Qu’est-ce qu’une voiture
autonome ?
Une voiture autonome désigne une
voiture dont la conduite est en partie ou entièrement automatisée.
Il existe différents niveaux d’autonomie, dont certains sont déjà très courants et utilisés. Par exemple, les systèmes d’antiblocage des roues (ABS) constituent le premier niveau d’autonomie d’un véhicule. Au total, la classification établie par la SAE international* compte
5 niveaux.
Déterminer le niveau d’un véhicule autonome nécessite de répondre à quatre questions précises :
- Qui de l’Homme ou de la machine assure le contrôle longitudinal et/ou latéral du véhicule ?
- Qui surveille l’environnement ?
- Qui assure la mise en sécurité en cas de défaillance ?
- Quel est le périmètre de circulation ?
Les différents niveaux d’autonomie d’une voiture
Niveau 0 :
Conduite manuelle. Toutes les tâches sont réalisées par l’Homme.
Niveau 1 :
Conduite assistée : cogestion du contrôle de la voiture par l’usager et la machine. Le système d’antiblocage des roues (ABS) ou le régulateur de vitesse qui dispense le conducteur d’actionner les pédales d’accélérateur et de freinage pendant qu’il est activé sont des exemples de dispositif d’autonomie de niveau 1. On parle aussi de système « foot off ».
Niveau 2 :
Conduite partiellement automatisée : la trajectoire de la voiture (mouvements longitudinaux et latéraux) est assurée par la machine. Avec une voiture de niveau 2, le conducteur peut lâcher temporairement le volant tant qu’il reste vigilant à son environnement de conduite. Exemple : le centrage automatique dans la voie. Ces systèmes sont aussi appelés « hands off ». Ils sont devenus fréquents dans les voitures actuelles.
Niveau 3 :
Conduite conditionnellement automatisée : la trajectoire est gérée automatiquement et la voiture est capable de surveiller son environnement de conduite et possède la capacité d’alerter le conducteur si une situation nécessitant sa reprise en main impérative et immédiate survient. Dans certaines conditions, ce niveau d’autonomie permet au conducteur de détourner temporairement et brièvement les yeux de la route. Par exemple, lors d’embouteillages, certaines voitures permettent de confier la surveillance de la route à un
logiciel informatique. La voiture avance toute seule, conserve les distances de sécurité et reste dans sa voie. Une fois sortie des bouchons, la voiture prévient le conducteur qui doit reprendre le volant. Ce genre de systèmes est aussi appelé «
eyes off ».
Niveau 4 : Conduite hautement automatisée : la trajectoire est gérée automatiquement et la voiture surveille son environnement pour garantir la sécurité même en cas de défaillance ou d’événement imprévu. L’automatisation de la conduite reste cependant limitée à certaines routes telles que les autoroutes et à des conditions météorologiques classiques.
Les voitures de niveau 4 dispensent totalement le conducteur de tout devoir de vigilance et lui permettent de s’engager dans d’autres tâches que la conduite telles que regarder un film ou travailler sur un écran. Ces systèmes sont aussi appelés «
mind off ». Les voitures de niveau 4 ne circulent pas encore sur les routes et sont encore à l’état de prototype.
Niveau 5 : Conduite totalement automatisée : la voiture est totalement automatisée sur tout type de routes.
Le véhicule autonome au fil du temps
Il existe déjà dans notre quotidien de nombreux exemples de véhicules totalement autonomes : les ascenseurs, avions, trains. Dans le domaine de l’industrie automobile, la démocratisation d’outils comme la transmission automatique, dès 1939, les régulateurs de vitesse ou encore l’aide au freinage, aussi appelée ABS, 10 ans plus tard laisse de plus en plus d’autonomie à la voiture.
En 1977, une équipe japonaise du laboratoire de Tsukuba fait rouler la première voiture capable de suivre une voie de signalisation grâce à des capteurs optiques. Plus tard, en 1986, le camion VaMoRs, développé par l’équipe de Ernst Dickmanns est le premier véhicule se déplaçant quasiment sans intervention humaine grâce à des caméras, des capteurs et un
ordinateur contrôlant le volant et la vitesse. Au début des années 2000, le plus connu des systèmes de navigation, le GPS, devient accessible sur les routes, révolutionnant les systèmes de navigation des voitures. Depuis, l’évolution technologique s’accélère.
Comment fonctionne une voiture totalement autonome ?
Une voiture totalement autonome est équipée de plusieurs éléments matériels (capteurs) et logiciels qui coopèrent automatiquement grâce à une
intelligence artificielle.
La perception des informations
La première étape pour qu’une voiture autonome conduise à la place du conducteur est de l’équiper d’une multitude de capteurs :
caméras, radars, lasers tels que des lidars, capteurs ultrasons. Tous ces capteurs constituent en quelque sorte les « yeux » de la voiture et collectent en permanence toutes les informations extérieures utiles à la conduite comme le trafic routier ou encore les panneaux de signalisation. Afin d’assurer une autonomie sans faille,
tous les capteurs sont redondants et les informations données par des capteurs de nature physique différente se complètent.
La fusion et analyse des informations récoltées
Les informations brutes collectées par tous les capteurs sont acheminées vers
le cerveau de la voiture, le logiciel informatique. C'est lui le pilote. Il analyse, recoupe et
donne un sens aux données en temps réel. Il repose sur une
intelligence artificielle. Ce logiciel informatique a reçu au préalable une phase d’apprentissage pour pouvoir analyser correctement l’environnement extérieur et reconnaître par exemple un visage ou comprendre un panneau de signalisation. Il a appris à mémoriser de nombreux scénarios, comme l'arrêt brutal d'une voiture, pour être capable d'adapter la réponse dans toutes les circonstances. Le cerveau de la voiture est également redondé.
