Les véhicules lourds ouvrent la voie : la conduite autonome est déjà une réalité

Les véhicules lourds ouvrent la voie : la conduite autonome est déjà une réalité

Technologie autonome bien établie dans le minier, l'agriculture

L'objectif principal actuel de l'industrie automobile est les voitures autonomes. Les constructeurs établis ainsi que des entreprises technologiques telles qu'Apple Inc. et Google d'Alphabet Inc. travaillent à développer des voitures et des camions légers qui assistent les conducteurs humains ou se guident eux-mêmes.

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

Le catalyseur pour de tels produits était le besoin de réduire les coûts et d'augmenter la productivité. Les camions miniers autonomes, par exemple, travaillent plus longtemps car ils n'ont pas de conducteurs. Les tracteurs autonomes peuvent semer et épandre de l'engrais plus précisément, économisant de l'argent en réduisant ou éliminant les chevauchements.

De tels véhicules empruntent également des routes hors route désignées dans les mines et les champs. C'est plus simple que les voitures qui s'auto-naviguent sur la route ouverte.

« L'application [véhicules agricoles et miniers] est définitivement plus contrainte, même si elle reste très complexe », a déclaré Herman Herman, directeur du National Robotics Engineering Center, partie de l'Institut de robotique de Carnegie Mellon. Le centre a travaillé avec à la fois Caterpillar et Deere.

Les récentes avancées technologiques ont accéléré le développement continu des véhicules hors route autonomes, a déclaré Herman.

« Du côté matériel, il y a de nombreux nouveaux capteurs qui sont non seulement plus performants, mais aussi moins chers, permettant un tout nouvel ensemble d'applications », a-t-il dit dans une interview par e-mail. « Du côté logiciel, il y a eu de nombreuses avancées dans les algorithmes d'IA [intelligence artificielle] qui permettent également des capacités bien meilleures. »

De plus, Herman a dit : « Alors que nous concevons et construisons 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 minier de surface.

À la fin des années 1990, les deux partenaires ont travaillé ensemble sur une excavatrice robotique pour le chargement automatique de 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 démontré un système de chargement autonome pour excavatrices capable de charger des camions avec du matériau mou 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 déchargement 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 les compétitions de véhicules autonomes de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Après cela, le duo a collaboré sur les solutions de transport autonome (AHS), ou 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 la documentation fournie par le fabricant d'équipements lourds. 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 tels camions opèrent sur trois continents.

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

Caterpillar continue d'« travailler activement » avec le centre de robotique de Carnegie Mellon, a déclaré Joe Forcash, superviseur d'ingénierie au centre d'automatisation de Pittsburgh de l'entreprise.

« Il y a beaucoup de complexité et de technologie qui entrent dans cette solution », a déclaré Herman.

Dans les champs

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 le premier rang courbe, l'enseignant en effet au système de guidage du tracteur. Après cela, le système fait la plupart de la conduite et l'opérateur peut retirer ses mains du volant.

Deere a envisagé la technologie autonome comme un moyen pour les clients de réduire les coûts et de faire fonctionner les équipements plus longtemps.

« Imaginez conduire sur une autoroute et devoir garder votre pneu sur la ligne blanche », a déclaré Terry Pickett, gestionnaire de l'ingénierie avancée pour John Deere Integrated Solutions. « Chaque fois que vous sortiez de la ligne blanche, cela vous coûtait 3 $. Vous seriez presque les yeux exorbités. »

« Nous avons vraiment commencé une voie ciblée en 1996 », a poursuivi Pickett. « Nous avons travaillé avec l'Université Stanford sur le guidage basé sur GPS. » À la fin des années 1990, l'entreprise 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 l'efficacité coût, a dit Pickett : « Nous essayions de décider à ce moment-là à quel point nous devions être précis pour faire des opérations dans les champs. »

Au début des années 2000, Deere a introduit son premier système AutoTrac. L'objectif à l'époque était d'avoir une précision dans les 40 centimètres « et nous sommes arrivés à 25 », a dit Pickett.

Également pendant cette période, Deere a établi 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 d'accéder au réseau de stations au sol de la NASA et d'utiliser le logiciel de la NASA pour corriger les signaux GPS. La licence de Deere avec la NASA a pris fin en 2015 après que Deere ait développé son propre système.

