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FR3099450A1 - Autonomous control method of an actuator of an automotive device - Google Patents

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Publication number
FR3099450A1
FR3099450A1 FR1908826A FR1908826A FR3099450A1 FR 3099450 A1 FR3099450 A1 FR 3099450A1 FR 1908826 A FR1908826 A FR 1908826A FR 1908826 A FR1908826 A FR 1908826A FR 3099450 A1 FR3099450 A1 FR 3099450A1
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FR
France
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setpoint
steering angle
steering
ref
controller
Prior art date
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Application number
FR1908826A
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French (fr)
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FR3099450B1 (en
Inventor
Anh-Lam Do
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Renault SAS
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Renault SAS
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

L’invention concerne un procédé de pilotage autonome d’un actionneur d’un appareil (10) automobile qui est adaptée à influer sur la trajectoire dudit appareil, comportant des étapes de : - acquisition de paramètres relatifs à la trajectoire de l’appareil, et de - calcul par un calculateur d’une nouvelle consigne de pilotage dudit actionneur en fonction desdits paramètres. Selon l’invention, la nouvelle consigne de pilotage est déterminée au moyen d’un contrôleur qui satisfait un modèle limiteur d’amplitude de consigne de pilotage et un modèle limiteur de variation de consigne de pilotage. Figure pour l’abrégé : Fig. 2The invention relates to a method for autonomous piloting of an actuator of an automobile device (10) which is adapted to influence the trajectory of said device, comprising steps of: - acquisition of parameters relating to the trajectory of the device, and - calculation by a computer of a new control instruction of said actuator as a function of said parameters. According to the invention, the new piloting setpoint is determined by means of a controller which satisfies a pilot setpoint amplitude limiter model and a pilot setpoint variation limiter model. Figure for the abstract: Fig. 2

Description

Procédé de pilotage autonome d’un actionneur d’un appareil automobileAutonomous control method of an actuator of an automotive device

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne de manière générale l’automatisation du suivi de trajectoire d’appareils automobiles.The present invention generally relates to automating the trajectory tracking of automotive devices.

Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans le cadre des aides à la conduite de véhicules automobiles, mais elle peut également s’appliquer au domaine de l’aéronautique ou de la robotique.It finds a particularly advantageous application in the context of motor vehicle driving aids, but it can also be applied to the field of aeronautics or robotics.

Elle concerne plus particulièrement un procédé de pilotage autonome d’un actionneur d’un appareil automobile qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil, comportant des étapes de :
- acquisition de paramètres relatifs à la trajectoire de l’appareil, et de
- calcul par un calculateur d’une nouvelle consigne de pilotage dudit actionneur en fonction desdits paramètres.
It relates more particularly to a method for autonomously controlling an actuator of an automotive device which is adapted to influence the trajectory of said device, comprising steps of:
- acquisition of parameters relating to the trajectory of the aircraft, and
- Calculation by a computer of a new setpoint for controlling said actuator as a function of said parameters.

Elle concerne aussi un appareil équipé d’un calculateur adapté à mettre en œuvre ce procédé.It also relates to a device equipped with a computer adapted to implement this method.

Etat de la techniqueState of the art

Dans un souci de sécurisation des véhicules automobiles, on équipe actuellement ces derniers de systèmes d’aide à la conduite ou de systèmes de conduite autonome.In order to make motor vehicles safer, they are currently equipped with driver assistance systems or autonomous driving systems.

Parmi ces systèmes, on connait notamment les systèmes de freinage d’urgence automatique (plus connu sous l’abréviation AEB, de l’anglais « Automatic Emergency Braking »), conçus pour éviter toute collision avec des obstacles situés dans la voie empruntée par le véhicule, en agissant simplement sur le système de freinage conventionnel du véhicule automobile.Among these systems, we know in particular the automatic emergency braking systems (better known by the abbreviation AEB, from the English "Automatic Emergency Braking"), designed to avoid any collision with obstacles located in the path taken by the vehicle, by simply acting on the conventional braking system of the motor vehicle.

Il existe toutefois des situations dans lesquelles ces systèmes de freinage d’urgence ne permettent pas d’éviter la collision ou ne sont pas utilisables (par exemple si un engin suit de près le véhicule automobile).However, there are situations in which these emergency braking systems cannot avoid a collision or cannot be used (for example if a machine is following the motor vehicle closely).

Pour ces situations, il a été développé des systèmes d’évitement automatique (plus connu sous l’abréviation AES, de l’anglais « Automatic Evasive Steering » ou « Automatic Emergency Steering ») qui permettent d’éviter l’obstacle en déviant le véhicule de sa trajectoire, soit en agissant sur la direction du véhicule, soit en agissant sur le système de freinage différentiel du véhicule.For these situations, automatic avoidance systems (better known by the abbreviation AES, for "Automatic Evasive Steering" or "Automatic Emergency Steering") have been developed which make it possible to avoid the obstacle by deflecting the vehicle from its trajectory, either by acting on the steering of the vehicle, or by acting on the vehicle's differential braking system.

Il arrive toutefois que ce système AES impose au véhicule une trajectoire limite en termes de contrôlabilité, qui ne permet pas au conducteur de reprendre la main sur la conduite du véhicule en toute maîtrise.However, this AES system sometimes imposes a limiting trajectory on the vehicle in terms of controllability, which does not allow the driver to regain control of driving the vehicle with full control.

Présentation de l'inventionPresentation of the invention

Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose d’utiliser un contrôleur adapté à élaborer une consigne de pilotage qui limite l’amplitude et la vitesse du changement de direction imposé à l’appareil automobile.In order to remedy the aforementioned drawback of the state of the art, the present invention proposes to use a controller suitable for developing a control setpoint which limits the amplitude and the speed of the change of direction imposed on the automotive device. .

Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de pilotage tel que défini dans l’introduction, dans lequel la nouvelle consigne de pilotage est déterminée au moyen d’un contrôleur qui satisfait un modèle limiteur d’amplitude de consigne de pilotage et un modèle limiteur de variation de consigne de pilotage.More particularly, according to the invention, a steering method is proposed as defined in the introduction, in which the new steering setpoint is determined by means of a controller which satisfies a steering setpoint amplitude limiting model and a control setpoint variation limiter model.

Ainsi, grâce à l’invention, la consigne de pilotage est déterminée de façon native pour restreindre l’amplitude et la vitesse de variation de la consigne de pilotage.Thus, thanks to the invention, the control setpoint is determined natively to restrict the amplitude and the speed of variation of the control setpoint.

Préférentiellement, l’appareil est un véhicule automobile qui est adapté à rouler sur route et qui comprend au moins une roue directrice ; ledit actionneur est adapté à commander le braquage de chaque roue directrice ; la nouvelle consigne de pilotage est une consigne saturée d’angle de braquage de chaque roue directrice.Preferably, the device is a motor vehicle which is suitable for driving on the road and which comprises at least one steering wheel; said actuator is adapted to control the turning of each steering wheel; the new steering setpoint is a saturated steering angle setpoint for each steered wheel.

Dans ce cas particulier, l’angle de braquage est donc directement calculé de façon à ne pas pouvoir varier trop vite et de façon à ne pas dépasser un seuil d’amplitude, ce qui permettra au conducteur du véhicule de pouvoir reprendre la main sur la conduite du véhicule en toute sécurité et qui permettra de ne pas dépasser les capacités de suivi de trajectoire du véhicule.In this particular case, the steering angle is therefore directly calculated so as not to be able to vary too quickly and so as not to exceed an amplitude threshold, which will allow the driver of the vehicle to be able to regain control of the driving the vehicle in complete safety and which will make it possible not to exceed the trajectory following capabilities of the vehicle.

L’invention s’applique particulièrement au cas où la trajectoire du véhicule est une trajectoire d’évitement d’un obstacle situé sur la route empruntée par le véhicule. Dans ce cas particulier, il faut que le véhicule réagisse rapidement et en toute sécurité, en suivant la trajectoire souhaitée avec un faible délai de réponse.The invention applies particularly to the case where the trajectory of the vehicle is an avoidance trajectory of an obstacle located on the road taken by the vehicle. In this particular case, the vehicle must react quickly and safely, following the desired trajectory with a low response time.

D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de pilotage conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le contrôleur satisfait un modèle matriciel comportemental de l’appareil qui tient compte du devers de la route ;
- le modèle matriciel comportemental de l’appareil considère le devers comme une perturbation de valeur inconnue ;
- il est prévu de déterminer une consigne non saturée d’angle de braquage de chaque roue directrice qui ne satisfaisait ni le modèle limiteur d’amplitude de consigne de pilotage, ni le modèle limiteur de variation de consigne de pilotage ;
- le modèle limiteur d’amplitude de consigne de pilotage est défini par un contrôleur subsidiaire en boucle fermée qui fournit en sortie une consigne semi-saturée d’angle de braquage et dont la fonction de transfert en chaîne directe comprend une fonction tangente hyperbolique de l’écart entre la consigne non saturée d’angle de braquage et la consigne semi-saturée d’angle de braquage ;
- le modèle limiteur de variation de consigne de pilotage est défini par un contrôleur subsidiaire en boucle fermée qui fournit en sortie ladite nouvelle consigne de pilotage et dont la fonction de transfert en chaîne directe comprend une fonction tangente hyperbolique de l’écart entre la consigne semi-saturée d’angle de braquage et ladite nouvelle consigne de pilotage ;
- il est prévu de calculer la valeur d’un premier paramètre à l’aide de la fonction tangente hyperbolique de l’écart entre la consigne non saturée d’angle de braquage et la consigne semi-saturée d’angle de braquage, de calculer la valeur d’un second paramètre à l’aide de la fonction tangente hyperbolique de l’écart entre la consigne semi-saturée d’angle de braquage et la nouvelle consigne de pilotage, de comparer les valeurs des premier et second paramètres avec des seuils prédéterminés et, selon le résultat de ladite comparaison, de poursuivre ou interrompre ledit procédé ;
- il est prévu de déterminer si le couple formé par les valeurs des premier et second paramètres est compris dans une zone prédéterminée et, selon le résultat de ladite comparaison, de poursuivre ou interrompre ledit procédé ;
- les valeurs des premier et second paramètres sont calculées au moyen des expressions mathématiques suivantes :
, avec et où :
- η est un seuil d’angle de braquage,
- αret αssont des constantes de réglage prédéterminées,
- δKest la consigne non saturée de l’angle de braquage,
- δsatest la consigne semi-saturée de l’angle de braquage, et
- δrefest la nouvelle consigne de pilotage ;
Other advantageous and non-limiting characteristics of the control method in accordance with the invention, taken individually or according to all the technically possible combinations, are the following:
- the controller satisfies a behavioral matrix model of the device which takes account of the slope of the road;
- the behavioral matrix model of the device considers the inclination as a disturbance of unknown value;
- provision is made to determine an unsaturated steering angle setpoint for each steered wheel which satisfied neither the steering setpoint amplitude limiting model nor the steering setpoint variation limiting model;
- the steering set point amplitude limiter model is defined by a subsidiary closed-loop controller which outputs a semi-saturated steering angle set point and whose direct chain transfer function includes a hyperbolic tangent function of the the difference between the unsaturated steering angle setpoint and the semi-saturated steering angle setpoint;
- the control setpoint variation limiter model is defined by a subsidiary closed loop controller which outputs said new control setpoint and whose direct chain transfer function comprises a hyperbolic tangent function of the difference between the semi setpoint -saturated with steering angle and said new steering setpoint;
- provision is made to calculate the value of a first parameter using the hyperbolic tangent function of the difference between the unsaturated steering angle set point and the semi-saturated steering angle set point, to calculate the value of a second parameter using the hyperbolic tangent function of the difference between the semi-saturated steering angle setpoint and the new steering setpoint, to compare the values of the first and second parameters with thresholds predetermined and, depending on the result of said comparison, to continue or interrupt said process;
- provision is made to determine whether the pair formed by the values of the first and second parameters is included in a predetermined zone and, depending on the result of said comparison, to continue or interrupt said method;
- the values of the first and second parameters are calculated using the following mathematical expressions:
, with And Or :
- η is a steering angle threshold,
- α r and α s are predetermined adjustment constants,
- δ K is the unsaturated steering angle setpoint,
- δ sat is the semi-saturated steering angle setpoint, and
- δ ref is the new control setpoint;

