FR3071197A1

FR3071197A1 - Procede de determination d’une consigne de vitesse pour minimiser la consommation energetique d’un vehicule

Info

Publication number: FR3071197A1
Application number: FR1758562A
Authority: FR
Inventors: Cedric Nouillant; Madjid Zerar; Nicolas Dollinger; Pierre Xavier Piras; Yann Chamaillard; Guillaume Colin; Kristan Gillet; Djamaleddine Maamria
Original assignee: Universite dOrleans; PSA Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr; UNIVERSITE ORLEANS, FR
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-03-22
Anticipated expiration: 2037-09-15
Also published as: FR3071197B1

Abstract

L'invention porte sur un procédé de détermination d'une consigne de vitesse pour une chaîne de traction d'un véhicule, ledit procédé comprenant les étapes suivantes - la détermination (E2) d'une distance d'observation, désignée horizon électronique, inférieure à la distance totale, - la mise en uvre (E3) d'un premier algorithme de détermination d'un profil de vitesse maximale sur un tronçon considéré, jusqu'à l'horizon électronique, à partir de données issues d'au moins une source, - la mise en uvre (E5) d'un deuxième algorithme d'optimisation de la consommation énergétique pour déterminer un profil de vitesse optimale permettant de minimiser la consommation énergétique sur le tronçon considéré, jusqu'à l'horizon électronique, en fonction au moins du profil de vitesse maximale déterminée par le premier algorithme.

Description

PROCEDE DE DETERMINATION D’UNE CONSIGNE DE VITESSE POUR MINIMISER LA CONSOMMATION ENERGETIQUE D’UN VEHICULE [001] L'invention concerne, de façon générale, les systèmes d’aide à la conduite, et concerne en particulier les systèmes d’aide à la conduite adaptés pour permettre la conduite assistée de véhicules, notamment de véhicules automobiles, de façon économe d’un point de vue énergétique.

[002] L’invention porte plus particulièrement sur un procédé de détermination d’un profil de consigne de vitesse pour minimiser la consommation énergétique d’un véhicule sur un trajet donné, en tenant compte de contraintes particulières, comme la vitesse maximale du véhicule sur des tronçons de trajet ou une heure souhaitée d’arrivée à destination par exemple.

[003] La présente invention vise à fournir à la chaîne de traction du véhicule les consignes associées, en termes de couple moteur et de rapport de boîte de vitesse notamment. La présente invention est applicable à tout véhicule, quel que soit le mode de motorisation dudit véhicule.

[004] Plus précisément, l’invention porte sur un algorithme, autrement dit une loi de commande, destiné à être embarqué typiquement dans un calculateur de la chaîne de traction d’un véhicule, permettant, à l’aide de données, de préférence fusionnées et issues de plusieurs sources (capteurs, système de navigation, service connecté de type « big data », etc.), sur un horizon de temps, désigné horizon électronique, de déterminer un profil de consigne de vitesse du véhicule ainsi que, le cas échéant, les commandes associées destinées à la chaîne de traction (couple moteur, rapport de la boîte de vitesse, etc.) dans le but de minimiser la consommation énergétique du véhicule.

[005] De manière classique, un conducteur conduit un véhicule automobile en contrôlant, d’une part, la trajectoire du véhicule ainsi que sa vitesse. Par ailleurs, un système de navigation est souvent prévu dans les véhicules actuels pour déterminer des points de passages définissant un trajet jusqu’à une destination visée.

[006] Aujourd’hui, les véhicules automobiles comprennent de nombreux autres systèmes d’aide à la conduite. Ces systèmes sont couramment désignés sous l’acronyme bien connu de l’homme de l’art ADAS, pour Advanced Driver Assistance Systems, signifiant systèmes avancés d’assistance au conducteur. De tels systèmes d’aide à la conduite équipent de plus en plus de véhicules, notamment des véhicules automobiles.

[007] Dans ce contexte, la présente invention propose un procédé de détermination d’une stratégie d’optimisation énergétique du véhicule, quel que soit le type de chaîne de traction, conventionnelle, hybride ou électrique.

