Brevet FR3011793A1 — publié le 20150417

DISPOSITIF D'ANALYSE DE L'ÉTAT DE VOIES DE CIRCULATION DE VÉHICULES AUTOMOBILES L'invention concerne l'analyse des voies de circulation sur lesquelles peuvent circuler des véhicules automobiles. Les voies de circulation potentiellement empruntables par des véhicules automobiles peuvent être dans des états bien différents selon qu'il s'agit de chemins, de routes (en agglomération ou hors d'agglomération) ou la d'autoroutes. Il est donc utile de connaître leur état pour que les conducteurs de véhicules automobiles puissent les emprunter en connaissance de cause ou bien que les dispositifs d'aide à la navigation embarqués dans les véhicules automobiles puissent déterminer des trajets en fonction d'état(s) choisis par les conducteurs. 15 Aujourd'hui, l'état des voies de circulation est généralement considéré comme fonction de leur type. Ainsi, il est généralement considéré que les autoroutes (et voies rapides) ont des revêtements très lisses et donc sont toutes associées au meilleur des états, que les routes nationales hors agglomération et les routes dans les agglomérations sont lisses (peu 20 d'aspérités) et donc sont toutes associées à un bon état, que les routes départementales (ou de campagne) sont moyennement usées (aspérités fréquentes) et donc sont toutes associées à un état moyen, et que les chemins sont bosselés et donc sont tous associés au plus mauvais des états. Ce type de classement très grossier ne reflète que partiellement la réalité et 25 surtout ne permet pas de savoir quel est l'état réel de toutes les portions d'une même voie de circulation. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation, grâce à l'utilisation d'un critère d'analyse (ou de caractérisation) objectif fondé sur le niveau de sollicitation dynamique effectif du véhicule automobile qui emprunte 30 des voies de circulation. Elle propose notamment à cet effet un dispositif d'analyse, destiné à analyser (ou caractériser) l'état de voies de circulation Cj empruntées par des véhicules automobiles, et comprenant : - des moyens de traitement agencés pour estimer pour des portions PCjm d'une voie de circulation Cj, empruntées par un véhicule, des valeurs globales cumulées et normalisées VGCNjm d'une grandeur représentative de vibrations subies par ce véhicule sur une fenêtre temporelle associée à des données de localisation dlm du véhicule, en fonction chacune de valeurs primaires cumulées VPCjmi de cette grandeur, estimées pour ce véhicule sur des fenêtres temporelles associées à des données de localisation dlm sensiblement identiques, et - des moyens d'analyse agencés pour attribuer à chacune de ces portions PCjm une valeur représentative de son état et fonction de la valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm estimée pour elle. Grâce à ces estimations de valeurs globales cumulées et normalisées VGCNjm sur des fenêtres temporelles, on peut connaître le niveau de sollicitation du véhicule sur chaque portion PCjm d'une voie de circulation Cj et donc en déduire l'état de chaque portion PCjm. Le dispositif d'analyse selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - ses moyens d'analyse peuvent être agencés pour comparer chaque valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm estimée pour une portion PCjm à au moins deux seuils prédéfinis, et pour attribuer à chacune des portions PCjm une valeur qui est représentative de son état choisi parmi au moins trois états différents en fonction du résultat de la comparaison ; - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour estimer chaque valeur primaire cumulée VPCjmi (de la grandeur) sur une portion PCjm en fonction de données primaires qui sont représentatives de mesures d'accélération effectuées dans le véhicule lorsqu'il parcourt cette portion PCjm et associées à des données de localisation dlm de ce véhicule ; - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour estimer chaque valeur primaire cumulée VPCjmi en fonction de sommes de données primaires élevées à la puissance quatre ; - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour utiliser des données primaires égales au produit d'une mesure d'accélération par un coefficient de pondération choisi ; - il peut comprendre des moyens de mesure agencés pour effectuer les mesures d'accélération ; - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour utiliser une fenêtre temporelle glissante ; - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour estimer chaque valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm en fonction d'une somme, o élevée à la puissance 0,25, de trois valeurs primaires globales cumulées et normalisées