L’invention propose aussi un méthode d’élaboration d’un contrôleur en vue de son utilisation dans un procédé de pilotage autonome tel que précité, dans lequel il est prévu de :
- acquérir un modèle matriciel comportemental de l’appareil,
- déterminer une partie au moins des coefficients des matrices du modèle matriciel comportemental,
- en déduire un contrôleur qui satisfait le suivi d’une trajectoire à emprunter, un modèle limiteur d’amplitude de consigne de pilotage et un modèle limiteur de variation de consigne de pilotage.
The invention also proposes a method for developing a controller with a view to its use in an autonomous piloting method as mentioned above, in which it is planned to:
- acquire a behavioral matrix model of the device,
- determine at least part of the coefficients of the matrices of the behavioral matrix model,
- deduce therefrom a controller which satisfies the monitoring of a trajectory to be taken, a piloting setpoint amplitude limiting model and a piloting setpoint variation limiting model.

Préférentiellement, le contrôleur est déterminé en tenant compte de l’influence du dévers sur la trajectoire de l’appareil.Preferably, the controller is determined taking into account the influence of the cant on the trajectory of the aircraft.

L’invention porte également sur un appareil automobile comprenant au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil et un calculateur pour piloter ledit actionneur, programmé pour mettre en œuvre un procédé tel que précité.The invention also relates to an automotive device comprising at least one actuator which is suitable for influencing the trajectory of said device and a computer for controlling said actuator, programmed to implement a method as mentioned above.

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.Of course, the different characteristics, variants and embodiments of the invention can be associated with each other in various combinations insofar as they are not incompatible or exclusive of each other.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

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.The following description with reference to the accompanying drawings, given by way of non-limiting examples, will make it clear what the invention consists of and how it can be implemented.

Sur les dessins annexés :On the attached drawings:

est une vue schématique de dessus d’un véhicule automobile circulant sur une route, sur laquelle la trajectoire que ce véhicule doit emprunter est représentée ; is a schematic top view of a motor vehicle traveling on a road, on which the trajectory that this vehicle must take is represented;

est une vue schématique en perspective du véhicule automobile de la figure 1, représenté dans quatre positions successives situées le long d’une trajectoire d’évitement d’un obstacle ; is a schematic perspective view of the motor vehicle of FIG. 1, represented in four successive positions located along an obstacle avoidance path;

représente des vues en coupe transversale de deux routes présentant un dévers ; shows cross-sectional views of two roads with a cant;

est un graphique illustrant les variations d’une fonction de saturation d’un angle de braquage ; is a graph illustrating the variations of a saturation function of a steering angle;

est un graphique illustrant les variations d’une fonction de saturation d’une vitesse de braquage ; is a graph illustrating the variations of a saturation function of a steering speed;

est un schéma illustrant les fonctions de transfert en boucle fermée utilisées pour mettre en œuvre les fonctions de saturation des figures 4 et 5 ; is a diagram illustrating the closed-loop transfer functions used to implement the saturation functions of FIGS. 4 and 5;

est un schéma illustrant la fonction de transfert en boucle fermée utilisée pour piloter le véhicule automobile de la figure 1 ; is a diagram illustrating the closed-loop transfer function used to drive the motor vehicle of FIG. 1;

est un graphique illustrant les paramètres permettant de stabiliser la boucle fermée illustrée sur la figure 7 ; is a graph illustrating the parameters making it possible to stabilize the closed loop illustrated in FIG. 7;

est un graphique illustrant, dans un premier cas de figure, les zones de stabilité et de performance d’un paramètre θυη utilisé pour piloter le véhicule automobile ; is a graph illustrating, in a first case, the stability and performance zones of a parameter θυη used to control the motor vehicle;

est un graphique illustrant, dans un second cas de figure, les zones de stabilité et de performance d’un paramètre θυη utilisé pour piloter le véhicule automobile ; is a graph illustrating, in a second scenario, the stability and performance zones of a parameter θυη used to control the motor vehicle;

est un graphique illustrant un algorithme de pilotage du véhicule selon un procédé conforme à l’invention. is a graph illustrating a vehicle steering algorithm according to a method according to the invention.

Sur la figure 1, on a représenté un véhicule automobile 10 comprenant classiquement un châssis qui délimite un habitacle, deux roues avant 11 directrices, et deux roues arrière 12 non directrices. En variante, ces deux roues arrière pourraient également être directrices avec une adaptation de la loi de commande.In Figure 1, there is shown a motor vehicle 10 conventionally comprising a chassis which delimits a passenger compartment, two front wheels 11 steered, and two rear wheels 12 not steered. As a variant, these two rear wheels could also be steered with an adaptation of the control law.

Ce véhicule automobile 10 comporte un système de direction conventionnel permettant d’agir sur l’orientation des roues avant 11 de façon à pouvoir faire tourner le véhicule. Ce système de direction conventionnel comprend notamment un volant connecté à des biellettes afin de faire pivoter les roues avant 11. Dans l’exemple considéré, il comporte également un actionneur permettant d’agir sur l’orientation des roues avant en fonction de l’orientation du volant et/ou en fonction d’une requête reçue d’un calculateur 13.This motor vehicle 10 comprises a conventional steering system making it possible to act on the orientation of the front wheels 11 so as to be able to turn the vehicle. This conventional steering system comprises in particular a steering wheel connected to connecting rods in order to cause the front wheels 11 to pivot. In the example considered, it also comprises an actuator making it possible to act on the orientation of the front wheels according to the orientation of the steering wheel and/or according to a request received from a computer 13.

En complément, on pourra éventuellement prévoir que ce véhicule automobile comporte un système de freinage différentiel permettant d’agir différemment sur les vitesses de rotation des roues avant 11 (et sur celles des roues arrière 12) de façon à ralentir le véhicule automobile en le faisant tourner. Ce système de freinage différentiel comprend par exemple un différentiel piloté ou des moteurs électriques placés au niveau des roues du véhicule.In addition, provision could possibly be made for this motor vehicle to include a differential braking system making it possible to act differently on the speeds of rotation of the front wheels 11 (and on those of the rear wheels 12) so as to slow down the motor vehicle by doing so turn. This differential braking system comprises for example a controlled differential or electric motors placed at the wheels of the vehicle.

Dans la suite de cet exposé, le système de direction considéré sera formé par le seul système de direction conventionnel. En variante, il pourrait être formé par la combinaison du système de direction conventionnel et du système de freinage différentiel.In the remainder of this description, the steering system considered will be formed by the conventional steering system alone. Alternatively, it could be formed by the combination of the conventional steering system and the differential braking system.

Le calculateur 13 est alors prévu pour piloter l’actionneur de direction assistée. Il comporte à cet effet au moins un processeur, au moins une mémoire et différentes interfaces d'entrée et de sortie.The computer 13 is then provided to control the power steering actuator. It comprises for this purpose at least one processor, at least one memory and various input and output interfaces.

Grâce à ses interfaces d'entrée, le calculateur 13 est adapté à recevoir des signaux d'entrée provenant de différents capteurs.Thanks to its input interfaces, the computer 13 is suitable for receiving input signals originating from various sensors.

Parmi ces capteurs, il est par exemple prévu :
- un dispositif tel qu’une caméra frontale, permettant de repérer la position du véhicule par rapport à sa voie de circulation,
- un dispositif tel qu’un télédétecteur RADAR ou LIDAR, permettant de détecter un obstacle 20 se trouvant sur la trajectoire du véhicule automobile 10 (figure 2),
- au moins un dispositif latéral tel qu’un télédétecteur RADAR ou LIDAR, permettant d’observer l’environnement sur les côtés du véhicule,
- un dispositif tel qu’un gyromètre, permettant de déterminer la vitesse de rotation en lacet (autour d’un axe vertical) du véhicule automobile 10, et
- un capteur de position et de vitesse angulaire du volant.
Among these sensors, it is for example provided:
- a device such as a front camera, making it possible to identify the position of the vehicle in relation to its traffic lane,
- a device such as a RADAR or LIDAR remote sensor, making it possible to detect an obstacle 20 lying in the path of the motor vehicle 10 (FIG. 2),
- at least one lateral device such as a RADAR or LIDAR remote sensor, making it possible to observe the environment on the sides of the vehicle,
- a device such as a gyrometer, making it possible to determine the speed of rotation in yaw (around a vertical axis) of the motor vehicle 10, and
- a steering wheel position and angular speed sensor.

Grâce à ses interfaces de sortie, le calculateur 13 est adapté à transmettre une consigne à l’actionneur de direction assistée.Thanks to its output interfaces, the computer 13 is suitable for transmitting a setpoint to the power-assisted steering actuator.

Il permet ainsi de forcer le véhicule à suivre une trajectoire d’évitement T0 de l’obstacle 20.It thus makes it possible to force the vehicle to follow an avoidance trajectory T0 of the obstacle 20.

