Brevet FR3034205A1 — publié le 20160930

PROCEDE DE SUIVI DU COMPORTEMENT D'UN VEHICULE CIRCULANT SUR UN RESEAU ROUTIER MULTIVOIES L'invention concerne les véhicules terrestres équipés d'un système de navigation par GPS et d'une cartographie embarquée et concerne plus particulièrement un procédé de suivi du comportement d'un véhicule circulant sur un réseau routier. Elle permet de déterminer certains comportements du véhicule ou du conducteur dans des situations de vies particulières de roulage sur autoroute et voies rapides multivoies. L'étude du comportement routier est un facteur important pour garantir notamment, la fluidité du trafic et la sécurité des usagers de la route. Un comportement responsable, citoyen, pourra être mesuré et noté avec, à la clef, une récompense pouvant se traduire, par exemple par une réduction des cotisations d'assurance, ou en offrant d'autres avantages aux usagers les plus respectueux des règles de bonne conduite sur autoroute : respect des distances de sécurité, rabattement sur les files de droite, .... Pour cela, la présente invention offre une solution fiable et à faible coût pour effectuer une surveillance (monitoring en terminologie anglo-saxonne) des comportements d'un véhicule sur un réseau routier comportant des voies rapides multivoies. La technologie de localisation par satellites désigné par GPS (Glqbal Positioning System) évolue continuellement depuis 15 ans. Sa performance ne cesse de progresser : amélioration de la sensibilité pour un usage en milieu confiné, amélioration de la précision par exploitation d'un plus grand nombre de satellites, compatibilité avec de multiples constellations (GPS américain, GALILEO européen, GLONASS russe, BEIDOU chinois) pour en accroitre encore la performance. 3034205 2 De plus, les récepteurs GPS se sont largement démocratisés et sont de plus en plus présents dans les équipements les plus divers et leur intégration dans les Smartphones en font maintenant un objet du quotidien. Ne produisant, il y a quelques années, leurs informations qu'une fois 5 par seconde (1 Hz), on voit maintenant apparaître des GPS rapides capables de fournir des informations plusieurs fois par seconde jusqu'à cinq fois par seconde (5 Hz). L'arrivée de tels récepteurs GPS rapides, à faible coût, ouvre la possibilité de détecter des comportements quasi instantanés des véhicules à 10 surveiller et peut même permettre d'anticiper certains comportements afin de pourvoir réagir sur un équipement du réseau routier (par exemple un panneau d'affichage, ..) ou faire réagir le conducteur (avertissement à bord du véhicule, ..) ou les deux. Ainsi, les performances de tels récepteurs permettent d'ouvrir leurs 15 applications pour d'autres usages que la seule localisation. Ils peuvent notamment constituer un complément essentiel pour déduire ou confirmer des comportements d'un véhicule dans des situations de vie particulières du véhicule en mouvement sur la route par rapport à son environnement proche et en particulier pour détecter la présence d'obstacles sur les voies 20 adjacentes par rapport à celle du véhicule allant même jusqu'à déterminer la nature de l'obstacle pour, par exemple, prédire la manoeuvre d'évitement ou de dépassement la plus adéquate. La présente invention est basée sur l'analyse de l'évolutipn brusque de certains signaux émis par les satellites, captés par un véhicule porteur 25 d'un récepteur GPS rapides. A cet effet, la présente invention a pour premier objet un procédé de suivi du comportement d'un véhicule porteur d'un récepteur de signaux satellites d'un réseau GPS et circulant sur un réseau routier comportant au moins deux voies de circulation adjacentes dans le même sens de circulation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste : 3034205 -3 - à identifier des satellites présents dans l'environnement du véhicule porteur circulant sur sa voie de circulation ; - à mesurer, suivant des acquisitions à une fréquence déterminée d'au moins deux fois par seconde, les amplitudes des signaux des satellites ; et 5 - à identifier parmi les signaux satellites mesurés, ceux ayant subi une altération pendant une durée déterminée à l'intérieur d'un cône d'observation orienté vers l'une des voies adjacentes avec un angle d'élévation et un angle d'azimut déterminés et dont le sommet correspond à la position du récepteur GPS sur le véhicule porteur, pour en déduire la présence potentielle d'un 10 obstacle sur une des voies adjacentes à celle empruntée par le véhicule porteur. Selon une caractéristique, le procédé