WO2024256350A1 - Procédé de caractérisation d'une posture d'un objet mobile se déplaçant sur un axe de circulation - Google Patents

Procédé de caractérisation d'une posture d'un objet mobile se déplaçant sur un axe de circulation Download PDF

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WO2024256350A1
WO2024256350A1 PCT/EP2024/065979 EP2024065979W WO2024256350A1 WO 2024256350 A1 WO2024256350 A1 WO 2024256350A1 EP 2024065979 W EP2024065979 W EP 2024065979W WO 2024256350 A1 WO2024256350 A1 WO 2024256350A1
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WO
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traffic lane
traffic
critical point
lane
vehicle
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PCT/EP2024/065979
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Iris BALLESTEROS-TOLOSANA
Chrysanthi PAPAMICHAIL
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Ampere SAS
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Ampere SAS
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    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
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    • G08G1/167—Driving aids for lane monitoring, lane changing, e.g. blind spot detection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/056—Detecting movement of traffic to be counted or controlled with provision for distinguishing direction of travel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B60W40/06—Road conditions
    • B60W40/072—Curvature of the road

Definitions

  • the present invention relates generally to the control of mobile objects.
  • the invention relates to a method for characterizing a posture of a mobile object moving on a traffic axis comprising several traffic lanes.
  • the invention also relates to a method for controlling a motor vehicle and a motor vehicle suitable for implementing such a method.
  • document EP2826687 discloses a lane assignment method. This method proposes using a sensor, such as a RADAR, to determine the positions of surrounding vehicles relative to the EGO vehicle. The history of the successive positions of surrounding vehicles is more precisely used to determine their trajectories. It is thus possible to know, when their trajectories overlap, whether or not surrounding vehicles are using the same traffic lane as the EGO vehicle, or a lane further to the right or further to the left.
  • a sensor such as a RADAR
  • This method has the disadvantage of not being very reliable in the case where traffic is not very dense. Typically, if the EGO vehicle follows a vehicle and these two vehicles are alone in their environment, the change of traffic lane of the preceding vehicle will only be detectable late.
  • the present invention proposes a solution which is independent of the density of vehicles circulating on the road and which makes it possible to determine on which traffic lanes the EGO vehicle and the surrounding vehicles are located.
  • a method for characterizing a posture of a mobile object (for example the EGO vehicle or a surrounding vehicle) moving on a traffic axis comprising several traffic lanes, the method comprising steps implemented by a computer:
  • these steps are followed by the calculation of the time required for the vehicle to cross one of the two edge lines which border this traffic lane and/or the position of the zone in which the vehicle will cross this edge line.
  • the shape of the lane edge lines is used to know on which lane each object is located (EGO vehicle, surrounding vehicle, etc.). This method is therefore not based on the past positions of objects but rather on instantaneous data, which makes it more robust.
  • An advantage of the invention is that it does not generate any additional cost since it uses data already used in vehicles for other purposes.
  • the proposed solution has the further advantage of being able to be easily evaluated by the driver of the vehicle. To do this, the driver will be able to compare the data perceived by the computer and displayed on the screen with the reality on the ground.
  • the selected traffic lane is the one for which the product of two scalar products is negative, each scalar product being calculated for one of the two curves representing the two edge lines delimiting this traffic lane between, on the one hand, the vector formed by the critical point and the projection of the critical point on said curve and a vector normal to said curve at the level of the projection of the critical point
  • the acquisition, projection and selection steps being carried out at a current time, it is planned to acquire which traffic lane was selected at a time preceding the current time, and to determine whether the mobile object has changed traffic lane by comparing the traffic lane selected at the previous time with the traffic lane selected at the current time;
  • said duration is estimated by modeling a future trajectory of the moving object and determining the intersection between the future trajectory and the edge line, preferably using a Newton-Raphson method;
  • the invention also relates to a method for controlling a motor vehicle traveling on a road comprising several traffic lanes, the method comprising:
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising data acquisition means characterizing edge lines delimiting each traffic lane of a road taken by the motor vehicle, and a computer programmed to implement a characterization or control method such as above-mentioned.
  • FIG.l is a schematic view of a motor vehicle suitable for implementing a method in accordance with the present invention.
  • FIG.2 is a schematic top view of the motor vehicle of [Fig.l], on which traffic lane edge lines appear;
  • FIG.3 is a block diagram illustrating the different steps of a method according to the present invention.
  • FIG.l there is shown a motor vehicle 10 adapted to implement the invention.
  • this vehicle 10 conventionally comprises a passenger compartment in which there are in particular a seat for the driver 20 of the vehicle, a dashboard with a display screen, and a steering wheel 12.
  • This vehicle 10 comprises a powertrain, a braking system and a steering system for turning the vehicle (not visible in the figure).
  • the steering system comprises an electronically controllable power steering actuator
  • the powertrain comprises an electronically controllable engine control actuator
  • the braking system comprises an electronically controllable braking actuator.
  • the vehicle 10 further comprises an electronic and/or computer processing unit (hereinafter called calculator 11) comprising at least one microprocessor or microcontroller, at least one memory and input and output interfaces.
  • calculator 11 an electronic and/or computer processing unit comprising at least one microprocessor or microcontroller, at least one memory and input and output interfaces.
  • the calculator 11 is adapted to receive different input data, which come from sensors or third-party calculators.
  • At least one sensor is provided for detecting the edges of the road, for example:
  • the computer 11 is adapted to control the display screen, the power steering actuator, the engine control actuator, and the braking actuator.
  • the calculator 11 is adapted to implement driving assistance functions and/or automated driving functions (in which the vehicle can move through traffic autonomously, without intervention from the driver).
  • the computer 11 stores a computer application, consisting of computer programs comprising instructions whose execution by the computer allows the implementation of the method described below.
  • Two traffic lanes V0, VI are shown here, namely the one taken by the motor vehicle 10 and a lane further to the left.
  • the invention can be applied to all possible road configurations.
  • each traffic lane V0, VI is delimited by two lane edge lines, namely left edge lines 33 and right edge lines 31 (here, the terms right and left are used considering the direction of advance of the vehicle), and an intermediate edge line 32.
  • the road edge lines can be formed by road markings affixed to the road (solid white line, broken line, etc.), by safety barriers, by raised shoulders or by any other distinctive element.
  • a reference point (X, Y) attached to the motor vehicle 10 has also been shown, which will be the one considered for the calculations developed below.
  • This reference point comprises an abscissa which extends along the longitudinal axis of the vehicle, towards the front, and an ordinate which extends towards the left of the vehicle. Its origin is located for example at the level of the center of gravity of the motor vehicle 10 or at the level of the center of its rear axle.
  • Posture means, in particular, position.
  • This term “posture” can also refer to other concepts, for example, the orientation of the vehicle relative to the lane or whether or not the vehicle is changing lanes.
  • the idea here consists mainly in assigning a traffic lane to the vehicle 10, that is to say in identifying on which traffic lane the vehicle 10 is located, this traffic lane being hereinafter called “lane taken”.
  • the method according to the invention comprises several successive steps, all of these steps being repeated in a loop at regular intervals so as to regularly update update the identification of the route taken.
  • the computer 11 attempts to acquire information relating to the road 30 and the motor vehicle 10.
  • This information is provided directly by a sensor (for example in the form of distance between the line and the sensor).
  • the information measured by the vehicle sensors is used here to detect these lines.
  • No information received from road infrastructures or third-party vehicles is used, for example.
  • This information can be obtained directly (as measured) or be subjected to a data fusion procedure (or any other procedure, typically data association) in order to improve its reliability.
  • each track edge line is modeled by the calculator in analytical form.
  • these lines are modeled in a polynomial form. However, here, they are modeled in the form of clothoids, this form being preferred because it provides better results (for an identical number of coefficients taken into account).
  • Such a clothoid is defined as having a curvature c which depends on its length, which can be written:
  • - 1 is the curvilinear abscissa of the arc of the clothoid, which varies between 0 inclusive and L inclusive,
  • - Ci is the rate of change of curvature of the arc.
  • a clothoid can be defined by six coefficients which are:
  • each clothoid will be defined by the set C of these six coefficients, which can be noted as follows:
  • the point of origin M of the clothoid will have a position which will depend on that of the vehicle. Indeed, it will be the point of the edge line which is the one closest to the vehicle which was detected by the sensors.
  • Cartesian coordinates (x, y) of a point located along the clothoid can be written as follows:
  • the computer 11 receives the sets C characterizing the lane edge lines from one of the sensors embedded in the vehicle (for example from the camera if the latter is equipped with a processor adapted to perform the operations necessary for determining the desired coefficients). However, preferably, the computer 11 receives data collected by several of the vehicle's sensors (camera and RADAR and/or LIDAR), merges this data, and deduces the desired coefficients.
