La voiture du futur - 29/04/2007

L'électronique embarquée nous prend le volant : moteurs électriques, alertes anti-collision, visions de nuit. Toutes ces technologies nous éloignent peu à peu du volant tout en voulant nous protéger. Et ce n'est pas fini.

Dans cette course à la voiture autonome, plusieurs projets européens développent de nouveaux modes de transport urbains basés sur des véhicules totalement automatisées. Comme le CityMobil, doté de 40 millions d'euros et qui regroupe 28 partenaires dans 10 pays.

De nombreux projets européens ont aussi comme ambition d'accroître la sécurité du conducteur et des piétons. Ainsi le projet « Save-U », qui rassemble des constructeurs et des équipementiers automobiles high tech, (DaimlerChrysler, Volkswagen, Mira, Siemens VDA Automotive ) a pour objectif de développer un dispositif pouvant identifier les piétons se trouvant dans la trajectoire du véhicule et d'avertir le conducteur en cas de risque de collision.

Dialogue croisé avec deux chercheurs réunis pour Futura Sciences.

• Brahim Chaib-Draa, Université Laval, Québec : professeur au département d'informatique et de génie logiciel de son laboratoire de recherche, le DAMAS (Décision, Apprentissage et Multi-Agents), il s'intéresse aux nouvelles technologies des agents logiciels. Les agents sont des entités logicielles autonomes qui interagissent dans un environnement. La recherche dans ce domaine vise à utiliser des modèles mathématiques afin d'évaluer quelles sont les meilleures actions dans l'environnement en fonction des connaissances et des perceptions des agents.
• Francois Michaud, Universite de Sherbrook : département Génie électrique et Dénie informatique - Ing. Ph.D. Professeur Titulaire de la Chaire de recherche du Canada en robotique mobile et systèmes intelligents autonomes.

Ces recherches sont appliquées en partie au sein d'un projet lié à l'initiative canadienne Auto21. Cet organisme tente de promouvoir la recherche et les interactions entre l'industrie automobile et les chercheurs universitaires canadiens. Ainsi, des étudiants du DAMAS travaillent sur le projet « Communication inter-véhicules et applications ». Leur objectif est d'intégrer la communication sans-fil entre véhicules afin d'améliorer la conduite automobile. Plus particulièrement, ils cherchent à utiliser la communication entre véhicules afin de faire évoluer la prise de décision et la coordination entre véhicules.

« D'un point de vue technologique, la voiture entièrement automatisée, qui conduit toute seule, est réaliste ».

Futura Sciences : Quels sont les nouveaux systèmes qui vont permettre d'améliorer la sécurité routière ?

Brahim Chaib-Draa : D'abord, les nouveaux systèmes auront un rôle de prévention d'accidents. Ainsi, de par la multitude de nouveaux senseurs présents sur les voitures, les systèmes de détection de collision pourront avertir le conducteur et même prendre certaines décisions de conduite (freinages) afin d'éviter une collision ou de minimiser ses impacts.

D'autres systèmes, internes aux véhicules permettront, grâce à des systèmes de caméras, de détecter tout écart dans le comportement du conducteur (sommeil, inattention, etc…), dans l'optique de pouvoir réagir pour éviter tout incident.

Finalement, avec l'utilisation de plus en plus importante des communications sans-fil, il sera évidemment possible de propager de l'information entre véhicules. Dans ce cas, de l'information captée par des senseurs peut être partagée et l'horizon de « vue » d'un véhicule est alors agrandi. Les décisions prises peuvent alors être plus éclairées et on peut aussi penser pouvoir partager des informations sur la chaussée, sur la présence d'accidents, sur la venue d'un véhicule d'urgence, etc…

François Michaud : Tout système améliorant la perception du conducteur que ça soit pour lui d'augmenter le champ de vision (danger à l'avant, obstacle à l'arrière lorsqu'on recule) ou encore mieux dans des conditions difficiles (pluie, neige, brouillard) ou lors de moments d'inattention (manipulation du cellulaire ou de la radio, somnolence) s'avère primordial pour améliorer la sécurité routière.

• Les systèmes de régulateur de vitesse adaptatif (adaptive cruise control) qui permettent de modifier la consigne de vitesse en fonction d'obstacle détecté à l'avant sont sur le point d'arriver sur le marché. Avec les possibilités accrues de communication sur les véhicules, il sera possible de communiquer des conditions de trafic, et même possible pour des véhicules à proximité de s'échanger des informations afin d'augmenter leur champ de perception respectif (ex.: un véhicule à l'avant détecte la présence de glace sur la chaussée, et avertit les autres le suivant de ralentir).