consiste, à chaque acquisition, à comparer la moyenne de l'ensemble des signaux satellites avec les signaux satellites mesurés dans le cône d'observation et si l'écart entre les deux 15 valeurs persiste plus d'une durée déterminée, à confirmer que l'altération des signaux satellites est bien due à l'obstacle présent sur une des voies adjacentes à celle empruntée par le véhicule porteur. Selon une autre caractéristique, il consiste, à chaque acquisition, à calculer la moyenne de l'ensemble des signaux satellites et à mesurer la 20 dispersion des signaux satellites mesurés dans le cône d'observation et si cette dispersion est supérieure à un pourcentage déterminé de la moyenne de l'ensemble des signaux satellites sur au moins un nombre déterminé d'acquisitions successives, à en déduire la présence potentielle d'un obstacle sur une des voies adjacentes à celle empruntée par le véhicule porteur. 25 Selon une autre caractéristique, il consiste au préalable, à vérifier la stabilité des signaux de l'ensemble des signaux satellites pris un par un pendant une durée déterminée précédant l'altération des signaux satellites mesurés à l'intérieur du cône d'observation. 3034205 4 Selon une caractéristique, ladite altération des signaux satellites est proportionnelle au temps de masquage des signaux satellites par ledit obstacle. Selon une caractéristique, ladite altération des signaux satellites est 5 fonction de la hauteur dudit obstacle. Selon une caractéristique, le cône d'observation est orienté par rapport au véhicule porteur suivant un angle d'élévation compris entre angle minimal et maximal par rapport au plan de la voie sur laquelle circule le véhicule porteur, et suivant un angle d'azimut d'au moins 180° par rapport au 10 cap suivi par le véhicule porteur. La présente invention a pour deuxième objet un véhicule automobile équipé d'un récepteur de signaux satellites, ledit véhicule étant apte à mettre en oeuvre le procédé tel que décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 15 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un exemple d'application du procédé selon l'invention, donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 illustre un exemple de situation traité par le procédé de 20 suivi selon l'invention : un véhicule suivi en cours de dépassement d'un camion présent sur sa voie de droite ; - la figure 2 illustre la définition d'une fenêtre d'observation des satellites présents dans un angle de 180° à droite du véhicule et centré sur le véhicule suivi ; 25 - la figure 3 illustre la définition d'un cône d'observation des satellites présents à droite du véhicule suivi et partiellement masqués par le camion ; - la figure 4 illustre le procédé de suivi selon l'invention par un graphe représentatif de l'évolution des signaux satellites avec la mise en évidence 3034205 -5 d'une variation brutale des signaux satellites à l'intérieur du cône d'observation ; - la figure 5 illustre la disposition de la constellation GPS des satellites visibles à l'aplomb du véhicule suivi ; 5 - la figure 6 illustre par un tableau de valeurs, la situation des satellites de la constellation et l'amplitude de de leurs signaux, au moment du dépassement du camion par le véhicule suivi ; - la figure 7 illustre, en situation réelle, l'effet du masquage des satellites, avant (images du haut) et pendant (images du bas) le 10 dépassement du camion ; - la figure 8 illustre par un graphe, pour la même situation que celle illustrée à la figure 7, l'évolution des signaux satellites et l'effet du masquage des satellites 18 et 22 ; - la figure 9 illustre l'influence de la position du récepteur GPS sur 15 l'identification du type de véhicule dépassé par le véhicule suivi ; et - la figure 10 illustre par un tableau de valeurs, l'effet du positionnement du récepteur GPS sur le véhicule suivi et de sa distance avec le véhicule en cours de dépassement, sur l'identification du type de véhicule dépassé. 