assistée par ordinateur (S2AI)
Ludovic Augusto
a sécurité automobile n’était pas un concept intégré au sein du premier véhicule automobile. En effet, ne dit-on pas que Cugnot n’ayant pas pensé à équiper son fardier de freins, celui-ci rentra en collision avec un mur ? Mise à part cette erreur initiale, la voiture et sa sécurité n’ont eu de cesse d’évoluer de concert. Ce phénomène s’est notablement accentué depuis l’avènement de l’informatique dite embarquée au sein de l’automobile. Traditionnellement, la sécurité automobile se décompose en deux, voire trois catégories : la sécurité primaire (ce qui permet d’éviter une collision), la sécurité secondaire (rentrant en action lors d’une collision) et la sécurité tertiaire (les moyens déployés après un accident). Depuis son apparition, l’informatique n’a pas eu le même impact dans ces trois catégories.
Nous allons aborder la S2AI en deux temps dans cet article.
Premièrement, nous observerons le rôle de l’informatique à l’heure actuelle au sein de la sécurité automobile. Dans un second temps, nous nous livrerons à une modeste prospective sur l’avenir de l’informatique au sein des véhicules observé à travers le prisme des trois types de sécurités.
L
Le rôle de l’informatique aujourd’hui dans la sécurité automobile
La sécurité primaire
Pour un conducteur, le fait d’éviter une collision alors qu’il est au volant d’un véhicule dépend essentiellement du système de freinage. C’est justement sur les freins qu’agissent les dispositifs accessibles sur le marché (figure 2). Nous nous proposons de lister les quatre systèmes actuellement sur le marché.
Dispositifs ABS
Sans doute le plus connu et le plus ancien des dispositifs de sécurité automobiles, l’ABS évite le blocage des roues lorsque le conducteur freine.
Par une surveillance de la rotation de ces dernières, un calculateur diminue le couple de freinage sur toute roue qui semble sur le point de se bloquer.
Un grand malentendu a accompagné l’arrivée de ce système : ne pas bloquer les roues permet de ne pas perdre le contrôle du véhicule lors du freinage, en aucun cas de diminuer la distance d’arrêt. Les études démontrent à ce propos que certains conducteurs gardant ainsi le contrôle de leur véhicule et fixant du regard l’obstacle qu’ils cherchent à éviter finissent néanmoins par y diriger leur automobile1 ! Mais il demeure que, vu sous l’angle d’un système, l’ABS gère bien l’environnement « sol » puisque qu’il s’adapte de fait aux conditions d’adhérence. Cependant, il n’est sensible qu’à la seule action du conducteur sur la pédale de frein.
Assistance au freinage
Freiner en vue d’éviter une collision est une action très différente de celle qui consiste à arrêter une automobile à un feu rouge. Les essais sur simulateurs de conduite tendent à démonter que très peu de conducteurs utilisent 100 % de l’efficacité de leurs freins lors d’un freinage d’urgence.
C’est sur ce constat que sont apparus assez récemment les premiers dispositifs d’assistance au freinage. Il est effectivement possible à l’aide de plusieurs types de capteurs (figure 1) de caractériser le freinage que souhaite le conducteur et de délivrer une puissance de freinage optimale en connaissance de cause. Cependant, comme chaque utilisateur à sa manière propre de conduire et de freiner, la difficulté de conception d’un tel dispositif réside dans la minimisation du taux de déclenchements intempestifs. Notons que l’assistance au freinage adossée à un ABS réalise une bonne association car un conducteur conservant l’adhérence de son
1. La base du pilotage automobile consiste précisément à « regarder » là l’où on souhaite faire passer son véhicule.
véhicule et appliquant le couple de freinage maximal est en posture favorable pour éviter une collision. Cependant, trop peu de dispositifs d’assistance au freinage sont pour l’instant apparus sur le marché pour qu’il soit possible d’avoir un retour sur expérience aussi important que celui de l’ABS.
Figure 1. Assistance au freinage
Dispositifs de type ESP
L’EPS (Electronic Stability Program)est un système est différent de l’ABS et de l’assistance au freinage tout en étant similaire. L’effecteur est le même, il s’agit du circuit de freinage, mais les capteurs sont différents puisque l’ESP scrute l’angle de braquage demandé par le conducteur tout en analysant en parallèle les réactions du véhicule à l’aide d’accéléromètres. Si la commande appliquée par le conducteur n’est pas compatible avec l’adhérence au sol et que le véhicule survire2, sous-vire3 ou les deux, l’ESP ramène le véhicule en position d’adhérence en agissant sur les freins de certaines roues. Mis sur le marché voici quelques années, ce dispositif tend à équiper en série de plus en plus de véhicules. Il est cependant parfois mis en avant comme un système capable de palier les défauts de certains véhicules plutôt que comme un système de sécurité primaire. Il semble pourtant que conserver l’adhérence du véhicule dans des situations ou le conducteur ne s’attend pas à la perdre permettrait de diminuer certaines sorties de route. La difficulté
2. Les roues arrière tendent à passer devant les roues avant. Ceci est dû à un manque d’appui au sol générant un glissement, l’automobile amorce alors un « tête à queue ».
