FR3049106A1 - DEVICE FOR MONITORING THE DRIVER OF A VEHICLE - Google Patents

Abstract

Un dispositif (DS) surveille un conducteur d'un véhicule (V) comprenant une colonne de direction (CD) actionnable par un volant et par un moteur (MCD) produisant un couple d'assistance, et un système d'assistance (SA) déterminant un angle de référence en fonction d'informations et le couple d'assistance en fonction d'un angle du volant et de l'angle de référence. Ce dispositif (DS) comprend des moyens de calcul (MCL) déterminant des valeurs de paramètres primaires d'un modèle paramétrique, représentatif du suivi de l'angle de référence par le conducteur en présence du couple d'assistance, en fonction des angle du volant, couple d'assistance et angle de référence, et obtenant du modèle paramétrique une valeur d'un paramètre de sortie, et des moyens de traitement (MT) transformant cette valeur du paramètre de sortie en un indicateur représentatif d'une contribution du conducteur dans le suivi de l'angle de référence par action sur le volant.A device (DS) monitors a driver of a vehicle (V) comprising a steering column (CD) actuable by a steering wheel and a motor (MCD) producing a driving torque, and an assistance system (SA) determining a reference angle according to information and the assist torque according to an angle of the steering wheel and the reference angle. This device (DS) comprises calculation means (MCL) determining primary parameter values of a parametric model, representative of the reference angle tracking by the driver in the presence of the assist torque, as a function of the angles of the steering wheel, assist torque and reference angle, and obtaining from the parametric model a value of an output parameter, and processing means (MT) transforming this value of the output parameter into an indicator representative of a contribution from the driver in the follow-up of the reference angle by action on the steering wheel.

Description

DISPOSITIF DE SURVEILLANCE DU CONDUCTEUR D’UN VÉHICULE L’invention concerne les véhicules comprenant une colonne de direction dont la position angulaire peut être contrôlée par un système d’assistance.

Certains véhicules, généralement de type automobile, comprennent une colonne de direction qui est actionnable par un volant et par un moteur propre à produire un couple d’assistance et faisant généralement partie du système de direction assistée. Ces véhicules comprennent parfois également un système d’assistance qui est au moins chargé de déterminer, d’une part, un angle de référence (représentatif de l’angle que devrait prendre le volant) en fonction d’informations qui les représentent (et notamment leur dynamique) et d’informations qui sont représentatives de leur environnement, et, d’autre part, le couple d’assistance que doit produire le moteur de la colonne de direction en fonction d’un angle du volant en cours et de l’angle de référence déterminé.

Selon leur configuration ces systèmes d’assistance peuvent au minimum contrôler le positionnement de leur véhicule par rapport à la direction transversale à la route et éventuellement assister les conducteurs dans la conduite de leur véhicule, voire parfois conduire leur véhicule sans que le conducteur n’agisse sur le volant (on parle alors de conduite autonome).

Quelle que soit la configuration, le conducteur doit toujours avoir la possibilité de prendre le contrôle au moins partiel du véhicule, et notamment de son volant, ce qui implique de prévoir la possibilité de partager la conduite entre le conducteur et le système d’assistance. C’est notamment indispensable lorsque le système d’assistance sort de son domaine de fonctionnement, par exemple du fait d’une situation de vie non couverte ou d’un dysfonctionnement. Dès lors qu’un tel partage est envisagé, il est nécessaire de savoir si le conducteur est ou non en mesure de (re)prendre le contrôle du véhicule, et donc il faut surveiller le conducteur de façon permanente.

Cette surveillance peut être assurée par un dispositif en fonction de mesures du couple qui est appliqué par le conducteur sur le volant, lesquelles sont réalisées par un capteur de couple du volant. Hélas, ce mode de surveillance présente plusieurs inconvénients.

En effet, dans certaines situations de conduite (par exemple en ligne droite), le conducteur n’exerce pas de couple sur le volant, alors même que l’une au moins de ses mains contrôle le volant, et donc le dispositif de surveillance va signaler que le conducteur est absent ou au mieux passif ce qui interdit le transfert du contrôle du véhicule à ce conducteur.

Par ailleurs, lorsque le système d’assistance redonne le contrôle du véhicule au conducteur alors qu’il n’est pas véritablement en mesure de le faire (par exemple du fait d’une situation critique ou d’une forte fatigue ou d’un taux d’alcoolémie élevé ou d’une consommation de stupéfiants), le dispositif de surveillance va signaler au système d’assistance que le conducteur exerce un couple et donc il va le laisser faire alors que ce couple est possiblement inefficace, voire inapproprié.

De plus, le capteur de couple doit être placé le plus proche possible du lieu où le conducteur exerce son couple et le plus loin possible des autres sources de couple (assistance, frottements, retour d’effort des roues et des pneumatiques). Or, cette contrainte n’est pas toujours possible à satisfaire en raison de la présence d’autres dispositifs implantés sur la colonne de direction ou au voisinage immédiat de cette dernière. Par conséquent, lorsque cette contrainte n’est pas satisfaite, il devient difficile de distinguer par une simple mesure le couple exercé par le conducteur du couple d’assistance appliqué par le moteur de la colonne de direction et déterminé par le système d’assistance, notamment si ils ont le même objectif. L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.