Grâce à sa mémoire, le calculateur 13 mémorise des données utilisées dans le cadre du procédé décrit ci-dessous.Thanks to its memory, the computer 13 stores data used in the context of the method described below.

Il mémorise notamment une application informatique, constituée de programmes d’ordinateur comprenant des instructions dont l’exécution par le processeur permet la mise en œuvre par le calculateur du procédé décrit ci-après.In particular, it stores a computer application, consisting of computer programs comprising instructions whose execution by the processor allows the computer to implement the method described below.

Avant de décrire ce procédé, on peut introduire les différentes variables qui seront utilisées, dont certaines sont illustrées sur la figure 1.Before describing this process, we can introduce the different variables that will be used, some of which are illustrated in Figure 1.

La masse totale du véhicule automobile sera notée « m » et sera exprimée en kg.The total mass of the motor vehicle will be denoted “m” and will be expressed in kg.

L’inertie du véhicule automobile autour d’un axe vertical passant par son centre de gravité CG sera notée « J » et sera exprimée en N.m.The inertia of the motor vehicle around a vertical axis passing through its center of gravity CG will be denoted "J" and will be expressed in N.m.

La distance entre le centre de gravité CG et l’essieu avant du véhicule sera notée « lf» et sera exprimée en mètres.The distance between the center of gravity CG and the front axle of the vehicle will be noted " lf " and will be expressed in meters.

La distance entre le centre de gravité CG et l’essieu arrière sera notée « lr» et sera exprimée en mètres.The distance between the center of gravity CG and the rear axle will be noted "l r " and will be expressed in meters.

Le coefficient de rigidité de dérive des roues avant sera noté « Cf» et sera exprimé en N/rad.The drift stiffness coefficient of the front wheels will be denoted “C f ” and will be expressed in N/rad.

Le coefficient de rigidité de dérive des roues arrière sera noté « Cr» et sera exprimé en N/rad.The drift stiffness coefficient of the rear wheels will be denoted “C r ” and will be expressed in N/rad.

Ces coefficients de rigidité de dérive des roues sont des notions bien connues de l’homme du métier. A titre d’exemple, le coefficient de rigidité de dérive des roues avant est ainsi celui qui permet d’écrire l’équation Ff= 2.Cff, avec Ffla force latérale de glissement des roues avant et αfl’angle de dérive des roues avant.These wheel drift stiffness coefficients are notions well known to those skilled in the art. By way of example, the coefficient of drift stiffness of the front wheels is thus the one which makes it possible to write the equation F f = 2.C ff , with F f the lateral sliding force of the front wheels and α f the drift angle of the front wheels.

L’angle de braquage que font les roues avant directrices avec l’axe longitudinal A1du véhicule automobile 10 sera noté « δ » et sera exprimé en rad.The steering angle that the front steered wheels make with the longitudinal axis A1 of the motor vehicle 10 will be denoted “δ” and will be expressed in rad.

La variable δref, exprimée en rad, désignera la consigne saturée d’angle de braquage, telle qu’elle sera transmise à l’actionneur de direction assistée.The variable δ ref , expressed in rad, will designate the saturated steering angle setpoint, as it will be transmitted to the power-assisted steering actuator.

La variable δK, exprimée en rad, désignera la consigne non saturée d’angle de braquage. A ce stade, on pourra seulement préciser que le concept de saturation sera lié à des limites d’angle de braquage et de vitesse de braquage qui ne seraient pas nécessairement respectées avec la variable δK, mais qui le seraient avec la variable δref.The variable δ K , expressed in rad, will designate the unsaturated steering angle setpoint. At this stage, it will only be possible to specify that the concept of saturation will be linked to steering angle and steering speed limits which would not necessarily be respected with the variable δ K , but which would be with the variable δ ref .

La variable δsat, exprimée en rad, désignera la consigne semi-saturée d’angle de braquage. Elle est issue de la consigne non saturée δKété st saturée en angle de braquage uniquement. La consigne saturée δrefsera calculée sur la base de cette consigne semi-saturée δsat.The variable δ sat , expressed in rad, will designate the semi-saturated steering angle setpoint. It comes from the unsaturated setpoint δ K summer st saturated in steering angle only. The saturated set point δ ref will be calculated on the basis of this half-saturated set point δ sat .

La vitesse de lacet du véhicule (autour de l’axe vertical passant par son centre de gravité CG) sera notée « r » et sera exprimée en rad/s.The yaw rate of the vehicle (around the vertical axis passing through its center of gravity CG) will be denoted “r” and will be expressed in rad/s.

L’angle relatif de cap entre l’axe longitudinal A1 du véhicule et la tangente à la trajectoire d’évitement T0 (trajectoire souhaitée du véhicule) sera noté « ΨL» et sera exprimé en rad.The relative heading angle between the longitudinal axis A1 of the vehicle and the tangent to the avoidance trajectory T0 (desired trajectory of the vehicle) will be denoted “Ψ L ” and will be expressed in rad.

L’écart latéral entre l’axe longitudinal A1 du véhicule automobile 10 (passant par le centre de gravité CG) et la trajectoire d’évitement T0, à une distance de visée « ls » située à l’avant du véhicule, sera noté « yL» et sera exprimé en mètres.The lateral difference between the longitudinal axis A1 of the motor vehicle 10 (passing through the center of gravity CG) and the avoidance trajectory T0, at a sighting distance “ls” situated at the front of the vehicle, will be denoted “ y L ” and will be expressed in meters.

La consigne d’écart latéral entre l’axe longitudinal A1 du véhicule automobile 10 (passant par le centre de gravité CG) et la trajectoire d’évitement T0, à une distance de visée « ls » située à l’avant du véhicule, sera notée « yL -ref» et sera exprimée en mètres.The lateral deviation setpoint between the longitudinal axis A1 of the motor vehicle 10 (passing through the center of gravity CG) and the avoidance trajectory T0, at a sighting distance "ls" located in front of the vehicle, will be noted "y L -ref " and will be expressed in meters.

L’erreur de suivi de trajectoire sera notée « eyL» et sera exprimée en mètres. Elle sera égale à la différence entre la consigne d’écart latéral yL -refet l’écart latéral yL.The trajectory tracking error will be denoted “e yL ” and will be expressed in meters. It will be equal to the difference between the lateral deviation setpoint y L -ref and the lateral deviation y L .

La distance de visée « ls » précitée sera mesurée à partir du centre de gravité CG et s’exprimera en mètres.The aforementioned aiming distance "ls" will be measured from the center of gravity CG and will be expressed in meters.

L’angle de dérive du véhicule automobile 10 (angle que fait le vecteur vitesse du véhicule automobile avec son axe longitudinal A1) sera noté « β » et sera exprimé en rad.The drift angle of the motor vehicle 10 (angle that the speed vector of the motor vehicle makes with its longitudinal axis A1) will be denoted “β” and will be expressed in rad.

La vitesse du véhicule automobile selon l’axe longitudinal A1 sera notée « V » et s’exprimera en m/s.The speed of the motor vehicle along the longitudinal axis A1 will be denoted "V" and will be expressed in m/s.

P et Q seront des matrices de dimensions appropriées, positives et symétriques, telles que Q = P-1. L’expression exacte de ces matrices apparaitra plus clairement à la lecture de la suite de cet exposé.P and Q will be matrices of appropriate dimensions, positive and symmetric, such that Q = P -1 . The exact expression of these matrices will appear more clearly on reading the rest of this presentation.

Les constantes « ξ » et « ω » représenteront des caractéristiques dynamiques de l’angle de braquage des roues avant du véhicule.The constants “ξ” and “ω” will represent dynamic characteristics of the steering angle of the front wheels of the vehicle.

La constante « ωf» représentera quant à elle une caractéristique dynamique d’une perturbation arbitraire « w » bornée appliquée au véhicule.The constant “ω f ” will represent a dynamic characteristic of an arbitrary disturbance “w” bounded applied to the vehicle.

La constante « g » sera l’accélération de la pesanteur, exprimée en m.s-2.The constant "g" will be the acceleration due to gravity, expressed in ms -2 .

La vitesse de braquage désignera la vitesse angulaire de braquage des roues avant directrices.The steering speed will designate the angular speed of steering of the steered front wheels.

Enfin, la variable « Φr» correspondra à l’angle de dévers de la route, exprimé en pourcentage. Pour bien illustrer cet angle, on a représenté sur la figure 3 deux vues en coupe de deux routes 31, 32.Finally, the variable “Φ r ” will correspond to the cant angle of the road, expressed as a percentage. To clearly illustrate this angle, there is shown in Figure 3 two sectional views of two roads 31, 32.

A titre d’hypothèse, ces routes sont supposées rectilignes et notamment plates. Elles s’étendent selon un axe principal. Les vues en coupe sont alors représentées dans un plan de section orthogonal à cet axe longitudinal. L’angle de dévers permet donc de caractériser l’amplitude selon laquelle la route 31, 32 est penchée d’un côté ou de l’autre. Cet angle est négatif lorsque la route 31 est penchée vers la gauche. Il est positif lorsque la route 32 est penchée vers la droite.As a hypothesis, these roads are supposed to be straight and notably flat. They extend along a main axis. The cross-sectional views are then represented in a section plane orthogonal to this longitudinal axis. The cant angle therefore makes it possible to characterize the amplitude according to which the road 31, 32 is leaning to one side or the other. This angle is negative when Route 31 leans to the left. It is positive when Route 32 is leaning to the right.

Avant de décrire le procédé qui sera exécuté par le calculateur 13 pour mettre en œuvre l’invention, on pourra dans une première partie de cet exposé décrire les calculs qui ont permis d’aboutir à l’invention, de façon à bien comprendre d’où proviennent ces calculs et sur quels ressorts ils s’appuient.Before describing the process which will be executed by the computer 13 to implement the invention, we can in a first part of this presentation describe the calculations which made it possible to lead to the invention, so as to fully understand where do these calculations come from and on what springs they are based.

On considérera ici que le comportement dynamique du véhicule peut être modélisé au moyen de l’équation Math1 suivante.It will be considered here that the dynamic behavior of the vehicle can be modeled by means of the following equation Math1.

Ce modèle est un modèle bicyclette amélioré.This model is an improved bicycle model.

Il permet de prendre en compte l’angle de dévers Φrsous la forme d’une perturbation inconnue qui influence la dynamique du véhicule, ce qui s’avère particulièrement avantageux dans la mesure où cet angle est difficilement mesurable ou calculable.It makes it possible to take into account the cant angle Φ r in the form of an unknown disturbance which influences the dynamics of the vehicle, which proves to be particularly advantageous insofar as this angle is difficult to measure or calculate.

