Les systèmes sur le marché

Cette section évoque des systèmes d’aide à la conduite, plus spécifiquement d’aide active au maintien de voie, qui sont disponibles sur les véhicules commercialisés ou en passe de l’être. L’introduction de ces systèmes sur le marché a pris du retard à cause des limites techniques, difficiles à surmonter, et des questions, encore ouvertes, sur la responsabilité légale liée à leur usage. Quelques éléments sur l’état actuel de la législation sont d’abord abordés.

2.4.1 Responsabilité juridique

La circulation routière est actuellement régie par la « Convention sur la circulation routière » qui a été signée à Vienne en 1968 ratifiée par la suite par 63 états. Cette convention précise les points suivants dans l’Article 8 :

« 1. Tout véhicule en mouvement ou tout ensemble de véhicules en mouvement doit avoir un conducteur. »

« 3. Tout conducteur doit posséder les qualités physiques et psychiques nécessaires et être en état physique et mental de conduire. »

« 5. Tout conducteur doit constamment avoir le contrôle de son véhicule ou pouvoir guider ses animaux. ».

Ces dispositions seraient donc en contradiction avec le mode de fonctionnement des nou-veaux systèmes actifs d’aide à la conduite dont le rôle est justement de suppléer les carences du conducteur. Pour pallier cette contradiction, apparue suite au progrès technologique, la com-mission européenne et l’industrie automobile ont lancé un ensemble de projets (RESPONSE 1, RESPONSE 2 et RESPONSE 3) traitant le sujet. Le projet RESPONSE 3 a été intégré au projet PReVENT en tant qu’activité horizontale afin d’encourager les autres sous-projets techniques à adopter rapidement les résultats obtenus dans RESPONSE 3.

L’objectif principal du projet RESPONSE 3 était de transférer les résultats des éditions précédentes dans une série de recommandations appelée « Code of Practice ». Des aspects traités par ce « Code of Practice » seront mentionnés par la suite [PRe08], [Sch07].

Dans en premier temps, les systèmes d’aide à la conduite ont été classées pour différencier la responsabilité juridique :

1. Systèmes d’information et d’avertissement. Ces systèmes informent ou alertent le conduc-teur mais n’interviennent pas activement dans le processus de conduite. Le conducconduc-teur reste donc entièrement responsable. Si une défaillance du système se produit, la responsabilité du constructeur ou du distributeur serait engagée.

2. Systèmes actifs pouvant être désactivés à tout moment par le conducteur. Pour ces systèmes la responsabilité légale sera décidée au cas par cas. Les facteurs de décision seront d’une part les limites du système et leur compréhension par le conducteur et d’autre part le comportement raisonnable du conducteur pour désactiver ces systèmes afin d’éviter les

situations critiques de trafic, mais les défaillances du système engagent la responsabilité du constructeur ou du distributeur.

3. Systèmes actifs non-désactivables par le conducteur par conception ou à cause du temps de réaction. Dans ce cas, l’entière responsabilité du constructeur ou du distributeur est très probable.

Parmi les thèmes abordés dans RESPONSE 3, mentionnons :

– La possibilité de désactiver à tout instant l’assistance et responsabilité. Ce thème a suscité beaucoup de questions mais peu de réponses : Pour les systèmes conçus pour s’activer en situation d’urgence, le constructeur doit-il être tenu pour responsable si le véhicule est dans en état dangereux et que le système ne s’active pas à cause des limitations des capteurs ? Comment traiter le cas d’une activation injustifiée, avec accident ? Il est, par exemple, possible d’activer les freins parce que le conducteur traverse une intersection malgré le feu rouge ? Pour répondre à ces questions, on considère que le conducteur est censé bien connaître son véhicule et le fonctionnement de ses équipements. Néanmoins, le scénario de location du véhicule rend une telle hypothèse infondée.

– Fiabilité du système. Il est bien connu qu’aucun système technique ne peut être totalement fiable, il ne peut donc qu’être de même pour les systèmes d’aide à la conduite. Un bon principe de développement serait en conséquence d’essayer d’élargir les situations où la plausibilité des capteurs assure le bon fonctionnement du système.