[008] Il existe, dans l’état de la technique, différentes méthodes pour définir le principe d’une loi de commande visant à minimiser la consommation énergétique d’un véhicule sur un trajet donné, comme par exemple dans le document US 9081651.

[009] Cependant, de façon générale, les solutions connues répondent seulement à quelques situations de vie isolées - imminence d’un virage, présence d’un panneau « stop », etc. - mais ne proposent pas de solution complète et détaillée à la problématique technique posée.

[0010] Les solutions existantes ne sont par conséquent que partielles et se basent sur l’exploitation d’une source particulière, sans capacité à proposer une loi de commande générique applicable à un horizon électronique.

[0011] Pour pallier au moins en partie les inconvénients listés ci-dessus, la présente invention propose un procédé permettant de déterminer, de préférence à l’aide de données fusionnées issues de plusieurs sources, un profil de vitesse optimale sur un horizon de temps donné désigné horizon électronique.

[0012] Le procédé selon l’invention propose ainsi une solution pour minimiser la consommation énergétique du véhicule, notamment sous contrainte, par exemple relative à une heure d’arrivée souhaitée.

[0013] Pour parvenir à ce résultat, la présente invention concerne un procédé de détermination d’une consigne de vitesse pour une chaîne de traction d’un véhicule, sur un trajet permettant d’atteindre une destination en parcourant une distance totale, ledit trajet étant composé d’une pluralité de tronçons successifs, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

- la détermination d’une distance d’observation, désignée horizon électronique, inférieure à la distance totale, la mise en oeuvre d’un premier algorithme de détermination d’un profil de vitesse maximale sur un tronçon considéré, jusqu’à l’horizon électronique, à partir de données issues d’au moins une source parmi : un système d’aide à la conduite du véhicule, un système de navigation par satellite, un service connecté à un serveur distant, la mise en oeuvre d’un deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique pour déterminer un profil de vitesse optimale permettant de minimiser la consommation énergétique sur le tronçon considéré, jusqu’à l’horizon électronique, en fonction au moins du profil de vitesse maximale déterminée par le premier algorithme.

[0014] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape finale de transmission à la chaîne de traction d’une consigne correspondant audit profil de vitesse optimale.

[0015] Grâce au procédé selon l’invention, la chaîne de traction d’un véhicule peut être commandée en temps réel de façon à minimiser la consommation énergétique du véhicule, à partir de données pouvant être issues de plusieurs sources et fusionnées, et en tenant compte de contraintes impactant la vitesse maximale du véhicule sur le tronçon considéré, jusqu’à l’horizon électronique.

[0016] Avantageusement, le deuxième algorithme détermine le profil de vitesse optimale également en fonction d’une heure souhaitée d’arrivée à destination.

[0017] Avantageusement, le premier algorithme comprend une sous-étape de fusion de données issues de deux au moins des sources suivantes : un système d’aide à la conduite du véhicule, un système de navigation par satellite, un service connecté à un serveur distant.

[0018] Avantageusement, la transmission de la consigne de profil de vitesse optimale comprend par ailleurs la transmission de consignes de couple moteur et de rapport de boîte de vitesse.

[0019] Avantageusement, le procédé comprend la détermination manuelle ou automatique de points de passages correspondant audit trajet.

[0020] Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, préalablement à la mise en oeuvre du premier algorithme, une étape de détermination d’un horizon de calcul correspondant à une distance inférieure à la distance d’observation et, sur chaque tronçon de trajet, une fois atteint l’horizon de calcul, la remise en oeuvre du premier algorithme pour le tronçon de trajet suivant.

[0021] Il est à noter qu’après la mise en oeuvre du premier algorithme sur l’horizon de calcul, ledit premier algorithme peut être à nouveau mis en oeuvre, à tout moment, si le véhicule n’a pas suivi la consigne de vitesse optimale précédemment calculée.

[0022] L’invention concerne également un système d’aide à la conduite pour véhicule, destiné à coopérer avec une chaîne de traction dudit véhicule, comprenant au moins un calculateur configuré pour mettre en oeuvre le procédé brièvement décrit ci-dessus.

