TELECOM PARIS ALUMNI
Retour aux actualités
Article suivant Article précédent

Revue TELECOM 182 - Systèmique des fonctions de l'automatisation de la conduite

Articles Revue TELECOM

-

15/10/2016


SYSTÈMIQUE DES

FONCTIONS DE

L'AUTOMATISATION

DE LA CONDUITE


 

Par Jean-Marc Blosseville dans la revue TELECOM n° 182
 

La conduite robotisée d’un véhicule nécessite de construire un modèle dynamique permettant de gérer les interactions entre le véhicule et son environnement. Le modèle qui prévaut pour le développement du concept d’automatisation de la conduite est de viser la plus grande autonomie possible. Tel qu’il est envisagé aujourd’hui, un véhicule en conduite automatisé doit en effet être capable d’évoluer dans le trafic réel et sur une infrastructure non spécifique. 
Toute l’intelligence est embarquée. Les fonctions sous-jacentes sont celles identifiées par la robotique mobile : perception, planification, diagnostic, décision et contrôle-commande. 
Ces fonctions forment un système dynamique cyclique effectué en permanence. 
Il s’ancre sur les architectures techniques régissant déjà les mouvements de nos véhicules modernes. Examinons brièvement et successivement ces fonctions.



La perception a pour objectif principal de construire des diagrammes de trajectoires pour les mobiles environnants. La mise en œuvre de cette fonction s’effectue concrètement grâce à des capteurs de perception, radar, Lidar, caméra. Chacun des capteurs a son domaine d’excellence et ses faiblesses.

Le radar exploite l’émission d’ondes électromagnétiques réfléchies par les objets de l’environnement. Il excelle sur les objets en mouvement, permet des détections à longue portée, ne craint pas une météo difficile mais il redoute les objets fixes, sa résolution latérale est plutôt faible et il nécessite des traitements complexes de regroupement et de séparation de d’objets.

Le Lidar, capteur optique laser, présente une très bonne précision longitudinale et angulaire, une très forte résolution, mais les conditions atmosphériques difficiles, la pluie, la neige affaiblissent sa portée.

La caméra offre une très grande richesse des informations. Elle est cependant sensible aux conditions extérieures, et pour les longues distances elle est d’une faible précision. Utilisée par paires, ce capteur offre une vision stéréoscopique donnant un accès direct à la distance aux objets.

Il n’y a pas de capteur parfait, la fusion multi-capteurs est indispensable pour atteindre une grande efficacité dans toutes les circonstances. On peut considérer que la perception courte distance est un problème résolu. Au contraire, la perception robuste et précise à longue distance, donc pour les vitesses élevées est encore un vrai sujet de recherche : un système de détection d’obstacle qui garantit un arrêt sans collision à haute vitesse fait encore l’objet de nombreux travaux. La fonction de perception a aussi pour but de localiser le véhicule piloté par détection des marquages latéraux de peinture par exemple. Cette localisation est le point de départ de l’étape de planification visant à mettre au point la future trajectoire du véhicule.
 


On note deux classes d’approche pour la fonction de planification


1. Pas de carte mais une lecture directe de la route. C’est l’approche la plus simple adaptée à l’autoroute ou à des voies bien marquées par des marquages latéraux. La détection des marquages se fait alors en utilisant une caméra et du traitement d’image. En complément, la localisation satellitaire par GPS peut suffire pour se positionner longitudinalement.

2. Exploitation de cartes. Cette approche nécessite le développement de cartes spécifiques contenant le repérage d’amers, éléments 3D des parties fixes de l’environnement. On se localise sur ces cartes dans une zone donnée en comparant les informations fournies par les capteurs de perception et celles qui ont été notées sur la carte dans cette zone.

Les approches combinant cartes et capteurs supposent à terme une normalisation des cartes et des capteurs ou tout au moins que les cartes constituent une base dans laquelle chaque véhicule puise une description 3D suffisante de l’environnement routier. 

Le diagnostic et la décision dans la pratique, on élabore plusieurs trajectoires de caractéristiques différentes qui représentent les différentes possibilités permises par la situation : trajectoires de situations normales, ou trajectoires d’urgence. L’étape de diagnostic permet de faire un choix et de prendre une décision d’action. Le diagnostic qualifie la situation sur la base des résultats interprétés de la perception : est-on en circonstances courantes, nominales ? ou est-on en situation de risque élevé, de collision probable par exemple ?

Le module de décision permet d’adopter une des trajectoires élaborées. Par exemple, devant un obstacle perçu ou signalé, on choisira la trajectoire qui minimise à la fois le risque et l’inconfort des passagers: changement de voie anticipé ou freinage d’urgence.
 


Le contrôle-commande


La décision étant prise, il n’y a plus qu’à déclencher l’action, c’est l’étape de commande. Elle est effectuée par une boucle rapide, sur une fraction de seconde en utilisant juste les premiers éléments de la trajectoire retenue à l’étape précédente. Des automates directement reliés aux freins, à l’accélération, à la direction se mettent alors en action. L’étape de commande est la partie la plus avancée de l’élaboration du pilotage autonome du fait des travaux antérieurs sur les différents systèmes électromécaniques connectés aux actionneurs.
 


