FR3126679A1 - Method and device for speed control of an autonomous vehicle - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle de la vitesse d’un véhicule autonome (10). A cet effet, une zone de collision entre le véhicule (10) et un objet mobile (11) est déterminée le long d’un chemin (101) suivi par le véhicule (10). La zone de collision est déterminée en fonction de premières données dynamiques courantes du véhicule (10) et de deuxièmes données représentatives d’une trajectoire de l’objet mobile (11). Une première trajectoire pour le véhicule autonome est déterminée. Cette première trajectoire est comparée à la première zone de collision pour vérifier que le véhicule autonome évite l’objet mobile (11) en passant avant l’objet mobile. Une deuxième trajectoire pour le véhicule autonome est déterminée en appliquant une deuxième valeur d’accélération. Cette deuxième valeur d’accélération est obtenue en fonction du résultat de la comparaison. Figure pour l’abrégé : Figure 1 The invention relates to a method and a device for controlling the speed of an autonomous vehicle (10). For this purpose, a collision zone between the vehicle (10) and a moving object (11) is determined along a path (101) followed by the vehicle (10). The collision zone is determined according to first current dynamic data of the vehicle (10) and second data representative of a trajectory of the moving object (11). A first trajectory for the autonomous vehicle is determined. This first trajectory is compared with the first collision zone to verify that the autonomous vehicle avoids the moving object (11) by passing before the moving object. A second trajectory for the autonomous vehicle is determined by applying a second acceleration value. This second acceleration value is obtained according to the result of the comparison. Figure for abstract: Figure 1
Description
L’invention concerne les procédés et dispositifs de contrôle de vitesse d’un véhicule autonome. L’invention concerne également un procédé et un dispositif de détermination d’une trajectoire de véhicule, notamment un véhicule autonome. L’invention concerne également un procédé et un dispositif de planification de la trajectoire d’un véhicule, notamment un véhicule autonome. L’invention concerne également un procédé et un dispositif de contrôle de la trajectoire d’un véhicule, notamment un véhicule autonome.The invention relates to methods and devices for controlling the speed of an autonomous vehicle. The invention also relates to a method and a device for determining a vehicle trajectory, in particular an autonomous vehicle. The invention also relates to a method and a device for planning the trajectory of a vehicle, in particular an autonomous vehicle. The invention also relates to a method and a device for controlling the trajectory of a vehicle, in particular an autonomous vehicle.
Arrière-plan technologiqueTechnology background
Avec le développement des véhicules autonomes, des besoins en termes de planification de la trajectoire à suivre, notamment en fonction de la géométrie de la route et/ou de l’environnement autour du véhicule autonome, sont apparus.With the development of autonomous vehicles, needs in terms of planning the trajectory to follow, in particular according to the geometry of the road and/or the environment around the autonomous vehicle, have appeared.
Certaines méthodes de planification de trajectoire d’un véhicule autonome utilisent la détermination d’un profil de vitesse adapté aux obstacles dynamiques en recherchant les collisions futures entre le véhicule autonome et les prédictions des obstacles dynamiques. Si une collision est trouvée, un point d’arrêt est imposé avant la collision de façon à définir un profil de vitesse de freinage lissé avant la collision. Une telle méthode est par exemple décrite dans le document intitulé « Jerk-Limited Time-Optimal Speed Planning for Arbitrary Paths », publié par A. Artunedo et al. le 12 mai 2021.Some path planning methods of an autonomous vehicle use the determination of a speed profile adapted to dynamic obstacles by looking for future collisions between the autonomous vehicle and the predictions of dynamic obstacles. If a collision is found, a stopping point is imposed before the collision in order to define a smooth braking speed profile before the collision. Such a method is for example described in the document entitled “Jerk-Limited Time-Optimal Speed Planning for Arbitrary Paths”, published by A. Artunedo et al. May 12, 2021.