Elle propose notamment à cet effet un dispositif destiné à surveiller un conducteur d’un véhicule comprenant, d’une part, une colonne de direction actionnable par un volant et par un moteur propre à produire un couple d’assistance, et, d’autre part, un système d’assistance chargé de déterminer un angle de référence (que devrait prendre le volant) en fonction d’informations représentatives du véhicule et d’un environnement de ce dernier et le couple d’assistance à produire en fonction d’un angle du volant en cours et de l’angle de référence déterminé.

Ce dispositif de surveillance se caractérise par le fait qu’il comprend : - des moyens de calcul agencés pour déterminer des valeurs de paramètres primaires d’un modèle paramétrique, représentatif du suivi de l’angle de référence par le conducteur en présence du couple d’assistance, en fonction de l’angle du volant en cours, du couple d’assistance en cours et de l’angle de référence en cours, et pour alimenter ce modèle avec les valeurs de paramètres primaires déterminées pour obtenir une valeur d’un paramètre de sortie, et - des moyens de traitement agencés pour transformer cette valeur obtenue du paramètre de sortie en un indicateur représentatif d’une contribution du conducteur dans le suivi de l’angle de référence par action sur le volant.

Grâce à cet indicateur, on connaît désormais avec une bonne précision la capacité réelle du conducteur à contrôler son véhicule.

Le dispositif de surveillance selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - le modèle paramétrique peut être défini par l’équation θν = Gi*Ta + G2*0ref, où Gi et G2 sont des fonctions de transfert construites avec les paramètres primaires, θν est l’angle du volant, Ta est le couple d’assistance et 0ref est l’angle de référence ; > G1 peut être égal à (a2*s2 + a-i*s + ao)'1, où s est une variable de Laplace, et ao, a-ι, a2 et b0 sont les paramètres primaires, G2 peut être égal à bo*G-i, et b0/a0 peut être le paramètre de sortie ; > ses moyens de calcul peuvent être agencés pour déterminer les paramètres primaires et le paramètre de sortie au moyen d’un algorithme d’identification qui est choisi parmi (au moins) un algorithme des moindres carrés (ou LMS), un algorithme des moindres carrés récursifs (ou RLS) et un algorithme de variable instrumentale récursive (ou RIV) ; - ses moyens de traitement peuvent être agencés pour appliquer un filtrage de type passe-bas, avec une fréquence de coupure choisie, à la valeur obtenue du paramètre de sortie pour obtenir une valeur filtrée, puis pour réaliser une saturation de la valeur filtrée jusqu’à une valeur maximale choisie pour produire l’indicateur ; > la valeur maximale choisie peut être égale à un, de sorte que l’indicateur soit compris entre zéro et un ; > les moyens de traitement peuvent être agencés pour utiliser une fréquence de coupure comprise entre 3 rad/s et 8 rad/s. L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant, d’une première part, une colonne de direction actionnable par un volant et par un moteur propre à produire un couple d’assistance, d’une deuxième part, un système d’assistance chargé de déterminer un angle de référence en fonction d’informations représentatives du véhicule et d’un environnement de ce dernier et le couple d’assistance à produire en fonction d’un angle du volant en cours et de l’angle de référence déterminé, et, d’une troisième part, un dispositif de surveillance du type de celui présenté ci-avant. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et du dessin annexé, sur lequel l’unique figure illustre schématiquement et fonctionnellement un véhicule comprenant un exemple de système d’assistance et un exemple de réalisation d’un dispositif de surveillance selon l’invention. L’invention a notamment pour but de proposer un dispositif de surveillance DS destiné à surveiller le conducteur d’un véhicule V comprenant une colonne de direction CD, actionnable par un volant et par un moteur MCD, et un système d’assistance SA (éventuellement de conduite autonome).

Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule comprenant une colonne de direction actionnable par un volant et par un moteur.

On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de véhicule V comprenant une colonne de direction CD, un système d’assistance SA et un dispositif de surveillance DS selon l’invention.

La colonne de direction CD est couplée à un volant (non représenté) et à un moteur MCD, éventuellement de type électrique et faisant par exemple partie d’un dispositif de direction assistée ou d’un autre système d’assistance.

Le volant permet au conducteur du véhicule V d’exercer sur la colonne de direction CD un couple Te avec l’une au moins de ses mains.

On notera qu’un capteur CA est couplé à la colonne de direction CD afin de mesurer l’angle du volant θν.

Le moteur MCD est chargé d’appliquer un couple d’assistance Ta à la colonne de direction CD lorsqu’il en reçoit l’ordre du système d’assistance SA.

Le système d’assistance SA est notamment chargé de déterminer un angle de référence 0ref (que devrait prendre le volant) en fonction d’informations lv qui sont représentatives du véhicule V et d’informations Ie qui sont représentatives d’un environnement du véhicule V. Cette détermination peut se faire au moyen d’un premier module M1.

Les informations lv représentatives du véhicule V peuvent, par exemple, être fournies par un calculateur embarqué dans le véhicule V et chargé d’analyser sa dynamique. Par exemple, ces informations lv peuvent être représentatives de la position géographique en cours du véhicule V et/ou de la vitesse en cours du véhicule V et/ou de l’accélération en cours du véhicule V.