Comme suite à ces efforts de définition et de régulation des systèmes avancés d’aide à la conduite, La Commission Économique des Nations Unies a élaboré un accord portant sur l’adop-tion des systèmes d’aide à la conduite et les exigences à satisfaire pour la mise en vente des assistances pour la direction du véhicule [ECE05]. Ce texte discerne entre :

– Systèmes de braquage autonomes. Ces systèmes englobent une fonction qui à travers une électronique de contrôle complexe et des informations recueilles sur l’environnement du véhicule le détermine à suivre une trajectoire de référence. Le conducteur ne sera pas nécessairement en charge du contrôle du véhicule.

– Systèmes avancés d’aide au contrôle de la direction du véhicule. Ces systèmes ajoutent au système de direction du véhicule une aide complémentaire au contrôle du braquage des roues directrices, mais le conducteur reste en permanence en charge du contrôle du véhicule. Ces systèmes contiennent au moins une des fonctions suivantes :

1. Direction commandée d’une manière automatique. C’est une fonction de contrôle de la direction du véhicule qui est fondée sur des informations des capteurs embarquées couplées éventuellement aux informations passives de l’infrastructure instrumentée. Elle fournit une action continue pour assister le conducteur à suivre une trajectoire de référence à basse vitesse, notamment pour des manœuvres de parking.

2. Correction automatique de la direction. Cette fonction de contrôle agit de manière discontinue pour une durée limitée. Elle provoque des changements dans la direction du véhicule après l’évaluation par l’intermédiaire de capteurs embarqués de la nécessite de maintenir la trajectoire souhaitée du véhicule ou d’influencer la dynamique du véhicule.

Conformément à ce texte, l’usage des « Systèmes de braquage autonomes » n’est pas autorisé tant que les questions de responsabilité ne seront pas clarifiées. L’usage des « Systèmes avancés d’aide au contrôle de la direction du véhicule » est accepté à condition que ces systèmes ne changent pas le fonctionnement de base du système de direction et que le conducteur puisse à tout moment vaincre le système et reprendre le contrôle total de la direction par une action délibérée. De plus, chaque fois que la fonction de « direction commandée automatique » devient opérationnelle, cella

doit être indiqué au conducteur. Son action doit être désactivée automatiquement si le véhicule dépasse de plus de 20% la limite établie, ou de plus de 10km/h, ou si les signaux d’entrée ne sont plus reçus. La fin d’intervention doit être signalée au conducteur par un signal acoustique ou haptique.

Malgré ces questions de responsabilité juridique et de spécifications pas encore complètement standardisées, plusieurs constructeurs et équipementiers ont développé et mis en œuvre des sys-tèmes actifs d’aide à la conduite et notamment d’aide au maintien de voie. La section suivante fournit des éléments sur l’état du marché dans ce domaine.

2.4.2 Systèmes de prévention active de sortie de voie disponibles sur le mar-ché

Il existe deux types de systèmes commercialisés fournissant une aide active au conducteur afin d’éviter une sortie de voie involontaire. Le premier type de systèmes, dit de confort, a pour objectif de diminuer les fréquentes corrections mineures du conducteur pour se maintenir au voisinage de l’axe de la voie. Cependant, l’assistance ne remplace pas le conducteur elle est désactivée dès qu’une absence prolongée d’activité de celui-ci est détectée. Ces systèmes sont appelés LKS (« Lane Keeping Support ») ou LKA (« Lane Keeping Assist »). Ils sont actuellement les plus fréquents. Le second type correspond aux systèmes qui interviennent quand le véhicule s’est déjà écarté de l’axe de la voie, ils corrigent alors brièvement sa trajectoire. Ceux-ci sont connus plutôt comme des avertissements actifs (« Lane Departure Warning », LDW ou « Lane Departure Avoidance », LDA).

La mise en vente de véhicules équipés d’une assistance active en maintien de voie a débuté au Japon par le système proposé par Nissan en 2001 [IVs01(b)]. Ce pays a été encore une fois un pionnier dans le domaine des systèmes intelligents de transport. Dans une perspective historique, les auteurs de [Bru05] mentionnent que la première application mondiale du régulateur de vitesse et d’interdistance AAC a également eu lieu au Japon en 1995.