Schéma illustrant le « CACC » (Cooperative Adaptative Cruise Control). Cette technologie utilise communication et senseurs afin de viser à la coordination de plusieurs véhicules entre eux.

Scénario utilisant le système « CAAC »

• Les systèmes de vision infrarouge sont intéressants pour permettre aux conducteurs de voir la nuit ou dans des conditions de visibilité limité. La difficulté actuelle est qu'il n'existe pas un seul capteur qui peut tout faire - il faut arriver à combiner l'information de plusieurs systèmes de capteurs pour couvrir l'ensemble des situations pouvant survenir.

• Les systèmes de détection de somnolence, de téléphone main libre ou encore de non-démarrage du véhicule en cas d'ivresse sont intéressants pour avoir des conducteurs alertes sur la route.

Futura Sciences : La voiture sans conducteur est-elle un rêve ou peut-on l'imaginer dans un avenir proche ?

Brahim Chaib-Draa : Oui et non. En fait, d'un point de vue technologique, la venue de voitures entièrement automatisées est réaliste, mais plusieurs problèmes restent à êtres surmontés. D'abord, il y a celui de la « pénétration du marché » de telles technologies. En effet, suite à l'intégration de tels systèmes, les véhicules sur la route ne seront que graduellement équipés de systèmes intelligents. Comment alors peut-on gérer les interactions entre des véhicules entièrement autonomes et des conducteurs humains, par définition, imprévisibles ? Il faudra donc songer à une introduction progressive de tels systèmes intelligents capables de tenir compte de ce problème.

Cependant, beaucoup de recherches sont effectuées au niveau du contrôle et de la prise de décision autonome tant en robotique qu'en intelligence artificielle. Ces domaines visent à construire des entités capables de prendre des décisions éclairées dans des environnements complexes tels le réseau routier.

Par exemple, la recherche en intelligence artificielle étudie présentement comment concevoir des processus décisionnels efficaces dans des environnements dynamiques et incertains. Ces processus sont en général basés sur des modèles mathématiques permettant d'évaluer la meilleure action à prendre afin de maximiser une fonction objective. Par exemple, les modèles basés sur les processus décisionnels de Markov permettent de modéliser la prise de décision dans un environnement en raisonnant à partir d'un état de l'environnement S, des actions possibles à partir de cet état et des probabilités d'arriver en un état suivant en effectuant une action à partir de S. Lorsqu'une action est posée, une récompense est donnée indiquant si l'action a été bénéfique ou non. En conservant la « valeur » des états visités (espérance de récompense à partir d'un état), il est possible d'agir dans l'environnement en mettant à jour la valeur des états visités et ainsi de converger vers l'obtention d'une politique indiquant les actions à poser dans l'état courant de l'agent. De plus, la métaphore des agents intelligents est aussi utilisée au niveau de la coordination. Bref, comment pouvons-nous prendre les meilleures décisions possibles afin de rendre le plus efficace possible (globalement) le flot de trafic tout en minimisant les actions à éviter et menant à des accidents.

Toutefois, l'unification des différentes parties du problème menant à une voiture entièrement autonome, efficace et sans risques prendra encore quelques années. De plus, un autre problème majeur est l'acceptation d'une telle technologie par les utilisateurs. Les gens voudront-ils vraiment donner tout le contrôle à une machine ? Cette dernière devra donc évidemment avoir fait ses preuves.

François Michaud : Je crois que ceci se réalisera de façon graduelle, en fonction des capacités de perception (que ça soit via des capteurs sur le véhicule ou par les informations communiquées par d'autres véhicules). Quand les capacités perceptuelles s'avèreront plus performantes que celles des humains, la voiture sans conducteur pourra voir le jour. Il faudra par contre démontrer cette supériorité, du moins pour des questions de responsabilités civiles en cas d'accidents. Qui prendra alors la responsabilité - l'occupant ou le fabriquant du véhicule ?

Technologiquement, je crois que les senseurs et les médiums de communication vont permettre de rendre réalisable des concepts de voiture sans conducteur, probablement à des vitesses réduite au départ. Mais ça va prendre encore plus de temps avant de les voir commercialement disponibles, pour les raisons évoquées précédemment.

Futura Sciences : Quel va être le rôle de l'électronique dans l'évolution des moteurs ?