Les informations Ie représentatives de l’environnement du véhicule V peuvent, par exemple, être fournies par un calculateur embarqué dans le véhicule V et chargé, au moins, d’analyser son environnement. Ce calculateur détermine ces informations d’environnement Ie à partir de données qui sont acquises par des moyens d’acquisition embarqués dans le véhicule V et/ou transmises au véhicule V par des véhicules voisins (fonction Car2X) et/ou des stations d’informations voisines, par exemple par voie d’ondes. Les moyens d’acquisition peuvent, par exemple, comprendre au moins une caméra et/ou au moins un laser de balayage et/ou au moins un radar ou lidar. Ils sont au moins chargés d’analyser l’environnement situé devant le (ou en amont du) véhicule V.

Par exemple, ces informations d’environnement Ie peuvent être représentatives de la portion de route située devant le véhicule V, et en particulier de sa courbure et/ou de ses dimensions, de la distance en cours séparant le véhicule V d’un véhicule situé devant lui (ou en amont, ou à côté) ou derrière lui (ou en aval, ou à côté), de la vitesse ou accélération en cours d’un véhicule situé en amont ou en aval ou à côté du véhicule V, ou de la présence d’un virage ou d’un rond-point en amont.

Le système d’assistance SA est également chargé de déterminer le couple d’assistance Ta que le moteur MCD doit produire, en fonction de l’angle du volant θν en cours et de l’angle de référence 0ref venant d’être déterminé par le premier module M1. Cette détermination peut se faire au moyen d’un second module M2.

Le dispositif de surveillance DS comprend des moyens de calcul MCL et des moyens de traitement MT.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur l’unique figure, le dispositif de surveillance DS est implanté dans un calculateur CS qui est dédié à la surveillance du conducteur. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, il pourrait être implanté dans un autre calculateur embarqué dans le véhicule V, comme par exemple celui qui comprend les premier M1 et second M2 modules du système d’assistance SA, ou constituer lui-même un calculateur. Par conséquent, le dispositif de surveillance DS peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien d’une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels.

Les moyens de calcul MCL sont notamment agencés pour déterminer des valeurs de paramètres primaires d’un modèle paramétrique qui est représentatif du suivi de l’angle de référence 0ref par le conducteur en présence du couple d’assistance Ta (déterminé par le second module M2), en fonction de l’angle du volant θν en cours, du couple d’assistance Ta en cours et de l’angle de référence 0ret en cours.

Les moyens de calcul MCL sont également agencés pour alimenter (ou faire fonctionner) le modèle paramétrique avec les valeurs de paramètres primaires qu’ils ont déterminées pour obtenir une valeur d’un paramètre de sortie.

Les moyens de traitement MT sont agencés pour transformer la valeur du paramètre de sortie (obtenue par les moyens de calcul MCL) en un indicateur lc qui est représentatif d’une contribution du conducteur dans le suivi de l’angle de référence 0ref par action sur le volant.

Le paramètre de sortie, dont la valeur est délivrée par le modèle paramétrique lorsqu’il est alimenté avec les valeurs déterminées de ses paramètres primaires, peut lui-même être représentatif de la contribution précitée du conducteur.

Plusieurs modèles paramétriques peuvent être utilisés, et notamment ceux qui sont décrits dans les documents « Estimation fréquentielle par modèle non entier et approche ensembliste : application à la modélisation de la dynamique du conducteur >>, Khemane, thèse, Bordeaux 2011, « Optimal experiment design for driver steering dynamics identification >> de S. Abrashov, M. Moze, X. Moreau, R. Malti et F. Guillemard, ECC15, pp. 2120-2125, « Fractional modeling of driver’s dynamics. Parti : passive feedback and steering wheel >> de X. Moreau, F. Khemane, R. Malti et J.-L. Mermoz, Journal of Applied and Nonlinear Dynamics, 2014, et « Fractional modeling of driver’s dynamics. Part2 : set membership approach for steering feel and Visual feedback » de F. Khemane, R. Malti, and X. Moreau, Journal of Applied and Nonlinear Dynamics (JAND), 2014.

Par exemple, les moyens de calcul MCL peuvent utiliser un modèle paramétrique défini par l’équation θν = Gi*Ta + G2*0ret, où Gi et G2 sont des fonctions de transfert construites avec les paramètres primaires, θν est l’angle du volant, Ta est le couple d’assistance et 0ref est l’angle de référence. On comprendra que Gi est ici une première fonction de transfert entre le couple d’assistance Ta et l’angle du volant θν, et G2 est ici une seconde fonction de transfert entre l’angle de référence 0ref et l’angle du volant Qy.

Par exemple, on peut choisir :

où s est la variable de Laplace (substituable par jeu pour obtenir une impédance complexe), et a0, ai, a2 et b0 sont les paramètres primaires, G2 est égal à b0*G-i, et b0/a0 est le paramètre de sortie.

Cet exemple de modèle paramétrique prend en compte la dynamique de la colonne de direction CD, les propriétés passives moyennes du corps humain, les réflexes moyens du conducteur, et la poursuite visuelle de l’angle de référence du conducteur 0ref,c· En considérant ici que l’angle de référence du conducteur 0ref,c est égal à l’angle de référence 0ref (déterminé par le premier module M1), on a alors trois comportements différents du conducteur : - si le conducteur est absent, le paramètre bo est nul, et donc le conducteur ne suit pas du tout l’angle de référence 0ref et le modèle paramétrique correspond au modèle de la dynamique de la colonne de direction CD avec l’assistance, - si le conducteur est passif, le paramètre b0 reste petit, mais la valeur de a0 augmente et représente la résistance du conducteur au couple d’assistance Ta, - si le conducteur est actif, la valeur de bo tend vers celle de a0, et la seconde fonction de transfert G2 entre l’angle de référence 0ref et l’angle du volant 0v tend vers un (1) en régime permanent.