20 On désignera, par la suite, par « signal satellite », le signal émis par un satellite et reçu par le récepteur GPS embarqué dans un véhicule et par « niveau signal satellite » l'amplitude d'un tel signal. On désignera également par « véhicule porteur », le véhicule équipé d'un récepteur GPS dont le comportement est suivi par le procédé selon 25 l'invention. Dans un exemple d'application du procédé selon l'invention, illustré aux figures 1 à 10, on s'intéresse à la détection de la présence de véhicules PL présents sur une V2 des voies adjacentes par rapport à la voie V1 d'un véhicule porteur VP et plus particulièrement, dans cet exemple, sur la voie de 3034205 6 droite du véhicule VP (pour les pays à conduite à droite) : les véhicules VP et PL circulant suivant le même sens de circulation (même cap au Sud) (Figure 1) Dans cet exemple d'application, le procédé selon l'invention consiste à 5 mesurer les variations brusques des niveaux des signaux satellites se situant sur la droite du véhicule porteur VP en roulage sur sa voie, afin d'en déduire la présence de véhicules PL à grande hauteur sur la voie adjacente située à droite du véhicule porteur VP. Par grande hauteur, on entend des hauteurs supérieures à 2 m, qui 10 correspondent à des hauteurs de camions de type poids lourds, supérieur à 3,5t, des bus, des véhicules utilitaires légers, etc. En effet, les véhicules PL à grande hauteur sont susceptibles de masquer la réception de certains signaux satellites qui sont situés selon un angle d'azimut de 180° par rapport au cap suivi par le véhicule porteur VP 15 (Figure 2) Il est donc important de mesurer régulièrement les signaux satellites et la brusque évolution de leur niveau permet d'évaluer la présence d'obstacles PL situés sur la droite du véhicule porteur VP et peut même permettre d'en déterminer la nature (véhicule mobile ou à l'arrêt, hauteur, longueur, ...) 20 (Figure 3) Cette mesure ne peut se faire de manière fiable que dans des conditions de roulages stables et régulières (sur voie rapide et autoroute). Afin de cibler exclusivement les variations des signaux satellites, dues uniquement à la présence de véhicules PL situés à droite du véhicule porteur 25 VP, il est nécessaire de ne surveiller que les variations des signaux satellites présents dans un cône d'observation CO prédéterminé tel qu'illustré à la figure 3 et sur le graphe de la figure 4. Sur le graphe de la figure 4, représentant le niveau des signaux satellites en fonction du temps, on observe les variations des signaux 30 satellites qui sont masqués par rapport à ceux qui ne sont pas impactés par 3034205 le masquage dans une zone délimitée par une ligne fermée en trait interrompu et qui correspond au cône d'observation CO introduit ci-dessus. Ce cône d'observation CO est défini par un angle d'élévation et un angle d'azimut dont le sommet correspond à la position du récepteur GPS 5 RS sur le véhicule porteur VP. La position du récepteur GPS RS sur le véhicule porteur VP est un des paramètres déterminant pour la précision de la mesure. Dans l'exemple considéré sur les figures précédentes, le récepteur GPS RS est disposé sensiblement au centre du pavillon du véhicule porteur 10 VP. Le cône d'observation CO a un angle d'élévation compris entre 5° et 45° soit un angle d'observation de 40°, et un angle d'azimut de 180 ° par rapport au cap suivi par le véhicule porteur VP (Figures 2 et 3). La figure 5 illustre un exemple dans lequel le véhicule porteur VP est 15 représenté centré par rapport à la constellation des satellites SATi vus à l'aplomb du récepteur GPS RS du véhicule porteur VP ; le cap SUD véhicule, représenté par une droite en trait interrompu, étant légèrement décalé par rapport au sud géographique. Sur cette figure, on a représenté l'ensemble des satellites visibles 20 SATi d'une constellation, soit treize satellites : G1, G9, G12, G15, G17, G18, G22, G24, G25, G26, G28, S120 et S126. Certains d'entre eux bien que visibles ne sont pas exploitables (non valides) comme par exemple le satellite S120 et d'autres, bien que valides, comme SAT G28, G17, G26, ..., sont en dehors la zone d'observation ZO. 25 La zone d'observation ZO considérée, représentée par un secteur de couronne grisé (Azimut 180° SUD-NORD et élévation des satellites comprise entre 10 et 40°) fait apparaître que les satellites SATi à surveiller sont : G12, G18 et G22. 3034205 8 Le tableau de la figure 6 regroupe les valeurs des angles d'azimut et d'élévation, exprimés en degrés, relevés pour les treize satellites G1, G9, G12, G15, G17, G18, G22, G24, G25, G26, G28, S120 et S126 ainsi que leurs niveaux C/NO exprimés en dBHz. 5 Le satellite G12 est en zone limite car très haut dans le ciel (35°) et ne subira pas un masquage net lors du dépassement. Lorsque le véhicule porteur VP, roulant cap vers le Sud, dépasse un camion PL, les signaux des satellites G18 et G22, placés à l'Ouest et dans le cône d'observation CO, formant un angle de 40° et un angle azimut de 180° 10 par rapport au Sud, subissent une altération d'une durée déterminée proportionnelle au temps de masquage par le camion PL. Il est ainsi possible, à partir des informations de masquage des satellites SATi dans le cône d'observation CO, d'en déduire la présence éventuelle de véhicules à grande hauteur PL (supérieure à 2 m) circulant sur 15 la voie de droite V2 du véhicule porteur VP et, éventuellement, de suivre le comportement du véhicule porteur VP dans les différentes phases du dépassement des véhicules circulant à droite du véhicule porteur PT. On décrit ci-après les principales étapes du procédé de suivi selon l'invention basé sur les hypothèses introduites ci-dessus. 