Le rôle joué par les capteurs de perception du véhicule dans les systèmes avancés d’aide à la conduite

L’industrie automobile s’orientant de plus en plus vers la conduite autonome, le rôle de la vision embarquée dans les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) évolue. Les fabricants d’équipements d’origine doivent se préparer à passer des systèmes assistés aux systèmes automatisés. Cela représente des défis technologiques pour les ingénieurs qui développent des solutions pour l’aide à la conduite avancée et la conduite autonome.

 

Dans cet article, nous allons voir comment les capteurs de perception des véhicules rendent possible l’automatisation.

Nous examinerons également certains des défis à relever.

De quelle façon les capteurs et les systèmes embarqués rendent-ils possible l’aide avancée à la conduite?

L’objectif d’accroître la sécurité routière repose essentiellement sur les progrès constants de la technologie des capteurs. De quelle façon? Les fonctions d’un système avancé d’aide à la conduite reposent sur des données provenant de capteurs. Le système se sert des capteurs pour avertir les conducteurs des risques et pour intervenir afin d’éviter les accidents. Certains véhicules intègrent le système avancé d’aide à la conduite au système d’infodivertissement pour offrir aux conducteurs une vue de leur environnement.

Le système avancé d’aide à la conduite (ADAS) se sert de systèmes embarqués installés dans tout le véhicule. Les caméras, la détection et télémétrie par radioélectricité (radar), la détection et télémétrie par laser (lidar) et les transducteurs ultrasoniques jouent tous un rôle dans la collecte des données. Le système mondial de navigation par satellite (GNSS) et les unités de mesure inertielle (IMU) fournissent des données supplémentaires. Le défi consiste à interpréter les données en temps réel à partir de la vision embarquée pour permettre au système d’intervenir.

À cette fin, les systèmes avancés d’aide à la conduite modernes ont besoin d’une puissance de calcul et d’une mémoire plus importantes pour traiter les multiples flux de données. De nouvelles technologies, développées au cours de la dernière année, ont fait progresser la perception des véhicules de pointe. Ces systèmes utilisent des unités centrales graphiques (GPU), des matrices prédiffusées programmables par l’utilisateur (FPGA) ou des circuits intégrés à application spécifique (ASIC) personnalisés à l’intérieur d’unités de contrôle électronique (ECU) pour effectuer efficacement le traitement graphique et des images et traiter de grands volumes de données en temps réel.

Les ECU sont le cerveau qui contrôle la fusion des données de capteurs automobiles. De quelle façon? Le contrôleur ADAS fusionne les données des différents capteurs pour prendre des décisions. Les systèmes informatiques utilisent différentes caméras pour alerter le conducteur en cas de danger grâce à des avertisseurs d’angle mort, de changement de voie et de collision, tandis que des radars et d’autres capteurs à différents niveaux aident à cartographier l’environnement et à prendre des mesures.

L’évolution des capteurs dans les systèmes avancés d’aide à la conduite

Le document de normes de la Society of Automotive Engineers (SAE), SAE J3016 est une référence utile qui définit les niveaux des systèmes d’automatisation de la conduite des véhicules à moteur routiers. Les niveaux d’automatisation de la conduite sont définis en fonction du rôle joué par chacun des trois principaux acteurs de l’exécution : l’utilisateur (l’être humain), le système d’automatisation de la conduite et les autres systèmes et composants du véhicule. Les niveaux 1, 2 et 3 nécessitent la présence d’un conducteur humain. À ces niveaux, le conducteur humain et le système d’automatisation de la voiture sont censés travailler main dans la main pendant la conduite. Les niveaux 4 et 5 font référence à de véritables voitures autopilotées dotées d’une intelligence artificielle (AI) et ne nécessitant aucune assistance humaine pendant la conduite.

La dernière génération de véhicules va au-delà du niveau d’autonomie 0 à 2 en fournissant une aide au conducteur, notamment des avertissements et des interventions d’assistance brèves, comme l’avertisseur d’angle mort, le freinage d’urgence automatique ainsi que le centrage sur la voie et le régulateur de vitesse adaptatif.

Les niveaux 3 à 4 permettent d’accéder aux fonctions de conduite automatisée, qui peuvent prendre le contrôle du véhicule dans des conditions précises. Les ECU utilisent la vision embarquée pour permettre aux véhicules de prendre instantanément des décisions en matière de sécurité. De quelle façon? Les données fournies par les capteurs, les cartes et les données de circulation en temps réel permettent aux ECU d’anticiper les problèmes sur la route.