Pour déterminer les valeurs des paramètres primaires et produire l’indicateur IC (par exemple sous la forme d’un signal), il est préférable de travailler en temps réel. Dans ce cas, le modèle paramétrique du conducteur peut être réécrit sous la forme suivante : 3θ®ν "h aiS0v + 0y — Tassjst "h b09ref.

Cette dernière équation peut être réécrite sous une forme causale :

Cette dernière équation peut être réécrite sous la forme d’une régression linéaire :

où k est le numéro d’échantillon de l’instant correspondant (même si le modèle paramétrique choisi est en temps continu, les données sont échantillonnées).

Des algorithmes d’identification récursifs peuvent être utilisés par les moyens de calcul MCL, et en particulier l’algorithme de descente du gradient qui est défini par les équations :

où E est l’espérance mathématique qui est calculée de façon empirique, Qv f est l’angle du volant filtré et êVif est l’angle du volant mesuré et estimé.

Les moyens de calcul MCL peuvent utiliser différents algorithmes d’identification, et notamment l’algorithme LMS, un algorithme des moindres carrés récursifs (ou RLS) et un algorithme de variable instrumentale récursive (ou RIV).

Avec l’algorithme LMS, la toute dernière équation devient :

L’inconvénient de cet algorithme LMS réside dans le fait qu’il impose de choisir un gain μ qui dépend de l’ordre de grandeur des paramètres primaires et qui influe sur la rapidité du calcul. Afin de ne pas avoir à fixer un tel gain, il est possible d’utiliser l’algorithme des moindres carrés récursifs (ou RLS) qui utilise une variation dynamique du gain et qui est défini par :

où λ est un scalaire appelé facteur d’oubli, Pk est l’estimation de la matrice des covariance (4x4), et Kk est le gain d’estimation (1x4).

Cet algorithme RLS est plus rapide que l’algorithme LMS. Cependant, dans certains cas de bruit coloré il peut produire des estimations biaisées des valeurs des paramètres primaires. Pour éviter cet inconvénient, on peut alors utiliser l’algorithme de variable instrumentale récursive (ou RIV). La différence entre les algorithmes RLS et RIV réside dans la façon de calculer le vecteur x. Pour la méthode RIV, les valeurs mesurées de 0vfk sont remplacées par les valeurs Φkxk estimées lors de l’itération précédente.

On notera que dans les algorithmes RLS et RIV le facteur d’oubli λ apparaît. En fixant λ = 1, les moyens de calcul MCL n’oublient pas les échantillons précédents et le résultat d’identification tient compte de tous les échantillons des mesures de l’angle du volant. En diminuant le facteur d’oubli λ, le poids des anciennes estimations diminue exponentiellement. A titre d’exemple, on peut choisir un facteur d’oubli λ compris entre 0,95 et 0,99. Ce choix permet de fixer le compromis rapidité / bruit.

Le problème lié au facteur d’oubli λ vient de fait que le conducteur et l’assistance n’agissent pas tout le temps sur le volant et n’excitent pas suffisamment l’estimateur (par exemple sur une ligne droite). Par conséquent, la matrice P, correspondant à la matrice de covariance, tend vers l’infini et l’estimation diverge. Pour remédier à cet inconvénient on peut faire varier le facteur d’oubli λ en fonction de la persistance du signal d’entrée. A cet effet, on peut, par exemple, utiliser l’équation :

où trace(Pk) est la somme des éléments diagonaux de Pk, λ0 est le facteur d’oubli désiré, et y(k) est l’estimation du facteur de persistance. En utilisant cette équation le facteur d’oubli λ tend vers 1 quand le système n’est pas suffisamment excité.

Tant que l’estimation est faite, la contribution du conducteur peut être estimée à partir du paramètre de sortie —.

aO

On notera qu’afin d’éviter les variations trop rapides ou le bruit indésirable du paramètre de sortie —, les moyens de traitement MT peuvent a0 être agencés pour appliquer un filtrage de type passe-bas, avec une fréquence de coupure u>c choisie (en rad/s), à la valeur obtenue du paramètre de sortie (ici —), pour obtenir une valeur filtrée, puis pour réaliser une saturation de cette a0 valeur filtrée jusqu’à une valeur maximale choisie pour produire l’indicateur le.

Par exemple ce filtrage de type passe-bas peut être défini par la relation

où n est l’ordre du filtre.

Egalement par exemple, la valeur maximale choisie par les moyens de traitement MT pour la saturation peut être égale à un (1), de sorte que l’indicateur lc soit compris entre zéro (0) et un (1).

Egalement par exemple, les moyens de traitement MT peuvent être agencés pour utiliser une fréquence de coupure u>c comprise entre 3 rad/s et 8 rad/s.

On notera que l’on peut régler la rapidité et la précision des calculs et des traitements en modifiant les paramètres u>c et λ0. L’invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : - une amélioration de la sécurité lors de la reprise du contrôle du véhicule par le conducteur, du fait d’une bien meilleure évaluation de la capacité du conducteur à poursuivre la conduite sans assistance, - une amélioration de l’ergonomie de conception des systèmes d’assistance (éventuellement de conduite autonome), du fait que le niveau du couple d’assistance peut désormais être déterminé en fonction de l’information lc qui est représentative de la contribution du conducteur dans le suivi de l’angle de référence par action sur le volant, - une possible suppression du capteur de couple du volant, du fait que ce dernier peut être remplacé par une estimation du couple à partir des mesures de l’angle du volant.

