FR 3051756 A1 20171201 FR 1654617 A 20160524 1 Dispositif de contrôle de trajectoire d'un véhicule. Les travaux menant à la présente invention ont bénéficié d'un soutien financier du Fonds de recherche du charbon et de l'acier de la Communauté européenne en vertu de la convention de subvention n° 607957. L'invention concerne de manière générale un dispositif de contrôle en temps réel de trajectoire de véhicule. L'invention concerne plus précisément un dispositif de contrôle latéral pour générer en temps réel une commande de braquage d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile autonome ou à conduite partiellement déléguée, c'est-à-dire d'un véhicule pouvant se déplacer totalement ou partiellement sans conducteur humain. Les dispositifs ou systèmes de contrôle en temps réel de trajectoire d'état sont déjà connus dans de nombreux domaines techniques, y compris dans celui de l'automobile. Par exemple le brevet EP1074903B1 divulgue un système pour suivre une voie avec détection de marquage de la voie. Un module d'action en chaîne directe produit un terme de conduite de direction basé sur une position de ligne cible à partir d'un processeur graphique. Les éléments divulgués laissent envisager une application de ce système à une voie rectiligne, voire avec des virages à faible courbure sans influence notable sur la dynamique du véhicule. Une application sur une voie avec des virages à forte courbure, comme on peut en rencontrer par exemple sur des routes de montagne peut poser un problème de réactivité dynamique du véhicule pour se maintenir avec souplesse dans la voie. Par exemple encore le brevet US8751089B2 divulgue un système de commande de suivi de trajectoire pour unité mobile. Le système commande une unité mobile pour suivre un trajet cible décrit par des courbes de forme libre. Si ce type de système peut convenir pour piloter un robot dans un espace sans contrainte de nature à empêcher la liberté de forme des courbes qui conviennent à un trajet cible, il peut poser des problèmes pour un véhicule autonome dont le pilotage ne consiste pas à 3051756 2 lui faire suivre un trajet cible mais à le maintenir dans une voie de circulation, quelque soient la forme des courbes imposées par la géométrie de la voie. L'invention a pour objectif de répondre aux problèmes posés par 5 l'état antérieur de la technique, notamment en termes d'efficacité, de réactivité et de facilité de mise en oeuvre. Pour atteindre cet objectif, l'invention a pour objet un dispositif de contrôle en temps réel de trajectoire d'un véhicule comprenant un module observateur qui génère en temps réel à partir d'un vecteur de mesure to actuelle un vecteur d'état estimé de suivi de voie du véhicule se déplaçant à une vitesse actuelle, de façon à produire une première commande de braquage pour stabiliser la trajectoire du véhicule par rapport à la voie. Le dispositif est remarquable en ce qu'il comprend un module anticipateur qui ajoute à la première commande de braquage une deuxième commande de 15 braquage qui est fonction d'un rayon de courbure à appliquer à la trajectoire. Ainsi, aussi élevé que soit la courbure imposée par la voie, bien entendu dans les limites habituellement fixées par les réglementations en vigueur, le dispositif permet au véhicule de négocier confortablement de 20 nombreuses courbes imposées par la nature de la voie de circulation. Avantageusement la courbure est l'inverse d'un rayon de courbure de voie à une distance en avant du véhicule. De préférence, ladite distance varie en fonction de ladite vitesse actuelle du véhicule. 25 Particulièrement, le dispositif comporte un appareil combinant les propriétés d'une caméra optique et d'un radar pour fournir au moins une géométrie de ligne directrice de la voie sous forme d'un polynôme. Plus particulièrement, le module anticipateur comprend un sous-module de calcul de courbure à partir de la géométrie de ligne directrice 30 médiane de la voie au moyen d'une formule s'exprimant sous forme d'un rapport comportant au numérateur une dérivée seconde du polynôme et au 3051756 3 dénominateur une racine carrée d'une expression élevée au cube du carré de la dérivée première du polynôme augmenté d'une unité. Particulièrement aussi, le module anticipateur comprend un sous-module de calcul de la deuxième commande de braquage comme solution 5 des équations de la dynamique donnant un vecteur d'état stable ou à dérivée temporelle nulle. Plus particulièrement, le module anticipateur génère un vecteur de mesure évaluée pour ledit vecteur d'état stable de manière à retirer ledit vecteur de mesure évaluée dudit vecteur de mesure actuelle en entrée du 10 module observateur. Plus particulièrement aussi, le sous-module de calcul comprend de plus un gain ajustable de la deuxième commande de braquage. Particulièrement encore, le vecteur de mesure actuelle comprend des coordonnées