Brevet FR3057657A1 — publié le 20180420

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une installation de navigation de véhicule comportant un capteur d'accélération pour déterminer les données d'accélération du véhicule, le capteur d'accélération étant monté dans le véhicule. L'invention se rapporte également à un procédé de navigation avec une telle installation de navigation. Etat de la technique Selon l'état de la technique on connait des installations de navigation comportant un capteur d'accélération pour déterminer l'accélération du véhicule en navigation. Ce capteur d'accélération est installé dans le véhicule pour saisir les données d'accélération. Mais, pour exploiter les données d'accélération, il faut connaître la position exacte du capteur d'accélération dans le véhicule. Ce n'est qu'à cette condition que l'on peut mettre les données de l'accélération mesurée en relation avec l'orientation du véhicule. Pour déterminer la position de montage exacte du capteur d'accélération dans le véhicule, il est en outre connu de déterminer la position de montage lorsqu'on installe le capteur d'accélération. Mais l'inconvénient de cette solution est que, en général, on ne peut déterminer, de façon précise, la position de montage au moment où le montage est fait et qu'ainsi on ne peut le vérifier. En variante, on peut utiliser d'autres capteurs ayant pour fonction de déterminer la position de montage du capteur d'accélération équipant le véhicule. Mais une telle solution est compliquée et nécessite une élec- tronique plus complète. But de l'invention La présente invention a pour but de perfectionner une installation de navigation de véhicule permettant de déterminer la position de montage du capteur d'accélération sans nécessiter d'autre cap- teur et de pouvoir vérifier cette position. L'invention a également pour but de développer un procédé de navigation de véhicule ayant de tels moyens de navigation. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet une installation de na- vigation de véhicule comportant un capteur d'accélération pour déter- 3057657 2 miner les données d'accélération du véhicule, le capteur d'accélération étant monté dans le véhicule, cette installation de navigation étant caractérisée en ce que le capteur d'accélération détermine sa position de montage dans le véhicule. 5 En d'autres termes, le capteur d'accélération permet de déterminer de lui-même sa position de montage dans le véhicule. Aucun autre capteur n'est nécessaire pour déterminer cette position de montage précise. Les seules données nécessaires au capteur d'accélération pour déterminer sa position de montage sont les données d'accélération 10 du véhicule mesurées par le capteur d'accélération ainsi que des don- nées fixées une seule fois pour le système de coordonnées du capteur d'accélération. En particulier, le système de coordonnées du capteur d'accélération est fixé une fois unique. Cela est généralement fait par le fabricant du capteur d'accélération. On fixe de façon unique l'axe x, 15 l'axe y et l'axe z du capteur d'accélération et on part des données d'accélération du capteur d'accélération par rapport à ces axes. Ce système de coordonnées cartésiennes tridimensionnelles, notamment orthogonales du capteur d'accélération est appelé ci-après système de coordonnées de capteur. Le capteur d'accélération est principalement 20 un capteur d'accélération 3D qui mesure l'accélération, de préférence en continu selon trois axes (x, y, z). Le véhicule a son propre système de coordonnées appelé ci-après, système de coordonnées de véhicule. Il s'agit d'un système de coordonnées cartésiennes, tridimensionnel, notamment orthogonal. 