D’autres méthodes utilisent la coordination de robots utilisant l’espace de coordination pour définir les trajectoires relatives de plusieurs robots entre eux afin d’éviter les collisions, ces méthodes étant appliquées dans le domaine automobile. L’espace de coordination consiste à représenter les trajectoires d’un ensemble d’acteurs par une courbe représentant l’évolution de la position de chaque acteur le long de son chemin de référence. Une représentation implicite de la vitesse est ainsi obtenue. Il est alors possible de définir des zones de collision dans cet espace, et d’optimiser une trajectoire évitant ces collisions. Une telle méthode est par exemple décrite dans le document intitulé « Priority-based coordination of autonomous and legacy vehicles at intersection » et publié par J. Grégoire et al, en 2014 dans IEEE ITSC.Other methods use the coordination of robots using the coordination space to define the relative trajectories of several robots between them in order to avoid collisions, these methods being applied in the automotive field. The coordination space consists in representing the trajectories of a set of actors by a curve representing the evolution of the position of each actor along its reference path. An implicit representation of the speed is thus obtained. It is then possible to define collision zones in this space, and to optimize a trajectory avoiding these collisions. Such a method is for example described in the document entitled “Priority-based coordination of autonomous and legacy vehicles at intersection” and published by J. Grégoire et al, in 2014 in IEEE ITSC.
D’autres méthodes réalisent une optimisation numérique d’un modèle mathématique du véhicule ou de la vitesse, basée sur un critère (de confort ou d’efficacité énergétique) à minimiser. Un exemple d’une telle méthode est décrit dans le document intitulé « Hybrid Trajectory Planning for Autonomous Driving in Highly Constrained Environments » publié par Y. ZHANG et al, en 2018 dans IEEE Access (approche basée sur l’optimisation sous contrainte d’une fonction objective pour maximiser la vitesse).Other methods carry out a numerical optimization of a mathematical model of the vehicle or of the speed, based on a criterion (of comfort or energy efficiency) to be minimised. An example of such a method is described in the document entitled “Hybrid Trajectory Planning for Autonomous Driving in Highly Constrained Environments” published by Y. ZHANG et al, in 2018 in IEEE Access (approach based on the optimization under constraint of a objective function to maximize speed).
Enfin, d’autres méthodes encore exploitent des approches par graphes pour calculer un profil de vitesse adapté, tel que par exemple la méthode décrite dans le document intitulé « Real-Time Safe Stop Trajectory Planning via Multidimensional Hybrid A*-Algorithm » et publié par L. WANG et al, en 2020 dans IEEE ITSC (calcul d’un profil de vitesse par recherche d’un chemin dans un graphe multidimensionnel).Finally, still other methods use graph approaches to calculate an appropriate velocity profile, such as for example the method described in the document entitled “Real-Time Safe Stop Trajectory Planning via Multidimensional Hybrid A*-Algorithm” and published by L. WANG et al, in 2020 in IEEE ITSC (computation of a velocity profile by finding a path in a multidimensional graph).
La planification de vitesse par point d’arrêt prévoit systématiquement un arrêt avec une décélération confortable pour traiter les situations, afin de garantir la sécurité. Ceci implique que l’impact sur le profil de vitesse n’est pas nécessairement immédiat pour le véhicule. Cependant, dans certains cas, l’arrêt du véhicule n’est pas nécessaire et une simple diminution de la vitesse en amont peut être suffisante pour s’adapter à la situation. Par exemple, à l’approche d’un carrefour avec priorité à droite, si un autre véhicule est détecté sur la branche de droite, il faut lui céder la priorité. Dans ce cas, selon la distance dont il dispose, le véhicule autonome peut réduire sa vitesse de façon à arriver dans le carrefour une fois que l’autre véhicule est passé. De plus, l’ajustement du profil de vitesse génère une nouvelle trajectoire qu’il est nécessaire de vérifier à nouveau entièrement position par position, ce qui rend certaines situations longues à traiter en raison de la vérification systématique des collisions avec les autres véhicules.Speed planning by stopping point systematically plans a stop with a comfortable deceleration to deal with situations, in order to guarantee safety. This implies that the impact on the speed profile is not necessarily immediate for the vehicle. However, in some cases stopping the vehicle is not necessary and simply decreasing the speed uphill may be enough to adapt to the situation. For example, when approaching a crossroads with priority on the right, if another vehicle is detected on the right-hand branch, priority must be given to it. In this case, depending on the distance it has, the autonomous vehicle can reduce its speed so as to arrive at the intersection once the other vehicle has passed. In addition, the adjustment of the speed profile generates a new trajectory that must be checked again entirely position by position, which makes certain situations long to deal with due to the systematic checking of collisions with other vehicles.