Avec davantage de capteurs intégrés au véhicule, le système peut combiner des données historiques et en temps réel sur l’état des voies de circulation. Cela lui permet non seulement d’informer le conducteur, mais aussi d’agir. Des algorithmes d’apprentissage profond de vision par ordinateur sont utilisés pour former des modèles de réseaux neuronaux. Ces modèles sont formés et affinés en permanence à l’aide de scènes routières et de simulateurs. L’inférence en temps réel utilise ces modèles pour détecter, classer et suivre des objets tels que des vélos et des piétons dans le champ de vision du véhicule. Le système dispose alors de suffisamment de données sur le conducteur et son environnement pour prendre le contrôle, que ce soit pour éviter un danger ou simplement pour faire un stationnement automatique.

Comme les véhicules sont dotés d’une grande variété de services compatibles avec la 4G destinés au conducteur et aux passagers, les systèmes avancés d’aide à la conduite peuvent également être considérés comme une passerelle vers la conduite entièrement autonome avec la mise en œuvre de la 5G et de la connectivité en temps réel qui se combinent aux capteurs embarqués avancés (radar, lidar, caméras).

Il reste encore du travail à faire pour parvenir à une autonomie totale et voir l’arrivée d’une voiture possédant une autonomie de conduite de niveau 5. Les changements dans la disposition et l’intégration des capteurs se feront progressivement et seront tributaires des progrès de ces technologies et de la réduction des coûts.

Combiner les capteurs et la technologie : un défi pour le développement des véhicules

Les véhicules actuellement sur le marché sont de plus en plus intelligents et sûrs. Ils sont dotés des trois principaux types de capteurs : caméras, radar et lidar. Grâce aux capteurs couplés à un puissant système informatique, le véhicule peut cartographier l’environnement qui l’entoure, le comprendre et s’y déplacer en toute sécurité. Chaque capteur a ses avantages et ses inconvénients. Quelles sont les différences fondamentales entre ces trois types de capteurs? Jetons un coup d’œil.

Caméras

Bien que les caméras détectent les données RVB (rouge, vert, bleu) et offrent une résolution extrêmement élevée, elles ne disposent pas de données sur la profondeur, ne perçoivent pas la vitesse et peuvent être aveuglées par la lumière du soleil. Elles nécessitent également une puissance de calcul beaucoup plus importante et doivent être combinés avec les capteurs radar et lidar en technologie complémentaire pour optimiser l’analyse de toutes les données.

Radar

Communément associé aux caméras, le radar peut contribuer à réduire le nombre d’images vidéo nécessaires au véhicule pour détecter le danger et y réagir. Il offre des avantages sur les plans de la vitesse et de la détection des objets, sans compter sa capacité à percevoir ce qui se trouve autour des objets et à fonctionner par mauvais temps. Mais il n’est pas assez précis pour déterminer si ce qu’il perçoit est un piéton, une voiture ou un autre objet.

Lidar

Disposé dans l’ensemble du véhicule, le lidar complète les caméras et le radar en offrant une couverture de 360 degrés, ainsi que la possibilité de réaliser une détection très fine et précise des objets dans l’espace. Mais le lidar n’a pas une résolution comparable à celle d’une caméra 2D, et présente des limites dans de mauvaises conditions météorologiques. En outre, il ne détecte pas les couleurs ni ne sait interpréter du texte afin, par exemple, de décoder des feux de signalisation ou des panneaux. Le coût d’intégration de solutions lidar aux systèmes avancés d’aide à la conduite se révèle également problématique. L’émergence de technologies efficaces et de solutions innovantes a récemment ouvert la voie à des concepts abordables d’intégration de l’imagerie 3D en haute résolution à l’industrie automobile.

Différences fondamentales entre LiDAR, RADAR et VISION

 

GNSS

Au-delà des caméras, des radars et des lidars, d’autres systèmes jouent un rôle important et peuvent aider à relever les enjeux du développement de la sécurité des applications ADAS. Un véhicule entièrement autonome doit disposer d’une solution de localisation précise. Les données au sol, la cartographie mobile et la géolocalisation en temps réel sont essentielles. La technologie GNSS de haute précision offre l’exactitude, la disponibilité et la fiabilité nécessaires à la conduite autonome d’un véhicule.