relatives à une vitesse de lacet et à un angle de braquage 15 et le vecteur d'état estimé comprend des coordonnées relatives à la vitesse de lacet, à un angle d'écart relatif à une trajectoire du véhicule, à une dérivée temporelle d'angle de braquage et à l'angle de braquage. Plus particulièrement, pour se caler sur la voie de chaussée, le vecteur de mesure actuelle comprend de plus des coordonnées relatives à 20 l'angle d'écart relatif à la trajectoire du véhicule, à l'écart latéral à la trajectoire du véhicule de suivi de voie et à l'opposé de l'intégrale temporelle d'écart latéral à la trajectoire, et le vecteur d'état estimé comprend de plus des coordonnées relatives à une dérivée temporelle d'écart latéral à la trajectoire du véhicule, à l'écart latéral à la trajectoire 25 du véhicule, et à l'opposé de l'intégrale temporelle d'écart latéral à la trajectoire. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un véhicule auquel l'invention est applicable, 30 - la figure 2 est un schéma de mise en oeuvre du dispositif conforme à l'invention. 3051756 4 En référence à la figure 1, un véhicule 1 automobile, à traction entrainé par un moteur (non représenté sur les figures), comporte quatre roues comprenant deux roues avant 11 qui sont de préférence les roues directrices, et deux roues arrière 12. Chaque roue est équipée ou non 5 respectivement d'un capteur de vitesse instantanée permettant de connaître une vitesse actuelle va du véhicule, notamment une vitesse actuelle va longitudinale du véhicule. Le véhicule 1 comporte une colonne de direction 44 dont la partie haute est équipée ou non d'un volant, ce dernier devenant inutile pour un 10 véhicule purement autonome, et dont la partie basse agit sur un organe de direction qui permet d'orienter les roues avant. La colonne de direction 44 est équipée d'un actionneur piloté par un signal de commande u. L'organe de direction est équipé d'un capteur 46 à la base de la colonne de direction ou à tout autre endroit, par exemple d'une crémaillère agissant 15 sur les roues avant, pour mesurer un angle de braquage S effectif des roues avant du véhicule. Le capteur 46 est par exemple un capteur de couple dont la valeur est aisément convertie en angle de braquage. Le véhicule 1 comporte également un capteur 31 de la vitesse de lacet akVat du véhicule, c'est-à-dire de la vitesse de rotation du 20 véhicule autour de son centre de gravité suivant un axe perpendiculaire au plan de la chaussée sur laquelle circule le véhicule. Le capteur 31 est par exemple un gyromètre situé très proche du centre de gravité (CoG pour center of gravity en anglais) du véhicule. Un appareil 15 de type RaCam, c'est-à-dire combinant les propriétés d'une caméra optique et d'un radar, 25 permet de mesurer des coordonnées d'objets YcAm transversales à un axe médian du véhicule et XcAm selon l'axe médian vers l'avant du véhicule 1. Telle que connue par ailleurs du fournisseur de l'appareil 15, une fusion des mesures optiques et des mesures radar, permet de détecter pour chaque point de marquage sur la chaussée, la distance x de ce point par 30 rapport à la face avant de l'appareil 15 selon son axe de vision et la distance y de ce même point par rapport à l'axe de vision. Un traitement 3051756 5 d'image, hors du cadre de la présente invention, permet à l'appareil 15 de fournir une géométrie y(x) d'au moins une ligne directrice de la voie de circulation du véhicule sous forme d'un polynôme, par exemple de la ligne de délimitation à gauche et de la ligne de délimitation à droite de la voie 5 ou de la ligne médiane de la voie au centre des deux lignes de délimitation. Pour une ligne directrice donnée, le polynôme a par exemple la forme suivante : y = p3.x3 + p2.x2 + pi.x + Po. Le véhicule 1 est équipé de manière connue en soi d'un calculateur 10 embarqué (non représenté en tant que tel) permettant de contrôler et de commander différents organes du véhicule. Le calculateur peut recevoir par des connexions, notamment via un bus CAN, Lin ou Ethernet automobile, des informations en provenance des capteurs de vitesse longitudinale, du capteur 31 de vitesse de lacet, du capteur 46 de l'angle 15 de braquage ô et de l'appareil 15. Le calculateur embarqué peut aussi commander la colonne de direction 44 en lui communiquant le signal de commande u. Le calculateur embarqué peut héberger en outre, un dispositif contrôleur 3 pour générer un signal de commande list de façon à rendre conforme un vecteur d'état physique du véhicule à un vecteur 20 d'état de consigne pour assurer un suivi de trajectoire souhaitée par le véhicule 1. L'état physique du véhicule dépend de nombreuses données physiques plus ou moins bien maîtrisées qui agissent sur son comportement dynamique. Le calculateur embarqué héberge un dispositif observateur 2 pour générer en temps réel un vecteur d'état estimé de 25 suivi de trajectoire du véhicule 1 se déplaçant à la vitesse va actuelle, à partir de la commande list et d'un vecteur de mesure actuelle q corrélée au vecteur d'état physique de suivi de trajectoire du véhicule 1, comme expliqué à présent en référence à la figure 2. