Brevet FR3107605A1 — publié le 20210827

La présente invention concerne un procédé de pilotage d’un robot de conduite destiné aux essais d’homologation des véhicules automobiles, comprenant le paramétrage d’au moins un régulateur couplé audit robot, via un gabarit de consignes (C), respectivement, d’accélération et de décélération, caractérisé en ce que, dans une première étape, on analyse le gabarit des consignes de façon à détecter les zones (Z) de forts gradients de vitesse et les temps (t) correspondant au basculement des consignes d’une demande d’accélération vers une demande de décélération ou inversement puis, dans une seconde étape, on modifie le gain intégral (G) du régulateur en amont des temps de basculement des consignes (C) en le multipliant par un coefficient négatif et on l’applique avec un décalage temporel de façon à anticiper le freinage ou l’accélération du véhicule. Fig. 3A PROCEDE DE PILOTAGE DU ROBOT DE CONDUITE UTILISE POUR LES ESSAIS D’HOMOLOGATION DE VEHICULES AUTOMOBILES L’invention s’applique au domaine de la gestion de la phase de mise au point et d’homologation de véhicules automobiles. Plus précisément, l’invention concerne un procédé de pilotage d’un robot de conduite de véhicules équipés d’un calculateur dit de développement et d’une transmission automatique, en vue de suivre sur des moyens d’essais du type bancs à rouleaux et de façon autonome, une consigne de vitesse généralement issue de cycles de validation ou d’homologation. Ces robots de conduite comprennent des actionneurs destinés à commander mécaniquement, notamment, la pédale de frein, la pédale d’accélérateur et le levier de changement de vitesse selon des modes de fonctionnement et des temps de mise en œuvre variables et des réglages spécifiques en fonction du véhicule à tester. Toutefois, les coûts, le temps passé pour l’installation du robot, les difficultés de mise en œuvre de ces systèmes robotisés et surtout les contraintes liées à leur paramétrage qui est nécessaire et propre à chaque type de véhicule, rendent un tel processus d’essais laborieux et incompatible avec les besoins identifiés par les constructeurs. Il existe déjà des systèmes permettant, dans le cadre d’essais d’homologation des véhicules, l’actionnement automatique de leurs organes de conduite. Ainsi, Le brevet EP2302348 décrit un banc d'essai dynamique modulaire à rouleaux servant à simuler des essais de véhicules sur route. Ce banc d'essai permet de mesurer le couple et la vitesse de rotation du moteur, d'enregistrer les performances et de simuler la dynamique de mouvement sur la route (inertie, frottement aérodynamique et résistance au roulement) en appliquant, en cours d'essai aux roues motrices du véhicule, des couples moteurs et des couples de freinage adaptés. Par ailleurs, le brevet EP1085312 décrit un procédé pour l'analyse de la tenue de route de véhicules automobiles sur un banc d'essai à rouleaux. Ce procédé comprend l’exécution d'un cycle de fonctionnement prédéterminé constitué d'une première consigne d'accélération longitudinale à partir d'un signal de vitesse de rotation qui est prélevé par la chaîne d'entraînement du véhicule ou du banc d'essai, d'une deuxième consigne d'accélération longitudinale à partir d’un capteur d'accélération implanté dans le véhicule, la superposition des première et deuxième consignes d'accélération longitudinale en un signal somme et la détermination, à partir du signal somme, d'un paramètre représentant l'aptitude à la route de véhicule automobile. Cependant aucun de ces documents ne propose ni ne suggère l’application au régulateur du robot d’un paramétrage spécifique permettant d’anticiper l’accélération ou le freinage du véhicule pour simuler, de façon optimale, un mode de conduite humain. En outre, pour réduire le temps de paramétrage du robot et être robuste aux variations de paramètres des différents véhicules à piloter, la mise en œuvre de ces procédés et dispositifs antérieurs implique des adaptations préalables du gabarit de consigne et des réglages mécaniques nombreux et complexes. En particulier, les solutions techniques décrites dans l’art antérieur nécessitent d’adapter les paramètres du régulateur du robot en fonction des caractéristiques du véhicule à tester (type de moteur, silhouettes, règles de circulation routière, rapports de transmission) pour obtenir les performances exigées. Dans ce contexte, l’invention propose une solution technique permettant, par un unique réglage du robot de conduite et quel que soit le véhicule à tester, de s’affranchir de la gestion de la diversité des paramètres et d’anticiper le freinage ou l’accélération du véhicule pour se rapprocher, de façon fidèle, de la conduite humaine et répondre ainsi aux exigences de l’essai. Ce but est