Une combinaison de technologies alliant un système radar/lidar à des caméras et à une solution GNSS offre sûrement le meilleur moyen d’obtenir la performance de géolocalisation requise par les véhicules de niveaux d’autonomie 4 ou 5.

L’avenir des systèmes embarqués dans les systèmes ADAS

La plupart des véhicules fabriqués dans le monde possèdent un certain niveau d’automatisation de la conduite. Les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) forment l’un des segments de l’électronique automobile qui connaît la croissance la plus rapide. Pour demeurer concurrentielles, les équipes de développement doivent avoir l’expérience nécessaire pour fournir des solutions de haute qualité, à faible risque, et comprendre le fonctionnement des technologies des capteurs pour que le véhicule puisse réagir à tout ce qui se passe dans son environnement et offrir une expérience utilisateur améliorée.

Chez Orthogone, nous possédons l’expertise requise pour mettre au point un véhicule sûr et intelligent.

Nous travaillons en partenariat avec des constructeurs et des fournisseurs automobiles pour concevoir des systèmes de haute performance et nous comprenons le défi grandissant que représente l’utilisation de systèmes embarqués dans les systèmes ADAS.

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Ce que vous devez savoir sur les systèmes embarqués dans les applications médicales

L’adoption rapide de l’intelligence artificielle (AI) et de l’Internet des objets (IoT) transforme le paysage industriel. Et la tendance ne fait que s’accentuer. Une révolution est en cours, comme le montrent l’avancée des communications mobiles, les villes intelligentes, les transports connectés, la fabrication avancée et les soins de santé connectés. L’avènement des réseaux 5G rend possibles l’usage de nouveaux dispositifs et le transfert d’une quantité énorme de données.

Dans le domaine des soins de santé, la conception des dispositifs médicaux électroniques subit également une transformation. De quelle façon? La convergence de l’IoT avec les systèmes embarqués crée de nouvelles applications qui vont changer le visage des soins aux patients. L’augmentation des maladies chroniques et le vieillissement de la population modifient l’approche des soins de santé. Des maladies comme les crises cardiaques, le cancer et le diabète tuent 41 millions de personnes dans le monde chaque année. Cela représente 71 % de tous les décès. Quelle pourrait être l’utilité de l’électronique médicale?

Examinons l’utilisation des systèmes embarqués dans des applications médicales.

Nous verrons ensuite comment vous pouvez sortir votre épingle du jeu dans ce domaine en pleine croissance.

 

De quelle façon les systèmes embarqués transforment-ils les soins de santé?

Les systèmes embarqués ne sont pas un concept nouveau en médecine. Ils font partie de systèmes d’exploitation plus vastes qui suivent les signes vitaux, amplifient les sons et effectuent des examens par imagerie. L’imagerie par résonance magnétique (IRM), la tomodensitométrie (TDM) et les oxymètres de pouls font partie depuis longtemps de l’arsenal des traitements médicaux.

Mais l’adoption de l’IoT accroît l’usage de dispositifs portables avancés. Se concentrer sur la réduction des facteurs de risque est l’une des façons de maîtriser les maladies chroniques. Il est essentiel d’investir dans la prise en charge de ces maladies en les détectant, en les dépistant et en les traitant à un stade précoce.

Dans quelles sphères les systèmes embarqués interviennent-ils? Ils peuvent suivre les patients dans leur vie quotidienne et fournir de l’information sur leurs symptômes. Des glucomètres, des stimulateurs cardiaques et des inhalateurs connectés sont désormais donnés aux patients pour prendre soin de leur santé. Des biocapteurs portables sont en mesure de détecter l’apparition d’une maladie à un stade précoce. Et les montres intelligentes qui suivent l’activité physique, les habitudes de sommeil et les signes vitaux gagnent en popularité chez les consommateurs.

Les systèmes embarqués se sont complexifiés en raison des progrès de la technologie des semi-conducteurs. Ces avancées créent de nouvelles possibilités pour les soins aux patients. Les dispositifs sont désormais suffisamment petits pour être portés comme des bijoux ou implantés sous la peau. Affichant une faible consommation d’énergie, ces appareils requièrent uniquement de petites piles. De nouvelles formes de traitement deviennent ainsi une réalité.

 

Comment les systèmes embarqués fonctionnent-ils?

Des systèmes embarqués intégrés à la conception de dispositifs médicaux électroniques

L’utilisation de dispositifs portables intervient à un moment où l’adoption de la télémédecine s’accélère. En effet, plus de 42 % des Américains ont utilisé un service de télésanté pendant la pandémie de COVID-19. Cela s’est traduit par une augmentation de 6 000 % des demandes en télésanté au cours de l’été 2020.