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 2, on considère un 30 vecteur d'état effectif du véhicule 1 comprenant plus de deux coordonnées scalaires, ou variables d'état, parmi lesquelles on peut citer par exemple dans un ordre préétabli quelconque mais préférentiellement de 3051756 6 manière définitive pour un véhicule donné, une vitesse de lacet effective (uef = allyat du véhicule, un angle - rel,ef d'écart relatif effectif du véhicule à sa trajectoire idéale et une vitesse latérale effective /7c0G,ef = ay CoG êt d'éloignement du centre de gravité du véhicule par rapport à sa trajectoire 5 idéale. L'angle '-11 - rel,ef d'écart relatif effectif est l'angle que fait effectivement l'axe médian du véhicule avec la tangente à la trajectoire idéale à chaque instant considéré. La vitesse latérale effective aY ÉCoG,ef - CoG/ d'éloignement du centre de gravité est la vitesse à laquelle at le centre de gravité du véhicule s'éloigne effectivement de la trajectoire 10 idéale, perpendiculaire à la tangente à la trajectoire idéale à l'instant considéré. Le vecteur d'état effectif du véhicule 1 peut comprendre d'autres coordonnées scalaires comme par exemple l'éloignement effectif Ycog,ef du centre de gravité du véhicule par rapport à sa trajectoire idéale, la variation effective à'ef - as/ d'angle de braquage des roues du véhicule 15 au cours du temps, et l'angle de braquage effectif 8ef des roues. Les variables d'état peuvent avoir une signification indépendante du mode dans lequel fonctionne le véhicule ou une signification propre au mode dans lequel fonctionne le véhicule. La vitesse de lacet qui est la vitesse avec laquelle le véhicule pivote autour d'un axe perpendiculaire au 20 plan de la chaussée, est indépendante du mode de fonctionnement. Il en est de même de la variation effective à'ef - as/ d'angle de braquage des roues du véhicule au cours du temps, et de l'angle de braquage effectif 8ef des roues car ces variables sont liées à l'état des roues elles-mêmes par rapport au châssis du véhicule asservi. Par contre l'éloignement effectif 25 Ycog,ef du centre de gravité du véhicule asservi par rapport à sa trajectoire idéale est l'écart latéral entre la ligne directrice de la voie et le centre de gravité du véhicule asservi sur l'axe perpendiculaire à l'axe du véhicule en 3051756 7 mode LCA. La vitesse latérale effective /7CoG,ef = aY CoG d' éloignement du at centre de gravité est la variation temporelle de la variable précédente. Le vecteur d'état effectif du véhicule 1 peut aussi comprendre des coordonnées scalaires différentes en nombre et/ou en nature selon le 5 mode de fonctionnement du véhicule. En reprenant l'exemple illustratif ci- dessus, une variable d'état facultative f-YcoGdt peut représenter une intégrale temporelle des écarts du centre de gravité du véhicule asservi par rapport au point de la ligne directrice de la voie sur lequel il devrait être. En fait cette variable d'état ne correspond à aucun état physique réel, elle est plutôt un artifice hérité des asservissements en boucle fermés de type PID, dans lesquels la composante intégrale du gain permet d'obtenir une sortie non nulle de l'amplificateur pour une erreur nulle appliquée à son entrée, avec pour effet technique d'imposer une erreur nulle, ici sur l'éloignement effectif cog,ef Y du centre de gravité du véhicule - 15 par rapport à la ligne médiane de la voie de circulation. A ce vecteur d'état effectif du véhicule 1 correspond un vecteur d'état de référence que l'on souhaite être atteint à chaque instant de roulage du véhicule asservi. Par exemple aux coordonnées& ef, 111 rel ,ef -f- du vecteur d'état correspondent des coordonnées& CoG,ef, d YCoG,ef ref, 111 ref, 20 -f-CoG,ref YcoG,ref du vecteur d'état de valeurs nulles car on souhaite bien entendu une absence d'écart entre la trajectoire effective du véhicule asservi et sa trajectoire idéale. Le vecteur d'état effectif du véhicule 1 est inconnu car l'état interne du véhicule asservi, régi par les lois naturelles de la physique, est 25 inaccessible dans sa totalité. On rappelle que les lois connues de la physique posent qu'un vecteur d'évolution temporelle du vecteur d'état du système physique constitué par le véhicule 1, est lié au vecteur d'état par une relation dynamique A qui, en absence de perturbation extérieure, tend 30 généralement à amener l'état du véhicule à un état final stable. L'état final 3051756 8 stable du véhicule n'étant pas nécessairement celui que l'on cherche à atteindre, le but de l'invention est de produire une commande u qui perturbe en permanence le système pour maintenir le vecteur d'état effectif