, qui implique une dépense technique comparativement faible tout en permettant une identification suffisamment fiable de la voie de déplacement en temps réel, de sorte que le dispositif peut être utilisé en tant que système d'avertissement d'endormissement. Il faut insister sur la faible dépense de traitement des données grâce à l'utilisation de seulement une ou quelques lignes d'éléments de détection photosensibles, sur la disposition des lignes d'éléments de détection approximativement à hauteur du plan médian longitudinal du véhicule de sorte qu'un seul objectif suffit pour le système optique, ainsi que sur la possibilité de pouvoir traiter les données également sous forme numérique en temps réel au moyen d'un microprocesseur classique. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour déterminer la distance d'un véhicule par rapport à au moins un marquage latéral d'une chaussée, comprenant * un ensemble, installé sur le véhicule (1), d'éléments de détection photosensibles pour l'exploration d'une zone de la chaussée, située en avant du véhicule, l'ensemble d'éléments de détection étant constitué par au moins deux lignes d'éléments de détection, qui explorent respectivement une bande (4, 9) de la chaussée, qui s'étend en avant du véhicule (1), n'est pas parallèle à l'axe longitudinal (L) du véhicule et s'étend latéralement jusqu'au marquage latéral (7, 8) de la chaussée, et * une unité d'exploitation branchée en aval de l'ensemble d'éléments de détection et qui lit séquentiellement chaque ligne d'éléments de détection et exécute le traitement ultérieur des signaux recus pour déterminer la distance latérale (aL, aR) du véhicule par rapport au marquage de la chaussée, caractérisé en ce que * l'ensemble d'éléments de détection contient deux lignes d'éléments de détection, qui explorent deux bandes (4, 9) de la chaussée qui sont distantes l'une de l'autre dans la direction de l'axe longitudinal (L) du véhicule. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par * un dispositif de production d'un signal d'avertissement comportant des hauts-parleurs installés latéralement dans l'habitacle et au moyen desquels, dans le cas d'un franchissement imminent, identifié par l'unité d'exploitation, d'un marquage de la chaussée, ce dispositif délivre, d'une manière spécifique au côté, un bruit produit artificiellement de vibration apparenté au passage sur une bande cloutée, sur le côté sur lequel le véhicule est sur le point de franchir le marquage de la chaussée. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en outre en ce que l'ensemble d'éléments de détection fait partie d'une caméra à lignes de détection (2), qui est installée en arrière d'un pare-brise (5) en étant inclinée vers l'avant et vers le bas de sorte que chaque ligne d'éléments de détection explore une bande associée (4, 9) de la chaussée, qui s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal (L) du véhicule et est située approximativement entre 4 m et 10 m en avant du véhicule (1). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en outre en ce qu'on utilise, comme autre grandeur d'entrée pour l'unité d'exploitation, la hauteur (H) de la ligne d'éléments de détection au-dessus de la chaussée, la distance horizontale (L) de la ligne d'éléments de détection par rapport à la bande (4) de la chaussée, explorée par cette ligne d'éléments de détection, et la vitesse (v) du véhicule, et que l'unité d'exploitation détermine en outre, à partir de là, l'erreur d'angle de lacet et/ou la largeur de la chaussée entre les marquages (7, 8) de cette dernière. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en outre en ce que l'unité d'exploitation détermine, à partir des distances latérales déterminées (aL, aR) du véhicule par rapport aux marquages latéraux de la chaussée, à partir de l'angle d'erreur de lacet détecté et de la vitesse détectée du véhicule, la durée mise pour atteindre un marquage latéral de la chaussée, dans l'hypothèse o l'état de déplacement instantané serait maintenu, et délivrer un signal d'avertissement lorsque cette durée (TLC) tombe au- dessous d'une durée minimale prédéterminée.