Le concept Nissan

Les concepts d’assistance latérale active proposée par Nissan en 2001 sont décrits dans [IVs01(a)]. Il s’agit d’une aide automatique au maintien de voie (« Lane Keeping Support », LKS) et d’une assistance pour éviter les sorties de voie involontaires (« Lane Departure Avoi-dance », LDA).

Le système LKS a été introduit au Japon sur le modèle CIMA. Il a été conçu pour fonctionner sur des autoroutes à très faible courbure. Ce système agit sur la direction du véhicule en même temps que le conducteur, son action diminue graduellement si le conducteur est inactif. Il n’y a donc pas de délégation totale de la conduite. Il utilise une caméra CCD pour détecter les lignes blanches, un actionneur de braquage et une unité logique de contrôle. La géométrie de la route et la position du véhicule sont estimées et constituent avec la vitesse longitudinale et l’angle de braquage des entrées pour le calcul du couple nécessaire pour maintenir le véhicule sur l’axe. Le couple d’assistance maximal est fixé très bas, la correction ajoutée est plutôt destinée à rejeter des perturbations comme le vent latéral et les imperfections lors que le véhicule est au voisinage de l’axe de la voie. Elle est donc mineure et n’interfère pas avec la volonté du conducteur, sachant que le système LKS peut, de plus, être désactivé dès que le conducteur contre-braque ou actionne un interrupteur sur le tableau de bord.

Le système LDA se comporte quant à lui comme un co-pilote qui se manifeste quand le véhicule est en train de sortir de la voie. Il intervient par un braquage automatique qui corrige

vers le centre de la voie et se transforme en signal d’avertissement haptique (vibrations au volant) et sonore. De même que le système LKS, si le conducteur n’intervient pas, l’action du système LDA est réduite graduellement, un accident par sortie de voie reste donc toujours possible. L’équipement du véhicule diffère peu de celui du système précédent.

Honda Accord

Une assistance au maintien de voie (« Lane Keep Assist System », LKAS), associée à un régulateur de vitesse et interdistance (ACC), a été proposée par Honda sur le modèle Accord en 2004. Cette assistance avait pour objectif de réduire la charge du conducteur sur les longs trajets via un couple d’assistance sur la colonne de direction qui représente 80% du couple nécessaire au braquage, le reste étant toujours fourni par le conducteur. Le concept de fonctionnement de cette assistance est décrit dans [Iih04], il est représenté sur la Figure 2.10. Une caméra installée en position frontale, au niveau du rétroviseur intérieur, détecte les marquages latéraux de voie et positionne le véhicule sur la voie. La trajectoire optimale est ensuite calculée et le couple de braquage nécessaire pour suivre cette trajectoire est appliqué dans les proportions indiquées précédemment. L’action finale est réalisée par un moteur électrique monté sur la colonne de direction.

Fig.2.10 – Concept LKAS sur Honda Accord [Iih04].

Le principe de partage du contrôle latéral avec le conducteur est visible sur la Figure 2.11. Le couple exercé par le conducteur sur le volant est mesuré en permanence et s’il indique un manque d’activité du conducteur, l’assistance est désactivée automatiquement.

Les autres limitations de fonctionnement, valables au Japon, pour ce système concernent la vitesse longitudinale (entre 65km/h − 100km/h), l’accélération latérale (inférieure à 0.2g, g est l’accélération gravitationnelle) et le rayon de courbure de la route (supérieur à 230m) [Iih04]. Toyota Lexus

La Toyota Lexus est aujourd’hui au sommet de la technologie automobile. Sa conception remonte à 1983, quand les ingénieurs de Toyota se sont proposés de réaliser la plus luxueuse voiture au monde « The best luxury car in the world » [Yam07]. Après plusieurs essais, la

