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Qu’est-ce qu’un véhicule autonome ?

Qu’est-ce qu’un véhicule autonome ?

Le secteur du transport est aujourd’hui en pleine révolution après un long essor du véhicule à moteur thermique. L’arrivée des voitures électriques ainsi que des nouvelles motorisations va créer une première vague de changement. Cependant le développement de plus en plus poussé des véhicules autonomes va accélérer ce renouveau.

Alors que les premières technologies d’aide à la conduite sont apparues de nombreuses années auparavant, les constructeurs travaillent d’arrache pied sur des véhicules entièrement autonomes. Cet article donnera d’abord une définition exacte de ces véhicules. Puis, la seconde partie sera dédiée aux technologies embarquées par les véhicules.

Vidéo: Voiture entièrement autonome

I- Définition et histoire du véhicule autonome

L’autonomie se définit comme étant la capacité d’un système à ne pas être dépendant d’une ressource ou de quelqu’un. Dans le cadre d’un véhicule, il existe différents niveaux d’autonomie, au nombre de 5, le niveau 0 étant un véhicule totalement manuel sans aide :

  • Niveau 1 : Certaines fonctions sont automatisées afin d’assister le conducteur qui garde le contrôle global (ABS, régulateur de vitesse)
  • Niveau 2 : Deux fonctions principales sont automatisées simultanément et combinées (Le régulateur de vitesse adaptatif et le centrage des voies)
  • Niveau 3 : Le véhicule est capable de se conduire seul dans certaines conditions spécifiques (sur autoroute), le conducteur est capable de reprendre le contrôle si les conditions ne sont plus réunies (conduite autonome sur autoroute : Autopilot Tesla en 2016)
  • Niveau 4 : conduite autonome totale, le véhicule est capable d’assurer un trajet complet sans conducteur ou bien sans que ce dernier n’interagisse avec le véhicule

Le premier niveau d’automatisation des transports existe depuis plus de 30 ans, tandis que les fonctions du niveau suivantes sont apparues dans les années 2000.  L’arrivée de l’Autopilot sur les Tesla en 2016 a permis d’instaurer les premières conduites entièrement autonomes sur autoroute uniquement aux États-Unis. De nombreux autres pays étant trop contraignant avec leur législation sur le sujet.

Image montrant une tesla autonome

Le développement de véhicules complètement indépendants du conducteur a longtemps fait rêver les fans de science-fiction, il aura cependant fallu attendre 2004 avant que l’industrie ne s’y intéresse vraiment. C’est ainsi qu’a commencé le développement des véhicules complètement autonomes aussi bien par des entreprises du numérique que par des constructeurs automobiles. Les véhicules d’essais ont désormais parcouru de nombreux kilomètres sur route ouverte, et semblent plus proche que jamais de la commercialisation.

II- Un concentré de technologies

Afin de piloter un véhicule sans action humaine quelconque, les ingénieurs des différents constructeurs doivent réfléchir à des solutions toujours plus novatrices. Ainsi, les véhicules autonomes utilisent des technologies dernier cri.

Tout d’abord un véhicule autonome reste une voiture (ou camion, bus…), il est donc composé des mêmes éléments fondamentaux tels que les roues, un moteur etc… Ce type de véhicule est souvent associé à une motorisation électrique, cependant les moteurs thermiques ne sont pas un frein à l’automatisation des véhicules. C’est surtout par la recherche d’une nouvelle mobilité exploitant des énergies plus vertes qui provoque l’utilisation de l’électricité plutôt que l’essence.

Afin de pouvoir se repérer et se diriger, le véhicule nécessite plusieurs ajouts qui s’accompagnent d’un coût supplémentaire. Afin de pouvoir créer une perception de ses alentours, les véhicules de ce type utilisent aujourd’hui la technologie LIDAR : détection et estimation de la distance par laser. Un rayon de lumière est envoyé, puis un ordinateur est capable de calculer la distance par rapport à un objet en fonction du temps que le laser met pour revenir. Il y a quelques années le prix d’un de ces capteurs était d’environ 75 000$, il est aujourd’hui plus proche de 2000$. Cette technologie est souvent couplée à des capteurs de proximité afin de déterminer l’environnement aux alentours du véhicule.

Photo d'une google car équipé d'un LIDAR

Afin de traiter les données obtenues par ces différents capteurs puis de décider les actions à effectuer, les véhicules autonomes sont équipés de 2 ordinateurs puissants afin d’avoir une puissance de calcul de secours si la première est défectueuse. Comme tous les robots intelligents, les voitures autonomes fonctionnent en 3 étapes : perception, planification et action.

