En mobilité humaine, nous sommes confrontés à un grand dilemme sur la voie d'une mobilité sûre et durable. La pénétration de semi-conducteurs dans la voiture augmente le besoin apparent de puissance. À une époque où le monde s'efforce d'atteindre la durabilité énergétique, comment concilier la croissance des semi-conducteurs automobiles avec la durabilité ?
Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) et les capteurs ont un rôle essentiel à jouer pour garantir l'utilité et la sécurité des véhicules autonomes (VA), et les derniers développements sont essentiels pour atteindre la durabilité.
Prendre la mobilité "onlife"
Parlons un peu de l'évolution des MEMS et de la manière dont les tendances actuelles de l'automobile se connectent à ce que nous appelons l'ère « onlife ».
Il y a environ 20 ans, nous avons commencé « l’ère hors ligne ». A cette époque, MEMS sans souci pourrait transformer des concepts en produits. Dans le monde automobile, les capteurs inertiels MEMS ont permis des innovations importantes comme les airbags, qui ont eu un impact considérable sur la sécurité des passagers en cas de collision de véhicules.
Au cours des 10 dernières années, nous sommes passés de cette ère hors ligne, où les dispositifs MEMS activaient simplement certaines caractéristiques ou fonctions du produit, à quelque chose de beaucoup plus puissant : l'ère « en ligne ». La connexion des capteurs au cloud a permis d'améliorer les performances et de fusionner les technologies, ce qui était essentiel pour rendre leurs informations disponibles dans n'importe quel écosystème. Dans notre exemple automobile, cela a permis de passer d'un simple déploiement d'airbag à un appel aux services d'urgence et à la communication d'informations pertinentes sur l'impact et la position du véhicule pour aider les intervenants.
Cela nous amène naturellement à l'ère actuelle de "onlife". Ici, il n'y a plus de différence entre être en ligne et hors ligne. Au lieu de cela, il y a une fusion fondamentale entre la technologie et la vie. Nous parlons de systèmes constamment vigilants et capables de détecter, de traiter et d'agir.
Dans les technologies de la mobilité, nous avons maintenant besoin d'une ère "onlife" durable pour offrir deux fonctionnalités majeures. Le premier est le centrage sur l'humain qui améliore la façon dont nous interagissons avec le monde qui nous entoure. La technologie centrée sur l'humain est sûre et non invasive et agit comme une extension de nous-mêmes tout en permettant de fonctionner en tant qu'assistant de conduite. La deuxième caractéristique est la durabilité pour nous aider à protéger cette incroyable planète sur laquelle nous vivons tous.
Alors, comment passons-nous à l'ère du « onlife » durable ? Nous devons construire une sensorisation durable du monde. Alors que dans le passé nous n'avions qu'un capteur (hors ligne), puis un connecté capteur (en ligne) puis un capteur capable de détecter, de traiter et d'agir (« onlife »), nous avons maintenant besoin de capteurs auto-configurés pour optimiser les systèmes de traitement de données et les systèmes ultra-basse consommation. Cette évolution arrive car nous devons sauver la planète en réduisant le CO2 émissions à zéro émission nette d'ici 2050.
Les voitures particulières contribuent à environ 3 milliards de tonnes de CO2 émissions à l'échelle mondiale. L'électrification joue un rôle central dans la réduction drastique de ces émissions. Dans le même temps, nous assisterons également à une augmentation significative de l'adoption de véhicules de plus en plus automatisés et, éventuellement, autonomes.
Capteurs inertiels pour AV : intelligents, sûrs, précis
Les capteurs inertiels intelligents sont essentiels pour des niveaux plus élevés de conduite automatisée. Il s'agit des niveaux 3, 4 et 5, tels que définis par SAE International. Ils sont également essentiels pour se conformer aux normes de sécurité strictes en place pour protéger les passagers des véhicules, les piétons et les autres usagers de la route.
Pour répondre à ces exigences, ils doivent avoir trois attributs clés : Ils doivent être intelligents, sûrs et précis.
L'attribut intelligent est essentiel : les AV doivent être capables de réagir à tous les scénarios possibles. Ils doivent être pilotés par des algorithmes d'IA capables d'imiter (ou d'améliorer) le comportement humain et les temps de réaction. Avec un traitement intégré directement dans le capteur, ceux-ci peuvent analyser les données du capteur et exécuter des opérations sans la latence et les besoins en énergie de vastes quantités de données de capteur acheminées vers un hôte ou un cloud pour le traitement. Cela accélère le temps de réaction tout en réduisant considérablement la puissance du système.
Les capteurs contenant un traitement sur puce peuvent prendre moins de quelques microampères pour lancer l'arbre de décision et moins de 10 mA pour analyser les lectures. Ceci est important car la réduction de la puissance nécessaire pour faire fonctionner un AV ou tout grand système est essentielle pour la durabilité. Considérons, par exemple, une application simple comme la surveillance de voiture. Des capteurs intelligents peuvent surveiller une voiture 24 heures sur 7, XNUMX jours sur XNUMX, avec des capacités d'intelligence artificielle qui permettent à la voiture de détecter si elle est heurtée, remorquée ou vandalisée lorsqu'elle est garée ou peut détecter et s'adapter aux conditions environnementales ou aux surfaces de la route lorsqu'elle est en mouvement.
