Brevet FR3012381A1 — publié le 20150501

PROCÉDÉ DE SURVEILLANCE DE L'ÉTAT DE VIGILANCE DU CONDUCTEUR D'UN VÉHICULE AUTOMOBILE, ET SYSTEME ASSOCIÉ La présente invention concerne les systèmes d'aide à la conduite, désignés également par l'acronyme anglo-saxon ADAS ( Advanced Driver Assistance Systems) et plus particulièrement les systèmes de surveillance de l'état de vigilance du conducteur d'un véhicule automobile basés notamment sur la détection des comportements à risque liés à l'hypovigilance. En effet, lors de phases d'inattention et de somnolence, le conducteur ne la maitrise plus totalement son véhicule, ses réflexes et sa perception de l'environnement sont altérés. Comme le sait l'homme de l'art, certains véhicules automobiles sont équipés d'un système exploitant un ou plusieurs des paramètres suivant : - la trajectoire du véhicule dans sa voie ; 15 - la fréquence de correction de la trajectoire via le volant (zigzag ; - l'analyse du visage du conducteur par caméra. Les actions du conducteur sur le volant et plus précisément les variations de ces actions sur le volant, sont dépendantes du type de route emprunté, du trafic, du type de conduite (sportif, promenade), ... 20 Or, la plupart de ces systèmes exploitent de façon indépendante les actions du conducteur (action sur le volant) et la position du véhicule dans sa voie, sans prendre en compte ces informations en fonction des situations de conduite. Pour pallier cet inconvénient, Il est connu, notamment du document 25 US5745031A1, un système mettant en oeuvre des moyens de détection de zigzag, et des moyens de comparaison du comportement courant de conduite du conducteur à un comportement de référence. Le procédé de traitement des informations issues des moyens de détection, comprend une étape d'analyse d'image pour rechercher les lignes blanches, une étape de 30 calcul de la distance de chaque ligne au véhicule, et une étape de calcul de taux de zigzag moyen. L'observation de cette information est réalisée sur la base de critères macroscopiques (par exemple, la fréquence de la correction de la trajectoire via le volant), ce qui rend la détection peu réactive et peut 35 générer de fausses alarmes. L'invention a donc pour but d'améliorer l'efficacité des systèmes de détection de l'état de vigilance du conducteur, et de l'alerter en temps réel, de manière à améliorer sa sécurité. Elle propose à cet effet un procédé de surveillance de l'état de vigilance du conducteur qui exploite de manière synchronisée l'analyse de la position du véhicule avec l'analyse détaillée de l'amplitude de ses actions brusques sur le volant ; actions désignées couramment par « coups de volant ». Les « coups de volants » reflexes sont caractérisés par une haute dynamique appliquée par le conducteur sur l'organe de direction du véhicule via le volant, et peuvent être détectés à partir de la vitesse de rotation du volant ou du couple appliqué au volant. la Par haute dynamique, on entend un mouvement brusque qui se distingue d'un mouvement de conduite fluide sans à coup. L'invention a donc pour premier objet un procédé de surveillance de l'état de vigilance d'un conducteur de véhicule automobile, équipé de moyens d'acquisition d'images et de détection de la position du véhicule sur la voie 15 sur laquelle il circule, et des moyens d'alerte, caractérisé en ce qu'il consiste : - à surveiller la trajectoire du véhicule dans sa voie ; - à mesurer l'amplitude des coups-de-volant en relation avec la position du véhicule dans la voie ; 20 - à suivre l'évolution temporelle de l'ensemble des coups-de-volant, considérés sur un intervalle de temps déterminé pour en déduire un niveau de vigilance ; et - à déclencher une alerte perceptible par le conducteur quand le niveau de vigilance est inférieur à un niveau de vigilance déterminé. 25 Selon une caractéristique, le procédé consiste, quand il a identifié que le véhicule est sorti de sa trajectoire, à mesurer l'amplitude de la vitesse de rotation du volant et l'angle volant permettant d'identifier dans quelle direction le conducteur a souhaité rattraper la trajectoire du véhicule sur sa voie et avec quelle dynamique, et à mémoriser l'amplitude, en valeur absolue, de la 30 vitesse de rotation du volant comme un niveau de vigilance de référence. Selon une autre caractéristique, il consiste à intégrer les différents niveaux de vigilance sur un intervalle de temps déterminé et si le résultat est inférieur au niveau de vigilance de référence requis, à activer une alerte perceptible par le conducteur. 