Validation et résultats sur prototype

3.10 Validation et résultats sur prototype

3.10.1 Intégration du régulateur dans le prototype ADN1

Le multi-PID avec point de visée développé dans le paragraphe précédent a été implanté dans le prototype ADN1, section 1.5.2. Le prototype est équipé d'une fonction ACC qui gère la vitesse longitudinale du véhicule en fonction du trac et des limitations de vitesse. Pour ces essais sur prototype, le régulateur latéral a pour objectif de maintenir le véhicule au centre de la voie.

G

l _s

Y (t)_M

Point de visée

Centre de la voie x_veh

y_veh Y (t)_E Reference generation C (s)₁ C (s)4 ξ (V₁ x) + ^θv Multi PID Y_M

Lanes polynoms from camera ξ (V₄ x)

(a) (b)

Figure 3.41  Point de visée dans le repère véhicule (a) et schéma bloc de commande dans le prototype (b)

La caméra frontale d'ADN1 fournit une interpolation linéaire de la géométrie des deux lignes à gauche et des deux lignes à droite les plus proches du véhicule. En utilisant ces interpolations, qui sont des polynômes d'ordre 3, il est facile de positionner le point de visée à la distance ls en face du véhicule, Figure 3.41 (a). Ces polynômes servent aussi à calculer la position du véhicule par rapport au centre de la voie YE(t).

À bord des prototypes, les capteurs extéroceptifs mesurent les positions des objets de l'envi-ronnement dans le repère de l'ego véhicule. Cependant, la position YL(t)dénit le point de visée dans le repère absolu. Ainsi, la distance YM(t) représentant la distance latérale entre le centre de gravité du véhicule et le point de visée, Figure 3.41 (a), est directement utilisée en entrée du régulateur comme erreur de position. Le schéma bloc de contrôle est représenté Figure 3.41 (b). 3.10.2 Résultats sur route ouverte : maintien dans la voie

Les résultats présentés ici ont été obtenus sur une route ouverte à voies à chaussée séparée sur la N118 dans des conditions réelles de trac.

Le prol de la route peut être observé sur la Figure 3.42 (a) avec la courbure de la route, mesurée par le traitement d'image. Il y a quatre phases de roulage sur cet enregistrement : deux phases où le véhicule roule en ligne droite, en bleu, et deux phases où le véhicule est dans un virage, en rouge. La vitesse du véhicule varie entre 26 km/h et 86 km/h avec une vitesse quasi constante sur les deux premières phases et une décélération sur les deux dernières, Figure 3.42 (b). Cet enregistrement est intéressant, car il montre quatre combinaisons de variation de vitesse et de courbure de la route qui ont toutes un impact important sur le calcul de l'angle volant par le régulateur à appliquer à la DAE et donc sur la dynamique du véhicule.

3.10. Validation et résultats sur prototype 0 20 40 60 80 100 120 t (s) 0 1 2 3 4 5 6 courbure (m -1)

10^{-3 Evolution de la courbure de la route}

Virage Ligne droite Virage Ligne droite 0 20 40 60 80 100 120 t (s) 20 30 40 50 60 70 80 90 V ^x (km/h)

Evolution de la vitesse longitudinale Ligne droite Virage Ligne droite Virage (a) (b)

Figure 3.42  Évolutions de la courbure de la route (a) et de la vitesse longitudinale Vx(t)(b) Y_E(t), la distance latérale entre le centre de gravité du véhicule et le centre de la voie, est tracée sur la Figure 3.43 (b) en rouge et YM(t), la distance latérale du centre de gravité au point de visée, est tracée sur cette même gure en noir. Pendant les phases de ligne droite, les deux courbes restent proches de 0 avec le véhicule qui dérive de moins de 10 cm par rapport au centre de la voie. En moyenne, sur l'ensemble de l'enregistrement, le véhicule reste à -7,6 cm du centre de la voie avec un maximum de 76 cm et un écart type de 25 cm. Cet écart s'explique par la dynamique de correction assez lente pour des raisons de confort. À haute vitesse, cela ce traduit par un déport latéral plus grand.