Il ne permet toutefois pas en soit de limiter l’angle de braquage et la vitesse de braquage des roues avant 11 du véhicule. Or une telle limitation s’avère particulièrement importante pour assurer au conducteur du véhicule d’être en mesure de reprendre le contrôle du véhicule à tout moment.However, it does not in itself make it possible to limit the steering angle and the steering speed of the front wheels 11 of the vehicle. However, such a limitation is particularly important to ensure that the driver of the vehicle is able to regain control of the vehicle at any time.

De telles limitations peuvent s’exprimer à l’aide de l’équation Math2 suivante :Such limitations can be expressed using the following Math2 equation:

Ainsi qu’à l’aide de l’équation Math3 suivante :As well as using the following Math3 equation:

Dans l’équation Math 2, le coefficient υ est une constante qui représente la vitesse de braquage à ne pas dépasser. Cette constante est définie soit par calcul, soit à l’issue d’une campagne d’essais réalisés sur un véhicule test. Elle est par exemple égale à 0,0491 Rad/s, ce qui correspond à 0,785 Rad/s au niveau du volant (c’est-à-dire 45°/s) si le coefficient de démultiplication de la direction est égale à 16.In the Math 2 equation, the coefficient υ is a constant which represents the steering speed not to be exceeded. This constant is defined either by calculation or at the end of a test campaign carried out on a test vehicle. It is for example equal to 0.0491 Rad/s, which corresponds to 0.785 Rad/s at the level of the steering wheel (i.e. 45°/s) if the steering reduction coefficient is equal to 16 .

Dans l’équation Math 3, le coefficient η est une constante qui représente l’angle de braquage à ne pas dépasser. Cette constante est définie soit par calcul, soit à l’issue d’une campagne d’essais réalisés sur un véhicule test. Elle est par exemple égale à 0,0328 Rad, ce qui correspond dans notre exemple à 0,524 Rad au niveau du volant (c’est-à-dire 30°).In the Math 3 equation, the coefficient η is a constant which represents the steering angle not to be exceeded. This constant is defined either by calculation or at the end of a test campaign carried out on a test vehicle. It is for example equal to 0.0328 Rad, which corresponds in our example to 0.524 Rad at the steering wheel (i.e. 30°).

En pratique, plus l’angle de braquage est grand, plus l’effort appliqué par l’actionneur de la direction assistée sera grand. Cette limitation assurera à l’usager de pouvoir reprendre le contrôle du véhicule sans avoir à contrer un effort trop important. Cet angle dépendra alors de l’effort appliqué par le type d’actionneur choisi.In practice, the greater the steering angle, the greater the force applied by the power steering actuator. This limitation will ensure that the user can regain control of the vehicle without having to counteract too much effort. This angle will then depend on the force applied by the type of actuator chosen.

Les valeurs précitées pourraient en variante être plus réduites (par exemple 25°/s et 20° pour assurer un confort plus grand).The aforementioned values could alternatively be lower (for example 25°/s and 20° to ensure greater comfort).

Selon l’invention, on souhaite limiter l’angle et la vitesse de braquage des roues directrices 11 non pas en imposant un seuil brutal, mais plutôt en utilisant un limiteur d’amplitude de consigne et un limiteur de variation de consigne.According to the invention, it is desired to limit the angle and the steering speed of the steered wheels 11 not by imposing a sudden threshold, but rather by using a setpoint amplitude limiter and a setpoint variation limiter.

En référence à la figure 6, on peut tout d’abord décrire le limiteur d’angle L1 qui sera ici utilisé pour modifier la consigne non saturée d’angle de braquage δKafin de générer la consigne semi-saturée d’angle de braquage δsat.With reference to FIG. 6, we can first describe the angle limiter L1 which will be used here to modify the unsaturated steering angle setpoint δ K in order to generate the semi-saturated steering angle setpoint δ sat .

Ce limiteur d’angle L1 est particulier en ce sens qu’il forme un contrôleur subsidiaire en boucle fermée qui comporte :
- une fonction de transfert en chaîne directe égale au produit de la constante η (pour respecter la condition édictée par l’équation Math 3) et d’un correcteur qui est une fonction tangente hyperbolique de Δ1s,
- une fonction de transfert en chaîne indirecte (ou « chaîne de rétroaction ») égale à un.
This angle limiter L1 is particular in the sense that it forms a subsidiary controller in closed loop which comprises:
- a transfer function in direct chain equal to the product of the constant η (to respect the condition enacted by equation Math 3) and of a corrector which is a hyperbolic tangent function of Δ 1s ,
- an indirect chain transfer function (or "feedback chain") equal to one.

Sur cette figure 6, le coefficient Δ1correspond à l’écart entre les variables δsatet δK. Le coefficient αsest une constante comprise entre 0 et l’infini, qui est le seul et unique paramètre permettant de jouer sur le caractère rapide ou souple du limiteur d’angle L1.In this figure 6, the coefficient Δ 1 corresponds to the difference between the variables δ sat and δ K . The coefficient α s is a constant between 0 and infinity, which is the one and only parameter making it possible to play on the rapid or flexible nature of the angle limiter L1.

Comme le montre la figure 4, l’utilisation d’un tel contrôleur subsidiaire permet non seulement de bien limiter l’angle de braquage δ dans le temps, mais en outre d’assurer une continuité de la variation de la consigne semi-saturée d’angle de braquage δsat.As shown in Figure 4, the use of such a subsidiary controller not only makes it possible to properly limit the steering angle δ over time, but also to ensure continuity of the variation of the semi-saturated setpoint d steering angle δ sat .

La courbe D1 montre ainsi que cette variation de consigne peut être lisse et souple (avec un coefficient αsfaible), ou plus rapide comme le montre la courbe D2 (la courbe D3 correspond à un coefficient αsinfini).Curve D1 thus shows that this setpoint variation can be smooth and flexible (with a low coefficient α s ), or faster as shown by curve D2 (curve D3 corresponds to an infinite coefficient α s ).

Ce limiteur d’angle de braquage L1 a pour avantage d’être simple à mettre au point puisqu’il suffit de régler le coefficient αs. Il permet d’assurer une commande continue et lisse (infiniment dérivable). Surtout, il peut être directement pris en compte dans le modèle de comportement dynamique du véhicule défini par l’équation Math 1, en vue de calculer une consigne d’angle de braquage du véhicule.This steering angle limiter L1 has the advantage of being simple to develop since it suffices to adjust the coefficient α s . It ensures continuous and smooth control (infinitely differentiable). Above all, it can be directly taken into account in the dynamic behavior model of the vehicle defined by equation Math 1, with a view to calculating a vehicle steering angle setpoint.

Un exemple de valeur pour le coefficient αsest de 3000 Rad-1.An example of a value for the coefficient α s is 3000 Rad -1 .

Compte tenu de la forme de ce limiteur d’angle de braquage L1, on peut écrire l’équation Math4 :Given the shape of this steering angle limiter L1, we can write the equation Math4:

Comme le montre la figure 6, le limiteur de vitesse de braquage L2 est également particulier en ce sens qu’il forme un contrôleur subsidiaire en boucle fermée qui comporte :
- une fonction de transfert en chaîne directe égale au produit de la constante υ (pour respecter la condition édictée par l’équation Math 2), d’un intégrateur en 1/s, et d’un correcteur qui est une fonction tangente hyperbolique de Δ2r,
- une fonction de transfert en chaîne indirecte (ou « chaîne de rétroaction ») égale à un.
As shown in figure 6, the steering speed limiter L2 is also particular in the sense that it forms a subsidiary controller in closed loop which comprises:
- a transfer function in direct chain equal to the product of the constant υ (to respect the condition enacted by the equation Math 2), of an integrator in 1/s, and of a corrector which is a hyperbolic tangent function of Δ 2r ,
- an indirect chain transfer function (or "feedback chain") equal to one.

Il reçoit en entrée la consigne semi-saturée d’angle de braquage δsatet transmet en sortie la consigne saturée d’angle de braquage δref.It receives as input the semi-saturated steering angle setpoint δ sat and transmits as output the saturated steering angle setpoint δ ref .

Sur cette figure, le coefficient Δ2correspond à l’écart entre les variables δrefet δsat. Le coefficient αrest une constante comprise entre 0 et l’infini, qui est le seul paramètre permettant de jouer sur le caractère rapide ou souple du limiteur de vitesse de braquage L2.In this figure, the coefficient Δ 2 corresponds to the difference between the variables δ ref and δ sat . The coefficient α r is a constant comprised between 0 and infinity, which is the only parameter making it possible to play on the rapid or flexible nature of the steering speed limiter L2.

Comme le montre la figure 5, l’utilisation d’un tel correcteur permet non seulement de bien limiter les variations d’angle de braquage dans le temps, mais en outre d’assurer une continuité de la variation de la consigne saturée d’angle de braquage δref.As shown in FIG. 5, the use of such a corrector makes it possible not only to effectively limit the steering angle variations over time, but also to ensure continuity of the variation of the saturated angle setpoint steering angle δ ref .

La courbe C1 montre ainsi que cette variation de consigne peut être lisse et souple (avec un coefficient αrfaible), ou plus rapide comme le montre la courbe C2 (la courbe C3 correspond à un coefficient αrinfini).Curve C1 thus shows that this setpoint variation can be smooth and flexible (with a low coefficient α r ), or faster as shown by curve C2 (curve C3 corresponds to an infinite coefficient α r ).

Ce limiteur de vitesse de braquage L2 a pour avantage d’être simple à mettre au point puisqu’il suffit de régler le coefficient αr. Il permet d’assurer une commande continue et lisse (infiniment dérivable). Surtout, il peut être directement pris en compte dans le modèle de comportement dynamique du véhicule défini par l’équation Math 1, en vue de calculer une consigne d’angle de braquage du véhicule.This steering speed limiter L2 has the advantage of being simple to develop since it suffices to adjust the coefficient α r . It ensures continuous and smooth control (infinitely differentiable). Above all, it can be directly taken into account in the dynamic behavior model of the vehicle defined by equation Math 1, with a view to calculating a vehicle steering angle setpoint.

Pour cela, compte tenu de la forme de ce limiteur de vitesse de braquage L2, on peut écrire l’équation Math5 :For this, given the shape of this steering speed limiter L2, we can write the equation Math5:

On obtient ainsi un modèle de contrôlabilité du véhicule qui est pseudo-linéaire.A controllability model of the vehicle which is pseudo-linear is thus obtained.

