Les gens utilisent leurs yeux et leurs oreilles pour capter les situations de circulation comportant des dangers potentiels. Pour que les véhicules autonomes fassent la même chose, ils ont besoin de toute une série de capteurs. Cependant, à mesure que le nombre de capteurs qu'ils contiennent augmente, l'espace nécessaire pour les intégrer augmente également, ce qui est souvent incompatible avec la vision des concepteurs.

Aujourd'hui, des chercheurs de la Fraunhofer-Gesellschaft ont découvert une méthode pour intégrer discrètement certains capteurs. Leur solution réside dans les phares du véhicule, où ils combinent lumière optique, radar et LiDAR.

Les véhicules d'aujourd'hui sont capables d'assumer eux-mêmes de plus en plus de fonctions sans nécessiter l'intervention du conducteur. Le régulateur de vitesse maintient automatiquement la bonne distance par rapport à la voiture qui précède, les systèmes d'avertissement de sortie de voie corrigent la trajectoire du véhicule si nécessaire et le freinage d'urgence s'enclenche si le conducteur est pris au dépourvu.

Tout cela est possible grâce aux caméras dans l'espace passagers et aux capteurs radar dans la calandre - et l'avenir est prêt à voir les voitures faire encore plus par elles-mêmes. Pour que cela se produise, il faut utiliser beaucoup plus de capteurs, mais en remplir des grilles n'est pas quelque chose que les concepteurs automobiles souhaitent divertir.

Capteurs radar et LiDAR intégrés aux phares

Cinq instituts Fraunhofer, dont l'Institut de physique des hautes fréquences et des techniques radar FHR, ont uni leurs forces dans le cadre du projet Smart Headlight pour créer une méthode d'installation de capteurs à la fois peu encombrante et aussi subtile que possible, sans compromettre la fonction ou performance.

L'objectif du projet est de développer un phare à capteur intégré pour les systèmes d'assistance à la conduite qui permette de combiner une gamme d'éléments capteurs avec des systèmes d'éclairage adaptatifs. On espère que cela améliorera la capacité des capteurs à identifier les objets sur la route, et en particulier les autres usagers de la route, tels que les piétons. Les capteurs LiDAR, par exemple, peuvent être utilisés dans les systèmes d'assistance au freinage électronique ou de contrôle de distance.

"Nous intégrons des capteurs radar et LiDAR dans des phares qui sont déjà là de toute façon. De plus, ce sont les pièces qui assurent la meilleure transmission possible pour les capteurs optiques et les sources lumineuses, et qui sont capables de garder les choses propres", déclare Tim Freialdenhoven, chercheur au Fraunhofer FHR. Les capteurs LiDAR (Light Detection And Ranging) fonctionnent selon un principe de mesure basé sur la détermination du temps entre l'émission d'une impulsion laser et la réception de la lumière réfléchie, une méthode qui produit des mesures de distance exceptionnellement précises.

La première étape de la création de capteurs de phares consiste à concevoir un système LiDAR adapté à une intégration dans la technologie automobile. Cela doit également tenir compte du fait que la lumière diffusée sur la route par le phare ne peut pas être gênée par les deux capteurs supplémentaires, même si les LED responsables de la lumière sont situées loin en arrière dans le phare.

Pour cette raison, les chercheurs positionnent les capteurs LiDAR en haut et les capteurs radar en bas du boîtier du phare. Dans le même temps, les faisceaux des deux systèmes de capteurs doivent suivre le même chemin que la lumière LED, ce qui est rendu plus difficile par le fait que tous les faisceaux impliqués ont des longueurs d'onde différentes.

La lumière visible du phare mesure de l'ordre de 400 à 750 nanomètres, tandis que les faisceaux infrarouges LiDAR vont de 860 à 1 550 nanomètres, proches de la plage visible. Les faisceaux radar, en revanche, ont une longueur d'onde de quatre millimètres. "Ces trois longueurs d'onde doivent être fusionnées coaxialement, c'est-à-dire le long du même axe, et c'est là qu'intervient ce que nous appelons un combinateur multispectral", déclare Freialdenhoven.

Un tel guidage coaxial des faisceaux est crucial pour éviter les erreurs de parallaxe, compliquées à démêler. De plus, disposer les capteurs les uns à côté des autres prendrait beaucoup plus de place qu'une configuration coaxiale. Les chercheurs contournent donc ce problème en utilisant ce que l'on appelle des bi-combineurs.

Pour combiner la lumière LED et la lumière LiDAR, cette solution utilise un miroir dichroïque avec un revêtement spécial, qui guide les deux faisceaux de faisceaux le long d'un seul axe au moyen d'une réflexion sélective en longueur d'onde. Le même effet se produit dans le deuxième combinateur (quoique de manière plus complexe en raison des longueurs d'onde très différentes), où la lumière LED, la lumière LiDAR et le radar sont combinés.

Comme les capteurs radar sont déjà largement utilisés dans le secteur automobile, les conceptions bi-combineur doivent permettre aux fabricants de continuer à utiliser les capteurs existants sans avoir besoin de modifications.

Systèmes radar :pénétrer le brouillard

Alors pourquoi combiner systèmes optiques, LiDAR et radar ? "Chaque système individuel a ses forces, mais aussi ses faiblesses", explique Freialdenhoven.

Les systèmes optiques, par exemple, présentent des performances limitées dans les situations où la visibilité est mauvaise, comme les environnements brumeux et poussiéreux. Les systèmes radar, en revanche, sont capables de supporter des nuages ​​​​de brouillard denses mais ne sont pas très bons pour la catégorisation :bien qu'ils soient capables de dire si quelque chose est une personne ou un arbre, leurs capacités n'ont rien sur les systèmes LiDAR.

"Nous travaillons également sur la fusion des données radar et LiDAR, ce qui apportera une valeur ajoutée considérable, en particulier en termes de fiabilité", déclare Freialdenhoven. L'équipe a déjà déposé une demande de brevet et travaille actuellement à la création d'un prototype.

La technologie est configurée pour créer toute une série d'options supplémentaires pour l'intégration de capteurs dans les systèmes d'assistance à la conduite. Des modules d'éclairage plus petits, des capteurs LiDAR plus compacts et des capteurs radar intégrés permettront de créer des concepts multi-capteurs, notamment en vue de la technologie des véhicules autonomes, où les exigences de conception deviennent plus strictes et l'espace d'installation est limité.

En conséquence, les futurs systèmes d'auto-conduite pourraient non seulement détecter une personne, mais aussi analyser sa vitesse, sa distance et l'angle auquel elle est positionnée par rapport au véhicule. + Explorer plus loin

De fortes pluies affectent la détection d'objets par les capteurs LiDAR des véhicules autonomes