Brevet FR2827953A1 — publié le 20030131

La présente invention concerne un procédé de correction de mesures de distance et/ou de vitesse réalisées par un capteur pour un véhicule équipé d'un GPS. Il existe des systèmes de navigation montés à bord de véhicules automobiles destinés à assister le conducteur dans sa conduite en lui donnant des indications sur la route à suivre. Ainsi par exemple, avant que le véhicule n'arrive à une intersection ou une sortie d'autoroute, le système de navigation indique au conducteur quelle route prendre à l'intersection qui se présente ou s'il doit sortir de l'autoroute. Un tel système de navigation est généralement équipé d'une carte routière mémorisée par exemple sur un CD-Rom ainsi que d'un GPS, ou Global Positionning Sytem, soit système de positionnement global, qui permet à l'aide de satellites de connaître sa position en tout point du globe. Toutefois, la position donnée par le GPS est donnée avec une tolérance de quelques dizaines de mètres. Dans certaines situations, cette tolérance est trop importante pour pouvoir donner des indications exactes. Ainsi par exemple, le système de navigation peut donner une indication concernant une intersection alors que cette dernière a déjà été franchie. Il est connu d'équiper alors le véhicule d'un capteur mesurant une distance et une vitesse, tel par exemple un odomètre, et d'un gyroscope qui calculent le déplacement et la vitesse du véhicule dans un repère terrestre. Sur de petits parcours, les capteurs connus donnent de bonnes indications car les erreurs de mesure de ces capteurs sont généralement comprises entre 0 et 0,8%. Toutefois, sur de grandes distances, notamment lorsque le véhicule est sur autoroute, ces erreurs se cumulent et peuvent conduire à des imprécisions de l'ordre de 100 m ou plus. Les capteurs connus ne peuvent alors plus pallier aux erreurs du GPS. Les erreurs de mesure des capteurs dépendent du véhicule et en particulier de ses pneumatiques : taille, usure, pression, etc. Elles dépendent aussi de la vitesse du véhicule. Plus la vitesse du véhicule est élevée, plus l'erreur est importante. Une solution pourrait consister à corriger les mesures du capteur de la manière suivante : à vitesse nulle, la correction serait nulle, à vitesse maximale (ou à une vitesse donnée, par exemple 130 km/h), la correction serait par exemple de 4/1000ème (ou autre), et entre ces vitesses extrêmes, la correction varierait linéairement. Une telle correction donne statistiquement d'assez bons résultats. Toutefois, pour les véhicules pour lesquels l'erreur est de 0% ou de 0,8% à vitesse maximale, il subsiste malgré la correction une erreur de 0,4%, soit sur autoroute une erreur d'environ 400 m tous les 100 km, ce qui reste important. La présente invention a alors pour but de fournir un procédé de correction qui permette de corriger les mesures faites par un odomètre de manière adaptée à chaque véhicule, indépendamment de la pression et de la taille des pneumatiques, de leur usure ou d'autres paramètres propres au véhicule sur lequel l'odomètre est monté. À cet effet elle propose un procédé de correction de mesures d'un capteur de vitesse et éventuellement de distance dans un véhicule équipé d'un GPS, dans lequel le capteur et le GPS mesurent la vitesse du véhicule. Selon l'invention, ce procédé comporte les étapes suivantes : - prédétermination de plusieurs classes de vitesses, - mesures de vitesses effectuées sensiblement simultanément par le capteur et par le GPS, - évaluation dans chaque classe de vitesses d'une erreur reflétant les différences des mesures obtenues par le capteur par rapport à celles obtenues par le GPS, - détermination pour chaque classe de vitesses d'un profil de correction lorsqu'un nombre significatif de mesures est atteint, et - application de ce profil de correction aux mesures ultérieures effectuées par le capteur. Ce procédé permet de déterminer une erreur moyenne à partir d'un nombre de mesures qui est avantageusement assez important. Cette erreur dépendant pour beaucoup de la vitesse du véhicule, le fait de prévoir des classes de vitesses permet de faire un calcul d'erreur sur des mesures pour lesquelles l'erreur est a priori du même ordre de grandeur. Les résultats ainsi obtenus sont alors plus fiables. Le