On peut maintenant introduire quelques variables pour simplifier les expressions des équations Math 4 et Math 5 afin de représenter le modèle complet de façon quasi-linéaire (c’est-à-dire de façon LPV, de l’anglais « Linear Parameter Varying »), sous une forme de représentation d’état.We can now introduce some variables to simplify the expressions of the Math 4 and Math 5 equations in order to represent the complete model in a quasi-linear way (i.e. in an LPV way, from the English "Linear Parameter Varying") , in a form of state representation.

L’équation Math 4 peut s’écrire sous la forme d’une équation Math6 :The Math 4 equation can be written as a Math6 equation:

avecwith

On peut alors introduire le paramètre θηsuivant :We can then introduce the following parameter θ η :

Puis réécrire l’équation Math 6 sous la forme de l’équation Math9 suivante :Then rewrite the Math 6 equation as the following Math9 equation:

De son côté, l’équation Math 5 peut s’écrire sous la forme d’une équation Math10 :For its part, the Math 5 equation can be written in the form of a Math10 equation:

On peut alors introduire le paramètre θυsuivant :We can then introduce the following parameter θ υ :

Puis réécrire l’équation Math 10, c’est-à-dire le modèle de contrôlabilité, sous la forme de l’équation Math12 suivante :Then rewrite the Math 10 equation, i.e. the controllability model, in the form of the following Math12 equation:

Les équations Math 9 et Math 12 permettent d’écrire :The Math 9 and Math 12 equations make it possible to write:

On peut alors introduire le paramètre θυηsuivant :We can then introduce the following parameter θ υη :

Et alors peut-on écrire l’équation Math15 suivante :And then can we write the following Math15 equation:

Cette équation Math 15 est caractéristique d’une représentation d’état et elle montre que le modèle complet de limiteur d’angle et de vitesse de braquage est quasi-linéaire en fonction des paramètres exogènes θυηet θυ(lesquels paramètres sont calculables lorsque le véhicule roule).This Math 15 equation is characteristic of a state representation and it shows that the complete angle limiter and steering speed model is quasi-linear as a function of the exogenous parameters θ υη and θ υ (which parameters are computable when the vehicle is moving).

On peut alors enrichir le modèle bicyclette de l’équation Math 1 avec cette représentation d’état pour obtenir un nouveau modèle qui s’écrit sous la forme de l’équation Math16 suivante :We can then enrich the bicycle model of the Math 1 equation with this state representation to obtain a new model which is written in the form of the following Math16 equation:

Sur la figure 7, on a représenté sous la forme d’une boucle fermée le modèle comportemental du véhicule, où P représente le modèle du véhicule donné par l’équation Math 16.In figure 7, the behavioral model of the vehicle has been represented in the form of a closed loop, where P represents the model of the vehicle given by equation Math 16.

Dans cette boucle, les modèles L1 et L2 sont représentés sous la forme d’un unique modèle L3.In this loop, the L1 and L2 models are represented as a single L3 model.

Le modèle P du véhicule reçoit en entrée la consigne d’angle de braquage saturée δrefet les perturbations notées w et Φr.The model P of the vehicle receives as input the saturated steering angle setpoint δ ref and the disturbances denoted w and Φ r .

Il fournit en sortie un vecteur de sortie y et une erreur z, laquelle est ici formée par l’erreur de suivi de trajectoire eyLdont on sait qu’il convient de la minimiser.It outputs an output vector y and an error z, which is here formed by the trajectory tracking error e yL which we know should be minimized.

Sur la base de ce modèle P et grâce aux résultats de mesure fournis par des capteurs, il est possible d’obtenir le vecteur de sortie y, ici considéré égal à un vecteur d’état x, dont tous les éléments sont mesurables ou estimables en roulant, que l’on peut écrire sous la forme :Based on this model P and thanks to the measurement results provided by sensors, it is possible to obtain the output vector y, here considered equal to a state vector x, all of whose elements are measurable or estimable in rolling, which can be written in the form:

L’objectif est alors de déterminer la forme du contrôleur K qui est le retour d’état permettant de calculer la consigne d’angle de braquage non saturée δKsur la base de ce vecteur d’état x. Grâce au modèle de contrôlabilité quasi-linéaire, cette détermination du contrôleur K peut se faire sans avoir à le cartographier au moyen d’une multitude d’essais.The objective is then to determine the form of the controller K which is the state feedback making it possible to calculate the unsaturated steering angle setpoint δ K on the basis of this state vector x. Thanks to the quasi-linear controllability model, this determination of the controller K can be done without having to map it by means of a multitude of tests.

Pour comprendre comment déterminer un contrôleur K qui convienne tant en termes de stabilité que de rapidité, on peut écrire notre modèle comportemental sous une forme générique :To understand how to determine a controller K that is suitable both in terms of stability and speed, we can write our behavioral model in a generic form:

Dans cette équation (voir figure 7), u=δrefest l’entrée de commande, W est la perturbation, y est la mesure (vecteur d‘état du système), et z=eyL_Ctrlest la sortie à minimiser. On notera que cette sortie eyL_Ctrlest égale à la somme de l’erreur de suivi de trajectoire eyLet du produit (lctrl– ls). ΨL, avec lctrlune distance de contrôle prédéterminée.In this equation (see figure 7), u=δ ref is the control input, W is the disturbance, y is the measurement (system state vector), and z=e yL_Ctrl is the output to be minimized. Note that this output e yL_Ctrl is equal to the sum of the trajectory tracking error e yL and the product (l ctrl – l s ). Ψ L , with l ctrl a predetermined control distance.

Cyest la matrice identité, Cz est un vecteur d’erreur, A est une matrice dynamique, Buest une matrice de commande et Bwest une matrice de perturbation, que l’on peut écrire sous la forme d’une équation Math19 :C y is the identity matrix, Cz is an error vector, A is a dynamic matrix, B u is a control matrix and B w is a disturbance matrix, which can be written in the form of an equation Math19:

d’une équation Math20 :of a Math20 equation:

d’une équation Math21 :of a Math21 equation:

et d’une équation Math22 :and a Math22 equation:

Le contrôleur K, qui est défini comme un retour d’état statique, peut quant à lui s’exprimer sous la forme :The controller K, which is defined as a static state feedback, can be expressed in the form:

Avant de décrire comment trouver un contrôleur K optimal, on peut tout d’abord faire quelques observations au sujet des paramètres θηet θυ.Before describing how to find an optimal K controller, we can first make some observations about the parameters θ η and θ υ .

Ces deux paramètres sont connus car calculables lorsque le véhicule roule. Cependant, ces limites imposent des performances parfois moyennes au contrôleur K, de sorte que la trajectoire d’évitement risque d’être suivie avec un écart significatif. On préfère donc restreindre la plage de ces valeurs pour ne considérer que les conditions usuelles de roulage, ce qui permettra de suivre au mieux la trajectoire d’évitement initialement prévue, quitte à désactiver le contrôleur si on sort de cette plage de valeurs. On peut alors introduire la contrainte suivante sous la forme de l’équation Math24 :These two parameters are known because they can be calculated when the vehicle is moving. However, these limits impose sometimes average performance on the K controller, so that the avoidance trajectory risks being followed with a significant deviation. We therefore prefer to restrict the range of these values to consider only the usual driving conditions, which will make it possible to better follow the avoidance trajectory initially planned, even if it means deactivating the controller if we leave this range of values. We can then introduce the following constraint in the form of the Math24 equation:

Ainsi que la contrainte suivante sous la forme de l’équation Math25 :As well as the following constraint in the form of the equation Math25:

On peut alors écrire l’équation Math26 :We can then write the equation Math26:

Avec :With :

Les équations Math 24 et Math 26 permettent alors de délimiter une zone de performance Cperformanceà l’intérieure de laquelle la performance du contrôleur K en termes de suivi de trajectoire sera garantie.The equations Math 24 and Math 26 then make it possible to delimit a performance zone C performance inside which the performance of the controller K in terms of trajectory following will be guaranteed.

On a représenté cette zone de performance Cperformancesur les figures 9 et 10, la figure 9 correspondant au cas de figure dans lequel θη_min≥ θυ _minet la figure 10 correspondant au cas de figure dans lequel θη_min< θυ _min.This performance zone C performance has been represented in FIGS. 9 and 10, FIG. 9 corresponding to the scenario in which θ η_min ≥ θ υ _min and FIG. 10 corresponding to the scenario in which θ η_minυ _min .

Pour trouver un contrôleur K optimal, on peut alors utiliser différentes méthodes.To find an optimal controller K, one can then use different methods.

La méthode utilisée ici est celle des inégalités matricielles linéaires. Elle est ainsi réalisée à partir de critères d’optimisation convexe sous contraintes d’inégalités matricielles linéaires.The method used here is that of linear matrix inequalities. It is thus carried out using convex optimization criteria under constraints of linear matrix inequalities.

L’objectif est plus précisément d’optimiser les gains de la boucle fermée définie par le contrôleur K en jouant sur le choix des pôles.The objective is more precisely to optimize the gains of the closed loop defined by the controller K by playing on the choice of the poles.

Les inéquations matricielles ici utilisées sont au nombre de quatre et sont définies par les inéquations suivantes.The matrix inequalities used here are four in number and are defined by the following inequalities.

1ère inéquation Math28 :1st inequality Math28:

2nde inéquation Math29:2nd inequality Math29:

3ème inéquation Math30:Math30 3rd inequality:

4ème inéquation Math31:Math31 4th inequality:

Dans ces inéquations, une matrice de la formeest écrite sous la forme.In these inequalities, a matrix of the form is written in the form .

Le contrôleur K est défini par l’équation Math 32 :The controller K is defined by the equation Math 32:

La vitesse V du véhicule est supposée constante (donc toutes les matrices du système sont considérées constantes).The speed V of the vehicle is assumed to be constant (so all the matrices of the system are considered constant).

L’indice i est un entier naturel qui prend les valeurs successives 1, 2, 3 et 4 et qui correspond à chaque sommet du polygone défini par la zone de performance Cperformance. Ainsi, on peut écrire :The index i is a natural number which takes the successive values 1, 2, 3 and 4 and which corresponds to each vertex of the polygon defined by the performance zone C performance . Thus, we can write:

Terme A1:Term A 1 :

Terme A2:Term A 2 :

Terme A3:Term A 3 :

Terme A4:Term A 4 :

Terme Bu1:Term B u1 :

Terme Bu 2:Term B u 2 :

Terme Bu 3:Term B u 3 :

Terme Bu 4:Term B u 4 :

On remarquera que les contraintes définies par les équations Math 2 et Math 3 sont prises en compte grâce aux paramètres θυ η_minet θυ _min, et que le dévers est pris en compte dans la matrice de perturbation Bw.It will be noted that the constraints defined by the Math 2 and Math 3 equations are taken into account thanks to the parameters θ υ η_min and θ υ _min , and that the cant is taken into account in the disturbance matrix B w .