[0023] L’invention concerne également un véhicule comprenant au moins une chaîne de traction et un système d’aide à la conduite, tel que décrit ci-dessus, adapté pour envoyer des consignes à ladite chaîne de traction.

[0024] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui montrent :

• la figure 1, les étapes d’un mode de mise en oeuvre du procédé selon l’invention, • la figure 2, le diagramme représentant la mise en oeuvre de l’algorithme d’optimisation de la consommation énergétique du procédé selon l’invention, et • la figure 3, le diagramme montrant la mise en oeuvre du procédé selon l’invention en fonction d’un horizon de calcul.

[0025] Dans ce qui va suivre, les modes de réalisation décrits s’attachent plus particulièrement à deux formes de mise en oeuvre du procédé selon l’invention pour un véhicule automobile. Cependant, toute forme de mise en oeuvre dans un contexte différent, en particulier pour tout type de véhicule (automobile, train, bateau, aéronef, etc.), est également visée par la présente invention.

[0026] Le contexte général de la présente invention est celui d’un véhicule conduit par un conducteur se déplaçant sur des voies de circulation routières. Un tel véhicule comprend une chaîne de traction destinée à mettre en oeuvre des consignes, de vitesse, de couple moteur, de rapport de boîte de vitesse, etc., afin que le véhicule puisse se mouvoir de façon à respecter différentes contraintes. Lesdites consignes sont déterminées par un ou plusieurs calculateurs appartenant, de façon générale, à un système d’aide à la conduite du véhicule, notamment dans le contexte d’un véhicule autonome. Ainsi, lesdites consignes de couple moteur et de rapport de boîte de vitesse peuvent être données à titre indicatif, sous la forme d’une aide visuelle affichée par une interface homme-machine à l’attention du conducteur, ou être appliquées directement par la chaîne de traction d’un véhicule autonome dans un ultime niveau d’automatisation; plusieurs variantes étant possibles entre ces deux réalisations suivant le niveau d’automatisation du véhicule (boite de vitesses automatique, etc.). La présente invention concerne un procédé de détermination de telles consignes destinées à la chaîne de traction d’un véhicule.

[0027] Le procédé selon l’invention est utilisable quel que soit le type de chaîne de traction : conventionnelle ou thermique, électrique ou hybride, et peut être par exemple intégré à un système de navigation embarqué ou débarqué.

[0028] La figure 1 montre un exemple d’implémentation du procédé selon l’invention. Ledit procédé est destiné à être mis en oeuvre par un ou plusieurs calculateurs configurés pour envoyer des commandes à la chaîne de traction d’un véhicule.

[0029] La présente invention comprend une première étape E1 de détermination d’un trajet. Ledit trajet peut être composé d’une pluralité de points de passage permettant d’atteindre une destination. Cette pluralité de points de passages peut être saisie manuellement ou déterminée par un système de navigation, tel qu’un système de navigation par satellite ou par une combinaison de points de passage déterminé automatiquement par un système de navigation et de points de passage saisis manuellement.

[0030] Ledit trajet peut encore être déterminé au moyen d’un service connecté, par exemple relayé via une application installée sur un terminal portable de type smartphone présent à bord du véhicule, ou connecté à un service de type « big data >> relayé par un boîtier télématique autonome, connu sous l’acronyme BTA, dont la fonction principale est de collecter et de transmettre un ensemble d’informations relatives au véhicule et à son usage.

[0031] Sur le trajet ainsi défini, on notera d la distance curviligne, sur ledit trajet, entre le point de départ et la position courante du véhicule.

[0032] La présente invention prévoit ensuite une étape E2 de détermination d’une distance d’observation, notée Do, également désignée horizon électronique, sur laquelle un premier algorithme de de détermination d’un profil de vitesses maximale détermine, lors d’une étape E3, une contrainte de profil de vitesse maximale entre la position courante du véhicule, notée d, et la position de l’horizon électronique d+Do.

