Modélisation de systèmes d’aide au contrôle latéral

Lane Departure Warning

Fonctionnement

Ce système d’aide au contrôle latéral est un système de type “alerte” : son but est de prévenir le conducteur d’une situation potentiellement dangereuse, et de la nécessité d’une action correctrice de sa part. Pour cela, lorsque l’écart latéral du véhicule dépasse un certain seuil, le Lane Departure Warning (LDW) produit un couple qui est envoyé au volant afin de le faire osciller. La figure 6.1 illustre ce principe. Figure 6.1 – Principe de l’amorçage moteur (d’après Navarro et al., 2010) Lorsqu’il se déclenche, le LDW produit un couple volant sous forme d’un signal rectangulaire de période 300 ms. Ce signal est asymétrique, afin que le couple volant soit légèrement plus fort en direction du centre de la voie qu’en direction de la sortie de voie. Le couple généré par le LDW est de 2 N en direction du centre de la voie, et de 0.5 N en direction opposée. En reprenant la typologie de Hoc et al. (2009), ce système d’aide correspond au mode de contrôle mutuel, et plus précisément au mode “amorçage moteur” (voir 3.2.1). 

LANE KEEPING ASSISTANT 

Fonctionnement Le principe de ce système d’aide au contrôle latéral, plutôt qu’une alerte, est plus une coopération avec le conducteur. Ici, le système participe donc activement au contrôle du véhicule, sans pour autant se substituer totalement au conducteur humain. Pour cela, il applique un couple au volant proportionnel à l’écart latéral du véhicule. Cependant, comme ce système n’a pas vocation à remplacer le conducteur, le modèle ne calcule pas l’angle au volant optimal permettant de corriger la trajectoire. Au lieu de cela, le volant est piloté en couple uniquement, afin de compléter l’action du conducteur. En reprenant la typologie de Hoc et al. (2009), ce système d’aide correspond également au mode de contrôle mutuel mais, contrairement au LDW, il utilise le mode “limite” plutôt que l”’amorçage moteur”. Le mode “limite” consiste en effet à délivrer une résistance contre l’action du conducteur lorsque celui-ci s’éloigne des conditions de conduite sûre. Comme le soulignent les auteurs, ce mode de coopération devient plus intrusif dans le contrôle du véhicule que le mode précédent.

Modèle

Le modèle de Lane Keeping Assistant (LKA) calcule un couple à appliquer au volant en fonction de l’écart latéral du véhicule. Afin de fournir un couple volant continu et sans à-coups, ce modèle de LKA fonctionne selon trois états, chacun implémentant une loi différente. Ces trois états correspondent aux trois situations suivantes : 1. Sortie de voie. Cet état est sélectionné lorsque la valeur absolue de l’écart latéral croît. 2. Retour vers le centre de la voie. Cet état est sélectionné lorsque la valeur absolue de l’écart latéral décroît. 3. Changement de voie. Cet état est sélectionné lorsque la voie sur laquelle se trouve le véhicule est différente de celle où il se trouvait au pas de temps précédent. Le tableau 6.1 définit les variables utilisées dans les lois de couple volant du modèle. L’équation 6.1 présente la loi de couple volant lors de la sortie de voie. Γ(ǫ) =  Γmax − |Γˆ|  ·  ǫ − ǫˆ |ǫmax − ǫˆ| n + Γˆ (6.1) La définition du couple relativement aux valeurs d’écart latéral et de couple à l’état précédent, respectivement ǫˆ et Γˆ, permet de s’assurer de la continuité du couple appliqué au volant lors du changement d’état. Tableau 6.1 – Définition des variables utilisées par le modèle Γ Couple volant ǫ Ecart latéral du véhicule Γmax Couple maximum ǫmax Ecart latéral maximum Γˆ Dernier couple à l’état précédent ǫˆ Dernier écart latéral à l’état précédent n Ordre de la loi “sortie de voie” m Ordre de la loi “retour vers le centre de la voie” L’équation 6.2 présente la loi de couple volant lors du retour vers le centre de la voie. Γ(ǫ) = |Γˆ| · ǫ ǫˆ m · ǫ |ǫ| (6.2) Le paramètre m, définissant l’ordre de la loi, permet de modifier l’amortissement du couple volant lors du retour vers le centre de la voie. En effet, en choisissant un paramètrage tel que m > n, le couple diminuera plus rapidement qu’il n’augmente lors de la sortie de voie. Cela est en effet souhaitable pour éviter des retours vers le centre de la voie trop brutaux, qui entraîneraient immédiatement une sortie de voie dans la direction opposée. L’équation 6.3 présente la loi de couple volant lors du changement de voie. Γ(ǫ) = |Γˆ| · ǫ ǫˆ m · Γˆ |Γˆ| (6.3) Le tableau 6.2 présente les valeurs appliquées aux paramètres du modèle. L’écart latéral maximum correspond à l’écart latéral lorsque le véhicule est sur la ligne de démarcation de voie, pour une voie de 3.5 m de large. Le couple maximum associé reprend le couple maximum délivré par le LDW. Tableau 6.2 – Valeurs appliquées aux paramètres du modèle n = 1 m = 6 Γmax = 2 N ǫmax = 1.75 m A titre d’exemple, la figure 6.2 présente un extrait d’enregistrement d’une conduite avec le LKA, représentant l’écart latéral du véhicule et le couple renvoyé par le modèle.