Les trois inéquations Math 28, Math 29 et Math 30 permettent de s’assurer que la dynamique de la boucle fermée reste limitée. En effet, comme le montre la figure 8, grâce à ces contraintes, les pôles de la boucle fermée se retrouvent bornés dans une zone Z1 définie par un rayon γ, une distance minimale par rapport à l’axe imaginaire μ, et un angle d’ouverture φ.The three inequalities Math 28, Math 29 and Math 30 ensure that the dynamics of the closed loop remain limited. Indeed, as shown in Figure 8, thanks to these constraints, the poles of the closed loop find themselves bounded in a zone Z1 defined by a radius γ, a minimum distance from the imaginary axis μ, and an angle d opening φ.

Cette méthode s’avère efficace lorsqu’il s’agit de déterminer à chaque instant l’angle de volant de façon raisonnable (et maîtrisable par un conducteur aux compétences moyennes) et de manière réalisable par l’actionneur. Ces contraintes assurent également la stabilité de la boucle fermée.This method is effective when it comes to determining the steering wheel angle at all times in a reasonable way (and manageable by a driver with average skills) and in a way that the actuator can perform. These constraints also ensure the stability of the closed loop.

L’objectif est ici de minimiser le rayon γ dans cette zone Z1.The objective here is to minimize the radius γ in this zone Z1.

La quatrième inéquation Math 31 garantit la stabilité et la performance robuste de suivi de trajectoire d’évitement T0. En effet, grâce à cette condition, l’impact de la perturbation sur le suivi de trajectoire est minimisé, ce que l’on peut écrire :The fourth inequality Math 31 guarantees stability and robust T0 avoidance trajectory tracking performance. Indeed, thanks to this condition, the impact of the disturbance on trajectory tracking is minimized, which can be written:

Dans cette équation, γoptest la valeur optimale de γ, telle qu’elle a été calculée à l’aide des trois premières inéquations matricielles.In this equation, γ opt is the optimal value of γ, as calculated using the first three matrix inequalities.

Une fois le contrôleur K obtenu, on peut calculer la consigne d’angle de braquage non saturée δKau moyen de la formule suivante :Once the controller K has been obtained, the unsaturated steering angle set point δ K can be calculated using the following formula:

On a introduit dans les trois inéquations matricielles les valeurs θυ _m in, θυ _max, θη _m inet θη _ max.The values θ υ _m in , θ υ _max , θ η _m in and θ η _ max have been introduced into the three matrix inequalities.

Les valeurs des paramètres θυ, θη, qui sont liées à l’écart entre les angles δKet δref, reflètent le niveau de violation par le contrôleur K des limites de contrôlabilité énoncées par les équations Math 2 et Math 3.The values of the parameters θ υ , θ η , which are related to the deviation between the angles δ K and δ ref , reflect the level of violation by the controller K of the controllability limits stated by the equations Math 2 and Math 3.

Lorsque le paramètre θυest égal à 1 et que le paramètre θηest égal à θη_max, l’angle de braquage non saturé δKcalculé par le contrôleur K ne dépasse pas les limites de contrôlabilité énoncées par les équations Math 2 et Math 3.When the parameter θ υ is equal to 1 and the parameter θ η is equal to θ η_max , the unsaturated steering angle δ K calculated by the controller K does not exceed the controllability limits stated by the equations Math 2 and Math 3.

Lorsque le paramètre θυet/ou que le paramètre θηest proche de zéro, l’angle de braquage non saturé δKcalculé par le contrôleur K est trop grand et/ou trop dynamique et il ne respecte pas les limites de contrôlabilité énoncées par les équations Math 2 et Math 3. Il y a alors possiblement un risque d’instabilité du véhicule.When the parameter θ υ and/or the parameter θ η is close to zero, the unsaturated steering angle δ K calculated by the controller K is too large and/or too dynamic and it does not respect the stated controllability limits by the Math 2 and Math 3 equations. There is then a possible risk of vehicle instability.

Lorsque le paramètre θυet que le paramètre θηprennent des valeurs intermédiaires, l’angle de braquage non saturé δKcalculé par le contrôleur K risque de dépasser les limites de contrôlabilité énoncées par les équations Math 2 et Math 3, mais la performance du véhicule est encore possiblement acceptable et le risque d’instabilité du véhicule n’est pas encore avéré.When the parameter θ υ and the parameter θ η take intermediate values, the unsaturated steering angle δ K calculated by the controller K may exceed the controllability limits given by the equations Math 2 and Math 3, but the performance of the vehicle is still possibly acceptable and the risk of vehicle instability has not yet been established.

En d’autres termes, le choix des bornes θυ _m inet θη _m ina un impact direct sur la performance et sur la robustesse du contrôleur K.In other words, the choice of the bounds θ υ _m in and θ η _m in has a direct impact on the performance and on the robustness of the controller K.

Plus les bornes θυ _m inet θη _m insont petites, moins le contrôleur K est performant mais plus il est robuste (ce qui signifie que la trajectoire réalisée suit moins bien la trajectoire de référence). Plus les bornes θυ _m inet θη _m insont grandes, plus le contrôleur K est performant mais moins il est robuste. Par exemple, la borne θη _m ina pour valeur 0,005 et la borne θυ _m ina pour valeur 0,13.The smaller the limits θ υ _m in and θ η _m in , the less efficient the controller K is but the more robust it is (which means that the trajectory produced follows the reference trajectory less well). The larger the terminals θ υ _m in and θ η _m in , the more efficient the controller K but the less robust it is. For example, the terminal θ η _m in has the value 0.005 and the terminal θ υ _m in has the value 0.13.

La détermination de ces bornes nécessite donc de faire un compromis entre performance et robustesse. La détermination de ces valeurs revient à imposer un seuil maximal pour l’écart, en valeur absolue, entre les consignes d’angle de braquage δKet δsatet entre les consignes d’angle de braquage δrefet δsat.The determination of these bounds therefore requires a compromise between performance and robustness. The determination of these values amounts to imposing a maximum threshold for the difference, in absolute value, between the steering angle setpoints δ K and δ sat and between the steering angle setpoints δ ref and δ sat .

On notera que comme les paramètres θυet θηjouent sur des données différentes (l’angle de braquage et la vitesse de braquage), les choix des deux bornes θυ _m inet θη _m inpeut être réalisé de façon indépendante.It will be noted that as the parameters θ υ and θ η act on different data (the steering angle and the steering speed), the choices of the two terminals θ υ _m in and θ η _m in can be made independently.

Pour déterminer ces bornes lors de la conception d’un véhicule, il est possible de déterminer des valeurs de limite de contrôlabilité à l’issue d’une campagne de tests, puis de déterminer que ces bornes sont 25% supérieures aux limites de contrôlabilité.To determine these limits when designing a vehicle, it is possible to determine controllability limit values at the end of a test campaign, then to determine that these limits are 25% higher than the controllability limits.

On notera que pour chaque valeur des paramètres θυet θη, on pourra calculer la valeur optimale γoptcorrespondante (équation Math 41).It will be noted that for each value of the parameters θ υ and θ η , the corresponding optimal value γ opt can be calculated (equation Math 41).

L'objectif de performance sera alors souvent fixé avant l'optimisation, en imposant par exemple γopt= 0,2. Si le choix précité de 25% ne permet pas de respecter cette condition, il sera important de faire baisser ce pourcentage jusqu’à arriver à respecter cette condition.The performance objective will then often be fixed before the optimization, by imposing for example γ opt = 0.2. If the aforementioned choice of 25% does not allow this condition to be met, it will be important to lower this percentage until this condition is met.

Une des méthodes consiste à fixer au préalable un niveau autorisé de violation des contraintes de contrôlabilité définies par les équations Math 2 et Math3, en fixant des seuils maximaux pour les valeurs absolues |δK - δsat|et |δsat- δref|, ce qui permet d’écrire :One of the methods consists in fixing beforehand an authorized level of violation of the controllability constraints defined by the equations Math 2 and Math3, by fixing maximum thresholds for the absolute values |δK Sat|and |δSatref|, which allows to write:

Et d’écrire :And to write:

La stabilité du modèle est également un critère essentiel, qui s’avère moins contraignant que le critère de performance précité.The stability of the model is also an essential criterion, which turns out to be less restrictive than the aforementioned performance criterion.

En d’autres termes, la performance et la stabilité du véhicule sont assurées tant que les paramètres θυet θηrespectent les conditions énoncées dans les équations Math 24 et Math 26, c’est-à-dire tant qu’ils se trouvent dans la zone de performance Cperformanceillustrée sur les figures 9 et 10.In other words, the performance and stability of the vehicle are ensured as long as the parameters θ υ and θ η respect the conditions stated in the equations Math 24 and Math 26, that is to say as long as they are in the performance zone C performance illustrated in Figures 9 and 10.

En revanche, lorsque l’un et/ou l’autre des paramètres θυet θηdevient inférieur à la borne minimum associée θυ _minet θη _min, la performance n’est plus garantie mais il n’est pas certain que la solution soit instable.On the other hand, when one and/or the other of the parameters θ υ and θ η becomes lower than the minimum limit associated with θ υ _min and θ η _min , the performance is no longer guaranteed but it is not certain that the solution is unstable.

On introduit alors, pour contrôler la stabilité de la solution, une cinquième inégalité :We then introduce, to check the stability of the solution, a fifth inequality:

L’idée va être ici de trouver les couplets (θυ, θη) qui satisfont cette cinquième inégalité. On sait que ces couplets se trouvent dans une zone convexe dont on va chercher à déterminer la frontière. On travaille ici sur un maillage (c’est-à-dire une grille d’échantillonnage) définie par la valeur suivante :The idea here will be to find the couplets (θ υ , θ η ) which satisfy this fifth inequality. We know that these couplets are in a convex zone whose boundary we will seek to determine. We are working here on a mesh (i.e. a sampling grid) defined by the following value:

et par la valeur suivante :and by the following value:

On va alors chercher dans ce maillage les couplets (θi υ, θj η) tels que :We will then search in this mesh for the couplets (θ i υ , θ j η ) such as:

avec :with :

Pour obtenir des résultats satisfaisants, ce maillage doit être réalisé avec des valeurs de N et M suffisamment grandes. Bien entendu, les couplets (θi υ, θj η) choisis doivent tous respecter les conditions définies par les équations Math 24 et Math 25.To obtain satisfactory results, this mesh must be carried out with sufficiently large values of N and M. Of course, the couplets (θ i υ , θ j η ) chosen must all respect the conditions defined by the equations Math 24 and Math 25.