Ensuite, une programmation appropriée des éléments dans un contrôleur sur capteur peut garantir la centralité humaine des capteurs et permettre aux véhicules d'offrir des solutions auto-configurables avec des implémentations d'IA câblées, ainsi que des budgets de puissance optimisés qui peuvent contribuer aux objectifs de durabilité.
Les capteurs inertiels intelligents doivent également être sûrs. Les véhicules audiovisuels doivent respecter les normes de sécurité les plus strictes. Les capteurs inertiels intelligents devraient permettre aux VA d'avoir une lecture précise de leur environnement, car la voiture doit savoir où elle se trouve et où elle va, par rapport à l'endroit où se trouve et se dirige tout autre véhicule. Et ce ne sont pas seulement d'autres véhicules; l'AV doit savoir où se trouve chaque obstacle, car cela est également essentiel pour un fonctionnement sûr.
Les véhicules d'aujourd'hui intègrent déjà de plus en plus de circuits embarqués mettant en œuvre des systèmes de sécurité fonctionnelle dans le matériel pour une efficacité énergétique. Les capteurs inertiels ont de nombreux rôles, tels que la compensation des images de caméra affectées par l'inclinaison et les vibrations causées par l'action de la direction et le bruit de la route. La certification au niveau d'intégrité de la sécurité automobile B (ASIL-B) est généralement requise pour ces types de systèmes. D'autre part, les systèmes de conduite automatisée sont confrontés à des exigences beaucoup plus strictes, appelant à une certification, par exemple, ASIL-D. Les prochaines générations de capteurs inertiels seront conçues dans cet esprit, probablement accompagnées de bibliothèques de logiciels testées indépendamment pour faciliter la certification de sécurité conformément à ASIL-B et au-dessus.
De plus, les capteurs doivent être robustes, fiables et capables de résister à des conditions environnementales difficiles. Ils doivent également être sécurisés pour empêcher les accès non autorisés et les violations de données.
Enfin, les capteurs inertiels intelligents doivent être précis. Les véhicules audiovisuels nécessitent des données précises et exactes pour fonctionner en toute sécurité. Nous demandons à ces véhicules de rouler pendant une heure avec moins de 0.1 degré d'erreur et de déclencher un arrêt de sécurité qui immobilisera la machine avec une précision absolue de 20 cm. C'est incroyable et demande une précision comparable à celle normalement attendue d'un système de guidage lunaire. Pourtant, nous devons maintenant y parvenir avec des dispositifs ordinaires de notre portefeuille de détection inertielle standard.
Garantir l'exactitude des données permet de minimiser la charge de travail de traitement des applications et donc la consommation d'énergie en minimisant tout besoin de peaufiner les données.
Notez également que la latence affecte la précision : quelle que soit la sensibilité ou la profondeur de la résolution, le contexte change en permanence, de sorte que les informations commencent à devenir inexactes dès qu'elles sont générées. La faible latence est un attribut fort des capteurs intelligents.
Conclusion
La voie vers un véhicule entièrement autonome avance, mais la destination n'est pas encore visible. Le défi majeur reste la conduite autonome durable. Du point de vue du développement des capteurs, au moins, nous pouvons dire que nous avons une idée.
Ces dernières années, les MEMS de pointe ont permis des applications ADAS qui ont exigé des capacités de détection de haute précision, bien que très peu à voir avec le développement d'applications de sécurité. D'autre part, la poussée des équipementiers pour les systèmes de sécurité avancés a stimulé des progrès rapides dans le développement d'applications de sécurité avec un besoin limité de précision dans la capacité de détection.
Maintenant, si nous voulons vraiment permettre la voie de la sensorisation pour l'avenir d'un véhicule durable, nous devons faire le pont entre les deux besoins : la sécurité d'un côté et la précision de l'autre. N'oublions pas que tout doit être absolument intelligent, avec des capteurs auto-configurables, avec une optimisation du traitement des données dans les systèmes à faible consommation. Et cela, à terme, permettra aux constructeurs automobiles de fournir les solutions dont le monde a besoin.
Il ne fait aucun doute que les véhicules audiovisuels durables sont sur la route de notre avenir. Il est également clair que des capteurs inertiels intelligents, sûrs et précis sont essentiels. Comme tous les composants automobiles, ils doivent se conformer à des normes de sécurité strictes et résister à des conditions environnementales difficiles et contribueront à garantir que les véhicules audiovisuels durables fonctionnent de manière plus sûre que les véhicules existants et avec une efficacité bien supérieure. La technologie MEMS durable est là pour soutenir cette voie.