3. Les roues avant, par manque d’appui, n’adhérent plus et n’autorisent plus la transmission au sol de l’effort permettant de tourner. La voiture effectue un alors un
« tout droit ».
peut provenir de l’ambiguïté commerciale que provoque ce type de système.
Lorsque le conducteur le déclenche dans des conditions trop extrêmes (vitesse excessive et/ou adhérence précaire), les corrections apportées par l’ESP seront toujours limitées par le coefficient d’adhérence au sol. Malgré ces ambiguités, l’ESP va rapidement être autant diffusé que l’ABS.
Système d’ACC
Dernier venu dans la sécurité primaire, l’ACC permet au conducteur de conserver entre lui et le véhicule qui le précède une distance de sécurité (fonction de la vitesse relative). Equipé d’un radar fixe, le calculateur détermine la distance des obstacles mobiles par « calcul du temps de vol4 » [FUR 98], [RUS 97].
Figure 2. Dispositifs de sécurité primaire
Le système agit directement sur le frein dès que l’espacement tend vers la distance limite d’arrêt. Ce système est un régulateur qui adapte la vitesse au trafic, d’où son nom d’Adaptative Cruise Control. L’innovation majeure de ces
4. Le temps mis par une onde radar entre l’émission et la réception d’un écho est directement lié à la distance entre véhicules.
dernières années réside dans l’apparition de têtes de radar très compactes intégrant le traitement du signal et opérant directement sur le circuit de freinage au niveau de la pompe d’assistance. L’ACC franchit un cap dans le domaine de la sécurité primaire : il scrute les environnants (obstacles mobiles pour l’instant) et agit sur le véhicule pour éviter la collision en maintenant une distance de sécurité. Comme l’illustre la figure 2, il reçoit des informations issues de l’infrastructure – au sens large – et ce, pour la première fois dans la catégorie des dispositifs de sécurité primaire.
Conclusion sur la S2AI dans la sécurité primaire
La figure 2 présente le positionnement de chaque dispositif par rapport aux éléments d’un modèle infrastructure contenant le véhicule porteur ainsi que les obstacles mobiles ou fixes. On constate que trois sur quatre des dispositifs sont en relation avec les éléments du véhicule porteur. Seul l’ACC prend ses données à l’extérieur en appréhendant dans l’infrastructure les obstacles mobiles. On observe également que les dispositifs agissent sur les freins de trois manières : régulation de puissance (ABS), optimisation d’utilisation (assistance au freinage) ou utilisation en tant qu’effecteur (ACC et ESP). Ceci permet de constater que la sécurité primaire est épaulée de manière assez pragmatique par l’informatique :
– transformation des freinages mal dosés du conducteur en freinages quasi optimaux au sens de l’adhérence ;
– prise en charge de la dérive du véhicule issue d’un braquage inadapté à la vitesse ;
– prise en charge de la fonction de surveillance du trafic mobile par le conducteur par effet de régulation automatique.
La figure 3 illustre le fait qu’à l’heure actuelle les dispositifs de sécurité primaire classiques (ABS, ESP et assistance au freinage) traitent des informations de plus en plus complexes sans pour autant améliorer la prise en compte des environnants. Les coûts de conception de ces systèmes augmentent en raison de la difficulté croissante à traiter les informations alors que la situation accidentogène en elle-même n’est pas mieux connue. A l’inverse, l’ACC se démarque de part son positionnement sous le rapport prise en compte des environnants/complexité des informations. Sa perception de l’infrastructure, et donc de la situation, est meilleure que les autres dispositifs.
On observe ici les bénéfices de l’apparition de nouvelles têtes radar « bon marché » : un seuil technologique à été nettement franchi.
Figure 3. Dispositifs énoncés sous le rapport prise en compte des environnants/complexité des informations
La sécurité secondaire
Dans le cas d’un choc, la réflexion des ingénieurs en sécurité automobile se portent sur d’autres d’objectifs : il s’agit maintenant de minimiser, voire d’éliminer, les conséquences traumatiques issues de brutales décélérations pour les passagers du véhicule. Un deuxième axe de recherche concerne la compatibilité en termes de transmission d’énergie entre la voiture, les autres véhicules et les piétons. L’apport de l’informatique dans ce domaine se situe très clairement au niveau de la sécurité secondaire, dans la phase de conception du véhicule, notamment sur les points suivants :
– structure du véhicule (calcul, simulation et optimisation) ; – formes des parties saillantes (simulation et CAO) ;
– création de modèles (modélisation logicielle du squelette et des organes sensibles d’un individu) ;
– recalage des modèles par optimisation en fonction de données caractérisantes.