L’ensemble des couplets satisfaisant les équations ci-dessus forme alors une zone de stabilité Cstabilitéà l’intérieure de laquelle le contrôleur K est stable.The set of couplets satisfying the above equations then forms a stability zone C stability inside which the controller K is stable.

On a représenté cette zone de stabilité Cstabilitésur les figures 9 et 10, la figure 9 correspondant au cas de figure dans lequel θη_min≥ θυ _minet la figure 10 correspondant au cas de figure dans lequel θη_min< θυ _min.This stability zone C stability has been represented in FIGS. 9 and 10, FIG. 9 corresponding to the scenario in which θ η_min ≥ θ υ _min and FIG. 10 corresponding to the scenario in which θ η_minυ _min .

Ces deux zones sont déterminées lors de la conception du véhicule. Elles sont ensuite implémentées sous la forme de cartographies dans le calculateur du véhicule.These two zones are determined during the design of the vehicle. They are then implemented in the form of maps in the vehicle's computer.

Elles sont ici représentées sous une forme convexe, mais elles pourraient présenter des formes bien différentes.They are represented here in a convex shape, but they could have very different shapes.

En résumé, la méthode permettant de calculer le contrôleur K qui convienne à un modèle particulier de véhicule automobile consiste à se fixer des valeurs de αs, αr, θη_min, θυ _minθυ _m axet θ η_ m ax.In summary, the method for calculating the controller K that is suitable for a particular model of motor vehicle consists in setting values for αs, αr, θη_min, θυ _minθυ _m axand θ η_ m ax.

Elle consiste ensuite à déterminer les coefficients des matrices Ai, Bui, puis à résoudre les cinq inégalités afin d’en déduire un contrôleur K qui assure un bon suivi de la trajectoire d’évitement T0 et qui satisfasse le modèle limiteur d’angle de braquage et de vitesse de braquage.It then consists in determining the coefficients of the matrices A i , Bu i , then in solving the five inequalities in order to deduce a controller K which ensures good monitoring of the avoidance trajectory T0 and which satisfies the angle limiter model steering and steering speed.

Ce contrôleur K peut alors être implémenté dans les calculateurs 13 des véhicules automobiles 10 de la gamme.This controller K can then be implemented in the computers 13 of the motor vehicles 10 of the range.

A ce stade, on peut décrire en référence à la figure 11 le procédé qui sera exécuté par le calculateur 13 d’un de ces véhicules automobiles pour mettre en œuvre l’invention.At this stage, it is possible to describe with reference to FIG. 11 the process which will be executed by the computer 13 of one of these motor vehicles to implement the invention.

Le calculateur 13 est ici programmé pour mettre en œuvre ce procédé de façon récursive, c’est-à-dire pas à pas, et en boucle.The computer 13 is here programmed to implement this process recursively, that is to say step by step, and in a loop.

Pour cela, au cours d’une première étape, le calculateur 13 vérifie que la fonction d‘évitement autonome d’obstacle (AES) est activée.For this, during a first step, the computer 13 checks that the autonomous obstacle avoidance function (AES) is activated.

Si tel est le cas, il tente de détecter la présence d’un éventuel obstacle se trouvant sur le trajet du véhicule automobile 10. Il utilise pour cela son télédétecteur RADAR ou LIDAR.If this is the case, it attempts to detect the presence of a possible obstacle lying in the path of the motor vehicle 10. For this, it uses its RADAR or LIDAR remote sensor.

En l’absence d’obstacle, cette étape est répétée en boucles.In the absence of an obstacle, this step is repeated in loops.

Dès qu’un obstacle 20 est détecté (voir figure 2), le calculateur 13 planifie une trajectoire d’évitement T0 permettant d’éviter cet obstacle 20.As soon as an obstacle 20 is detected (see figure 2), the computer 13 plans an avoidance trajectory T0 making it possible to avoid this obstacle 20.

Le calculateur 13 va alors chercher à définir une consigne de pilotage pour le système de direction conventionnel 14, à savoir une consigne saturée d’angle de braquage δref, permettant de suivre au mieux cette trajectoire d’évitement T0.The computer 13 will then seek to define a steering setpoint for the conventional steering system 14, namely a saturated steering angle setpoint δ ref , making it possible to follow this avoidance trajectory T0 as well as possible.

Il commence pour cela par calculer ou mesurer les paramètres que sont :
- l’angle de braquage δ mesuré,
- la dérivée par rapport au temps de l’angle de braquage mesuré δ,
- la consigne saturée d’angle de braquage δrefobtenue au pas de temps précédent,
- la vitesse de lacet r,
- l’angle relatif de cap ΨL,
- la dérivée par rapport au temps de la consigne d’écart latéral yL-ref,
- l’erreur de suivi de trajectoire eyL,
- l’angle de dérive β.
It begins for this by calculating or measuring the parameters which are:
- the steering angle δ measured,
- the time derivative of the measured steering angle δ,
- the saturated steering angle setpoint δ ref obtained at the previous time step,
- the yaw rate r,
- the relative heading angle Ψ L,
- the derivative with respect to time of the lateral deviation setpoint y L-ref ,
- the trajectory tracking error e yL ,
- the drift angle β.

Le calculateur 13 utilise ensuite le contrôleur K enregistré dans sa mémoire. Ce contrôleur K va donc permettre de déterminer, au cours d’une étape E1, les valeurs des consignes d’angles de braquage non saturée δKet saturée δref. A ce sujet, on peut ici considérer que le contrôleur K enrichi des modèles limiteurs L1, L2 forme un grand contrôleur.The computer 13 then uses the controller K recorded in its memory. This controller K will therefore make it possible to determine, during a step E1, the values of the steering angle setpoints, unsaturated δ K and saturated δ ref . On this subject, we can here consider that the controller K enriched with the limiting models L1, L2 forms a large controller.

La consigne d’angle de braquage saturée δrefva alors être transmise à l’actionneur permettant de braquer les roues du véhicule automobile 10.The saturated steering angle setpoint δ ref will then be transmitted to the actuator making it possible to steer the wheels of the motor vehicle 10.

Puis, au cours d’une seconde étape E2, le calculateur 13 détermine les valeurs des paramètres θη, θυ. Elles sont généralement égales à 1 ou proche de 1. Il peut toutefois arriver qu’en présence de perturbations, elles s’écartent de cette valeur.Then, during a second step E2, the computer 13 determines the values of the parameters θ η , θ υ . They are generally equal to 1 or close to 1. It may however happen that in the presence of disturbances, they deviate from this value.

Alors, au cours d’une étape E3, on pourrait prévoir que le calculateur 13 vérifie que les valeurs des paramètres θη, θυsont respectivement supérieures aux seuils θη _min, θυ _minqui ont été fixées et qui sont donc enregistrées comme des constantes dans sa mémoire afin de contrôler la performance du contrôleur K.Then, during a step E3, it could be provided that the computer 13 checks that the values of the parameters θ η , θ υ are respectively greater than the thresholds θ η _min , θ υ _min which have been fixed and which are therefore recorded as constants in its memory to control the performance of the K controller.

Toutefois, ici, le calculateur vérifie plutôt que les valeurs des paramètres θυ, θυ ηsont bien situes dans la zone de stabilité définie ci-dessus.However, here, the computer rather checks that the values of the parameters θ υ , θ υ η are indeed located in the stability zone defined above.

Si tel est bien le cas, au cours d’une étape E4, le calculateur décide de maintenir la fonction d‘évitement d’obstacle autonome à l’état activé afin d’éviter l’obstacle 20.If this is indeed the case, during a step E4, the computer decides to maintain the autonomous obstacle avoidance function in the activated state in order to avoid the obstacle 20.

Dans le cas contraire, au cours d’une étape E5, le calculateur désactive cette fonction. Alors, on peut imaginer que le véhicule effectue un freinage d’urgence et/ou qu’il reprenne le processus de pilotage du braquage du véhicule dès lors que les conditions de stabilité sont à nouveau remplies.Otherwise, during a step E5, the computer deactivates this function. Then, one can imagine that the vehicle carries out an emergency braking and/or that it resumes the process of piloting the steering of the vehicle as soon as the stability conditions are again met.

Ce cas peut notamment arriver en présence d’anomalies (défaillance des capteurs, du système de direction assistée, comportements du véhicule et/ou du conducteur non gérable par le contrôleur K…). Ainsi l’invention permet-elle en outre de détecter une possible défaillance d’un capteur.This case can occur in particular in the presence of anomalies (failure of the sensors, of the power-assisted steering system, behavior of the vehicle and/or of the driver not manageable by the K controller, etc.). Thus the invention also makes it possible to detect a possible failure of a sensor.

On retiendra que dans le mode de réalisation ici présenté :
- le temps de conception de la loi de commande peut être rapidement mis en œuvre,
- le contrôleur proposé est optimal et cohérent avec les limites de contrôlabilité parce que les contraintes sur l’angle de braquage et la vitesse de braquage ont été prises en compte dès la synthèse du contrôleur,
- le contrôleur est robuste par rapport au dévers de route, ce qui rend les trajectoires d’évitement plus sûres en évitant que le véhicule passe plus près que prévu de l’obstacle ou au contraire plus loin que prévu de l’obstacle (selon le sens du dévers),
- l’utilisation des paramètres θυ, θηpermet de désactiver au besoin le contrôleur si ce dernier sort de sa zone de performance ou, préférentiellement, s’il sort de sa zone de stabilité, ce qui permet de garantir le bon fonctionnent du contrôleur et de diagnostiquer des situations anormales.
It will be noted that in the embodiment presented here:
- the design time of the control law can be quickly implemented,
- the proposed controller is optimal and consistent with the controllability limits because the constraints on the steering angle and the steering speed have been taken into account from the synthesis of the controller,
- the controller is robust with respect to the cant of the road, which makes avoidance trajectories safer by preventing the vehicle from passing closer than expected to the obstacle or on the contrary further than expected from the obstacle (depending on the slope direction),
- the use of the parameters θ υ , θ η makes it possible to deactivate the controller if necessary if the latter leaves its performance zone or, preferably, if it leaves its stability zone, which makes it possible to guarantee the correct operation of the controller and diagnose abnormal situations.

On notera au sujet du dévers qu’il est susceptible d’avoir un impact important sur la dynamique latérale du véhicule en générale et sur la robustesse de la trajectoire d’évitement en particulier.It should be noted with regard to the cant that it is likely to have a significant impact on the lateral dynamics of the vehicle in general and on the robustness of the avoidance trajectory in particular.