conforme au vecteur d'état de référence. La perturbation ainsi 5 provoquée sur le vecteur d'évolution temporelle, est liée à la commande u par une relation invasive B, elle aussi régie par les lois de la physique. D'autres perturbations extérieures, de nature globalement inconnues, agissant aussi sur le système physique constitué par le véhicule 1, on emploi un mécanisme d'asservissement à contre-réaction dans lequel le 10 dispositif observateur 2 a pour but de générer en temps réel un vecteur d'état estimé représentant le plus fidèlement possible le vecteur d'état effectif. Pour atteindre son but, le dispositif observateur 2 comprend un module 4 qui modélise le système physique constitué par le véhicule 1, 15 notamment en termes de suivi de trajectoire. Le module 4 comporte une matrice numérique calculée Ac représentative de la relation dynamique A et une matrice numérique Bs représentative de la relation invasive B. La matrice numérique Ac peut avoir différentes formes, chacune adaptée à un mode de fonctionnement du véhicule. La forme de la matrice 20 numérique Ac est essentiellement liée au vecteur d'état du véhicule 1 et à la relation dynamique appliquée. L'exemple de forme exposé ci-dessous, se base sur le modèle bicyclette bien connu dans le domaine technique considéré, comme l'illustrent de nombreux documents antérieurs tels que FR2925005 ou W02012084465. 25 L'exemple considéré ici est celui du mode LCA, pour lequel la matrice numérique Ac a la forme suivante : 3051756 9 -ii^v --.13 'v 0 n 1 0 0 0 a31(v) a32 a33 (V) A°= 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 a16 0 0 0 0 a36 0 0 0 0 a55 a56 0 1 0 0 0 0 0) Dans laquelle certains coefficients sont variables et d'autres sont constants au cours d'une même séquence de roulage. Les coefficients variables sont essentiellement ceux qui dépendent 5 d'une vitesse v, notamment de la vitesse va longitudinale du véhicule. Pour s'adapter aux variations de vitesse, les coefficients variables sont recalculés en temps réel en lisant d'une part la vitesse v, notamment la vitesse va longitudinale généralement accessible sur le réseau embarqué (type Bus CAN, LIN, Ethernet automobile ou autre) et d'autre part des 10 paramètres généralement accessibles en mémoire, au moyen des formules suivantes : a11(v) = Izva (Crlr2 +Cflf) 2 a13(v)- (crlr - cf lf ) Izva a31 (v) = (crlr - cflf ) Mva 15 a33 (v) -(Cr + cf ) MV a Dans lesquelles les paramètres c' cf, 1r, lf, 1,, M quantifient de manière connue en soi par ailleurs (cf. applications FR1255068, FR1255188, ou FR12563339) chacun respectivement la rigidité de dérive des roues arrières 12 et la rigidité de dérive des roues avant 11 obtenues 20 auprès du fournisseur de pneumatique des roues ou au moyen d'essais de roulage sur circuit, la distance de l'axe des roues arrière et la distance de l'axe des roues avant par rapport au centre de gravité CoG du véhicule 1, le moment d'inertie du véhicule autour de la perpendiculaire au plan 3051756 10 passant par les axes de roues avant et arrière, et enfin la masse du véhicule. Les coefficients constants au cours d'une séquence de roulage peuvent être précalculés lors de la conception du véhicule puis stockés en 5 mémoire de calculateur embarqué. Ils sont déterminés par les formules suivantes : (cflf -Or) a12 - Iz cfl, a16 - Iz (cf + cr) a32 -M cf 10 a36 =-1\4 a55 = -2 pco a56 = -co2 Dans lesquelles d'une part u et (i) désignent respectivement un coefficient d'amortissement et une pulsation propre de la fonction de 15 transfert de la commande de braquage des roues. Les coefficients constants au cours d'une séquence de roulage peuvent aussi être calculés à chaque démarrage du véhicule pour tenir compte d'une masse M et d'un moment d'inertie I, qui peut être différent à chaque démarrage en fonction du nombre de passagers et du chargement. 20 Les variations de ces paramètres, par exemple provoquées par la consommation de carburant ou un passager descendant du véhicule en cours de route, sont généralement peu significatives. Les coefficients unitaires existent sur la ligne correspondant à la dérivée temporelle d'une variable d'état qui est elle-même une variable 25 d'état de rang égal à celui de la colonne de la matrice. Les autres coefficients sont nuls, à l'exception de la dernière colonne où ils sont tous nuls et de la dernière ligne où seul le coefficient 3051756 11 médian n'est pas nul mais égal à -1 pour reproduire artificiellement une contre réaction d'asservissement linéaire classique type PID. Le nombre de colonnes de la matrice est égal au nombre de coordonnées du vecteur d'état et le nombre de lignes est égal au nombre 5 de coordonnées du vecteur de variation temporelle d'état, c'est-à-dire égal au nombre de lignes. On comprendra que la matrice numérique Ac peut comporter des nombres de lignes et de colonnes différents de ceux des exemples ci-dessus, notamment