DIVAS Analyse des trajectoires acceptables en approche de virage assistance aux conducteurs N 3.C.1 Décembre 2008 Projet financé par l Agence Nationale de la Recherche Responsable : S. Espié
Projet ANR DIVAS Volet 3C «Prospective, vers un guidage des véhicules 2 roues» Responsable : Stéphane Espié (INRETS) Livrable 3.C.1 Analyse des trajectoires acceptables en approche de virage assistance aux conducteurs Résumé Ce livrable regroupe les deux actions menées par INRETS MSIS sur les trajectoires de moto dans le cadre du projet DIVAS. Une première action concerne l étude des trajectoires pratiquées sur l itinéraire DIVAS situé dans le département de Loire-Atlantique [1]. Une deuxième action réfléchit à une nouvelle forme de guidage des motos qui aille au-delà de la simple vitesse recommandée. Les données acquises dans la première action nourrissent à la fois la deuxième action, mais également le volet 2A sur la perte de contrôle par temps sec. 1. Étude des trajectoires de moto par instrumentation embarquée L'INRETS MSIS dispose de scooters et motos instrumentées développés dans le cadre des projets PREDIT SUMOTORI (scooter) et AND/PREDIT SIMACOM (motos). Les capteurs endogènes présents sur ces véhicules (accéléromètres/gyromètres 3 axes, effet «hall» sur les roues AV et AR, codeur optique pour l'angle guidon, potentiomètre analogique sur le câble d'accélérateur) permettent d'obtenir les accélérations et rotations du véhicule, les tours de roues effectués, l'angle guidon et la demande en accélération. La reprise du contact frein permet d'obtenir le déclenchement du freinage. Le système d'enregistrement, fondé sur des travaux effectués dans le cadre de projets précités permet d'acquérir et d'enregistrer les données acquises à 1000 Hz sur une carte mémoire de type «compact flash» et ce avec une datation temporelle précise à 4 µs. Le choix a été fait d'enregistrer les données brutes afin de conserver le maximum d'information ce qui induit des volumes de données particulièrement important (de l'ordre de 80 Mo pour 40 mn d'enregistrement). Ces données consistent en des fichiers binaires organisés en enregistrements de 32 octets (un enregistrement par milliseconde). Chaque enregistrement se décompose en : une date d'acquisition (cardinal 32 bits) une valeur de compteur de tops «roue AV» (cardinal 8 bits avec repliement) une valeur de compteur de tops «roue AR» (cardinal 8 bits avec repliement) une valeur de compteur «position guidon» (entier 12 bits) un binaire «contact frein» (un des 4 bits restant sur les 16 bits «position guidon») neuf valeurs pour la centrale tri-axes accéléromètre/gyromètre (respectivement refx, refy, refz, Ax, Ay, Az, Rx, Ry, Rz) (entier 16 bits)
une valeur «position accélérateur» (cardinal 16 bits) une date de fin d'acquisition pour contrôle (cardinal 32 bits) deux octets de «bourrage» pour alignement mémoire. Dans le cadre du projet DIVAS, MSIS a conduit une campagne de mesure sur l'itinéraire «Nantes/Bouguenais St Michel Chef Chef» avec une moto instrumentée (Honda 1000 CBF). Un total de quatre allers-retours a été effectué par deux conducteurs (un «expérimenté» et un «jeune conducteur»). Les quatre parcours ont été effectués dans des conditions variées : 20/10/08 aller de nuit vers 22h00 (le trajet n'a pas été suivi, le conducteur s'étant perdu... la destination a toutefois été atteinte) expérimenté 20/10/08 retour de nuit vers 23h00 expérimenté 21/10/08 aller de jour vers 14h00 expérimenté 21/10/08 retour de jour vers 14h45 expérimenté 21/10/08 aller de jour vers 15h30 - jeune conducteur 21/10/08 retour de jour vers 16h15 jeune conducteur 22/10/08 aller de jour vers 9h15 jeune conducteur 22/10/08 retour de jour vers 10h00 jeune conducteur Les données acquises sont en cours de traitement. 