L’approche de l’espace de coordination est intéressante mais présente l’inconvénient d’avoir une représentation mathématique en plusieurs dimensions (une par robot impliqué). Ainsi, le problème devient vite complexe. De plus, la courbe définie dans l’espace de coordination détermine la trajectoire relative de tous les robots.The coordination space approach is interesting but has the disadvantage of having a mathematical representation in several dimensions (one per robot involved). Thus, the problem quickly becomes complex. Moreover, the curve defined in the coordination space determines the relative trajectory of all the robots.
Les approches par optimisation peuvent nécessiter un temps de traitement important en fonction de l’horizon considéré et des contraintes à prendre en compte. Elles peuvent également manquer de généricité au niveau de la formalisation mathématique du problème, et ne pas être applicables à certaines situations (forme des croisements etc…). En effet, il est nécessaire d’inclure les contraintes dans le problème d’optimisation sous une forme mathématique, ce qui est parfois complexe.Optimization approaches may require significant processing time depending on the horizon considered and the constraints to be taken into account. They may also lack genericity at the level of the mathematical formalization of the problem, and may not be applicable to certain situations (shape of crossings, etc.). Indeed, it is necessary to include the constraints in the optimization problem in a mathematical form, which is sometimes complex.
Les approches par graphes utilisent une représentation nécessitant une discrétisation importante pour déterminer un profil de vitesse approprié et cohérent, ce qui induit des temps de calcul importants.Graph approaches use a representation requiring significant discretization to determine an appropriate and consistent velocity profile, which induces significant computation times.
Un objet de la présente invention est de résoudre au moins un des inconvénients de l’arrière-plan technologique.An object of the present invention is to solve at least one of the disadvantages of the technological background.
Un objet de la présente invention est de réduire les temps de calcul et/ou de diminuer les ressources nécessaires au calcul d’une trajectoire d’un véhicule, notamment autonome, évoluant dans un environnement avec risques de collision avec un ou plusieurs objets mobiles.An object of the present invention is to reduce the calculation times and/or to reduce the resources necessary for the calculation of a trajectory of a vehicle, in particular autonomous, moving in an environment with risks of collision with one or more moving objects.
Un autre objet de la présente invention est de permettre la planification d’une trajectoire optimale pour un véhicule autonome dans un environnement dans lequel se déplacent un ou plusieurs objets mobiles, en assurant la sécurité du véhicule et de ses passagers.Another object of the present invention is to allow the planning of an optimal trajectory for an autonomous vehicle in an environment in which one or more mobile objects move, while ensuring the safety of the vehicle and its passengers.
Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de contrôle de vitesse d’un véhicule autonome, un chemin déterminé à suivre par le véhicule autonome étant associé au véhicule autonome, le procédé comprenant les étapes suivantes :According to a first aspect, the invention relates to a method for controlling the speed of an autonomous vehicle, a determined path to be followed by the autonomous vehicle being associated with the autonomous vehicle, the method comprising the following steps:
- détermination d’une zone de collision entre le véhicule autonome et un objet mobile le long d’une première partie du chemin déterminé en fonction de premières données dynamiques courantes du véhicule autonome et de deuxièmes données représentatives d’une trajectoire de l’objet mobile, la zone de collision étant définie par au moins une position spatiale le long de la première partie du chemin et par au moins un instant temporel associé à la au moins une position spatiale ;- determination of a collision zone between the autonomous vehicle and a mobile object along a first part of the path determined according to first current dynamic data of the autonomous vehicle and second data representative of a trajectory of the mobile object , the collision zone being defined by at least one spatial position along the first part of the path and by at least one temporal instant associated with the at least one spatial position;
- détermination d’une première trajectoire pour le véhicule autonome en appliquant une première valeur d’accélération à la première partie du chemin déterminé, la première valeur d’accélération correspondant à une valeur maximale d’accélération du véhicule autonome ;- determination of a first trajectory for the autonomous vehicle by applying a first acceleration value to the first part of the determined path, the first acceleration value corresponding to a maximum acceleration value of the autonomous vehicle;
- comparaison entre la première trajectoire et la zone de collision pour vérifier que le véhicule autonome évite l’objet mobile en passant avant l’objet mobile le long de la première partie du chemin déterminée selon la première trajectoire ;- comparison between the first trajectory and the collision zone to verify that the autonomous vehicle avoids the mobile object by passing before the mobile object along the first part of the path determined according to the first trajectory;
- détermination d’une deuxième trajectoire pour le véhicule autonome en appliquant au moins une deuxième valeur d’accélération au chemin déterminé, la au moins une deuxième valeur d’accélération étant fonction d’un résultat de la comparaison, la au moins une deuxième valeur d’accélération étant déterminée de manière à ce que le véhicule autonome évite la zone de collision ;- determination of a second trajectory for the autonomous vehicle by applying at least one second acceleration value to the determined path, the at least one second acceleration value being a function of a result of the comparison, the at least one second value acceleration being determined so that the autonomous vehicle avoids the collision zone;
- contrôle de vitesse du véhicule autonome en fonction de la au moins une deuxième valeur d’accélération.- speed control of the autonomous vehicle as a function of the at least one second acceleration value.
Selon une variante, la au moins une deuxième valeur d’accélération est comprise entre une valeur d’accélération courante du véhicule autonome et la première valeur d’accélération lorsque le résultat de la comparaison indique que le véhicule autonome évite l’objet mobile en passant avant l’objet mobile, d’un point de vue temporel, le long de la première partie du chemin déterminée selon la première trajectoire, la deuxième trajectoire correspondant à une trajectoire selon laquelle le véhicule autonome passe avant l’objet mobile, d’un point de vue temporel, le long de ladite première partie du chemin déterminée.According to a variant, the at least one second acceleration value is between a current acceleration value of the autonomous vehicle and the first acceleration value when the result of the comparison indicates that the autonomous vehicle avoids the moving object while passing before the mobile object, from a temporal point of view, along the first part of the path determined according to the first trajectory, the second trajectory corresponding to a trajectory along which the autonomous vehicle passes before the mobile object, from a temporal point of view, along said first part of the determined path.
Selon une autre variante, la au moins une deuxième valeur d’accélération est inférieure à la valeur d’accélération courante du véhicule autonome lorsque le résultat de la comparaison indique que le véhicule autonome n’évite pas l’objet mobile en passant avant l’objet mobile, d’un point de vue temporel, le long de la première partie du chemin déterminée selon la première trajectoire, la deuxième trajectoire correspondant à une trajectoire selon laquelle le véhicule autonome passe après l’objet mobile, d’un point de vue temporel, le long de la première partie du chemin déterminée.According to another variant, the at least one second acceleration value is lower than the current acceleration value of the autonomous vehicle when the result of the comparison indicates that the autonomous vehicle does not avoid the moving object by passing before the moving object, from a temporal point of view, along the first part of the path determined according to the first trajectory, the second trajectory corresponding to a trajectory along which the autonomous vehicle passes after the moving object, from a point of view temporal, along the first part of the determined path.