25 L'axe x du système de coordonnées est associé à la direction de circula- tion droite du véhicule alors que l'axe z est perpendiculaire au plan sur lequel repose le véhicule, cet axe étant orienté vers le haut. L'axe y est l'axe transversal du véhicule. De façon idéale, le système de coordonnées de capteur et 30 le système de coordonnées de véhicule doivent coïncider, c'est-à-dire que les axes des deux systèmes de coordonnées doivent être parallèles. Mais en réalité, le système de coordonnées de capteur ne coïncide pas avec le système de coordonnées de véhicule. En particulier, l'axe x du capteur diffère de l'axe x du système de coordonnées de véhicule d'un 35 angle ctx. La même remarque s'applique pour l'axe y du système de 3057657 3 coordonnées de capteur et pour l'axe z, ces axes étant décalés également toujours de l'angle cty et de l'angle az par rapport aux axes correspondant du système de coordonnées du véhicule. Les angles ci-dessus sont appelés angles d'installation. En d'autres termes, l'angle 5 d'installation décrit l'angle qu'il faut au système de coordonnées du vé- hicule pour coïncider avec le système de coordonnées de capteur ou réciproquement. Cela correspond à une rotation définie par l'angle de montage. De manière avantageuse, l'installation de navigation de 10 véhicule détermine la position de montage du capteur d'accélération en déterminant l'angle de montage. Le véhicule peut être un véhicule à quatre roues ou un véhicule à deux roues. L'invention comprend également un procédé de naviga- tion de véhicule appliquant le capteur d'accélération tel que défini ci- 15 dessus. Le procédé consiste à déterminer la position de montage du capteur d'accélération pour déterminer les données d'accélération du véhicule. En particulier, la position de montage se détermine en continu. En outre et de façon préférentielle, la position de montage est déterminée automatiquement et d'une manière encore plus préférentielle 20 elle se fait sans utiliser d'autres capteurs. Pour déterminer l'angle de montage on détecte un mouvement du véhicule. Pour cela on compare les données d'accélération reconnues ou reçues du capteur d'accélération à l'instant actuel avec les données d'accélération reconnues ou reçues à un instant antérieur. 25 La différence ainsi formée est entre les données d'accélération reçues à l'instant et les données d'accélération reçues précédemment, par rapport à un seuil préalablement fixé. Dès que la différence entre les données d'accélération reçues à l'instant actuel et les données d'accélération reçues précédemment dépassent le seuil fixé on considère 30 qu'il est à l'état "mouvement". En particulier, le procédé consiste à com- parer de préférence en continu les données d'accélération reçues à l'instant, aux données d'accélération reçues précédemment. En outre, la comparaison avec le seuil fixé se fait de préférence en continu. Ce n'est qu'au dépassement du seuil que l'on associe l'état pratique 35 "mouvement" à l'état du véhicule, c'est-à-dire que l'on reconnaît que 3057657 4 l'état du véhicule a changé. Pour éviter les oscillations on découpe cette étape du procédé avec de l'hystérésis. En cas de dépassement vers le bas du seuil on conserve l'état de mouvement reconnu précédemment et on n'attribue pas de 5 nouvel état de mouvement. Le procédé comporte, de préférence, la reconnaissance de l'état "pas de mouvement". L'état "pas de mouvement" diffère de l'état "mouvement" à vitesse constante en ce que l'on détermine le delta des valeurs de l'accélération. Cela signifie que, de préférence de manière 10 continue, on détermine le delta (différence) entre la valeur d'accélération actuelle et la valeur d'accélération mesurée juste avant (par exemple une seconde avant). On utilise alors entre autre l'effet qu'un véhicule immobile fournit des différences delta considérablement plus petites qu'un véhicule circulant à vitesse constante. En théorie, dans les deux 15 cas, (véhicule immobile ou véhicule circulant à vitesse constante, l'accélération est nulle. Mais en pratique, un véhicule circulant à vitesse constante est exposé de façon continue à différentes accélérations générées par les vibrations du moteur, les irrégularités de la chaussée, de minuscules mouvements de braquage, etc., qui se produisent pendant 20 une circulation à vitesse constante. Dans le cas d'un véhicule qui cir- cule en réalité, cela signifie que le "bruit" ou en d'autres termes les différences d'accélération delta sont beaucoup plus élevées que pour un véhicule immobile que l'on compare notamment à un seuil fixé au préalable. Si la différence delta dépasse le seuil