Systèmes LiDAR pour l’automobile – Exigences applicables aux capteurs

Dr. Marc Schillgalies, mai 2019

Le rêve de la conduite autonome – la recherche et le secteur industriel s’en rapprochent pas à pas. Les systèmes LiDAR sont un composant essentiel dans une automobile, qui dépend de moins en moins du pilotage actif d’un conducteur. Dans ce message de blog, nous résumons à votre intention les fonctions qui sont déjà prises en charge aujourd’hui par ce genre de systèmes et le rôle spécifique des capteurs.


La technique LiDAR (Light Detection and Ranging) constitue la base des systèmes d’assistance à la conduite performants, tels que l’Adaptive Cruise Control, le système d'alerte anticollision, l’assistant de changement de voie et l’avertisseur d'angle mort. LiDAR s’apparente certes au radar mais pour mesurer les vitesses et les distances, il utilise des faisceaux laser au lieu d’ondes radio. Les systèmes LiDAR supplantent les systèmes radar et de caméra traditionnels de par leur résolution d’angle et de distance extrêmement élevée. Des logiciels permettent d’établir un modèle très précis de l’environnement du véhicule. Le modèle ne se contente pas d'inclure les usagers de la route tels que les véhicules 4 roues, les deux roues et les piétons, il renseigne aussi sur les marquages au sol, les panneaux de signalisation et autres dispositifs de signalisation tels que des barrières ou feux de signalisation.

Exigences vis-à-vis des systèmes LiDAR

À quelles exigences un tel système de mesure pour l’automobile et la mobilité doit-il répondre ? Et quels sont les défis auxquels doivent satisfaire en particulier les capteurs utilisés ?

 

  • Détection de l’environnement : des véhicules qui roulent à grande vitesse nécessitent tout particulièrement un « champ de vision » extrêmement large, un système d’anticipation maximum et une détection extrêmement fiable et rapide.
  • Résistance : les capteurs utilisés doivent pouvoir faire face à diverses conditions environnementales, dans toutes les conditions météorologiques et quelque soit la vitesse du vent.
  • Conformité : le système électronique doit bien entendu satisfaire aux normes sectorielles communes et les capteurs mis en place doivent s'intégrer dans la structure globale de la technologie des capteurs employée.
  • Rentabilité : beaucoup de choses sont possibles mais tout n’est pas faisable dans des limites de rentabilité restreintes. Ceux qui développent les systèmes LiDAR gardent les dépenses en vue et visent une solution fiable à 100 % qui soit aussi économique.

Quel est, à présent, le système qui remplit les exigences de sécurité et de contraintes maximales ? Un système LiDAR longs trajets, qui détecte des objets jusqu’à 300 m de distance, se révèle être le choix de laser optimal pour les véhicules roulant à vitesses élevées. Diverses solutions de capteurs se prêtent à la mise en œuvre dans le domaine automobile.

 

FS-Grafik-Making-Sense-Sensors

LIDAR-scanner in action

Indispensable : des capteurs fiables

Les capteurs sont la pièce maîtresse de tout système LiDAR. Chaque technologie de capteurs à des avantages et des inconvénients qui lui sont propres. Nous vous en présentons ici un aperçu concis :

 

Photodiodes PIN en silicium

Ces détecteurs à base de silicium sont composés de trois types de semi-conducteurs donnant leur dénomination au produit : type P, zone Intrinsèque, type N.

 

+ Plage dynamique très élevée ; relativement bon marché

- à la traîne de la bonne performance signal/bruit que requièrent les systèmes LiDAR modernes ; pas très rapide

 

Photomultiplicateur en silicium (SiPM) et diodes à avalanche à photon unique (SPAD)

Conçus à l'origine pour des applications dans un contexte scientifique et médical à petite échelle, ces détecteurs font peu à peu leur entrée aussi dans le cadre de LiDAR.

 

-  Risque de surmodulation ; rapport signal/bruit défavorable ; très sensible à la température

 

+ Bonne caractéristique d’amplification ; très rapide ; compatible avec puce avec CMOS

 

Photodiodes en arséniure de gallium-indium (InGaAs)

Une technologie qui fonctionne sans le silicium communément utilisé. Les InGaAs sont encore relativement récentes dans le monde des LiDAR ; leur utilisation est courante dans le domaine des petits réseaux de fibres optiques en télécommunication.


+ Mesure de grandes distances ; grande plage spectrale


- Sensible aux températures ; fabrication complexe et coûteuse

 

Photodiodes à avalanche (APD)

Mises au point dans un cadre technique industriel et militaire, les APD sont désormais intégrées dans la plupart des véhicules quand la conduite autonome est en jeu.


+ Haute sensibilité ; rapport signal/bruit optimal ; rapide ; peu coûteux


- Pas compatible avec la technique CMOS

Pour choisir le meilleur capteur

Aucun système d’assistance à la conduite ne fonctionne sans LiDAR. D’autre part, les capteurs jouent dans cette technique le rôle principal en coulisse et rendent envisageable la conduite autonome. Sans l’intervention de faisceaux laser, la mesure de la distance et de la vitesse des objets ne seraient pas possibles sans danger.


Comment pouvez-vous trouver le système de capteurs idéal pour votre domaine d’application LiDAR ? Qu’en est-il de l’expérience et des qualifications d’un fabricant dans le domaine automobile ? Sur quelles prestations d’assistance pouvez-vous compter ? Les détecteurs peuvent-ils être adaptés individuellement à vos exigences et à vos besoins ?


Télécharger gratuitement le Livre blanc « Making sense of sensors » ! Nous y avons rassemblé les principaux critères pour choisir les capteurs ainsi que leurs fabricants. Afin que vous puissiez trouver le meilleur partenaire qui vous soutiendra au mieux dans votre projet de conduite autonome.

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À propos de ce blog

Dans ce blog, nous écrivons sur les applications et les sujets d'actualité dans le domaine de la technologie des capteurs.

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