Brevet FR3127186A1 — publié le 20230324

L’invention concerne un procédé de pilotage autonome d’au moins un actionneur d’un appareil automobile qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil automobile, comportant des étapes de : - acquisition de paramètres (V y , r, Ψ L , y L , δ, M z , γ ref ) relatifs à la trajectoire de l’appareil automobile et de la vitesse (V) dudit appareil automobile, et de - calcul par un calculateur d’une consigne de pilotage (M z_ref , δ ref ) pour chaque actionneur, en fonction desdits paramètres, en utilisant un contrôleur (K). Selon l’invention, le contrôleur utilisé varie en fonction de la vitesse du véhicule. Figure pour l’abrégé : Fig.4 Procédé de pilotage autonome d’un actionneur d’un appareil Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale l’automatisation du suivi de trajectoire 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’au moins un actionneur d’un appareil automobile qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil automobile, comportant des étapes de : - acquisition de paramètres relatifs à la trajectoire de l’appareil automobile, et de - calcul par un calculateur d’une consigne de pilotage pour chaque actionneur, en fonction desdits paramètres, en utilisant un contrôleur. Elle concerne aussi un appareil équipé d’un calculateur adapté à mettre en œuvre ce procédé. 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 « Automatic 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, qui ne permet pas au conducteur de reprendre la main sur la conduite du véhicule en toute sécurité. On connaît alors du document FR3099450 une solution consistant à utiliser un contrôleur qui permet de générer une consigne de pilotage telle que le véhicule reste contrôlable par le conducteur du véhicule si ce dernier souhaite reprendre la main pendant la procédure d’évitement. Pour cela, le contrôleur limite l’amplitude et la vitesse du changement de direction imposé au véhicule automobile, au moyen de fonctions tangente hyperbolique. Cette solution bien qu’efficace dans de nombreuses configurations, présente une performance (c’est-à-dire un bon suivi de la trajectoire d’évitement) parfois améliorable. Plus précisément, on souhaite trouver une solution garantissant la performance et la robustesse en stabilité du véhicule quand sa vitesse change, ce qui se traduit notamment par : - un bon suivi de cap et de position tout le long de la trajectoire d’évitement, - une bonne stabilité. Présentation de l'invention Pour cela, on propose selon l’invention un procédé de pilotage tel que défini dans l’introduction, dans lequel le contrôleur utilisé varie en fonction de la vitesse du véhicule (on parle ici de la vitesse du véhicule par rapport à la route, laquelle peut présenter une composante longitudinale dans l’axe du véhicule et une composante latérale). Plus précisément, le contrôleur varie de façon continue en fonction de la vitesse du véhicule. Ainsi, grâce à l’invention, le contrôleur utilisé ne sera pas le même quelle que soit la vitesse du véhicule, ce qui permettra d’adapter au mieux la loi de commande des actionneurs à la dynamique du véhicule. Cette solution s’avère performante. En effet, plus le contrôleur est adapté à la situation (c’est-à-dire moins il a d’éventualités à considérer), plus il disposera de latitudes pour piloter le véhicule, ce qui lui permettra d’éviter l’obstacle de la façon la plus sûre et la plus confortable pour les passagers. Cette solution s’avère particulièrement importante dans le cadre de l’utilisation du freinage différentiel (en plus du braquage). En effet, dans ce cadre, la vitesse du véhicule change (diminue) toujours le long de la trajectoire d’évitement, ce qui a une influence notable sur son comportement. D’autres caractéristiques de l’invention permettront de procurer d’autres avantages. Ainsi, la solution décrite ci-après permettra un contrôle mixte du braquage et du freinage différentiel. En effet, la consigne de braquage (brute, avant saturation) est non seulement calculée à partir des variables dynamiques du véhicule, de l’angle de braquage mesuré et de la consigne de braquage saturé, mais aussi à partir de la consigne du moment de lacet saturé et du moment de lacet mesuré (ou estimé). Et inversement. Cela permet d’avoir une bonne cohérence entre les deux consignes de commande (elles sont mutuellement dépendantes l’une de l’autre). La structure du contrôleur proposé est simple, de sorte que ce dernier est peu couteux à utiliser en termes de puissance de calcul notamment. Sa mise au point est simple puisqu’elle consiste simplement à résoudre un système d’inéquations matricielles linéarisées, en ayant au préalable fixé des valeurs à