ADAS et systèmes ferroviaires unis pour développer la mobilité du futur.

Michael Jüttner, Directeur des opérations chez NAVENTIK

A travers deux plans stratégiques – le « Cadre politique de l’UE pour la sécurité routière 2021-2030 » et le « Plan d’action stratégique pour la sécurité routière » – tous deux publiés en mai 2018 dans le cadre du paquet « L’Europe en mouvement », la Commission européenne a réaffirmé son objectif à long terme : ramener le nombre de morts et de blessés graves sur la route à près de zéro d’ici 2050. Les systèmes avancés d’aide à la conduite (ADAS) sont un élément clé de cette « vision zéro ». Les ADAS aideront à sauver des millions de vies dans le monde, à éliminer la congestion, à réduire les émissions et à reconstruire les villes autour des gens et non autour des voitures.

Les ADAS, tout comme les systèmes ferroviaires, sont dans le monde entier en cours d’automatisation. Les trains semi-automatisés ou entièrement automatisés peuvent assurer le service à la seconde près, optimiser la consommation d’énergie et accroître la sécurité ferroviaire. La connaissance de la position, de la vitesse et du cap précis du train est l’un des éléments clés pour développer les chemins de fer intelligents.

Jusqu’à présent, les développements technologiques dans le secteur des ADAS et dans le secteur ferroviaire suivaient des voies différentes, ce qui n’a pas permis de développer une approche commune. Il est temps de changer cela, afin d’accroître l’interopérabilité des solutions techniques à différents niveaux du système dans des applications similaires, et de permettre la réutilisation des produits pour différentes applications.

Dans le cadre du projet "Certifiable Localisation Unit with GNSS in the railway environment" (#CLUGProject), financé par l’UE, des experts partagent leurs connaissances sur les systèmes GNSS. Le but est d’évaluer les éléments nécessaires la création d’une unité de localisation embarquée, totalement sécurisée utilisant le GNSS, et étant interopérable sur l’ensemble du réseau ferroviaire européen.

Grâce à la participation de NAVENTIK, des concepts technologiques du secteur ADAS permettant une localisation sûre et robuste sont incorporés au projet CLUG. L’objectif est aussi de mettre en place des passerelles vers le secteur ferroviaire, qui a des exigences très similaires en matière de localisation et de sécurité, dans le cadre du système GNSS.

Le concept de la sécurité fonctionnelle des ADAS repose sur le développement, au sein du système de localisation GNSS, d’une « fonction de calcul de niveau de protection ». Cela constitue l’étape incontournable pour obtenir la certification ISO 26262 – une norme destinée à l’origine aux systèmes de sécurité installés dans les voitures individuelles produites en série.

Ceci est tout à fait conforme à la thématique abordée dans le projet CLUG pour l’industrie ferroviaire. La sécurité ferroviaire est primordiale, en particulier pour tous les passagers et tous les travailleurs sur les voies. Le système américain « Positive train Control » (PTC) et le système européen de commande des trains (ETCS) visent à améliorer cette sécurité en automatisant le freinage en cas d’urgence. Dans le cas de plusieurs voies adjacentes, il est crucial de s’appuyer sur un système de localisation précis et fiable, pour savoir exactement sur quelle voie circule le train. En outre, la cartographie et l’inspection des voies reposent sur un système de localisation à multiples capteurs et à grande vitesse, qui permet de recueillir des données précieuses pour la gestion de l’infrastructure de transport. La modernisation des rails comprend le remplacement des balises et des circuits de voies servant à la signalisation, par des solutions de localisation plus précises, plus robustes et surtout plus sûres. Ce sont des applications possibles des résultats en cours de développement dans le projet CLUG.

Le potentiel d’innovation de cette fonction de calcul du « niveau de protection » peut être exprimée par une citation du Dr. Andreas Sasse, responsable du développement de la navigation E/E chez Volkswagen AG Wolfsburg, un expert reconnu dans le domaine du positionnement GNSS, cité lors d’une réunion à Wolfsburg :

« Comme il n’y a pas de système GNSS suffisamment fiable sur le marché, nous devons les mauvaises performances des systèmes de localisation GNSS. Pour l’infodivertissement embarqué et le niveau 2 de la SAE, c’est suffisant. Le paramètre le plus important pour nous est le prix du système. Mais fournir un niveau de protection basé sur les données d’intégrité changerait vraiment la donne ».

Pour réaliser le calcul du niveau de protection, il faut suivre deux étapes :

• Première étape : générer des données d’intégrité :

Sur la base d’algorithmes probabilistes spécifiques à la détection des erreurs et d’approximation statistique, la probabilité d’une position donnée peut être exprimée sous forme d’écart-type. Le moteur de positionnement est capable de calculer la position des véhicules et de fournir des informations sur la fiabilité, permettant ainsi aux ADAS d’enclencher la conduite automatisée, ceci dans le cas d’une position donnée associé une un fort niveau d’intégrité. En ajoutant les données de mouvement et de rotation du véhicule provenant de capteurs type ASIL, cela peut même être réalisé malgré de courtes pannes GNSS. Cette approche est valable pour les fonctions de conduite non critiques pour la sécurité et peut également être transférée aux domaines d’application dans le secteur ferroviaire mentionnées ci-dessus.

• Calcul du niveau de protection :

Pour les fonctions de conduite critiques (ADAS niveau 3+), la précision de la position doit être encore plus sûrement garantie par une catégorie de données capable d’établir la l’intégrité de la position avec un niveau de fiabilité plus élevé que la mesure de l’écart type. En se basant sur le principe des équipements embarqués, la mesure du niveau de protection est la « limite supérieure de l’erreur maximale entre la position réelle et l’estimation de position générée par le récepteur GNSS ». Pour déterminer cette limite supérieure et le niveau de protection associé, des données indépendantes sont utilisées, générées à l’aide de techniques de séparation de données. Ces concepts de sécurité de l’ADAS sont adaptés dans le projet CLUG, l’objectif principal étant de définir une nouvelle architecture et un concept de localisation certifiable utilisant le système GNSS.