0 20 40 60 80 100 120 t (s) -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 v (°)

Evolution de l'angle volant

v(t) réel v (t) demandé Virage Ligne droite Ligne droite ^Virage 0 20 40 60 80 100 120 t (s) -1 -0.5 0 0.5 1 Y (m)

Evolution des positions latérales du point de visée et du centre de gravité Y_E(t) Y_M(t) Ligne droite Virage _Ligne droite ^Virage (a) (b)

Figure 3.43  Évolutions de l'angle volant θv(t) (a) des positions latérales du point de visée Y_M(t)et du centre de gravité par rapport au centre de la voie YE(t)

Dans les virages, YM(t) augmente. Lors de la première phase, à haute vitesse, le véhicule s'écarte de 70 cm à droite dans la ligne de circulation (les valeurs négatives de YE(t) corres-pondent à la droite du centre de la voie). Cela veut dire que le véhicule est proche de la ligne de droite mais toujours dans la voie comme le montre la Figure 3.44 (a). L'angle volant appliqué, Figure 3.43 (a), est lisse et permet une conduite confortable. Dans la deuxième phase de virage, le véhicule parvient à rester dans sa voie alors qu'un freinage est nécessaire à cause du trac. Aux vitesses plus faibles dans le virage, l'erreur de positionnement au centre de la voie est moins importante que lors du premier virage à 80 km/h.

3.10. Validation et résultats sur prototype 0 20 40 60 80 100 120 t (s) -3 -2 -1 0 1 2 3 Y(m)

Position du véhicule dans la voie

centre de gravité roues gauches roues droites ligne de gauche ligne de droite Ligne droite Virage Ligne droite ^Virage 0 20 40 60 80 100 120 t (s) -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 t (m/s 2)

Evolution de l'accélération latérale

Virage Ligne droite Virage Ligne droite (a) (b)

Figure 3.44  Évolutions de la position du véhicule dans la voie (a) et de l'accélération latérale (b)

Le fait que le véhicule se rapproche de la ligne n'est pas problématique d'un point de vue performance. Il est plus important d'assurer une conduite confortable avec des niveaux d'accé-lération inférieurs à 2 m.s−2 comme c'est le cas ici, voir Figure 3.44 (b).

3.10.3 Résultats sur route ouverte : changement de voie

En plus de valider le régulateur sur des essais en maintien dans la voie, la méthode de mul-tirégulation développée a été validée sur prototype en changement de voie. Comme pour les résultats présentés précédemment, les résultats présentés ici ont été obtenus dans des conditions de trac réelles, sur l'autoroute A86.

Lors de ce changement de voie, l'ego véhicule a une vitesse longitudinale d'environ 85 km/h, voir Figure 3.45 (b). Le changement de voie est initié à t = 3, 5 s, lorsque la position latérale du point de visée YM(t)commence à augmenter, voir Figure 3.45 (a). À t = 7 s, le véhicule franchit la ligne de gauche, d'où le pic de YE(t)à cet instant. Pour mieux visualiser le déplacement de l'ego véhicule et son changement de voie, la Figure 3.46 trace l'évolution de la position latérale du véhicule par rapport aux lignes.

0 5 10 15 20 25 t (s) -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Y (m)

Evolution des positions latérale du point de visée et du centre de gravité dans la voie principale

Y M(t) Y E(t) 0 5 10 15 20 25 t (s) 80 85 90 95 100 105 V ^x (km/h)

Evolution de la vitesse longitudinale

(a) (b)

Figure 3.45  Évolutions des positions latérales du centre de gravité et du point de visée (a) et de la vitesse longitudinale (b) pour l'exemple du changement de voie

3.10. Validation et résultats sur prototype

Comme dans les simulations précédentes, le dépassement dure environ 5 s et le véhicule s'est déplacé latéralement de 3,5 m. Il est alors possible de comparer les variables d'angle volant et d'accélération latérale mesurées pour évaluer la correspondance de la simulation à la réalité.