  • step E0 in addition to the aforementioned coefficients, the computer 11 receives the three variance-covariance matrices (hereinafter called covariance matrices) associated respectively with the coefficients of the three track edge lines 31, 32, 33.
  • covariance matrices the three variance-covariance matrices associated respectively with the coefficients of the three track edge lines 31, 32, 33.
  • Each covariance matrix makes it possible to take into account the uncertainty in the detection of each track edge line by the sensor(s).
  • These matrices are for example provided by the manufacturer of the sensors used. Alternatively, they can be determined during a sensor test campaign and recorded in the computer memory. The coefficients of these matrices are preferably invariable.
  • the calculator 11 assigns an identifier to each of the traffic lanes. VO, VI detected.
  • This identifier is for example an integer i, 0 for the leftmost lane, 1 for the lane immediately to the right of the latter...
  • the computer assigns a new integer for a new track, it can consult its memory and search whether among the tracks detected during the previous iteration, there was one whose track edges already bore the same identifiers, in which case the same identifier will be reused.
  • the calculator also assigns to each detected lane edge line 31, 32, 33 a type characterizing it (for example: continuous line, discontinuous lines, safety barrier, shoulder, etc.).
  • step E0 the computer 11 acquires data relating to the posture and/or the kinematics of the motor vehicle 10 on the road 30. This is kinematic data which is preferentially obtained using only the sensors embedded in the motor vehicle 10.
  • step S2 determining a characteristic point of the motor vehicle 10, hereinafter called “critical point Pc” and whose coordinates are noted (x c , y c ).
  • This critical point Pc is preferably located on or contained in the envelope of the motor vehicle (defined in particular by its bodywork, its windows, etc.). However, as a variant, it could be a point arranged, for safety reasons, at a reduced distance from this envelope, outside of it.
  • This critical point Pc could have an invariable and predefined position. In this case, its position would simply be read in the computer memory.
  • the vehicle may have a variable position on the vehicle, this position being for example different depending on the autonomous piloting function which will use the result of the present method (obstacle avoidance function, function of maintaining the center of the traffic lane, etc.).
  • the critical point could be located at a corner of the vehicle, in particular if the objective is to detect a change of lane as early as possible by determining the moment when the critical point crosses the intermediate edge line 32. In this case, it will be the front point of the vehicle located on the same side as the steering wheel.
  • this could be the center of gravity of the motor vehicle 10.
  • the position of this center of gravity could be estimated once and be invariable, or could be calculated based on, for example, the number of passengers in the vehicle 10.
  • This critical point centered on the center of gravity will be useful in particular for carrying out emergency braking such that the vehicle 10 remains generally on its traffic lane.
  • This critical point centered on the center of gravity will also be useful when it is desired to display on the interior screen of the vehicle the lane on which the vehicle is mainly located.
  • the third step S3 then consists, for the calculator 11, in determining the path in which this critical point Pc is located.
  • the critical point Pc is assigned to the traffic lane V0, VI for which it is located to the right of its left edge line and to the left of its right edge line.
  • the critical point Pc is projected onto the clothoids of the different track edge lines. Then the calculator proceeds successively, track by track track, by determining whether the orthogonal projections Pc* of the critical point Pc on the two edge lines bordering this track have ordinates that are one positive and the other negative.
  • the selected traffic lane VO, VI is the one for which:
  • the computer performs this calculation successively for each traffic lane, starting with the leftmost lane. As soon as the product of the scalar products is negative, the critical point Pc is assigned to the corresponding traffic lane. This traffic lane is then said to be “pre-selected”.
  • step S3 If this step S3 has made it possible to assign the critical point Pc to a traffic lane, the process continues in a step S4.
  • This intermediate step S3’ consists of extending the clothoids defining the track edge lines before re-implementing the process of step S3.
  • each clothoid has a finite length L, it may happen that the orthogonal projection Pc* of the critical point Pc is located not on the clothoid, but on its extension, upstream of the original M of the clothoid or downstream of the curvilinear abscissa point L of the clothoid.
  • the computer performs a check. This check consists of verifying, for each track, whether the coefficients 'EQ and c 0 of the clothoids of the lines bordering this track are greater or not than predetermined threshold values. If they are less than these thresholds, the clothoids are extended backwards over a length of 3 meters. Otherwise, they are only extended over a reduced length less than strictly 3 meters.
  • step S3 if this step S3’ does not allow a solution to be reached, no traffic lane is selected and the process ends (step S5).
  • the projection is carried out on the basis of the Newton Raphson method.
  • This method allows to find a precise approximation of a zero (i.e. a root) of a real function f of a real variable t.
  • brackets mean that we are realizing the scalar product of two vectors.
  • the first vector is formed by the difference between the coordinates (x c , y c ) of the critical point and the Cartesian coordinates (x(t), y(t)) of a point located along the clothoid, at the curvilinear abscissa t.
  • the second vector is formed by the derivative with respect to the curvilinear abscissa t of the Cartesian coordinates (x, y) of said point.
  • ⁇ Po.proj is equal to the heading angle of the clothoid at the orthogonal projection Pc*.
  • the computer selects a starting point on the clothoid from which the orthogonal projection Pc* will be sought.
  • this method consists of testing different starting points then, for each starting point, attempting to converge the algorithm towards a solution constituting the orthogonal projection Pc*.
  • This attempt to converge the algorithm is carried out a finite number of iterations (for example about twenty times). Thus, as long as the method does not converge quickly, we start again with other starting points.
  • the starting points successively used could be the coordinate points:
  • the first step is to check if the new point is on the clothoid (the latter having a finite length L).
  • the calculator checks that the point with coordinates (x(s+ds),y(s+ds)) belongs to the set C considered.
  • the process calculates the value of the function f(s) and checks whether it is sufficiently close to 0 (given E). This is the case when the point Pc is very close to the clothoid, with a precision of E.
  • the calculator calculates the cosine at the solution point which must be close enough to zero for the solution to be preserved:
  • the calculator determines the Euclidean distance between the critical point Pc and its orthogonal projection Pc*, as well as the scalar product ⁇ Pc*Pc,n>.
  • the critical point Pc belongs to the tested traffic lane if the Euclidean distances between the points Pc* and Pc are non-thousands and if the product of the two scalar products ⁇ Pc*.Pc, n> calculated gives a negative result.
  • step S4 it is considered that a traffic lane could have been pre-selected.
  • the idea then consists of verifying that this traffic lane can be used by the motor vehicle 10.
  • the computer may have wrongly detected a traffic lane between a road marking line and a safety barrier, or a cycle lane.
  • the calculator compares the width of the motor vehicle 10 (which is known and stored in its memory) with the width of the preselected traffic lane.
  • the width of the traffic lane can be obtained by determining the lateral deviation between the two projections of the critical point on the edge lines of the preselected traffic lane. Alternatively, it could be obtained in another way (for example by reading this data into a mapping software).
  • step S5 If the width of the vehicle is greater than that of the traffic lane, this lane is not selected and the method ends (step S5).
  • step S 5 the widths of the two traffic lanes are less than the width of the vehicle, in which case the process ends (step S 5),
  • step S6 the width of the main traffic lane is greater than the width of the vehicle, in which case the process continues (“step S6) considering this main traffic lane,
  • step S6 the width of the main traffic lane is less than the width of the vehicle but the width of the secondary traffic lane is greater than the width of the vehicle, in which case the method continues (“step S6) considering this secondary traffic lane.
  • Step S6 then simply consists of changing the preselected traffic lane to “selected”.
  • the computer acquires in its memory the identifier of the traffic lane selected at the previous time step T-1.
  • T-l Traffic lane selected at the previous iteration (T-l) no longer exists at the current iteration (T). This may be due to a particular road configuration (merger of two traffic lanes into one, separation of a lane into two, change of road shape to enter a roundabout, etc.) or to a failure of lane detection by the sensors.
  • the calculator will be able to detect this event, so that in this eventuality, the computer will not issue a valid lane change signal.
  • the calculator calculates the time required for the vehicle to cross one of the two edge lines which border this traffic lane and/or the position of the zone in which the vehicle will cross this edge line.
  • this step is implemented for the two edge lines which border the selected traffic lane, except if one or the other of these two lines borders the road (in particular if it is a safety barrier).
  • CCLA constant curvature and longitudinal acceleration
  • CCALV constant curvature and longitudinal velocity
  • the determination of the trajectory is carried out over a predetermined prediction duration, of a few seconds at most (here 5 seconds).
  • the calculator determines the position of the possible intersection between the trajectory T0 and the edge line(s) bordering the selected traffic lane.
  • the calculator knows the set C of parameters defining the clothoid illustrating the edge line considered (the two lines being considered one after the other).
