Brevet FR3135686A1 — 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. Cette invention 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 faire conjointement freiner et 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 via deux actionneurs pilotés 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 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 pré-calculé hors ligne (lors de la conception du véhicule) et il est ensuite embarqué sur véhicule, si bien que seuls des calculs simples sont à effectuer sur le véhicule pour trouver les consignes de pilotage souhaitées. L’invention est ainsi facile à implémenter. Préférentiellement, ledit appareil automobile étant 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, 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. 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 variables, - synthétiser un correcteur qui assure un suivi de trajectoire de référence, et dans laquelle le correcteur est synthétisé en considérant un nombre fini de points définis par des valeurs distinctes de paramètres variables. 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 : - il est prévu des étapes consistant à : S1 - acquérir une grille de validation composées de plusieurs points, S2 - créer une première grille de points moins dense que la grille de validation, S3 - synthétiser un premier correcteur avec la première grille, S4 - déterminer si le premier correcteur est valide sur toute la grille de validation, puis : ¤ si le premier correcteur est valide sur toute la grille de validation, le correcteur est considéré égal au premier correcteur, ¤ sinon, une autre grille plus dense que la première grille est générée puis les étapes S3 et S4 sont répétées avec cette autre grille. - la première grille comporte, pour une majeure partie des paramètres variables, uniquement les bornes maximum et minimum de variation de ces paramètres variables, lesdites bornes étant déterminées pour deux trajectoires de référence extrêmes. - 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 ainsi que des forces de frottement longitudinal et latéral que le sol exerce sur des roues de l’appareil automobile, pour linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variables, on utilise une fonction de seuillage appliquée aux forces de réaction normale et aux forces de frottement longitudinal et latéral. - le modèle considérant des entrées de commande des actionneurs, pour linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variables, on utilise une fonction de saturation appliquée aux entrées de commande. - les paramètres variables sont l’accélération longitudinale de l’appareil automobile, sa vitesse longitudinale, sa vitesse latérale, sa vitesse de lacet, son angle de cap et un angle de braquage. - le correcteur comporte un « anti-windup ». - 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 H 2 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 porte aussi sur 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 pour piloter lesdits actionneurs, programmé 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 variables (LPV), - synthétiser ledit correcteur (K) qui assure un suivi de trajectoire de référence (T0), et dans lequel le correcteur (K) est synthétisé en considérant un nombre fini de points définis par des valeurs distinctes de paramètres variables. Procédé de pilotage selon la revendication 3, dans lequel il est prévu des étapes consistant à : S1 - acquérir une grille de validation composées de plusieurs points, S2 - créer une première grille de points moins dense que la grille de validation, S3 - synthétiser un premier correcteur (K) avec la première grille, S4 - déterminer si le premier correcteur (K) est valide sur toute la grille de validation, puis : ¤ si le premier correcteur (K) est valide sur toute la grille de validation, le correcteur (K) est considéré égal au premier correcteur (K), ¤ sinon, une autre grille plus dense que la première grille est générée puis les étapes S3 et S4 sont répétées avec cette autre grille. Procédé de pilotage selon la revendication 4, dans lequel la première grille comporte, pour une majeure partie des paramètres variables, uniquement les bornes maximum et minimum de variation de ces paramètres variables, lesdites bornes étant déterminées pour deux trajectoires de référence extrêmes. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 3 à 5, 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 6, 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 sous une forme linéaire à paramètres variables, on utilise une fonction de seuillage (Φ) appliquée aux forces de réaction normale et aux forces de frottement longitudinal et latéral. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 6 et 7, dans lequel, le modèle considérant des entrées de commande des actionneurs, pour linéariser ledit modèle sous une forme linéaire à paramètres variables, on utilise une fonction de saturation (σ) appliquée aux entrées de commande. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 3 à 8, dans lequel les paramètres variables sont l’accélération longitudinale ( ) de l’appareil automobile (10), sa vitesse longitudinale (v), sa vitesse latérale (u), sa vitesse de lacet (r), son angle de cap (ψ) et un angle de braquage (δ f ). Procédé de pilotage selon l’une des revendications 3 à 9, dans lequel le correcteur (K) comporte un « anti-windup ». Procédé de pilotage selon l’une des revendications 3 à 10, 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 (z 2 ) 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 11.