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Nous sommes 3 élèves du Lycée Saint Stanislas à Nantes. Dans le cadre des Travaux Personnels Encadrés, nous avons choisi comme sujet la voiture autonome, un sujet d'actualité. En espérant que notre site vous soit utile et qu'il réponde à toutes vos questions... Bonne visite !

     Le tableau ci-contre nous permet de comparer la conduite par un Homme et par une voiture autonome. Il apparait clairement que la machine est bien plus avantageuse que l'humain.     

     A l'issue de notre T.P.E., nous avons appris que la voiture autonome a un temps de réaction nettement inférieur à celui d'un Homme. En effet l 'ordinateur de bord n'a besoin que de quelques millisecondes, alors qu' il nous faut (en étant extrêmement concentré) entre 0,5 et 1 seconde. De plus, du point de vue de la sécurité, la voiture posséde de nombreux avantages par rapport à l'Homme, étant donné que l'ordinateur de bord délivre des ordres parfaitement adaptés à l'ensemble de l'environnement extérieur. Du point de vue technique, tous les problèmes ont été résolu, comme nous avons pu le voir avec les prototypes. Toutefois, il n'est pas encore envisageable de supprimer le permis, toujours utile en cas de problème technique. Il semblerait donc que notre problématique apporte une réponse positive. Et qu'il ne reste plus qu'à améliorer le facteur humain.

     La fusion des données des capteurs et du G.P.S. par l'ordinateur de bord arrive à remplacer et dépasser le cerveau humain. Dans un sens, la voiture est plus "intelligente" que nous. Il est donc compréhensible que certains s'inquiète à l' idée d'un monde où les machines prennent le dessus sur les Hommes. Ce domaine de l'intelligence artificielle devrait se développer dans les années à venir.

  On peut donc conclure que le seul obstacle au développement mondial de ce bijou de la robotique remplacant l'homme est...l'homme !

                                                                                                                 Retour au plan et problématique 

     David Bétaille est "chargé de recherche" au Laboratoire Géolocalisation, dans le Département Composants et Systèmes (CoSys) de l' Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR) situé près de Nantes. Il a partcipé à des projets en lien avec la voiture autonome, il possède donc de bonnes connaissances sur ce sujet.

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Voici les questions que nous lui avons posé et les réponses qu'il nous apporté :

  •  Comment l'ordinateur de bord concentre-t-il toutes les données ?

     La charge de calcul est remplacée par la communication. La voiture envoie sa question ou son problème à un serveur extérieur. Le cloud computing est un serveur, il s'agit de confier la tâche à un système qui n'est pas à bord. Cela est plus rapide que si l'ordinateur faisait le calcul tout seul. L'ordinateur de bord n'est pas assez puissant et il consomme de l'énergie. Beaucoup de questions, problèmes (requêtes) arrivent en même temps mais le serveur arrive à gérer. Le cloud computing est possible à grande échelle. Il y a aussi l'horizon électronique, c'est la zone tampon autour de la voiture dans un environnement proche (300m) qui permet de charger toutes les informations. Quand la voiture se déplace, la zone tampon aussi : au fur et à mesure les informations se mettent à jour. Plus il y a de données dans les cartes, plus le serveur aura du mal à gérer. Les cartes contiennent les voies et les marquages qui sont importants au niveau du stockage.

  • Quels sont les capteurs les plus utilisés en robotique ?

     L'ensemble des systèmes de navigation par satellite est désigné par "GNSS" (Global Navigation Satellite System). Les systèmes GPS et Galiléo sont des GNSS et ce sont les systèmes les plus connus pour connaître une position.

     L'odométrie consiste à mesurer les déplacements en plaçant des capteurs dans les roues afin de calculer à chaque instant la position actuelle en partant d'une position initiale connue. 

     Les caméras ne sont pas chères, elles ont donc un futur. Les caméras en stéréovision ont une longue portée.

     Les radars utilisent les ondes électromagnétiques, leur coût est faible mais ils ont une courte portée. 

     Les lasers ont moins d'avenir vu leur prix élevé tel que les lasers type lidar. 

    La carte locale dynamique couvre une zone autour du robot et comprend l'environnement avec les objets mobiles et fixes. 