  • the calculator also knows the data relating to the dynamics of the vehicle at time T, namely:
  • the calculator determines, if it exists, the root of the expression:
  • the calculator determines the function f(s,t’), first of all for an initial value of curvilinear abscissa s and on the basis of the acquired values of the vehicle parameters.
  • the calculator calculates the product inv(J(s,t’)).f(s,t’).
  • this process makes it possible to determine both the time required for the vehicle to cross one of the two edge lines which border the selected traffic lane and the position of the zone in which the vehicle will cross this edge line.
  • step S9 the selected traffic lane is stored in the memory of the calculator, with its identifier and the equations of its left and right lines.
  • the calculator will be able, in step S6, to obtain information relating to a change of lane.
  • the calculator determines the identifier of the selected traffic lane.
  • step S5 At this stage, we can describe step S5 cited above.
  • the data stored in memory are then either directly transmitted to the clients who need them (automatic braking system, system for centering the vehicle in its lane, obstacle avoidance system, system for displaying a representation of the vehicle in its lane, etc.), or transmitted on the vehicle network so that the clients can read the information necessary for their proper functioning.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de caractérisation de la posture d'un véhicule automobile se déplaçant sur une route (30) comportant plusieurs voies de circulation (VO, VI), le procédé comprenant des étapes : - d'acquisition de données caractérisant des lignes de bord (31, 32, 33) délimitant chaque voie de circulation, - de projection d'un point critique (Pc) attaché audit objet mobile sur des courbes représentatives desdites lignes de bord déduites des données acquises, et - de sélection de la voie de circulation sur laquelle se trouve le point critique, compte tenu des projections du point critique.

Description

Description
Titre de l'invention : Procédé de caractérisation d’une posture d’un objet mobile se déplaçant sur un axe de circulation
Domaine technique de l'invention
[0001] La présente invention concerne de manière générale le pilotage d’objets mobiles.
[0002] Elle s’applique plus particulièrement aux voitures et autres engins motorisés circulant sur routes, mais pourrait s’appliquer également à d’autres domaines tels que la robotique.
[0003] L’invention concerne un procédé de caractérisation d’une posture d’un objet mobile se déplaçant sur un axe de circulation comportant plusieurs voies de circulation.
[0004] L’invention concerne également un procédé de pilotage d’un véhicule automobile et un véhicule automobile adapté à mettre en œuvre un tel procédé.
Etat de la technique
[0005] Dans un souci de sécurisation des véhicules automobiles, on équipe actuellement ces derniers de systèmes d’aide à la conduite voire de systèmes de conduite hautement au- tomatisée.
[0006] Il s’agit typiquement de systèmes de maintien au centre de la voie (plus connus sous l’acronyme anglais de LCA pour « Lane Centering Assist »), de systèmes de régulation de vitesse adaptative...
[0007] Nombre de ces systèmes ont besoin, pour fonctionner, de connaître sur quelle voie de circulation le véhicule automobile (EGO) roule, si le véhicule change de voie de cir- culation ou s’il s’apprête à en changer.. .
[0008] De la même manière, il est souhaitable pour ces systèmes de connaître sur quelles voies de circulation les véhicules environnants roulent.
[0009] Pour cela, on connaît du document EP2826687 une méthode d’assignation de voie. Cette méthode propose d’utiliser un capteur, tel qu’un RADAR, afin de déterminer les positions des véhicules environnants par rapport au véhicule EGO. L’historique des positions successives des véhicules environnants est plus précisément utilisé pour dé- terminer leurs trajectoires. Il est ainsi possible de savoir, lorsque leurs trajectoires se superposent, si des véhicules environnants empruntent ou non la même voie de cir- culation que le véhicule EGO, ou une voie plus à droite ou plus à gauche.
[0010] Cette méthode a pour inconvénient de ne pas être très fiable dans le cas où la cir- culation est peu dense. Typiquement, si le véhicule EGO suit un véhicule et que ces deux véhicules sont seuls dans leur environnement, le changement de voie de cir- culation du véhicule précédent ne sera détectable que tardivement.
Présentation de l'invention [0011] Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose une solution qui est indépendante de la densité de véhicules circulant sur la route et qui permet de déterminer sur quelles voies de circulation se trouvent le véhicule EGO et les véhicules environnants.
[0012] Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de caractérisation d’une posture d’un objet mobile (par exemple le véhicule EGO ou un véhicule en- vironnant) se déplaçant sur un axe de circulation comportant plusieurs voies de cir- culation, le procédé comprenant des étapes mises en œuvre par un calculateur :
- d’acquisition de données caractérisant des lignes de bord délimitant chaque voie de circulation,
- de projection d’un point critique attaché audit objet mobile sur des courbes repré- sentatives desdites lignes de bord, lesquelles courbes représentatives étant déduites des données acquises, et
- de sélection de la voie de circulation sur laquelle se trouve le point critique, compte tenu des projections du point critique.
[0013] Préférentiellement, ces étapes sont suivies du calcul du temps nécessaire pour que le véhicule traverse l’une des deux lignes de bord qui bordent cette voie de circulation et/ ou de la position de la zone dans laquelle le véhicule franchira cette ligne de bord.
[0014] Ainsi, grâce à l’invention, la forme des lignes de bord de voies est utilisée pour savoir sur quelle voie se trouve chaque objet (véhicule EGO, véhicule environnant...). Cette méthode n’est donc pas basée sur les positions passées d’objets mais plutôt sur des données instantanées, ce qui la rend plus robuste.
[0015] Un avantage de l’invention est qu’elle n’engendre aucun surcoût dans la mesure où elle emploie des données déjà utilisés dans les véhicules à des fins autres.
[0016] L’utilisation d’un point critique dont la position pourra être sélectionnée compte tenu de l’usage qui sera fait de la caractérisation de la posture du véhicule permet en outre au procédé d’être particulièrement adaptable.
[0017] A titre d’exemple, il sera possible de détecter de manière très précoce un changement de voie de circulation en utilisant un point critique situé sur un des côtés du véhicule.
[0018] A titre d’autre exemple, il sera possible d’afficher sur un écran visible par le conducteur la position générale du véhicule sur la route, en utilisant pour cela un point critique centré sur le véhicule (c’est-à-dire situé sur l’axe longitudinal du véhicule).
[0019] La solution proposée a comme autre avantage de pouvoir être facilement évaluée par le conducteur du véhicule. Pour cela, le conducteur pourra comparer les données perçues par le calculateur et affichées sur l’écran avec la réalité du terrain.
[0020] 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 : - la voie de circulation sélectionnée est celle pour laquelle le produit de deux produits scalaires est négatif, chaque produit scalaire étant calculé pour l’une des deux courbes représentatives des deux lignes de bord délimitant cette voie de circulation entre, d’une part, le vecteur formé par le point critique et la projection du point critique sur ladite courbe et un vecteur normal à ladite courbe au niveau de la projection du point critique
- les étapes de projection et de sélection sont répétées avec au moins un autre point critique attaché audit objet mobile ;
- si deux voies de circulation sont sélectionnées, il est déterminé que l’objet mobile change de voie de circulation ;
- les étapes d’acquisition, de projection et de sélection étant réalisées à un instant courant, il est prévu d’acquérir quelle voie de circulation était sélectionnée à un instant précédant l’instant courant, et de déterminer si l’objet mobile a changé de voie de cir- culation en comparant la voie de circulation sélectionnée à l’instant précédent avec la voie de circulation sélectionnée à l’instant courant ;
- il est prévu de déterminer la largeur de la voie de circulation sélectionnée compte tenu des projections du point critique, et de valider la sélection de la voie de circulation sélectionnée uniquement si ladite largeur est supérieure à une largeur prédéterminée de l’objet mobile ;
- les courbes représentatives desdites lignes de bord présentant des longueurs limitées, si la projeté du point critique sur l’une des courbes représentatives n’existe pas, il est prévu de prolonger ladite courbe représentative ;
- il est prévu de déterminer une durée estimée avant que l’objet mobile coupe l’une au moins des lignes de bord bordant la voie de circulation présélectionnée ;
- ladite durée est estimée en modélisant une trajectoire future de l’objet mobile et en déterminant l’intersection entre la trajectoire future et la ligne de bord, de préférence à l’aide d’une méthode de Newton-Raphson ;
[0021] L’invention concerne aussi un procédé de pilotage d’un véhicule automobile roulant sur une route comportant plusieurs voies de circulation, le procédé comportant :
- une opération de caractérisation de la posture du véhicule automobile au moyen d’un procédé de caractérisation tel que précité, et
- une opération de pilotage automatique du véhicule automobile en fonction de la voie de circulation sélectionnée, par exemple pour maintenir ou centrer le véhicule au- tomobile dans la voie de circulation sélectionnée.