Fig. 2.11 – Interaction avec le conducteur dans le concept LKAS sur Honda Accord [Iih04]. marque Lexus a été lancée en 1989. En 2007, Toyota a présenté la Lexus LS 460 équipée de neuf nouveautés absolues dans l’équipement automobile. Parmi celles-ci, citons la boite de vitesse automatique à huit rapports, un système de sécurité de pré-collision, un système de détection de vigilance du conducteur, une assistance au braquage d’urgence et un système avancé de détection d’obstacles. Sept autres nouveautés dans son segment ont de plus été mises en œuvre : l’assistance au parking automatique, l’assistance au maintien de voie, le rapport de transmission variable entre l’angle volant et l’angle des roues directrices ainsi que d’autres applications de pointe (freinage contrôlé électroniquement, suspensions pilotées en fonction de la posture du véhicule). Après avoir été mise sur le marché au Japon et au Royaume-Uni, elle est maintenant disponible dans toute l’Europe.

La LS 460 dispose de deux systèmes d’assistance au maintien dans la voie utilisant une caméra montée au niveau du rétroviseur intérieur [Alk07], [Per07]. Un premier système est plutôt orienté vers l’avertissement : un avertissement sonore est émis et une brève correction de la trajectoire est effectuée quand le véhicule s’approche dangereusement des marquages latéraux (LDW). Le deuxième système facilite le maintien de voie : le système corrige automatiquement la trajectoire quand le véhicule s’écarte du centre de la voie (LKA).

Volkswagen Passat CC

Volkswagen AG a activement participé à plusieurs projets, européens ou allemand, sur les véhicules intelligents, dont notamment le projet AKTIV encore en cours. Ceci lui a permis de proposer cette année une assistance au maintien dans la voie « Lane Assist » sur le véhicule Passat CC [Vol08]. Cette assistance est réalisée par l’intermédiaire d’une colonne de direction assistée électrique.

Si le système est activé par le conducteur (voir Figure 2.12 (a), http ://www.volkswagen.de), l’assistance intervient automatiquement au dessus de 65km/h. Une caméra montée à l’intérieur du véhicule au niveau du rétroviseur détecte les marquages latéraux et évalue la position du véhicule, comme présenté sur la Figure 2.12 (b). L’assistance corrige la trajectoire si le véhicule dérive vers les bords de la voie. Si l’action corrective est jugée insuffisante pour maintenir le véhicule dans la voie de circulation, ou si la vitesse devient inférieure à 60km/h, l’assistance

avertit le conducteur par des vibrations dans le volant. Il revient alors au conducteur de corriger la trajectoire.

L’activation de l’assistance est indiquée sur le tableau de bord par un voyant représenté sur la Figure 2.12 (c). Le voyant devient vert, une fois que les marquages latéraux sont détectés par la caméra ; le système est alors opérationnel. Si le véhicule s’écarte de la trajectoire idéale, l’assistance corrige en douceur la trajectoire. De même, si le conducteur ôte ses mains du volant, il est alerté par un message sonore et un message écrit l’invite à reprendre la conduite. Le système se désactive automatiquement, après huit secondes, si le conducteur n’intervient pas.

L’action corrective de l’assistance est facile à contrecarrer par le conducteur. De plus, elle se désactive si le conducteur sort de la voie après avoir indiqué son intention avec le clignotant.

(a) (b) (c)

Fig. 2.12 – Système d’assistance au maintien de voie développé par Volkswagen AG (a) activa-tion, (b) détection des marquages latéraux par caméra, (c) voyant d’activation sur le tableau de bord.

2.4.3 Gains en sécurité des systèmes commercialisés

Les systèmes d’assistance active au guidage latéral ont été introduits très récemment sur le marché et généralement que sur des véhicules haut de gamme. Les études statistiques sur leur capacité d’accroître la sécurité routière sont encore du domaine du futur. Toutefois, un autre système d’aide active à la conduite a connu une diffusion très large et son émergence sur le marche est maintenant arrivée à la maturité. Il s’agit du système de stabilité dynamique appelé « Electronic Stability Control », ESC ou encore ESP.

Une étude statistique sur les bénéfices pour la sécurité routière de ce système vient de pa-raître [NHT07]. La méthode utilisée sera résumée par la suite, car elle pourrait être utilisée pour les assistances au maintien de voie. Les raisons pour lesquelles l’ESC pourrait accroître la sécu-rité routière sont l’anticipation des situations de perte de contrôle dynamique du véhicule et la capacité d’intervenir pendant l’accident pour diminuer ses conséquences.