atteint, selon l’invention, au moyen d’un procédé de pilotage d’un robot de conduite destiné aux essais d’homologation des véhicules automobiles, comprenant le paramétrage d’au moins un régulateur couplé audit robot, via un gabarit de consignes, respectivement, d’accélération et de décélération, caractérisé en ce que, dans une première étape, on analyse le gabarit des consignes de façon à détecter les zones de forts gradients de vitesse et les temps correspondant au basculement des consignes d’une demande d’accélération à une demande de décélération ou inversement puis, dans une seconde étape, on modifie le gain intégral du régulateur en amont des temps de basculement des consignes en le multipliant par un coefficient négatif et on l’applique avec un décalage temporel (∆T) de façon à anticiper le freinage ou l’accélération du véhicule. Selon une caractéristique avantageuse du procédé de l’invention, on applique le décalage temporel sur une fenêtre constante. De préférence, cette fenêtre a une durée de 800ms. Selon une autre caractéristique du procédé, le coefficient négatif de multiplication du gain intégral est compris entre -0,8 et -1,2. Selon une variante de mise en œuvre du procédé, on applique le décalage temporel du gain intégral par le paramétrage d’un unique régulateur global. Un autre objet de l’invention est un dispositif de pilotage d’un robot d’homologation pour la mise en œuvre du procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu’il comprend une commande d’accélération couplée à un régulateur global et une commande de freinage couplée à un régulateur local, ledit régulateur global étant apte et destiné à être paramétré avec un gain intégral négatif et un décalage temporel de la consigne d’accélération ou de décélération. Encore un autre objet de l’invention est une utilisation du procédé tel que défini ci-dessus pour la mise au point et l’homologation des véhicules automobiles sur des bancs à rouleaux. L’invention, intégrée dans un robot de conduite (par exemple du type « Curb-e »), consiste à piloter un véhicule équipé d’un calculateur dit de développement et d’une transmission automatique sur un banc à rouleaux pour suivre, en toute autonomie, une consigne de vitesse, généralement issue de cycles de validation ou d’homologation, en intégrant un décalage temporel du gabarit des consignes d’accélération et de décélération appliquées à un régulateur. Ce régulateur est paramétré avec une faible dynamique pour assurer une qualité de régulation conforme aux exigences et valable quel que soit le véhicule à piloter de façon robotisée. En présence d’importantes phases transitoires de consignes présentant, par exemple, une forte accélération suivie d’une forte décélération (ou le contraire), le procédé de l’invention permet d’assurer un suivi de consigne compatible avec les exigences de l’essai par anticipation du freinage ou de l’accélération du véhicule. Le procédé de l’invention trouve une application particulièrement intéressante pour les essais ayant des cycles dits dynamiques et présentant des phases transitoires de consigne de vitesse. L’invention contribue en conséquence à donner au robot la capacité de suivre des gabarits de consigne à fort gradients en se rapprochant ainsi de la conduite humaine. Le procédé de l’invention permet ainsi, grâce à un unique réglage du robot de conduite et quel que soit le véhicule à tester, de résoudre les problèmes de gestion de la diversité des paramètres et d’éviter de sortir des plages de tolérances et des exigences de l’essai (écarts entre consigne et mesure de vitesse), en particulier, en présence de brusques phases transitoires entre accélération et décélération, ce qui améliore la fiabilité des essais et la sécurité de fonctionnement du système. Par conséquent, l’invention, s’affranchit de la gestion complexe des divers réglages du régulateur de conduite et offre un gain de temps significatif du fait que le procédé ne nécessite pas d’essais spécifiques pour paramétrer le robot de conduite en présence d’une nouvelle silhouette de véhicule, d’un nouveau moteur ou d’une nouvelle transmission. En effet, les procédés antérieurs nécessitaient un temps de travail conséquent pour paramétrer et valider le régulateur de façon optimale lorsqu’il s’agissait de tester de nouveaux véhicules ce qui pénalisait les ressources matérielles en raison du manque de disponibilité des bancs à rouleaux. En outre, le procédé de l’invention s’avère robuste pour les tests sur tous types de véhicules à transmission automatique et à motorisation essence, diesel, hybride et électrique sans modifications des réglages. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés et détaillés ci-après. est un graphe illustrant un mode de mise en œuvre du procédé de pilotage de l’invention avec, en partie supérieure, la première étape de détection des zones d’inflexion des consignes et, en abscisse, les temps de basculement et, en partie inférieure, la représentation du gain intégral pour chaque zone identifiée. est un graphe illustrant l’impact de la modification du gain intégral en amont du point d’inflexion (partie inférieure de la figure 2) sur le suivi de consigne (partie supérieure de la figure 2), selon la seconde étape du procédé de pilotage de l’invention. est un graphe illustrant le suivi de consigne selon le procédé de pilotage de l’invention avec traitement du gradient intégral et décalage temporel de la consigne. est un graphe illustrant le suivi de consigne selon le procédé de pilotage de l’art antérieur sans traitement du gradient intégral. est un schéma illustrant un mode de réalisation d’un dispositif pour la mise en œuvre du procédé de l’invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques dans la description et sur les figures. Naturellement, les modes de mise en œuvre du procédé de l’invention illustrés par les figures présentées ci-dessus et décrites ci-après, ne sont donnés qu'à titre d’exemples non limitatifs. Il est explicitement prévu que l'on puisse proposer et combiner entre eux différents modes pour en proposer d'autres. L’invention concerne le domaine du pilotage des robots destinés à la conduite automatique des véhicules sur les bancs d’essais à rouleaux, lors des phases de mise au point finale et d’homologation en usine. Afin de conduire les essais de façon satisfaisante, les méthodes et systèmes de pilotage de l’art antérieur nécessitent d’adapter les paramètres du régulateur du robot en fonction des caractéristiques du véhicule à tester (type de moteurs, silhouettes, règles de circulation routière, rapports de transmission). L’invention vise à perfectionner les méthodes de pilotage connues en proposant un procédé intégrant un réglage unique des moyens de pilotage du robot quels que soient les véhicules à tester et les gabarits de consigne à suivre. Ce procédé permet ainsi de réduire le temps de paramétrage et d’être robuste aux variations des caractéristiques techniques des véhicules. Dans cet objectif, le procédé de l’’invention comprend deux étapes complémentaires l’une de l’autre. Une première étape illustrée par la figure 1, consiste à effectuer la synthèse du régulateur utilisé qui est, en général, sous-dimensionné sur l’aspect dynamique de régulation. Cette dégradation de la dynamique de régulation permet d’optimiser la robustesse du réglage au regard des différentes variétés de véhicules. Ce régulateur est généralement paramétré via un gabarit de consignes, et plus particulièrement dans le cadre de la présente invention, de consignes C d’accélération et de décélération. Lors de cette première étape, on analyse le gabarit des consignes C de façon à détecter les zones Z de forts gradients de vitesse (en traits pointillés sur les figures) et les temps t correspondant au basculement des consignes C d’une demande d’accélération vers une demande de décélération ou inversement. Cette étape permet d’extraire les points d’inflexion F et les temps de basculement (enregistrés et référencés T1, T2, etc, …) pour chaque zone Z identifiée. Dans la partie inférieure de la figure 1 est représenté le gain intégral G dont la valeur nominale initialement paramétrée à 3.2 est ici multipliée par (-1) pour devenir (-3.2) et est appliquée dans une fenêtre temporelle constante de 800ms. Par la suite et afin d’augmenter les performances du procédé par rapport aux procédés de pilotage traditionnels (dont un exemple est illustré par la figure 3B), l’invention prévoit une seconde étape spécifique permettant d’obtenir un mode de régulation compatible avec les exigences du cahier des charges tout en conservant la robustesse du réglage. Cette seconde étape qui est illustrée par la figure 2 et la figure 3A, est effectuée en automatique lors du lancement de l’essai et vise à introduire une modification du gabarit de consigne C à partir du gabarit initial qui est déjà connu au travers de la première étape. Cette modification qui porte sur le gain intégral G du régulateur, est destinée à s’appliquer en amont des temps de basculement T1, T2, … des consignes C et consiste à multiplier la valeur nominale du gain intégral G par un coefficient négatif et à l’appliquer avec un décalage ∆T dans chaque zone temporelle entre les instants T1-∆T et T1 puis entre T2-∆T et T2, etc, …. Selon l’invention, il est prévu que ce coefficient négatif de multiplication du gain intégral G soit compris entre -0,8 et -1,2. L’impact sur la commande R obtenue en sortie du régulateur permet d’influencer le comportement du véhicule pour anticiper le freinage ou