[0022] L’invention concerne également un véhicule automobile comportant des moyens d’acquisition de données caractérisant des lignes de bord délimitant chaque voie de cir- culation d’une route empruntée par le véhicule automobile, et un calculateur programmé pour mettre en œuvre un procédé de caractérisation ou de pilotage tel que précité.
[0023] 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. Description détaillée de l'invention
[0024] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
[0025] Sur les dessins annexés :
[0026] [Fig.l] est une vue schématique d’un véhicule automobile adapté à mettre en œuvre un procédé conforme à la présente invention ;
[0027] [Fig.2] est une vue schématique de dessus du véhicule automobile de la [Fig.l], sur laquelle apparaissent des lignes de bord de voies de circulation ;
[0028] [Fig.3] est un schéma-bloc illustrant les différentes étapes d’un procédé conforme à la présente invention.
[0029] Sur la [Fig.l], on a représenté un véhicule 10 automobile adapté à mettre en œuvre l’invention.
[0030] Il s’agit ici d’une voiture. En variante, il pourrait s’agir d’un autre type de véhicule (camion, moto...).
[0031] Ici, ce véhicule 10 comporte classiquement un habitacle dans lequel se trouvent notamment un siège pour le conducteur 20 du véhicule, une planche de bord avec un écran d’affichage, et un volant 12.
[0032] Ce véhicule 10 comporte un groupe motopropulseur, un système de freinage et un système de direction permettant de faire tourner le véhicule (non visibles sur la figure). Classiquement, le système de direction comporte un actionneur de direction assistée pilotable électroniquement, le groupe motopropulseur comporte un actionneur de commande de moteur pilotable électroniquement, et le système de freinage comporte un actionneur de freinage pilotable électroniquement.
[0033] Le véhicule 10 comporte par ailleurs une unité électronique et/ou informatique de traitement (ci-après appelée calculateur 11) comprenant au moins un microprocesseur ou microcontrôleur, au moins une mémoire et des interfaces d'entrée et de sortie.
[0034] Grâce à ses interfaces d'entrée, le calculateur 11 est adapté à recevoir différentes données d’entrée, qui proviennent de capteurs ou de calculateurs tiers.
[0035] Parmi ces capteurs, il est prévu au moins un capteur permettant de détecter les bords de la route, par exemple :
- une caméra frontale, et/ou
- un télédétecteur RADAR ou LIDAR. [0036] Grâce à ses interfaces de sortie, le calculateur 11 est adapté à commander l’écran d’affichage, l’actionneur de direction assistée, l’actionneur de commande de moteur, et l’actionneur de freinage.
[0037] Ainsi, le calculateur 11 est adapté à mettre en œuvre des fonctions d’aide à la conduite et/ou des fonctions de conduite automatisée (dans lesquelles le véhicule peut évoluer dans la circulation de façon autonome, sans intervention du conducteur).
[0038] Grâce à sa mémoire, le calculateur 11 mémorise une application informatique, constituée de programmes d’ordinateur comprenant des instructions dont l’exécution par le calculateur permet la mise en œuvre du procédé décrit ci-après.
[0039] Sur la [Fig.2], on a représenté le véhicule automobile 10 vu de dessus, alors qu’il emprunte une voie de circulation V0 d’une route.
[0040] Deux voies de circulation V0, VI sont ici représentées, à savoir celle empruntée par le véhicule automobile 10 et une voie plus à gauche. Bien entendu, l’invention pourra s’appliquer à toutes les configurations de route possibles.
[0041] Sur cette [Fig.2], on observe que chaque voie de circulation V0, VI est délimitée par deux lignes de bord de voie, à savoir des lignes de bord gauche 33 et droite 31 (ici, les termes droite et gauche sont utilisés en considérant la direction d’avance du véhicule), et une ligne de bord intermédiaire 32.
[0042] Les lignes de bord de voie peuvent être formées par des marquage routiers apposés sur la route (ligne blanche continue, ligne discontinue...), par des barrières de sécurité, par des accotements en relief ou par tout autre élément distinctif.
[0043] Sur cette [Fig.2], on a également représenté un repère (X, Y) attaché au véhicule au- tomobile 10, qui sera celui considéré pour les calculs développés ci-après. Ce repère comporte une abscisse qui s’étend selon l’axe longitudinal du véhicule, vers l’avant, et une ordonnée qui s’étend vers la gauche du véhicule. Son origine est située par exemple au niveau du centre de gravité du véhicule automobile 10 ou au niveau du centre de son essieu arrière.
[0044] Sur la [Fig.3] , on a illustré le procédé que le calculateur 11 est adapté à mettre en œuvre de façon à caractériser la posture du véhicule 10.
[0045] Par posture, on entend notamment la position. Ce terme de « posture » peut également faire référence à d’autres concepts, par exemple à l’orientation du véhicule par rapport à la voie ou au fait que le véhicule réalise ou non un changement de voie de circulation.
[0046] L’idée consiste ici principalement à affecter au véhicule 10 une voie de circulation, c’est-à-dire à identifier sur quelle voie de circulation le véhicule 10 se trouve, cette voie de circulation étant ci -après appelée « voie empruntée ».
[0047] Le procédé selon l’invention comporte plusieurs étapes successives, l’ensemble de ces étapes étant répété en boucle à intervalles réguliers de façon à régulièrement mettre à jour l’identification de la voie empruntée.
[0048] Les étapes détaillées de ce procédé sont les suivantes.
[0049] On pourra dans cet exemple considérer que le procédé est mis en œuvre à un instant T, et qu’il était déjà mis en œuvre à des instants précédents (T-l, T-2...).
[0050] Au cours de la première étape SI, le calculateur 11 tente d’acquérir des informations relatives à la route 30 et au véhicule automobile 10.
[0051] Il tente tout d’abord d’acquérir des informations caractérisant les trois lignes de bord de voie 31, 32, 33.
[0052] Ces informations sont fournies directement par un capteur (par exemple sous forme de distance entre la ligne et le capteur).
[0053] De manière préférentielle, seules les informations mesurées par les capteurs du véhicule sont ici employées pour détecter ces lignes. Aucune information reçue d’infrastructures routières ou de véhicules tiers n’est par exemple utilisée.
[0054] Ces informations peuvent être obtenues directement (telles que mesurées) ou être soumises à une procédure de fusion des données (ou toute autre procédure, ty- piquement d’association des données) afin d'améliorer leur fiabilité.
[0055] Ici, chaque ligne de bord de voie est modélisée par le calculateur sous forme analytique.
[0056] A titre d’exemple, on pourrait prévoir que ces lignes soient modélisées sous une forme polynomiale. Toutefois, ici, elles sont modélisées sous forme de clothoïdes, cette forme étant privilégiée car fournissant de meilleurs résultats (pour un nombre identique de coefficients pris en compte).
[0057] Une telle clothoïde est définie comme présentant une courbure c qui dépend de sa longueur, ce que l’on peut écrire :
[0058] [Math.l] c(Z) = c0 + cvl
[0059] Dans cette équation :
- c est donc l’équation de la clothoïde,
- 1 est l’abscisse curviligne de l’arc de la clothoïde, qui varie entre 0 compris et L compris,
- L est la longueur de l’arc de la clothoïde,
- Co est la courbure à l’origine de l’arc, et
- Ci est le taux de variation de courbure de l’arc.
[0060] En d’autres termes, une clothoïde peut être définie par six coefficients que sont :
- x0, l’abscisse du point d’origine M de la clothoïde dans le repère (X, Y),
- y0 l’ordonnée de ce point d’origine M,
- qui est l’angle de cap de la clothoïde à l’origine de l’arc,
- L, - Co, et
- C1.
[0061] Dans la suite, chaque clothoïde sera définie par l’ensemble C de ces six coefficients, ce que l’on pourra noter de la façon suivante :
Figure imgf000009_0003
[0062] On notera que le point d’origine M de la clothoïde présentera une position qui dépendra de celle du véhicule. En effet, il s’agira du point de la ligne de bord qui est celui le plus proche du véhicule qui a été détecté par les capteurs.
[0063] Pour information, l’angle de cap le long de la clothoïde peut s’écrire de la manière suivante :
[0064] [Math.2]
Figure imgf000009_0001
[0065] Les coordonnées cartésiennes (x, y) d’un point situé le long de la clothoïde peuvent s’écrire de la manière suivante :
[0066] [Math.3]
Figure imgf000009_0002
o o
[0067] Lors de cette première étape E0, on pourrait envisager que le calculateur 11 reçoive les ensembles C caractérisant les lignes de bord de voie de l’un des capteurs embarqués dans le véhicule (par exemple de la caméra si cette dernière est équipée d’un processeur adapté à réaliser les opérations nécessaires à la détermination des coef- ficients recherchés). Toutefois, de façon préférentielle, le calculateur 11 reçoit des données relevées par plusieurs des capteurs du véhicule (caméra et RADAR et/ou LIDAR), fusionne ces données, et en déduit les coefficients recherchés.