A l’heure actuelle, les systèmes informatiques embarqués en série qui agissent lors d’une collision sont des dispositifs d’évaluation de chocs (décéléromètres axiaux et transversaux), de positionnement apparent des passagers avant (position des glissières, détection5 ultra-son…). Les effecteurs sont des dispositifs de mise à feu (peu paramétrables à ce jour) de coussins de sécurité gonflables (airbag), de pré-tension des ceintures, de rétraction de colonne de direction, etc. Plus nombreux que les systèmes de la sécurité primaire, ceux de la sécurité secondaire semblent cependant moins adaptatifs et avoir peu de capacités d’analyse de la situation : notons qu’il
5. Cette détection est assez rudimentaire pour l’instant.
n’existe qu’une faible notion de boucle d’asservissement6, au sens de l’automatisme. Ces dispositifs sont peu adaptatifs en raison de la très grande variété morphologique des individus, de leurs habitudes et de la complexité à les prendre en compte. Il y a une différence importante entre un ACC mesurant en temps réel la distance entre deux véhicules et actionnant le frein si nécessaire (figure 4) et un calculateur de mise à feu d’airbag qui attend un signal de décélération pour piloter le déclenchement de dispositifs de sécurité (figure 5).
Figure 4. Dispositif ACC Figure 5. Dispositif d’airbag
Le premier procède à un asservissement des freins en tenant compte des environnants, le second commande les effecteurs une seule fois et aborde les environnants sous l’angle des effets observés lors d’essais en laboratoire (crash-tests, catapultages...) et en mesurant la décélération globale du véhicule. Les systèmes de sécurité secondaire sont efficaces en eux-mêmes
6. Commande d’un système par un dispositif de contrôle en vertu d’une certaine consigne. Un thermostat réalise l’asservissement d’un four en fonction d’une température fixée.
mais peu coordonnés entre eux et surtout ont peu ou pas de moyens d’analyse de ce qui se déroule à l’intérieur comme à l’extérieur du véhicule porteur. Nous ne les décrirons donc pas sous l’angle de leurs interactions avec l’infrastructure ou le conducteur puisqu’elles sont quasiment nulles.
Prospective sur le rôle de l’informatique dans la sécurité automobile Le rôle de l’informatique dans la sécurité automobile va augmenter de manière continue. La masse des véhicules ne cessant de croître en est un indicateur. Cette augmentation va aller de pair avec un accroissement de la source d’énergie des automobiles dont certaines sont d’ores et déjà capables de fournir plusieurs centaines de watts de puissance électrique ! On voit déjà le défi qui consiste à concevoir et produire des véhicules nécessitant plus de puissance tout en consommant moins. L’accroissement de l’informatique sera lié à trois facteurs :
– l’électrisation ou l’hybridation des moyens de propulsion ; – l’amélioration constante de la sécurité automobile ;
– l’arrivé de nouveaux équipements (aide à la navigation, communication, multimédia...).
Dans un contexte où le prix de revient et de vente du véhicule est une contrainte et que le coût de développement est élevé, une approche unifiée de la programmation (jusqu’alors décentralisée) serait envisageable. La figure 6 représente une vue de l’ensemble des dispositifs de sécurité automobile groupés par zones d’action ou de mesure. Les unités de contrôle de ces dispositifs sont pilotées, interrogées et organisées dans leur fonctionnement par des règles de communication (protocoles, bus, maître- esclave...). Ce type de fonctionnement sera rendu possible grâce au multiplexage de l’ensemble des capteurs et effecteurs. Enfin, l’utilisation d’un système d’exploitation (OS) global fonctionnant en temps réel permettra un contrôle unifié de ces systèmes. Les progrès seront également intimement liés à l’apparition de nouveaux capteurs rentables et fiables.
Nous allons maintenant balayer les trois types de sécurité automobile en essayant de dégager les tendances lourdes d’apparition de nouveau systèmes.
Figure 6. Ensemble des dispositifs de sécurité
Le rôle futur de l’informatique en sécurité primaire
Comme nous l’avons observé précédemment, le rôle de l’informatique dans la sécurité primaire est important du point de vue de la connaissance des environnements internes comme externes du véhicule porteur.
Cependant, des contraintes limitant les améliorations en ce sens apparaissent :
– le coût de développement de capteurs dédiés à la reconnaissance précise de l’infrastructure quelles que soient les conditions atmosphériques ;
– le manque de définition de la répartition des responsabilités entre le conducteur et le constructeur en cas de prise de contrôle total ou partiel par un système des organes de pilotage de l’automobile ;
– la complexité de la modélisation de l’environnement terrestre en raison de sa diversité de formes de matériaux et de vitesses relatives de déplacement.
Nous allons présenter et analyser différents systèmes de sécurité primaire qui ont de grandes chances d’apparaître en grande série à court ou moyen terme.
