Brevet FR2906520A1 — publié le 20080404

"Procédé et dispositif de détection de situation de conduite en virage" La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection de situation de conduite pour véhicule en virage. Elle trouve application dans le domaine des véhicules et particulièrement au pilotage électronique de ces véhicules. Dans l'état de la technique, on connaît des systèmes actifs de contrôle de trajectoire d'un véhicule. Par exemple un système de type ESP (Electronic Stability Program) permet d'agir sur les freins pour corriger la trajectoire du véhicule, tandis que le système de type AFS (Active Front Steering), grâce au découplage du mouvement des roues par rapport à l'organe de braquage comme un volant de direction, permet d'effectuer des actions de correction de trajectoire. L'objectif de tous ces systèmes actifs de contrôle de trajectoire est d'améliorer le comportement du véhicule en termes de sécurité et de confort. En général, un système actif de contrôle de trajectoire met en oeuvre des stratégies de commande qui ne fonctionnent pas dans toutes les phases de vie du véhicule. Il est souvent nécessaire d'adapter la stratégie lorsque intervient un phénomène particulier, comme par exemple une situation de survirage prononcé ou de sous virage. La détection de ces situations de survirage ou de sous virage est essentielle pour permettre d'adapter la stratégie de contrôle de la trajectoire, comme le contrôle de la vitesse de lacet du véhicule. Par exemple : - en sous virage, il est inefficace de braquer davantage des roues pour suivre la trajectoire demandée par le conducteur puisque le véhicule a atteint les limites physiques de braquage ; - en survirage, les corrections d'angle réalisées au moyen de la commande de braquage peuvent être plus importantes dans une certaine limite. 2906520 2 Pour adapter les stratégies de contrôle de trajectoire, il est donc primordial de détecter la situation de conduite, comme une situation de survirage ou de sous virage. C'est un but de la présente invention que d'apporter une solution à ce problème 5 technique. Dans l'état de la technique, on a déjà décrit des systèmes de contrôle de trajectoire, mais qu'il faut déconnecter ou désactiver dans certaines conditions de conduite d'un véhicule. Pour cette raison, il est nécessaire d'ajouter à la loi de commande 10 qui permet de réaliser une prestation de contrôle de trajectoire, un module de surveillance, qui permettra la commutation dans un autre mode de fonctionnement qui préserve la sécurité notamment. Quand un tel contrôleur de l'état de trajectoire détecte une 15 situation de conduite en survirage ou en sous virage, un actionneur est commandé par un port de sortie du contrôleur qui agit sur les roues directrices du véhicule. Un tel dispositif est une partie d'un système de direction assistée, découplé ou non. Dans une telle situation, des corrections de cap sont exécutées par 20 variation d'angle de braquage sur les roues, ceci afin de suivre la trajectoire la mieux adaptée à la volonté du conducteur, d'une part, et à la sécurité du véhicule, d'autre part. Cependant, lorsque un tel système fonctionne aux limites du véhicule, il est souvent nécessaire de changer de mode de fonctionnement ou encore de 25 passer dans un mode dit mode "refuge". Dans l'état de la technique, on a déjà proposé une méthode pour générer un niveau d'alerte dans les consignes de pilotage. Il est seulement possible d'indiquer un degré de danger à l'attention du conducteur ou encore d'émettre un signal de 30 commande permettant de passer dans c'est un mode refuge. Dans le document JP-A-2000211400, il est décrit une méthode pour produire une alarme sur la base de l'adaptation d'un seuil de danger appliqué à la détection de l'angle de lacet et 2906520 3 de sorte que le conducteur soit averti d'un défaut de stabilité du véhicule. Une telle situation n'est pas efficace dans le cade d'un calculateur de conduite. 5 Dans le document JP-A-2000351338, il est décrit une méthode pour attirer l'attention du conducteur sur l'apparition d'un risque de défaut de stabilité qui travaille dans le temps sur les signaux de vitesse de dérive en lacet, et d'angle de lacet du véhicule. Basée sur une estimation de la trajectoire, et avec la 10 donnée de la vitesse du véhicule, un signal de situation de conduite anormale est produit. Une telle solution, qui peut être adaptable à un calculateur de conduite, ne permet pas un contrôle efficace du véhicule. Dans le document JP-A-13256397, il est décrit une 15 méthode pour évaluer un écart à une trajectoire cible. Un tel écart permet dans un certain sens d'identifier un comportement survireur ou sous vireur du véhicule. Une telle solution qui se borne à indiquer un état de stabilité en virage sur des bases limitées à la trajectoire est 20 inefficace pour un calculateur de conduite. La présente invention permet d'apporter remède à ces inconvénients de l'état de la technique. En effet, la présente invention concerne un procédé de détection de situation de conduite d'un véhicule. 