certains paramètres (vitesses minimale et maximale du véhicule dans le cadre de la fonction AES, courbures minimale et maximale de la trajectoire d’évitement…). Ce contrôleur peut varier en fonction de la courbure de la trajectoire d’évitement, de façon à être bien adapté à la situation. Ce contrôleur permet de maximiser la performance et la robustesse de la trajectoire effective du véhicule, dans la limite de contrôlabilité du véhicule. Comme cela a été mentionné, la méthode utilisée assure de bonnes performances, c’est-à-dire un bon suivi de position et de cap, ce qui permet au véhicule de suivre avec une plus grande précision la trajectoire d’évitement calculée pour éviter l’obstacle. La solution revendiquée assure en outre une grande stabilité tant que les perturbations présentent une énergie bornée, c’est-à-dire notamment tant que la trajectoire à suivre présente une courbure restant dans des bornes acceptables. En d’autres termes, cette solution permet de savoir rapidement si la trajectoire d’évitement calculée est réalisable dynamiquement par le véhicule, de façon à n’activer la fonction AES que lorsque c’est le cas. Plus précisément, si une caractéristique de la trajectoire dépasse un seuil prédéterminé, il pourra être prévu de ne pas activer la fonction AES. L’idée n’est donc pas de déasactiver la fonction AES a posteriori, mais de choisir de l’activer ou non a priori, ce qui permet d’anticiper les cas où le système serait potentiellement instable et les cas où la trajectoire réalisée serait trop imparfaite (avec trop de dépassement, des oscillations trop grandes…). Selon l’invention, le contrôleur fonctionne même si les états initiaux du véhicule au moment du déclenchement de la fonction AES sont non-nuls (cap initial, vitesse de lacet initiale…), ce qui arrive quand le véhicule a déjà une certaine dynamique (par exemple parce qu’il se trouve dans un virage au moment du déclenchement de la fonction AES d’évitement d’obstacle), ce qui n’est pas le cas de la solution décrite dans le document FR3099450. Pour atteindre ce résultat, le contrôleur est synthétisé en considérant les états initiaux du véhicule. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - ledit appareil automobile est un véhicule qui comprend des roues, un actionneur de direction assistée et un actionneur de freinage différentiel ; - le contrôleur comporte plusieurs composantes permettant de déterminer une consigne de pilotage pour ledit actionneur de direction assistée et une consigne de pilotage pour ledit actionneur de freinage différentiel ; - le contrôleur comporte plusieurs composantes, dont au moins un gain de retour d’état à appliquer auxdits paramètres, et au moins un gain de compensation de saturation à appliquer à une valeur de la consigne de pilotage qui a été déterminée à un pas de temps précédent ; - le contrôleur s’écrit sous la forme d’une somme de plusieurs produits d’une variable dépendant de la vitesse et d’un contrôleur local indépendant de la vitesse ; - chaque contrôleur local est déterminé pour une valeur déterminée d’un vecteur de deux paramètres variants, l’un desdits paramètres variants étant préférentiellement égal à la vitesse V du véhicule et l’autre desdits paramètres variants étant préférentiellement égal à l’inverse de ladite vitesse ; - le contrôleur satisfait une modélisation d’au moins une fonction de saturation par secteur non linéaire ; - la fonction de saturation satisfait un modèle limiteur d’amplitude de consigne et s’exprime sous la forme : - la fonction de saturation satisfait un modèle limiteur de variation de consigne de pilotage et s’exprime sous la forme : avec K le contrôleur, sat ν une fonction de limitation d’amplitude, A1 et B1 des matrices prédéterminées, et x un vecteur d’état dudit appareil automobile comprenant lesdits paramètres ; - le contrôleur satisfait une modélisation dudit appareil dans laquelle une sortie à minimiser est une fonction d’une erreur de suivi de trajectoire et d’une erreur d’angle de cap ; - il est prévu de calculer un paramètre relatif à la courbure de ladite trajectoire puis il est prévu de mettre en œuvre ladite étape de calcul qu’à condition que ledit paramètre soit compris dans un intervalle prédéterminé ; - la consigne de pilotage dudit actionneur de direction assistée est calculée en fonction d’une consigne de pilotage de l’actionneur de freinage différentiel calculée précédemment ; - la consigne de pilotage dudit actionneur de freinage différentiel est calculée en fonction d’une consigne de pilotage de l’actionneur de direction assistée calculée précédemment. L’invention propose également un appareil automobile comprenant au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil et un calculateur pour piloter ledit actionneur, qui est programmé pour mettre en œuvre un procédé tel que défini ci-dessus. 