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[PENDING] Analyse du risque et détection de situations limites : application au développement des systèmes d’alerte au conducteur.

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Academic year: 2024

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L'architecture du système d'alarme proposé dans cette thèse pour la détection des situations dangereuses de sortie de voie est présentée dans la figure 1. Ce modèle prend en compte l'évolution de la dynamique et des paramètres mécaniques du véhicule.

Introduction

L’accidentologie

Principaux facteurs d’accidents

Perte de contrôle du véhicule liée à ses caractéristiques mécaniques, à celles de l'infrastructure et aux conditions de circulation et environnementales. Défaillance du conducteur liée à ses propres limites physiologiques (perception de l'environnement routier, perte d'attention, fatigue.

Les obstacles latéraux

Dans les deux cas, dans la plupart des accidents, l’excès de vitesse constitue une circonstance aggravante. Selon une étude sur les accidents publiée dans [ONI06], 25 % des accidents mortels pourraient être évités si tous les conducteurs respectaient les limites de vitesse.

Les accidents par sortie de voie

À l'aide d'un simulateur de dynamique des véhicules, des simulations et des mesures ont été réalisées pour déterminer l'influence de l'infrastructure sur la dynamique des véhicules. L'étude a révélé qu'agir sur l'infrastructure est le meilleur moyen de réduire la perte de contrôle dans les virages, qui résulte d'une forte mobilisation de l'adhérence.

Classification des accidents par sortie de voie

Le risque routier

Définition du risque

Indicateurs de risque liés au mode longitudinal

Calcul du profil de vitesse : Le profil de vitesse est calculé selon la formule suivante. Compte tenu de l'accélération longitudinale maximale (λlonacc), le profil de vitesse SPL1 surL est calculé à partir de la fin de la spirale négative du premier virage.

Indicateurs de risque liés au mode latéral

Mode Correctif : Dans ce mode, une correction est appliquée à la trajectoire du véhicule pour le ramener au centre de la trajectoire. L'angle de cap relatif indique l'erreur de cap du véhicule par rapport à la route.

L’assistance au conducteur et génération des alertes

  • Les systèmes avancés d’aide à la conduite ADAS
  • Les systèmes d’alerte pour les sorties de voie
  • Utilisation des bases de données cartographiques
  • Utilisation des observateurs
  • Systèmes d’alerte déjà développés dans la littérature

Lors du calcul de la vitesse autorisée, seule la courbure de la route est prise en compte. Le concept d'alerte longitudinale repose sur la vitesse critique, calculée uniquement en tenant compte de la courbure de la route.

Conclusion

Dans le cadre du projet AWAKE16 (Assessment of Driver Vigilance and Warning in Accordance with Traffic Risk Estimation) [PA03], un système a été développé pour la détection et le diagnostic de l'hypovigilance des conducteurs en temps réel, afin d'éviter les déplacements involontaires sur la route. Le système d'alerte que nous développons est basé sur la connaissance de l'évolution de l'état dynamique et des paramètres du modèle de véhicule.

Introduction

Le véhicule

  • Les différents mouvements du véhicule
  • Définition des repères
  • La dynamique du véhicule [Gla04, Nou02]
  • Modélisation du contact pneumatique/chaussée
  • Expressions des forces et des moments extérieurs
  • Expressions finales du modèle de véhicule
  • Validation du comportement du modèle

La figure 2.3 illustre l'origine de la vitesse résultante entre la vitesse du véhicule et . La figure 2.4 montre la vitesse au point de contact roue-sol et l'origine de la force.

L’infrastructure

Types de routes

La vitesse autorisée détermine la courbure maximale autorisée, l'angle d'inclinaison et l'inclinaison de la route. Le rayon de courbureR en fonction de la vitesse du véhiculeV est défini comme suit.

Géométrie de la route

Les changements d'angle de pente de la route sont également limités à 2 % par seconde de déplacement. La pente de la route est étudiée en fonction de la dynamique des véhicules pour différents types de routes.

Modélisation de la route

Il peut être exprimé comme l'inverse de la transition de

Le comportement du conducteur

Temps de réaction du conducteur

En cas d'événement imprévu, le conducteur réagit toujours avec un petit retard, qui représente son temps de réaction. Ce temps de réaction est généralement modélisé par un retard dans la boucle du système.

Adhérence mobilisée par le conducteur

Le temps de réponse moyen des conducteurs est égal à environ 1 seconde [PJT+99], il dépend de plusieurs facteurs complexes, nous en mentionnons quelques-uns. Le temps de réaction d'une personne est le temps nécessaire aux messages nerveux pour parcourir la chaîne d'éléments du système nerveux de son corps.

Conclusion

Introduction

Le cœur de l’unité d’observation, qui fournit les différentes mesures avancées, est représenté sur la figure 3.1. Il montre les sous-ensembles du modèle du véhicule (calculs de différentes quantités du modèle du véhicule) et l'unité d'estimation, représentés dans des blocs d'observateurs utilisés pour la reconstruction des états et des paramètres dynamiques.