François Michaud : L'électronique prendra de plus en plus de place afin d'améliorer la précision, la rapidité et l'automatisation/l'autonomie des véhicules dans la conduite. Pour les moteurs plus spécifiquement, l'électronique y prendra plus de place. On peut penser par exemple au moteur électrique d'Hydro-Québec, maintenant utilisé en France. Ça change radicalement la façon de fabriquer les voitures. Le skateboard drive by-wire concept-car de GM où il n'y a plus de lien mécanique (volant, accélération, frein) entre le conducteur et le véhicule est aussi un bon exemple. Le développement de moteurs capables de percevoir les couples à même le moteur est aussi un concept très intéressant, augmentant l'usage de l'électronique dans le contrôle de véhicule. Le défi est d'arriver à retransmettre au conducteur les forces sur la direction, sans passer par un lien mécanique direct.

Patrick Peneau (directeur commercial d'IPSI, société spécialisée dans l'électronique embarquée) nous donne son point de vue sur ces questions.

Futura-Sciences : Quels sont les nouveaux systèmes qui vont permettre d'améliorer la sécurité routière ?

Patrick Peneau : Le X-By-Wire dont les deux principales applications sont le Steer-By-Wire et la Brake-By-Wire. Le remplacement de pièces mécaniques, comme la colonne de direction ou le circuit hydraulique de freinage par des liaisons électriques permet d'améliorer le contrôle de la direction et du freinage du véhicule.

Les systèmes destinés à éviter les collisions (freinage, évitement, …) ou à les minimiser. Basés sur des capteurs d'environnement (radar, caméra, lidar, télémètre,..) et la coordination intelligente de ces multiples informations ("fusion de données"), ces systèmes assistent le conducteur en intervenant directement sur les organes. Parallèlement ils tendent à en minimiser les conséquences dès lors qu'elles sont jugées inévitables, par exemple, en modifiant rapidement la position de conduite.

Freinage électrique 
Crédits : Hubert Vincent - tous droits réservés

Les systèmes de communication entre véhicules et entre véhicule et infrastructure pour partager des informations sur des dangers potentiels.

Lecture de code barres routiers. Le principe repose sur des détecteurs implantés sous le pare-chocs qui lisent des bandes 'codes barres' peintes sur la route. On pourra ainsi éviter les collisions entre véhicules, respecter les limitations de vitesse... Les applications sont très nombreuses mais certaines pourraient entrer en conflit avec les systèmes de guidage par satellite.

Futura Sciences : La voiture sans conducteur est-elle un rêve ou peut-on l'imaginer dans un avenir proche ?

Patrick Peneau : Ça reste encore du domaine du rêve car il n'existe pas de systèmes suffisamment fiables et à un coût acceptable pour rendre la conduite entièrement automatisée. De plus de tels systèmes changeraient totalement la donne en termes de responsabilités juridiques.

En termes de marketing le conducteur est le client des constructeurs, ils sont donc fondamentalement peu enclins à le remplacer par un « robot ».

Il y a cependant, aux USA, quelques expérimentations d'autoroutes spécialement aménagées pour recevoir des "convois" de voitures sans conducteur.

Futura Sciences : Quel va être le rôle de l'électronique dans l'évolution des moteurs ?

Patrick Peneau : L'électronique pour les moteurs a pour objectif d'atteindre le point de fonctionnement optimal quelque soient les conditions, donc d'augmenter le rendement et d'abaisser la consommation et la pollution.

Un autre objectif est la détection précoce des pannes et usures. Par exemple, les fonctions OBD (On Board Diagnostic), enregistrent et analysent les paramètres de contrôle moteur. En cas d'anomalie l'OBD permet à la fois d'adopter un mode de fonctionnement « dégradé » garantissant la sécurité du conducteur et de renseigner le garagiste sur la nature de la défaillance.

Avec le durcissement inévitable des normes anti-pollution (Euro V actuellement), on constate l'accroissement du nombre de modules électroniques embarqués sur les moteurs. On tend de plus en plus vers des solutions à contrôle/commande rapprochée, c'est d'ailleurs déjà le cas sur les nouvelles boîtes de vitesses robotisées où l'électronique de commande est intégrée dans la boîte et non plus déportée comme auparavant.

Sur les moteurs, le nombre de capteurs ne fait que croître car on souhaite contrôler de plus en plus finement les comportements du moteur thermique.

Mais cet accroissement du nombre de pièces électroniques pourrait provoquer un effet secondaire contre-productif avec une augmentation des 'petites pannes'. Cependant, fiabiliser plus durement ces nouvelles pièces est tout à fait possible, mais à un coût plus élevé.

Pour en savoir plus :

• Sur lnternet :

http://www.damas.ift.ulaval.ca
http://www.auto21.ca
http://damas.ift.ulaval.ca/projets/auto21/fr/index.html

• Pages des chercheurs :

http://www.damas.ift.ulaval.ca/~chaib/
http://www.gel.usherbrooke.ca/michaudf/