Système d’anticollision
Le système de sécurité primaire idéal est celui qui permet de ne pas entrer en collision avec un obstacle qu’un véhicule non équipé aurait normalement heurté. Ce cas idéal ne peut pas être réalisé dans un avenir proche car une contrainte majeur existe : un individu doit pouvoir utiliser son véhicule comme bon lui semble sans qu’un système de sécurité engendre de dommages à sa personne ou aux autres environnants. Un système d’évitement de collision doit tenir compte de l’obstacle présumé ainsi que des obstacles potentiels en cas de déclenchement de manœuvre d’évitement. De plus, cet état de fait n’étant pas figé on peut donc ici parler de domaine de fonctionnement [PER 97]. A titre d’exemple, éviter un poteau en plastique en dirigeant finalement la voiture vers une zone de franchissement pour piétons est une action lourde de conséquences qui est extrêmement complexe à traiter.
Dispositifs de surveillance de l’acte de conduite
Ces systèmes ont pour objectif de surveiller l’acte de conduite afin de notifier au conducteur son inaptitude présente à la conduite d’un véhicule.
En se basant sur plusieurs mesures internes au véhicule (figure 7), ces dispositifs essayent de détecter les prémices de l’endormissement du conducteur ou de tout autre phénomène amenant à une baisse de vigilance (systèmes de détection d’hypovigilance).
Figure 7. Surveillance de la conduite
Actuellement en test, ces systèmes des premières générations sont sur le point d’être montés en série sur nos véhicules. Une fois de plus, la difficulté de conception d’un tel dispositif réside dans la bonne discrimination entre
les cas d’hypovigilance et les situations normales. Bien que ces appareils soient généralement ignorants de la situation externe au véhicule, cela n’enlève rien à leurs qualités : pas de caméras (sauf pour certains dispositifs) ni de capteurs ayant un coût élevé, fonctionnement n’entravant pas la conduite et simplicité de fonctionnement (sorte de « réveil » automatique) facilitant l’approche commerciale. Il existe un autre type de dispositif surveillant l’acte de conduite vu, cette fois-ci, de l’extérieur : le line-keeping.
Systèmes de surveillance du type line-keeping
Toujours dédiés à la surveillance de l’acte de conduite, ces appareils observent le marquage au sol et la position du véhicule par rapport à ces lignes. Ils peuvent ensuite prendre le contrôle du véhicule ou bien alerter le conducteur d’une dérive hors du marquage routier. Testé avec succès dans le cadre du programme européen Prométhéus [EST 97], [MAT 95] et [ROM 95], ces dispositifs nécessitent une caméra, un étage de traitement du signal et d’extraction de contours. Un dernier étage de traitement analyse la position apparente du véhicule par rapport au marquage au sol déterminant ainsi les corrections à apporter. Comme nous l’avons noté précédemment, la prise de contrôle des organes de direction de la voiture paraît peu probable à court terme. De plus, il subsiste deux freins à l’adoption de dispositifs de line-keeping.
Le premier obstacle provient du fait qu’une caméra est indispensable pour un tel système. Or une caméra et tout ce que cela induit en termes de coût, de fiabilité et surtout de domaine de fonctionnement est un développement important. En effet, comment lutter contre la pluie, la neige, les conditions lumineuses extrêmes, le brouillard, etc. ? Tous ces cas de figure sont très contraignants pour les dispositifs de vision et plus globalement de mesure (hors radar). Il n’existe pas à l’heure actuelle de caméra respectant à la fois les spécifications commerciales d’un tel système et celles propres à l’utilisation sur routes par tout temps.
Le deuxième obstacle, bien que moins important, reste non résolu à ce jour : lorsque le marquage au sol n’est pas visible ou difficile à interpréter (notamment en zone urbaine) le dispositif ne peut être opérationnel.
Dispositifs de surveillance de l’état d’éveil du conducteur
Ces systèmes ont le même objectif que les dispositifs de surveillance de l’acte de conduite : éviter que le conducteur ne se mette lui-même en situation accidentogène. Cependant, le procédé diffère au sens où il ne procède pas par « mesure indirecte » en analysant les commandes du véhicule. En effet, ces systèmes observent le conducteur et se déclenchent lorsque qu’il ne regarde pas la route, lâche le volant en courbe ou s’il
s’endort et ne peut plus assumer la conduite du véhicule. D’assez nombreux prototypes existent d’ores et déjà mais leur arrivée sur le marché demeure limitée par certaines contraintes déjà citées :
– une caméra (figure 7) ainsi que le traitement associé sont des composants qui restent onéreux à court terme ;
– la nature du signal d’alerte à délivrer reste mal définie en raison de la multiplicité des réactions humaines.
Hormis ces types de dispositifs, d’autres, parfois plus simples, existent [HEA 99]. Nous pourrions citer l’éthylomètre immobilisant le véhicule un certain temps à titre d’exemple.