20 Ainsi, pour suivre, à chaque itération, (période d'échantillonnage/d'acquisition de la mesure cinq fois pas seconde pour un capteur GPS de 5 hertz), l'évolution des signaux des satellites SATi situés dans le cône d'observation CO ayant pour origine le véhicule porteur VP, le procédé selon l'invention consiste.:. 25 - à mesurer l'amplitude des signaux satellites reçus par le récepteur GPS RS ; à calculer la moyenne des amplitudes de l'ensemble des signaux satellites mesurées à chaque acquisition ; 3034205 -9 - à comparer cette moyenne avec la valeur brute des amplitudes des signaux satellites présents dans le cône d'observation CO pour en déduire un écart ; - et si cet écart est significatif (persistant par exemple pendant une 5 durée déterminée d'au moins 1 seconde), on peut donc déduire qu'il y a une forte probabilité qu'un véhicule PL se trouve immédiatement à droite du véhicule porteur VP. A noter que la fiabilité de cette détection semble bonne pour détecter des véhicules à grand gabarit mais reste plus délicate sur des petits 10 véhicules. A titre de variante ou de complément, le procédé, à partir de l'amplitude de chaque signal satellite, mesurée et valide : calcule la moyenne des amplitudes de l'ensemble des signaux satellites à chaque échantillon d'acquisition ; 15 mesure la dispersion potentielle des amplitudes des signaux d'un nombre déterminé N de satellites SATi visibles dans le cône d'observation CO défini ; et - si cette dispersion est supérieure par exemple à 5% de la moyenne des amplitudes de l'ensemble des signaux satellites sur au moins 20 cinq acquisitions successives, alors le procédé en déduit qu'un véhicule PL est présent sur la voie de droite V2 du véhicule porteur VP. Pour éviter les erreurs de détection liées à des masquages sans rapport avec des véhicules doublés, il est nécessaire de vérifier la stabilité de 25 l'ensemble des signaux satellites pris un par un, durant une durée déterminée (par exemple de trois secondes précédant la variation brutale de ceux surveillés dans le cône d'observation). Pour confirmer les hypothèses introduites ci-avant, des mesures sur autoroute ont été effectuées couvrant différentes situations de vie 3034205 -10- (dépassement de divers gabarits de véhicules) et sont illustrées aux figures 7 à 10. Le site choisi pour effectuer les mesures a été une portion de l'Autoroute A36 entre la sortie 11 et la sortie 10 dans le sens Mulhouse-5 Beaune. La portion mesurée couvre une distance de 8 km, l'orientation est relativement stable (180° Sud) Les images illustrées à la figure 7, permettent d'illustrer les scènes réelles de conduite, à gauche du haut vers le bas, et les niveaux des 10 satellites correspondant, à droite du haut vers le bas. On remarque distinctement que durant la phase de dépassement, les deux satellites G18 et G22 ont leurs signaux altérés par le masquage du camion dépassé PL. Sur la représentation graphique de la figure 8, représentant les 15 niveaux des signaux satellites mesurés par le récepteur GPS RS, exprimés en dB Hertz en fonction du temps, on remarque distinctement la chute brutale de deux signaux satellites G18 et G22, tous les deux présents dans le cône d'observation tel que défini. Comme illustré à la figure 9, la modification de la position du récepteur 20 GPS sur le véhicule porteur VP permet de détecter des véhicules plus ou moins hauts. Dans les figures précédentes, le récepteur GPS RS1 était représenté sensiblement au centre du pavillon du véhicule porteur VP dans une position dite « haute » (environ 1,5 m dans l'exemple de véhicule porteur considéré) 25 avec un cône d'observation C01. Une position dite « basse » du récepteur GPS RS2 ouvre la possibilité de détecter des véhicules dont la hauteur est d'environ 1,80 m (utilitaires légers) avec un cône d'observation CO2. 