La connectivité


La connectivité permet l’accès à des données distantes au delà de la portée des capteurs de perception. Plusieurs technologies sont en cours d’élaboration.

La connectivité cellulaire (3G, 4G…) qu’utilisent nos téléphones portables permettent d’ores et déjà la connexion à un serveur distant. C’est une boucle longue de partage de données entre les véhicules via un serveur . Elle sera par exemple utilisée pour la gestion des données de cartes et leur mise à jour. Du fait que la connexion ne peut être garantie, cette technologie ne vise pas les applications liées à la sécurité.

Une seconde technologie très différente et moins connue des médias vise à établir entre les véhicules et des bornes disposées sur la route un véritable réseau d’échange permanent d’informations. C’est une technologie proche du Wi-Fi qui a été développée par le secteur automobile spécifiquement pour les aspects sécurité. Elle en est au stade du pré-déploiement. Il s’agit d’une boucle courte, rapide permettant dans le cadre de l’automatisation d’établir un contrôle des distances entre véhicules, de déclencher du freinage d’urgence ou de permettre la gestion de pelotons.
 


L’architecture
 

Toutes ces fonctions font l’objet d’une implémentation dans des architectures informatiques.

Le radar exploite l’émission d’ondes électromagnétiques réfléchies par les objets de l’environnement. Il excelle sur les objets en mouvement, permet des détections à longue portée, ne craint pas une météo difficile mais nécessite des traitements complexes de regroupement et de séparation de d’objets.

Le radar exploite l’émission d’ondes électromagnétiques réfléchies par les objets de l’environnement. Il excelle sur les objets en mouvement, permet des détections à longue portée, ne craint pas une météo difficile mais nécessite des traitements complexes de regroupement et de séparation d’objets.

Le schéma très simple d’architecture proposé ci-dessus illustre le chaînage des fonctions et permet de faire apparaître la fonction de surveillance, fonction effectuée par le conducteur. Cette fonction est indispensable évidemment jusqu’à ce que l’automatisation ait atteint un niveau tel que les défaillances soient traitées par le système lui-même, objectif le plus ambitieux du concept.

L’automatisation pose le problème redoutable de l’architecture sûre, c’est-à-dire résistante à tous les risques pouvant provenir de sa conception, de l’agencement de ses systèmes et composants, de son fonctionnement en interaction avec l’environnement extérieur.

Au total, il s’agit bien d’une approche systémique, chaque fonction étant chargée d’apporter des informations exploitées par les autres. Les frontières entre fonctions sont d’ailleurs encore en évolution. La connectivité devrait notamment apporter de fortes contributions aux fonctions de perception embarquée. Les véhicules ne seront d’ailleurs plus autonomes mais éléments d’un système plus vaste, interconnecté, fonctionnant sur le mode de la coopération.

D’autres approches plus éloignées de ce modèle classique» perception-décision-action» sont tentées. Elles évitent les étapes intermédiaires en se rapprochant d’un mode réflexe : la perception est directement suivie d’actions. Par exemple, la perception robuste d’un élément de taille au-dessus d’un seuil donné pourrait déclencher immédiatement un freinage d’urgence ou bien un écart à des indices visuels liés à la forme de la voie pourrait commander une remise en ligne (ESP perceptif). C’est une des voies tentée par les spécialistes de l’apprentissage profond (deep learning) .

Les fonctions nécessaires à l’automatisation de la conduite sont aujourd’hui, sans nul doute, à un stade préliminaire directement dérivé de la recherche. Les systèmes «sans erreur» dont on a besoin aux niveaux d’automatisation les plus élevés de la classification SAE (niveaux 4 et 52) nécessitent d’explorer toutes les voies de progrès y compris les plus audacieuses et c’est ce qui rend notre époque si passionnante pour tous les chercheurs et ingénieurs de l’automobile.


1/
https://devblogs.nvidia.com/parallelforall/deep-learning-self-driving-cars/

2/ Niveaux pour lesquels ni la supervision, ni l’action du conducteur ne sont requises. Le système est seul en charge de la conduite et des modes de défaillances.


L'auteur


Jean-Marc Blosseville
, Docteur en statistiques, directeur de recherche émérite d’IFSTTAR, spécialiste des systèmes intelligents (ITS), Jean-Marc Blosseville a dirigé plusieurs laboratoires et grands projets de recherche sur les systèmes de surveillance des infrastructures, d’assistance aux conducteurs ou d’automatisation de la conduite.

Auteur de plus de plus 300 publications, articles, livres, de 6 brevets et de plusieurs licences de produits, à l’origine de deux filiales d’IFSTTAR, il est aussi membre de plusieurs comités scientifiques de congrès internationaux, membre du think-tank de l’Union Routière de France.

 
 

145 vues Visites

J'aime

Commentaires0

Veuillez vous connecter pour lire ou ajouter un commentaire

Articles suggérés

Articles Revue TELECOM

Revue TELECOM 194 - Editorial Laura Peytavin et Yves Poilane

User profile picture

Rédaction Revue TELECOM

13 novembre

Articles Revue TELECOM

Revue TELECOM 194 - Sevenhugs

User profile picture

Rédaction Revue TELECOM

12 novembre

Articles Revue TELECOM

Revue TELECOM 194 - Bye Bye Barrault

User profile picture

Rédaction Revue TELECOM

12 novembre