Les experts ADAS réfléchissent à l'intégration de capteurs dans les futurs véhicules

Il n'y aura peut-être jamais un moyen unique et le plus efficace de mettre en œuvre une technologie de détection pour les systèmes de conduite assistée (ADAS) et les véhicules autonomes (AV). Le nombre magique pourrait plutôt être six – comme dans six considérations fondamentales que chaque constructeur automobile décidera comment atteindre à sa manière, ce qui conduira chacun à créer sa propre approche unique pour intégrer des capteurs dans les futurs véhicules. Lors de la session de clôture de la conférence virtuelle AutoSens Brussels 2020, un panel d'experts a débattu de la bonne combinaison de capteurs et de la façon de s'assurer que la conception ne compromet jamais la sécurité - et vice versa.

Les panélistes étaient Patrick Denny, expert senior pour les systèmes de vision et les systèmes avancés d'assistance à la conduite chez l'équipementier automobile embarqué Valeo; Paul-Henri Matha, responsable technique chez Volvo Car Corp.; Robert Stead, directeur général de Sense Media Group; et Carsten Astheimer, directeur de la société de conception Astheimer Ltd. EE Times Europe a également contacté Pierrick Boulay, analyste de la technologie et du marché chez Yole Développement (Lyon, France), pour obtenir les informations de Yole sur l'adoption et l'utilisation de divers types de capteurs dans les systèmes automobiles.

Obtenir le bon numéro

De plus en plus de capteurs sont déployés dans tout le véhicule pour répondre de manière proactive aux problèmes de sécurité. Combien de capteurs avons-nous dans les voitures aujourd'hui, et combien en avons-nous besoin pour progresser vers de nouveaux niveaux d'autonomie ? "Si nous prenons en compte les capteurs pour ADAS - ultrasons, radar, caméra pour la détection, caméra pour la visualisation et LiDAR - nous estimons qu'un véhicule a entre 10 et 20 capteurs, selon le type de véhicule", a déclaré Boulay de Yole à EE Times . Naturellement, les véhicules haut de gamme intègrent plus de capteurs que les véhicules bas de gamme ou ceux qui se situent au milieu de la gamme de performances et de fonctionnalités.

Les capteurs seront essentiels pour débloquer des niveaux d'automatisation élevés, et le nombre et le type de capteurs devraient augmenter. « Nous prévoyons que 35 à 40 capteurs seront mis en œuvre pour ces niveaux d'automatisation », a déclaré Boulay. « Les capteurs seront plus spécifiques en ce sens que nous verrons des capteurs pour des applications à courte, moyenne et longue portée. Un seul capteur ne pourra pas couvrir toutes les applications. Chaque application ou cas d'utilisation aura ses spécifications et ses exigences en termes de capteurs. »

Le nombre croissant de capteurs n'est que la pointe de l'iceberg. Les capteurs génèrent une tonne de données et les systèmes sont fortement limités par la puissance de traitement. À l'avenir, disposer d'une puissance de calcul suffisante pour traiter toutes les données générées par ces capteurs sera une caractéristique clé, a déclaré Boulay. "Alors que les systèmes ADAS typiques utilisant des puces Intel-Mobileye faisaient le saut entre 0,25 TOPS [10 fois les performances d'un ordinateur portable haut de gamme] et 2,5 TOPS pour la nouvelle puce EyeQ4, les voitures robotiques dépassent déjà les 250 TOPS", a-t-il déclaré. A terme, « l'architecture E/E [électrique/électronique] d'un véhicule devra passer d'une architecture distribuée à une architecture centralisée avec des contrôleurs de domaine, capables de gérer la fusion des données brutes provenant des capteurs ».

Alors plus il y a de capteurs, plus on est de fous ? "Certains peuvent penser cela, mais le nombre de capteurs dans les voitures n'augmentera pas indéfiniment, pour des raisons de coût ou d'intégration", a déclaré Boulay, qui s'attend à ce que le nombre de capteurs pour l'automatisation atteigne un plateau à un moment donné. « La principale différence se situera au niveau du logiciel et de la capacité des entreprises à traiter efficacement l'énorme quantité de données. Certains équipementiers, comme Tesla, n'utilisent toujours pas le LiDAR et parient sur la combinaison de capteurs et d'intelligence artificielle pour atteindre des niveaux d'automatisation élevés. »

Objectivement, "certains OEM feront mieux que d'autres avec moins de capteurs, et la différence se fera au niveau logiciel et informatique", a-t-il ajouté.

