Avec les véhicules lourds, la conduite autonome est un vieux jeu

Technologie autonome bien établie dans l'exploitation minière, l'agriculture

Actuellement, l'industrie automobile se concentre principalement sur les voitures autonomes. Des constructeurs automobiles établis ainsi que des entreprises technologiques telles qu'Apple Inc. et Google d'Alphabet Inc. travaillent au développement de voitures et de camions légers qui assistent les conducteurs humains ou se guident eux-mêmes.

Les constructeurs de véhicules lourds l'ont déjà fait. Caterpillar Inc. (Peoria, Illinois), avec l'aide du National Robotics Engineering Center de Carnegie Mellon (Pittsburgh), commercialise des camions autonomes pour l'exploitation minière et d'autres applications. John Deere de Deere &Co. (Moline, IL) a été l'un des premiers développeurs de véhicules autonomes, dans ce cas des tracteurs et d'autres véhicules agricoles. Au fil des ans, il a obtenu l'aide de la NASA.

Le catalyseur de ces produits était la nécessité de réduire les coûts et d'augmenter la productivité. Les camions miniers autonomes, par exemple, travaillent plus longtemps car ils n'ont pas de chauffeurs. Les tracteurs autonomes peuvent planter des graines et épandre des engrais avec plus de précision, ce qui permet d'économiser de l'argent en réduisant ou en éliminant les chevauchements.

Ces véhicules empruntent également des itinéraires hors route désignés dans les mines et les champs. C'est plus simple que les voitures qui naviguent elles-mêmes sur la route.

"L'application [véhicules agricoles et miniers] est nettement plus contrainte, même si elle reste très complexe", a déclaré Herman Herman, directeur du National Robotics Engineering Center, qui fait partie de Institut de robotique de Carnegie Mellon. Le centre a travaillé avec Caterpillar et Deere.

Les récentes avancées technologiques ont accéléré le développement continu des véhicules tout-terrain autonomes, a déclaré Herman.

"Du côté matériel, il existe de nombreux nouveaux capteurs qui sont non seulement plus performants, mais également moins coûteux, permettant un tout nouvel ensemble d'applications", a-t-il déclaré dans un entretien par courrier électronique. "Du côté logiciel, il y a eu de nombreuses avancées dans les algorithmes d'IA [intelligence artificielle] qui permettent également de bien meilleures capacités."

De plus, Herman a déclaré :"Au fur et à mesure que nous concevons et construisons de plus en plus de robots, il y a eu une bien meilleure compréhension du point de vue de l'ingénierie système sur ce qu'il faut pour construire des systèmes autonomes, tels que le camion autonome.”

Automatisation des opérations minières

Les véhicules lourds autonomes remontent à plus d'un quart de siècle. Caterpillar et Carnegie Mellon ont commencé à travailler ensemble dans les années 1980 sur les moyens d'automatiser l'équipement d'exploitation minière à ciel ouvert.

À la fin des années 1990, les deux partenaires ont travaillé ensemble sur une pelle robotisée pour le chargement automatique des camions. Ce système utilisait des télémètres à balayage pour reconnaître le camion à charger et détecter les obstacles dans la zone de travail.

"Nous avons fait la démonstration d'un système de chargement autonome pour excavatrices capable de charger des camions avec des matériaux souples à la vitesse d'opérateurs humains experts", a déclaré l'institut de robotique dans un article technique publié en 1998. "Le système modifie à la fois ses plans de creusement et de déversement en fonction du tassement du sol détecté par ses capteurs." Herman faisait partie de l'équipe qui a travaillé sur le projet.

Dans les années 2000, Carnegie Mellon et Caterpillar ont travaillé ensemble sur des concours de véhicules autonomes de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Après cela, le duo a collaboré sur Autonomous Haulage Solutions (AHS), ou des camions miniers autonomes tels que le Cat 793F.

Caterpillar a commencé avec trois camions miniers autonomes pour les tests et la validation en 2011, selon les informations fournies par le fabricant d'équipement lourd. Deux ans plus tard, Caterpillar a déployé commercialement six camions autonomes. D'ici la fin de cette année, le fabricant d'équipements lourds s'attend à ce que 100 camions de ce type soient en service sur trois continents.

