Engineering
Navette autonome
Montez dans une navette électrique sans conducteur qui fait le tour d’un campus universitaire, la nuit, après la pluie. Elle se dirige par poursuite pure - en visant un point en avant sur le trajet avec la courbure 2 sin(alpha)/L_d, exactement 1/R sur un cercle -, ralentit à sqrt(a_lat/kappa) pour chaque virage, s’arrête au repère à deux stations dans les limites de confort de décélération et d’à-coup, et surveille la route avec un éventail de rayons lidar. Une piétonne attend au passage piéton : la navette la voit et lui cède le passage. Coupez la règle de priorité et elle s’engage 14 m devant - l’arrêt d’urgence prend la distance de la formule fermée v tau + v^2/2a + v a/2j ; donnez 1,2 s de latence à la perception et la navette l’atteint ; garez une camionnette avant le passage piéton et elle reste cachée jusqu’à ce qu’elle soit sur la voie. Essayez l’asphalte sec et les feuilles mouillées, et suivez chaque joule de la batterie vers les moteurs, l’air, les pneus et les freins, et son retour par la récupération.
Ce qui se passe
Une navette de 3000 kg (2400 kg et 8 passagers) parcourt une boucle de campus de 116,8 m, 76 + 13π m, avec des virages de 5 et 8 m. Bicyclette cinématique autour de l’essieu arrière, empattement 3 m : θ’ = v·tan δ/L. La poursuite pure vise le point du trajet situé L_d = 2 m + 0.6 s·v en avant et commande κ = 2 sin α/l_d, exactement 1/R sur un cercle ; le servo de direction tourne au plus à 0,7 rad/s jusqu’à 35°. Le planificateur tient la vitesse de croisière, la limite de virage √(a_lat/κ) avec a_lat = 1.2 m/s² (jamais au-dessus de μg/2) à partir de l’endroit où le point visé entre dans un virage, et 2 m/s au passage piéton tant que quelqu’un attend à côté ; pour les virages, la station suivante et un obstacle, il freine dès qu’un ralentissement confortable - à-coup 1,5 m/s³ jusqu’à 0,96 m/s², puis constant - demande toute la distance restante, puis suit v²/2d jusqu’à la limite, dans 1,2 m/s² et la limite d’à-coup. Un lidar 2D sur le pare-chocs lance 121 rayons sur 120° à 10 Hz, portée 30 m, bruit 2 cm issu d’une graine fixe, contre les murs, les poteaux, les arbres, la camionnette et la piétonne ; les impacts à moins de 1,5 m du trajet devant sont des obstacles. Le planificateur voit chaque balayage après la latence (0,3 s) ; si le temps avant collision est plus court que ce qu’exige un arrêt confortable, il freine en boucle ouverte avec un à-coup de 20 m/s³ jusqu’à min(6, 0.9μg) m/s² et s’arrête en v·τ + v²/2a + v·a/2j − a³/24j² depuis le balayage (μ = 0.85, 0.55, 0.3). Le mouvement est exact par morceaux : un à-coup constant sur au plus 10 ms à direction tenue est un arc de cercle de la longueur parcourue ; l’arrêt, la fin de la rampe de freinage et les instants de latence sont trouvés dans le pas. Travail aux roues par Gauss à quatre points : batterie = traction/0.9 + 2 kW d’auxiliaires − 0.7 × freinage récupéré (au plus 40 kW), le reste du freinage chauffe les freins à friction ; le bilan se ferme à l’arrondi près.
À essayer
Regardez un tour : les vitesses en virage, les arrêts au repère aux stations et la navette qui cède le passage au passage piéton ; coupez la règle de priorité et comparez l’arrêt avec la distance de la formule fermée ; augmentez la latence jusqu’à ce que la navette atteigne la piétonne ; choisissez la camionnette ; essayez les feuilles mouillées ; raccourcissez le temps d’anticipation et regardez la direction.
Le modèle et ses limites
Une bicyclette cinématique : ni glissement des pneus ni dynamique latérale, le frottement ne limite que le freinage d’urgence et la limite en virage ; un planificateur pédagogique, non un pilote automatique certifié ni un réseau de neurones. Le lidar balaie un plan contre des cercles et des segments, sans échos de pluie, regroupement ni suivi ; la piétonne suit un script et n’est jamais prédite au-delà de la règle du passage piéton ; un contact est signalé, non simulé. La branche moteur ou récupération est choisie par morceau de 10 ms selon le travail net aux roues ; la batterie est un stock d’énergie à rendements constants. Une boucle de campus en vraie grandeur, aucun autre trafic.
Équations du module
Équations θ’ = v·tan δ/L, κ_cmd = 2·sin α/l_d, L_d = L0 + k·v, on a circle α = L_d/2R, so κ = 1/R v_curve = √(a_lat/κ), brake when d ≤ D(v, a, v_c); then a = −(v² − v_c²)/2d, |a| ≤ a_c, |da/dt| ≤ j TTC = d/v; emergency if d − 1 m < D_comfort; s_stop = v·τ + v²/2a_e + v·a_e/2j_e − a_e³/24j_e², a_e = min(6, 0.9·μ·g) E_batt = W_trac/η_m + E_aux − η_r·W_regen, W_trac − W_brake = ΔE_k + F_r·s + ∫c·v³ dt
