Diagnostic et reconfiguration d'une architecture hiérarchisée et générique de véhicules autonomes en environnement urbain

Abstract

Cette thèse traite du développement et de la conception d’algorithmes de supervision de fonctions de conduite pour les véhicules autonomes de niveau 3 (et plus) (autonomie partielle à totale) en milieu urbain. L’autonomie croissante des véhicules réduit progressivement le rôle du conducteur. Si une fonction de conduite est incapable de gérer une situation de conduite, la détection du comportement inadapté du système s’avère une nécessité pour assurer une reconfiguration vers un mode d’opération sûr. L’objectif de la thèse est de développer des fonctions de supervision pour une architecture de véhicule autonome donnée. Plus précisément, l’objectif est, d’une part, d’assurer la sûreté de fonctionnement des fonctions de conduite autonome et, d’autre part, de garantir la sécurité des passagers du véhicule. Cette thèse se focalise donc sur la proposition de fonctions de détection et de reconfiguration dans le cadre de la planification de trajectoire et de la régulation de vitesse d’un ACC.La première partie se consacre à la théorie du diagnostic ainsi que la reconfiguration. Un état de l’art présente des méthodes de détection et localisation de défauts (DLD). Il est complété par une étude de l’applicabilité de ces méthodes à l’automobile. Ainsi, dans le cadre de la planification de trajectoire, le choix retenu est celui d’un diagnostic basé sur la construction d’intervalles. Concernant la régulation de vitesse d’un ACC, le choix retenu est celui de la méthode de l’espace de parité dynamique.La problématique de reconfiguration nécessite la satisfaction des contraintes de conformité, de continuité des signaux et/ou de stabilité. Ces contraintes s’appliquent à la prise de décision, la planification de trajectoire et le contrôle. Des outils indispensables pour la gestion de la reconfiguration sont présentés, notamment les principaux théorèmes concernant la stabilité des systèmes commutés. Ceci permet conclure cette partie et de poser les bases pour démontrer par la suite la stabilité du régulateur de vitesse reconfiguré.La deuxième partie de cette thèse consiste à appliquer les méthodes de diagnostic et des principes de reconfiguration présentés précédemment sur deux applications : la régulation de vitesse et la planification de trajectoire. Pour la régulation de vitesse, un dysfonctionnement dans le régulateur CRONE est détecté à l’aide de la méthode de l’espace de parité dynamique. Une fois que le défaut est détecté, une reconfiguration vers un régulateur PI est faite afin d’assurer la sûreté de la régulation de vitesse. Une étude sur la passivité et la stabilité permet enfin de garantir la stabilité du régulateur reconfiguré.Trois scénarios sont traités pour la planification de trajectoire : un cas de défaillance et deux cas de sortie de domaine de fonctionnement. Pour le premier cas, une surcharge du calculateur empêche le calcul de trajectoire dans le temps imparti. L’objectif est de détecter cette défaillance et de reconfigurer vers un calculateur moins chargé qui assure la continuité de trajectoire. Dans le deuxième cas, l’algorithme de calcul de chemin (A*) propose une solution qui conduit le véhicule à sortir de la voie. Ce problème est détecté par la fonction qui surveille la distance entre un point du véhicule et le bord de la voie. La reconfiguration permet alors de changer d’algorithme de génération de chemin et d’assurer la continuité de ce dernier. Le troisième scénario traite un profil de vitesse qui ne respecte pas les accélérations limites au-delà desquelles il y a un risque pour la tenue de route. La fonction de détection identifie une sortie du domaine admissible pour l’accélération transversale dans le cadre d’un virage à forte courbure. La reconfiguration fait décélérer le véhicule pour garantir la tenue de route en respectant les contraintes associées.