VGCNjm; de la grandeur, élevées à la puissance quatre, et estimées respectivement dans trois directions de l'espace perpendiculaires entre elles ; - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour estimer chaque 15 valeur primaire globale cumulée et normalisée VGCNjm; en fonction du résultat, élevé à la puissance 0,25, d'un produit entre une valeur primaire cumulée VPCjmi élevée à la puissance quatre, et un rapport entre un nombre de normalisation P et la durée de la fenêtre temporelle ; 20 il peut comprendre des moyens de localisation agencés pour fournir les données de localisation dlm. L'invention propose également un véhicule automobile propre à circuler sur des voies de circulation et comprenant un dispositif d'analyse du type de celui présenté ci-avant. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue du dessus, un exemple de véhicule automobile équipé d'un exemple de 30 réalisation d'un dispositif d'analyse selon l'invention, et la figure 2 illustre au sein d'un diagramme deux exemples de courbes de pondération fréquentielle (pf - en dB) en fonction de la fréquence (f - en hertz), pouvant être utilisées par un dispositif d'analyse selon l'invention. L'invention a notamment pour but de proposer un dispositif d'analyse D, destiné à analyser (ou caractériser) l'état de voies de circulation Cj empruntées par des véhicules automobiles. On a schématiquement et fonctionnellement représenté sur la figure 1 un exemple de réalisation d'un dispositif d'analyse D selon l'invention, installé (non limitativement) dans un véhicule automobile V dédié aux analyses. Il est important de noter qu'un dispositif d'analyse D, selon l'invention, peut ne pas être installé dans un véhicule automobile V. En effet, il peut être installé dans un ordinateur individuel, ou dans tout équipement électronique disposant de moyens de calcul et de moyens propres à utiliser des logiciels. Par conséquent, le dispositif d'analyse D peut être réalisé sous la forme d'une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels (ou informatiques (ou « software »)), ou bien seulement de modules logiciels (notamment pour le traitement du signal). On notera également que lorsque le dispositif d'analyse D n'est pas installé dans un véhicule automobile, il faut qu'un véhicule automobile acquiert au moins des données primaires brutes (sur lesquelles on reviendra plus loin) et que ces dernières puissent être transmises au dispositif d'analyse D. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule automobile V qui réalise l'analyse des voies de circulation Cj est une voiture. Mais il pourrait s'agir d'un autre type de véhicule automobile, et notamment d'un camion, d'un véhicule utilitaire ou d'une motocyclette, et plus généralement de tout équipement pouvant rouler sur des voies de circulation. Par exemple, le véhicule (automobile) V comprend un réseau de communication (ou réseau de bord) RC embarqué, éventuellement de type multiplexé, et permettant l'échange d'informations entre des équipements électroniques embarqués (et ici notamment le dispositif d'analyse D). Ces informations peuvent être, par exemple, des commandes (ou instructions), des messages, des fichiers de données, des valeurs de paramètres, de grandeurs ou d'états mesurées ou estimées, ou des résultats de calculs. Comme illustré, un dispositif d'analyse D, selon l'invention, comprend au moins des moyens de traitement MT et des moyens d'analyse MA. Les moyens de traitement MT sont agencés pour estimer pour des portions PCjm d'une voie de circulation Cj, empruntées par le véhicule V, des valeurs globales cumulées et normalisées VGCNjm d'une grandeur qui est représentative de vibrations subies par ce véhicule V sur une fenêtre temporelle qui est associée à des données de localisation dlm du véhicule V. Chaque estimation est réalisée pour une portion PCjm en fonction de valeurs primaires cumulées VPCjmi de la grandeur, estimées pour le véhicule V sur des fenêtres temporelles qui sont associées à des données de localisation l o dlm sensiblement identiques. On comprendra que l'indice j désigne ici une voie de circulation Cj, tandis que l'indice m désigne l'une des portions PCjm d'une voie de circulation Cj. Les données de localisation dlm sont fournies par un module de 15 localisation ML, par exemple par satellites (éventuellement de type GPS). Dans l'exemple non limitatif illustré, ce module de localisation ML fait partie du dispositif d'analyse MA. Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, il pourrait faire partie d'un autre équipement embarqué dans le véhicule V (même temporairement) et utilisant des données de localisation pour son usage 20 personnel. Ainsi, cet autre équipement pourrait être un dispositif d'aide à la navigation. Ce qui est important ici, c'est que des données primaires (décrites plus loin) acquises dans le véhicule V puissent être associées en temps réel à des données de localisation dlm qui sont représentatives de la position en cours du véhicule V, et que ces données de localisation dlm et les données 25 primaires associées puissent être traitées par le dispositif d'analyse D. Les moyens d'analyse MA sont agencés pour attribuer à chacune des portions PCjm d'une voie de circulation Cj une valeur qui est représentative de son état et fonction de la valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm estimée pour elle (PCjm). 30 L'estimation de valeurs globales cumulées et normalisées VGCNjm sur des fenêtres temporelles permet avantageusement de connaître le niveau de sollicitation du véhicule V sur chaque portion PCjm d'une voie de circulation Cj et donc d'en déduire l'état de chaque portion PCjm. La précision de l'analyse dépend du nombre d'états différents qui peuvent être associés aux portions PCjm en fonction des valeurs globales cumulées et normalisées VGCNjm estimées qui sont associées à ces dernières (PCjm). Par exemple, les moyens d'analyse MA peuvent attribuer les valeurs d'état après avoir effectué des comparaisons. Dans ce cas, ils sont agencés pour comparer chaque valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm estimée pour une portion PCjm à au moins deux seuils prédéfinis, et pour attribuer à chacune des portions PCjm une valeur qui est représentative de son état choisi parmi au moins trois états différents en fonction du résultat de la comparaison. Ces trois états peuvent être par exemple un très bon état (défini par une première valeur d'état), un état moyen (défini par une deuxième valeur d'état), et un mauvais état (défini par une troisième valeur d'état). Un nombre d'états supérieur à trois peut être utilisé. Par exemple, on peut utiliser trois seuils prédéfinis pour qualifier quatre états différents : un très bon état (défini par une première valeur d'état), un bon état (défini par une deuxième valeur d'état), un état moyen (défini par une troisième valeur d'état), et un mauvais état (défini par une quatrième valeur d'état). Par exemple, les moyens de traitement MT peuvent estimer chaque valeur primaire cumulée VPCjmi (de la grandeur) sur une portion PCjm en fonction de données primaires qui sont représentatives de mesures d'accélération effectuées dans le véhicule V lorsqu'il parcourt cette portion PCjm et qui sont associées à des données de localisation dlm du véhicule V. On notera que les mesures d'accélération peuvent avoir plusieurs origines. En effet, elles peuvent par exemple être effectuées par un équipement qui est embarqué dans le véhicule V et qui les utilisent pour ses besoins internes. Cela peut, par exemple, être le calculateur chargé de contrôler la trajectoire du véhicule V (fonction ESP (« Electronic Stability Program »)). En variante, elles peuvent par exemple être effectuées par un boîtier de mesures d'accélération implanté spécifiquement dans le véhicule V, de préférence au voisinage de son centre de gravité, et pouvant les transmettre au dispositif d'analyse D (par exemple via le réseau de communication RC). Dans encore une autre variante, illustrée non limitativement sur la figure 1, elles peuvent par exemple être effectuées par un module de mesures d'accélération MM qui fait partie du dispositif d'analyse D. De préférence, ces mesures d'accélération sont effectuées suivant trois directions de l'espace (X, Y, Z) qui sont perpendiculaires entre elles. La direction X est la direction longitudinale (parallèle aux côtés longitudinaux du véhicule V), la direction Y est la direction transversale (perpendiculaire à la direction longitudinale X), et la direction Z est la direction verticale io (perpendiculaire aux directions longitudinale X et transversale Y). L'estimation de chaque valeur primaire cumulée VPCjmi peut se faire de différentes manières. L'indice i désigne ici une direction de l'espace, soit i = x, y ou z. Ainsi, elle peut se faire en fonction de sommes (ou intégrales) de données primaires élevées à la puissance quatre (4). 