Brevet FR3081548A1 — publié le 20191129

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE DÉTERMINATION DE LA POSITION PRÉCISE D'UN VÉHICULE DANS UNE CARTOGRAPHIE ROUTIÈRE. L'invention concerne les véhicules, éventuellement de type automobile, et pouvant circuler sur des routes définies dans des cartographies routières, et plus précisément la détermination de la position de tels véhicules au sein d'une cartographie routière. Comme le sait l'homme de l'art, dans certains véhicules on peut avoir io besoin de connaître avec une précision au moins élevée (typiquement quelques dizaines de centimètres) la position d'un véhicule dans une cartographie routière. Cela peut notamment être utile lorsque l'on veut déterminer la trajectoire que doit suivre un véhicule à conduite au moins partiellement automatisée (ou autonome). 15 Dans ce qui suit on considère qu'un véhicule est à conduite au moins partiellement automatisée (ou autonome) lorsqu'il peut être conduit de façon automatisée (partielle ou totale (sans intervention de son conducteur)) pendant une phase de conduite automatisée, ou de façon manuelle (et donc avec intervention de son conducteur sur le volant et/ou les pédales) pendant une 20 phase de conduite manuelle. Actuellement, la détermination de positions ayant une précision très élevée dans une cartographie routière nécessite d'équiper ce véhicule d'un dispositif de détermination de position sophistiqué mettant en oeuvre des mesures différentielles. Un tel dispositif comprend généralement deux capteurs 25 de positionnement par satellites (ou GNSS (« Global Navigation Satellite System ») - par exemple de type GPS (« Global Positioning System »), Galiléo ou Glonass) placés sur le toit du véhicule et de très haute précision, et une centrale inertielle placée au milieu du véhicule. L'inconvénient principal d'un tel dispositif réside dans son prix très 30 élevé, typiquement plus de dix milles euros, qui rend son implantation impossible dans la plupart des véhicules (au moins de série). En outre, un tel dispositif est généralement très difficile à calibrer et à initialiser, notamment dans 2 un véhicule de série. Par ailleurs, dans certains endroits (comme par exemple des tunnels, des parkings fermés, des environnements urbains denses, des montagnes, des vallées encaissées ou des sous-bois), et/ou en présence de certaines conditions météorologiques, les liaisons avec les satellites GNSS 5 peuvent être mauvaises ou impossibles, ce qui empêche la détermination des positions. On ne peut donc actuellement déterminer dans la plupart des véhicules que des positions ayant au mieux une précision élevée dans une cartographie routière. Pour ce faire, on peut, par exemple, utiliser un dispositif comprenant à io la fois un capteur GNSS standard (mais de bonne qualité) et un calculateur d'estime. Un tel dispositif est notamment décrit dans le document brevet EP 0629877. Le calculateur d'estime est chargé de déduire la position du véhicule de la route sur laquelle il circule, de la distance qu'il a parcourue depuis sa dernière position connue, et des cap et vitesse du véhicule. Cela impose donc 15 l'installation d'équipements additionnels particuliers dans le véhicule (notamment pour la détermination du cap), et par conséquent un surcoût. En outre, on est toujours confronté au problème de l'impossibilité de déterminer la position du véhicule dans certains endroits et/ou en présence de certaines conditions météorologiques. 20 L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation, et notamment de permettre la détermination de façon continue de positions ayant une précision élevée dans une cartographie routière sans qu'il faille équiper le véhicule avec des équipements additionnels particuliers. Elle propose notamment à cet effet un procédé destiné à déterminer la 25 position d'un véhicule comprenant un volant, déterminant ses longitude et latitude en cours, et stockant des informations d'environnement connues définissant une cartographie routière. Ce procédé se caractérise par le fait qu'il comprend une étape dans laquelle : - on détermine une position du véhicule en fonction des longitude et latitude en 30 cours déterminées, et une position prédite du véhicule en alimentant un modèle d'évolution de ce dernier avec une position prédite précédente, une vitesse longitudinale en cours du véhicule et un angle de braquage en cours du volant, et 3 - on corrige cette position prédite déterminée en alimentant un observateur d'état avec cette position déterminée et des informations d'environnement correspondant à cette dernière, afin de délivrer une position corrigée dans la cartographie routière. 