Quel véhicule autonome pour demain ?

Une lutte sans mer­ci s’est engagé entre les dif­férents pro­tag­o­nistes voulant dévelop­per le véhicule autonome. D’un coté les con­struc­teurs et équipemen­tiers, de l’autre les nou­veaux entrants tels Uber et Google ou Tes­la qui utilisent des tech­niques de pro­gram­ma­tion inédites. Compte tenu des efforts engagés, la ques­tion n’est plus de savoir si le véhicule du futur sera autonome, mais quand. 

Quelle mouche a donc piqué les ingénieurs auto­mo­biles du monde entier, pour qu’ils se mobilisent avec autant d’ardeur autour du véhicule autonome ? 

“ Uber et Google voient dans le véhicule autonome un levier d’accélération de leur modèle économique ”

Est-ce pour répon­dre au besoin de nos mégapoles engorgées par le traf­ic, soucieuses de maîtris­er la con­ges­tion et de réduire les émis­sions de CO₂ ?

Est-ce pour apporter une réponse aux attentes d’une société voulant assur­er la mobil­ité pour tous, y com­pris les plus âgés ? 

Est-ce un mou­ve­ment activé par de nou­veaux acteurs du monde privé comme Uber et Google, qui voient dans le véhicule autonome un levi­er d’accélération de leur mod­èle économique ? 

Est-ce enfin sim­ple­ment une évo­lu­tion ren­due aujourd’hui pos­si­ble par l’émergence de nou­velles tech­nolo­gies en matière de cap­teurs ou d’intelligence embar­quée, mais ne répon­dant à aucun réel besoin des clients ? 

UNE AUTOMATISATION CROISSANTE

Les sys­tèmes de niveau 1 automa­tisent une des deux fonc­tions de con­trôle du véhicule (vitesse ou direc­tion) ; ils sont com­mer­cial­isés depuis plusieurs années, comme, par exem­ple, la fonc­tion de régu­la­tion active de la vitesse intro­duite par Jaguar ou Land Rover dès 1999. 

La con­duite autonome sur autoroute com­mence à être bien maîtrisée par les constructeurs.

Cette fonc­tion, qui per­met de mod­uler la vitesse de croisière en fonc­tion de la dis­tance avec le véhicule qui vous précède, a été peu à peu per­fec­tion­née avec l’utilisation de cap­teurs plus per­for­mants et notam­ment des radars. 

Des sys­tèmes de niveau 2 ont été lancés plus récem­ment, qui con­duisent automa­tique­ment dans les bou­chons grâce à un guidage latéral du véhicule dans sa file et un con­trôle de la dis­tance avec le véhicule précédent. 

Pro­posé sur la dernière Pas­sat de Volk­swa­gen ou sur le X5 de BMW, ce sys­tème per­met de libér­er com­plète­ment le con­duc­teur jusqu’à des vitesses de 60 km/h.

Citons égale­ment le Remote park­ing pilot, lancé par Mer­cedes cette année sur la nou­velle classe E, qui per­met de gar­er sa voiture automa­tique­ment en la con­trôlant depuis son télé­phone mobile de l’extérieur de la voiture. 

Le véhicule autonome le plus abouti com­mer­cial­isé à ce jour est incon­testable­ment la Tes­la Mod­el S, pre­mière voiture capa­ble de chang­er de file automa­tique­ment quand le con­duc­teur le lui demande en agis­sant sur le clig­no­tant. On entre ici dans le club restreint des véhicules autonomes prêts pour le niveau 3. 

Tes­la a osé pro­pos­er un sys­tème per­for­mant, ludique et a pris des risques assumés avec une fonc­tion prévue pour l’autoroute que rien n’empêche d’activer en ville. 

AUTOMATISER LES FONCTIONS DE CONDUITE

Qua­tre domaines sont directe­ment con­cernés : la per­cep­tion de l’environnement, le con­trôle dynamique du véhicule, les algo­rithmes de déci­sion et l’interface homme-machine. 

“Désormais, le conducteur délègue l’exécution de manœuvres à grande vitesse”

Le con­trôle dynamique du véhicule est le plus sim­ple : il fait appel à des organes éprou­vés pour le con­trôle de la direc­tion, du freinage, du moteur, ou de la boîte de vitesses. Toutes ces fonc­tions dynamiques sont depuis longtemps pilotées par des cal­cu­la­teurs électroniques. 

Le véhicule autonome n’ajoute qu’une exi­gence accrue de fia­bil­ité et de sécu­rité, car le con­duc­teur délègue désor­mais l’exécution de manœu­vres à grande vitesse. 