35 L'invention a pour deuxième objet un système de surveillance de l'état de vigilance d'un conducteur de véhicule automobile pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, ledit véhicule étant équipé de moyens d'acquisition d'images et de détection de la position du véhicule sur la voie sur laquelle il circule, et des moyens d'alerte, caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de comparaison de trajectoires aptes à comparer la trajectoire réelle du véhicule avec la configuration de la voie de circulation sur laquelle il évolue ; - des moyens de discrimination exploitant les informations délivrées par les moyens de comparaison de trajectoires et des informations volant ; - des moyens de surveillance de la trajectoire du véhicule aptes à suivre l'évolution temporelle de l'ensemble des informations volant, considérés sur un intervalle de temps déterminé pour en déduire un niveau de vigilance ; - des moyens d'évaluation du niveau de vigilance aptes à déclencher les moyens d'alerte quand le niveau de vigilance est inférieur à un niveau de vigilance de référence ; et - une IHM apte à restituer l'information d'alerte au conducteur sous la forme d'un signal visuel et/ou sonore et/ou haptique. Selon une caractéristique, il comporte en outre des moyens d'activation qui activent automatiquement le système quand des conditions déterminées de configuration de voie et de paramètres véhicules sont remplies. Selon une autre caractéristique, les conditions d'activation sont remplies quand la vitesse du véhicule est supérieure à une vitesse déterminée, que la voie de circulation est reconstruite, et qu'au moins un des paramètres véhicule choisi parmi le groupe suivant est présent : absence d'activité du conducteur, état actif du régulateur, absence d'action sur l'un au moins des organes de commande du véhicule. Enfin, l'invention a pour troisième objet un véhicule automobile équipé d'un système tel que décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 illustre par un synoptique, les principales étapes du procédé selon l'invention ; et - la figure 2 illustre, par un schéma bloc fonctionnel, un système pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Dans le description qui suit, on considèrera plus particulièrement la vitesse de rotation du volant sans exclure pour autant la possibilité de considérer le couple appliqué au volant. Le procédé selon l'invention exploite les informations fournies par une caméra frontale disposée de préférence, en haut du pare-brise du véhicule, afin de reconstruire la voie de circulation du véhicule à partir des lignes et la les obstacles présents dans l'environnement avant immédiat du véhicule. Le procédé détermine ensuite la position du véhicule dans sa voie de circulation, et les informations fournies par le capteur d'angle volant, permettent d'en déduire la variation de la vitesse de rotation du volant en temps réel. 15 Ainsi, dès qu'un franchissement de ligne (débordement de voie) ou de déviation de la trajectoire du véhicule, le coup de volant donné par le conducteur ayant provoqué ce débordement, ou déviation, est analysé et classifié de manière à filtrer les coups de volant intentionnels de ceux découlant d'un défaut de vigilance du conducteur assimilé à une erreur de 20 conduite. Cette analyse et cette classification permettent d'identifier qu'un conducteur est en hypovigilance, et de l'alerter via une alerte visuelle et/ou sonore et/ou haptique. La caméra permet de définir la distance de la roue avant droite, 25 respectivement gauche, par rapport à la ligne située à droite de la roue droite, respectivement à gauche de la roue gauche et, par conséquent, d'identifier la position précise du véhicule dans sa voie. Elle permet aussi de définir la courbure de la voie (au travers de la courbure des lignes) et la position des obstacles sur les voies proches du véhicule 30 porteur. Ainsi, la trajectoire du véhicule est calculée par l'analyse continue (en temps réel) de la position du véhicule dans sa voie. Lorsque le conducteur est distrait ou somnolent (comportement qualifiant un défaut de vigilance), il va agir sur son volant et corriger de manière tardive 35 sa trajectoire en appliquant des mouvements brusques sur le volant. Il est à noter que ce type de comportement pourrait être aussi observé dans un cas de conduite « attentive » si le conducteur prend des décisions de manière tardive mais volontaire, ou si son style de conduite est typé sportif. Il est donc important de pouvoir discriminer les actes volontaires tardifs des actes involontaires liés à un défaut de vigilance pour cause de fatigue ou d'inattention. Aussi, pour distinguer les actes volontaires des actes involontaires traduisant une hypovigilance, le procédé selon l'invention comporte les étapes successives suivantes, telles qu'illustrées en référence à la figure 1. Dans une première étape 1, le procédé détermine la position du véhicule dans sa voie. Dans une seconde étape 2, il estime le risque de franchissement de ligne ou, le franchissement de ligne du véhicule à partir des informations « volant » : angle volant et vitesse de rotation du volant, deux paramètres aptes à caractériser le « coup de volant ». Dans une troisième étape 3, si le véhicule franchit la ligne ou s'en rapproche, et que le coup de volant réalisé par le conducteur permet au véhicule de se