0 5 10 15 20 25 t (s) -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 Y (m)

Evolution de la position du véhicule par rapport aux lignes

centre de gravité roues gauches roues droites ligne de gauche ligne de droite

Figure 3.46  Position latérale du véhicule dans les voies

Dans les simulations précédentes, avec point de visée et multi-PID, pour un déplacement latéral de 3,5 m en 5 secondes à 80 km/h, l'angle volant a une amplitude de 5◦. Celle de l'accélération latérale est de 0,67 m.s−2. En réalité, sur le prototype, l'angle volant varie entre +8^◦ et −6◦, voir Figure 3.47 (a). Ces valeurs sont plus élevées de 60 % et 20 % par rapport à la simulation. Concernant l'accélération latérale, sur cet enregistrement, sa valeur est comprise entre 1 m.s−2 et -0,6 m.s−2 (Figure 3.47 (b)). Les erreurs relatives aux amplitudes maximum sont donc de 49% et 10%. 0 5 10 15 20 25 t (s) -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 v (°)

Evolution de l angle volant

0 5 10 15 20 25 t (s) -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 t (m.s -2 )

Evolution de l accélération latérale

(a) (b)

Figure 3.47  Évolutions de l'angle volant (a) et de l'accélération latérale (b)

Le multirégulateur intégré dans le prototype permet de maintenir le véhicule dans sa voie et d'eectuer des changements de voie de manière autonome, et ce à toutes les vitesses. Les essais sur prototypes ont montré que la méthode était stable et respecte le cahier des charges PSA en termes de rapidité de la commande, et donc de confort.

3.10. Validation et résultats sur prototype

3.10.4 Bilan : avantages, inconvénients et perspectives

Nous avons développé dans ce chapitre une méthode de multirégulation pour le guidage la-téral du véhicule en mode autonome. Cette méthode a été comparée à des régulateurs robustes de type CRONE. Il a d'abord été mis en avant que la consigne du régulateur jouait un rôle important dans le développement du régulateur. En eet, la dynamique latérale du véhicule est très sensible à la vitesse longitudinale, mais cette sensibilité est maximale au centre de gravité du véhicule et diminue lorsque l'on considère un point de visée devant le véhicule. En simula-tion, le multi-PID respecte mieux le cahier des charges en rapidité et précision que le régulateur CRONE de 3ème génération.

Le multi-PID développé a été implanté dans le prototype ADN1 du Groupe PSA. Les résul-tats sont concluants puisque le régulateur permet de réaliser les scénarios de maintien dans la voie et de changement de voie sur toute la plage de vitesse. En termes de performance, l'angle volant appliqué à la direction permet une conduite confortable, avec des accélérations latérales faibles. Cette dynamique assez lente, privilégiée sur les autoroutes et voies à chaussées séparées est valide à haute vitesse, car les rayons de courbure sont grands. Lors de virage, le véhicule peut donc se rapprocher de la ligne.

En l'état, le problème de la méthode de multirégulation développée ici est stable localement mais la stabilité globale n'a pas été prouvée. Nous avons essayé de formuler le problème en boucle fermée dans le cadre du formalisme multimodèle Takagi-Sugeno, puis de prouver la stabilité à partir de ce modèle. Cependant, cette méthode reste trop restrictive pour prouver la stabilité de notre système et d'autres outils sont étudiés an de prouver la stabilité du système bouclé.

La méthode proposée pourrait être enrichie en n'utilisant pas uniquement des PID mais d'autres types de régulateurs comme des régulateurs CRONE et H∞. Cela permettrait d'intro-duire un degré de robustesse aux variations paramétriques dans le régulateur. Une autre variante consisterait à utiliser diérents types de régulateurs dans le multirégulateur et ainsi avoir une somme de PID, PI ou autre. En eet, en revenant au cas du guidage latéral, un PI est susant aux basses vitesses, car il n'y a pas besoin de rajouter de phase. Le PID est utile pour les hautes vitesses.

Enn, la méthode a été validée en environnement autoroutier mais doit aussi être testée en environnement urbain, notamment en intersection et en rond-point qui sont des scénarios avec de fortes dynamiques latérales.