[0033] Cette détermination de la contrainte de profil de vitesse maximale estimée sur la distance d’observation Do par le premier algorithme peut se baser en particulier sur des données fusionnées issues d’une pluralité de sources, comme un système d’aide à la conduite et/ou un système de navigation par satellite et/ou, encore, un service connecté à un serveur distant de type « big data >>. Le premier algorithme peut ainsi prendre en compte les limitations de vitesse, la présence d’arrêts obligatoires ou probables dus à des panneaux « stop >> ou « cédez le passage >>, à des feux de circulation routière ou à des passages piétons, ou encore les conditions de circulation par exemple. Une étape optionnelle E4 de calibration de paramètres internes à un deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique est également prévue. Lesdits paramètres internes seront décrits ultérieurement.

[0034] Lors d’une étape E5, ledit deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique est mis en oeuvre. Le deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique détermine, au moins en fonction de la contrainte de profil de vitesse maximale déterminée par le premier algorithme, un profil de vitesse optimale sur la distance d’observation, ledit profil de vitesse optimale étant destinée à être transmis, lors de l’étape E6, à la chaîne de traction du véhicule.

[0035] Le cas échéant, le procédé selon l’invention comprend par ailleurs le calcul de sous-consignes associées destinée à être mises en oeuvre par la chaîne de traction du véhicule, comme une consigne de couple moteur ou de rapport de boîte de vitesse par exemple.

[0036] Pour parvenir à déterminer une consigne de profil de vitesse optimale sur un trajet donné, composé de tronçons successifs, la fonction de consommation énergétique du véhicule au cours du temps doit être minimisée. Comme cela est connu, une telle fonction de consommation énergétique d’un véhicule en fonction du temps dépend de la vitesse et des commandes transmises à la chaîne de traction. Par exemple, pour atteindre ou maintenir une vitesse donnée du véhicule, les commandes de couple moteur et/ou de rapport de la boîte de vitesse influencent directement la consommation énergétique du véhicule. L’homme du métier est parfaitement apte à connaître et à déterminer la fonction de consommation énergétique d’un véhicule donné, en fonction du temps, ladite fonction dépendant de la vitesse du véhicule et des commandes envoyées à la chaîne de traction.

[0037] Dans les expressions mathématiques qui suivent, le temps est noté t, la vitesse du véhicule est notée v, les commandes transmises à la chaîne de traction du véhicule (par exemple le couple moteur et le rapport de boîte de vitesse) sont notées u. dest la distance curviligne sur le trajet parcourue par le véhicule depuis son point de départ, D étant la distance finale parcourue une fois la destination atteinte à l’instant noté tf. La fonction conso() définit la consommation énergétique du véhicule et l’indice opti est utilisée pour marquer les profils optimaux de vitesse et de commandes à transmettre à la chaîne de traction du véhicule, recherchés et déterminés par le deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique du véhicule.

[0038] Enfin, comme cela est connu, la notation mathématique Argmin définit l’ensemble de points en lesquels l’expression qui suit la notation atteint sa valeur minimale.

[0039] De fait :

(1 ) [v_opti(t), Uoptttf)} = ^Ar9™ⁱⁿ _Conso[v(t), u(t/) . dt [0040] La présente invention prévoit par ailleurs la prise en compte de la contrainte de vitesse maximale v_max déterminée par le premier algorithme sur la distance d’observation :

< v(t) < v_max(d(t)) [0041] Par ailleurs, par définition :

t d(t) = J v(t). dt o [0042] et :

dÇtf) = D [0043] Selon un mode de réalisation préféré, une contrainte sur l’heure souhaitée d’arrivée est par ailleurs intégrée à l’équation. Ainsi, pour intégrer une contrainte de distance parcourue dans un temps donné, un paramètre β introduisant une dépendance vis-à-vis du temps de parcours est intégré. L’équation (1) devient donc :

(2) {v_opti(d),u_opti(d)} = ^Ar9™ⁱⁿ ^[conso(v(d),u(d/) + β].Δί(άϋ), la fonction conso() étant, comme expliqué précédemment, aisément déterminable par l’homme du métier à partir de ses connaissances techniques et des caractéristiques du véhicule considéré.