Les observateurs et leurs applications dans le monde automobilemonde automobile

Une méthode pour estimer l'état et les forces de contact d'un véhicule a été présentée dans [HAD01]. Les résultats des simulations et des expériences ont montré une bonne convergence de l'observateur pour l'estimation des états (positions et vitesses).

Critère de l’observabilité des systèmes

Systèmes linéaires stationnaires

Systèmes non-linéaires

Estimation conjointe des états et des para- mètres dynamiques du véhiculemètres dynamiques du véhicule

  • Modèle de synthèse pour le filtre de Kalman étendu EKF
  • Filtre de Kalman Étendu (EKF)
  • Estimation des états et glissements
  • Estimation des raideurs longitudinales et latérales des pneumatiquesdes pneumatiques

Le filtre de Kalman étendu consiste en une mise à jour d'état et une mesure [WB04]. Cette dernière permet d'améliorer la qualité de l'estimation de l'angle d'inclinaison latérale du véhicule [SCM03], d'où la formulation des équations du modèle d'évolution du filtre de Kalman étendu.

Estimation des paramètres mécaniques du vé- hicule

Le modèle bicyclette non linéaire

Pour simplifier les calculs, nous utilisons les notations suivantes : 3.22) où Cf et Cr représentent respectivement les coefficients de rigidité des pneumatiques avant et arrière, Cy est le coefficient de pénétration latérale dans l'air, m représente la masse du véhicule et Iz est le moment d'inertie derrière z. On ne peut donc pas obtenir tous les paramètres Cf, Cr, lf, lr, Iz, Cy et m.

Estimation des paramètres avec le modèle bicyclette

L’avantage d’une telle formulation des paramètres est de les rendre indépendants de la vitesse, tout en simplifiant l’écriture du modèle. Pour garantir l'observabilité du système, nous utiliserons l'estimation de l'angle de dérive latérale du véhicule donnée par le premier EKF pour observer β.

Stabilité des estimateurs en cascade

Si le gain L est choisi selon les techniques de conception de l’estimateur, l’erreur d’estimation1 diminue vers zéro. Puisque K(ˆw,x, v)ˆ est choisi de telle sorte que la dynamique de l’erreur soit stable comme le montre l’expression 3.36.

Résultats des simulations et expérimentaux

Paramétrage des EKF et les sources d’erreurs

3.2 – Variations de bruit des variables d'entrée. deuxième filtre de Kalman étendu, nous n'avons en entrée que l'angle de braquage avec la même variance que celui du premier filtre. Le filtre de Kalman étendu utilisé dans la littérature utilise un modèle discrétisé du premier ordre.

Résultats de simulations

3.5 – simulation et estimation de : (a) l’angle de dérive latérale, (b) la vitesse longitudinale, (c) la vitesse latérale et (d) la vitesse de lacet. La figure 3.9 montre l'estimation de la rigidité longitudinale et latérale des pneus, à l'approche d'un virage à droite et en utilisant la méthode d'ajustement décrite dans la section 3.4.4.

Validation expérimentale

La figure 3.16 montre l'estimation de l'angle de mouvement latéral de chaque pneu par rapport à la valeur calculée à partir de la mesure. Fig.3.15 – Courbes d'évaluation du glissement longitudinal comparées à celles obtenues par calcul à partir de mesures.

Estimation des entrées inconnues [SSMG07]

  • Introduction
  • Objectifs du travail
  • Les méthodes utilisées
  • Résultats de simulations et expérimentaux

Dans cette partie, nous donnons les résultats de simulation et expérimentaux pour l'estimation de la condition xˆ et de l'angle d'inclinaison du chemin φr en présence de perturbations. Dans la figure 3.20, nous présentons les résultats de l'estimation d'état et les entrées non mesurées en considérant le 2ème cas.

Conclusion

Fig.3.23 – estimation de l'angle de pente, de l'angle de roulis du véhicule, du moment de lacet et de la force du vent latéral. Enfin, nous avons développé et appliqué une méthode de reconstruction de l'état dynamique, de l'angle d'inclinaison de la route en présence de perturbations et de défauts de mesure, basée sur l'observateur intégral proportionnel avec des entrées inconnues.

Introduction

Unité d’alerte pour les sorties de voie

Le module d'aide à la décision (SAM) propose trois statuts en fonction du niveau de risque, liés à chaque critère : pas d'alarme, niveau d'alarme bas et alarme haute. Afin de minimiser le nombre de fausses alertes possibles, une alerte forte n'est déclenchée que si un niveau d'alerte faible a déjà été déclenché.

Dynamique longitudinale

  • Introduction
  • Modèles existants de vitesse autorisée en virage
  • L’approche utilisée pour calculer la vitesse critique dans le virage [SGM06]
  • Calcul de la vitesse critique
  • Influence des paramètres
  • Validation du modèle
  • Conclusion

La figure 4.5 montre la variation de la vitesse critique en fonction du déplacement latéral et du glissement longitudinal. 4.5 – modification de la vitesse maximale autorisée en fonction du glissement longitudinal et de l'angle de déplacement latéral.