3034205 La hauteur des véhicules détectés dépend également de la distance inter-véhicule « d » durant le dépassement (distance séparant les deux véhicules circulant dans leurs voies adjacentes respectives) Plus cette distance « d » sera faible et plus les véhicules seront hauts, 5 plus la fiabilité de la détection sera assurée (l'effet du masquage est plus marqué). Ainsi, un récepteur GPS RS2 placé à l'extrémité du projecteur avant droit du véhicule porteur VP et doublant à une distance de l'ordre de « d » comprise entre 1,5 m à 1,75 m assure des conditions favorables à la 10 détection (sous réserve que des satellites SATi soient présents en nombre suffisant dans le cône d'observation CO2). On peut donc grâce au procédé selon l'invention : détecter la présence d'un véhicule sur la voie de droite du véhicule porteur ; 15 estimer la densité du trafic ; supposer que le véhicule ne se trouve pas sur la voie la plus à droite etc. Bien que la présente invention permette de se passer de caméra ou 20 d'autres capteurs d'environnement tels que Radar, Lidar, le procédé selon l'invention pourra avantageusement venir en complément, voire en redondance, d'un autre procédé exploitant des systèmes d'aide à la conduite (ADAS : Advanced Driver Assisting Systems) pour, par exemple, satisfaire à une application de conduite autonome, c'est-à-dire une application dans 25 laquelle le conducteur délègue entièrement la conduite au véhicule lui-même. REVENDICATIONS1. Procédé de suivi du comportement d'un véhicule porteur (VP) d'un récepteur de signaux satellites (RS) d'un réseau GPS et circulant sur un réseau routier comportant au moins deux voies de circulation adjacentes (V1, 5 V2) dans le même sens de circulation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste : - à identifier des satellites (SATi) présents dans l'environnement-du véhicule porteur (VP) circulant sur sa voie de circulation (V1) ; - à mesurer, suivant des acquisitions à une fréquence déterminée d'au moins 10 deux fois par seconde, les amplitudes des signaux des satellites (SATi) ; et - à identifier parmi les signaux satellites mesurés, ceux ayant subi une altération pendant une durée déterminée à l'intérieur d'un cône d'observation (CO) orienté vers l'une des voies adjacentes (V2) avec un angle d'élévation et un angle d'azimut déterminés et dont le sommet 15 correspond à la position du récepteur GPS (RS) sur le véhicule porteur (VP), pour en déduire la présence potentielle d'un obstacle (PL) sur une des voies adjacentes (V2) à celle (V1) empruntée par le véhicule porteur (VP). 2. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il consiste, à chaque acquisition, à comparer la moyenne de l'ensemble 20 des signaux satellites avec les signaux satellites mesurés dans le cône d'observation (CO) et si l'écart entre les deux valeurs persiste plus d'une durée déterminée , à confirmer que l'altération des signaux satellites est bien due à l'obstacle (PL) présent sur une (V2) des voies adjacentes à celle (V1) empruntée par le véhicule porteur (VP). 25 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, à chaque acquisition, à calculer la moyenne de l'ensemble des signaux satellites et à mesurer la dispersion des signaux satellites mesurés dans le cône d'observation (CO) et si cette dispersion est supérieure à un pourcentage déterminé de la moyenne de l'ensemble des signaux satellites 30 sur au moins un nombre déterminé d'acquisitions successives, à en déduire 3034205 -13- la présence potentielle d'un obstacle (PL) sur une (V2) des voies adjacentes à celle (V1) empruntée par le véhicule porteur (VP). 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu'il consiste au préalable, à vérifier la stabilité des signaux de l'ensemble des signaux satellites pris un par un pendant une durée déterminée précédant l'altération des signaux satellites mesurés à l'intérieur du cône d'observation (CO). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite altération des signaux satellites est 10 proportionnelle au temps de masquage des signaux satellites par ledit obstacle (PL). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite altération des signaux satellites est fonction de la hauteur dudit obstacle (PL). 15 7. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que le cône d'observation (CO) est orienté par rapport au véhicule porteur (VP) suivant un angle d'élévation compris entre angle minimal et maximal par rapport au plan de la voie (V1) sur laquelle circule le véhicule porteur (PT), et suivant un angle d'azimut d'au moins 180° par rapport au cap suivi par le 20 véhicule porteur (PT). 8. Véhicule automobile (PT) équipé d'un récepteur de signaux satellites (RS), ledit véhicule (PT) étant apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.