Pendant les périodes de confinement, ces appareils ont permis aux médecins d’examiner les patients à distance, de poser des diagnostics et de prescrire des traitements. Ils viennent également combler le manque problématique de personnel de la santé dans les zones reculées.

Voici cinq façons dont les dispositifs médicaux et l’IoT interviennent dans de nouvelles applications:

1. Inhalateurs connectés

L’inhalateur intelligent enregistre la prise de médicaments et avertit le patient lorsque le moment est venu de prendre une dose. Les applications connectées guident les patients sur la manière d’utiliser l’inhalateur et présentent de l’information, comme les prévisions d’allergènes. Des capteurs suivent la respiration du patient et alertent le médecin en cas de problème. Le médecin peut alors adapter son traitement en conséquence.

2. Glucose Monitors and Pumps

Des timbres ou des implants contenant des capteurs intelligents mesurent la glycémie sans douleur. Les patients n’ont plus à se piquer le doigt ni à se faire prélever du sang pour mesurer leur glycémie. Les appareils d’administration d’insuline en libèrent continuellement chez les utilisateurs au moyen d’une pompe automatique.

Il est ainsi plus facile pour les patients de se traiter à domicile et de mieux prendre en charge leur maladie. Un tel dispositif leur évite les hauts et les bas extrêmes de la glycémie, allégeant ainsi le poids sur le système de santé.

3. Moniteurs d’activité

Les montres intelligentes ne se contentent plus de compter les pas. Elles recueillent toute une série de données biomédicales, de la fréquence cardiaque à l’ingestion et à la perte de calories, en passant par la consommation d’eau et les habitudes de sommeil. Certaines technologies utilisent des capteurs qui envoient des microcourants dans le corps pour mesurer la santé des patients.

4. Lits d’hôpital intelligents

Les capteurs intégrés à des lits intelligents suivent en permanence les signes vitaux d’un patient et alertent le personnel de santé en cas de changement. L’issue est meilleure lorsque la réponse aux urgences est immédiate. Les lits intelligents s’ajustent aussi pour offrir plus de confort.

5. Soins préventifs

Les médecins élargissent leur champ d’action au-delà des soins d’urgence pour répondre aux besoins d’une population vieillissante. Les dispositifs médicaux qui suivent les signes vitaux d’un patient peuvent dépister des risques de maladies au moment où ils se dessinent. Les médecins peuvent ainsi intervenir à un stade précoce et prévenir l’apparition de maladies chroniques. En agissant tôt, on réduit le nombre d’admissions à l’hôpital et on favorise une meilleure utilisation des ressources.

Dans les systèmes embarqués, il est important que le matériel et le logiciel fonctionnent de concert. Il faut aux dispositifs médicaux des logiciels spécifiques pour traiter et analyser les données qu’ils collectent. Les logiciels assurent le suivi et la surveillance d’une gamme croissante d’appareils, d’objets à porter et d’autres équipements biomédicaux. Le matériel doit allier robustesse et fiabilité.

Les dispositifs doivent produire des données précises que les médecins et les patients peuvent interpréter. Il faut également que soit vérifié à intervalles réguliers le fonctionnement adéquat des capteurs utilisés dans les dispositifs.

 

L’avenir des dispositifs médicaux et de l’IoT

La prochaine génération de dispositifs médicaux électroniques émerge, faisant passer les soins de santé à la vitesse supérieure. Par exemple, des dispositifs portables peuvent injecter des médicaments à un patient en fonction de son état.

L’électronique et les logiciels embarqués des dispositifs médicaux gagnent en complexité. Autre point essentiel : il faut que les dispositifs IoT protègent les données personnelles qu’ils collectent en vue de protéger la vie privée des patients.

Les équipes de conception doivent avoir l’expérience nécessaire pour proposer des solutions de haute qualité présentant un risque minimal, tout en respectant les normes très rigoureuses d’homologation du domaine médical.

Chez Orthogone, nous avons l’expertise pour vous aider.

Nos équipes sauront collaborer avec vous pour innover en toute confiance. Nos développeurs feront profiter votre équipe de leur expertise en matière de technologies avancées, vous faisant gagner du temps et éviter des périodes de formation. Laissez votre équipe se concentrer sur ses forces et élargir ainsi la capacité de développement de votre organisation.

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