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’au moins un actionneur d’un appareil automobile (10) qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil automobile (10), comportant des étapes de : - acquisition de paramètres (V y , r, Ψ L , y L , δ, M z , γ ref ) relatifs à la trajectoire de l’appareil automobile (10) et de la vitesse (V) dudit appareil automobile (10), et - calcul par un calculateur (13) d’une consigne de pilotage (M z_ref , δ ref ) pour chaque actionneur, en fonction desdits paramètres (V y , r, Ψ L , y L , δ, M z , γ ref ), en utilisant un contrôleur (K), caractérisé en ce que le contrôleur (K) utilisé varie en fonction de la vitesse (V) du véhicule. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel, ledit appareil automobile (10) étant un véhicule qui comprend des roues (11, 12), un actionneur de direction assistée et un actionneur de freinage différentiel, le contrôleur (K) comporte plusieurs composantes permettant de déterminer une consigne de pilotage pour ledit actionneur de direction assistée et une consigne de pilotage pour ledit actionneur de freinage différentiel. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur (K) comporte plusieurs composantes, dont au moins un gain de retour d’état (K Mz p , K δ p ) à appliquer auxdits paramètres (V y , r, Ψ L , y L , δ, M z , γ ref ), et au moins un gain de compensation de saturation (K Mz aw , K δ aw ) à appliquer à une valeur de la consigne de pilotage qui a été déterminée à un pas de temps précédent. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur (K) s’écrit sous la forme d’une somme de plusieurs produits d’une variable (α 1 , α 2 , α 3 ) dépendant de la vitesse (V) et d’un contrôleur local (K ρ1 , K ρ 2 , K ρ 3 ) indépendant de la vitesse (V). Procédé de pilotage selon la revendication 4, dans lequel chaque contrôleur local (K ρ1 , K ρ 2 , K ρ 3 ) est déterminé pour une valeur déterminée d’un vecteur (ρ) de deux paramètres variants, l’un desdits paramètres variants étant préférentiellement égal à la vitesse V du véhicule et l’autre desdits paramètres variants étant préférentiellement égal à l’inverse de ladite vitesse. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur (K) satisfait une modélisation d’au moins une fonction de saturation par secteur non linéaire. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel la fonction de saturation satisfait un modèle limiteur d’amplitude de consigne et s’exprime sous la forme : , avec K le contrôleur, sat η une fonction de limitation d’amplitude, et x un vecteur d’état dudit appareil automobile (10) comprenant lesdits paramètres. Procédé de pilotage selon l’une des deux revendications précédentes, dans lequel la fonction de saturation satisfait un modèle limiteur de variation de consigne de pilotage (δ ref ) et s’exprime sous la forme : , avec K le contrôleur, sat ν une fonction de limitation d’amplitude, A1 et B1 des matrices prédéterminées, et x un vecteur d’état dudit appareil automobile (10) comprenant lesdits paramètres. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur (K) satisfait une modélisation dudit appareil (10) dans laquelle une sortie (z) à minimiser est une fonction d’une erreur de suivi de trajectoire (e yL ) et d’une erreur d’angle de cap (Ψ L ). Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, ledit appareil automobile (10) étant un véhicule, une trajectoire (T0) que le véhicule doit suivre étant planifiée, il est prévu de calculer un paramètre (σ) relatif à la courbure de ladite trajectoire (T0) puis il est prévu de mettre en œuvre ladite étape de calcul qu’à condition que ledit paramètre soit compris dans un intervalle prédéterminé. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, ledit appareil automobile (10) étant un véhicule qui comprend des roues (11, 12), un actionneur de direction assistée et un actionneur de freinage différentiel, la consigne de pilotage dudit actionneur de direction assistée est calculée en fonction d’une consigne de pilotage de l’actionneur de freinage différentiel calculée à un pas de temps précédent et/ou la consigne de pilotage dudit actionneur de freinage différentiel est calculée en fonction d’une consigne de pilotage de l’actionneur de direction assistée calculée à un pas de temps précédent. Appareil (10) automobile comprenant au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil (10) et un calculateur (13) pour piloter ledit actionneur, caractérisé en ce que le calculateur (13) est programmé pour mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications précédentes.