[0044] Pour définir le deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique, permettant d’obtenir les profils de commandes u_opti(t) et de vitesse v_opti(t), sur l’horizon électronique défini par Do, la présente invention prévoit le recours à un algorithme de programmation dynamique issu du principe de Bellman, développé par Richard Bellman.

[0045] En référence à la figure 2, selon le principe de Bellman, tel que mis en oeuvre dans le procédé selon l’invention :

i. le parcours est défini, entre le point de départ « 0 >> et le point d’arrivée D (étape E1 du procédé) ;

ii. le parcours est de préférence discrétisé par un pas de distance constant Ad;

iii. la vitesse du véhicule peut également être discrétisée avec un pas Δν ;

iv. le parcours peut optionnellement comprendre des contraintes de vitesse, en particulier de vitesse maximale (telles que déterminées par le premier algorithme à l’étape E3).

v. à chaque profil de vitesse possible correspond un coût énergétique J ;

vi. le profil de vitesse optimale MinJ sur l’horizon électronique est déterminé de façon à permettre de minimiser le coût énergétique en respectant les contraintes (en particulier de vitesse maximale) à chaque pas de distance.

[0046] Selon une variante de réalisation, le trajet peut ne comprendre qu’un seul tronçon, le parcours n’étant pas découpé en une pluralité de tronçons AD. L’avantage de cette variante réside dans le fait que le deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique est ainsi a priori assuré de déterminer une solution effectivement optimale. L’inconvénient associée réside dans le fait que la puissance de calcul nécessaire est élevée, et potentiellement non disponible à bord du véhicule, en particulier si le trajet est long.

[0047] C’est pourquoi, de manière préférée, le trajet est découpé en une pluralité de tronçons AD de taille correspondant à l’horizon électronique Do.

[0048] En référence à la figure 3, pour que les consignes de vitesse issues du deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique du véhicule soient les plus réactives possibles, la présente invention comprend un mode de réalisation dans lequel ledit deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique est exécuté, pour le tronçon suivant, lorsque le véhicule atteint, sur le tronçon courant, une distance Df inférieure à la distance d’observation Do.

[0049] Comme indiqué précédemment, l’étape E2 consiste à déterminer la distance d’observation Do.

[0050] La distance d’observation correspond, comme défini précédemment, à un « horizon électronique >> jusqu’auquel les données issues de préférence de différentes sources sont fusionnées pour permettre la détermination, in fine, d’un profil de vitesse optimale destinée à la chaîne de traction du véhicule. Ladite distance d’observation est notamment limitée techniquement par la technologie des capteurs utilisés pour collecter les données à fusionner, tels que le Lidar par exemple.

[0051] La distance d’observation Do peut ainsi être une valeur fixe ou être adaptée en temps réel, en particulier en fonction de la vitesse moyenne du véhicule.

[0052] Par exemple :

Do = v x to où to est l’horizon temporel d’observation fixé en fonction des moyens techniques, c’est-à-dire des sources de données utilisées, et v est la vitesse moyenne du véhicule.

[0053] La distance d’observation Do peut dépendre par conséquent, de la nature du trajet et de la puissance de calcul disponible à bord du véhicule.

[0054] Comme évoqué brièvement précédemment, le procédé selon l’invention comprend optionnellement une étape de détermination d’autres paramètres internes du deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique du véhicule. Ainsi, pour tenir compte d’une heure d’arrivée souhaitée du véhicule à destination, selon un mode de réalisation, le paramètre β peut être introduit dans l’équation (2) ci-dessus. Ce paramètre β est, par définition, une fonction monotone croissante de la vitesse moyenne du trajet à réaliser. De ce fait, le paramètre β est estimé à partir de la vitesse moyenne du véhicule sur le trajet.

[0055] L’estimation de la vitesse moyenne du parcours peut être réalisée selon plusieurs sources dont :

- une moyenne sur une fenêtre de temps glissante relative à la vitesse véhicule,

- une estimation par analyse des vitesses moyennes déduites des enregistrements de trajets identiques effectués précédemment par le véhicule considéré ou par d’autres véhicules, notamment via des données issues de services connectés de type « big data >> ; ou

- une fusion de plusieurs méthodes d’estimation, telles que celles évoquées ci-dessus notamment.