Un exemple d'apprentissage profond pour les véhicules autonomes. Le logiciel analyse l'environnement extérieur et reconnaît et identifie les deux roues, les camions, les piétons... © CEA-List
La prise de décision
En fonction du résultat de l’analyse des données par l’intelligence artificielle,
la voiture totalement autonome peut prendre une décision de conduite. Par exemple, les caméras et les lidars d’une voiture autonome détectent une forme. Les données recueillies sont envoyées au logiciel informatique qui, après analyse et fusion des données, reconnaît une apparence humaine et l'interprète donc comme étant un piéton. C'est à partir de cette interprétation que le logiciel comprend que le piéton s'engage sur le passage piéton. Il anticipe et prend donc la décision d'activer les freins pour stopper la voiture.
L’activation
La prise de décision aboutit ensuite à une action qui active ou désactive certaines commandes comme tourner à droite, freiner, accélérer, etc.
Intelligence artificielle
et voiture autonome
Les voitures autonomes de niveaux 4 et 5 constituent de véritables innovations de rupture. Ces objets hautement technologiques intègrent plusieurs briques d’intelligence artificielle : analyse des textes (panneaux de signalisation) et des images (environnement de la voiture, type de panneaux) ; prise de décision en fonction de l’environnement, du code de la route et de la sécurité ; et conduite à la place de l’Homme.
Quels sont les enjeux et défis de la voiture autonome ?
Les voitures autonomes de niveaux 4 et 5 sont actuellement au stade de prototype et devraient être commercialisées d’ici 2020-2025. Leur mise sur le marché constitue de véritables défis technologiques et législatifs. Le principal défi technologique repose essentiellement sur la capacité à adapter les intelligences artificielles des voitures autonomes à la diversité et complexité des comportements des voitures « classiques » qui continueront à rouler sur les routes.
Miniaturisation et logiciels embarqués
Les unités informatiques sur lesquels les algorithmes d’intelligence artificielle fonctionnent sont actuellement trop volumineuses pour être embarquées sous le capot d’une voiture. L’encombrement et le poids sont très contraints aux caractéristiques physiques du véhicule. Il faut par conséquent
optimiser l’espace consacré au « cerveau » de la voiture et
miniaturiser les composants sans altérer la performance des algorithmes exploités. Aussi un travail d’optimisation de ces algorithmes est nécessaire avec pour objectif d’arriver à les embarquer dans l’équivalent d’une boîte à chaussures.
Cybersécurité et big data
Le fait de permettre à un ordinateur de gérer l’intégralité de la conduite d’un véhicule rend indispensable la mise en place de systèmes de cybersécurité ultra-performants pour éviter la prise de contrôle des véhicules autonomes par un tiers malveillant. C’est pourquoi, les constructeurs, équipementiers automobiles et les organismes de recherche travaillent ensemble pour sécuriser la chaîne des données. Un autre enjeu consiste à apprendre au logiciel à analyser pertinemment la multitude d’informations en temps réel qu’il reçoit, à les trier, les recouper pour construire une représentation en 3D de l’environnement de la voiture. Toutes les données de conduites recueillies posent également la question de la protection des données privées. Qui reste propriétaire de ces données ? Comment et dans quels cadres autres que celui de la conduite, peuvent-elles être utilisées ? Toutes ces questions sont encore à l’étude.
Infrastructures routières
L’apparition des voitures autonomes va entraîner une modification des infrastructures routières et autoroutières pour coller avec ce nouveau mode de circulation. Le suivi des travaux et des modifications de voieries se fera en fonction de nouvelles normes. Les constructeurs travaillent avec des cartographes pour avoir des cartes HD ultra-précises embarquées dans la voiture et mises à jour automatiquement lors de modification de panneaux, vitesse…
Cadre juridique et responsabilité
Sur le plan international, le texte qui régule la circulation routière depuis 1968 est la Convention de Vienne. Celle-ci a été révisée le 23 mars 2016 pour autoriser explicitement sur les routes «
les systèmes de conduite automatisée, à condition qu’ils soient conformes aux règlements des Nations unies (ONU) sur les véhicules, ou qu’ils puissent être contrôlés voire désactivés par le conducteur ». La législation doit encore évoluer pour notamment autoriser la mise en circulation de voitures entièrement autonomes, ne nécessitant plus l’action d’un conducteur.
En France, une ordonnance du 3 août 2016 prévoit l'expérimentation de véhicules à délégation de conduite sur les voies publiques. De nombreux tests sont réalisés en condition de roulage pour prouver, sur des dizaines de milliers de kilomètres, toutes les situations de conduite possibles et accumuler un grand nombre de données. Il s’agit pour les constructeurs de démontrer et garantir la sécurité de ces nouvelles voitures et notamment tester la robustesse des différents capteurs.
Par ailleurs, la législation devra également définir les responsabilités de chacun en cas d’accidents.
Enjeu sociétal
Pour réussir son lancement sur le marché automobile, les voitures totalement autonomes devront gagner la confiance des consommateurs. Pour cela, les constructeurs automobiles vont faire expérimenter leur future voiture autonome auprès de différents types de conducteurs pour valider les usages et comprendre comment se construit la confiance entre l’Homme et la machine.
Une fois tous ces défis et enjeux dépassés, les voitures autonomes permettront aux conducteurs de gagner du temps sur les transports et à terme, de rendre plus sûr, l’ensemble du transport routier.
*SAE International est une association mondiale de plus de 128 000 ingénieurs et experts techniques associés de l'industrie aérospatiale, automobile et des véhicules commerciaux.