Guidage Magnétique - Laboratoire Angevin de Recherche en

GuidageMagnétique
Guillaume Baffet
Juillet2004
Résumé
Dansledomainedelasécurité etdu contrôledesvéhiculesintelligents,
lalocalisationrelativeàlachaussée asuscitéledéveloppementdediverses
technologiestellesqueleguidagemagnétique, leguidageoptique, lanaviga-
tioninertielle etlesystèmedepositionnementglobal(GPS).Cerapportse
focalisesurle contrôlelatéralparguidagemagnétique.L’objectif du projet
”guidagemagnétique”1estdemettre en place un dispositifcapablederéguler
lescommandesd’un véhicule(accélération,direction, ...)pourque celui-ci
suiveunetrajectoiredéterminée paruneligned’aimants.
Ce stages’esteffectuédans le cadre duprojetARCOS(Actionde Recherche
pouruneCOnduiteSécurisée).Ceprojetconcernel’amélioration delasécu-
ritéroutière,avec l’objectifàtermederéduirelesaccidentsde30%.Selon
uneapprocheglobaledu systèmevéhicule-infrastructure-conducteur, lepro-
jetconsisteàprévenirles sortiesderoutepoursécuriserlaconduiteautomo-
bile.
L’objectif principaldecestage estde construireun dispositifcapablede
fourniruneobservation delapositionlatéraled’un véhicule.Cedispositif
aété élaborépourfaireunedémonstration delafaisabilitédu guidagemagné-
tiqueauLaboratoiresurlesInteractionsVéhicules-Infrastructure-Conducteurs
baséàSatory(LIVIC).
Cerapportcaractérisetoutd’abordle champmagnétiqued’un aimant
etprésente ensuiteuneprocédurededétection desaimantsetdesvallées
1Cette étudeaétéproposée parlelaboratoirerégionaldespontsetchausséesd’Angers
(LRPC)etmonsieurLucJaulinmaîtrede conférence àl’universitéd’Angers
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(passagesansaimants). Quatreméthodesdelocalisation du véhiculesont
présentées,dontdeuxontétédéveloppéesaucoursdece stage: lalocalisation
par filtre de Kalman et la localisation par inversion.
Mots-Clefs:
véhiculeintelligent,aimantpermanent, ligned’aimants, localisation d’un
aimant, filtre de Kalman, gradient conjugué.
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Abstract
Inadvancedvehicule controland safetysystems,positionmeasurement
is an important topic for the identification of vehicule locations. Technolo-
giesdeveloped forsuch purposesinclude electrically poweredwire,computer
vision,magneticsensing,opticalsensing, inertianavigationand globalposi-
tioningsystems.Thisreport2focusesonmagneticsensingsystems.
Thisresearchisdevelopped forARCOS project (ResearchAction forSe-
cureDriving).Thisprojectaimsatimprovingroadsafety, witha goalof30%
accidentsreduction.ARCOSconsidersvehicledriverand roadasawhole
system.Theprojectaimsatenhancingdrivingsafetyonavoidinglane exit.
This report first characterizes and presents two mathematicals models
for magnetic field magnet. then, one detection method and two vehicule
localisations methods are discussed. This report presents a Kalman filter for
thepredictionand correctionofvehiculestateand aninversionmethod for
localisation.
Keywords:
AdvancedVehiculeControlSystems,PermanentMagnets,RoadwayGuid-
ance Markers, Kalman filter.
1Introduction
Leguidagemagnétique estunetechnologieprometteusequiaétédévelop-
pée pourlepositionnementetleguidagedesvéhiculescontrôlésdesécurité
avancée (AVCSS). Lalocalisation duvéhicule s’effectue par l’intermédiaire de
magnétomètres fixés sur le véhicule et d’une série d’aimants introduite dans
la chaussée (voir la figure 1). Ce rapport présente diverses méthodes de lo-
calisation dontdeuxontétédéveloppéesaucoursde ce stage.Desessaisont
été effectués pour régler les diverses procédures (détection et localisations)
etunedémonstrationaétéréalisée surlespistesdu LIVIC:
Cedocumentcontientsix principalesétudes:
2ThisworkwasperformedaspartoftheLRPCprogramofAngers,France,and M.
LucJaulinteacheroftheuniversityofAngers
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Figure1:Dispositif delocalisation du véhicule
(1)Lescaractéristiquesetmodèlesduchampmagnétiquedel’aimant.
(2)Lesperturbations.
(3) Détection despicsetdesvallées.
(4)Présentation desméthodesdelocalisation.
(5) Localisation du véhicule par f iltre de Kalman.
(6)Localisation du véhiculeparlaméthodedu gradientconjugué.
2Caractéristiquesdu champmagnétiquede
l’aimant
L’objectif de ce chapitre estdeprésenterlesdeuxmodélisationsquiontété
établies pour caractériser le système Aimant-Magnétomètre de la figure 2.
Le dispositif est composé d’un magnétomètre ”535 3 axis miniature fluxgate
magnetometersystem”etd’un aimantNéodymeN-35DIA25X10Mdontl’-
expression du champ magnétique est à déterminer. Pour caractériser l’allure
du champmagnétiquedel’aimant,nousdisposonsdu montage expérimental
de la figure 3. Le magnétomètre est fixé au centre du plan supérieur du vol-
ume et l’aimant est positionné sur la partie mobile du dispositif. La figure
4 illustre l’ensemble des positions (xi; yj ) que peut effectuer la partie mobile
du dispositif, pour une hauteur zk fixée.
Les figures 5, 6, 7, 8, 9 et 10 représentent les mesures des composantes du
champmagnétiquedel’aimantselon deux vues.Lescomposanteslongitudi-
nalesBxetlatéralesByprésententunesymétriepar rapportàl’origine, les
fonctionsBy(x=0;y)etBx(x;y=0)sontimpaires.Cesdeuxcomposantes
valent0mGaucentredurepère,etatteignentleursamplitudesmaximalesde
320 milli-Gauss àunedistance d’environ15 cmdel’aimant.Leschangements
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Figure2:SystèmeAimant-Magnétomètre
Figure3:Dispositifexpérimental
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