The invention relates to vehicles comprising a steering column whose angular position can be controlled by an assistance system.

Certain vehicles, generally of the automotive type, comprise a steering column which can be actuated by a steering wheel and by a motor capable of producing an assist torque and which is generally part of the power steering system. These vehicles sometimes also include a support system which is at least responsible for determining, on the one hand, a reference angle (representative of the angle that should take the steering wheel) based on information that represent them (and in particular their dynamics) and information that is representative of their environment, and, secondly, the assistance torque that the engine of the steering column must produce according to an angle of the current steering wheel and the reference angle determined.

According to their configuration, these assistance systems can at least control the positioning of their vehicle with respect to the direction transverse to the road and possibly assist the drivers in the driving of their vehicle, or even sometimes drive their vehicle without the driver acting on the steering wheel (we speak of autonomous driving).

Whatever the configuration, the driver must always have the opportunity to take control at least partial of the vehicle, including the steering wheel, which involves providing the possibility of sharing the pipe between the driver and the assistance system. This is particularly necessary when the assistance system goes out of its operating range, for example because of an unhealed living situation or a malfunction. Once such sharing is envisaged, it is necessary to know whether or not the driver is able to (re) take control of the vehicle, and therefore the driver must be permanently monitored.

This monitoring can be provided by a device based on torque measurements that is applied by the driver on the steering wheel, which are performed by a steering wheel torque sensor. Unfortunately, this surveillance mode has several disadvantages.

Indeed, in certain driving situations (for example in a straight line), the driver does not exert a torque on the steering wheel, even though at least one of his hands controls the steering wheel, and therefore the monitoring device is signal that the driver is absent or at best passive which prohibits the transfer of control of the vehicle to this driver.

Furthermore, when the assistance system gives the driver control of the vehicle when he is not really able to do so (for example because of a critical situation or a high level of fatigue or high blood alcohol level or drug consumption), the monitoring device will signal to the assistance system that the driver has a couple and therefore he will let it do so that this couple is possibly ineffective, or even inappropriate.

In addition, the torque sensor must be placed as close as possible to the place where the driver exerts his torque and as far as possible from the other sources of torque (assistance, friction, force feedback from the wheels and the tires). However, this constraint is not always possible to satisfy because of the presence of other devices located on the steering column or in the immediate vicinity of the latter. Therefore, when this constraint is not satisfied, it becomes difficult to distinguish by a simple measurement the torque exerted by the driver of the assistance torque applied by the engine of the steering column and determined by the assistance system, especially if they have the same goal. The invention is therefore particularly intended to improve the situation.

It proposes for this purpose a device for monitoring a driver of a vehicle comprising, on the one hand, a steering column operable by a steering wheel and by a motor capable of producing an assist torque, and, on the other hand, on the other hand, an assistance system to determine a reference angle (which the steering wheel should take) on the basis of information representative of the vehicle and an environment of the latter and the assistance torque to be produced according to a current steering wheel angle and the determined reference angle.

This monitoring device is characterized by the fact that it comprises: calculating means arranged to determine values of primary parameters of a parametric model, representative of the reference angle tracking by the driver in the presence of the torque of according to the current steering wheel angle, the current assist torque and the current reference angle, and to supply this model with the primary parameter values determined to obtain a value of one output parameter, and processing means arranged to transform this value obtained from the output parameter into an indicator representative of a contribution of the driver in the follow-up of the reference angle by action on the steering wheel.

With this indicator, we now know with a good precision the real ability of the driver to control his vehicle.

The monitoring device according to the invention may comprise other characteristics that can be taken separately or in combination, and in particular: the parametric model can be defined by the equation θν = Gi * Ta + G2 * 0ref, where Gi and G2 are transfer functions constructed with the primary parameters, θν is the steering wheel angle, Ta is the assist torque, and 0ref is the reference angle; > G1 can be equal to (a2 * s2 + ai * s + ao) '1, where s is a Laplace variable, and ao, a-ι, a2 and b0 are the primary parameters, G2 can be equal to bo * Gi, and b0 / a0 may be the output parameter; its calculation means can be arranged to determine the primary parameters and the output parameter by means of an identification algorithm which is chosen from (at least) a least squares algorithm (or LMS), a least squares algorithm recursive (or RLS) and a recursive instrumental variable (or RIV) algorithm; its processing means can be arranged to apply low-pass filtering, with a chosen cut-off frequency, to the value obtained from the output parameter to obtain a filtered value, then to saturate the filtered value until at a maximum value chosen to produce the indicator; > the maximum value chosen can be equal to one, so that the indicator is between zero and one; the processing means can be arranged to use a cutoff frequency of between 3 rad / s and 8 rad / s. The invention also proposes a vehicle, possibly of automobile type, and comprising, firstly, a steering column actuable by a steering wheel and by a motor capable of producing an assist torque, a second part, a assistance system for determining a reference angle based on information representative of the vehicle and an environment thereof and the assist torque to be produced according to an angle of the current steering wheel and the angle determined reference, and, thirdly, a monitoring device of the type shown above. Other features and advantages of the invention will appear on examining the detailed description below, and the attached drawing, in which the single figure schematically and functionally illustrates a vehicle comprising an example of an assistance system and a exemplary embodiment of a monitoring device according to the invention. The object of the invention is in particular to propose a surveillance device DS intended to monitor the driver of a vehicle V comprising a steering column CD, actuable by a steering wheel and a DCM motor, and an assistance system SA (possibly autonomous driving).