5 Ainsi, on peut désormais déterminer de façon continue les positions du véhicule avec la meilleure précision possible pour l'ensemble des capteurs disponibles dans une cartographie routière sans avoir besoin d'installer dans ce véhicule des équipements additionnels particuliers. Le procédé de détermination de position selon l'invention peut io comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - dans son étape on peut déterminer la position prédite du véhicule en alimentant un modèle d'évolution de type cinématique ; - dans son étape on peut corriger la position prédite déterminée en alimentant 15 un observateur d'état de type dit de kalman ; > dans son étape on peut déterminer la position prédite du véhicule en alimentant un modèle d'évolution de type cinématique non linéaire, et on peut corriger la position prédite déterminée en alimentant un observateur d'état de type dit de kalman étendu ; 20 - dans son étape, en l'absence des longitude et latitude en cours, on peut utiliser l'observateur d'état en boucle ouverte en l'alimentant seulement avec la position prédite déterminée, - dans son étape on peut aussi alimenter l'observateur d'état avec des mesures d'accélération fournies par au moins un accéléromètre présent dans 25 le véhicule (éventuellement de façon temporaire). L'invention propose également un produit programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions qui, lorsqu'il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en oeuvre un procédé de détermination de position du type de celui présenté ci-avant pour déterminer la position d'un 30 véhicule par rapport à une cartographie routière. L'invention propose également un dispositif de détermination de position destiné à équiper un véhicule comprenant un volant, un dispositif de positionnement par satellites déterminant des longitude et latitude en cours 4 du véhicule, et une mémoire stockant des informations d'environnement connues définissant une cartographie routière. Ce dispositif se caractérise par le fait qu'il comprend au moins un processeur : - déterminant une position du véhicule en fonction des longitude et latitude 5 en cours déterminées, et une position prédite du véhicule en alimentant un modèle d'évolution de ce dernier avec une position prédite précédente, une vitesse longitudinale en cours du véhicule et un angle de braquage en cours du volant, et - corrigeant cette position prédite déterminée en alimentant un observateur io d'état avec cette position déterminée et des informations d'environnement correspondant à cette dernière, afin de délivrer une position corrigée dans la cartographie routière. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant un volant, un dispositif de positionnement par 15 satellites déterminant des longitude et latitude en cours du véhicule, et une mémoire stockant des informations d'environnement connues définissant une cartographie routière. Ce véhicule se caractérise par le fait qu'il comprend en outre un dispositif de détermination de position du type de celui présenté ci-avant. 20 Par exemple, ce véhicule peut aussi comprendre un dispositif d'assistance déterminant une trajectoire à suivre en fonction de positions corrigées déterminées successivement et d'informations d'environnement connues correspondant à ces dernières. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à 25 l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement une route comprenant deux voies de circulation sur l'une desquelles circule un véhicule équipé d'un dispositif de détermination de position selon l'invention, 30 et - la figure 2 illustre schématiquement au sein d'un diagramme un exemple de modèle d'évolution de type cinématique d'un véhicule. L'invention a notamment pour but de proposer un procédé de 5 détermination de position, et un dispositif de détermination de position DD associé, destinés à permettre la détermination de la position d'un véhicule V dans une cartographie routière, avec la meilleure précision possible pour l'ensemble des capteurs disponibles. 