profil de correction peut consister en un coefficient de correction discret, à chaque classe de vitesse correspondant un coefficient de correction, ou bien en une fonction de divers paramètres, notamment la vitesse mesurée par le G. P. S.. Dans une mise en oeuvre avantageuse du procédé selon l'invention, pour chaque classe de vitesses on calcule la somme des vitesses mesurées par le capteur (Si Vodo), la somme des vitesses mesurées par le GPS (L 1 VGPS) et à partir de ces sommes, l'erreur calculée est déterminée comme étant la différence entre ces deux sommes divisée par la somme des vitesses mesurées par le GPS, soit (L Vodo-li VGPsV . VGPS. Un coefficient de correction peut être appliqué aux mesures de vitesse du capteur lorsqu'un nombre prédéterminé d'acquisitions de vitesses ont été réalisées. Ce coefficient correspond par exemple au nombre 1 diminué de l'erreur calculée. Lors d'une utilisation du véhicule, celui-ci ne se déplace pas forcément à des vitesses couvrant toute la plage des vitesses pouvant être atteintes par le véhicule. À partir de cette constatation, afin de limiter le temps nécessaire pour établir un profil de correction, l'erreur reflétant les différences des mesures obtenues par le capteur par rapport à celles obtenues par le GPS est calculée par exemple par interpolation pour toutes les classes de vitesses lorsqu'un nombre significatif de mesures ont été effectuées dans sensiblement la moitié des classes de vitesses. Cette interpolation est avantageusement réalisée par approximation polynomiale, par exemple d'ordre 1. Étant donné que l'erreur est toujours très faible pour les vitesses peu élevées, on peut prévoir qu'aucune correction n'est apportée pour des vitesses mesurées inférieures à un seuil prédéterminé, par exemple 10 m/s. À titre d'exemple, on peut définir onze classes de vitesses, chaque classe ayant une amplitude de 5 m/s, sauf la première classe qui correspond aux vitesses inférieures à 10 m/s et la onzième qui correspond aux vitesses supérieures à 55 m/s. Pour augmenter la fiabilité du procédé de correction, avant la réalisation d'un nombre significatif de mesures, le profil de correction est avantageusement estimé en fonction d'une erreur prédéfinie. Cette dernière est par exemple déterminée par une fonction linéaire pour laquelle l'erreur est nulle à vitesse nulle et prend une valeur prédéterminée, par exemple 0,4%, pour la vitesse maximale du véhicule. Les détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui suit faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel : Figure 1 est un diagramme représentant le nombre de mesures effectuées dans chaque classe de vitesses, Figure 2 est un diagramme montrant les erreurs calculées pour chaque classe de vitesses et la courbe d'interpolation correspondante, et Figure 3 représente l'erreur estimée par défaut avant obtention d'un nombre de mesures significatif. Dans la présente description, le procédé selon l'invention est appliqué à un système de navigation pour un véhicule automobile. Ce système est équipé d'un GPS, ou Global Positionning Sytem, soit système de positionnement global, qui permet à l'aide de satellites de connaître la position du véhicule en tout point du globe ainsi que sa vitesse. Le système de navigation est également muni d'un odomètre qui permet de mesurer les déplacements du véhicule et sa vitesse ainsi qu'un gyroscope qui indique une vitesse angulaire de déplacement du véhicule. L'odomètre comporte par exemple une roue dentée qui tourne à une vitesse angulaire proportionnelle à la vitesse du véhicule. Cette roue dentée est par exemple liée à une roue du véhicule ou bien est montée en sortie de boîte de vitesses. Un capteur fixe mesure alors le nombre de dents qui défilent devant lui afin de déterminer la distance parcourue par le véhicule. Lorsque la distance Ax est alors parcourue en un temps At, la vitesse du véhicule est obtenue par dérivation ou calcul de Ax/At. Le système de navigation fonctionne aussi à l'aide d'une carte routière sur laquelle figurent toutes les routes environnantes susceptibles d'être empruntées par le véhicule. Cette carte comporte par exemple toutes les routes de France et est enregistrée sur un CD-Rom ou équivalent. Lorsque le véhicule se déplace, sa position et sa