Optimiser le mix

Un véhicule peut rouler sous un grand ciel bleu à un moment et sous une averse le lendemain. Des capteurs doivent être disponibles en permanence pour mesurer et surveiller les variables. Un moyen efficace d'améliorer la disponibilité consiste à déployer des capteurs redondants pour compenser d'éventuelles pannes. "Il doit y avoir plus d'une façon de considérer l'environnement", a déclaré Denny de Valeo lors de la session du panel. « Lorsque vous êtes dans l'obscurité totale ou que vous avez des conditions météorologiques terribles, vous avez besoin d'une variété de modalités et de fonctions pour travailler ensemble. »

Les capteurs aident dans les situations où la vision humaine est défavorisée, et la diversité des capteurs est ce qui rend la voiture fiable dans toutes les conditions météorologiques et lumineuses. "Les caméras sont bonnes pendant la journée", a déclaré Boulay, tandis que la nuit ou dans le brouillard ou la pluie, "les autres capteurs ne seront pas "aveugles" [comme les caméras], et le véhicule pourra toujours se déplacer, même s'il est en mode dégradé."

Assurer le bon placement

Tout comme les sens humains, les capteurs doivent être positionnés stratégiquement pour fournir en continu des informations sur l'environnement de la voiture. Mais il y a des limitations techniques à l'endroit où les capteurs peuvent être placés. La condensation dans une lampe frontale, par exemple, peut empêcher les LiDAR de fonctionner. Par temps de neige ou de froid, le gel peut entraîner un dysfonctionnement du capteur. Les capteurs infrarouges ne peuvent pas voir à travers le verre et ne peuvent pas être placés derrière un pare-brise. De même, peindre sur un capteur à ultrasons peut altérer ses propriétés acoustiques, a déclaré Denny.

La consommation électrique des capteurs est également un défi majeur, a déclaré Matha de Volvo. « Chaque capteur consomme entre 1 et 10 W. Si vous ajoutez tous les capteurs pour les fonctionnalités ADAS, vous pouvez atteindre 100 ou 200 W, et jusqu'à 4 g de CO₂ . Nous devons réduire la consommation d'énergie. [Par exemple], peut-être que la fonctionnalité du capteur ne sera pas active tout le temps. »

La gestion thermique est une autre contrainte à considérer. Derrière un pare-brise, la température peut atteindre 90 °C et les capteurs appropriés peuvent ne pas être disponibles, a déclaré Matha. « Si vous les placez dans un autre domaine, dans les lampes frontales par exemple, nous avons des systèmes de refroidissement, mais c'est complexe et coûteux. »

Les simulations et les tests de conduite peuvent aider à déterminer la meilleure position pour un capteur, ont déclaré les panélistes.

Surtout, a déclaré Boulay de Yole, « la position des capteurs est étroitement liée aux cas d'utilisation ciblés par les équipementiers. D'après ce que nous voyons actuellement sur les véhicules qui implémentent le LiDAR pour la conduite automatisée sur les autoroutes, le LiDAR est en position centrale, presque aligné avec la caméra ADAS et le radar longue portée. Pour d'autres cas d'utilisation, comme le stationnement ou la conduite en ville, la position de ces unités LiDAR sera différente et devrait être sur le côté ou dans les coins des véhicules. »

Intégrer esthétiquement

Les voitures Volvo intègrent actuellement 20 types de capteurs, a déclaré Matha. Beaucoup d'entre eux sont totalement cachés. Sur le Volvo XC90, par exemple, la caméra de stationnement avant est dans la calandre, tandis que les caméras latérales sont positionnées dans chaque rétroviseur extérieur et la caméra de recul est montée au-dessus de la plaque d'immatriculation. "Nous pouvons intégrer des capteurs et les rendre beaux", a déclaré Matha.

Caméra frontale dans le Volvo XC90 (Source :Volvo)

Mais a-t-on forcément besoin de masquer les capteurs ? Ne peuvent-ils pas être une fonctionnalité ?