25 Le procédé de l'invention consiste : - - à détecter un vecteur d'état cinématique du véhicule ; - - sur la base de la détection du vecteur d'état cinématique du véhicule à déterminer un vecteur d'état dynamique, d'une part, et d'autre part, un signal de perturbation de conduite ; et 30 -- sur la base du vecteur d'état dynamique et du signal de perturbation, à produire un signal de détection de la situation de conduite proprement dite. 2906520 4 L'invention concerne aussi un dispositif de détection de situation de conduite pour véhicule. Le dispositif de l'invention comporte : - - un module de détection d'état cinématique du véhicule ; 5 -- un module de détermination d'un état dynamique et d'un signal de perturbation de conduite; et - - un module de détermination de situation de conduite connecté à la sortie du module de détermination d'un état dynamique et de perturbation. 10 Un premier objet de l'invention est de s'intégrer dans un système global dont l'architecture matérielle comprenant un dispositif de pilotage de trajectoire, un capteur de vitesse de lacet ou accélération transversale, un ou plusieurs capteurs permettant d'estimer la vitesse longitudinale du véhicule, un moyen 15 électronique de calcul et un capteur d'angle de volant. Un autre objet de l'invention est de produire un signal de détection de situation de sous virage au-delà de laquelle aucune action sur la direction ne permet de suivre la trajectoire demandée par le conducteur. 20 Un autre objet de l'invention est de produire un signal de détection de situations de survirage dans lesquelles il est généré une assistance au conducteur pour maintenir la stabilité de son véhicule au moyen de systèmes actifs d'aide à la conduite. Un autre objet de l'invention est de produire un signal de 25 réglage de sensibilité de détection de sous virage ou de survirage lors d'une étape ultérieure de contrôle de trajectoire du véhicule. Un autre aspect de l'invention est de produire une détection améliorée de paramètres par redondance des capteurs de paramètres d'état dynamique du véhicule. 30 Un autre objet de l'invention est de produire, à l'aide de cette redondance, un diagnostic de fonctions de contrôle du véhicule ou encore des capteurs mis en oeuvre. 2906520 5 Un autre objet de l'invention est, sur la base de la redondance des informations indépendantes exécutées, de réaliser des fonctions de sécurité de fonctionnement d'un dispositif de conduite. 5 Un autre objet de l'invention, en renonçant aux caractéristiques de redondance, est de réaliser une détection de situation de conduite avec un nombre réduit de capteurs. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description et des 10 figures annexées parmi lesquelles : - - la figure 1 est un organigramme du procédé de l'invention ; - - la figure 2 est un schéma bloc d'un exemple de réalisation d'un dispositif de l'invention. 15 A la figure 1, on a représenté un organigramme du procédé de l'invention. Après une étape de début E0, au cours de laquelle est procédé à l'initialisation des procédures et variables d'exécution du procédé, une boucle est initialisée qui comporte : - - une première étape El au cours de laquelle on réalise la 20 détection d'un vecteur d'état cinématique associé à des mesures de trajectoire ; - - une seconde étape E2 au cours de laquelle, sur la base de la détection des signaux de l'étape précédente El, on réalise l'observation d'un modèle d'état dynamique du véhicule sur sa 25 trajectoire ; et - - une troisième étape E3 au cours de laquelle, sur la base des données d'observation du modèle d'état dynamique du véhicule sur sa trajectoire réalisée lors de l'étape précédente E2, on réalise notamment la détection de la situation de conduite. 