Avant de s’intéresser à ces étapes de calcul, il faut premièrement faire un point sur la technologie principale utilisée : l’intelligence artificielle. Aujourd’hui, ce domaine devient de plus en plus développé, et de plus en plus complexe. Il s’agit ici de comprendre le mode de fonctionnement plutôt que les détails mathématiques et informatiques. Un programme avec de l’intelligence artificielle est capable d’apprendre de ses expériences. Ainsi, plus il est entraîné sur des cas concrets différents plus il sera performant. C’est le même type d’outil qui est utilisé pour détecter des visages, ou retoucher une photo automatiquement.

La première étape de travail de l’ordinateur de bord est de s’occuper de la perception tout autour du véhicule. Les données reçues du LIDAR sont brutes, elles seront étudiées afin de reconnaître un piéton ou une voiture, ainsi que leur sens de déplacement. Le véhicule autonome possède ainsi une vision de son entourage proche de celle d’un humain, comme on peut voir sur l’image suivante.

Image d'une vision pour une voiture autonome

La seconde étape est alors la planification. En fonction des éléments repérés lors de la perception de l’environnement ainsi que leur caractéristiques (de distance, des limitations de vitesse, de panneaux…) le véhicule va alors calculer la trajectoire à suivre. Cette étape utilise encore une fois le principe de l’intelligence artificielle afin que le véhicule puisse choisir la trajectoire et la vitesse optimale. Des priorités sont utilisés afin d’assurer la sécurité, le confort ou encore le respect du code de la route.

Pour passer à l’action, l’ordinateur de bord calcule l’angle au volant nécessaire, la vitesse nécessaire pour suivre la trajectoire planifiée. Les éléments du véhicule sont ainsi pilotés. Le système agit en temps réel et la trajectoire, donc le comportement du véhicule est modifié perpétuellement en fonction des conditions extérieures.

Il existe actuellement certaines limites à la conduite des véhicules autonomes. Tout d’abord les conditions extérieures peuvent fausser la perception de l’ordinateur, dans le cas d’un brouillard ou d’une forte pluie, ou si un panneau est déformé. De plus, la planification de la trajectoire est facilement perturbée si la route est sans marquages, si un panneau n’est pas détecté ou encore d’autres conditions qui demandent en conséquence une action du conducteur. Finalement, si la route est plus glissante, que la voiture a un problème technique (pneu dégonflé, géométrie imparfaite…) la voiture ne suivra pas exactement la trajectoire demandée, ce qui peut être problématique dans certains cas.

Grâce à l’utilisation d’intelligence artificielle, les véhicules autonomes peuvent apprendre de leur comportement ou de celui d’un humain. Ainsi, il est possible d’améliorer les programmes des voitures autonomes en les entraînant sur des cas plus complexes. Par exemple en entraînant le programme de perception sur des panneaux en mauvais état celui-ci pourra détecter des panneaux endommagés. Il faut donc s’attendre à ce que les véhicules autonomes deviennent de plus en plus performants au fur et à mesure de leur développement.

III- Conclusion

Après avoir longtemps été un rêve, le véhicule autonome est plus proche que jamais de devenir une réalité. L’autonomie d’un véhicule peut se mesurer en plusieurs niveaux, ceux les plus bas étant désormais acquis et implémentés sur la majorité des véhicules. Les constructeurs sont en plein développement d’automatisation complète, dans des conditions spécifiques, voir même en toutes conditions.

Pour réaliser ce défi, des technologies de pointe sont ajoutées aux véhicules. On peut notamment noter les radars LIDAR assez puissants afin de recréer l’environnement autour de la voiture. Les logiciels embarqués fonctionnent en 3 étapes. Tout d’abord la perception de l’environnement pour reconnaître les lignes blanches, les autres véhicules… Après, l’ordinateur calcule la trajectoire optimale à suivre en fonction des conditions extérieures, des demandes des occupants et de la programmation. Finalement le véhicule est piloté automatiquement afin de suivre la trajectoire définie. Les véhicules autonomes opèrent plus difficilement dans des conditions inhabituelles, mais un développement plus poussé permettra d’effacer ces problèmes.

Ainsi, il sera bientôt possible de voir des véhicules se conduire seuls sur la route, de nombreuses études prévoient un début de cette technologie d’ici 2025. Cependant de nombreux facteurs semblent s’opposer à leur production, tel que le cadre légal, la sécurité mais aussi la demande sur le marché. L’avenir nous dira donc quel futur il réserve pour ces véhicules.

Auteur : Théophile Louvet, membre de l’association ESTACA Formula Team

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