supérieur si le besoin se fait ressentir de considérer une variable d'état supplémentaire ou inférieure si on 10 considère inutile une variable d'état, notamment la variable d'état correspondant à la dernière ligne comme expliqué ci-dessus. La matrice numérique Bs représentative de la relation invasive B, est adaptée au mode de commande du véhicule et de prise en compte de facteurs extérieurs. La forme de la matrice numérique Bs est 15 essentiellement liée au vecteur q d'état dont le nombre de coordonnées fixe le nombre de lignes et aux interactions avec le système dont le nombre fixe le nombre de colonnes. L'exemple principal de forme exposé ci-dessous, correspond à l'exemple exposé ci-dessus. Pour le mode LCA, la matrice numérique Bs a la forme suivante : ( 0 o 20 Bs = Dans laquelle la première colonne est ici associée à la première perturbation qui est la commande u de braquage alors que la deuxième colonne est associée à une deuxième perturbation qui est la courbure yref égale à l'inverse du rayon de courbure pref de la voie de circulation lui- 25 même à l'endroit où se trouve le véhicule. Le coefficient b51 est ici encore égal au carré de la pulsation propre w de la fonction de transfert de la commande de braquage des roues. Dans la deuxième colonne par contre, 0 0 0 b51 0 0 - va 2 - va ) 3051756 12 deux coefficients b22 et b32 sont non nuls en considérant que la courbure Yref agit directement sur l'angle `Frei rel,ef d'écart relatif effectif du véhicule à sa trajectoire idéale et sur la vitesse latérale effective /7c0G,ef = 7CoG at d'éloignement du centre de gravité du véhicule par rapport à sa trajectoire 5 idéale. Le coefficient b22 est égal à l'opposé de la vitesse longitudinale va de véhicule et le coefficient b32 est égal à l'opposé du carré de la vitesse longitudinale va de véhicule. Pour modéliser le véhicule 1, le module 4 reçoit la commande ust de façon à générer le vecteur d'état estimé en reproduisant les 10 équations de la dynamique au moyen des matrices numériques Ac et Bs intervenant dans les formules : 'Ac+Bsust Plusieurs conditions devraient être satisfaites pour que le vecteur 15 d'état estimé reproduise fidèlement le vecteur d'état physique du véhicule. Dans la première formule qui est une intégrale par rapport au temps, il faudrait qu'à un instant initial, le vecteur d'état estimé soit égal au vecteur d'état physique du véhicule. 20 Dans la seconde formule, il faudrait que les matrices numériques Ac et Bs modélisent parfaitement la relation dynamique A et la relation invasive B qui impactent réellement le véhicule. On conçoit bien que ces conditions ne peuvent pas être satisfaites pour de nombreux motifs tels que l'exactitude des paramètres qui 25 qualifient le véhicule alors qu'ils sont soumis aux dispersions de fabrication et au vieillissement d'usage, les perturbations imprévues et bien d'autres motifs connus ou inconnus. Pour réduire l'écart entre le vecteur d'état estimé qui est calculé, et le vecteur d'état physique du véhicule qui est inconnu, 30 l'observateur 2 reçoit sur une deuxième entrée, un vecteur ri de mesures 3051756 13 actuelles qui sont représentatives de l'état du véhicule. Le vecteur ri de mesures actuelles est corrélé au vecteur d'état physique par une relation instrumentale C qui dépend de la configuration du vecteur d'état, c'est-à-dire du mode de fonctionnement du véhicule, et des capteurs de mesure 5 qui équipent le véhicule. Reprenant l'exemple pour le mode de fonctionnement LCA, le vecteur ri de mesure actuelle comporte cinq composantes qui sont la vitesse de lacet ç telle qu'elle est mesurée par le capteur 31, l'angle `Frei rel d'écart relatif tel qu'il est mesuré par l'appareil 15 visant une ligne 10 médiane de la voie de circulation, l'éloignement radial YcoG du centre de gravité par rapport à la ligne médiane de la voie de circulation tel que cet éloignement est obtenu à partir de l'appareil 15, l'angle S de braquage des roues 11 tel qu'il est mesuré par le capteur 46 et l'accumulation f Yco.dt au cours du temps de l'opposé de l'éloignement YcoG du centre de gravité 15 fourni par l'appareil 15. En assimilant la durée dt à la période d'échantillonnage pour chaque instant k, cette pseudo mesure est obtenue par la formule très simple IIYcoGdtl = YcoGdtl + ]k initialisée à zéro. La relation instrumentale C est approchée dans le module 4 par une 20 matrice numérique Cc pour générer un vecteur i7 de mesure estimée à partir du vecteur d'état estimé pour le mode de fonctionnement considéré. Dans le mode de fonctionnement LCA, la matrice numérique CC a de préférence la forme suivante : 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 25 Cc = 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 3051756 14 Dans laquelle les coefficients non nuls c11, c22, c34, c46, c57, sont constants et unitaires car les mesures considérées font partie des