In what follows, it is considered, by way of non-limiting example, that the vehicle V is automotive type. This is for example a car. But the invention is not limited to this type of vehicle. It concerns indeed any type of vehicle comprising a steering column operable by a steering wheel and by a motor.

FIG. 1 shows schematically an example of a vehicle V comprising a steering column CD, an assistance system SA and a monitoring device DS according to the invention.

The steering column CD is coupled to a steering wheel (not shown) and a DCM motor, possibly of the electric type and forming part of a power steering device or other assistance system.

The steering wheel allows the driver of the vehicle V to exercise on the steering column CD Te couple with at least one of his hands.

Note that a CA sensor is coupled to the steering column CD to measure the steering wheel angle θν.

The MCD engine is responsible for applying a assist torque Ta to the steering column CD when it receives the order from the assistance system SA.

The assistance system SA is in particular responsible for determining a reference angle θref (which should take the steering wheel) based on information lv which are representative of the vehicle V and information Ie which are representative of a vehicle environment V This determination can be done by means of a first module M1.

The representative information lv of the vehicle V can, for example, be provided by an on-board computer in the vehicle V and responsible for analyzing its dynamics. For example, this information lv may be representative of the current geographical position of the vehicle V and / or the current speed of the vehicle V and / or the current acceleration of the vehicle V.

The information Ie representative of the environment of the vehicle V may, for example, be provided by a computer embedded in the vehicle V and responsible, at least, to analyze its environment. This calculator determines this environment information Ie from data which are acquired by acquisition means on board the vehicle V and / or transmitted to the vehicle V by neighboring vehicles (Car2X function) and / or information stations. neighboring, for example by wave. The acquisition means may, for example, comprise at least one camera and / or at least one scanning laser and / or at least one radar or lidar. They are at least responsible for analyzing the environment in front of (or upstream of) the vehicle V.

For example, this environment information Ie may be representative of the portion of the road in front of the vehicle V, and in particular of its curvature and / or its dimensions, of the current distance separating the vehicle V from a vehicle located in front of (or upstream from, or alongside) or behind (or downstream, or adjacent to) the speed or acceleration of a vehicle upstream or downstream or adjacent to Vehicle V, or the presence of a turn or a roundabout upstream.

The assistance system SA is also responsible for determining the assist torque Ta that the DCM motor must produce, as a function of the angle of the flywheel θν in progress and the reference angle θf that has just been determined by the first module M1. This determination can be done by means of a second module M2.

The monitoring device DS comprises calculating means MCL and processing means MT.

In the example shown in non-limiting manner in the single figure, the monitoring device DS is located in a computer CS which is dedicated to monitoring the driver. But this is not obligatory. Indeed, it could be implanted in another computer embedded in the vehicle V, such as the one comprising the first M1 and second M2 modules of the assistance system SA, or itself constitute a computer. Therefore, the monitoring device DS can be realized in the form of software modules (or computer or "software"), or a combination of electronic circuits (or "hardware") and software modules.

The calculation means MCL are in particular arranged to determine primary parameter values of a parametric model which is representative of the monitoring of the reference angle θref by the driver in the presence of the assist torque Ta (determined by the second module M2 ), as a function of the angle of the current flywheel θν, the assist torque Ta in progress and the reference angle 0ret in progress.

The calculation means MCL are also arranged to supply (or operate) the parametric model with the primary parameter values they have determined to obtain a value of an output parameter.

The processing means MT are arranged to transform the value of the output parameter (obtained by the calculation means MCL) into an indicator lc which is representative of a contribution of the driver in the follow-up of the reference angle θref by action on the wheel.

The output parameter, whose value is delivered by the parametric model when it is fed with the determined values of its primary parameters, can itself be representative of the aforementioned contribution of the driver.

Several parametric models can be used, including those described in the documents "Non-integer model frequency estimation and set-theoretic approach: application to driver dynamics modeling", Khemane, thesis, Bordeaux 2011, "Optimal experiment design for driver steering dynamics identification >> by S. Abrashov, M. Moze, X. Moreau, R. Malti and F. Guillemard, ECC15, pp. 2120-2125, "Fractional modeling of driver's dynamics. Party: passive feedback and steering wheel >> by X. Moreau, F. Khemane, R. Malti and J.-L. Mermoz, Journal of Applied and Nonlinear Dynamics, 2014, and "Fractional modeling of driver's dynamics. Part 2: F. Khemane, R. Malti, and X. Moreau, Journal of Applied and Nonlinear Dynamics (JAND), 2014.

For example, the calculation means MCL can use a parametric model defined by the equation θν = Gi * Ta + G2 * 0ret, where Gi and G2 are transfer functions constructed with the primary parameters, θν is the steering wheel angle Ta is the assist torque and 0ref is the reference angle. It will be understood that Gi is here a first transfer function between the assist torque Ta and the steering wheel angle θν, and G2 is here a second transfer function between the reference angle θref and the steering wheel angle Qy.

