TPE voitures autonomes 2015-2016
LES PRINCIPALES ÉTAPES DE SON DÉVELOPPEMENT
Premier modèle : 1977 par un laboratoire de robotique japonais, les tests sont réalisés sur le circuit de Tsukuba la voiture était programmée pour suivre les marquages au sol à une vitesse de 30 km/h.
Second modèle : 1984 Mercedes Benz teste une camionette équipée de caméras qui atteint 100 km/h sur un circuit routier sans trafic.
Troisième modèle : 1986 lancement du projet ALV (Autonome Land Véhicule). Le véhicule était capable de suivre un circuit routier avec un voiture à une vitesse de 30 km/h.
Quatrième modèle : 1987 la commission Européenne finance à hauteur de 800 millions d'euros le laboratoire Huges Electronics.
Cinquième modèle : 1994 lors d'une coférence scientifique sur les voitures autonome, Daimler-Benz réalise une démonstration en condition de trafic réelle sur l'autoroute A1. Pour cela, il utilise deux voitures autonomes (VaMP and Vita-2) qu'il fait partir de Paris. Ces deux véhicules pilotés par des logiciels de l'équipe de Dickmanns étaient programmés pour réaliser une conduite en file, faire des dépassements si nécessaire avec une vitesse maximale de 130 km/h.
Sixième modèle : 1995 une voiture autonome réussit l'exploit de faire le trajet aller-retour Munich-Copenhague de 1600 km elle a pu atteindre une vitesse de 175 km/h. Elle marque donc une grande évolution pour la voiture autonome car l'ancien plus long trajet qu'avait réalisé une voiture autonome était de 158 km
Septième modèle : août 1997 San Diego est le lieu choisi pour l'importante démonstration du consortium américain de l'autoroute automatisée National Automated Highway System Consortium (NAHSC) dans laquelle une multitude de véhicules autonomes peuvent être comparés. Pour cela la construction d'une infrastructure spécifique avait été préparée par l'insertion de plots magnétiques servant au guidage dans certaines sections d'autoroute
Huitième modèle : Octobre 2010 conception d'un système de pilotage automatique pour automobile par google. Sebastian Thrun gagnant du DARPA Challenge de 2005 au sein de l'équipe universitaire de Stanford fut au coeur du démarrage de ce projet.
SON FONCTIONNEMENT
Principaux composants
Pour fonctionner, la voiture autonome est composée de nombreux gadgets différentes, afin de remplacer le conducteur, ou même de rendre la conduite plus efficace et plus sécurisée. Les systèmes utilisés sont les suivants :
le LiDAR (Light Detection And Ranging) ou télémètre laser permet de modéliser un plan en 3D autour de la voiture de manière très précise a l'aide de lasers.
Le choix du lasers plutôt qu'une autre source de lumière permet un plus grande précision de modélisation 3D.
Les émetteurs du LIDAR envoie un rayon qui est réfléchi par le premier obstacle rencontré le rayon réfléchi est reçu par un récepteur est un programme analyse a quelle distance est l'obstacle grâce à
l’intervalle temps et la vitesse du laser qui est celle de la lumière soit 3,00x10^8 tel que
par exemple si un obstacle se trouve a 20 mètre du point d’émission du laser :
.
le rayon mettra donc 1.33 nano seconde entre l'émission et la réception.
En émettant une multitude de rayons et en analysant chacun d'eux on obtient un plan détaillé en 3D des alentours du véhicule.
La google car est équipé du « Velodyne 64-e » qui est équipé de 64 émetteurs et récepteur lasers pour un très grande précision dans la modélisation 3D à 360°, il tourne sur lui même c'est donc un télémètre à balayage. Sont lasers n'est pas dangeureux pour les yeux car il doit servir en lieux public, il émet un lasers de longueur d'onde 905 nm .
Fonctionnement des récepteurs lasers
il existe quatre principaux types de photorécepteurs :
La voiture autonome utilisent des capteurs photoélectriques, des interrupteurs de position électromécanique qui nécessitent un contact avec l'objet a détecter, des détecteurs de proximité inductifs et capacitifs qui sont utilisés lorsque la distance avec l'objet et <48 mm et enfin des capteurs à ultrasons, non mentionnés dans le schéma ci-dessus.
Les ondes sonores on une vitesse de déplacement dans l'air de 330 m/s ce qui est trop lent pour obtenir une modélisation 3D de l'environnement en temps réel.
Par exemple : deux voitures à l’arrêt sont toutes les deux situées à 200 mètres d’un obstacle. Une voiture est équipée d’un capteur laser et l’autre d’un capteur à ultrasons.La vitesse de propagation du faisceau laser est celle de la lumière, soit 3.00 x 10^8 m.s-1.
La vitesse du son dans l’air est quand à elle de 330 m.s^-1.
Calculons maintenant le temps entre l’émission et la réception du faisceau laser l et celle de l’ultrason u.
On a la formule .
On remarque que le faisceau laser est environ un million de fois plus rapide que l’ultrason, et met environ 1.21 secondes de moins que l’ultrason pour parcourir les 400 mètres.
Nous pouvons donc en déduire que les capteur lasers sont plus efficace que les capteurs ultrasons. Les capteurs photoélectriques sont donc la meilleur option pour la voiture électrique.