15 La puissance quatre est ici utilisée pour donner plus d'importance relative aux forts niveaux. En variante, on pourrait utiliser des puissances différentes, multiples de 2, par exemple comprises entre 2 à 20. Par exemple, les données primaires peuvent être des mesures d'accélération non traitées (ou brutes) ai(t) effectuées à un instant t par les 20 moyens de mesure MM. Mais, il est préférable d'utiliser des données primaires qui sont chacune égale à une accélération pondérée alpe) résultant du produit d'une mesure d'accélération non traitée (ou brute) ai(t) par un coefficient de pondération wi. On a alors alpe) = ai(t) * wi. Cette pondération est destinée à 25 fournir des résultats plus réalistes par rapport au dispositif empruntant les voies de circulation. Deux exemples de courbes de pondération fréquentielle (pf) en dB, référencées Cl et C2, sont illustrés sur la figure 2 en fonction de la fréquence (f) en Hz. La première courbe Cl est constituée de coefficients w, dédiés aux 30 accélérations a, suivant la direction verticale Z, tandis que la seconde courbe C2 est constituée de coefficients wx,y dédiés aussi bien aux accélérations ax suivant la direction longitudinale X qu'aux accélérations ay suivant la direction transversale Y. Les courbes de coefficients wi sont stockées et utilisées par les moyens de traitement MT du dispositif d'analyse D. Mais on notera que lorsque le dispositif d'analyse D est externe au véhicule V et alimenté en données primaires de type accélération pondérée alpe), c'est le dispositif d'acquisition de données primaires qui est installé dans le véhicule V qui détermine lui-même les accélérations pondérées alpe) à partir des accélérations brutes ai(t). Lorsque les données primaires sont des accélérations pondérées api(t), chaque valeur primaire cumulée VPCjmi peut être donnée par la l o relation : 7 71 0,25 où t = 0 est l'instant où débute une fenêtre temporelle, et T est l'instant où se termine cette fenêtre temporelle. La durée T de la fenêtre temporelle est choisie en fonction du type d'analyse pour permettre une discrimination des 15 variations de sollicitation du véhicule V directement liées à la qualité des voies de circulation empruntées. Par exemple, elle peut être comprise entre 0,5 s et 10 s. Plus la durée T est courte, plus on renforce l'importance des défauts sur une portion PCjm et la capacité à détecter des « obstacles » courts en distance sur la chaussée. En revanche, plus la durée T est longue, plus on 20 diminue l'importance des défauts sur une portion PCjm du fait du moyennage. On notera qu'une portion PCjm peut être éventuellement associée à au moins deux fenêtres temporelles. On notera également que les moyens de traitement MT peuvent être éventuellement agencés pour utiliser une fenêtre temporelle glissante. Dans 25 ce cas, on peut avoir un taux de recouvrement entre les fenêtres temporelles glissantes successives. Cela permet de lisser les résultats obtenus, notamment lorsque la vitesse du véhicule V varie fréquemment et sensiblement. Par exemple, ce taux de recouvrement peut être compris entre environ 10% et environ 90%. Plus ce taux est élevé, plus l'évaluation se fait 30 sur des points qui sont rapprochés pour la distance parcourue. On notera également que la grandeur VPCjmi, définie par la relation précédente, représente en quelque sorte la dose (ou quantité) de vibrations subies par le véhicule V pendant une fenêtre temporelle. Lorsque cela est possible, chaque valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm est préférentiellement estimée en fonction d'une somme, élevée à la puissance 0,25 (ou 1/4), de trois valeurs primaires globales cumulées et normalisées VGCNjm; (de la grandeur), élevées à la puissance quatre (4), et estimées respectivement en fonction de premières (i = x), deuxièmes (i = y) et troisièmes (i = z) données primaires représentatives de o mesures d'accélération effectuées dans le véhicule V respectivement dans les trois directions de l'espace X, Y et Z qui sont perpendiculaires entre elles. On a alors VGCNjm = (VGCNjmx4 + VGCNjmy4 + VGCNjm74)°25, où VGCNjmx est la valeur primaire cumulée de la grandeur suivant la direction longitudinale X, VGCNjmy est la valeur primaire cumulée de la grandeur suivant la direction 15 transversale Y, et VGCNjm, est la valeur primaire cumulée de la grandeur suivant la direction verticale. Dans ce cas, chaque valeur d'état associée à une portion PCjm peut, par exemple, être considérée comme représentative du niveau de sollicitation du véhicule lorsque ce dernier circule sur cette portion PCjm. 20 On notera que l'on pourrait se cantonner à l'acquisition de mesures d'accélération suivant la seule direction verticale Z. Dans ce cas VGCNjm = VGCNjmz. Dans ce cas, chaque valeur d'état associée à une portion PCjm peut, par exemple, être considérée comme représentative du niveau de sollicitation des passagers du véhicule lorsque ce dernier circule sur cette 25 portion PCjm. A titre d'exemple, les moyens de traitement MT peuvent être agencés pour estimer chaque valeur primaire globale cumulée et normalisée VGCNjm; en fonction du résultat, élevé