L’IA à toute vitesse
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L’IA à toute vitesse

Christoph Widmer (texte), Raphael Zubler (photos), 29 janvier 2018

Sur le circuit d’Hockenheim en Allemagne, la tension est à son comble. L’association de sport motorisé de l’Université de Zurich (Akademischer Motorsportverein Zürich AMZ) se mesure à des universités du monde entier avec sa voiture de course sans pilote «flüela driverless». Aujourd’hui, les équipes sont en compétition dans la discipline du «skid pad», au cours de laquelle les bolides doivent parcourir le plus vite possible un huit couché.

L’équipe des Zurichois est confiante, car leur voiture a toujours obtenu d’excellents résultats au cours des tests. Pourtant, les pluies diluviennes compliquent la compétition pour l’équipe de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich: trois de leurs tentatives de démarrage ont déjà échoué. L’un des membres de l’équipe se tient en bordure du circuit, il jette un regard tendu sur son pulsomètre: sa fréquence cardiaque atteint 159.

 

Manuel Dangel fait déjà partie de l’AMZ depuis quatre ans.

«flüela driverless» est la première voiture de course autonome de l’AMZ. Elle a été spécialement développée pour la nouvelle catégorie «driverless» de la Formula Student. Cette compétition est le plus grand concours d’ingénieurs au monde: les équipes universitaires disposent d’une année pour construire leur voiture de course avant de se mesurer dans différentes courses contre la montre. En plus des performances sur le circuit, l’architecture des véhicules et l’analyse des coûts sont également pris en compte par le jury.

Dans la catégorie des véhicules électriques et à benzine, l’AMZ a déjà réussi à établir sa réputation. Avec sa voiture «grimsel», l’équipe de l’EPFZ a battu en 2016 le record du monde de l’accélération avec une voiture électrique: le bolide des Zurichois est passé de 0 à 100 kilomètres par heure en 1,513 secondes sur une distance inférieure à 30 mètres. Jusque-là, le record était détenu par des voitures électriques des courses de Formula E, qui mettaient environ 2,6 secondes pour atteindre cette vitesse.

Un bolide sans pilote

Pour développer un nouveau véhicule, l’AMZ procède en général toujours de la même manière: «Nous commençons par analyser le règlement de la course», explique le vice-président Manuel Dangel. «Puis, nous nous penchons sur les pneus. Ce sont eux qui transmettent la traction sur la route.» Pour ce type de composants, l’AMZ collabore avec des sponsors: l’équipe de l’EFPZ développe les différentes pièces dont elle confie la fabrication à des partenaires spécialisés, sauf le châssis du véhicule que l’AMZ fabrique elle-même. Le montage final – y compris la mise en place du monteur – a lieu dans l’atelier du Zürcher Technopark. Et ainsi, en trois semaines à peine, un châssis nu se transforme en bolide de course en état de rouler.

Pour développer le «flüela Driverless», les jeunes ingénieurs zurichois ont procédé d’une autre manière. Ils ont utilisé comme base de leur véhicule le modèle «Flüela» de 2015, qu’ils ont transformé en voiture de course autonome. C’est pourquoi la partie avant est désormais dotée d’un «lidar», c’est-à-dire d’un dispositif de navigation capable de mesurer au moyen de rayons laser la distance entre le véhicule et les obstacles environnants avec une précision de 300’000 points à la seconde. Ce qui est nettement plus performant qu’un conducteur moyen.

Le lidar permet notamment au véhicule d’identifier les cônes qui balisent le circuit. Au-dessus du cockpit se trouve en plus un système de caméra, qui perçoit l’espace où se déplace la voiture. «La caméra remplit en fait la même fonction que le lidar», relève Manuel Dangel. «Si l’un des deux systèmes tombe en panne, la voiture peut tout de même continuer sa course.»

La «flüela driverless» en action. Vidéo: AMZ.

La pièce maîtresse du véhicule est constituée par l’ordinateur de bord. Pour qu’il supporte les forces et les poussées extrêmes affectant la voiture, l’ordinateur est doté d’une carte mère particulièrement robuste. Les prises des câbles sont des modèles également utilisés dans la station spatiale internationale ISS. L’ordinateur de bord traite les signaux captés par le lidar et la caméra afin de définir la géométrie du circuit et la position du véhicule. Au début, le véhicule circule à vitesse modérée jusqu’à ce qu’il connaisse suffisamment bien le circuit pour accélérer. A partir de ce moment-là, l’intelligence artificielle (IA) de la machine calcule vingt fois à la seconde la meilleure trajectoire et envoie ses commandes aux modules de traction et de pilotage du véhicule.

Manuel Dangel : «Même après avoir déjà développé onze véhicules, nous trouvons toujours de nouvelles idées intéressantes que nous essayons de mettre en pratique.»

Les développeurs fixent les limites

Au contraire des autres équipes, l’AMZ utilise un modèle informatique qui représente la dynamique et les caractéristiques de l’auto de manière simplifiée. Dans ce modèle, les développeurs fixent différents paramètres: ils définissent par exemple la vitesse maximale, l’accélération et la force de freinage du véhicule. La voiture planifie sa trajectoire en fonction de ces paramètres. «Nous ajoutons d’autres limites à la voiture en entrant manuellement certains critères, comme par exemple le type de pneus en fonction des conditions du circuit», poursuit Manuel Dangel. Pour préparer le bolide à différents environnements de course, les ingénieurs zurichois ont effectué des tests sur des aérodrome en Suisse et en Allemagne. Ces préparatifs ont permis d’établir les bons réglages du véhicule même lorsqu’il pleuvait à verse pendant certaines courses. La voiture n’est effectivement pas encore en mesure de procéder elle-même à une évaluation des risques en détectant l’adhésion des pneus ou des flaques le long du circuit.

C’est l’une des raisons pour lesquelles un pilote humain dépasse toujours encore l’IA: «Les êtres humains ont une capacité d’évaluation des situations extrêmement élevée», commente Manuel Dangel. «Les pilotes de courses aussi doivent s’entraîner longtemps avant de connaître un circuit par cœur et de réussir à tirer le maximum de leur voiture. Pour notre prochain modèle de véhicule, nous allons essayer d’optimiser les paramètres et d’utiliser des modèles plus complexes nous permettant de dépasser nos limites.»

Après ses trois premiers échecs de démarrage, «flüela driverless» a enfin réussi à se mettre en route. Le membre de l’équipe AMZ dont le pouls avait atteint un pic peut enfin pousser un soupir de soulagement. Au bout de 7,5 secondes, il est manifeste que le bolide des ingénieurs zurichois occupe la première place dans la discipline «skid pad». Et dans l’ensemble des huit autres disciplines, l’AMZ montera chaque fois sur le podium, dans cinq d’entre elles, l’équipe de l’EPFZ obtiendra même la première place. Les Zurichois remportent ainsi de haute main la victoire finale pour la catégorie «sans pilote».

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