Pour Astheimer, si la voiture est un produit intelligent, elle doit lui ressembler, et « tout ne doit pas être caché ». Les capteurs sont suffisamment petits pour être complètement intégrés et presque imperceptibles maintenant. Cependant, à mesure que nous approchons de la pleine autonomie, les voitures se conduisant elles-mêmes, certains capteurs "devront être extrêmement proéminents". Un LiDAR à 360° devra avoir une visibilité totale et sa position n'acceptera aucun compromis.

Plus important encore, Astheimer a souligné la nécessité pour les concepteurs et les ingénieurs de travailler ensemble pour adapter les capteurs à l'identité du véhicule. Le Deliver-E, un prototype de véhicule de livraison électrique co-développé par Warwick Manufacturing Group (WMG), l'Université de Warwick et Astheimer, intègre des caméras sur les côtés du véhicule et place le LiDAR bien en vue à l'arrière de la voiture.

Interrogé sur la pertinence de concentrer les capteurs dans un pod externe, Boulay a cité le Smart Corner de Magneti Marelli, qui peut accueillir des capteurs tels que des LiDAR, des radars, des caméras et des ultrasons, ainsi que des fonctionnalités d'éclairage à LED comme le faisceau adaptatif et le traitement numérique de la lumière. "Il pourrait être plus facile pour les équipementiers d'intégrer ces pods pendant le processus de fabrication, mais en cas d'accident, le coût de réparation ou de changement de ces pods pour l'assurance ou les consommateurs serait extrêmement élevé", a-t-il déclaré. « Il faudra trouver un équilibre entre intégration, réparabilité et coût. »

Réduire la surcharge cognitive

L'interface homme-machine (IHM) relie non seulement le conducteur et la voiture, mais relie également le conducteur avec le monde extérieur. Le risque est que le conducteur soit distrait par toutes les fonctionnalités et passe à côté d'informations vitales pour la conduite.

Camion de livraison zéro électrique de Volta Trucks (Source :Volta Trucks)

Engagé dans la conception du camion de livraison électrique Zero de Volta Trucks, Astheimer a réalisé l'importance d'améliorer la vigilance du conducteur. « À Londres, bien que les poids lourds représentent moins de 4 % du trafic global, ils sont responsables de plus de 50 % des décès d'usagers de la route vulnérables, c'est-à-dire des piétons et des cyclistes », a-t-il déclaré. Il y a deux raisons principales à cela :le manque de visibilité directe et la surcharge cognitive.

"La surcharge cognitive est un problème énorme", a déclaré Asthheimer. « Nous devons nous assurer que les calculateurs [unités de contrôle électroniques] et les systèmes CAN [réseau de zone de contrôleur] peuvent lire les bons signaux et afficher les informations de la manière la plus claire et la plus simplifiée possible, qu'elles soient tactiles, audio ou visuelles. »

Rendre la sécurité cool

Se référant à un commentaire d'un panel lors d'une conférence AutoSens précédente, Stead a demandé aux panélistes si « rendre la sécurité cool » était la clé pour vendre des voitures connectées.

« Nous faisons affaire avec la sécurité », a déclaré Matha. « Nos clients veulent de la sécurité, et nous ne pouvons assurer la sécurité qu'avec des capteurs. Nous devons donc fabriquer de belles voitures avec des capteurs. »

Il y a une autre dimension à considérer. Les utilisateurs doivent comprendre le niveau d'intelligence de leurs propres voitures pour rester vigilants vis-à-vis des usagers de la route et de leur environnement. "En rendant le produit plus sûr et plus sûr, vous éloignez le conducteur de ce que fait le véhicule", a déclaré Astheimer. « En ajoutant des niveaux d'autonomie au véhicule, vous aidez le conducteur avec les choses simples, mais vous rendez les choses difficiles plus difficiles à faire. Le conducteur n'est plus attentif car le véhicule le fait de plus en plus. »

Il est essentiel que les capteurs, et leurs retours, aident le conducteur à rester conscient de ce qui se passe "plutôt que de simplement le protéger du monde extérieur", a déclaré Astheimer.

---

Un nouveau livre, AspenCore Guide to Sensors in Automotive:Making Cars See and Think Ahead , avec des contributions de grands penseurs des secteurs de la sécurité et de l'automobile, annonce les progrès de l'industrie et identifie les défis restants de la communauté des ingénieurs. Il est maintenant disponible à la librairie EE Times.

>> Cet article a été initialement publié sur notre site partenaire, EE Times.