30 À l'issue de la troisième étape, un test F de fin de boucle de contrôle est réalisé et le contrôle retourne au début de boucle B ou en cas de fin de boucle vers une étape de fin EF. 2906520 6 À la figure 2, on a représenté un mode particulier de réalisation d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé de la figure 1. Le dispositif de l'invention comporte un premier bloc 1 pour recevoir et mettre en forme la pluralité de paramètres 5 d'entrée inscrits dans le vecteur d'état cinématique. Dans un mode particulier de réalisation, les paramètres d'entrée du vecteur d'état cinématique sont respectivement : - - la vitesse longitudinale du véhicule a ; - - la vitesse de lacet mesurée autour d'un centre de 10 rotation du véhicule b ; et - - la mesure d'angle de braquage des roues désiré c. Les signaux, ou paramètres d'entrée du vecteur d'état cinématique, sont passés à un second bloc 2 qui exécute un observateur d'un modèle dynamique du véhicule prédéterminé. A 15 cette fin, l'observateur est caractérisé par la donnée : - d'un vecteur d'état X, - d'un vecteur de sortie Y, et - d'une matrice de modélisation Ak décrivant le modèle dynamique k du véhicule prédéterminé dans un état dynamique k 20 déterminé, de sorte que : Y = Ak.X Dans un mode particulier de réalisation, le modèle dynamique du véhicule est un modèle de véhicule à deux roues sans ballant. 25 Dans un mode particulier de réalisation, une perturbation P est ajoutée au modèle dynamique de véhicule de sorte que : Y = Ak.X+P Dans un mode particulier de réalisation, la perturbation est appliquée à la vitesse de lacet L. Elle peut notamment être 30 choisie sous la forme d'un échelon sur un intervalle de temps fini selon une fonction de transfert h prédéterminée de sorte que : Y = Ak.X+Pt.L 2906520 7 Dans un mode particulier de réalisation, le second bloc 2 comporte aussi un modèle dynamique de l'actionneur de direction qui est contrôlé par le dispositif de l'invention. Le dispositif de l'invention est un dispositif de détection de 5 situation de conduite en virage, adapté à un véhicule dont le comportement dynamique, ainsi qu'il est connu, peut être sur la base d'un modèle dynamique qui intègre les paramètres dynamiques caractéristiques du véhicule, le cas échéant réparti par essieu, les divers moments d'inertie du véhicule, ainsi que les 10 paramètres géométriques comportant notamment la largeur des essieux, la distance entre deux essieux, leur position relative au centre d'inertie du véhicule. L'ensemble de ces paramètres permet de produire une matrice caractéristique Ak, dont les paramètres peuvent être 15 adaptés en fonction de phases d'apprentissage ou d'adaptation lors de la configuration dynamique du véhicule. Dans un mode particulier de réalisation, les paramètres dynamiques sont : M(Kg) : Masse totale du véhicule 20 Iz(N.m) : Inertie du véhicule autour d'un axe vertical Z passant par son centre de gravité G L1(m) : la distance du centre de gravité G à l'essieu avant L2(m) : la distance du centre de gravité G à l'essieu arrière L(m) : l'empattement du véhicule 25 D1(N/rad) : la rigidité de dérive avant D2(N/rad) : la rigidité de dérive arrière Bal(m) : le rayon de ballant avant Dem(s.u.) : la démultiplication de l'angle de braquage du volant de direction vers l'angle de braquage des roues 30 8f(rad) : l'angle mesuré des roues avant de l'axe longitudinal du véhicule 8 f (rad) : l'angle de braquage désiré des roues avant 2906520 8 V(m/s) : la vitesse longitudinale du véhicule yr (radis) : la vitesse de lacet, c'est-à-dire la vitesse de rotation du véhicule autour de son centre de gravité G suivant un axe vertical Z. 5 yr (rad/s) la vitesse de lacet calculée sur la base du modèle dynamique du véhicule, y t(m/s2) : l'accélération latérale, elle est mesurée au centre de gravité G. R (rad) l'angle de dérive, angle que fait le vecteur vitesse 10 du véhicule avec son axe longitudinal 13 (rad) : l'angle de dérive calculé par modèle. Ainsi qu'il est connu, l'intégration du modèle dynamique du véhicule, de la perturbation et/ou de l'actionneur de direction permet que l'observateur 2 produise des estimations des 15 paramètres décrivant le comportement dynamique du véhicule pour lesquels aucune mesure n'est disponible, ou pour lesquels une reconstruction par observateur est souhaitée. On va maintenant décrire un mode particulier de réalisation du procédé de l'invention pour exécuter une observation d'état, et 20 un mode de réalisation de mise en oeuvre dans un détecteur d'état de virage comportant un observateur d'état. L'observateur a pour but d'estimer les informations qui ne sont pas mesurées et qui sont nécessaires à la commande, soit les différents états du véhicule ainsi que les perturbations qui 25 agissent sur le véhicule. Dans un exemple de réalisation, l'observateur est construit à partir d'un modèle de véhicule à deux roues sans ballant en faisant l'hypothèse qu'une perturbation (A) de type échelon peut agir directement sur la vitesse de lacet du véhicule pour un intervalle de temps fini. Un étage de 30 modélisation dynamique du comportement de l'actionneur de mise en virage est ajouté le cas échéant. 