Brevet FR3135685A1 — publié le 20231124

L’invention concerne un procédé de pilotage autonome d’actionneurs d’un appareil automobile (10) qui sont adaptés à influer sur la trajectoire et la vitesse dudit appareil automobile, comportant des étapes de : - acquisition d’une trajectoire de référence que ledit appareil automobile doit suivre, - détermination d’une valeur nominale d’au moins un paramètre permettant à l’appareil automobile de suivre la trajectoire de référence, - détermination d’une valeur courante de chacun desdits paramètres lorsque ledit appareil automobile suit la trajectoire de référence, - détermination d’un écart de valeurs entre la valeur courante et la valeur nominale de chacun desdits paramètres, puis - calcul par un calculateur d’une consigne de pilotage pour chaque actionneur, en fonction de chaque écart de valeurs, au moyen d’un correcteur. Selon l’invention, le correcteur permet de calculer conjointement une consigne de pilotage exclusivement latéral de l’appareil automobile et une consigne de pilotage exclusivement longitudinal de l’appareil automobile. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Procédé de pilotage autonome d’un appareil automobile Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale l’automatisation du suivi de trajectoires d’appareils automobiles. Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans le cadre des aides à la conduite de véhicules automobiles, mais elle peut également s’appliquer au domaine de l’aéronautique ou de la robotique. Elle concerne plus particulièrement un procédé de pilotage autonome d’actionneurs d’un appareil automobile qui sont adaptés à influer sur la trajectoire et la vitesse dudit appareil automobile, comportant des étapes de : - acquisition d’une trajectoire de référence que ledit appareil automobile doit suivre, - détermination d’une valeur nominale d’au moins un paramètre permettant à l’appareil automobile de suivre la trajectoire de référence, - détermination d’une valeur courante de chaque paramètre lorsque ledit appareil automobile suit la trajectoire de référence, - détermination d’un écart de valeurs entre la valeur courante et la valeur nominale de chaque paramètre, puis - calcul par un calculateur d’une consigne de pilotage pour chaque actionneur, en fonction de chaque écart de valeurs, en utilisant pour cela un objet mathématique ci-après appelé « correcteur ». Elle concerne aussi un appareil équipé d’un calculateur adapté à mettre en œuvre ce procédé. Elle concerne également une méthode pour synthétiser un tel correcteur. Elle s’applique plus particulièrement, mais pas exclusivement, au suivi d’une trajectoire d’évitement d’un obstacle par un véhicule automobile. Etat de la technique Dans un souci de sécurisation des véhicules automobiles, on équipe actuellement ces derniers de systèmes d’aide à la conduite ou de systèmes de conduite autonome. Parmi ces systèmes, on connait notamment les systèmes de freinage d’urgence automatique (plus connu sous l’abréviation AEB, de l’anglais « Automatic Emergency Braking »), conçus pour éviter toute collision avec des obstacles situés dans la voie empruntée par le véhicule, en agissant simplement sur le système de freinage conventionnel du véhicule automobile. Il existe toutefois des situations dans lesquelles ces systèmes de freinage d’urgence ne permettent pas d’éviter la collision ou ne sont pas utilisables (par exemple si un engin suit de près le véhicule automobile). Pour ces situations, il a été développé des systèmes d’évitement automatique (plus connu sous l’abréviation AES, de l’anglais « Advanced Evasive Steering » ou « Automatic Emergency Steering ») qui permettent d’éviter l’obstacle en déviant le véhicule de sa trajectoire, soit en agissant sur la direction du véhicule, soit en agissant sur le système de freinage différentiel du véhicule. On notera que l’obstacle peut être dans la même voie que le véhicule ou dans une voie adjacente, auquel cas il est détecté que cet obstacle peut se trouver dans un court délai sur la trajectoire du véhicule. Il arrive toutefois que le système AES impose au véhicule une trajectoire limite en termes de contrôlabilité et qui ne permet pas forcément au conducteur de reprendre la main sur la conduite du véhicule en toute sécurité. Le problème est en effet que les manœuvres d’évitement dites « à haute dynamique », c’est-à-dire pour lesquelles l’accélération subie par le véhicule dépasse un seuil par exemple de 0,3g, sont susceptibles de générer des instabilités et des défauts de suivi de trajectoire, si bien qu’elles s’avèrent difficiles à contrôler. Présentation de l'invention Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose une solution permettant de coupler les contrôles latéral et longitudinal du véhicule pour assurer un pilotage précis et stable du véhicule lors de manœuvres à haute dynamique, et notamment lors des manœuvres d’évitement d’obstacles. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de pilotage tel que défini dans l’introduction, dans lequel le correcteur est utilisé pour calculer conjointement une consigne de pilotage exclusivement latéral de l’appareil automobile et une consigne de pilotage exclusivement longitudinal de l’appareil automobile. Dans le cas où l’appareil considéré est un véhicule automobile, la consigne de pilotage exclusivement latéral sera une consigne de braquage des roues directrices du véhicule, et la consigne de pilotage exclusivement longitudinal sera une consigne de freinage traditionnel des roues du véhicule (on ne parle donc pas de freinage différentiel permettant de freiner et faire tourner le véhicule). Ainsi, l’invention permet de contrôler la dynamique de l’appareil (ici le véhicule) non seulement latéralement par rapport à l’a trajectoire qu’il doit emprunter, mais aussi longitudinalement, via un seul et unique correcteur. Autrement dit, lorsque ce procédé est mis en œuvre sur un véhicule automobile afin d’éviter un obstacle, il est possible de contrôler le braquage et le freinage (ou l’accélération) du véhicule de façon conjointe. Cette solution permet de garantir un meilleur suivi de trajectoire d’évitement de l’obstacle et une meilleure stabilité au véhicule. Le correcteur obtenu est en effet susceptible de garantir la stabilité et les performances d’une modélisation de la dynamique du véhicule par un système en boucle fermée, pour un ensemble très large de trajectoires de référence à des vitesses différentes. Grâce à l’invention, il n’est donc pas nécessaire de calculer et mettre au point un correcteur pour chaque trajectoire, le correcteur une fois correctement calibré étant valable pour un domaine d’utilisation assez large. A ce sujet, ce correcteur est calculé hors ligne (lors de la conception du véhicule) et il est ensuite embarqué sur véhicule, si bien qu’aucun nouveau calcul de synthèse du correcteur sur le véhicule n’est nécessaire. L’invention est ainsi facile à implémenter. Préférentiellement, ledit appareil automobile est un véhicule qui comprend au moins une roue adaptée à être braquée dans une direction variable, au moins un actionneur de direction assistée, au moins un actionneur de freinage et au moins un actionneur de propulsion du véhicule. Dès lors, la consigne de pilotage latéral est transmise audit au moins un actionneur de direction assistée pour braquer ladite au moins une roue, et la consigne de pilotage longitudinal est transmise audit au moins un actionneur de freinage ou audit au moins un actionneur de propulsion pour freiner ou accélérer le véhicule L’invention porte également sur une méthode d’élaboration d’un correcteur en vue de son utilisation dans un procédé de pilotage tel que précité, dans laquelle il est prévu de : - modéliser l’appareil automobile sous une forme non linéaire, - linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variants, - synthétiser un correcteur qui assure un suivi de trajectoires de référence, et dans laquelle le modèle est linéarisé sous forme polytopique. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de cette méthode conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - la modélisation de l’appareil automobile sous forme non linéaire est issue d’équations d’équilibre des forces s’appliquant sur l’appareil automobile ; - les forces s’appliquant sur l’appareil automobile comprenant des forces de réaction normale que le sol exerce sur au moins deux roues de l’appareil automobile, lesdites forces de réaction normale sont modélisées par un modèle de transfert de charge variable entre les deux roues, qui dépend de la dynamique de l’appareil automobile ; - les forces s’appliquant sur l’appareil automobile comprenant des forces de réaction normale ainsi que des forces de frottement longitudinal et latéral que le sol exerce sur des roues de l’appareil automobile, pour linéariser ledit modèle, on modélise l’appareil automobile sous la forme d’un système en boucle fermée, lesdites forces de réaction normale et de frottement longitudinal et latéral étant utilisées en entrée du système et dépendant de la sortie dudit système ; - une partie des forces s’appliquant sur l’appareil automobile saturant au-delà d’un seuil prédéfini, lors de la linéarisation dudit modèle, on utilise une fonction de saturation linéarisée sous la forme d’une droite ayant une pente variable ; - pour linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variants, il est prévu de déterminer un modèle linéarisé faisant intervenir trois matrices d’état ayant une dépendance affine à des paramètres variables dans le temps, puis d’écrire ce modèle linéarisé sous forme polytopique faisant intervenir seulement deux matrices d’état, ayant une dépendance affine à des paramètres variables ; - une partie au moins des paramètres variables dans le temps sont choisis parmi les termes des trois matrices d’état, les autres termes des matrices d’état étant considérés invariables dans le temps ; - le nombre de paramètres variables dans le temps choisis est compris entre 6 et 10, bornes incluses ; - le régulateur est synthétisé à partir de critères d’optimisation convexe sous contraintes d’inégalités matricielles linéaires, l’une au moins des contraintes comportant : ¤ la minimisation de la performance au sens H∞ de la relation entre une perturbation s’appliquant sur l’appareil automobile et une erreur de position et/ou de lacet de l’appareil automobile, ¤ la minimisation de la performance au sens H2 généralisé de la relation entre une perturbation s’appliquant sur l’appareil automobile et un signal de commande de l’appareil automobile, ¤ la prise en compte de saturations en amplitude des actionneurs. L’invention propose également un appareil automobile comprenant au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil, au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la vitesse dudit appareil et un calculateur qui est prévu pour piloter chaque actionneur et programmé à cet effet pour mettre en œuvre un procédé tel que précité. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Procédé de pilotage autonome d’actionneurs d’un appareil automobile (10) qui sont adaptés à influer sur la trajectoire et la vitesse dudit appareil automobile (10), comportant des étapes de : - acquisition d’une trajectoire de référence (T0) que ledit appareil automobile (10) doit suivre, - détermination d’une valeur nominale (x 0 , y 0 , ψ 0 , v 0 , u 0 , r 0 ) d’au moins un paramètre permettant à l’appareil automobile (10) de suivre la trajectoire de référence (T0), - détermination d’une valeur courante (x, y, ψ, v, u, r) de chaque paramètre lorsque ledit appareil automobile (10) suit la trajectoire de référence (T0), - détermination d’un écart de valeurs (Δv, Δu, Δr, x L , y L , Δψ) entre la valeur courante (x, y, ψ, v, u, r) et la valeur nominale (x 0 , y 0 , ψ 0 , v 0 , u 0 , r 0 ) de chaque paramètre, puis - calcul par un calculateur (13) d’une consigne de pilotage (δ f , τ wf ) pour chaque actionneur, en fonction de chaque écart de valeurs (Δv, Δu, Δr, x L , y L , Δψ), au moyen d’un correcteur (K), caractérisé en ce que le correcteur (K) permet de calculer conjointement une consigne de pilotage exclusivement latéral (δ f ) de l’appareil automobile (10) et une consigne de pilotage exclusivement longitudinal (τ wf ) de l’appareil automobile (10). Procédé de pilotage selon la revendication 1, dans lequel, ledit appareil automobile (10) étant un véhicule qui comprend au moins une roue (11, 12) adaptée à être braquée dans une direction variable, au moins un actionneur de direction assistée, au moins un actionneur de freinage et au moins un actionneur de propulsion du véhicule, la consigne de pilotage latéral est transmise audit au moins un actionneur de direction assistée pour braquer ladite au moins une roue, et la consigne de pilotage longitudinal est transmise audit au moins un actionneur de freinage et/ou audit au moins un actionneur de propulsion pour freiner ou accélérer le véhicule. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel, avant l’étape d’acquisition, il est prévu de : - modéliser l’appareil automobile (10) sous une forme non linéaire, - linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variants (LPV), - synthétiser ledit correcteur (K) qui assure un suivi de trajectoire de référence (T0), et dans lequel le modèle est linéarisé sous forme polytopique. Procédé de pilotage selon la revendication 3, dans lequel la modélisation de l’appareil automobile (10) sous forme non linéaire est issue d’équations d’équilibre des forces s’appliquant sur l’appareil automobile (10). Procédé de pilotage selon la revendication 4, dans lequel, les forces s’appliquant sur l’appareil automobile (10) comprenant des forces de réaction normale que le sol exerce sur au moins deux roues de l’appareil automobile (10), lesdites forces de réaction normale sont modélisées par un modèle de transfert de charge variable entre les deux roues, qui dépend de la dynamique de l’appareil automobile (10). Procédé de pilotage selon l’une des revendications 4 et 5, dans lequel, les forces s’appliquant sur l’appareil automobile (10) comprenant des forces de réaction normale ainsi que des forces de frottement longitudinal et latéral que le sol exerce sur des roues de l’appareil automobile (10), pour linéariser ledit modèle, on modélise l’appareil automobile (10) sous la forme d’un système en boucle fermée, lesdites forces de réaction normale et de frottement longitudinal et latéral étant utilisées en entrée du système et dépendant de la sortie dudit système. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 4 à 6, dans lequel, une partie des forces s’appliquant sur l’appareil automobile (10) saturant au-delà d’un seuil prédéfini, lors de la linéarisation dudit modèle, on utilise une fonction de saturation (σ) linéarisée sous la forme d’une droite ayant une pente variable. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 3 à 7, dans lequel, pour linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variants, il est prévu de déterminer un modèle linéarisé faisant intervenir trois matrices d’état (A(t), B w (t), B u (t)) ayant une dépendance affine à des paramètres variables dans le temps (p i ), puis d’écrire ce modèle linéarisé sous forme polytopique faisant intervenir seulement deux matrices d’état (A a (p), B wa (p)) ayant une dépendance affine à des paramètres variables (p i ). Procédé de pilotage selon la revendication 8, dans lequel une partie au moins des paramètres variables dans le temps (p i ) sont choisis parmi les termes des trois matrices d’état (A(t), B w (t), B u (t)), les autres termes des matrices d’état étant considérés invariables dans le temps, et dans laquelle le nombre de paramètres variables dans le temps (p i ) choisis est compris entre 6 et 10, bornes incluses. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 3 à 9, dans lequel le régulateur (K) est synthétisé à partir de critères d’optimisation convexe sous contraintes d’inégalités matricielles linéaires (LMI), l’une au moins des contraintes comportant : - la minimisation de la performance au sens H ∞ de la relation entre une perturbation s’appliquant sur l’appareil automobile (10) et une erreur de position et/ou de lacet de l’appareil automobile (10), - la minimisation de la performance au sens H 2 généralisé de la relation entre une perturbation s’appliquant sur l’appareil automobile (10) et un signal de commande de l’appareil automobile (10), - la prise en compte de saturations en amplitude des actionneurs. Appareil (10) automobile comprenant au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil (10), au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la vitesse dudit appareil (10) et un calculateur (13) pour piloter lesdits actionneurs, caractérisé en ce que le calculateur (13) est programmé pour mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications 1 à 10.