  • Comment la voiture fait-elle pour ramener et comprendre les données ?

     Pour diriger une telle voiture, il faut prendre toutes les données. Mais il y a actuellement 2 problèmes :

- La planification de la trajectoire

Quand tout va bien, la direction et la position du véhicule sont connues. Il est alors positionné sur une carte. Mais la position GPS ajoutée à la carte est peu précise. Donc, on ajoute à cela 2 caméras pour enrichir la perception et mieux placer le véhicule sur la carte. La voiture calcule alors la trajectoire en fonction de la route. Pour planifier sa trajectoire, on utilise la consigne à réaliser et l'état du véhicule. Ensuite, l'ordinateur de bord génère une commande puis on joue sur la trajectoire avec le volant, le frein ou l'accélérateur. L'analyse des écarts de la voiture est faite et ils sont corrigés.

- L'évitement d'obstacles

Les obstacles sont vus par la perception à l'aide de caméras. Elles peuvent mesurer la vitesse du véhicule mais elles servent surtout à calculer la dimension des obstacles. Puis l'ordinateur de bord ajuste la trajectoire de consigne. S'il y a un obstacle sur la route, la voiture peut faire le même chemin mais elle va ralentir pour contourner l'obstacle.

  • Comment les capteurs de position permettent-ils d'affiner le positionnement GPS de la voiture ?

     Le GPS donne juste la position absolue du véhicule. Il capte sa position entre 5 et 10 fois par seconde. Le GPS associé aux capteurs de position donnent une première approche de la route. Grâce à la vision, on peut connaître le marquage et le bord de la route, cela permet d'affiner.

     Les caméras servent à avoir plus de détails. En effet, les systèmes par la vision sont plus efficaces. Il y a environ 25 images par seconde, c'est ce qu'on appelle le traitement d'images. La position relative (traitement relatif) est connu grâce aux caméras. Elle peut être  utilisée seule mais ce n'est pas précis. La position relative est complémentaire avec la carte pour voir plus loin ainsi qu'avec le GPS. Le point GPS et la carte avec les marquages repérés sont associés. On convertit le positionnement GPS dans les coordonnées est-nord de la carte. Il y a donc une transformation mathématique du système de coordonnées image au système de coordonnées terrain.

     Il faut calibrer les caméras afin de passer du repère image au repère terrain. Plusieurs informations sont fusionnées : la perception par les caméras, la position GPS et les radars. Toutes ces informations sont fusionnées en utilisant la théorie statistique de Bayès (il y a 250 ans). L'objectif est de ramener toutes les informations dans le même repère. 

     La marche d'erreur du marquage au sol est de 10 cm et celle de la position GPS est de 1 m.

 • Quel est le principe de la triangulation ?

     Le GPS utilise la trilatération. Avant les années 90, c'était la triangulation. Le véhicule connait sa position par rapport à 2 points. Ces points correspondent à des satellites. Des sphères sont tracées avec pour centre chaque satellite. Tous les points d'intersection des sphères ne sont pas possibles, on utilise un 3^ème satellite pour trouver le point d'intersection des 3 sphères. Ce point correspond à la position du véhicule.

  • Quel est le prix d'une voiture autonome ? 

     Son prix reste encore indéterminé. Par exemple, la Google Car vaut beaucoup : elle contient un laser qui correspond à 10 fois le prix de la voiture. La voiture Mercedes contient elle des équipements moins chères, son prix est donc inférieur. L'ordre de grandeur du prix des équipements ne dépasse pas plus de 1000 euros. Le lidar est fabriqué par IBEO et son prix est de 1000 euros pour un lidar simple. Pour que la voiture autonome se développe, il faut commencer par baisser le prix des équipements ce qui va entrainer une baisse du prix de la voiture. Les sous-produits des prototypes de la voiture autonome se vendent plus vites que le prototype lui-même. L'ABV a du succès. Mais la voiture autonome ne répond pas à un besoin.

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     Pour finir, nous nous interrogerons sur les obstacles à la commercialisation des voitures autonomes.

• Le premier obstacle majeur est la législation.