on considère que le mouve- 25 ment est constant. En cas de dépassement vers le bas, cela correspond à l'état "pas de mouvement". De manière avantageuse, on reconnaît l'état "freinage" au passage de l'état "mouvement" à l'état "pas de mouvement". Dès que l'on reconnait l'état "freinage" on forme notamment un vecteur de freinage, 30 c'est-à-dire un vecteur de direction de freinage. Le vecteur de freinage se forme avant tout à partir des données d'accélération reçues à l'instant de l'état "freinage" et des données d'accélération reçues préalablement. Les données d'accélération reçues préalablement correspondent à un temps allant, par exemple, à un maximum de 5 secondes, de préférence 35 3 secondes et notamment 2 secondes avant la détection de l'état 3057657 5 "freinage". De façon avantageuse, le procédé détermine l'amplitude du vecteur de freinage et rejette le vecteur de freinage formé si celui-ci a une amplitude trop faible. En d'autres termes, l'amplitude doit dépasser une limite fixée. Cela sert à éliminer des états reconnus comme défec- 5 tueux. Le vecteur de freinage est un résultat de mesure très caractéristique car il est orienté dans la direction x négative du véhicule. Le vecteur de freinage définit ainsi la direction négative x du système de coordonnées du véhicule. On peut ainsi déduire l'axe x du système de 10 coordonnées du véhicule à partir du vecteur de freinage. De façon préférentielle, le procédé reconnaissant l'état "pas de mouvement" forme un vecteur de gravitation à partir des données d'accélération reçues à l'instant de l'état "pas de mouvement". Dès que le véhicule se trouve dans l'état "pas de mouvement" le capteur 15 d'accélération mesure uniquement l'accélération terrestre qui est orien- tée dans la direction positive z du véhicule. Le vecteur de gravitation ou en d'autres termes le vecteur de la direction de gravitation est ainsi orienté dans la direction positive z du système de coordonnées de véhicule. 20 De façon préférentielle, on mesure le vecteur de freinage et le vecteur de gravitation, de façon directement voisine dans le temps. Cela signifie que le passage de l'état "mouvement" à l'état "pas de mouvement" et ainsi la détection de l'état "freinage", permettent de former le vecteur de freinage et directement ensuite le vecteur de gravitation. 25 La condition minimale pour la connaissance du système de coordonnées de véhicule sont deux vecteurs linéairement indépendants déterminés par le vecteur de freinage et le vecteur de gravitation car l'axe y découle automatiquement de la connaissance des deux autres axes. Du fait que le capteur d'accélération connaisse son propre 30 système de coordonnées de capteur lui permet de déterminer l'angle d'installation entre les différents axes du système de coordonnées de véhicules et les axes qu'il connaît de son propre système de coordonnées. Les angles d'installation sont formés à partir des vecteurs des deux systèmes de coordonnées en faisant le produit scalaire. 3057657 6 Le procédé consiste notamment à former une matrice de rotation à partir des angles d'installation, cette matrice de rotation définissant la rotation entre les deux systèmes de coordonnées, différents l'un de l'autre. A l'aide la matrice de rotation on peut déterminer les 5 vecteurs d'accélération effectifs du véhicule par rapport à son système de coordonnées. De manière préférentielle, on détermine la position d'installation de façon continue. Notamment on détermine la position d'installation toujours lorsqu'on détecte l'état "freinage" et que 10 l'amplitude du vecteur de freinage est suffisante. Cela permet d'avoir un auto-calibrage permanent de la position d'installation du capteur d'accélération et de garantir ainsi que les données d'accélération obtenues pour le véhicule sont toujours les plus correctes. Les données déterminées pour le calcul de l'angle 15 d'installation (des angles d'installation) à savoir le vecteur de gravitation et le vecteur de freinage sont collectées dans une mémoire et chaque jeu de données nouvellement calculé est comparé au jeu de données déjà contenues dans la mémoire. Si l'écart par rapport au jeu de données