vitesse sont régulièrement déterminées par le GPS. Cette mesure de vitesse constitue pour la suite la vitesse de référence. À chaque mesure de vitesse par le GPS correspond également une mesure de vitesse par l'odomètre. Les deux vitesses ainsi mesurées sont proches l'une de l'autre mais ne coïncident généralement pas. On obtient alors une différence de vitesse l'1V = Vodo-VGPS où VGPs est la vitesse mesurée par le GPS et Vodo la vitesse mesurée par l'odomètre. À cette différence de vitesse correspond une erreur relative E = l'1VNGPS = (Vodo-VGps/VGps. Cette erreur est généralement de l'ordre du millième soit 0, 1 %. L'erreur E dépend de plusieurs paramètres. Il y a des paramètres liés au véhicule sur lequel est monté le système de navigation et des paramètres dynamiques, notamment la vitesse du véhicule. Le procédé décrit ci-après propose de calculer cette erreur pour obtenir un profil de correction à appliquer aux mesures effectuées par l'odomètre, ce profil prenant en compte les divers paramètres influençant l'erreurs. Le procédé décrit ci-après peut par exemple être mis en oeuvre à chaque nouvelle utilisation du véhicule. Préalablement à la mise en oeuvre du procédé, onze classes de vitesses sont déterminées. Ces classes sont définies comme suit : C1 : VGPs 10 mIs C2 10 m/s = VGPS 15 m/s C3 15 m/s = Vcps 20 m/s C4 20 m/s = VGps 25 m/s C5 : 25 m/s = VGPS 30 m/s C6 : 30m/s = VGPS 35 m/s C7 35 m/s = VGPS 40 m/s C8 : 40 mis = VGPS 45 m/s C9 45 m/s = VGPS 50 m/s C10 : 50 m/s = VGPS 55 m/s C11 : 55 mIs = VGPs. Lorsque le véhicule roule, des mesures de vitesse sont régulièrement effectuées. À chaque fois, on mesure au même instant la vitesse à l'aide de l'odomètre et à l'aide du GPS. On obtient alors des mesures Vanda et VGPS respectivement. En fonction de la mesure VGPS, l'acquisition faite est attribuée à une classe de vitesses Ci, où i=1 à 11. Ainsi en roulant à des vitesses différentes, le nombre des acquisitions augmente dans les classes concernées. Lorsqu'un nombre d'acquisitions significatif est atteint, un calcul d'erreur peut commencer. On considère par exemple qu'il faut avoir effectué 5 000 acquisitions dans au moins cinq classes Ci distinctes pour effectuer le calcul d'erreur et déterminer alors un coefficient de correction. On peut aussi prévoir qu'un nombre moins important d'acquisitions est nécessaire lorsque la vitesse Vcps est élevée. En effet, l'erreur fournie par le GPS sur la vitesse est indépendante de cette vitesse et l'erreur relative sur cette vitesse est donc moins importante à vitesse élevée. La figure 1 représente le nombre d'acquisitions faites dans les diverses classes Ci à l'instant où ce seuil est atteint. Dans l'exemple illustré, on remarque que le plus grand nombre des acquisitions ont été réalisées dans la classe C7. Le nombre de 5 000 acquisitions a aussi été atteint pour les classes C2, C3, C6 et C8. Dans chacune de ces classes, on effectue alors un calcul d'erreur. À chaque classe Ci correspond alors une erreur ex, calculée de la manière suivante : OÙ 2 : j VGPS est la somme des mesures de VGPS effectuées dans la classe Ci, et Xj Vodo est la somme des mesures de Vodo effectuées dans la classe Ci. Les résultats obtenus lors du calcul des erreurs e, sont représentés sur la figure 2. Le calcul d'erreur a ici été effectué pour chaque classe Ci. Toutefois, seules sont prises en compte par la suite les valeurs des erreurs pour i = 2,3, 6 à 8. Les résultats ont été reportés sur la figure 2 à l'aide de losanges. Ces derniers sont pleins pour les résultats pris en compte par la suite. Les résultats ainsi obtenus sont interpolés par approximation polynomiale. Dans l'exemple représenté au dessin, la droite D correspond à la droite obtenue par approximation linéaire des cinq points d'ordonnée el, avec i = 2, 3,6 à 8. On considère par la suite que l'erreur e pour une vitesse donnée est déterminée par cette droite. Le profil de correction est alors linéaire. Si D correspond à la représentation graphique d'une fonction f, on a alors : À partir de cette erreur, on détermine le profil de correction donnant un coefficient a à appliquer aux mesures de vitesse et de distance effectuées par l'odomètre. Ce coefficient est déterminé de la manière suivante : Si Xodo est la distance mesurée par