For example, we can choose:

where s is the Laplace variable (playfully substitutable for complex impedance), and a0, ai, a2, and b0 are the primary parameters, G2 is b0 * Gi, and b0 / a0 is the output parameter.

This parametric model example takes into account the dynamics of the CD steering column, the average passive properties of the human body, the driver's average reflexes, and the visual pursuit of the reference angle of the driver 0ref, c · Considering here that the reference angle of the conductor 0ref, c is equal to the reference angle θref (determined by the first module M1), then there are three different behaviors of the driver: - if the driver is absent, the parameter bo is zero , and therefore the driver does not follow at all the reference angle 0ref and the parametric model corresponds to the model of the dynamics of the steering column CD with assistance, - if the driver is passive, the parameter b0 remains small, but the value of a0 increases and represents the resistance of the driver to the assisting torque Ta, - if the driver is active, the value of bo tends to that of a0, and the second transfer function G2 between the reflex angle erence 0ref and the angle of the flywheel 0v tends to one (1) in steady state.

To determine the values of the primary parameters and produce the IC indicator (for example in the form of a signal), it is preferable to work in real time. In this case, the parametric model of the conductor can be rewritten in the following form: ## EQU1 ##

This last equation can be rewritten in a causal form:

This last equation can be rewritten in the form of a linear regression:

where k is the sample number of the corresponding instant (even if the chosen parametric model is in continuous time, the data is sampled).

Recursive identification algorithms may be used by the calculation means MCL, and in particular the gradient descent algorithm which is defined by the equations:

where E is the empirical expectation which is calculated empirically, Qv f is the angle of the filtered flywheel and êVif is the angle of the measured and estimated flywheel.

The calculation means MCL can use different identification algorithms, and in particular the LMS algorithm, a recursive least squares (RLS) algorithm and a recursive instrumental variable (RIV) algorithm.

With the LMS algorithm, the latest equation becomes:

The disadvantage of this LMS algorithm lies in the fact that it imposes to choose a gain μ which depends on the order of magnitude of the primary parameters and which influences the speed of calculation. In order not to have to set such a gain, it is possible to use the recursive least squares (or RLS) algorithm that uses dynamic gain variation and is defined by:

where λ is a scalar called forgetting factor, Pk is the estimate of the covariance matrix (4x4), and Kk is the estimation gain (1x4).

This RLS algorithm is faster than the LMS algorithm. However, in some cases of colored noise it can produce biased estimates of primary parameter values. To avoid this disadvantage, we can then use the recursive instrumental variable algorithm (or RIV). The difference between RLS and RIV algorithms is how to calculate the x vector. For the RIV method, the measured values of 0vfk are replaced by the values Φkxk estimated during the previous iteration.

Note that in the RLS and RIV algorithms the forget factor λ appears. By fixing λ = 1, the calculation means MCL do not forget the previous samples and the identification result takes into account all the samples of the measurements of the steering wheel angle. By decreasing the forgetfulness factor λ, the weight of the old estimates decreases exponentially. For example, one can choose a forgetting factor λ between 0.95 and 0.99. This choice makes it possible to fix the speed / noise compromise.

The problem related to the forgetting factor λ comes from the fact that the driver and the assistance do not act all the time on the steering wheel and do not sufficiently excite the estimator (for example on a straight line). Consequently, the matrix P, corresponding to the covariance matrix, tends to infinity and the estimate diverges. To overcome this disadvantage, the forgetting factor λ can be varied as a function of the persistence of the input signal. For this purpose, it is possible, for example, to use the equation:

where trace (Pk) is the sum of the diagonal elements of Pk, λ0 is the desired forgetting factor, and y (k) is the estimate of the persistence factor. Using this equation the forgetting factor λ tends to 1 when the system is not sufficiently excited.

As long as the estimate is made, the driver contribution can be estimated from the output parameter -.

aO

It should be noted that in order to avoid too rapid variations or the undesirable noise of the output parameter -, the processing means MT may be arranged to apply a low-pass type filtering, with a chosen cut-off frequency u> c (in rad / s), to the value obtained from the output parameter (here -), to obtain a filtered value, then to saturate this filtered value a0 up to a maximum value chosen to produce the indicator le.

For example, this type of low-pass filtering can be defined by the relation

where n is the order of the filter.

Also for example, the maximum value chosen by the processing means MT for saturation may be equal to one (1), so that the indicator lc is between zero (0) and one (1).

Also for example, the processing means MT may be arranged to use a cutoff frequency u> c of between 3 rad / s and 8 rad / s.