Dynamique limite latérale

  • Introduction
  • Dynamique latérale proprioceptive
  • Positionnement latéral du véhicule
  • Temps de sortie de route (TLC)
  • Conclusion

La figure 4.8 montre l'évolution du gradient d'autodirection (SSG) en fonction de la dynamique latérale du véhicule. Dans [MGN06a] plusieurs approches du TLC ont été proposées en utilisant différentes hypothèses sur la géométrie de la route et la trajectoire du véhicule.

Le couplage entre l’assistance longitudinale et l’assistance latérale

  • Analyse de la vitesse longitudinale
  • Analyse de la dynamique latérale
  • Analyse du positionnement latéral du véhicule
  • Analyse du temps de sortie de voie

Le processus de décision concernant la vitesse longitudinale du véhicule est le suivant : 1) Il n'y a pas d'avertissement en cas de vitesse excessive. 146 Restrictions dynamiques transversales et longitudinales à la sortie de la chaussée. le véhicule est plus grand que vf.

Expérimentation

La figure 4.19-c montre la vitesse réelle (mesurée) du véhicule (graphique plein) ainsi que le profil de vitesse calculé, à l'aide de la formule 4.4 (graphique en pointillés). Sur la figure 4.26-c on peut observer que le système détecte une situation critique de perte de contrôle latéral, alors que la vitesse du véhicule est inférieure à celle autorisée.

Conclusion

Un avertissement T LC moyen est également détecté (la LED s'allume en orange), mais le niveau de risque affiché au conducteur est de 2. Sur l'image, nous pouvons voir que l'écart latéral par rapport au centre de la voie est de 20 cm, et l'écart relatif l'angle de cap est de 0,5 degrés.

Introduction

Présentation du système "WILLWARN "

Classification des dangers

La présence d'obstacles ou de véhicules qui avancent lentement sur la route, notamment dans les virages, sont souvent à l'origine d'accidents de la route mortels. Pour plus de clarté, nous avons présenté dans le tableau 5.1 les différentes causes d'accidents correspondant aux types de dangers.

Architecture du système

Le module de détection des dangers (HDM)

Le schéma fonctionnel, illustré à la figure 5.6, montre principalement la configuration de la détection des risques. Les informations en bleu sont les informations les plus importantes pour la détection des risques et les informations en vert sont destinées à l'évaluation et à la catégorisation des risques.

Quelques fonctions du bloc logique HDM

Détection d’obstacles

Le schéma fonctionnel, qui permet de détecter une situation de freinage d'urgence, est présenté sur la figure 5.8. La détection d'un freinage d'urgence est évaluée en fonction de l'état du système d'assistance au freinage (BAS), de l'activation de l'ABS et de la décélération du véhicule.

Détection d’une adhérence dégradée

Freinage d'urgence : les informations sur le freinage d'urgence sont obtenues directement à partir de la quantité de freinage appliquée par le conducteur. L'état d'activation de l'ABS ou la mesure de l'accélération longitudinale en combinaison avec la vitesse longitudinale du véhicule permet également la détection d'une situation de freinage d'urgence.

Autres situations dangereuses

Simulation du système et affichage sur PDA

La figure 5.13-a montre le simulateur de véhicule où les entrées de direction sont l'angle de braquage et l'accélération longitudinale. Pour les autres capteurs, ils ont été simulés sur Labview, comme le montre la Figure 5.13-b.

Expérimentation

Démonstration de la balise RSU de WILLWARN

L'unité routière RSU du système WillWarn est conçue pour simuler des travaux routiers, un véhicule lent (arrêté) et tout risque lié à l'infrastructure.

Test expérimental

Conclusion

Cela a permis de conclure qu'il est nécessaire de prendre en compte la dynamique du véhicule lors du développement des systèmes d'avertissement de sortie de voie. L'influence des différents paramètres de la route (la pente, la pente et l'adhérence disponible sur la route), des états dynamiques du véhicule (la dérive latérale du véhicule et le glissement longitudinal), ainsi que des paramètres mécaniques (la masse du véhicule et la rigidité des pneus) sur la vitesse critique dans les virages a été présentée.

Synthèse d’observateur PI à entrée inconnue

Pour déterminer le vecteur L, qui représente le gain de l'observateur, nous utilisons le théorème 1 [Mar03]. Vitesse de convergence : Pour éviter une convergence trop lente de l'observateur vers les valeurs réelles, il est possible d'ajouter une contrainte LMI définie par B.10 qui impose la vitesse de convergence en imposant que les pôles de A−LC soient dans la moitié gauche complexe. plan défini par {z|Re(z) <−λ}, pour λ >0.

Modèle du véhicule

Études des cas d’application

Trajectoire circulaire des véhicules : Cette approximation prend en compte la route rectiligne et la trajectoire circulaire des véhicules (LD/CE). Trajectoire rectiligne du véhicule : supposons maintenant que le véhicule se trouve sur une section de route circulaire (virages) avec un rayon de courbure Rr constant.

Referências

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