5 Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule pouvant circuler sur des voies de circulation terrestres. On a schématiquement et fonctionnellement représenté sur la figure 1 io une route R comprenant des première VC1 et seconde VC2 voies de circulation ayant éventuellement des sens de circulation identiques. On notera que la route pourrait ne comporter qu'une seule voie de circulation VC1, ou comporter plus de deux voies de circulation. Dans l'exemple illustré non limitativement, un véhicule V circule sur la 15 première voie de circulation VC1 et est notamment équipé d'un volant VV, d'un dispositif de positionnement par satellites DP, d'une mémoire MS, et d'un exemple de réalisation d'un dispositif de détermination de position DD selon l'invention. Le dispositif de positionnement par satellites DP est agencé de manière 20 à déterminer les longitude (long) et latitude (lat) en cours du véhicule V à des instants connus. Cette détermination est réalisée par un module de calcul MC à partir des contenus de messages transmis par voie d'ondes par une constellation de satellites (GNSS), par exemple GPS, Galiléo ou Glonass, et reçus par un capteur GNSS CG embarqué dans le véhicule V (par exemple 25 installé sur le toit de ce dernier (V)). Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 1, le module de calcul MC du dispositif de positionnement par satellites DP peut faire partie d'un calculateur CAL. Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, le module de calcul MC pourrait comprendre son propre calculateur. Par conséquent, le 30 module de calcul MC peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou d'une combinaison de circuits ou composants électriques ou électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels. 6 On notera que le dispositif de positionnement par satellites DP peut éventuellement faire partie d'un dispositif d'aide à la navigation embarqué (de façon permanente ou temporaire) dans le véhicule V. La mémoire MS est chargée de stocker des informations 5 d'environnement connues qui définissent au moins une cartographie routière (et notamment la route R). Cette cartographie routière est éventuellement de haute définition, et a éventuellement été téléchargée via un module de communication embarqué dans le véhicule V. Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 1, la io mémoire MS peut faire partie du calculateur CAL. Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, elle pourrait faire partie d'un autre calculateur ou bien constituer un équipement couplé (directement ou indirectement) au calculateur CAL. Par ailleurs, cette mémoire MS peut aussi éventuellement faire partie de l'éventuel dispositif d'aide à la navigation. Mais cela n'est pas obligatoire. En 15 effet, elle pourrait être indépendante de cet éventuel dispositif d'aide à la navigation. Comme évoqué plus haut, l'invention propose notamment un procédé de détermination de position destiné à permettre la détermination de la position du véhicule V dans la cartographie routière qui est stockée dans la mémoire MS 20 (avec la meilleure précision possible pour l'ensemble des capteurs disponibles). Ce procédé de détermination de position peut être au moins partiellement mis en oeuvre par le dispositif de détermination de position DD qui comprend à cet effet au moins un processeur PR, par exemple de signal numérique (ou DSP (« Digital Signal Processor »)). 25 Dans l'exemple illustré non limitativement sur l'unique figure, le dispositif de détermination de position DD fait partie du calculateur CAL qui comprend également la mémoire MS et le module de calcul MC du dispositif de positionnement par satellites DP. Mais cela n'est pas obligatoire. En effet, il pourrait faire partie d'un autre calculateur que le calculateur CAL, ou bien 30 pourrait comprendre son propre calculateur. Par conséquent, le dispositif de détermination de position DD peut être réalisé sous la forme d'une combinaison de circuits ou composants électriques ou électroniques et de modules logiciels. Le procédé de détermination de position, selon l'invention, comprend 7 une étape dans laquelle on (le processeur PR) commence par déterminer, d'une part, une position pl = (xm, ym) du véhicule V en fonction des longitude long et latitude lat en cours déterminées par le module de calcul MC, et, d'autre part, une position prédite pp du véhicule V en alimentant un modèle d'évolution de ce 5 dernier (V) avec une position prédite précédente, la vitesse longitudinale vx en cours du véhicule V et un angle de braquage ab en cours du volant VV (qui correspond à une position angulaire des roues avant). On notera que les coordonnées xm et ym de la position pl correspondent respectivement aux directions longitudinale et transversale du véhicule V. io La vitesse longitudinale vx en cours du véhicule V et l'angle de braquage ab en cours du volant VV sont des grandeurs qui sont, par exemple, accessibles via le réseau de communication RC, éventuellement multiplexé, qui est embarqué dans le véhicule V, et qui permet aux équipements électroniques et capteurs de s'échanger des données. 