Note that we can adjust the speed and accuracy of calculations and processing by changing the parameters u> c and λ0. The invention offers several advantages, among which: an improvement in safety when the driver regains control of the vehicle, because of a much better evaluation of the driver's ability to continue driving without assistance; improvement of the design ergonomics of the assistance systems (possibly autonomous driving), because the level of the assistance torque can now be determined according to the information lc which is representative of the contribution of the driver in the monitoring of the reference angle by action on the steering wheel, - a possible suppression of the steering wheel torque sensor, as the latter can be replaced by an estimation of the torque from the measurements of the steering wheel angle.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Dispositif (DS) de surveillance d’un conducteur d’un véhicule (V) comprenant une colonne de direction (CD) actionnable par un volant et par un moteur (MCD) propre à produire un couple d’assistance, et un système d’assistance (SA) chargé de déterminer un angle de référence en fonction d’informations représentatives dudit véhicule (V) et d’un environnement de ce dernier (V) et ledit couple d’assistance à produire en fonction d’un angle du volant en cours et dudit angle de référence déterminé, caractérisé en ce qu’il comprend i) des moyens de calcul (MCL) agencés pour déterminer des valeurs de paramètres primaires d’un modèle paramétrique, représentatif du suivi dudit angle de référence par ledit conducteur en présence dudit couple d’assistance, en fonction desdits angle du volant en cours, couple d’assistance en cours et angle de référence en cours, et pour alimenter ledit modèle avec lesdites valeurs de paramètres primaires déterminées pour obtenir une valeur d’un paramètre de sortie, et ii) des moyens de traitement (MT) agencés pour transformer ladite valeur obtenue du paramètre de sortie en un indicateur représentatif d’une contribution dudit conducteur dans le suivi dudit angle de référence par action sur ledit volant.1. Device (DS) for monitoring a driver of a vehicle (V) comprising a steering column (CD) actuable by a steering wheel and by a motor (MCD) capable of producing an assist torque, and a system means (SA) for determining a reference angle based on information representative of said vehicle (V) and an environment thereof (V) and said assist torque to be produced according to an angle of steering wheel in progress and said determined reference angle, characterized in that it comprises i) calculation means (MCL) arranged to determine values of primary parameters of a parametric model, representative of the tracking of said reference angle by said driver in the presence of said assist torque, according to said current steering wheel angle, current assist torque and current reference angle, and to supply said model with said primary parameter values in order to obtain a value of an output parameter, and ii) processing means (MT) arranged to transform said obtained value of the output parameter into an indicator representative of a contribution of said driver in the follow-up of said reference angle by action on said steering wheel. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit modèle paramétrique est défini par l’équation θν = Gi*Ta + G2*0ref, où Gi et G2 sont des fonctions de transfert construites avec lesdits paramètres primaires, θν est ledit angle du volant, TA est ledit couple d’assistance et 0ref est ledit angle de référence.2. Device according to claim 1, characterized in that said parametric model is defined by the equation θν = Gi * Ta + G2 * 0ref, where Gi and G2 are transfer functions constructed with said primary parameters, θν is said angle of the steering wheel, TA is said assist torque and 0ref is said reference angle. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que Gi est égal à (a2*s2 + ai*s + ao)'1, où s est une variable de Laplace, et ao, a2 et bo sont lesdits paramètres primaires, G2 est égal à bo*Gi, et bo/a0 est ledit paramètre de sortie.3. Device according to claim 2, characterized in that Gi is equal to (a2 * s2 + ai * s + ao) '1, where s is a Laplace variable, and ao, a2 and bo are said primary parameters, G2 is equal to bo * Gi, and bo / a0 is said output parameter. 4. Dispositif selon l’une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul (MCL) sont agencés pour déterminer lesdits paramètres primaires et ledit paramètre de sortie au moyen d’un algorithme d’identification choisi dans un groupe comprenant un algorithme des moindres carrés, un algorithme des moindres carrés récursifs et un algorithme de variable instrumentale récursive.4. Device according to one of claims 2 and 3, characterized in that said calculating means (MCL) are arranged to determine said primary parameters and said output parameter by means of an identification algorithm chosen from a group comprising a least squares algorithm, a recursive least squares algorithm and a recursive instrumental variable algorithm. 5. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour appliquer un filtrage de type passe-bas, avec une fréquence de coupure choisie, à ladite valeur obtenue du paramètre de sortie pour obtenir une valeur filtrée, puis pour réaliser une saturation de ladite valeur filtrée jusqu’à une valeur maximale choisie pour produire ledit indicateur.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that said processing means (MT) are arranged to apply a low-pass type filtering, with a chosen cutoff frequency, to said value obtained from the parameter of output to obtain a filtered value, and then to saturate said filtered value to a maximum value chosen to produce said indicator. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite valeur maximale choisie est égale à un, de sorte que ledit indicateur soit compris entre zéro et un.6. Device according to claim 5, characterized in that said maximum value chosen is equal to one, so that said indicator is between zero and one. 7. Dispositif selon l’une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour utiliser une fréquence de coupure comprise entre 3 rad/s et 8 rad/s.7. Device according to one of claims 5 and 6, characterized in that said processing means (MT) are arranged to use a cutoff frequency of between 3 rad / s and 8 rad / s. 8. Véhicule (V) comprenant i) une colonne de direction (CD) actionnable par un volant et par un moteur (MCD) propre à produire un couple d’assistance, et ii) un système d’assistance (SA) chargé de déterminer un angle de référence en fonction d’informations représentatives dudit véhicule (V) et d’un environnement de ce dernier (V) et ledit couple d’assistance à produire en fonction d’un angle du volant en cours et dudit angle de référence déterminé, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un dispositif de surveillance (DS) selon l’une des revendications précédentes.8. Vehicle (V) comprising i) a steering column (CD) operable by a flywheel and a motor (MCD) capable of producing a power assist torque, and ii) an assistance system (SA) for determining a reference angle as a function of information representative of said vehicle (V) and an environment thereof (V) and said assist torque to be produced as a function of an angle of the current flywheel and said determined reference angle , characterized in that it further comprises a monitoring device (DS) according to one of the preceding claims. 9. Véhicule selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il est de type automobile.9. Vehicle according to claim 8, characterized in that it is automotive type.