variables d' état. Le module 4 calcule alors le vecteur de mesure estimé i7 en 5 multipliant en temps réel le vecteur d'état estimé par la matrice Cc. Quel que soit le mode de fonctionnement du véhicule, un module 5 de gain d'estimation (parfois nommé gain de Kalman) a pour fonction de corriger la dérivée temporelle du vecteur d'état pour que le vecteur de mesure estimé i7 à partir du vecteur d'état estimé coïncide en régime 10 établi avec le vecteur ri de mesure réelle, de sorte que le vecteur d'état estimé coïncide ainsi avec le vecteur d'état physique de suivi de trajectoire du véhicule 1. Pour ce faire, le module 5 ajuste en temps réel la variation temporelle de vecteur d'état estimé de façon à réduire un écart de stabilisation entre le vecteur de mesure actuelle ri et le vecteur de 15 mesure estimée i7 en multipliant l'écart de stabilisation par une matrice de gain d'estimation Lc. L'écart de stabilisation entre les deux vecteurs de mesure ri et étant un vecteur de dimension égale à celle des vecteurs de mesure et la correction à ajouter à la variation temporelle de vecteur d'état estimé, 20 étant un vecteur de dimension égale à celle des vecteurs d'état, la matrice Lc comporte un nombre de lignes égal au nombre de coordonnées du vecteur d'état et un nombre de colonnes égal au nombre de coordonnées du vecteur de mesure. Ainsi, le dispositif observateur 2 peut se comporter comme un observateur de 25 Kalman défini par l'équation : Ac+13sus, +Ur/ -Cc La matrice Lc correspond à la matrice des gains de l'observateur de Kalman, sans qu'il apparaisse nécessaire ici de développer plus en détail son obtention qui est connue par ailleurs. 3051756 15 L'observateur de Kalman décrit ci-dessus, l'est essentiellement à titre illustratif pour mieux comprendre la mise en oeuvre de l'invention mais d'autres observateurs peuvent être utilisés comme par exemple des observateurs à haut gain, des observateurs de type Kalman étendu, les observateurs de Luenberger ou d'autres filtres de type 5 bayésiens pour lesquels l'homme du métier devrait savoir sans peine transposer l'enseignement ici prodigué. Le dispositif contrôleur 3 génère la commande ust de façon à réduire jusqu'à annuler la différence entre un état de référence et le vecteur d'état estimé notamment grâce à la dernière variable d'état de type intégrale. Le vecteur 10 d'état de référence étant défini comme un vecteur nul de taille 7x1, la solution proposée pour le contrôleur est exactement l'approche classique dite « retour d'état statique », lequel est défini comme : us, =K La matrice K de gain, définie de taille 7x1, contient les gains de contrôle. Au 15 total il y a sept paramètres à régler, chacun associé à une variable d'état différente : K= La méthode d'optimisation utilisée est, à titre purement illustratif et non limitatif, la méthode linéaire quadratique (LQR pour Linear-Quadratic Regulator en anglais), basée sur les équations de Ricatti et sur la minimisation de la matrice S de 20 solutions : Où ici encore les matrices A et B résultent des équations de la dynamique latérale, est la matrice des poids de chacune des variables d'état et R est la matrice des poids de la commande (en l'occurrence R est fixée à un unique scalaire car il n'y a 25 qu'une seule commande u). La matrice Qi-c, qui doit être mise au point, est définie de la manière suivante : 000000 0 o 0 3 0 P 3051756 16 La matrice est supposée diagonale car on considère qu'il n'y a pas de corrélation entre les poids des variables d'état. On rappelle ici rapidement le principe bien connu de séparation qui gouverne le lien entre l'optimisation de la commande dans le dispositif 3 et celle de l'observateur dans 5 le dispositif 2 qui est très fort car la performance du contrôleur dépend directement de l'estimation de l'observateur, et la synthèse de la commande est faite à partir de la valeur estimée par l'observateur. Pour garantir la stabilité du système bouclé, il convient de vérifier indépendamment la stabilité de l'observateur (A-LC) et la stabilité de la commande en 10 utilisant l'état réel (A+BK). Cette propriété nous permet de garantir que l'optimisation de l'observateur, en d'autres termes l'optimisation de la matrice Lc et l'optimisation de la commande, en d'autres termes l'optimisation de la matrice K de gains, peuvent être faites indépendamment l'une de l'autre tout en garantissant la stabilité du système. Ce principe est connu comme étant le principe de séparation. 