Selon une variante supplémentaire, au moins deux deuxièmes valeurs d’accélération sont associées à la deuxième trajectoire, la deuxième trajectoire comprenant une première partie selon laquelle une deuxième valeur d’accélération parmi les au moins deux deuxièmes valeurs d’accélération est négative et une deuxième partie consécutive à la deuxième partie selon laquelle une autre deuxième valeur d’accélération parmi les au moins deux deuxièmes valeurs d’accélération est nulle ou positive.According to an additional variant, at least two second acceleration values are associated with the second trajectory, the second trajectory comprising a first part according to which a second acceleration value among the at least two second acceleration values is negative and a second part consecutive to the second part according to which another second acceleration value among the at least two second acceleration values is zero or positive.
Selon encore une variante, le chemin déterminé est discrétisé en un ensemble de points déterminés, une information représentative d’une vitesse maximale étant associée à chaque point de l’ensemble de points, la deuxième trajectoire étant déterminée en outre en fonction des vitesses maximales associées à l’ensemble de points déterminés.According to yet another variant, the determined path is discretized into a set of determined points, information representative of a maximum speed being associated with each point of the set of points, the second trajectory being further determined as a function of the associated maximum speeds at the determined set of points.
Selon une variante additionnelle, les deuxièmes données représentatives d’une trajectoire de l’objet mobile sont reçues par le véhicule autonome selon une liaison sans fil.According to an additional variant, the second data representative of a trajectory of the mobile object are received by the autonomous vehicle according to a wireless link.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un dispositif de contrôle de vitesse d’un véhicule autonome, le dispositif comprenant une mémoire associée à un processeur configuré pour la mise en œuvre d’une architecture configurée pour la mise en œuvre des étapes du procédé selon le premier aspect de l’invention.According to a second aspect, the invention relates to a device for controlling the speed of an autonomous vehicle, the device comprising a memory associated with a processor configured for the implementation of an architecture configured for the implementation of the steps of the method according to the first aspect of the invention.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un système de contrôle de vitesse d’un véhicule autonome comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus selon le deuxième aspect de l’invention et des moyens de régulation de vitesse.According to a third aspect, the invention relates to a system for controlling the speed of an autonomous vehicle comprising a device as described above according to the second aspect of the invention and speed regulation means.
Selon un quatrième aspect, l’invention concerne un véhicule, notamment autonome, par exemple de type automobile, comprenant un dispositif tel que décrit ci-dessus selon le deuxième aspect de l’invention ou un système tel que décrit ci-dessus selon le troisième aspect de l’invention.According to a fourth aspect, the invention relates to a vehicle, in particular autonomous, for example of the automotive type, comprising a device as described above according to the second aspect of the invention or a system as described above according to the third aspect of the invention.
Selon un cinquième aspect, l’invention concerne un programme d’ordinateur qui comporte des instructions adaptées pour l’exécution des étapes du procédé selon le premier aspect de l’invention, ceci notamment lorsque le programme d’ordinateur est exécuté par au moins un processeur.According to a fifth aspect, the invention relates to a computer program which comprises instructions adapted for the execution of the steps of the method according to the first aspect of the invention, this in particular when the computer program is executed by at least one processor.
Un tel programme d’ordinateur peut utiliser n’importe quel langage de programmation, et être sous la forme d’un code source, d’un code objet, ou d’un code intermédiaire entre un code source et un code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n’importe quelle autre forme souhaitable.Such a computer program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable form.
Selon un sixième aspect, l’invention concerne un support d’enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprenant des instructions pour l’exécution des étapes du procédé selon le premier aspect de l’invention.According to a sixth aspect, the invention relates to a computer-readable recording medium on which is recorded a computer program comprising instructions for the execution of the steps of the method according to the first aspect of the invention.
D’une part, le support d’enregistrement peut être n'importe quel entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une mémoire ROM, un CD-ROM ou une mémoire ROM de type circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique ou un disque dur.On the one hand, the recording medium can be any entity or device capable of storing the program. For example, the medium may comprise a storage means, such as a ROM memory, a CD-ROM or a ROM memory of the microelectronic circuit type, or even a magnetic recording means or a hard disk.