PERCEVOIR L’ENVIRONNEMENT

Autrement plus com­plexe est le prob­lème de la per­cep­tion de l’environnement. Un des cap­teurs les plus emblé­ma­tiques équipant les véhicules autonomes est le LiDAR : ce télémètre laser infrarouge per­met de recon­stru­ire une image 3D de l’environnement de la voiture et ain­si de détecter tous les obsta­cles poten­tiels tels qu’un véhicule, un cycliste ou un piéton. 

L’intérêt du LiDAR est qu’il émet ses pro­pres impul­sions lumineuses, per­me­t­tant son fonc­tion­nement quelle que soit la lumi­nosité. Il offre égale­ment une réso­lu­tion et une dis­tance de détec­tion com­pat­i­bles avec un fonc­tion­nement à grande vitesse. 

Seul incon­vénient, out­re son coût encore impor­tant, il perd en per­for­mance dans des con­di­tions cli­ma­tiques sévères (neige, forte pluie, brouil­lard). Il est à ce jour essen­tiel dès lors qu’on veut s’affranchir totale­ment d’une super­vi­sion humaine. 

Com­ment recon­naître les pan­neaux de sig­nal­i­sa­tion ou les mar­quages au sol ? Com­ment iden­ti­fi­er un enfant jouant au bord de la route et sus­cep­ti­ble à tout moment de couper votre tra­jec­toire ? Cette tâche est générale­ment con­fiée à des caméras cumu­lant faible coût, grande réso­lu­tion, grande flex­i­bil­ité d’installation et d’usage mal­gré la qual­ité vari­able de l’éclairage de la scène. Ici, les per­for­mances des caméras sont démul­ti­pliées par les pro­grès con­sid­érables du traite­ment d’image.

Citons enfin comme dernière caté­gorie de cap­teurs embar­qués les radars, qui garan­tis­sent un fonc­tion­nement sûr par temps de brouil­lard et offrent égale­ment l’avantage de mesur­er par effet Doppler la vitesse rel­a­tive de l’obstacle détec­té, même si leur réso­lu­tion est faible. 

Pour savoir sur quelle file on se trou­ve ou éviter une zone de chantier ou d’accident, l’approche générale retenue con­siste à enrichir les don­nées GPS par celles provenant des caméras, de l’odomètre ou des cap­teurs iner­tiels, et à crois­er l’ensemble de ces don­nées avec une car­togra­phie haute définition. 

Ce type de car­togra­phie per­met égale­ment d’anticiper la com­mande du véhicule par rap­port à des risques situés en dehors de la zone de per­cep­tion directe du véhicule, de l’ordre de 50 à 100 mètres. 

AU CŒUR DU SYSTÈME

Au cœur du sys­tème, les algo­rithmes de com­mande cal­cu­lent la tra­jec­toire opti­male du véhicule pour assur­er des fonc­tions aus­si var­iées que garder sa file, dépass­er un véhicule, s’insérer dans le traf­ic ou s’arrêter à une intersection. 

Mais ils doivent être capa­bles d’intervenir égale­ment en cas d’urgence pour éviter une col­li­sion. Le tout en opti­misant le con­fort pour les pas­sagers, en évi­tant les à‑coups, les freinages vio­lents et les écarts brusques. 

Si la con­duite autonome sur autoroute com­mence à être bien maîtrisée par les con­struc­teurs, en revanche la con­duite urbaine, de par la den­sité des véhicules proches, la com­plex­ité des inter­sec­tions (sans même envis­ager encore la place de l’Étoile) et la présence de pié­tons et cyclistes reste un véri­ta­ble défi. 

UNE INTERFACE HOMME-MACHINE SOPHISTIQUÉE

Il importe alors, dans les cas où le sys­tème trou­ve ses lim­ites, de ren­dre la main au con­duc­teur : c’est une des mis­sions allouées au mod­ule d’interface homme-machine. 

Celui-ci a d’autres mis­sions impor­tantes : ras­sur­er le con­duc­teur sur le bon fonc­tion­nement du sys­tème de con­duite autonome, par exem­ple en visu­al­isant la zone « cocon » de sécu­rité autour du véhicule, ou sur­veiller l’état de vig­i­lance du con­duc­teur pour garan­tir qu’il est à même à tout moment de repren­dre le contrôle. 

TENIR LA PROMESSE DE SÉCURITÉ ACCRUE

Il importe alors, dans les cas où le sys­tème trou­ve ses lim­ites, de ren­dre la main au con­duc­teur .

Le prin­ci­pal défi du véhicule autonome est prob­a­ble­ment de tenir la promesse de sécu­rité accrue mise en avant par les con­struc­teurs. Le point le plus déli­cat touche prob­a­ble­ment aux com­posants logi­ciels inter­venant dans la fusion de don­nées, la recon­nais­sance de scènes, la plan­i­fi­ca­tion des trajectoires. 