l'odomètre et X la distance prise en compte pour la mesure de la distance totale parcourue par le véhicule et son positionnement, on aura : De même pour la vitesse, si V est la vitesse corrigée : Les valeurs X et V seront ainsi les valeurs corrigées prises en compte pour la détermination de la position du véhicule et de sa vitesse. Dans le procédé décrit ci-dessus, il faut attendre d'avoir effectué un nombre significatif d'acquisitions pour obtenir un coefficient de correction. On peut toutefois, avant d'avoir effectué toutes ces acquisitions, utiliser un profil provisoire de correction. Ce profil permet d'obtenir un coefficient provisoire a'déterminé en fonction d'une erreur e'dépendant elle aussi de la vitesse VGPS. On aura par exemple : Un exemple de la fonction f est représenté sur la figure 3 par une droite D'. On suppose que cette droite passe par l'origine ainsi que par le point (Vcps = 50 m/s ; e'= 0,004). On suppose ici que la vitesse maximale du véhicule est de 50 m/s, soit 180 km/h. D'autres valeurs numériques peuvent être envisagées pour cette droite. De même que précédemment, on a alors : De cette façon, la correction appliquée aux mesures effectuées par l'odomètre avant l'acquisition de 5 000 mesures dans cinq classes de vitesses différentes est a'et après avoir réalisé toutes ces acquisitions, il devient le coefficient a tel que défini plus haut. Dans la pratique, on constate que pour des vitesses faibles, l'erreur de mesure faite par l'odomètre est très faible. En outre, dans le calcul de la droite D, il est possible de trouver une droite qui ne passe pas par l'origine. Une erreur sensiblement distincte de 0, et donc un coefficient de correction sensiblement distinct de 1, risquent donc d'être appliqués à très faible vitesse. Ceci risque de conduire au final à des valeurs corrigées prises en compte dans le calcul de la position du véhicule plus erronées que les valeurs mesurées directement. Il est alors proposé en option de ne pas faire de correction pour les faibles vitesses. Ainsi, il est par exemple envisageable de ne pas corriger les vitesses inférieures à 10 m/s, c'est-à-dire les vitesses de la classe C1. Il devient alors inutile, lors du procédé de détermination du profil de correction, de prendre en compte les acquisitions faites dans la première classe de vitesses. C'est pourquoi sur la figure 1 aucune acquisition de mesure ne figure dans cette classe C1. L'utilisation du coefficient de correction a, et éventuellement aussi du coefficient a', permet d'obtenir des mesures de distances corrigées fiables, assurant ainsi à l'utilisateur du système de navigation des informations exactes en temps voulu, aussi bien sur de longs parcours sur autoroute que pour des trajets urbains. Le procédé de correction selon l'invention peut être mis en oeuvre à chaque nouvelle utilisation du véhicule, c'est-à-dire à chaque fois que le moteur est remis en marche. On peut aussi estimer que les divers paramètres influençant l'erreur de mesure varient lentement. Dans ce cas, ce procédé pour déterminer le coefficient de correction peut être réalisé une seule fois par jour, lors de la première utilisation du véhicule. On peut aussi prévoir de ne la réaliser qu'après avoir parcouru une certaine distance, par exemple tous les 500 km. La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation et à ses variantes décrites ci-dessus à titre d'exemples non limitatifs. Elle concerne au contraire toutes les variantes à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après. Ainsi par exemple, il est possible de définir d'autres classes de vitesses. Il est également possible de définir de manière tout à fait différente le nombre d'acquisitions à réaliser pour effectuer le calcul de l'erreur et donc du coefficient de correction. Le calcul de l'erreur pour chaque classe de vitesses peut aussi être effectué d'une autre manière. On pourrait par exemple envisager pour chaque acquisition de faire un calcul d'erreur à partir de la différence entre la vitesse mesurée par l'odomètre et celle mesurée par le GPS et faire une moyenne des erreurs ainsi calculées à chaque acquisition. Dans l'exemple décrit, on réalise une interpolation pour obtenir une courbe donnant l'erreur en fonction de la vitesse. La correction est alors effectuée