ACC de deuxième génération
Comme nous l’avons indiqué en première partie, l’ACC est à ce jour le plus avancé des systèmes de sécurité primaire puisqu’il reçoit ses informations de l’infrastructure. L’amélioration principale qui pourrait être apportée à ce système consisterait à rendre possible le déclenchement automatique d’un freinage d’urgence en présence d’obstacles demandant un tel traitement. Ceci nécessitera une analyse du signal adaptée de la part des radaristes ainsi qu’une fiabilité éprouvée permettant de réduire le plus possible le taux de déclenchements intempestifs. On considèrerait dans un premier temps un tel système comme bénéfique, notamment pour le cas d’un choc fronto-frontal. 150 m de portée7 et une vitesse raisonnable permettrait de réduire notablement les collisions avec tout obstacle mobile ou fixe. Cependant, une fois de plus, certains faits restrictifs existent à ce jour :
– la très grande diversité des infrastructures rendant le traitement des informations très complexe ;
– le manque de connaissance des effets induits par l’utilisation de tels systèmes ;
– l’absence de règles juridiques encadrant de manière globale l’utilisation de dispositifs de prise de contrôle du véhicule.
En dépit des ces contraintes, l’ACC de deuxième génération sera probablement disponible dans quelques années. Comme la majorité des systèmes informatiques automobiles, l’élargissement du domaine de fonctionnement8 de l’ACC va s’opérer dans le temps. Il restera le problème de la définition des responsabilités juridiques qui sera une étape cruciale.
7. Portée moyenne des ACC de première génération.
8. Les ACC actuels ne fonctionne pas en dessous de 50 km/h et ne peuvent pas décélérer au-delà de - 3m/s² environ (le freinage d’urgence est de - 7m/s² environ).
Conclusion sur le rôle futur de la S2AI en sécurité primaire
Il apparaît à ce jour que la sécurité primaire est la plus évoluée. L’acte de conduite est de plus en plus épaulé par les systèmes et l’infrastructure commence à être appréhendée. Des trois types de sécurité, la primaire est la plus avancée et la tendance peut perdurer à moyen terme. Ce n’est sans doute pas l’ACC de deuxième génération qui sera le prochain apport de l’informatique à l’automobile mais plutôt une première génération de systèmes de détection d’hypovigilance. Le plus profitable pour les conducteurs serait l’avènement de systèmes qui les responsabiliseraient :
– optiques asservies afin de toujours bien éclairer l’infrastructure ;
– système de positionnement de type GPS délivrant automatiquement un signal en cas de collision amont sur la route ou sur l’autoroute qu’utilise le véhicule ;
– dispositif de navigation ultra-précise allant jusqu’à connaître les rayons de courbure des virages et alertant le conducteur en cas de portion routière nécessitant plus d’attention qu’en moyenne.
Ces systèmes existent déjà peu ou prou et ne nécessiteraient pas d’entente juridique préalable sur le principe de responsabilité en cas de dysfonctionnement. De plus, l’impact des effets induits par l’utilisation de ces systèmes serait faibles et n’engendrerait donc pas de contre- performances en termes d’apport à la sécurité primaire.
Il n’en serait peut-être pas de même pour des systèmes qui, finalement, déresponsabilisent les conducteurs :
– pourquoi ne pas prendre le volant fatigué si ma voiture me réveille automatiquement ?
– pourquoi freiner au feu rouge puisque ma voiture s’arrêtera elle-même derrière celle qui attend déjà ?
Ces deux exemples sont des exemples extrêmes des effets induits par l’utilisation d’un système « déresponsabilisateur » qui prend en charge une ou plusieurs phases de l’acte de conduite. Plus concrètement, les professionnels du milieu des transports ferrés affirment à propos de l’automatisation des systèmes de pilotage que celle-ci rend l’intervention humaine plus critique en cas de défaillance et que les aptitudes de conduite des utilisateurs se dégradent fortement si rien n’est tenté pour maintenir un certain niveau d’efficacité. La France comptant plusieurs dizaines de millions de conducteurs, il semble évident que plusieurs centaines de milliers de personnes se retrouveraient rapidement inaptes à la conduite si elles étaient amenées à utiliser massivement des systèmes les assistant en permanence. Certains experts pointent du doigt ce qui semble déjà être une sorte d’accoutumance à l’utilisation des ACC de première génération : les
conducteurs empruntent systématiquement les voies situées les plus à gauche sur les autoroutes afin de ne pas déclencher de freinage ! Nous rappelons ici qu’une majeure partie des utilisateurs d’ABS pensent toujours que celui-ci raccourcit la distance de freinage9. Les systèmes de sécurité primaire, qui pourront à moyen terme appréhender l’infrastructure pour un coût raisonnable, seront capables de conduire à la place de l’utilisateur afin d’éviter les collisions. Ces possibilités techniques futures devront cependant être évaluées à l’aune des enseignements résultant de l’utilisation des générations précédentes de systèmes de sécurité primaire.