[0068] Lors de l’étape E0, en plus des coefficients précités, le calculateur 11 reçoit les trois matrices de variance-covariance (ci-après appelées matrices de covariance) associées respectivement aux coefficients des trois lignes de bord de voie 31, 32, 33. Chaque matrice de covariance permet de tenir compte de l’incertitude dans la détection de chaque ligne de bord de voie par le ou les capteurs.
[0069] Ces matrices sont par exemple fournies par le constructeur des capteurs employés. En variante, elles peuvent être déterminées lors d’une campagne de test des capteurs et en- registrées dans la mémoire du calculateur. Les coefficients de ces matrices sont de préférence invariables.
[0070] On notera ici que si plusieurs capteurs sont utilisés pour déterminer les coefficients caractérisant une ligne de bord de voie, leurs incertitudes seront associées entre elles afin d’obtenir la matrice de covariance d’une ligne détectée.
[0071] Le calculateur 11 affecte à ce stade un identifiant à chacune des voies de circulation VO, VI détectées.
[0072] Cet identifiant est par exemple un entier i, 0 pour la voie la plus à gauche, 1 pour la voie immédiatement à droite de cette dernière...
[0073] On notera à ce sujet qu’avant que le calculateur affecte un nouvel entier pour une nouvelle voie, il peut consulter sa mémoire et chercher si parmi les voies détectées lors de l’itération précédente, il y en avait une dont les bords de voie portaient déjà les mêmes identifiants, auquel cas le même identifiant sera réutilisé.
[0074] Le calculateur affecte par ailleurs à chaque ligne de bord de voie 31, 32, 33 détectée un type la caractérisant (par exemple : ligne continue, lignes discontinue, barrière de sécurité, accotement...).
[0075] Enfin, lors de l’étape E0, le calculateur 11 acquiert des données relatives à la posture et/ou à la cinématique du véhicule automobile 10 sur la route 30. Il s’agit ici de données cinématiques qui sont préférentiellement obtenues grâce aux seuls capteurs embarqués dans le véhicule automobile 10.
[0076] Ici, ces données comprennent des valeurs de :
- vitesse de lacet du véhicule automobile, exprimée en rad/s,
- vitesse V du véhicule automobile par rapport au sol, exprimée en m/s,
- accélération longitudinale ax du véhicule automobile selon l’axe X, exprimée en m/s 2 9
- accélération latérale ay du véhicule automobile selon l’axe Y, exprimée en m/s2,
- accélération en lacet du véhicule automobile, exprimée en rad/s2,
- angle af de la roue avant du véhicule automobile par rapport à l’axe X, exprimée en rad,
- angle ar de la roue arrière du véhicule automobile par rapport à l’axe X, exprimée en rad, et
- courbure instantanée c’ de la trajectoire du véhicule automobile (cette courbure étant ici définie par l’inverse du rayon de courbure, exprimé en m 1).
[0077] On notera ici que la courbure instantanée c’ peut être ici défini comme :
Figure imgf000010_0001
[0079] Avec D la distance entre les essieux avant et arrière.
[0080] A ce stade, on notera ici que seules les données instantanées (mesurées ou calculées au pas de temps T) sont ici utilisées.
[0081] En variante, on pourrait en outre utiliser des données acquises précédemment afin de lisser les données utilisées.
[0082] Comme le montre la flèche en pointillés sur la [Fig.3], si toutes ces données n’ont pas pu être obtenues, le procédé passe directement à l’étape S5. [0083] Dans le cas contraire, le procédé se poursuit en une étape S2 de détermination d’un point caractéristique du véhicule automobile 10, ci-après appelé « point critique Pc » et dont les coordonnées sont notées (xc, yc).
[0084] Ce point critique Pc est de préférence situé sur ou contenu dans l’enveloppe du véhicule automobile (défini notamment par sa carrosserie, ses vitres...). Toutefois, en variante, il pourrait s’agir d’un point disposé, par sécurité, à une distance réduite de cette enveloppe, à l’extérieur de celle-ci.
[0085] Ce point critique Pc pourrait présenter une position invariable et prédéfinie. Dans ce cas, sa position serait simplement lue dans la mémoire du calculateur.
[0086] Toutefois, en variante, il pourra présenter une position variable sur le véhicule, cette position étant par exemple différente selon la fonction de pilotage autonome qui utilisera le résultat du présent procédé (fonction d’évitement d’obstacle, fonction de maintien au centre de la voie de circulation. ..).
[0087] A titre d’exemple, le point critique pourrait être situé à un coin du véhicule, notamment si l’objectif est de détecter le plus tôt possible un changement de voie de circulation en déterminant le moment où le point critique franchit la ligne de bord in- termédiaire 32. Dans ce cas, il s’agira du point avant du véhicule situé du même côté que le volant.
[0088] Selon un autre exemple, il pourrait s’agir du centre de gravité du véhicule automobile 10. La position de ce centre de gravité pourra être estimée une fois et être invariable, ou pourra être calculée en fonction par exemple du nombre de passagers dans le véhicule 10. Ce point critique centré sur le centre de gravité sera utile notamment pour réaliser un freinage d’urgence tel que le véhicule 10 reste globalement sur sa voie de circulation. Ce point critique centré sur le centre de gravité sera aussi utile lorsque l’on souhaite afficher sur l’écran intérieur du véhicule la voie sur laquelle se trouve princi- palement le véhicule.
[0089] En variante, on pourrait définir non pas un seul point critique, mais un ensemble de plusieurs points critiques Pc, typiquement les quatre coins du véhicule automobile. En effet, avec ces quatre coins, la détection d’un changement de voie de circulation sera toujours réalisée de façon très précoce, quel que soit le côté vers lequel se dirige le véhicule 10.
[0090] La troisième étape S3 consiste ensuite, pour le calculateur 11, à déterminer la voie dans laquelle se trouve ce point critique Pc.
[0091] En l’espèce, le point critique Pc est affecté à la voie de circulation V0, VI pour laquelle il se trouve à droite de sa ligne de bord gauche et à gauche de sa ligne de bord droite.
[0092] Pour effectuer ce contrôle, le point critique Pc est projeté sur les clothoïdes des dif- férentes lignes de bord de voie. Puis le calculateur procède successivement, voie par voie, en déterminant si les projetés orthogonaux Pc* du point critique Pc sur les deux lignes de bord bordant cette voie présentent des ordonnées l’une positive et l’autre négative.
[0093] Plus précisément ici, la voie de circulation VO, VI sélectionnée est celle pour laquelle :
- le produit scalaire du vecteur Pc^Pc et du vecteur n (à savoir le vecteur normal à la clothoïde au niveau du projeté orthogonal Pc*) pour la clothoïde représentative de l’une des deux lignes de bord 31, 32, 33 délimitant cette voie de circulation VO, VI, multiplié par :
- le produit scalaire du vecteur Pc*Pc et du vecteur n (à savoir le vecteur normal à la clothoïde au niveau du projeté orthogonal Pc*) pour la clothoïde représentative de l’autre des deux lignes de bord 31, 32, 33 délimitant cette voie de circulation VO, VI, est négatif.
[0094] En pratique, le calculateur réalise ce calcul successivement pour chaque voie de cir- culation, en commençant par la voie la plus à gauche. Dès que le produit des produits scalaires est négatif, le point critique Pc est affecté à la voie de circulation corres- pondante. Cette voie de circulation est alors dite « présélectionnée ».
[0095] On notera que dans la variante où un ensemble de plusieurs points critiques Pc est considéré, on recherchera ici dans quelle(s) voies de circulation ces points critiques se trouve(nt). Il peut ainsi que plusieurs voies de circulation soient présélectionnées.
[0096] Si jamais cette étape S3 a permis d’affecter le point critique Pc à une voie de cir- culation, le procédé se poursuit en une étape S4.
[0097] Dans le cas contraire, une étape intermédiaire S3’ est prévue.
[0098] Cette étape intermédiaire S3’ consiste à prolonger les clothoïdes définissant les lignes de bord de voie avant de remettre en œuvre le processus de l’étape S3.
[0099] En effet, comme chaque clothoïde présente une longueur L finie, il peut arriver que le projeté orthogonal Pc* du point critique Pc se situe non pas sur la clothoïde, mais sur la prolongation de celle-ci, en amont de l’original M de la clothoïde ou en aval du point d’abscisse curviligne L de la clothoïde.