La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.The present invention is in no way limited to the embodiment described and represented, but those skilled in the art will know how to make any variant in accordance with the invention.

Ainsi, le procédé pourra s’appliquer à d’autres types de domaines dans lesquels une trajectoire particulière doit être suivie, par exemple en aéronautique ou en robotique (notamment lorsque le robot est petit et qu’il faut saturer l’une de ses commandes).Thus, the method can be applied to other types of fields in which a particular trajectory must be followed, for example in aeronautics or robotics (in particular when the robot is small and it is necessary to saturate one of its commands ).

Claims (12)

Procédé de pilotage autonome d’un actionneur d’un appareil (10) automobile qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil (10), comportant des étapes de :
- acquisition de paramètres (β, r, ΨL, eyL, δ, δref) relatifs à la trajectoire de l’appareil (10), et de
- calcul par un calculateur (13) d’une nouvelle consigne de pilotage (δref) dudit actionneur en fonction desdits paramètres (β, r, ΨL, eyL, δ, δref),
caractérisé en ce que la nouvelle consigne de pilotage (δref) est déterminée au moyen d’un contrôleur qui satisfait un modèle limiteur d’amplitude de consigne de pilotage (L1) et un modèle limiteur de variation de consigne de pilotage (L2).
Method for autonomously controlling an actuator of an automotive device (10) which is adapted to influence the trajectory of said device (10), comprising the steps of:
- acquisition of parameters (β, r, Ψ L , e yL , δ, δ ref ) relating to the trajectory of the device (10), and
- calculation by a computer (13) of a new control setpoint (δ ref ) of said actuator as a function of said parameters (β, r, Ψ L , e yL , δ, δ ref ),
characterized in that the new control setpoint (δ ref ) is determined by means of a controller which satisfies a control setpoint amplitude limiting model (L1) and a control setpoint variation limiting model (L2).
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l’appareil (10) est un véhicule automobile qui est adapté à rouler sur route et qui comprend au moins une roue directrice (11), dans lequel ledit actionneur est adapté à commander le braquage de ladite roue directrice (11), et dans lequel la nouvelle consigne de pilotage (δref) est une consigne saturée d’angle de braquage de ladite roue directrice (11).Method according to the preceding claim, in which the apparatus (10) is a motor vehicle which is adapted to travel on the road and which comprises at least one steering wheel (11), in which the said actuator is adapted to control the steering of the said wheel steering wheel (11), and in which the new steering setpoint (δ ref ) is a saturated steering angle setpoint for said steering wheel (11). Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le contrôleur satisfait un modèle matriciel comportemental de l’appareil (10) qui tient compte du devers de la route.Method according to the preceding claim, in which the controller satisfies a behavioral matrix model of the apparatus (10) which takes account of the slope of the road. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le modèle matriciel comportemental de l’appareil (10) considère le devers comme une perturbation de valeur inconnue.Method according to the preceding claim, in which the behavioral matrix model of the apparatus (10) considers the slope as a disturbance of unknown value. Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel il est prévu de déterminer une consigne non saturée d’angle de braquage (δK) de chaque roue directrice (11) qui ne satisfaisait ni le modèle limiteur d’amplitude de consigne de pilotage (L1), ni le modèle limiteur de variation de consigne de pilotage (L2), et dans lequel le modèle limiteur d’amplitude de consigne de pilotage (L1) est défini par un contrôleur subsidiaire en boucle fermée qui fournit en sortie une consigne semi-saturée d’angle de braquage (δsat) et dont la fonction de transfert en chaîne directe comprend une fonction tangente hyperbolique de l’écart (Δ1) entre la consigne non saturée d’angle de braquage (δK) et la consigne semi-saturée d’angle de braquage (δsat).Method according to one of Claims 2 to 4, in which provision is made to determine an unsaturated steering angle setpoint (δ K ) for each steered wheel (11) which satisfied neither the setpoint amplitude limiting model control (L1), nor the control setpoint variation limiter model (L2), and in which the control setpoint amplitude limiter model (L1) is defined by a subsidiary closed-loop controller which outputs a semi-saturated steering angle setpoint (δ sat ) and whose direct chain transfer function comprises a hyperbolic tangent function of the difference (Δ 1 ) between the unsaturated steering angle setpoint (δ K ) and the semi-saturated steering angle setpoint (δ sat ). Procédé selon la revendication 5, dans lequel le modèle limiteur de variation de consigne de pilotage (L2) est défini par un contrôleur subsidiaire en boucle fermée qui fournit en sortie ladite nouvelle consigne de pilotage (δref) et dont la fonction de transfert en chaîne directe comprend une fonction tangente hyperbolique de l’écart (Δ2) entre la consigne semi-saturée d’angle de braquage (δsat) et ladite nouvelle consigne de pilotage (δref).Method according to claim 5, in which the control setpoint variation limiting model (L2) is defined by a subsidiary closed-loop controller which outputs said new control setpoint (δ ref ) and whose chain transfer function direct comprises a hyperbolic tangent function of the difference (Δ 2 ) between the semi-saturated steering angle setpoint (δ sat ) and said new steering setpoint (δ ref ). Procédé selon la revendication 6, dans lequel il est prévu de :
- calculer la valeur d’un premier paramètre (θη) à l’aide de la fonction tangente hyperbolique de l’écart (Δ1) entre la consigne non saturée d’angle de braquage (δK) et la consigne semi-saturée d’angle de braquage (δsat),
- calculer la valeur d’un second paramètre (θυ) à l’aide de la fonction tangente hyperbolique de l’écart (Δ2) entre la consigne semi-saturée d’angle de braquage (δsat) et la nouvelle consigne de pilotage (δref),
- comparer les valeurs des premier et second paramètres (θη, θυ) avec des seuils prédéterminés (θη _min, θυ _min) et
- selon le résultat de ladite comparaison, poursuivre ou interrompre ledit procédé.
Method according to claim 6, in which it is provided:
- calculating the value of a first parameter (θ η ) using the hyperbolic tangent function of the difference (Δ 1 ) between the unsaturated steering angle setpoint (δ K ) and the semi-saturated setpoint steering angle (δ sat ),
- calculating the value of a second parameter (θ υ ) using the hyperbolic tangent function of the difference (Δ 2 ) between the semi-saturated steering angle set point (δ sat ) and the new piloting (δ ref ),
- comparing the values of the first and second parameters (θ η , θ υ ) with predetermined thresholds (θ η _min , θ υ _min ) and
- Depending on the result of said comparison, continuing or interrupting said process.
Procédé selon la revendication 6, dans lequel il est prévu de :
- calculer la valeur d’un premier paramètre (θη) à l’aide de la fonction tangente hyperbolique de l’écart (Δ1) entre la consigne non saturée d’angle de braquage (δK) et la consigne semi-saturée d’angle de braquage (δsat),
- calculer la valeur d’un second paramètre (θυ) à l’aide de la fonction tangente hyperbolique de l’écart (Δ2) entre la consigne semi-saturée d’angle de braquage (δsat) et la nouvelle consigne de pilotage (δref),
- déterminer si le couple formé par les valeurs des premier et second paramètres (θη, θυ) est compris dans une zone prédéterminée (Cstabilité, Cperformance) et
- selon le résultat de ladite comparaison, poursuivre ou interrompre ledit procédé.
Method according to claim 6, in which it is provided:
- calculating the value of a first parameter (θ η ) using the hyperbolic tangent function of the difference (Δ 1 ) between the unsaturated steering angle setpoint (δ K ) and the semi-saturated setpoint steering angle (δ sat ),
- calculating the value of a second parameter (θ υ ) using the hyperbolic tangent function of the difference (Δ 2 ) between the semi-saturated steering angle set point (δ sat ) and the new piloting (δ ref ),
- determining whether the pair formed by the values of the first and second parameters (θ η , θ υ ) is included in a predetermined zone (C stability , C performance ) and
- Depending on the result of said comparison, continuing or interrupting said process.
Procédé selon l’une des deux revendications précédentes, dans lequel les valeurs des premier et second paramètres (θη, θυ) sont calculées au moyen des expressions mathématiques suivantes :
, avec ,

où :
- η est un seuil d’angle de braquage,
- αret αssont des constantes de réglage prédéterminées,
- δKest la consigne non saturée de l’angle de braquage,
- δsatest la consigne semi-saturée de l’angle de braquage, et
- δrefest la nouvelle consigne de pilotage.
Method according to one of the two preceding claims, in which the values of the first and second parameters (θ η , θ υ ) are calculated by means of the following mathematical expressions:
, with ,

Or :
- η is a steering angle threshold,
- α r and α s are predetermined adjustment constants,
- δ K is the unsaturated steering angle setpoint,
- δ sat is the semi-saturated steering angle setpoint, and
- δ ref is the new control setpoint.
Méthode d’élaboration d’un contrôleur en vue de son utilisation dans un procédé de pilotage autonome conforme à l’une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu de :
- acquérir un modèle matriciel comportemental de l’appareil (10),
- déterminer une partie au moins des coefficients des matrices (Ai, Bi) du modèle matriciel comportemental,
- en déduire un contrôleur qui satisfait le suivi d’une trajectoire à emprunter, un modèle limiteur d’amplitude de consigne de pilotage (L1) et un modèle limiteur de variation de consigne de pilotage (L2).
Method for developing a controller with a view to its use in an autonomous piloting method in accordance with one of the preceding claims, in which provision is made for:
- acquiring a behavioral matrix model of the device (10),
- determining at least part of the coefficients of the matrices (A i , B i ) of the behavioral matrix model,
- deducing therefrom a controller which satisfies the monitoring of a trajectory to be taken, a piloting setpoint amplitude limiting model (L1) and a piloting setpoint variation limiting model (L2).
Méthode d’élaboration selon la revendication précédente, dans laquelle le contrôleur est déterminé en tenant compte de l’influence du dévers sur la trajectoire de l’appareil (10).Generation method according to the preceding claim, in which the controller is determined taking into account the influence of the cant on the trajectory of the device (10). Appareil (10) automobile comprenant au moins un actionneur qui est adapté à influer sur la trajectoire dudit appareil (10) et un calculateur (13) pour piloter ledit actionneur, caractérisé en ce que le calculateur (13) est programmé pour mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications 1 à 9.Automotive device (10) comprising at least one actuator which is suitable for influencing the trajectory of said device (10) and a computer (13) for controlling said actuator, characterized in that the computer (13) is programmed to implement a Process according to one of Claims 1 to 9.
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