l’accélération de ce dernier et éviter ainsi les phénomènes de dépassements de consigne observés avec les procédés de pilotage d’essais traditionnels. La modification de la valeur du gain intégral G a une incidence sur la composante intégrale L du régulateur (figures 2, 3A et 3B). Ainsi pendant toute la durée d’application de la modification, le sens de variation de cette composante L est inversé par rapport au fonctionnement nominal. Cette inversion produit une anticipation du freinage (ou de l’accélération) et donc de la décélération (réduction de la vitesse) du véhicule. Le freinage est demandé lorsque la valeur de commande R du régulateur est négative. La figure 2 illustre les liens entre la détection de la zone Z à fort gradient, la modification de la valeur du gain intégral G, l’incidence sur le suivi S de la consigne C et la réponse M en mesure de vitesse. A partir de t=10.4s, le gradient de la composante intégrale L est inversé avec un impact sur la commande R globale du robot de conduite qui entraine le freinage anticipé du véhicule. Le résultat obtenu dans chaque zone Z est l’anticipation du freinage (ou de l’accélération) pour assurer un suivi S de consigne conforme aux exigences de la régulation en évitant de sortir des plages de tolérances et des exigences de l’essai (écarts entre consigne C et mesure de vitesse M, figure 2) et en se rapprochant ainsi d’un mode de conduite humain. Les graphiques des figures 3A et 3B précisent les résultats obtenus, respectivement, avec et sans le procédé de l’invention. La figure 3A démontre la qualité du suivi S de consigne obtenu dans les zones Z à fortes variations de consigne (t=12s et t=25s) et la conformité de la réponse M aux exigences de la régulation. La figure 3B illustre, pour un gabarit de consigne C identique à celui de la figure 3A, le retard de la réponse M du véhicule et un non-respect des exigences de l’essai (sortie des limites hautes du gabarit). Ainsi, sans l’invention, le régulateur active le freinage plus tardivement qu’avec l’invention, ce qui amène à dépasser les limites autorisées en termes d’écarts de vitesse. Un mode de réalisation du dispositif utilisé pour la mise en œuvre du procédé de l’invention en vue de l’homologation d’un véhicule A, est illustré schématiquement par la figure 4. Ce dispositif comprend, d’une part, une commande d’accélération 11 couplée à un régulateur global 1 et agissant sur une pédale P et, d’autre part, une commande de décélération 12 couplée à un régulateur local 2 agissant sur une commande de freinage 22 associée à un vérin V. Une consigne C de vitesse est chargée en entrée dans le régulateur global1 et une mesure de vitesse M est obtenue en sortie. Le régulateur global 1 privilégie la stabilité des mesures au détriment des performances dynamiques (temps de réponse et suivi S de consigne). Procédé de pilotage d’un robot de conduite destiné aux essais d’homologation des véhicules automobiles, comprenant le paramétrage d’au moins un régulateur (1, 2) couplé audit robot, via un gabarit de consignes (C), respectivement, d’accélération et de décélération, caractérisé en ce que, dans une première étape, on analyse le gabarit des consignes (C) de façon à détecter les zones (Z) de forts gradients de vitesse et les temps (t) correspondant au basculement des consignes (C) d’une demande d’accélération à une demande de décélération ou inversement puis, dans une seconde étape, on modifie le gain intégral (G) du régulateur en amont des temps (T1, T2, …) de basculement des consignes (C) en le multipliant par un coefficient négatif et on l’applique avec un décalage temporel (∆T) de façon à anticiper le freinage ou l’accélération du véhicule.  Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’on applique le décalage temporel (∆T) sur une fenêtre constante. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite fenêtre a une durée de 800ms. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coefficient négatif de multiplication du gain intégral (G) est compris entre -0,8 et -1,2. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on applique le décalage temporel (∆T) du gain intégral (G) par le paramétrage d’un unique régulateur global (1). Dispositif de pilotage d’un robot d’homologation pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une commande d’accélération (11) couplée à un régulateur global (1) et une commande de freinage (22) couplée à un régulateur local (2), ledit régulateur global (1) étant apte et destiné à être paramétré avec un gain intégral (G) négatif et un décalage temporel (∆T) de la consigne (C) d’accélération ou de décélération. Utilisation du procédé selon l’une des revendications 1 à 4 pour la mise au point et l’homologation des véhicules automobiles sur des bancs à rouleaux.