à la puissance 0,25 (ou 1/4), d'un produit entre une valeur primaire cumulée VPCjmi élevée à la puissance quatre (4), et un 30 rapport entre un nombre de normalisation P et la durée T de la fenêtre temporelle. On a alors : Par exemple, le nombre de normalisation P peut être égal à (8*3600 = 28800) lorsque l'on veut normaliser sur une durée de huit heures rapportée en secondes (dans ce cas T est également donné en secondes). On notera que d'une manière générale le nombre de normalisation P est égal à (p*3600) lorsque l'on veut normaliser sur une durée de p heures rapportée en secondes. On notera également que si une même portion PCjm d'une voie de circulation Cj est empruntée Njm fois par le véhicule V (avec Njm 2), la valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm associée peut être égale à la ,o moyenne des valeurs globales cumulées et normalisées VGCNjm obtenues pour cette portion PCjm. En variante, si une même portion PCjm d'une voie de circulation Cj est empruntée Njm fois par le véhicule V (avec Njm 2), la valeur primaire cumulée VPCjmi associée peut être égale à la moyenne des valeurs primaires 15 cumulées VPCjmi obtenues pour cette portion PCjm dans chacune des fenêtres temporelles concernées. REVENDICATIONS1. Dispositif (D) pour l'analyse de l'état de voies de circulation (Cj) empruntées par des véhicules automobiles (V), caractérisé en ce qu'il comprend i) des moyens de traitement (MT) agencés pour estimer pour des portions (PCjm) d'une voie de circulation (Cj), empruntées par un véhicule (V), des valeurs globales cumulées et normalisées VGCNjm d'une grandeur représentative de vibrations subies par ce véhicule (V) sur une fenêtre o temporelle associée à des données de localisation dlm dudit véhicule (V), en fonction chacune de valeurs primaires cumulées VPCjmi de ladite grandeur, estimées pour ledit véhicule (V) sur des fenêtres temporelles associées à des données de localisation dlm sensiblement identiques, et ii) des moyens d'analyse (MA) agencés pour attribuer à chacune desdites portions (PCjm) 15 une valeur représentative de son état et fonction de la valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm estimée pour elle (PCjm). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'analyse (MA) sont agencés pour comparer chaque valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm estimée pour une portion (PCjm) à au moins 20 deux seuils prédéfinis, et pour attribuer à chacune desdites portions (PCjm) une valeur représentative de son état choisi parmi au moins trois états différents en fonction du résultat de ladite comparaison. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour estimer chaque 25 valeur primaire cumulée VPCjmi de ladite grandeur sur une portion (PCjm) en fonction de données primaires représentatives de mesures d'accélération effectuées dans ledit véhicule (V) lorsqu'il parcourt ladite portion (PCjm) et associées à des données de localisation dlm dudit véhicule (V). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits 30 moyens de traitement (MT) sont agencés pour estimer chaque valeur primaire cumulée VPCjmi en fonction de sommes de données primaires élevées à la puissance quatre. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ceque lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour utiliser des données primaires égales au produit d'une mesure d'accélération par un coefficient de pondération choisi. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il 5 comprend des moyens de mesure (MM) agencés pour effectuer lesdites mesures d'accélération. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour estimer chaque valeur globale cumulée et normalisée VGCNjm en fonction d'une somme, élevée à 10 la puissance 0,25, de trois valeurs primaires globales cumulées et normalisées VGCNjm; de ladite grandeur, élevées à la puissance quatre, et estimées respectivement dans trois directions de l'espace perpendiculaires entre elles. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdits 15 moyens de traitement (MT) sont agencés pour estimer chaque valeur primaire globale cumulée et normalisée VGCNjm; en fonction du résultat, élevé à la puissance 0,25, d'un produit entre une valeur primaire cumulée VPCjmi élevée à la puissance quatre, et un rapport entre un nombre de normalisation P et la durée de ladite fenêtre temporelle. 20 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de localisation (ML) agencés pour fournir lesdites données de localisation dlm. 10. Véhicule automobile (V) propre à circuler sur des voies de circulation (Cj), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'analyse (D) selon l'une 25 des revendications précédentes.