TPE Les Voitures Autonomes

La télémétrie laser est un moyen très pratique de mesurer des distances, néanmoins cette méthode présente des incertitudes liées à différents facteurs.

Tout d’abord la cible sur laquelle est projeté le rayon n’est pas toujours lisse ou verticale, ainsi en fonction de l’inclinaison ou de l’irrégularité de la cible, la distance ne sera pas calculée très précisément.

En plus de ces incertitudes, le signal envoyé par l’émetteur peut être perturbé par l’air qui doit être traversé, le signal peut perdre en précision et le télémètre donner des mesures encore une fois moins précises.

Le télémètre laser permet donc d’obtenir la distance en un point précis de l’espace. Pour pouvoir obtenir une multitude de points, le télémètre à balayage est intéressant.

Celui-ci utilise un miroir rotatif permettant l’envoi d’une sorte de nappe laser et ainsi la mesure de plusieurs points. Cet appareil permet de fournir une carte en trois dimensions, grâce aux points recueillis on peut donc détecter des obstacles ou cartographier un environnement.

4. Intérêt, avantage et inconvénient du LiDAR :

Les LiDARs deviennent des instruments importants répondant aussi bien à des objectifs scientifiques de connaissance de l’atmosphère qu’à des besoins de mesure et de contrôle de l’environnement. En effet, de nombreux avantages le placent comme un capteur indispensable, d’où la multiplication de réalisations et de projets de LiDARs. Un avantage du LiDAR est une grande précision dans la mesure de distance (une précision de l’ordre du centimètre), grâce aux très courtes durées d’impulsions.

Un deuxième avantage est l‘indépendance à la luminosité. On peut effectuer certaines mesures en plein jour ou la nuit. Le LiDAR utilise un capteur d'éclairage actif dont les données peuvent être récupérées jour et nuit, ce qui n'est pas toujours le cas d'autres techniques. Un autre atout du LiDAR est la rapidité d’acquisition et de traitement des données avec une extrême précision. Il est donc possible d’obtenir une cartographie 3D en temps réel grâce à un seul instrument LiDAR.

Le premier inconvénient du LiDAR est son prix élevé. Les systèmes Lidar mécaniques, présents aujourd’hui, peuvent coûter jusqu’à 75 000 euros ce qui rend leur application en série impossible. Autrement dit, ce prix est donc rédhibitoire pour l’équipement d’une voiture commercialisée en grande série. De plus, l’encombrement et la consommation d’énergie élevés limitent son utilisation sur un véhicule pour aujourd’hui.

Les LiDARs sont sensibles aux conditions atmosphériques. Ainsi par temps de pluie ou de brouillard, le faisceau peut être perturbé, à cause du principe de réfraction : lorsque le rayon traverse un milieu différent (comme une goutte d’eau), la vitesse de l’onde change, et ainsi la superposition de différente couche de différents milieux rend approximatif l’évaluation de la distance.

Application à la voiture autonome :

La principale problématique de la conduite autonome des véhicules intelligents concerne la perception de l’environnement à chaque instant, la localisation et l’orientation d’objets mobiles. Pour obtenir ces informations, on peut appliquer la technologie LiDAR à l’odométrie.

L’odométrie est une technique consistant à déterminer une estimation de la position future d’un véhicule à partir de sa position courante. En partant d'une position initiale connue et en intégrant les déplacements mesurés, on peut ainsi calculer à chaque instant la position du véhicule.

Le LIDAR intervient alors à ce moment, l’onde émise par le récepteur du LIDAR sera réfléchie par les objets rencontrés lors de son déplacement. La distance d’un objet réfléchissant peut-être obtenue à partir de la différence de temps entre l’émission d’une onde et la réception de l’écho le plus important. Ainsi on aura la position de notre véhicule autonome.

Il est également possible avec ce système en émettant de nombreuses ondes de localiser l’ensemble des échos afin de cartographier la surface de l’objet réfléchissant et donc de modéliser l’espace entourant le véhicule, c’est ce point essentiel qui permet de détecter les différents obstacles de la route. Cependant, ces derniers effectuent des balayages sur une seule nappe, c’est-à-dire un plan, et ne permettent donc pas d’avoir accès à une représentation 3D détaillée de l’environnement qui nécessite plusieurs lignes de niveaux. Pour pallier à cet inconvénient il est possible par exemple de faire osciller le LiDAR afin de couvrir plus de nappes ou d’utiliser des miroirs pivotant pour dévier les nappes. Malheureusement ce genre de système est beaucoup trop volumineux et impossible à intégrer à un véhicule autonome. La solution choisie est donc d’intégrer plusieurs LiDAR simples couvrant plusieurs couches au fonctionnement de détection du véhicule. Cependant la représentation de l’espace reste moins précise qu’avec les systèmes de types caméra. Mais cette imprécision est compensée par le temps de traitement bien plus rapide avec un LiDAR. De ce fait au sein d’un véhicule autonome on retrouve souvent une caméra de recul plus précise pour les manœuvres et des LiDARs pour les opérations plus simples.