[0056] Enfin, comme décrit précédemment, le paramètre interne Df, correspondant à un horizon de calcul, est également défini pour permettre d’optimiser au mieux les profils ν_0Ρϋ() et Uopti() lorsque le trajet est découpé en tronçons constants de taille Do.

[0057] Par définition, Df est compris entre 0 et Do et sa valeur est à déterminer comme un compromis entre l’optimalité de la solution et la limitation des ressources du calculateur réalisant le calcul en temps-réel..

[0058] Une réalisation possible pour l’horizon de calcul est :

Df = a x D_o + b où a et b sont des nombres réels positifs ou nuis tels que Df < Do. En pratique, on peut choisir a=0,5 et b=0 mais a et b peuvent être optimisés en fonction du trajet ou du véhicule considéré notamment.

[0059] Selon un mode de réalisation, il est par ailleurs prévu que l’horizon de calcul soit adapté en fonction d’événements impromptus, tel que le passage inopiné d’un piéton sur la chaussée entre le véhicule et l’horizon électronique, ayant un impact sur la vitesse moyenne du véhicule notamment.

[0060] Il est à noter que la présente invention peut également prévoir l’affichage du profil de vitesse optimale et/ou des consignes de couple moteur et/ou de rapport de boîte de vitesse qui en sont issues sur des interfaces homme-machine dédiées. Dans le cas d’un véhicule autonome, ces consignes seraient directement réalisées par le véhicule.

Claims

1. Procédé de détermination d’une consigne de vitesse pour une chaîne de traction d’un véhicule, sur un trajet permettant d’atteindre une destination en parcourant une distance totale, ledit trajet étant composé d’une pluralité de tronçons successifs, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

- la détermination (E2) d’une distance d’observation, désignée horizon électronique, inférieure à la distance totale, la mise en œuvre (E3) d’un premier algorithme de détermination d’un profil de vitesse maximale sur un tronçon considéré, jusqu’à l’horizon électronique, à partir de données issues d’au moins une source parmi : un système d’aide à la conduite du véhicule, un système de navigation par satellite, un service connecté à un serveur distant, la mise en œuvre (E5) d’un deuxième algorithme d’optimisation de la consommation énergétique pour déterminer un profil de vitesse optimale permettant de minimiser la consommation énergétique sur le tronçon considéré, jusqu’à l’horizon électronique, en fonction au moins du profil de vitesse maximale déterminée par le premier algorithme.

2. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape finale de transmission (E6) à la chaîne de traction d’une consigne correspondant audit profil de vitesse optimale.

3. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième algorithme détermine (E5) le profil de vitesse optimale également en fonction d’une heure souhaitée d’arrivée à destination.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la transmission (E6) de la consigne de profil de vitesse optimale comprend par ailleurs la transmission de consignes de couple moteur et de rapport de boîte de vitesse.

5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier algorithme comprend une sous-étape de fusion de données issues de deux au moins des sources suivantes : un système d’aide à la conduite du véhicule, un système de navigation par satellite, un service connecté à un serveur distant.

6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant la détermination (E1) manuelle ou automatique de points de passages correspondant audit trajet.

7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant, préalablement à la mise en œuvre (E3) du premier algorithme, une étape de détermination d’un horizon de calcul correspondant à une distance inférieure à la distance d’observation et, sur chaque tronçon de trajet, une fois atteint l’horizon de calcul, la remise en œuvre du premier

5 algorithme pour le tronçon de trajet suivant.

8. Système d’aide à la conduite pour véhicule automobile, destiné à coopérer avec une chaîne de traction dudit véhicule, comprenant au moins un calculateur configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes.

9. Véhicule automobile comprenant au moins une chaîne de traction et un système d’aide 10 à la conduite, selon la revendication précédente, adapté pour envoyer des consignes à ladite chaîne de traction.