recentrer dans sa voie, alors le procédé détermine si cet événement est à classifier comme étant un évènement d'inattention. Pour cela, le sens de rotation déterminé par le signe de l'angle volant ainsi que la vitesse de rotation du volant, sont exploités pour identifier dans quelle direction le conducteur a souhaité rattraper sa trajectoire et avec quelle 20 dynamique. Par exemple, si le véhicule se rapproche de la ligne de droite, et que les informations volant indiquent un rattrapage de la direction orientant le véhicule vers la gauche, le procédé selon l'invention, à partir d'un seuil prédéterminé de vitesse de rotation du volant, détermine que la trajectoire a 25 été rattrapée de manière tardive si la vitesse de rotation est inférieure au seuil prédéterminé. Par contre, si dans les mêmes conditions, l'action sur le volant indique une direction vers la droite, la situation est exclue puisque la volonté du conducteur est justement de s'orienter vers cette ligne. Le même principe est utilisé pour traiter les rapprochements vers la ligne de 30 gauche. Lorsqu'une situation de rattrapage de trajectoire est identifiée à l'étape 3, l'amplitude de la vitesse de rotation du volant (en valeur absolue) est exploitée dans une quatrième étape 4 comme indicateur ou seuil de niveau de vigilance observé : plus l'amplitude de la vitesse de rotation du volant est 35 grande, plus l'action du conducteur sur son volant a été brusque. Dans une cinquième étape 5, cette amplitude est enregistrée puis intégrée au cours du temps, de telle sorte que si ce type d'évènement survient de manière répétée dans un intervalle de temps déterminé (par exemple, 10 minutes), le conducteur est alerté, dans une étape 6, par exemple par un signal sonore suivi ou en simultané, d'un affichage visuel lui suggérant d'être plus vigilant, ou de s'arrêter. La figure 2 illustre, par un schéma bloc fonctionnel, un système de surveillance 100 d'un véhicule automobile 101, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Le système de surveillance 100 comporte des moyens d'analyse 10 recevant d'une part, des informations délivrées par des moyens d'acquisition d'images 11 de l'environnement extérieur du véhicule 101 et, d'autre part, des informations 12 issues du véhicule 101 lui-même. Plus particulièrement, les moyens d'acquisition d'images 11 comportent une caméra dite « frontale », disposée de préférence en partie haute du pare-brise du véhicule 101 et orientée de manière à identifier les lignes et les obstacles présents dans l'environnement avant immédiat du véhicule 101. Les moyens d'analyse 10 analysent les données qui sont fournies par la caméra 11 afin de reconstruire la voie de circulation à partir de la configuration des lignes délimitant la voie, calculent en temps réel la trajectoire du véhicule sur la voie ainsi reconstruite, et détectent chaque éventuel rapprochement ou franchissement d'une des lignes par le véhicule. Le système 100 comporte des moyens d'activation 13 qui activent automatiquement le système 100 quand l'une ou plusieurs des conditions suivante sont remplies : - la vitesse du véhicule 101 est supérieure à une vitesse déterminée (par exemple, 50 km/h) - la voie de circulation a pu être reconstruite de manière suffisamment fiable, - en l'absence d'activité du conducteur par l'état actif du régulateur et/ou l'absence d'action sur les organes de commande du véhicule comme la pédale de frein, la pédale d'accélérateur et le levier de commande de la boîte de vitesses. Le système 100 comporte également des moyens de comparaison 14 de la trajectoire réelle du véhicule 101 par rapport à la configuration de sa voie de circulation afin de déterminer si le changement de trajectoire du véhicule est conforme à la configuration de la voie ou au comportement dynamique du conducteur, à partir d'informations telles que : rayon de courbure de la voie, angle de lacet du véhicule, son cap, ... Le système 100 comporte en outre des moyens de discrimination 15 permettant de déterminer si les changements de position du véhicule 101 dans sa voie de circulation, sont volontaires, ou non volontaires par le conducteur. Les moyens de discrimination 15 exploitent les informations délivrées, par exemple, par l'indicateur de direction du véhicule 101 (clignotant), ou par l'absence de cette information, par le capteur d'angle volant et par les moyens de comparaison de trajectoire 14. Quand un premier changement de position dans la voie (écart de trajectoire du véhicule sur sa voie) a été jugé non volontaire, le système 100 met en oeuvre des moyens de surveillance 16 de la trajectoire afin de suivre l'évolution temporelle de l'ensemble des informations volant, considérés sur un intervalle de temps déterminé. Un comportement du conducteur est jugé à risque lorsque l'évolution dans le temps de la position du véhicule 101 dans sa voie, et notamment les écarts de trajectoire du véhicule dans sa voie, sont répétés dans l'intervalle