15 Par exemple, le processeur PR peut déterminer la position pl en utilisant les formules suivantes, dans lesquelles les deux nombres correspondent approximativement à un degré au sol (un degré de latitude correspond environ à 110574 mètres dans un repère linéaire terrestre) : xm = 111320 * long * cos(lat) 20 ym = 110574* lat. De préférence, on détermine la position prédite pp du véhicule V en alimentant un modèle d'évolution de type cinématique. On notera qu'au lieu d'utiliser un modèle d'évolution de type 25 cinématique, on pourrait utiliser un modèle d'évolution de type dynamique. Cependant, un tel modèle d'évolution dynamique comprend un plus grand nombre de paramètres que le modèle d'évolution cinématique, et nécessite un traitement complémentaire du conditionnement numérique pour les vitesses qui sont proches de zéro. 30 Puis, dans l'étape du procédé on (le processeur PR) corrige la position prédite pp déterminée en alimentant un observateur d'état avec la position pl déterminée et des informations d'environnement stockées dans la mémoire MS et correspondant à cette dernière (pi), afin de délivrer une position corrigée pc 8 dans la cartographie routière qui est stockée dans la mémoire MS. On comprendra que cet observateur d'état fait partie du processeur PR. Il est rappelé qu'un observateur d'état (ou « state observer ») est une espèce de « capteur logiciel » qui est utilisé lorsqu'un état d'un système (ici la position 5 d'un véhicule) n'est pas mesurable, afin de déterminer (ou estimer) cet état à partir d'un modèle d'évolution de l'état de ce système et de mesures d'autres grandeurs (ici la vitesse longitudinale vx en cours du véhicule V et l'angle de braquage ab en cours du volant VV). L'observateur d'état a donc besoin de mesures lui permettant de donner à chaque instant t une estimation de l'état io concerné. Si x désigne l'état (non mesuré) du système, 2 représente l'estimation de l'état faite par l'observateur d'état en utilisant l'évolution du système (définie par le modèle d'évolution) en tenant compte des grandeurs d'entrée (ici les longitude long et latitude lat) et de la sortie du système (ici la position pl déterminée), dans le but de corriger les écarts. 15 Grâce à l'invention, on peut désormais déterminer de façon continue les positions du véhicule V dans une cartographie routière avec la meilleure précision possible pour l'ensemble des capteurs disponibles, y compris lorsque les longitude long et latitude lat en cours sont temporairement indisponibles, et sans avoir besoin d'installer dans le véhicule V des équipements additionnels 20 particuliers. Par exemple, dans l'étape du procédé on (le processeur PR) peut corriger la position prédite pp déterminée en alimentant un observateur d'état de type dit de kalman, bien connu de l'homme de l'art. Mais d'autres observateurs d'état peuvent être utilisés, comme par exemple un filtrage 25 particulaire ou un observateur de Luenberger. En présence de cette option, lorsque l'on (le processeur PR) détermine la position prédite pp du véhicule V en alimentant un modèle cinématique non linéaire, on peut corriger la position prédite déterminée en alimentant un observateur d'état de type dit de kalman étendu, également bien connu de 30 l'homme de l'art. A titre d'exemple non limitatif, le modèle cinématique non linéaire du véhicule V peut être défini par l'ensemble d'équations suivant : 15 9 { ±(t) = 1),(0 cos(49(t) +fl(t)) = v(t) sin(q )(t) + /3(t)) v(t) (0, (t) t) = tan -n) K cos(/3(t)) b tan(O,/n) fl(t) = tan_'( L ) où .5c(t) est la dérivé temporelle de la coordonnée longitudinale xm de la position pi, ji(t) est la dérivé temporelle de la coordonnée transversale ym de 5 la position pi, le (t) est un angle de glissement latéral (ou « slip angle »), (p(t) est l'angle de lacet, cp(t) est la dérivé temporelle de (p(t), L est l'empattement du véhicule, 61,(t) est l'angle de braquage (ab) du volant VV, n est un facteur de réduction volant/roues, et b est l'empattement arrière. Le modèle cinématique défini ci-avant est illustré schématiquement io dans le digramme de la figure 