1. En France, la convention de Vienne du 8 novembre 1968 déclare que "tout véhicule en mouvement [...] doit avoir un conducteur", "tout conducteur doit constamment avoir le contrôle de son véhicule" et "le conducteur d'un véhicule doit éviter toute activité autre que la conduite" (chapitre 2, article 8). Ces principes (étudiés pour minimiser les risques d'accident) s'opposent à l'autonomisation intégrale de la conduite. 42 pays ont adopté cette convention. Les Etats signataires ont entamé des discussions pour une compréhension moins stricte de cet article. La France va dans ce sens mais le processus de négociation est long.
2. Les Etats-Unis ne sont pas signataires de la Convention de Vienne (mais ils participent aux discussions en tant qu'observateurs), ils sont donc plus libres. Quatre états autorisent la Google Car : la Floride depuis avril 2012, le Nevada depuis mai 2012, la Californie depuis septembre 2012 et le Michigan depuis fin 2013. Le DVM (Département des Véhicules Motorisés) a écrit la loi californienne (inspirée de celles des deux états l'ayant précédé). Elle pose deux conditions :

      _ les constructeurs de véhicules autonomes doivent les faire approuver par le DVM.

      _ les conducteurs doivent obtenir un nouveau permis et rester derrière le volant au cas où l'ordinateur rencontrerait un problèmes.

• Même si la voiture autonome possède de nombreux avantages, les Hommes emettent encore des réserves.

1. Les constructeurs automobiles devront faire assurer tous les véhicules vendus. Lors d'un accident, les données recueillies par la voiture permettront de déterminer précisément les responsabilités. Si aucun humain n'est mis en cause, les constructeurs automobiles seront tenus pour responsables. Toutefois, plusieurs grandes marques (Volvo, Mercedes, Peugeot,  ...) investissent dans la recherche pour équiper leurs modèles de plus en plus similairement à une voiture autonome.
2. Le reste de la population oppose plusieurs arguments. D'abord, l'informatisation massive de la voiture autonome fait craindre l'espionnage des particuliers. En effet, l'équipement de tels véhicules permet de "pister" aisément ses utilisateurs. Cela rappelle les dérives à éviter dans nos sociétés de plus en plus informatisées. De plus, les Hommes ne sont pas rassurés à l'idée de confier leur vie à une machine. Enfin la plupart de nos sondés ont évoqués le "plaisir de conduire".

     Résultats du sondage :

QUESTION 1 :Accepteriez-vous que votre voiture effectue des trajets courtssans que vous soyez au volant (par exemple pourvous garer),grâce à un système de télécommande ?

     Les graphiques montrent que les gens (hommes et femmes pratiquement à égalité) sont favorables aux déplacements autonomes courts (stationnement automatique ou déplacement par télécommande). On note que les personne de plus de 61 ans et ceux qui n'ont pas de voiture sont les plus favorables.

QUESTION 2 : Accepteriez vous que votre voiture s'auto-conduise, à condition que vous puissiez reprendre le contrôle dès que vous le souhaitez ?

      Les réponses obtenues montrent les personnes sont favorbles à un véhicule autonome (toutes catégories : hommes/femmes et âges), sous réserve de pouvoir intervenir à souhait.

QUESTION 3 : Accepteriez vous qu'un ordinateur de bord conduisent votre voiture à votre place, sans possibilité d'intervenir ?         

     Contrairement à la question 2, les personnes intérrogées ne veulent pas être dépendantes d'un ordinateur de bord qui contrôlerait tout, en particulier les 31-60 ans.

Conclusion du sondage : il n'existe pas de différences profondes d'opinion entre les hommes et les femmes. Le sondage montre que les gens sont plutôt favorables à des aides à la conduite, mais qu'ils ne le sont pas encore prêt pour se laisser conduire sans intervenir.

• Le dernier obstacle est le prix. Du fait de l'absence de projet de commercialisation, le prix d'une voiture autonome reste indéterminé. Il dépend principalement du coût des équipements. Par exemple, l' équipement de la Google Car coûte 10 fois plus cher que la voiture elle-même. Les prix pour le LIDAR oscille entre 1000€ (celui utilisé pour l'U.C.C.D.) et 8400€ (celui de la Google Car). Toutefois, pour la plupart des prototypes créés le prix de l'équipement tourne autour de 10000€. Aussi, si la production s'intensifie, les prix devraient baisser.