antérieur contenu dans la mémoire est trop grand, c'est-à-dire dépasse 20 une limite préalablement fixée, on considère que le jeu de données n'est pas valable et on le rejette. Si l'écart par rapport au jeu de données valables existant inscrit dans la mémoire est trop faible, c'est-à-dire si la limite fixée est dépassée vers le bas, alors on considère le jeu de données comme valable et on l'utilise. Avec la mémoire on forme le meilleur 25 jeu de données statistiques pour tous les angles valables. On utilise de préférence un procédé mathématique tel que la valeur moyenne, la médiane, le mode et/ou un procédé analogue. Avec les valeurs de ce jeu de données, le meilleur, obtenu, on détermine les angles de rotation. Ces angles de rotation définissent la position d'installation précise du cap- 30 teur d'accélération. En particulier, le procédé consiste à utiliser également les données GPS pour déterminer la position d'installation du capteur d'accélération. L'utilisation des données GPS est notamment avantageuse dans la mesure où le procédé est appliqué à un véhicule à deux 35 roues de préférence des motos. Les véhicules à deux roues se caractéri- 3057657 7 sent en ce qu'après le freinage et jusqu'à l'arrêt, du fait de leur inclinaison latérale ils ne sont pas toujours droits et au repos de sorte qu'il est difficile de reconnaître l'état de repos en se fondant uniquement sur les données mesurées par le capteur d'accélération. Pour compenser cet 5 effet, à l'aide d'un signal GPS on détecte l'accélération ou de freinage à partir de la circulation calme qui précède cet état. La condition est ainsi celle d'une circulation calme. Cela signifie que le procédé consiste à lire de façon cons- tante des données GPS. Ce n'est que lorsque les conditions ci-après 10 sont remplies que l'on peut détecter la position d'installation : le véhicule circule en ligne droite, c'est-à-dire que l'entête GPS (direction GPS) est constante, le véhicule ne circule pas en pente c'est-à-dire que l'altitude GPS (hauteur GPS) est constante, 15 le véhicule circule à vitesse constante, c'est-à-dire que la vitesse de base GPS (vitesse GPS sur le sol par exemple au niveau de la mer) est constante. Dès que l'état décrit ci-dessus pour le véhicule est atteint, celui-ci circule à vitesse constante aussi longtemps qu'il n'y a pas 20 d'accélération. Dans ce cas, on mesure seulement l'accélération ter- restre par le capteur d'accélération de sorte qu'à partir de ces données on peut déterminer le vecteur de gravitation. Si, à partir de l'état décrit ci-dessus on détecte une varia- tion significative de vitesse GPS, le véhicule est freiné ou accéléré à par- 25 tir de son état de circulation calme. Le vecteur d'accélération ou vecteur de freinage pour cette variation d'état est utilisé de nouveau comme décrit dans le procédé ci-dessus pour déterminer la position d'installation. A partir des données GPS on peut également utiliser le vecteur d'accélération positive, c'est-à-dire le vecteur d'accélération qui est 30 orienté dans la direction positive x. Toute interprétation erronée de l'accélération positive est exclue par l'information GPS. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'une installation de navigation et de son procédé de fonctionnement repré- 35 senté dans les dessins annexés dans lesquels : 3057657 8 la figure 1 montre un capteur avec un système de coordonnées de capteur et un véhicule équipé d'un système de coordonnées de véhicule, la figure 2 montre un diagramme d'état pour les états de mouve- 5 ments du véhicule, et la figure 3 montre le chronogramme de différentes variables pour des variations d'état du véhicule. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre, dans sa moitié gauche, un capteur 10 d'accélération 10 auquel est associé un système de coordonnées de cap- teur 12. Le système de coordonnées de capteur 12 se compose d'un axe (x) 12a, d'un axe (y) 12b et d'un axe (z) 12c. Dans la moitié droite de la figure 1 on a représenté un véhicule 11 avec un système de coordonnées de véhicule 13. Le système de coordonnées de véhicule 13 com- 15 porte un axe (x) 13a, un axe (y) 13b et un axe (z) 13c. Le capteur d'accélération 10 est installé dans le véhicule 11. De façon caractéristique, après le montage du capteur d'accélération 10, ses axes de coordonnées 12a, 12b, 12c ne correspondent pas aux axes 13a, 13b, 13c du système de coordonnées 13 du véhicule, mais les 20 paires d'axe 12a et 13a, 12b et 13b, 12c et 13c font entre eux un cer- tain angle. L'angle entre l'axe (x) 12a du système de coordonnées de capteur 12 et l'axe (x) 13a du système de coordonnées de véhicule 13 est un angle ax. De façon correspondante, on a l'angle cty et l'angle az entre les axes (y) et les axes (z) des deux systèmes de coordonnées. Ces 25 angles sont appelés angles de montage (ou angle d'installation). Pour pouvoir utiliser les données d'accélération mesurées par le capteur d'accélération 10 par rapport au véhicule 11, il faut pouvoir les exploiter par rapport au système de coordonnées de véhicule 13. Pour cela, il faut déterminer l'angle d'installation pour pouvoir convertir les données 30 d'accélération mesurée dans le système de coordonnées de véhicule 13 à l'aide d'une matrice de rotation composée des angles d'installation. La figure 2 montre différents états de mouvements 14 du véhicule 11. Dans la partie supérieure on a l'état "pas de mouvement" 16 alors que dans la partie inférieure de l'image on a représenté l'état 35 "mouvement" 15. Dès que à partir de l'état "mouvement" 15 on détecte 3057657 9 l'état "pas de mouvement" 16, cela correspond à la détection de l'état "freinage" 17. Contrairement à cela, on détecte l'état "juste démarré" 18 dès que l'état de mouvement 14 change pour passer de l'état "pas de 5 mouvement" 16 à l'état "mouvement" 15. Chaque fois que le capteur d'accélération 10 reconnaît l'état "freinage" 17, il transmet le vecteur de gravitation ainsi que le vecteur de freinage et peut déterminer le système de coordonnées de véhicule 13 à partir de ces deux vecteurs linéaires indépendants et obtenir ainsi l'angle de montage. 10 La figure 3 montre les chronogrammes de différentes va- riables pour un changement des états de mouvement 14 du véhicule 11. La figure 3 montre quatre graphes de différentes variables en fonction du temps 19, ces graphes étant dans une relation chronologique. Dans le second graphe à partir du haut on a représenté 15 le mouvement effectif 20 du véhicule 11. Dans le troisième graphe compté à partir du haut on a représenté la vitesse 21 et dans le graphe inférieur on a représenté l'accélération 22. Le graphe inférieur montre ainsi, de façon simplifiée, les données que le capteur d'accélération 10 mesure à partir du mouvement effectif 20. Dans le premier graphe à 20 partir haut, on a les états de mouvement 14 déterminés par le capteur d'accélération 10. Comme cela découle du second graphe à partir du haut, le véhicule 11 est initialement immobile. Cela signifie que la vitesse 21 et l'accélération 22 sont égales à zéro. Le capteur d'accélération mesure 25 ainsi uniquement un bruit de sorte qu'il attribue le mouvement à l'état "pas de mouvement 16". Précisément, le capteur d'accélération 10 mesure, dans ce cas uniquement, l'accélération terrestre constante, c'est-à-dire la gravité. Puis, le véhicule 11 commence à se déplacer. Cela signifie 30 que la vitesse 21 augmente. Le véhicule 11 devient plus rapide pendant la durée d'accélération 26. Cela est également présenté dans le graphique du bas dans lequel l'accélération 22 augmente tout d'abord puis reste sensiblement constante. Après un temps de retard 24 par rapport au démarrage du véhicule 11, on attribue au mouvement du véhicule 3057657 10 11 l'état "vient juste de démarrer" 18. Ensuite, on lui attribue l'état "mouvement" 15. Pendant que le véhicule 11 se déplace ensuite à vitesse constante 21, le capteur d'accélération 11 ne détecte aucune accéléra- 5 tion 22 (en dehors de l'accélération terrestre constante). Mais comme la détection du mouvement constate toujours, à cause de valeurs de bruit plus importantes, en continu une valeur (valeur actuelle de l'accélération - moins accélération précédente), et qui se situe au-dessus du seuil correspondant à la détection de l'état immobile, cela 10 exclut l'état