Les camions n'ont pas d'opérateurs humains. Ils ont conçu des itinéraires mais peuvent sélectionner des itinéraires alternatifs pour atteindre leurs destinations assignées. Ils sont déployés sur des sites miniers distants et supervisés par un système de contrôle central géré par des superviseurs humains. Les capteurs et la technologie associée permettent aux camions d'éviter les autres véhicules et le personnel minier. Les camions s'arrêtent si un objet ou un véhicule gêne. Ils fournissent également des données de diagnostic et alertent le centre de contrôle si des réparations sont nécessaires.

Caterpillar continue de "travailler activement" avec le centre de robotique Carnegie Mellon, a déclaré Joe Forcash, superviseur de l'ingénierie au Pittsburgh Automation Center de la société, dans un e-mail.

"Il y a beaucoup de complexité et de technologie dans cette solution", a déclaré Herman.

À la ferme

Les champs agricoles sont également le site de véhicules autonomes, y compris des tracteurs et des moissonneuses-batteuses. Les véhicules de John Deere ne sont pas entièrement autonomes. Les opérateurs sont toujours à bord. Ils conduisent la première rangée courbe, l'enseignant en fait au système de guidage du tracteur. Après cela, le système effectue la majeure partie de la conduite et l'opérateur peut retirer ses mains du volant.

Deere considérait la technologie de conduite autonome comme un moyen pour les clients de réduire les coûts et de faire fonctionner l'équipement plus longtemps.

« Imaginez que vous conduisez sur une autoroute et que vous deviez garder votre pneu sur la ligne blanche », a déclaré Terry Pickett, responsable de l'ingénierie avancée pour John Deere Integrated Solutions. «Chaque fois que vous quittez la ligne blanche, cela vous coûte 3 $. Vous seriez presque aux yeux d'insecte.

"Nous avons vraiment commencé sur une voie ciblée en 1996", a poursuivi Pickett. "Nous avons travaillé avec l'Université de Stanford sur le guidage basé sur le GPS." À la fin des années 1990, la société a travaillé en étroite collaboration avec Stanford sur un système de guidage avancé basé sur GPS ainsi qu'un système Deere conçu pour la robustesse et la rentabilité, a déclaré Pickett :« Nous essayions de décider à ce moment-là de la précision dont nous avions besoin pour être faire des opérations sur le terrain."

Au début des années 2000, Deere a lancé son premier système AutoTrac. L'objectif à l'époque était d'avoir une précision de moins de 40 centimètres "et nous sommes arrivés à 25", a déclaré Pickett.

À cette époque également, Deere a conclu un accord avec le Jet Propulsion Laboratory de la NASA sur les récepteurs GPS.

En 2004, Deere a modifié ses récepteurs GPS StarFire, leur permettant de puiser dans le réseau de stations au sol de la NASA et d'utiliser le logiciel de la NASA pour corriger les signaux GPS. La licence de la société avec la NASA a pris fin en 2015 après que Deere ait développé son propre système.

Le pacte de la NASA "nous a permis de commercialiser trois ou quatre ans plus tôt", a déclaré Pickett. "Cela nous a permis de faire un processus de réflexion plus ciblé et plus approfondi" tout en développant son propre système, a-t-il déclaré.

"Cela nous a fait passer d'un système de 25 centimètres [précision] à un système de 7 ou 8 centimètres", a-t-il déclaré. "Maintenant, c'est une précision de 3 centimètres."

En plus d'aider les opérateurs, les systèmes Deere aident à guider les outils pour le labourage, la plantation et la fertilisation. Les systèmes Deere aident un tracteur et un outil à suivre le même chemin précis. Un tracteur tirant un chariot à grains peut se placer au bon endroit pour charger le grain d'une moissonneuse-batteuse, par exemple.

Deere a construit des prototypes de véhicules agricoles entièrement autonomes, mais ne s'attend pas à ce que de tels véhicules soient déployés prochainement, a déclaré Pickett. "Ce n'est pas tant la technologie elle-même", a-t-il déclaré. "C'est comme ça que vous faites tout le travail."

Prototypes autonomes

D'autres entreprises étudient des tracteurs totalement autonomes. CNH Industrial (Londres), qui vend du matériel agricole sous les marques Case et New Holland, et Autonomous Solutions Inc. (Logan, UT), ont dévoilé l'année dernière deux prototypes au Farm Progress Show 2016 à Boone, IA.

« L'équipement agricole actuellement ne peut pas fonctionner sans conducteur », a déclaré Matt Nielsen, directeur marketing d'Autonomous Solutions, qui est le partenaire technologique de CNH. "Il existe certaines technologies qui facilitent les virages, mais rien de vraiment sans conducteur."