Le rôle futur de l’informatique en sécurité secondaire
Le rôle de l’informatique dans la sécurité secondaire va être de plus en plus important, cette augmentation nous apparaîtra notamment à travers l’avènement des premiers systèmes informatiques « intelligents » et surtout adaptatifs. L’accroissement de l’informatisation des dispositifs de sécurité secondaire deviendra nécessaire en raison des éléments suivants :
– besoin d’une plus grande adaptabilité des dispositifs déjà existant (airbags frontaux et latéraux, prétensionneurs de ceinture...) ;
– intérêt pour les systèmes de sécurité secondaire à traiter l’infrastructure en raison de l’apport que procure cette analyse dans la connaissance de la nature du choc ;
– augmentation de la complexité du traitement des informations en provenance des capteurs dérivant directement du point précédent.
L’informatique aura toujours un rôle important dans la phase de conception de ces systèmes, mais l’arrivée de la S2AI dans la protection des occupants va créer un saut qualitatif, tant du point de vue des objectifs que se fixeront les ingénieurs en sécurité automobile que du point de vue de l’utilisateur et des bénéfices en termes d’intégrité physique qu’il pourra en retirer. D’ores et déjà, ce saut qualitatif se ressent : l’augmentation sensible de la protection des occupants en cas de choc à travers un nombre croissant de systèmes, la minimisation des lésions internes et externes issue de modélisations informatiques, la plus grande acceptation des morphologies extrêmes et enfin, l’attention toute particulière que portent les acheteurs de véhicules à ce domaine contribuent de manière continue à la diminution du nombre de tués et de blessés sur les routes depuis plusieurs années. La durée de vie moyenne d’une automobile française étant d’une douzaine d’année, ce phénomène jouera à plein d’ici quelques années. Nous allons maintenant présenter les systèmes qui ont une bonne probabilité d’apparition sur le marché à moyen terme.
9. Ce qui, bien sûr, est inexact.
Systèmes de pré-collision
Ces dispositifs réalisent une montée en puissance du point de vue de la minimisation des dommages corporels subits par les occupants. Ceci va s’accomplir grâce à l’apparition de capteurs externes conçus pour analyser l’infrastructure dans une zone assez proche du véhicule. Ces capteurs devront posséder la même robustesse d’utilisation que les radars ACC et traiter l’ensemble de l’infrastructure (obstacles fixes et mobiles).
Techniquement, il sera également indispensable de connaître la distance de l’objet ainsi que son angle par rapport au véhicule. Le rôle d’un tel capteur ne sera pas de percevoir loin afin d’éviter une collision mais plutôt de percevoir de près et, ce, précisément afin de transmettre les coordonnées en temps réel à un algorithme de traitement qui va les extrapoler afin de connaître le temps restant avant la collision, l’angle d’impact, la vitesse, etc.
Ces informations sur la cinématique de l’obstacle sont primordiales. En raison des nombreux dispositifs de protection d’occupants qui vont prochainement équiper les véhicules10, il devient impératif d’être plus conscient des paramètres accidentologiques afin d’utiliser au mieux ces systèmes : si un obstacle semble destiné à heurter le véhicule du côté avant droit, les protections gauches ne seront pas activées ou leur puissance sera réduite. Ceci permettrait d’optimiser la protection des occupants en fonction des dispositifs de protection présents au sein du véhicule. Cependant, les calculateurs d’allumage des airbags ou de mise en tension des ceintures de sécurité auront toujours besoin d’une information primordiale pour fonctionner : le taux de décélération inhérent au choc. Celui-ci est directement lié à la nature et à la densité de l’obstacle. Sans cette information de décélération, il ne serait pas possible de prédire le déplacement du corps des occupants et des systèmes comme l’airbag ne pourraient être pilotés correctement.
Systèmes de détection des positions d’occupants
L’objectif ici sera d’éviter le déclenchement des dispositifs de protection en raison d’une mauvaise position de l’occupant : tête trop près de l’airbag tableau de bord, pieds sur le tableau de bord et, en général, membres trop proches des systèmes pyrotechniques.
Si le dispositif détecte une position inadaptée, le pilotage de l’airbag (par exemple) se trouvera inhibé ou limité. Les principales difficultés de conception de ces systèmes résident dans le fait qu’il est nécessaire de
10. Certaines marques proposeront à court terme plus d’une dizaine d’airbags. A l’heure actuelle, les véhicules neufs sont équipés en série de 4 airbags (frontaux et latéraux).
fonctionner en temps réel d’une part, et dans le traitement des signaux capteurs, d’autre part.
Pour des raisons de coût, les principes physiques majoritairement utilisés dans les services de recherche et développement à l’heure actuelle sont des technologies à ultra-sons et à champ magnétique. Notons qu’un modèle simplifié d’un système utilisant les utrasons a été présenté lors du mondial de l’automobile 2000 à Paris. En réalité, ces systèmes protègeront les occupants des méfaits engendrés par les dispositifs traditionnels de sécurité secondaire plus qu’ils ne les protègeront des dégâts occasionnés par les obstacles.