2906520 9 L'équation d'état associée au modèle étendu par la perturbation est donnée par : X = Li` 13 8f A] X=AX+B18f 5 Y=CX+DBf dans lesquelles les quatre matrices A, B, C et D sont définies par : D1Li +DzLz D1L1 ù DzLz D1L1 0 ù A= -1û D1L1 VIw Iv Iw ûD2 Lz û D1 + D2 D1 0 MV 2 MV MV 0 0 1 0 o o i o o B= 10 C=[1 0 0 1],D=[0] où : Y =yr +A est la sortie considérée et A est la perturbation qui agit directement sur la sortie. A partir de ce modèle, on synthétise l'observateur en 15 appliquant la théorie classique des observateurs linéaires. Une observation Y est utilisée seule et on calcule un observateur sous la forme : X =k R sf A] du vecteur X précité. L'observateur constitue un étage du 20 calculateur pour estimer les états du véhicule et l'ensemble des perturbations qui agissent sur le véhicule. La structure de l'estimateur est dans un mode particulier de réalisation : 2906520 X =AX+BAS +Kobs(YùCX) @=CX+DBf dans lesquelles relations, l'opérateur indique que la valeur associée est une valeur estimée et Kobs(V) est un paramètre de réglage de l'observateur qui évolue en fonction de la vitesse du 5 véhicule V. L'estimation X =k S f Â] est utilisée par la suite du dispositif de l'invention qui sera maintenant décrite. Dans un mode préféré de réalisation, l'observateur 2 est construit de manière à ce que le vecteur d'état soit un 10 quadrivecteur donné par la liste : X = [vitesse_lacet, angle_dérive, angle_braquage_mesuré, perturbation]. L'observateur 2 de l'invention est construit sur une analyse du premier ordre du comportement dynamique du véhicule et qui 15 est implémenté sous la forme de deux relations matricielles principales qui sont : X' = A*X + B* angle_braquage_consigne Y = C*X + D* angle_braquage_consigne où X' est le vecteur dérivé par rapport au temps du vecteur d'état 20 X et Y est le vecteur de sortie de l'observateur qui est défini par la liste : Y = [vitesse_lacet + perturbation] A est une matrice de termes constants de dimension 4 x 4 puisque le vecteur d'états X est de dimension 4. Si d'autres 25 paramètres sont pris en compte dans le vecteur d'états, l'homme de métier sait augmenter les dimensions de A et y introduire les termes constants qui permettent de tenir compte du modèle dynamique du véhicule et/ou de l'actionneur de direction et de la perturbation choisie. 30 Dans un mode de réalisation, la dernière ligne et la dernière colonne de la matrice A sont nulles de sorte que la 10 2906520 11 perturbation qui est appliquée en quatrième composante du vecteur d'état X n'a pas d'influence à cet endroit de l'observateur. Cependant, la perturbation programmée dans l'observateur est prise en compte dans le vecteur de sortie de l'observateur qui 5 est, dans un mode de réalisation, constitué par un scalaire, la matrice C étant une matrice 4x4 nulle, sauf pour le premier et le dernier élément de sa diagonale principale. L'observateur du bloc 2 coopère avec un estimateur qui exécute l'estimation des états du véhicule et de l'ensemble des 10 perturbations qui agissent sur le véhicule. Dans un mode particulier de réalisation, on a choisi un estimateur, décrit par une fonction d'estimation dans laquelle ses paramètres Xe et Ye sont marqués par la lettre e et sont en relation avec les paramètres réels X et Y précités, qui exécute l'estimation : 15 X'e = A*Xe + B* angle_braquage_consigne + K_obs*(Y - C*Xe) Ye = C*Xe + D* angle_braquage_consigne dans laquelle les matrices A, B, C et D sont les matrices définies ci-dessus, K_obs est scalaire de réglage de l'estimateur qui est 20 déterminé lors d'une procédure d'adaptation de l'estimateur, et angle_braquage_consigne est le paramètre correspondant à l'angle de braquage désiré par le conducteur ou le système de conduite automatique. Les quatre données scalaires contenues obtenues par 25 l'observateur 2 sont alors transmises dans le vecteur d'état Xe et dans la donnée Ye et sont présentes respectivement aux sorties d, e, f et g du bloc 2 et les trois premières sont transmises à un bloc 3 de remise en forme dont la sortie transmet la donnée formatée vers un utilisateur 4 en sortie. 