2. On notera que le modèle cinématique défini ci-avant est préférentiellement discrétisé comme indiqué ci-dessous, pour son implémentation par le processeur PR avec un pas d'échantillonnage imposé par le calculateur CAL ou un autre calculateur central du véhicule V : /3(k) = tan-1-(rbtan(6))) { y (k) = y (k - 1) + -cvx(k) sin(cp(k - 1) + /3(k)) x(k) = x(k - 1) + tvx(k) cos(cp(k - 1) + /3(k)) cp(k) = cp(k - 1) + T1') REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la position d'un véhicule (V) comprenant un volant, déterminant ses longitude et latitude en cours, et stockant des informations d'environnement connues définissant une cartographie routière, caractérisé en ce qu'il comprend une étape dans laquelle a) on détermine une position dudit véhicule (V) en fonction desdites longitude et latitude en cours déterminées, et une position prédite dudit véhicule (V) en alimentant un modèle d'évolution de ce dernier (V) avec une position prédite précédente, une vitesse io longitudinale en cours dudit véhicule (V) et un angle de braquage en cours dudit volant, et b) on corrige ladite position prédite déterminée en alimentant un observateur d'état avec ladite position déterminée et des informations d'environnement correspondant à cette dernière, afin de délivrer une position corrigée dans ladite cartographie routière. 15 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ladite étape on détermine ladite position prédite du véhicule (V) en alimentant un modèle d'évolution de type cinématique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans ladite étape on corrige ladite position prédite déterminée en alimentant un 20 observateur d'état de type dit de kalman. 4. Procédé selon la combinaison des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que dans ladite étape on détermine ladite position prédite du véhicule (V) en alimentant un modèle d'évolution de type cinématique non linéaire, et on corrige ladite position prédite déterminée en alimentant un observateur d'état 25 de type dit de kalman étendu. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans ladite étape, en l'absence desdites longitude et latitude en cours, on utilise ledit observateur d'état en boucle ouverte en l'alimentant seulement avec ladite position prédite déterminée. 30 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans ladite étape on alimente ledit observateur d'état avec des mesures d'accélération fournies par au moins un accéléromètre présent dans ledit véhicule (V). 15 7. Produit programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions qui, lorsqu'il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en oeuvre le procédé de détermination de position selon l'une des revendications précédentes pour déterminer la position d'un véhicule (V) par rapport à une 5 cartographie routière. 8. Dispositif de détermination de position (DD) pour un véhicule (V) comprenant un volant, un dispositif de positionnement par satellites (DP) déterminant des longitude et latitude en cours dudit véhicule (V), et une mémoire (MS) stockant des informations d'environnement connues définissant une io cartographie routière, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un processeur (PR) a) déterminant une position dudit véhicule (V) en fonction desdites longitude et latitude en cours déterminées, et une position prédite dudit véhicule (V) en alimentant un modèle d'évolution de ce dernier (V) avec une position prédite précédente, une vitesse longitudinale en cours dudit véhicule (V) et un 15 angle de braquage en cours dudit volant, et b) corrigeant ladite position prédite déterminée en alimentant un observateur d'état avec ladite position déterminée et des informations d'environnement correspondant à cette dernière, afin de délivrer une position corrigée dans ladite cartographie routière. 9. Véhicule (V) comprenant un volant, un dispositif de positionnement 20 par satellites (DP) déterminant des longitude et latitude en cours dudit véhicule (V), et une mémoire (MS) stockant des informations d'environnement connues définissant une cartographie routière, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de détermination de position (DD) selon la revendication 8. 10. Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en 25 outre un dispositif d'assistance (DA) déterminant une trajectoire à suivre en fonction de positions corrigées déterminées successivement et d'informations d'environnement connues correspondant à ces dernières.