Systèmes d’évaluation morphologique
La conception d’un système de sécurité secondaire passe par de très nombreux crash-tests de véhicules à bord desquels sont installés des mannequins de différentes tailles et morphologies. Ils sont équipés de capteurs internes capables de retranscrire les contraintes mécaniques que subirait un être humain au niveau de la colonne vertébrale, du bassin, du cou, etc. Lorsqu’un système de sécurité secondaire est développé, un échantillon représentatif des différentes morphologies humaines est testé grâce à ces mannequins. L’objectif étant de définir le réglage optimal du système de sécurité au sens du meilleur compromis entre les niveaux de protection de tous les mannequins. Le réglage des dispositifs est donc une sorte de « moyenne de moyenne » des réglages propres à chaque type de morphologie. Un système d’évaluation morphologique des occupants permettrait de paramétrer au mieux les dispositifs de sécurité secondaire en fonction de la classe de corpulence et de taille de chaque occupant. Quelques difficultés diffèrent pour le moment l’apparition de tels systèmes :
– la complexité de la mesure de grandeurs physiques d’un occupant assis à bord d’un véhicule ;
– le coût important des chaînes de traitement ;
– la certification des programmes en termes de fiabilité.
Des dispositifs paramétrables à court terme comme les airbags ou les prétensionneurs de ceinture tireraient un grand avantage des ces évaluations morphologiques. A l’aide de bases de données issues de crash-tests, ils pourraient adapter leurs actions en termes de puissance et de déphasage temporel. Il est à noter que l’Europe a une approche différente des Etats- Unis sur ce sujet. Ces derniers doivent respecter la norme FMVSS20811 et
11. En 2003, 35 % de véhicules équipés d’airbags intelligents (smarts airbags) ; en 2006, 100 % de véhicules.
adoptent une démarche réglementaire alors que les Européens ont une approche de « prestation sécurité ».
Systèmes de pare-chocs déployables
Déjà assez anciens en termes d’innovation, ces systèmes ne sont cependant pas encore en vente sur le marché. Basés sur le principe d’airbags extérieurs situés dans les boucliers (ou pare-chocs) ces dispositifs rentrent en action lorsqu’un obstacle est sur le point de heurter le véhicule porteur. Les raisons de la stagnation au stade de prototype des systèmes de pare-chocs déployables sont, dans une première analyse, partiellement identiques à celles précédemment citées :
– besoin de capteurs fiables et bon marché ;
– nécessité d’une intégration au bouclier (esthétisme et tenue mécanique).
Il semble également probable que ces types de dispositifs plutôt orientés vers la protection extérieure du véhicule génèrent un intérêt commercial limité.
Conclusion sur le rôle futur de la S2AI en sécurité secondaire
L’avenir de l’informatique dans la sécurité secondaire sera lié à l’apparition de nouveau systèmes prenant mieux en compte l’intérieur du véhicule. Presque tous les dispositifs présentés sont dédiés à la mesure de la position des occupants, à l’évaluation de leur morphologie, etc. Seul le système de pré-collision observe l’infrastructure et non l’intérieur du véhicule. A partir de ceci, il semble logique de penser que le système de pré- collision d’un véhicule commandera les dispositifs classiques de sécurité secondaire (airbag, prétensionneurs...) en fonction de la nature estimée du choc à venir ainsi que des positions et morphologies des occupants. Les véhicules vont devenir adaptatifs lorsqu’ils déploieront leurs moyens de lutte contre les collisions. Dans ce futur proche, l’informatique et ses ingénieurs vont devenir la clé de voûte assurant ou non la réussite commerciale de tel ou tel système en raison de sa fiabilité et de son coût.
Le rôle futur de l’informatique en sécurité tertiaire
Nous n’avons pas évoqué le rôle actuel de l’informatique dans la sécurité tertiaire car il n’existe pas (ou en nombre très restreint) de dispositifs de sécurité tertiaire en série à l’heure actuelle. Mais il semble qu’avec l’arrivée prévisible des NTIC12 au sein des véhicules, ce retard par rapport aux autres types de sécurité est sur le point d’être partiellement comblé. Bien que non
12. Nouvelles technologies de l’information et de la communication.
indispensable à l’avènement de la sécurité tertiaire dans l’automobile, les technologies de l’information vont certainement rendre ces systèmes beaucoup plus attractifs vis à vis du public. Les contraintes ralentissant l’arrivée de ces dispositifs sont au nombre de trois au minimum :
– grande différence de durée de cycle de vie entre la voiture (environ 10 ans) et les dispositifs NTIC (entre 6 mois et 1 an) ;
– relative imprécision quant aux débits efficaces et à la disponibilité des réseaux de communication à venir (GPRS et UMTS) ;
– manque de retour d’expérience du point de vue de l’utilisation à grande échelle de tels systèmes.
Les systèmes susceptibles d’apparaître en série à moyen terme sont les suivants :
– systèmes d’appel d’urgence13 : lors d’une sortie de route ou d’une collision, un serveur vocal appellerait les services d’urgence et signale à l’aide d’une voix digitalisée14 l’heure de la collision, sa sévérité, l’absence ou non de réaction des occupants ;
– systèmes de localisation : ces dispositifs serviraient à localiser le véhicule dans le réseau routier. Nous connaissons déjà les agents de navigation utilisant le système américain de positionnement par satellite GPS ;
– systèmes de positionnement véhicule15 : ces appareils permettront de discerner la position du véhicule dans l’espace. Ils seront particulièrement précieux en cas de retournement de l’automobile.