30 La quatrième sortie g est transmise à un circuit 5 qui produit sur sa sortie h une reproduction du signal de son entrée quand celui-ci dépasse un certain seuil. Le signal de transformation h est transmis à une seconde entrée d'un module 2906520 12 de détection 6 dont la première entrée reçoit le signal b issu du module de mise en forme des signaux des capteurs 1. Le module de détection 6 comporte un moyen de traitement pour élaborer un signal de sortie j sur la base des signaux d'entrée b et h de sorte 5 que, représenté par une fonction f(), le module 6 exécute le traitement j = f(b, h). Le signal de sortie de détection j est transmis en sortie à un module utilisateur 7. Dans un mode particulier de réalisation, les signaux 10 d'entrée du module de détection 6 sont : - le signal b : la mesure instantanée de la vitesse de lacet du véhicule ; - le signal h : le seuillage de l'estimation de la perturbation appliquée à l'organe de braquage des roues du véhicule. 15 Le signal de sortie permet de détecter l'apparition d'un état de survirage ou de sous virage selon le sens de braquage vers la droite ou vers la gauche. Dans un mode de réalisation la fonction f() de détection est implémentée sur une forme algorithmique selon le tableau : 20 Sur virage Sous virage Virage perturbation_estimée > 0 perturbation_estimée 0 vitesse lacet mesurée > 0 Virage perturbation_estimée 0 à droite vitesse lacet mesurée seuil_sensibilité_haut perturbation _estimee REVENDICATIONS 1 û Procédé de détection de situation de conduite d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il consiste : - - à détecter un vecteur d'état cinématique du véhicule (El) ; - - sur la base de la détection du vecteur d'état cinématique du véhicule à déterminer un vecteur d'état dynamique, d'une part, et d'autre part, un signal de perturbation de conduite (E2) ; et - - sur la base du vecteur d'état dynamique et du signal de perturbation, à produire un signal de détection de la situation de conduite proprement dite (E3). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape pour produire un signal de détection de situation de sous virage au-delà de laquelle est déclenché un signal d'inhibition d'action sur la direction pour éviter de suivre la trajectoire demandée par le conducteur. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape pour produire un signal de détection de situation de survirage dans laquelle il est exécuté une étape d'assistance au conducteur pour maintenir la stabilité du véhicule au moyen de systèmes actifs d'aide à la conduite. 4 - Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape pour produire un signal de réglage de sensibilité de détection de sous virage ou de survirage lors d'une étape ultérieure de contrôle de trajectoire du véhicule. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape pour produire une détection améliorée de paramètres par redondance des capteurs de paramètres d'état dynamique du véhicule. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape pour produire, au moyen d'une redondance des capteurs de paramètres d'état 2906520 15 dynamique du véhicule, un diagnostic de fonctions de contrôle du véhicule et/ou des capteurs mis en oeuvre. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape pour, sur 5 la base d'une redondance des informations indépendantes sur l'état dynamique du système, exécuter des fonctions de sécurité de fonctionnement d'un dispositif de conduite. 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape pour réaliser une 10 détection de situation de conduite avec un nombre réduit de capteurs. 9 û Dispositif de détection de situation de conduite d'un véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte : - - un module (1) de détection d'état cinématique du 15 véhicule ; - - un module (2) de détermination d'un état dynamique et d'un signal de perturbation de conduite produisant un signal représentatif d'un état dynamique et le cas échéant un signal représentatif d'une perturbation sur la base du signal d'état 20 cinématique et d'un modèle de représentation d'états dynamiques du véhicule ; et - - un module de détermination de situation de conduite connecté à la sortie du module de détermination d'un état dynamique et de perturbation. 25 10 û Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de pilotage de trajectoire, un capteur de vitesse de lacet ou accélération transversale, un ou plusieurs capteurs permettant d'estimer la vitesse longitudinale du véhicule, un moyen électronique de calcul et un capteur d'angle de volant. 30