Ces com­posants sont majori­taire­ment issus de proces­sus de pro­gram­ma­tion par appren­tis­sage de type deep learn­ing, à l’opposé des logi­ciels obtenus par pro­gram­ma­tion impéra­tive, de loin les plus util­isés dans notre indus­trie automobile. 

Or il n’existe aucun retour d’expérience de l’utilisation dans des appli­ca­tions cri­tiques de ce type de logi­ciels, par ailleurs ban­nis des secteurs aéro­nau­tiques, nucléaires ou ferroviaires. 

Et, plus les algo­rithmes sont puis­sants, plus leur fonc­tion­nement est opaque. Les stan­dards et méth­odes de con­cep­tion et de preuve de la sûreté de fonc­tion­nement sont ici à construire. 

À cet égard, l’accident qui a coûté la vie au con­duc­teur d’une Tes­la mod­el S en Floride en mai 2016 et les vives réac­tions qu’il a provo­quées ont mal­heureuse­ment mis en lumière les lim­ites de la tech­nolo­gie déployée à ce jour, mais aus­si l’insuffisance du cadre régle­men­taire régis­sant l’homologation et l’utilisation des véhicules autonomes. 

FAIRE ACCEPTER LA VOITURE AUTONOME PAR LES USAGERS

L’acceptation par les usagers de la voiture autonome est le sec­ond enjeu majeur : il s’agit de créer un sen­ti­ment de sécu­rité à bord pour l’usager qui met sa vie entre les mains de la machine. Dans ce domaine, la psy­cholo­gie compte plus que les don­nées rationnelles. 

Car l’acceptation du risque n’est pas la même suiv­ant que l’on est maître du véhicule ou non : même si les acci­dents de la route tuent 1,2 mil­lion de per­son­nes par an dans le monde entier, il peut suf­fire de quelques cas d’accidents mor­tels à bord de véhicules autonomes pour ruin­er leur réputation. 

La cohab­i­ta­tion entre véhicules autonomes et véhicules non autonomes va aus­si créer des fric­tions – que penser d’un véhicule qui ne réag­it pas aux appels de phares et aux coups de klax­on ? Se posent même des ques­tions d’ordre éthique et moral dans le cas où l’accident n’est pas évitable : peut-on laiss­er la machine décider par elle-même quelle vie a plus d’importance qu’une autre ? 

Des dif­fi­cultés tech­niques restent à résoudre, en par­ti­c­uli­er le fonc­tion­nement en zone urbaine et plus par­ti­c­ulière­ment dans cer­taines inter­sec­tions déli­cates où l’humain négo­cie le pas­sage de son véhicule par un regard, un geste, ou un sig­nal d’avertissement.

“La machine peut-elle décider quelle vie a plus d’importance qu’une autre ?”

Il est prob­a­ble que, face à ces dif­fi­cultés, le déploiement du véhicule autonome ne pour­ra se faire que par étapes en com­mençant par la cir­cu­la­tion autoroutière ou dans cer­taines villes-tests. Une étude intéres­sante menée aux États-Unis sug­gère qu’il fau­dra atten­dre une ving­taine d’années pour voir se déploy­er de vrais robots-taxis et une quar­an­taine d’années pour que l’essentiel des véhicules com­mer­cial­isés soient autonomes. 

Le stade ultime du véhicule autonome imposé par la loi pour­rait quant à lui inter­venir entre 2060 et 2080, lorsque les béné­fices du véhicule autonome auront été démon­trés à grande échelle. 

À QUAND LA RUPTURE CONSOMMÉE ?

Le véhicule autonome s’annonce comme une rup­ture majeure pour notre vieille industrie. 

L’effort con­sid­érable déployé par les nou­veaux entrants comme Google, Apple, Tes­la ou Uber pour débauch­er les tal­ents de la Sil­i­con Val­ley, le rachat par GM de Cruise Automa­tion, petite entre­prise de 40 per­son­nes, pour un mon­tant estimé à 1 mil­liard de dol­lars, les ini­tia­tives récentes d’acteurs chi­nois comme Baidu, le Google chi­nois, avec le sup­port act­if du gou­verne­ment qui rêve de gag­n­er face aux États-Unis la bataille du véhicule autonome, sont autant de signes éloquents. 

Les con­struc­teurs d’automobiles tra­di­tion­nels, qui ont bien com­pris le risque de se voir dépassés par ces nou­veaux acteurs ambitieux, met­tent les bouchées dou­bles pour rat­trap­er leur retard. Ain­si Toy­ota aurait déjà déposé 1 400 brevets en la matière. 

Compte tenu des efforts incroy­ables engagés dans ce qu’on pour­rait com­par­er à une ruée vers l’or et au regard des béné­fices qu’en attend la société, la ques­tion n’est plus de savoir si le véhicule du futur sera autonome. La ques­tion est sim­ple­ment quand.

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