En même temps, "c'est la direction que ça prend", a-t-il dit. « Il est vraiment facile de s'enthousiasmer pour cette technologie. C'est un saut magnifique. Mais il reste encore beaucoup à faire."

Les prototypes sont équipés de caméras, d'un radar et d'un LIDAR, qui utilise des lasers pour détecter les objets. "C'est ce qui donne au véhicule ses yeux", a déclaré Nielsen. Les opérateurs peuvent programmer des itinéraires et surveiller le véhicule avec un ordinateur portable ou une tablette. « Nous n'avons pas encore de capacité pour les smartphones ; ce sera dans le futur », a-t-il déclaré.

La technologie des prototypes de tracteurs autonomes a été aidée par les travaux de développement des voitures autonomes, qui ont permis de réduire le coût des capteurs, a déclaré Nielsen.

"Nous sommes très reconnaissants aux GM, Ford et Google du monde", a-t-il déclaré. "Les sommes d'argent investies dans la technologie nous ont certainement aidés."

On ne sait pas quand les tracteurs entièrement autonomes seront déployés commercialement. Comme pour les voitures autonomes, il y aura probablement des problèmes de responsabilité légale à résoudre. Et il y a la question du coût.

"La technologie dans son état jeune est très chère", a-t-il déclaré. "Les premiers utilisateurs seront vos fermes à grande échelle."

Semi-stationnement en libre-service

Une autre zone pour les véhicules lourds autonomes se trouve juste à côté de l'autoroute :sur les quais de chargement et autres installations.

Eaton Corp. (Dublin, Irlande), une société de gestion de l'énergie, développe des dispositifs d'auto-stationnement pour les poids lourds commerciaux. L'entreprise l'appelle Advanced Driver Assist System (ADAS).

Il existe deux formes d'ADAS. Avec Dock Assist, un conducteur recule un camion aussi près que possible d'un quai de chargement. Le conducteur applique alors le frein de service, arrêtant le véhicule en marche. Un interrupteur sur l'appareil est basculé et le camion commence lentement à reculer. Dock Assist active les commandes de transmission.

La transmission détecte le quai en fonction du couple appliqué tout en poussant contre le quai. Le camion s'arrête et est garé. Dock Assist est connu comme un système de "niveau 2" et ne peut pas être utilisé sans quelqu'un à la place du conducteur.

Autonomous Self Docking est plus élaboré. Il comprend un GPS et trouve le quai où le camion doit se garer. Le système envoie des commandes à la transmission, qui ajuste la vitesse et applique l'embrayage. Le système contrôle le volant sans que le conducteur ne le touche.

"Nous n'avons pas de date de lancement ferme", a déclaré Chris Nielsen, responsable de la stratégie produit mondiale pour le groupe de groupes motopropulseurs commerciaux d'Eaton. "Il est sûr de dire que d'ici quelques années, vous verrez une technologie de notre part pour aider à amarrer un camion."

Gérer le développement a un coût. Les camions sont souvent endommagés lors d'accidents d'accostage. "Vous pouvez endommager les embrayages, les infrastructures, les remorques", a-t-il déclaré. De plus, « L'un des plus grands défis auxquels nous sommes confrontés à l'échelle de l'industrie concerne les chauffeurs. Il y a une grosse pénurie là-bas.

"Nous jouons avec cela depuis trois ou quatre ans maintenant pour développer ce que nous avons", a poursuivi Nielsen. "C'est un peu attendre que l'industrie rattrape son retard. Avec le regain d'intérêt, nous commençons à intensifier nos efforts."

Ce ne sont pas seulement les véhicules lourds qui deviennent autonomes en milieu industriel. Seegrid (Coraopolis, PA) présente son transpalette autonome GP8 série 6 pour le chargement et le déchargement des palettes. Il a la taille d'un chariot élévateur et utilise cinq ensembles de caméras vidéo.

Herman Herman de Carnegie Mellon s'attend à ce que les systèmes de conduite autonome prennent de la vitesse dans les environnements hors route.

"Je m'attends à ce que l'adoption de la technologie de conduite autonome s'intensifie dans de nombreuses applications industrielles avant qu'elle ne se généralise dans l'utilisation grand public/public", a-t-il déclaré. "Nous aimerions développer des solutions similaires pour d'autres industries."