L’étude [NHT07] a été conduite aux États-Unis sur des données d’accidentologie des années 1997-2004. Les accidents pris en compte ont été scindés en deux groupes selon l’importance du système ESC : un groupe pour lequel l’équipement du véhicule en ESC n’aurait pas eu d’incidence sur l’accident et un groupe pour lequel le système ESC aurait pu faire une différence. Le premier groupe (groupe de réponse) rassemble les cas suivants :

1. Véhicule à l’arrêt, garé, reculant, entrant ou sortant d’un parking avant que l’accident se produise,

2. Véhicule à moins de 10m/h avant l’accident, 3. Véhicule percuté à l’arrière,

4. Véhicule non responsable, impliqué dans un accident avec plusieurs véhicules sur une route mouillée.

Le deuxième groupe (groupe de contrôle) est constitué par :

1. Véhicule seul avec sortie de voie suivi d’une collision avec un obstacle fixe ou tête à queue. 2. Véhicule responsable, impliqué dans un accident avec plusieurs véhicules sur une route

mouillée.

3. Collision avec piétons, cyclistes ou animaux.

Les auteurs de [NHT07] ont tenté de faire une comparaison en partant de mêmes types de véhicules, d’une part équipés avec ESC et d’autre part non-équipés avec ESC. Comme ceci n’était pas possible, ils ont retenu trois solutions :

1. Considérer les mêmes types de véhicule présents dans les groupes avec et sans ESC. À titre d’exemple, mentionnons la Toyota Accura, non-équipée entre 1997 et 1999 et équipée entre 2000 et 2004, la BMW 740I, non-équipée en 1997 et équipée entre 1998 et 2001 ainsi que la Chevrolet Corvette, non-équipée en 1997 et équipée entre 2001 et 2004.

2. Prendre en compte des modèles similaires comme l’Audi A4 (1.8l), non-équipée en 2000 et équipée entre 2002 et 2004.

3. Prendre en compte des modèles d’un même constructeur qui, à partir d’un certain moment, a équipé l’ensemble de sa gamme avec ESC : Mercedes-Benz a standardisé l’équipement ESC en 2000.

Tab.2.1 – Tableau d’analyse de l’efficacité du système ESC [NHT07].

Relevance Véhicules Véhicules Total

de l’accident équipés avec ESC non-équipés avec ESC

Groupe de contrôle a b a+b

Groupe de réponse c d c+d

Total a+c b+d a+b+c+d=N

Les classifications ci-dessous ont été résumées dans le Tableau 2.1. Pour analyser du point de vue statistique si l’équipement en ESC est efficace, l’hypothèse nulle a été considérée et testée que le rapport d/c et le même que le rapport b/a. Pour calculer l’efficacité du système ESC, les rapports des accidents du groupe de réponse sur les accidents du groupe de contrôle ont été d’abord calculés pour les véhicules équipés et non-équipés. Le pourcentage de réduction entre le rapport pour les véhicules équipés et le rapport pour les véhicules non-équipés a été calculé par la suite :

Ef f icacit´e(%) = {1 −^(d/c)_(b/a)} × 100. (2.1) La significance statistique de l’efficacité a été testée par une statistique du χ2.

Les résultats de cette étude ont mis en évidence que les systèmes ESC sont extrêmement efficaces dans la réduction du nombre d’accidents. À titre d’exemple, les accidents mortels des voitures particulières impliquant un seul véhicule peuvent être réduits de 36% et les accidents non-mortels de 26%. De même, les accidents mortels par sortie de voie seraient diminués de 36% par l’utilisation de l’ESC et les accidents non-mortels de 45% pour les voitures particulières.

2.5 Conclusion

Les systèmes intelligents de transport apparus à la fin des années 60 ont pris de l’envergure au début des années ’80 avec le lancement de grands projets comme PROMETHEUS en Europe, PATH aux États-Unis et ASV au Japon. Une vision à long terme a d’abord été privilégiée