     Il semble donc que les seuls obstacles restant dépendent de l' Homme. En effet, les problèmes législatifs et financiers peuvent facilement se résoudre. Mais nous hésitons entre l'émerveillement face à cette nouvelle technologie et la peur d'un monde gouverné par les ordinateurs. Pour familiariser leurs concitoyens, plusieurs villes prévoient de mettre en circulation des véhicules autonomes dans cinq ans environ. En Suède, Volvo fera rouler des véhicules sur un réseau routier de 50 km. Et à Londres, des taxis autonomes assureront les trajets entre la gare et le quartier d'affaires.

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• L'automatisation Basse Vitesse (ABV) permet de libérer le conducteur des phases de conduite ininteréssantes (première, embouteillages, ...). Par exemple, Mercedes propose cette option sur sa nouvelle classe S. Ils mettent beaucoup de capteurs pour s'assurer que les informations sont bonnes (si deux capteurs donnent des informations contradictoires, alors on prend les données du troisième ou on redonne le contrôle à l'humain) et pour assurer une sécurité maximale. Les capteurs peuvent être un ou deux radars à l'avant, une caméra et un laser en haut du pare brise. Ils calculent les distances entre les voitures. Cet asistant de conduite gère automatiquement l'accélérateur, le frein et la direction pour maintenir le véhicule dans sa file et à une distance de sécurité du véhicule le précédant.

                                                            Vidéo sur la Mercedes classe S.

• Les recherches sur la voiture autonome ont permis de mettre au point le premier véhicule conduisible par les aveugles. La Batmobile (Blind Access Technology Mobility platform) est un buggy, avec des équipements similaires à ceux de la voiture autonome. Il possède un capteur de vision (équivalent du LIDAR), un capteur de vitesse (utilisant le principe de l'odométrie) et un ordinateur de bord. Le capteur de vision balaie avec un laser (portée supérieure à 30 mètres) la piste. Une cellule photosensible, placée juste en-dessous, capte l'onde réfléchie et determine ainsi la position des obstacles. Le capteur de vitesse est situé sur les roues, il enregistre leur vitesse de rotation et en déduit celle de la voiture. Ces informations sont transmises à l'ordinateur de la Batmobile. Il les traite pour modifier l'action des autres technologies spécifiques du buggy (veste tactile, audioguidage, volant à clics et airpix). La Batmobile a été testée par un conducteur aveugle sur un circuit. Sa mise sur le maché permettrait aux aveugles de circuler en toute sécurité et introduirait des équipements présents sur les voitures autonomes.

• L'aide au stationnement (ou radar de recul) est apparue il y a quelques années et n'a cessé de s'améliorer. Des radars sont incorporés dans le pare-choc arrière (et avant pour certains modèles) du véhicule. Il peut s'activer automatiquement ou manuellement. Si l'onde qu'il envoie est réfléchie par un obstacle, le circuit electronique determine sa distance et un signal auditif (le plus souvent) informe le conducteur. Ce système est déjà présent dans la majorité des voitures de moins de quatre ans. Il est parfois complété par une caméra, donnant une idée précise du danger au conducteur. Mais les modèles hauts de gamme récents disposent d'un ordinateur capable de réaliser le créneau de façon autonome.

La version plus évoluée permet de choisir la manière dont la voiture se gare.

• Le régulateur de vitesse adaptatif consiste en un radar (ou un laser) situé derrière la grille avant d'un véhicule. Grâce à l'onde diffusée, le radar sait à quelle distance se trouve la voiture précédant la nôtre. Un ECM (Engine Controle Module) adapte notre vitesse afin de maintenir une distance de sécurité suffisante. Un système similaire est utilisé pour le régulateur de vitesse. Lorsque le trafic se dégage, le véhicule retourne à sa vitesse initiale. Ce dispositif automatise seulement la vitesse, le conducteur doit donc rester attentif à sa conduite. Il se répandra dans les années à venir.

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