On observe en résumé que ces systèmes ont intérêt à fonctionner de concert : le dispositif d’appel doit informer les services de secours de l’emplacement géographique de la voiture, être en mesure d’indiquer un retournement, etc. Encore très peu développée dans les esprits comme dans les faits, la sécurité tertiaire ne rattrapera pas son retard à court terme. Il semblerait raisonnable d’estimer qu’elle aura pris sa place pleine et entière dans l’automobile dans une dizaine d’années au minimum en Europe. Les NTIC vont accélérer ce développement, dès que les voitures pourront être équipées de cartes de communication GSM ou GPRS, il sera plus simple d’adjoindre un dispositif d’appel d’urgence aux services de secours. Ainsi, lorsque qu’un client souhaitera acheter une voiture neuve, il devra s’enquérir de la compatibilité du système d’appel d’urgence du véhicule
13. Existe sur quelques modèles déjà équipés de GSM.
14. Ou bien d’un protocole informatique, l’interlocuteur étant alors l’ordinateur du centre de secours.
15. Les systèmes de localisation et de positionnement véhicules sont déjà diffusés aux Etats-Unis.
avec différents standards. Il est cependant étonnant qu’il n’existe pas à l’heure actuelle sur le marché automobile traditionnel de dispositifs tels que des extincteurs automatiques, des coupe-circuits d’urgence (réversibles) ni même de durites d’essence très résistantes16.
Conclusion sur la S2AI
Encore assez récente, la S2AI va franchir d’autres caps sur le moyen terme. L’arrivée de nouveaux capteurs peu onéreux (radar, caméras...) autorisera la diffusion sur le marché de systèmes très adaptatifs et efficaces.
Dans cet article, nous avons énuméré les éventuelles contraintes qui limitent ou empêchent l’utilisation de la S2AI. Lorsqu’elle existent, ces contraintes s’avèrent être les mêmes quels que soient les dispositifs :
– méconnaissance des effets induits par l’utilisation du système ;
– manque de définition juridique des responsabilités en cas de dysfonctionnement d’un système prenant en charge la conduite d’un véhicule ;
– coûts de développements très importants.
Les palliatifs de ces points semblent exister, certains ont même déjà été partiellement mis en œuvre. Les simulateurs dynamiques de conduite autorisent l’exploration des comportements et réactions humaines.
L’implantation puis le test de systèmes à l’aide de tel simulateurs limite au maximum les effets induits non prévus. Les coûts de développements seront de plus en plus supportés par plusieurs entreprises, notamment à travers les contrats de joint venture entre un constructeur ou un équipementier et un industriel spécialiste du domaine concerné par le produit. Enfin, l’harmonisation des lois et textes européens permettra sans doute d’uniformiser les règlements nationaux ayant trait à l’automobile pour déboucher ensuite sur la définition claire des responsabilités juridiques lors de la prise de contrôle d’un véhicule automobile par un système informatique.
Biliographie 17
[EST 97] ESTEVE D., HERNANDEZ-GRESS N., « Le traitement avancé des données pour la sécurité automobile », REE, n° 6, 1997, p. 44-47.
16. Dispositifs largement sécurisés et utilisés par les véhicules de compétition (Rallye, F1, Raids...) et qui pourraient être amortis en fabrication grande série.
17. Cet article ne comporte pas de références bibliographiques comme les documents techniques associés à un constructeur.
[FUR 98] FURUI N., MIYAKOSHI H., NODA M., « Development of a Scanning Laser Radar for ACC », SAE, 98065, 1998, p. 71-76.
[HEA 99] HEALEY J., SEGER J., PICARD R., « Quantifying driver stress : developing a system for collecting and processing bio-metrics signals in natural situation », Proceedings of the Rocky moutain bio-engineering symposium, avril 16-18, 1999.
[MAT95]MATTEWS N. D., An P.E., HARRIS C. J., « Vehicles detection and recognition for autonomous intelligent cruise control », Image, speech and intelligent systems, 1996.
[PER 97] PERRON T., Méthodologie d’analyse de sécurité primaire automobile pour la spécification fonctionnelle et l’évaluation prévisionnelle d’efficacité de systèmes d’évitement de collision, Thèse de doctorat, Ecole Centrale Paris, 1997.
[ROM 95] ROMBAULT M., « Génération temps réel de données numériques et symboliques par fusion temporelle multi-capteurs », Traitement du Signal, n° 4, vol. 12, 1995, p. 317-326.
[RUS 97] RUSSELL M. E., CRAIN A., CURRAN A. et al., « Millimeter-Wave radar sensor for automotive intelligent cruise control », IEEE Transactions on microwave theory and techniques, n°12, Volume 45, 1997, p. 2444-2453.