[0100] L’idée consiste donc, si aucun projeté orthogonal Pc* n’a été trouvé sur une clothoïde, à prolonger cette dernière d’une longueur limitée (cette longueur est in- férieure à 5 mètres et peut être typiquement égale à 3 mètres). Cette longueur est limitée puisqu’il est difficile de prolonger une clothoïde de façon fiable.
[0101] Ici, avant de réaliser cette prolongation, le calculateur réalise un contrôle. Ce contrôle consiste à vérifier, pour chaque voie, si les coefficients 'EQ et c0 des clothoïdes des lignes bordant cette voie sont supérieures ou non à des valeurs seuils prédéterminées. S’ils sont inférieurs à ces seuils, les clothoïdes sont étendues vers l’arrière sur une longueur de 3 mètres. Sinon, elles ne le sont que sur une longueur réduite inférieure strictement à 3 mètres.
[0102] Comme le montre la [Fig.3], si cette étape S3’ ne permet pas de parvenir à une solution, aucune voie de circulation n’est sélectionnée et le procédé s’achève (étape S5).
[0103] Sinon, le procédé se poursuit en une étape S4.
[0104] Avant de décrire cette étape S4, on peut expliquer comment la projection orthogonale du point critique Pc sur une clothoïde est effectuée.
[0105] Ici, la projection est réalisée sur la base de la méthode de Newton Raphson.
[0106] Cette méthode permet de trouver une approximation précise d'un zéro (c’est-à-dire d’une racine) d'une fonction réelle f d'une variable réelle t.
[0107] Pour introduire cette méthode, on peut définir l’ensemble C(t) comme étant l’ensemble des valeurs des coefficients de la clothoïde considéré au niveau du point d’abscisse curviligne l=t.
[0108] On peut également définir la variable réelle t* qui est telle que l’ensemble C(t*) soit la projection orthogonale Pc* du point critique Pc sur la clothoïde définie par cet ensemble C. Cette variable réelle t* constitue donc l’abscisse curviligne du projeté or- thogonal Pc* du point critique Pc sur la clothoïde.
[0109] On peut enfin définir la fonction f sous la forme suivante :
[0110] [Math.5]
Figure imgf000013_0001
[0111] Dans cette équation, les crochets signifient que l’on réalise le produit scalaire de deux vecteurs. Le premier vecteur est formé par la différence entre les coordonnées (xc, yc) du point critique et les coordonnées cartésiennes (x(t), y(t)) d’un point situé le long de la clothoïde, à l’abscisse curviligne t. Le second vecteur est formé par la dérivée par rapport à l’abscisse curviligne t des coordonnées cartésiennes (x, y) dudit point.
[0112] On peut aussi écrire cette équation sous la forme :
[0113] [Math.6]
Figure imgf000013_0002
[0114] Dans cette équation, le terme ^Po.proj est égal à l’angle de cap de la clothoïde au niveau du projeté orthogonal Pc*.
[0115] Par conséquent, on peut aussi écrire :
[0116] [Math.7]
[0117]
Figure imgf000013_0003
q
[0118] [Math.8]
Figure imgf000013_0004
[0119] L’objectif est alors de trouver le zéro de la fonction f. [0120] En pratique, pour trouver ce zéro, on considère en entrée les coefficients de la clothoïde considérée, ainsi que les coordonnées du point critique Pc à projeter.
[0121] Puis, le calculateur sélectionne un point de départ sur la clothoïde à partir duquel le projeté orthogonal Pc* sera recherché. En effet, cette méthode consiste à tester des points de départ différents puis, pour chaque point de départ, à tenter de faire converger l’algorithme vers une solution constituant le projeté orthogonal Pc*. Cette tentative de faire converger l’algorithme est réalisé un nombre fini d’itérations (par exemple une vingtaine de fois). Ainsi, tant que la méthode ne converge pas ra- pidement, on recommence avec d’autres points de départ.
[0122] A titre d’exemple, les points de départ successivement utilisés pourront être les points de coordonnées :
- (x(L/2),y(L/2)),
- (x(0),y(0)),
- (x(L),y(L)).
[0123] En d’autres termes, si on considère que s0 est l’abscisse curviligne du point de départ sur la clothoïde, alors les points précités correspondent à :
- s0 = L/2,
- SQ = 0,
- SQ = L.
[0124] On peut alors formuler l’algorithme de recherche du projeté orthogonal Pc* de la manière suivante.
[0125] Tant que le nombre n d’itérations reste inférieur à un seuil prédéterminé Nmax et que la solution t* n’a pas été trouvé, le procédé suivant est répété en boucle.
[0126] Ce procédé comporte la détermination des termes de la clothoïde au point d’abscisse curviligne s considéré (lors de la première boucle s=s0), de façon à obtenir :
Figure imgf000014_0001
[0127] De ce fait, la valeur de la fonction f(s) peut être obtenue, ainsi que celle de sa dérivée f’(s), grâce aux équations Math.6 et math.8.
[0128] Si la valeur absolue de cette dérivée est inférieure à un seuil E prédéterminé très proche de zéro (de l’ordre de 0,01 mètre), alors on considère que le projeté est le bon, ce qu’on peut écrire t*=s.
[0129] Dans le cas contraire, on recommence en un point décalé du point envisagé d’abscisse s, ce point décalé ayant un abscisse s+ds, avec :
[0130] [Math.9] ds = - f(s)/f' (s)
[0131] Pour cela, la première étape consiste à vérifier si le nouveau point est sur la clothoïde (cette dernière présentant une longueur L finie). En d’autres termes, le calculateur vérifie que le point de coordonnées (x(s+ds),y(s+ds)) appartient bien à l’ensemble C considéré.
[0132] Puis, si ds est strictement positif, on affecte à la valeur ds le minimum des valeurs de L-s et ds, tandis que si ds est strictement négatif, on affecte à la valeur ds le maximum des valeurs -s et ds. Ainsi, dans le cas où le point s était en dehors de la clothoïde, on affecte au point s la valeur 0 si s était négatif ou L si s était positif.
[0133] Puis, si le nombre d’itérations n n’a pas atteint le seuil maximum Nmax, on affecte à l’abscisse s la valeur s+ds, et on incrément le compteur n.
[0134] Pour décider si la solution est conservée, le processus calcule la valeur de la fonction f(s) et vérifie si elle est suffisamment proche de 0 (compte tenu de E). C'est le cas quand le point Pc est très proche de la clothoïde, avec une précision de E.
[0135] Si ce n’est pas le cas, le calculateur calcule le cosinus au point de la solution qui doit être assez proche de zéro pour que la solution soit conservée :
[0136] [Math.10]
Figure imgf000015_0001
[0137] Ce calcul est opéré lorsque le point critique Pc a une projection orthogonale sur la clothoïde.
[0138] Ainsi, si la projection orthogonal Pc* du point critique Pc sur le clothoïde existe, alors le calculateur détermine la distance euclidienne entre le point critique Pc et son projeté orthogonal Pc*, ainsi que le produit scalaire <Pc*Pc,n>.
[0139] Les mêmes étapes sont appliquées pour les deux lignes de bord de voie considérées.
[0140] Après que les deux lignes de bord de voie ont été testés, on considère que le point critique Pc appartient bien à la voie de circulation testé si les distances euclidiennes entre les points Pc* et Pc sont non milles et si le produit des deux produits scalaires <Pc*.Pc, n> calculés donne un résultat négatif.
[0141] Au stade de l’étape S4, on considère qu’une voie de circulation a pu être présé- lectionnée. L’idée consiste alors à vérifier que cette voie de circulation est utilisable par le véhicule automobile 10.
[0142] En effet, il peut arriver que des voies de circulation inexistantes ou inemployables soient détectées. Typiquement, le calculateur peut avoir détecter à tort une voie de cir- culation entre une ligne de marquage au sol et une barrière de sécurité, ou une voie cyclable.
[0143] Alors, lors de cette étape, le calculateur compare la largeur du véhicule automobile 10 (qui est connue et stockée dans sa mémoire) avec la largeur de la voie de circulation présélectionnée.
[0144] La largeur de la voie de circulation peut être obtenue en déterminant l’écart latéral entre les deux projections du point critique sur les lignes de bord de la voie de cir- culation présélectionnée. En variante, elle pourrait être obtenue autrement (par exemple en lisant cette donnée dans un logiciel de cartographie).
[0145] Si la largeur du véhicule est supérieure à celle de la voie de circulation, cette voie n’est pas sélectionnée et le procédé s’achève (étape S5).
[0146] Sinon, le procédé se poursuit en une étape S6.