également en fonction de la vitesse. Il est aussi possible de déterminer pour chaque classe de vitesses une erreur qui correspond à un coefficient de correction qui est alors appliqué à chaque mesure effectuée dans cette classe. On obtient ainsi un nombre limité de coefficients correspondant au nombre de classes de vitesses. Au contraire, au lieu de faire une approximation d'ordre 1 des résultats obtenus lors du calcul de l'erreur, il est possible de faire une approximation d'ordre supérieur. En ce qui concerne la correction faite avant d'avoir réalisé un nombre significatif d'acquisitions de mesures, il est possible de ne prévoir durant cette phase de démarrage aucune correction ou bien de réaliser une correction différente de la correction linéaire décrite ci-dessus. Pour mesurer la distance parcourue par le véhicule et sa vitesse, un capteur quelconque peut être utilisé. Si le véhicule est par exemple équipé d'un système empêchant le blocage des roues lors d'un freinage, les capteurs utilisés dans ce système peuvent être utilisés. Bien entendu, la présente invention peut s'appliquer à tout type de véhicule équipé d'un GPS, ce système coopérant ou non avec un système de navigation. REVENDICATIONS 1. Procédé de correction de mesures d'un capteur de vitesse et éventuellement de distance dans un véhicule équipé d'un GPS, dans lequel le capteur et le GPS mesurent la vitesse du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - prédétermination de plusieurs classes de vitesses, - mesures de vitesses effectuées sensiblement simultanément par le capteur et par le GPS, - évaluation dans chaque classe de vitesses d'une erreur reflétant les différences des mesures obtenues par le capteur par rapport à celles obtenues par le GPS, - détermination pour chaque classe de vitesses d'un profil de correction lorsqu'un nombre significatif de mesures est atteint, et - application de ce profil de correction aux mesures ultérieures effectuées par le capteur. 2. Procédé de correction selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque classe de vitesses on calcule la somme des vitesses mesurées par le capteur (E, Vodo), la somme des vitesses mesurées par le GPS (L 1 VGPs) et en ce que l'erreur calculée est la différence entre ces deux sommes divisée par la somme des vitesses mesurées par le GPS ( (2, Vodo-S, vcpsV 2, VGPs) 3. Procédé de correction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un coefficient de correction est appliqué aux mesures de vitesse du capteur lorsqu'un nombre prédéterminé d'acquisitions de vitesses ont été réalisées, ce coefficient correspondant au nombre 1 diminué de l'erreur calculée. 4. Procédé de correction selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'erreur reflétant les différences des mesures obtenues par le capteur par rapport à celles obtenues par le GPS est calculée par interpolation pour toutes les classes de vitesses lorsqu'un nombre significatif de mesures ont été effectuées dans sensiblement la moitié des classes de vitesses. 5. Procédé de correction selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'interpolation est réalisée par approximation polynomiale. 6. Procédé de correction selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'approximation polynomiale est d'ordre 1. 7. Procédé de correction selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'aucune correction n'est apportée pour des vitesses mesurées inférieures à un seuil prédéterminé, par exemple 10 m/s. 8. Procédé de correction selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'onze classes de vitesses sont définies, chaque classe ayant une amplitude de 5 mis, sauf la première classe qui correspond aux vitesses inférieures à 10 m/s et la onzième qui correspond aux vitesses supérieures à 55 m/s. 9. Procédé de correction selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'avant la réalisation d'un nombre significatif de mesures, le profil de correction est estimé en fonction d'une erreur prédéfinie. 10. Procédé de correction selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'erreur prédéfinie est déterminée par une fonction linéaire pour laquelle l'erreur est nulle à vitesse nulle et prend une valeur prédéterminée, par exemple 0,4%, pour la vitesse maximale du véhicule.