Le pacte avec la NASA « nous a amenés sur le marché trois ou quatre ans plus tôt », a dit 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 dit.

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

Outre l'assistance aux opérateurs, les systèmes Deere aident à guider les outils pour le travail du sol, le semis et la fertilisation. Les systèmes Deere aident un tracteur et un outil à suivre le même chemin précis. Un tracteur tirant une benne à grain peut se mettre au bon endroit pour le chargement du grain depuis une moissonneuse-batteuse, par exemple.

Deere a construit des prototypes pour des véhicules agricoles entièrement autonomes mais ne s'attend pas à ce que de tels véhicules soient déployés bientôt, a dit Pickett. « Ce n'est pas tellement la technologie elle-même », a-t-il dit. « C'est comment vous faites tout le travail. »

Prototypes autonomes

D'autres entreprises se penchent sur 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'an dernier deux prototypes au Farm Progress Show 2016 à Boone, IA.

« L'équipement agricole ne peut pas encore aller sans conducteur », a déclaré Matt Nielsen, directeur marketing pour Autonomous Solutions, qui est le partenaire technologique de CNH. « Il y a certaines technologies qui aident pour les virages, mais rien de vraiment sans conducteur. »

En même temps, « C'est la direction que cela prend », a-t-il dit. « C'est vraiment facile de s'enthousiasmer pour cette technologie. C'est un bond magnifique. Mais il y a encore beaucoup plus à faire. »

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

La technologie sur les prototypes de tracteurs autonomes a été aidée par le travail de développement pour les voitures autonomes, qui a fait baisser le coût des capteurs, a dit Nielsen.

« Nous sommes très reconnaissants aux GM, Ford et Google du monde », a-t-il dit. « Les montants d'argent versés dans la technologie [ont] certainement aidé. »

On ne sait pas quand les tracteurs complètement 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 à son stade naissant est très coûteuse », a-t-il dit. « Les premiers adoptants seront vos grandes exploitations agricoles. »

Semis autonomes

Un autre domaine pour les véhicules lourds autonomes est juste hors de l'autoroute – aux quais de chargement et autres installations.

Eaton Corp. (Dublin, Irlande), une entreprise de gestion de l'énergie, développe des dispositifs d'auto-stationnement pour les camions poids lourds. L'entreprise le désigne comme le système avancé d'aide à la conduite (ADAS).

Il y a deux formes d'ADAS. Avec Dock Assist, un conducteur recule un camion aussi près d'un quai de chargement qu'il le peut. Le conducteur applique alors le frein de service, arrêtant le véhicule en marche. Un interrupteur sur le dispositif est actionné et le camion commence lentement à se déplacer en marche arrière. Dock Assist engage les commandes de transmission.

La transmission détecte le quai en fonction du couple appliqué 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 opéré sans quelqu'un sur le siège du conducteur.

L'Auto-Docking autonome est plus élaboré. Il inclut le GPS et trouve le quai où le camion est programmé pour 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 le touche.

« Nous n'avons pas de date de lancement ferme », a déclaré Chris Nielsen, gestionnaire de la stratégie produit mondiale pour le groupe powertrain commercial d'Eaton. « Il est sûr de dire que dans un couple d'années, vous verrez une technologie de notre part pour aider à garer un camion. »

Le moteur du développement est le coût. Les camions sont souvent endommagés lors d'accidents de stationnement. « Vous pouvez endommager les embrayages, les infrastructures, les remorques », a-t-il dit. Aussi, « L'un des plus grands défis que nous avons dans l'industrie est les conducteurs. Il y a une grande pénurie. »

« 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. Avec la montée d'intérêt, nous commençons à intensifier nos efforts. »

Ce n'est pas seulement les véhicules lourds qui deviennent autonomes dans les environnements industriels. Seegrid (Coraopolis, PA) présente son transpalette autonome GP8 Series 6 pour le chargement et le déchargement de 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 accélèrent dans les environnements hors route.

« Je m'attends à ce que l'adoption de la technologie de conduite autonome s'accélère dans de nombreuses applications industrielles avant qu'elle ne soit généralisée dans l'utilisation grand public/publique », a-t-il dit. « Nous aimerions développer des solutions similaires pour d'autres industries. »