[0147] On notera que dans la variante où un ensemble de plusieurs points critiques Pc est considéré, s’il a été détecté que le véhicule se trouve dans plusieurs voies de cir- culation simultanément (une voie principale dans laquelle se trouve le point critique le plus important et une voie secondaire), les trois cas suivants sont envisageables :
- les largeurs des deux voies de circulation sont inférieures à la largeur du véhicule, auquel cas le procédé s’achève (étape S 5),
- la largeur de la voie de circulation principale est supérieure à la largeur du véhicule, auquel cas le procédé se poursuit (« étape S6) en considérant cette voie de circulation principale,
- la largeur de la voie de circulation principale est inférieure à la largeur du véhicule mais la largeur de la voie de circulation secondaire est supérieure à la largeur du véhicule, auquel cas le procédé se poursuit (« étape S6) en considérant cette voie de circulation secondaire.
[0148] L’étape S6 consiste alors simplement à passer la voie de circulation présélectionnée en « sélectionnée ».
[0149] A ce stade, au cours d’une étape S7, le calculateur acquiert dans sa mémoire l’identifiant de la voie de circulation sélectionnée au pas de temps précédent T-l.
[0150] Il est ainsi en mesure de déterminer si le véhicule automobile est resté sur sa voie de circulation, a changé de voie vers la gauche, ou a changé de voie vers la droite, en comparant simplement les identifiants des voies de circulation sélectionnées au pas de temps courant T et au pas de temps précédent T-l.
[0151] Dans la variante précitée où plusieurs points critiques sont considérés et où une voie principale et une voie secondaire ont été détectées, cette détection permet de confirmer le résultat de cette étape S7.
[0152] Il peut arriver qu’une voie de circulation sélectionnée à l’itération précédente (T-l) n’existe plus à l’itération courante (T). Cela peut être dû à une configuration de route particulière (fusion de deux voies de circulation en une seule, séparation d’une voie en deux, changement de forme de route pour entrer dans un rond-point...) ou à une dé- faillance de la détection de voie par les capteurs.
[0153] Ce type d’événement sera perçu en utilisant les identifiants uniques des voies de cir- culation (lequel disparaîtra entre les instants T-l et T).
[0154] Ainsi, le calculateur pourra détecter cet évènement, si bien que dans cette éventualité, le calculateur n’émettra pas de signal de changement de voie valide.
[0155] Au cours d’une étape S8, lorsqu’une voie de circulation a été sélectionnée, le cal- culateur calcule le temps ôt nécessaire pour que le véhicule traverse l’une des deux lignes de bord qui bordent cette voie de circulation et/ou la position de la zone dans laquelle le véhicule franchira cette ligne de bord.
[0156] Ces deux informations sont en effet utiles pour exécuter une fonction de pilotage au- tomatisé du véhicule 10.
[0157] En pratique, cette étape est mise en œuvre pour les deux lignes de bord qui bordent la voie de circulation sélectionnée, excepté si l’une ou l’autre de ces deux lignes borde la route (notamment s’il s’agit d’une barrière de sécurité).
[0158] Pour calculer le temps ôt nécessaire pour que le véhicule traverse les lignes de bord, il est nécessaire de générer une trajectoire T0 du véhicule à l’aide d’au moins un modèle (voir [Fig.2]).
[0159] Différents modèles peuvent être utilisés à cet effet.
[0160] Typiquement, on pourra utiliser un modèle à courbure et accélération longitudinale constantes (modèle CCLA, de l’anglais « Constant Curvature And Longitudinal Acce- leration »), mais en variante, on pourrait utiliser un modèle à courbure et vitesse longi- tudinale constantes (modèle CCALV de l’anglais « Constant Curvature And Lon- gitudinal Velocity »). D’autres modèles pourraient également être employés.
[0161] La détermination de la trajectoire est réalisée sur une durée de prédiction prédé- terminée, de quelques secondes au maximum (ici 5 secondes).
[0162] Une fois la trajectoire T0 obtenue, le calculateur détermine la position de l’intersection éventuelle entre la trajectoire T0 et la ou les lignes de bord bordant la voie de circulation sélectionnée.
[0163] Ici encore, ce calcul est réalisé à l’aide de la méthode de Newton-Raphson en deux dimensions.
[0164] On notera que lorsqu’aucune intersection n’est détectée, la solution ôt sera formé par un temps infini.
[0165] Sinon, la solution ôt sera formée par le temps nécessaire pour arriver à cette in- tersection.
[0166] On peut ici décrire plus en détail comment l’intersection entre la trajectoire T0 du véhicule 10 et chaque clothoïde considérée est recherchée.
[0167] A ce stade, le calculateur connaît l’ensemble C des paramètres définissant la clothoïde illustrant la ligne de bord considérée (les deux lignes étant considérées l’une après l’autre).
[0168] Le calculateur connaît également les données relatives à la dynamique du véhicule à l’instant T, à savoir :
- sa position xx0, yy0, - son cap 0O,
- sa vitesse v0,
- son accélération a0,
- la courbure instantanée c de sa trajectoire (voir équation Math.4), et
- la durée de validité AT du modèle.
[0169] Il est donc en mesure de calculer la trajectoire du véhicule automobile, par exemple sous forme cartésienne.
[0170] Alors, le calculateur détermine, si elle existe, la racine de l’expression :
[0171] [Math. 11]
[0172] [x(s);y(s)] = [xx(t’);yy(t’)]
[0173] Cette expression signifie qu’on recherche l’abscisse curviligne s de la clothoïde considérée et l’instant t’ où la trajectoire du véhicule intersecte cette clothoïde.
[0174] Dans cette expression, s et t’ sont donc respectivement compris dans les intervalles [0; L] et [0; AT],
[0175] Dans cette expression également, [x(s);y(s)] sont les coordonnées cartésiennes de la clothoïde considérée, et [xx(t’);yy(t’)] sont les coordonnées cartésiennes de la tra- jectoire considérée, ici de type CCLA.
[0176] On peut alors tout d’abord définir les notions et principes permettant s’appliquer la méthode de Newton à la détermination de cette intersection.
[0177] On peut ainsi introduire une nouvelle fonction f:^2 -» ^2.
[0178] Etant donné un point de départ u0, on peut écrire la suite suivante :
[0179] [Math.12] lin + 1) = u(n) - inv(J(iiny)) * /(w(n))
[0180] Dans cette équation J est le jacobien de la fonction f.
[0181] Ici, la fonction f est définie de la manière suivante :
[0182] [Math.13]
Figure imgf000018_0001
[0183] Les termes x(s) et y(s) sont définis par l’équation Math.3.
[0184] Les termes xx(t’) et yy(t’) sont définis à l’aide du modèle considéré, de la manière suivante :
[0185] [Math.14]
Figure imgf000018_0002
[0186] Dans ces équations, on a utilisé le terme 0 qui peut être défini par :
[0187] [Math.15]
Figure imgf000018_0003
[0188] Où :
[0189] [Math.16]
Figure imgf000019_0003
[0190] Puisqu’on considère l’accélération constante.
[0191] Le jacobien est quant à lui donné par l’expression :
[0192] [Math.17]
[0193]
Figure imgf000019_0002
rp(s) est définie dans l équation Math.2.
[0194] Ainsi, on peut écrire :
[0195] [Math.18]
Figure imgf000019_0001
[0196] Ainsi que :
[0197] [Math.19] inv(J(s, r')) = 1/ | J\[ -v(t')jsin( d( t ) ), - sin(y^s)\
[0198] On peut noter que pour éviter que le couple (s,t’) sorte de son intervalle [0;L]x[0;T], nous limitons le déplacement au plus grande déplacement qui garde ce couple de valeurs dans son intervalle.
[0199] On notera aussi qu’il peut exister plus d’une solution, et que la convergence vers une solution n’est pas garantie.
[0200] En pratique, les étapes de détermination de l’intersection sont les suivantes.
[0201] Tant que le nombre d’itérations m déjà effectuées est inférieur à un seuil maximum Mmax, le calculateur détermine la fonction f(s,t’), tout d’abord pour une valeur initiale d’abscisse curviligne s et sur la base des valeurs acquises des paramètres du véhicule.
[0202] Il vérifie ensuite si la somme fx 2+fy 2 est inférieure à un seuil prédéterminé, proche de zéro.
[0203] Si c’est le cas, le processus s’interrompt puisque la solution trouvée est satisfaisante. En effet la solution est située à proximité immédiate du point d’intersection.
[0204] Dans le cas contraire, il calcule le Jacobien J(s,t’).
[0205] Si la valeur absolue de ce Jacobien est inférieure à un seuil proche de zéro, on considère qu’aucune solution n’a été trouvé et le processus s’interrompt.
[0206] Sinon, le calculateur calcule le produit inv(J(s,t’)).f(s,t’).