15 Cependant, dans des variations de géométrie de voie de circulation à taux élevé comme c'est le cas par exemple sur des routes de montage ou de certaines bifurcations, une optimisation trop rigide peut nuire au confort des passagers ou solliciter le véhicule à l'extrême de ses capacités mécaniques avec pour effet d'accélérer son vieillissement. A l'inverse, une 20 sous-optimisation risque des abords désastreux de virages difficiles ou d'imposer un mode de conduite ennuyeux. De façon à permettre à la fois la meilleure optimisation de la boucle d'asservissement d'état sans nuire au confort des passagers ni solliciter le véhicule à l'extrême de ses capacités mécaniques ou des conditions d'adhérence de la chaussée, le 25 dispositif de contrôle en temps réel de trajectoire comprend un module 7 anticipateur qui ajoute à la première commande list de braquage produite à partir du module 2 observateur, une deuxième commande uff de braquage qui est fonction d'une courbure yff à appliquer à la trajectoire. Le module 7 comprend un premier sous-module de calcul E qui 30 quantifie la courbure yff et un deuxième sous-module de calcul E qui quantifie la deuxième commande uff de braquage. 3051756 17 Le sous-module D de calcul quantifie la deuxième commande uff de braquage de façon à ce qu'elle soit une solution des équations de la dynamique donnant un vecteur d'état stable ou à dérivée temporelle nulle. En d'autres termes, la commande uff de braquage est générée en 5 faisant abstraction des instabilités de suivi qui, elles sont gérées par le module 2 observateur. Dans les équations liées à la dynamique du véhicule, on considère un état d'équilibre ueq, une commande ueq de braquage à l'équilibre et on réutilise les matrices Ac et Bs pour modéliser les relations A et B. 10 0= Ac -eci +Bs - (ueq, yff )T Soit en reprenant le même indice pour les variables d'état que pour le vecteur (6' d'état a12 0 a 13 (v) 0 a16 0 ( /0 0 (1.1.eq 0 0 0 0 0 : 0 a33 (V) 0 0 0 0 eq 0 Va Orff) 0) (an (v) a32 1 0 0 a36 0 rel,eq Y CoG,eq Y CoG,eq b51 Va 1 0 0 0 a55 0 0 eq 15eq 0 0 (v) 0 0 0 0 1 a56 0 j-YCoG,eq ) 0 0 0 0 0 0 0 0 0) 0 0 0 -1 0 0 0 15 La cinquième ligne du système donne alors, en combinaison avec la sixième ligne : 0- a55àeq a568eq bmtileci - a568eq bmtileci Soit en remplaçant les coefficients a56 et b51 par leur évaluation mécanique paramétrable, a56 = -b 5 1 = -(02: 20 A l'équilibre, ueq = I5eq. La première et la troisième ligne du système donnent d'autre part, en combinaison avec la quatrième ligne, puis avec la deuxième ligne : - a11 eq al2 rel,eq + a 16 8eq a11 (v)vYff al2 rel,eq + a 16 8eq = a31 (v)IVeg ±111 32 . rel,eq a 36 8eq v2pffa31(v)vYff a32 rel,eq + a 36 eq v7ff 25 Soit : 3051756 18 (a12a36 -al6a32)15eq - (a12v2 a12a31(v)v+a32all(v)v)yff De sorte que la résolution du système donne : (auv aua31(v)±a32a11(v)) ueq = V'ff (a16a32 a12a36) Soit en remplaçant les coefficients des matrices par leur évaluation 5 mécanique paramétrable: r)Mv2 - (Cflf - Cr1r)2Iz + (Cf + Cr)(Cf1f2 + Crl ) (Cflf -Crl ueq = 7ff Cf Cr Of +1r) On notera que la commande ueq est indépendante de la vitesse va véhicule lorsque les rigidités de dérive des roues arrière et avant sont égales et que le centre de gravité du véhicule est équidistant des axes de 10 roues arrières et avant. Ainsi un véhicule avec une rigidité de dérive Cf, Cr identique sur toutes les roues et son centre de gravité équidistant des axes de roues avant et arrière, présenterait l'avantage d'avoir une commande indépendante de sa masse M et de son moment d'inertie 1,, calculé au moyen de la formule très simple : 15 ueq = Of +1r)yff On pourrait directement sommer la commande uff = ueq = beq avec la commande pour obtenir la commande de braquage u = ueq + ust appliquée aux roues. Cependant, tenant compte du fait que la modélisation peut ne pas 20 représenter parfaitement fidèlement le comportement réel du véhicule en raison de facteurs éventuellement non pris en compte ou que le ressenti humain peut varier selon le type de passager, une variante intéressante consiste à multiplier la commande ueq par un gain G ajustable au cours d'essais du véhicule et éventuellement modulable en fonction d'un mode 25 de conduite, sportive, familiale ou autre. Le terme gain est à prendre en son sens le plus général qui peut correspondre tant à une augmentation lorsqu'il est supérieur à l'unité qu'à une atténuation dans le cas contraire. On obtient alors : uff -G~ueq du 3051756 19 Au vecteur d'état à l'équilibre eq correspond un pseudo vecteur de mesure qeq à l'équilibre : ( ( v.7ff eq (cr1r2 +cfq).yff -cflf8eq 0 Wrel,eq crlr -cflf CoG, eq 0 0 Y eq CoG, eq eq 1) 8 eq I-YCoG, eq eq (1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 5 Le pseudo vecteur de mesure qeq obtenu dans le sous-module de calcul D est alors soustrait au vecteur de mesure ri effective de façon à faire porter le module observateur uniquement sur les écarts de trajectoire. La courbure y ff à appliquer à la trajectoire peut par exemple 10 concerner celle d'un écart à effectuer par le véhicule pour éviter un obstacle ou pour changer de voie. L'exemple préféré de mise en oeuvre que nous expliquons à présent concerne une courbure de voie à une distance x en avant du véhicule. Ainsi, le dispositif de contrôle de l'invention peut anticiper