immobile et signifie que le véhicule 11 doit se déplacer à vitesse constante 21. C'est pourquoi on conserve l'état "mouvement" 15. Dans la durée de freinage 27 la vitesse 21 diminue jusqu'à l'arrêt. Dans la durée de freinage 27, le capteur d'accélération 11 détecte une accélération négative 22. Ensuite, le capteur d'accélération 15 11 ne mesure pas d'accélération 22 (en dehors de l'accélération ter- restre). Le capteur d'accélération après un temps de retard 25 fournit l'état "freinage" 17. Ensuite, le capteur d'accélération 10 attribue au mouvement du véhicule 11 l'état "pas de mouvement" 16. A chaque transition entre un état "mouvement" 15 et 20 l'état "pas de mouvement" 16, cela signifie la détection de l'état "freinage" 17 et on forme à la fois le vecteur gravitation qui est fondé sur les données de l'état "pas de mouvement" et aussi le vecteur de freinage qui correspond aux données d'accélération mesurée pendant l'état "freinage" 17 et la durée qui précède. Le retard 25 pour le freinage com- 25 prend la durée avant la détection de l'état "freinage" 17 c'est-à-dire l'état de freinage proprement dit. 30 3057657 11 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Capteur d'accélération 11 Véhicule 5 12 Système de coordonnées de capteur 12a Axe x 12b Axe y 13 Axe z / système de coordonnées du véhicule 13a Axe x 10 13b Axe y 13c Axe z 14 Etat de mouvements du véhicule 15 Mouvement 16 Pas de movement 15 17 Freinage 18 Début du demurrage 19 Durée 20 Graphique donnant le mouvement effectif du véhicule 21 Graphique donnant la vitesse du véhicule 20 22 Graphique donnant l'accélération du véhicule / accélération négative 25 Retard 26 Durée d'accélération 27 Durée de freinage 25 REVENDICATIONS1°) Installation de navigation de véhicule comportant un capteur d'accélération (10) pour déterminer les données d'accélération du véhicule (11), le capteur d'accélération étant monté dans le véhicule (11), Installation de navigation caractérisée en ce que le capteur d'accélération (10) détermine sa position de montage dans le véhicule. 2°) Procédé de navigation avec une installation de navigation de véhi- cule selon la revendication 1 utilisant un capteur d'accélération (10), caractérisé en ce que le procédé détermine la position de montage du capteur d'accélération (10). 3°) Procédé de navigation de véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que la position de montage du capteur d'accélération (10) est définie par les angles de montage (a., ay, a.) et la détermination de la position de montage du capteur d'accélération (10) consiste aussi à déterminer l'angle de montage (a., City, az). 4°) Procédé de navigation de véhicule selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que pour déterminer l'angle de montage (a., ay, az) on détecte le mouvement du véhicule (11), - on compare les données d'accélération fournies par le capteur d'accélération (10) à l'instant actuel aux données d'accélération reçues précédemment, et - on reconnaît l'état "mouvement" (15) si la différence entre les don- nées d'accélération reçues à l'instant actuel dépasse les données d'accélération reçues précédemment, selon un seuil prédéterminé. 5°) Procédé de navigation d'un véhicule selon l'une des revendications 2 à4, 3057657 13 caractérisé en ce que le procédé comprend la reconnaissance de l'état "pas de mouvement". 6°) Procédé de navigation d'un véhicule selon les revendications 4 et 5, 5 caractérisé en ce qu' au passage de l'état "mouvement" (15) à l'état "pas de mouvement" (16) on reconnaît l'état "freinage" (17). 7°) Procédé de navigation d'un véhicule selon la revendication 6, 10 caractérisé en ce qu' on forme un vecteur de freinage lorsqu'on reconnaît l'état "freinage" (17). 8°) Procédé de navigation d'un véhicule selon l'une des revendications 15 5 à 7, caractérisé en ce qu' en reconnaissant l'état "pas de mouvement" (16) à partir des données d'accélération reçues à l'instant de l'état "pas de mouvement" (16) on forme un vecteur de gravitation. 20 9°) Procédé de navigation d'un véhicule selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu' on détermine en continu la position d'installation. 25