Les lasers sont aussi utilisé dans ces capteurs car ils s'éttendent sur des longues distances en restant collimaté et ils se concentrent en un point dont les dimenssions sont limité à cause d'une diffraction légère.
Le fonctionnement des différents capteurs
Le télémètre à ultrasons: c'est un émetteur d'ondes à ultrassons qui permet de mesurer la distance entre lui et l'objet. Il envoi des ondes sonores et si un obstacle les renvoies, l'émetteur détecte l'obstacle. Cependant, la portée du télémètre à ultrasons placé à l'avant de la voiture autonome est faible, elle atteint jusqu'à 2m50. Ce capteur n'est pas très fiable en cas de pluie et de brouillard car il se dérègle à cause de l'eau car la vitesse des ultrasons dans l'air est de 300m/s et de 1500 m/s dans l'eau. Ce capteur est donc plus utile pour le stationnement que pour la conduite. De plus il est peu coûteux.
L'odomètre: C'est un instrument de mesure qui permet de connaître la distance parcourue par un véhicule ou sa vitesse. C'est donc un instrument important pour la voiture autonome. Ce capteur fonctionne par aimantation grâce à un aimant positionné sur la roue. Le capteur connaît la circonférence de la roue, contabilise le nombre de tour qu'elle exécute et peut donc en déduire la vitesse du véhicule en fonction du nombre de rotation par rapport au temps. Ce rapport peut être calculé avec la formule:
Fonctionnement et interactions
Tous les composants de la voiture autonome sont reliés à l'ordinateur de bord, qui permet de centraliser les informations pour les analyser les traiter et transmettre les information aux actionneurs de la voiture (moteur, roue...).
Le signal arrive des capteur sous forme analogique pour qu'il soit compréhensible de l'ordinateur de bord il faut dabord convertir ce signal en signal numérique.
Signal analogique, signal numérique :
Un signal analogique est un ensemble continu d'informations.
Les ordinateurs traitent uniquement des données binaire c'est à dire un ensemble de 1 et de 0, le passage d'un signal analogique a un signal binaire nécessite dabord un passage en signal numerique. Pour numériser (passer d'un signal analogique à numerique) les informations on utilise un convertiseur.
L’échantillonnage
un aspect principal de la numérisation est l'échantillonnage, ce procédé consiste à découper le signal en échantillons de durée égale.
Plus la fréquence d’échantillonnage sera grande, plus le nombre d’échantillons sera grand, plus le signal numérique « collera » au signal analogique et donc meilleure sera la numérisation :
Schématiquement, l’échantillonnage et la quantification sont réalisés l’un après l’autre, par le Convertisseur Analogique-Numérique (C.A.N).
Voici la chaine d'information permettant la numérisation :
En sortie, on obtient le signal numérisé que l’on a observé.
CONFORT ET SÉCURITÉ
LE CONFORT:
De nos jours, conduire peut procurer du stress et de l'énervement dans certaines situations tel que les embouteillages. La voiture autonome qui ne nessécite pas de conducteurs permet un confort supplémentaire à tous les passagers afain de travailler ou de se détendre car personne ne subit les énervements éprouvés par le conducteur. L'écran de bord de la voiture fait office de tablette, permet de communiquer avec la voiture via son smartphone et aussi de gérer la musique, la navigation ou encore téléphoner. La voiture autonome offre aux passagers un trajet plus fluide et agrable car elle pratique l'éco-conduite et ainsi, les passagers ne sont pas victimes d'une conduite nerveuse. Cette conduite permet aussi d'économiser du carburant. Certains programmes tel que le park-assist permettent d'éviter le stress engendré habituellement par certaines manoeuvres délicates.
LA SECURITE:
Les voitures autonomes réduisent en effet les accidents de la route maispour qu'il n'y ait plus d'accident de le route il faudrait que toutes les voitures circulant sur les routes soient autonomes. En effet les tests réalisés par google montrent que depuis 2014 sur 48 voitures, 11 ont été impliquées dans des accidents mais les voitures en mode autonome n'étaient pas responsables de ces accidents.
Actuellement, ces voitures cumulent en moyenne 1600km par semaine en mode autonome.
ENJEUX ET PERSPECTIVES
Les voitures actuelles ont de plus en plus de systèmes automatiséce développement permet de faire une transition d'une voiture avec un conducteur vers une voiture autonome, cela permet aussi que ce type de voiture soit accepté par la société.
Grace à ce développement nous pourons voire apparaitre dans un futur proche l'intégration de nouveaux systèmes sur des voitures de série tels que des systèmes d'alerte radar (semblable à l'aplication coyote) ou encore pour joindre les secours et géolocaliser la voiture en cas d'accident. Avant de passer à une voiture autonome nous passerons donc par une voiture "connectée" qui devrais apparaitre d'ici quelques années. Les voitures autonomes ont un énnorme potentiel et devrais rappidement se généraliser. Les constructeurs automobiles sont loint de se désintereser des, certain ont déja proposer des prototypes comme Mercedes, Audi, Nissan... Mais l'apparition mais l'apparition des voitures autonomes pourrais marquer le début d'une révolution automobile et donc l'apparition de nouveaux constructeurs comme Google ou Delphi.