l'annonce d'un virage à la manière d'un 15 conducteur qui regarde la route devant le véhicule pour amorcer un virage plutôt que de guider le véhicule comme s'il était sur un rail. Avantageusement la distance x varie en fonction de la vitesse va actuelle du véhicule. A titre purement illustratif et non limitatif, on peut envisager une distance x égale au produit de la vitesse va multipliée par un 20 temps de réponse donné à valeur fixe ou à valeur elle-même fonction de la vitesse. Ce temps de réponse peut lui aussi être paramétrable pour permettre de l'ajuster au cours des essais du véhicule. Le sous-module de calcul E reçoit alors de l'appareil 15 le polynôme y(x) qui donne la géométrie de la ligne directrice de la voie de 25 circulation pour chaque point à la distance x à l'avant du véhicule, 3051756 20 généralement sous forme d'un vecteur (po, pi, p2, P3) T dont les coordonnées correspondent aux coefficients du polynôme. Le sous-module E calcule alors la courbure 7ff au moyen de la formule : 5 Yff , +[y'(x)]2)3/2 Si le polynôme est de degré 3 comme évoqué ci-dessus, la dérivée première est donnée par la formule simple : y'(x) = 3p3x2+2p2x+pi De même, la dérivée seconde est donnée par la formule simple : 10 y"(x) = 6p3x+2p2 La courbure y ff peut ainsi facilement être calculée en temps réel au moyen de la formule : 6p3x+2p2 15 y"(x) yff (1+[3p3x2+2p2x +pj2)3/2 REVENDICATIONS: 1. Dispositif de contrôle en temps réel de trajectoire d'un véhicule (1) comprenant un module (2) observateur qui génère en temps réel à partir d'un vecteur de mesure actuelle (ri) un vecteur d'état estimé (b de suivi de voie du véhicule (1) se déplaçant à une vitesse (va) actuelle, de façon à produire une première commande (ust) de braquage pour stabiliser la trajectoire du véhicule par rapport à ladite voie, caractérisé en ce qu'il comprend : - un module (7) anticipateur qui ajoute à ladite première commande (ust) de braquage une deuxième commande (uff) de braquage qui est fonction d'une courbure (y ff) à appliquer à la trajectoire. 2. Dispositif de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite courbure (y ff) est égale à l'inverse d'un rayon de courbure de voie à une distance (x) en avant du véhicule. 3. Dispositif de contrôle selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite distance (x) varie en fonction de ladite vitesse (va) actuelle. 4. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un appareil (15) combinant les propriétés d'une caméra optique et d'ue radar pour fournir au moins une géométrie (y(x)) de ligne directrice de la voie sous forme d'un polynôme. 5. Dispositif de contrôle selon la revendication 4; caractérisé en ce que le module (7) anticipateur comprend un sous-module (E) de calcul de courbure ( ff) 4,,..partir de la géométrie (y(x)) de ligne directrice médiane de la voie au moyen de la formule" 3051756 22 y" (x) Yff = (1 4- [y'(x)]2)Y2 - 6. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module (7) anticipateur comprend un 5 sous-module (D) de calcul de la deuxième commande (uff) de braquage comme solution des équations de la dynamique donnant un vecteur d'état stable ou à dérivée temporelle nulle. 7. Dispositif de contrôle selon la revendication 6, caractérisé en 10 ce que le module (7) anticipateur génère un vecteur de mesure évaluée (Tleg) pour ledit vecteur d'état stable de manière à retirer ledit vecteur de mesure évaluée (rleg) dudit vecteur de mesure actuelle (n) en entrée du module (2) observateur. 15 8. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le sous-module (D) de calcul comprend de plus un gain ajustable de la deuxième commande (uff) de braquage. 9. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications --20 précédentes, caractérisé en ce que ledit vecteur de mesure actuelle (ri) comprend des coordonnées relatives à une vitesse de lacet Oh et à un angle de braquage (8) et en ce.mue le vecteur d'état estimé (b comprend des coordonnées relatives à la vitesse de lacet (ÿr), à un angle d'écart irej) à une trajectoire du véhicule (1), à une dérivée temporelle le 25 d'angle de braquage (ci) et à l'angle de braquage (8). 10. Dispositif de contrôle selon la revendication 9, caractérisé en ce que pour se caler sur la voie de chaussée, ledit vecteur de mesure actuelle (ri) comprend de plus des coordonnées relatives à l'angle d'écart 30 01rd) relatif à la trajectoire du véhicule (1), à l'écart latéral (17c0G) à la 3051756 23 trajectoire du véhicule ,(1) de suivi de voie et à l'opposé de l'intégrale temporelle d'écart latéral (f-Ycoodt) à la trajectoire, et en ce que le vecteur d'état estimé g) comprend de plus des coordonnées relatives à une dérivée temporelle P-coG d'écart latéral à la trajectoire du véhicule 5 ( 1), à l'écart latéral (YoeG) à la trajectoire du véhicule (1), et à l'opposé de l'intégrale temporelle d'écart latéral (f YcoGdt) à la trajectoire.