de temps déterminé, corrélée à l'amplitude de la vitesse de rotation du volant (coup de volant). La fusion de ces informations avec d'autres informations comme le temps de roulage sans interruption, le rythme circadien, ... est prise en compte par des moyens d'évaluation 17 aptes à déterminer un niveau global de vigilance attendu déterminé à partir de l'ensemble des vitesses de rotation volants observées dépassant un seuil prédéterminé. L'information de niveau de vigilance global attendu est transmise au conducteur via l'IHM (Interface Homme Machine) général du véhicule ou une IHM 18 dédiée, par exemple sous la forme d'un message visuel. Un signal d'alerte est généré si le niveau global de vigilance attendu est inférieur à un seuil de vigilance minimal déterminé. Le signal d'alerte est alors communiqué au conducteur via l'IHM (Interface Homme machine) général 18 du véhicule ou une IHM dédiée 19 sous la forme d'un message visuel et sonore. L'exploitation simultanée de l'évolution temporelle de la trajectoire du véhicule 101 et des actions sur le volant de type « coups de volant », permet de robustifier ce type de surveillance (réduction des fausses-alertes) en excluant les conduites de type sportive, les écarts liées aux obstacles et les changements de voie volontaires. Elle permet de différencier les écarts de trajectoire liés à la volonté (et la commande) conducteur de ceux qui ne le sont pas. REVENDICATIONS1. Procédé de surveillance de l'état de vigilance d'un conducteur de véhicule automobile, équipé de moyens d'acquisition d'images et de détection de la position du véhicule sur la voie sur laquelle il circule, et des moyens d'alerte, caractérisé en ce qu'il consiste : - à surveiller (1, 2) la trajectoire du véhicule dans sa voie ; - à mesurer (4) l'amplitude des coups de volant en relation avec la position du véhicule dans la voie ; - à suivre (5) l'évolution temporelle de l'ensemble des coups de volant, considérés sur un intervalle de temps déterminé pour en déduire un niveau de vigilance ; et - à déclencher (6) une alerte perceptible par le conducteur quand le niveau de vigilance est inférieur à un niveau de vigilance déterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, quand il a identifié (2) que le véhicule est sorti de sa trajectoire, à mesurer (3) l'amplitude de la vitesse de rotation du volant et l'angle volant permettant d'identifier dans quelle direction le conducteur a souhaité rattraper la trajectoire du véhicule sur sa voie et avec quelle dynamique, et à mémoriser (5) l'amplitude, en valeur absolue, de la vitesse de rotation du volant comme un niveau de vigilance de référence. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il consiste à intégrer (5) les différents niveaux de vigilance sur un intervalle de temps déterminé et si le résultat est inférieur au niveau de vigilance de référence requis, à activer (6) une alerte perceptible par le conducteur. 4. Système de surveillance (100) de l'état de vigilance d'un conducteur de véhicule automobile (101) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, ledit véhicule (101) étant équipé de moyens d'acquisition d'images (11) et de détection (10) de la position du véhicule (101) sur la voie sur laquelle il circule, et de moyens d'alerte (18 ; 19), caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de comparaison de trajectoires (14) aptes à comparer la trajectoire réelle du véhicule (101) avec la configuration de la voie de circulation sur laquelle il évolue ; - des moyens de discrimination (15) exploitant les informations délivrées par les moyens de comparaison de trajectoires (14) et des informations volant ; - des moyens de surveillance (16) de la trajectoire du véhicule aptes à suivre l'évolution temporelle de l'ensemble des informations volant, considérés sur un intervalle de temps déterminé pour en déduire un niveau de vigilance ; - des moyens d'évaluation (17) du niveau de vigilance aptes à déclencher les moyens d'alerte quand le niveau de vigilance est inférieur à un niveau de vigilance de référence ; et - une IHM (18) apte à restituer l'information d'alerte au conducteur sous la forme d'un signal visuel et/ou sonore et/ou haptique. 5. Système (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'activation (13) qui activent automatiquement le système (100) quand des conditions déterminées de configuration de voie et de paramètres véhicules sont remplies. 6. Système selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les conditions d'activation sont remplies quand la vitesse du véhicule (101) est supérieure à une vitesse déterminée, que la voie de circulation est reconstruite, et qu'au moins un des paramètres véhicule choisi parmi le groupe suivant est présent : absence d'activité du conducteur, état actif du régulateur, absence d'action sur l'un au moins des organes de commande du 25 véhicule. 7. Véhicule automobile équipé d'un système selon l'une des revendications 4 à 6.