2. Prospective, vers un guidage des véhicules Au-delà d'une indication de vitesse recommandée, on peut imaginer fournir au conducteur en approche de virage une véritable assistance à l'approche comportant des indications sur d'éventuelles corrections de trajectoire. On songe en cela aux systèmes ILS qui équipent aujourd'hui couramment les avions. L'hypothèse proposée par MSIS est que la pratique des conducteur pour optimiser leur trajectoire en virage consiste, en l'absence de contraintes d'adhérence supérieures, à réaliser un compromis entre respect de la réglementation, minimisation du temps de passage et inconfort de conduite. La notion de confort est relative à la force centrifuge et aux accélérations et variations d'accélérations subies, chaque conducteur ayant des caractéristiques individuelles pouvant changer selon des paramètres externes. La trajectoire «optimale», au sens de ce qui est exposé ci-dessus, est «calculable» en prenant en compte la sinuosité de la route et les valeurs «limites» acceptées par le conducteur (valeurs qui peuvent être apprises lors d'épisodes précédents de conduite). Il est à noter que cette trajectoire pourrait être contrainte par d'autres facteurs tels que le niveau d'adhérence mobilisable, ce qui n'entre pas dans les travaux actuels de MSIS. Une fois la trajectoire «optimale» calculée pour un conducteur donné, l'identification de situations «anormales» consiste a détecter une «sur-vitesse» dans la trajectoire réalisée par ce conducteur par rapport à sa trajectoire «optimale». Dans le cadre du projet DIVAS, MSIS a développé un premier algorithme de calcul d'une trajectoire «optimale» en fonction d'une géométrie de route (décrite sous forme d'une liste de points 3D) et de paramètres de «confort» (accélérations maximales et jerks longitudinaux et latéraux). Cette trajectoire est calculée en dynamique lors du déplacement du véhicule et sur
une distance paramétrable. La position latérale du véhicule sur la route est prise en compte. Les étapes de calcul sont les suivantes : 1. détermination de la trajectoire future du véhicule en fonction de la sinuosité de la route et de la position latérale du véhicule (cette étape s'apparente à un «balayage 3D» de l'axiale de la route par un segment, orthogonal à l'axiale, de taille égal à la distance entre le véhicule et l'axiale) 2. calcul des contraintes (vitesses maximales de passage) liées aux rayons de courbure après filtrage des rayons obtenus sur la trajectoire 3. détermination de la trajectoire «optimale» en prenant en compte : l'état courant du véhicule, les contraintes (vitesses maximales) et leur distance par rapport au véhicule, les accélérations et jerks maximaux. Un test de l'algorithme a été effectué sur un circuit «virtuel» composé d'un enchaînement de virages (cf. figure) : Figure 1: circuit "test" et tronçon d'intérêt
3500 3000 2500 2000 1500 Rayon 1000 500 0 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 Figure 2: rayons calculés (les portions droites ont par convention un rayon de 3 000m) 35 30 25 20 15 10 VitesseDemPrevue Rayon AccDemPrevue 5 0-5 3200 3700 4200 4700 5200 5700 Figure 3: vitesse (m/s) et accélération (m/s²) pour une succession de virages 3. Perspectives Dans une première étape, on approfondira la notion de trajectoire possible et celle de trajectoire acceptable. On cherchera à mieux caractériser les conditions de ruptures de trajectoire. Ensuite, on étudiera les systèmes qui, par des informations, visuelles, sonores ou kinesthésiques, peuvent permettre de suggérer au conducteur les bonnes corrections sans le perturber. Une modélisation et une application sur une architecture de simulateurs permettront d'évaluer la faisabilité de tels systèmes, leur efficacité et d'aborder leur acceptabilité par les conducteurs.
4. Références [1] Choix des sites d'observation des trajectoires, Livrable DIVAS 2A1, Novembre 2007