D'autre part, ce support d’enregistrement peut également être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, un tel signal pouvant être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio classique ou hertzienne ou par faisceau laser autodirigé ou par d'autres moyens. Le programme d’ordinateur selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.On the other hand, this recording medium can also be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, such a signal being able to be conveyed via an electrical or optical cable, by conventional or hertzian radio or by self-directed laser beam or by other ways. The computer program according to the invention can in particular be downloaded from an Internet-type network.
Alternativement, le support d'enregistrement peut être un circuit intégré dans lequel le programme d’ordinateur est incorporé, le circuit intégré étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.Alternatively, the recording medium may be an integrated circuit in which the computer program is incorporated, the integrated circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.
Brève description des figuresBrief description of figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description des modes de réalisation non limitatifs de l’invention ci-après, en référence aux figures 1 à 15 annexées, sur lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description of the non-limiting embodiments of the invention below, with reference to the appended figures 1 to 15, in which:
Claims (10)
- détermination (151) d’une zone de collision (30) entre ledit véhicule autonome (10) et un objet mobile (11) le long d’une première partie dudit chemin déterminé (101) en fonction de premières données dynamiques courantes dudit véhicule autonome (10) et de deuxièmes données représentatives d’une trajectoire dudit objet mobile (11), ladite zone de collision (30) étant définie par au moins une position spatiale le long de ladite première partie dudit chemin (101) et par au moins un instant temporel associé à ladite au moins une position spatiale ;
- détermination (152) d’une première trajectoire pour ledit véhicule autonome (10) en appliquant une première valeur d’accélération à ladite première partie dudit chemin déterminé, ladite première valeur d’accélération correspondant à une valeur maximale d’accélération dudit véhicule autonome (10) ;
- comparaison (153) entre ladite première trajectoire et ladite zone de collision (30) pour vérifier que ledit véhicule autonome (10) évite ledit objet mobile en passant avant ledit objet mobile (11) le long de ladite première partie dudit chemin déterminée (101) selon ladite première trajectoire ;
- détermination (154) d’une deuxième trajectoire pour ledit véhicule autonome (10) en appliquant au moins une deuxième valeur d’accélération audit chemin déterminé, ladite au moins une deuxième valeur d’accélération étant fonction d’un résultat de ladite comparaison, ladite au moins une deuxième valeur d’accélération étant déterminée de manière à ce que ledit véhicule autonome évite ladite zone de collision ;
- contrôle (155) de vitesse dudit véhicule autonome (10) en fonction de ladite au moins une deuxième valeur d’accélération.Method for controlling the speed of an autonomous vehicle (10), a path (101) determined to be followed by said autonomous vehicle (10) being associated with said autonomous vehicle (10), said method comprising the following steps:
- determination (151) of a collision zone (30) between said autonomous vehicle (10) and a mobile object (11) along a first part of said determined path (101) according to first current dynamic data of said vehicle autonomous (10) and second data representative of a trajectory of said mobile object (11), said collision zone (30) being defined by at least one spatial position along said first part of said path (101) and by at least a time instant associated with said at least one spatial position;
- determination (152) of a first trajectory for said autonomous vehicle (10) by applying a first acceleration value to said first part of said determined path, said first acceleration value corresponding to a maximum acceleration value of said autonomous vehicle (10);
- comparison (153) between said first trajectory and said collision zone (30) to verify that said autonomous vehicle (10) avoids said moving object by passing before said moving object (11) along said first part of said determined path (101 ) along said first trajectory;
- determination (154) of a second trajectory for said autonomous vehicle (10) by applying at least one second acceleration value to said determined path, said at least one second acceleration value being a function of a result of said comparison, said at least one second acceleration value being determined so that said autonomous vehicle avoids said collision zone;
- control (155) of the speed of said autonomous vehicle (10) as a function of said at least one second acceleration value.
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