[0207] On notera ici :
[0208] [Math.20]
Figure imgf000019_0004
[0209] Il est alors nécessaire de définir des contraintes sur le déplacement (ds, dt) pour éviter que le couple (s,f ) sorte de l’intervalle, puisque la méthode de Newton ne le prévoit pas. [0210] Pour cela, l’idée consiste à calculer la valeur 1 positive la plus proche du déplacement jusqu’à 1 dans cette direction, c’est-à-dire trouver la valeur maximum de 1 compris dans l’intervalle [0; 1] qui est telle que la somme s + l.ds se trouve dans l’intervalle [0; L] et que la somme t’ + l.dt se trouve dans l’intervalle [0; T],
[0211] Le déplacement (ds, dt) est alors mis à jour.
[0212] Si la somme ds2+dt2 est trop petite (par exemple inférieure à un seuil de 0.0001), aucune solution n’est trouvée et la boucle s’interrompt.
[0213] Si le nombre m d’itérations n’a pas encore atteint le seuil maximum Mmax, les valeur de s et t’ sont mises à jour, ainsi que celles des sommes s+ds et t’+dt associées aux in- tervalles [0; L] et [0;T],
[0214] Si le nombre m d’itérations a atteint le seuil maximum Mmax, les itérations cessent.
[0215] Dès que la solution a déjà été détectée, les valeurs appropriées sur la clothoïde sont indiquées, si bien qu’il est possible d’en déduire le temps nécessaire pour que le véhicule coupe la ligne de bord.
[0216] Ainsi, ce processus permet de déterminer tant le temps ôt nécessaire pour que le véhicule traverse l’une des deux lignes de bord qui bordent la voie de circulation sé- lectionnée que la position de la zone dans laquelle le véhicule franchira cette ligne de bord.
[0217] Enfin, au cours d’une étape S9, la voie de circulation sélectionnée est stockée dans la mémoire du calculateur, avec son identifiant et les équations de ses lignes gauche et droite. Sur la base de cette mémoire, à chaque itération, le calculateur pourra, à l’étape S 6 obtenir des informations relatives à un changement de voie.
[0218] A l’étape S10, il est prévu d’élaborer différentes données en vue de leur utilisation par plusieurs « clients », c’est-à-dire en vue de leur utilisation dans différentes fonctions de pilotage automatisé du véhicule 10.
[0219] Ainsi, un indicateur est élaboré pour indiquer si une voie a bien été sélectionnée.
[0220] En outre, le calculateur détermine l’identifiant de la voie de circulation sélectionnée.
[0221] Une donnée est aussi élaborée pour indiquer si un changement de voie de circulation a lieu, et vers quel côté.
[0222] Enfin, toutes ces données sont regroupées dans un nouvel enregistrement de la mémoire, ainsi que toutes les autres données calculées (notamment la position estimée de franchissement d’une ligne de bord et le temps nécessaire pour y parvenir).
[0223] A ce stade, on peut décrire l’étape S5 citée supra.
[0224] Comme cela a été expliqué, cette étape correspond au cas où aucune voie de cir- culation n’a été sélectionné, par exemple si la voie pré-sélectionnée était trop étroite ou si les données relatives aux lignes de bord de voie n’étaient pas disponibles, ou encore si le véhicule est placé à côté des voies détectées.
[0225] Dans ces différentes éventualités, l’étape S5 interrompt une partie du processus, mais l’étape S7 reste mise en œuvre pour élaborer un indicateur informant qu’aucun changement de voie n’a pu être détecté à cause d’un problème. Cet indicateur est ensuite mis en mémoire à l’étape S 10.
[0226] Les données mises en mémoire sont ensuite soit directement transmises aux clients qui en ont besoin (système de freinage automatique, système de centrage du véhicule dans sa voie, système d’évitement d’obstacle, système d’affichage d’une représentation du véhicule dans sa voie...), soit émises sur le réseau du véhicule de manière que les clients puissent y lire les informations nécessaires à leur bon fonctionnement.
[0227] La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et re- présenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.
[0228] Typiquement, dans le mode de réalisation décrit supra, le calculateur cherche à ca- ractériser la posture du véhicule qui l’embarque sur la route. Bien entendu, il pourra utiliser ce même procédé pour caractériser la posture de chaque objet mobile situé dans l’environnement du véhicule 10.
[0229] Par ailleurs, le procédé décrit supra pourra s’appliquer dans des domaines autres que le domaine de l’automobile, par exemple dans le domaine de la robotique. Ty- piquement, elle pourra s’appliquer à des robots prévus pour circuler dans un entrepôt, sur des axes de circulation à plusieurs voies.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé de caractérisation d’une posture d’un objet mobile se déplaçant sur un axe de circulation comportant plusieurs voies de circulation (VO, VI), le procédé comprenant des étapes mises en œuvre par un cal- culateur (11) :
- d’acquisition de données caractérisant des lignes de bord (31, 32, 33) délimitant chaque voie de circulation (VO, VI),
- de projection d’un point critique (Pc) attaché audit objet mobile sur des courbes représentatives desdites lignes de bord (31, 32, 33), lesdites courbes représentatives étant déduites des données acquises, et
- de sélection de la voie de circulation (VO, VI) sur laquelle se trouve le point critique (Pc), compte tenu desdites projections.
[Revendication 2] Procédé de caractérisation selon la revendication 1, dans lequel la voie de circulation (VO, VI) sélectionnée est celle pour laquelle le produit de deux produits scalaires est négatif, chaque produit scalaire étant calculé pour l’une des deux courbes représentatives des deux lignes de bord (31, 32, 33) délimitant cette voie de circulation (VO, VI) entre, d’une part, le vecteur formé par le point critique (Pc) et la projection du point critique (Pc) sur ladite courbe et un vecteur normal à ladite courbe au niveau de la projection du point critique (Pc).
[Revendication 3] Procédé de caractérisation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les étapes de projection et de sélection sont répétées avec au moins un autre point critique (Pc) attaché audit objet mobile.
[Revendication 4] Procédé de caractérisation selon la revendication 3, dans lequel si deux voies de circulation (VO, VI) sont sélectionnées, il est déterminé que l’objet mobile change de voie de circulation (VO, VI).
[Revendication 5] Procédé de caractérisation selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel, les étapes d’acquisition, de projection et de sélection étant réalisées à un instant courant, il est prévu d’acquérir quelle voie de cir- culation (VO, VI) était sélectionnée à un instant précédant l’instant courant, et de déterminer si l’objet mobile a changé de voie de cir- culation (VO, VI) en comparant la voie de circulation (VO, VI) sé- lectionnée à l’instant précédent avec la voie de circulation (VO, VI) sé- lectionnée à l’instant courant.
[Revendication 6] Procédé de caractérisation selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel il est prévu de déterminer la largeur de la voie de circulation (VO, VI) sélectionnée, par exemple compte tenu des projections du point critique (Pc), et de valider la sélection de la voie de circulation (VO, VI) sélectionnée uniquement si ladite largeur est supérieure à une largeur prédéterminée de l’objet mobile.
[Revendication 7] Procédé de caractérisation selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les courbes représentatives desdites lignes de bord (31, 32, 33) présentant des longueurs limitées, si la projeté du point critique (Pc) sur l’une des courbes représentatives n’existe pas, il est prévu de prolonger ladite courbe représentative.
[Revendication 8] Procédé de caractérisation selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel il est prévu de déterminer une durée estimée avant que l’objet mobile coupe l’une au moins des lignes de bord (31, 32, 33) bordant la voie de circulation présélectionnée.
[Revendication 9] Procédé de caractérisation selon la revendication 8, dans lequel ladite durée est estimée en modélisant une trajectoire future de l’objet mobile et en déterminant l’intersection entre la trajectoire future et la ligne de bord (31, 32, 33), de préférence à l’aide d’une méthode de Newton- Raphson.
[Revendication 10] Procédé de pilotage d’un véhicule automobile (10) roulant sur une route (30) comportant plusieurs voies de circulation (VO, VI), le procédé comportant :
- une opération de caractérisation de la posture du véhicule automobile (10) au moyen d’un procédé de caractérisation conforme à l’une des re- vendications 1 à 9, et
- une opération de pilotage automatique du véhicule automobile (10) en fonction de la voie de circulation sélectionnée, par exemple pour maintenir ou centrer le véhicule automobile (10) dans la voie de cir- culation sélectionnée.
[Revendication 11] Véhicule automobile (10) comportant des moyens d’acquisition de données caractérisant des lignes de bord (31, 32, 33) délimitant chaque voie de circulation (V0, VI) d’une route (30) empruntée par le véhicule automobile (10), caractérisé en ce qu’il comporte en outre un calculateur (11) programmé pour mettre en œuvre un procédé de caractérisation conforme à l’une des revendications 1 à 9 et/ou un procédé de pilotage conforme à la revendication 10.
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