Les Voitures électriques et ses Technologies

ne pouvait pas être en compétition avec la voiture d’essence,Finalement, la plupart des voiture « vertes » restaient dans la phase de conception et de recherche.
Vers 2010, il semble que la renaissance de la voiture électrique arrive. Le gouvernement français a signé une charte avec PSA et Renault pour installer des bornes de recharge à 12 villes. En 2012, le groupe Tesla a lancé le connu Model S, une voiture technique(?) de luxe. Dans les prochaines années, jusqu’à maintenant, bien des startups licornes ont lancé leurs propres voitures électriques sur le marché, avec de nouveaux technologies comme l\’intelligence artificielle. Et les grands groupes traditionnels se jetaient également dans la poursuite des licornes en profitant de leur expérience accumulée. En même temps, les gouvernements encouragent aussi le développement des voitures électriques, sur le marché des consommateurs individuels et dans le domaine commun. L’ère de la voiture électrique est enfin arrivée.
Les technologies
Energie
La puissance est toujours l’élément le plus important pour toutes les machines, surtout pour la voiture. En ce qui concerne des voitures électriques, l’accumulateur électrique sert à fournir tout énergie dont la voiture a besoin, cet accumulateur doit être rechargeable pour la raison de la facilité et la durabilité. Donc, les installations de charge telles que les bornes de recharge, sont également incluses dans les éléments indispensables dans le système de voiture électrique.
L’histoire des batteries électriques automobiles dataient du XIXe siècle, mais les anciennes batteries au plomb n‘étaient pas utilisées pour les voitures purement électriques parce que leur performance ne permettaient aux voitures de se déplacer à longues distances, cependant, elles sont bien utilisés dans les voitures d’essence pour alimenter leur système électrique/électronique tel que le démarreur. Avant que les Japonais conçoivent la batterie lithium-ion en 1991, le stockage d’énergie est toujours était défaut pour les voitures électriques, c’est pourquoi son développement était ralenti.
Outre les voitures électriques, le succè de batterie lithium-ion a fait accélérer presque toutes les industries. Les avantages de ce type de batteries sont ci-dessous:
1.la densité énergétique élevée, souvent entre 100 et 250 Wh/kg;
2.aucun problème de mémoire ne se présente dans l\’utilisation, par rapport à la batterie au nickel et à la batterie au plomb.
Pour l’instant, la plupart des voitures électriques sont équipées de la batterie dont la technologie est basée sur le lithium-ion. En revanche, pour répondre au besoin d’endurance, les fabricants ont mis de plus en plus de batteries dans leur produit, la protection des batteries devient donc un problème épineux. Généralement, une batterie d’ automobile se compose des packs de batteries et chaque pack se compose des milliers de cellules Lithium-Ion. La conception des packs sert à isoler les cellules pour réduire le risque de court-circuit et un contrôle temporaire. Par exemple, la Tesla Model S a une capacité de 75 kWH (modèle 75D). Ses batteris sont le type Lithium-Ion 18650 de Panasonic. C’est une cellule très performante co-développée par Tesla et Panasonic, elle n’est vendue que pour la TESLA. Même si les ingénieurs chez Tesla ont bien conçu le circuit de protection des batteries, les accidents de charge ne sont pas évitables. D’après l’association des voitures électriques de Chine, il y a eu déjà plus de 40 accidents de voiture électrique causés par des batteries. Certes, la recherche de NFPA (National Fire Protection Association) a montré que les voitures électriques ont 4 fois moins de chance d’être victime de feu par rapport aux voitures essence. En fait, si on observe tous les accidents des voitures électriques, on peut découvrir qu’elles sont beaucoup moins résistantes au choc physique. Le caractéristique des batteries impose que même un petit dégât physique peut engendrer un fort court-circuit, et la conséquence est souvent irréversible. Depuis 2013, parmi 34 accidents des voitures Tesla, dont 20 étaient à cause d’un ’incendie causé directement ou indirectement par des batterie.(https://xueqiu.com/1340549970/125338968)
Pour assurer la sécurité, les ingénieurs cherchent sans cesse de nouveaux matériaux pour les batteries. Par exemple, le groupe chinois BYD a beaucoup investi dans les recherches de batterie lithium fer phosphate (Li-Fe). L’intérêt de cette batterie est sa stabilité chimique. Après rajouter des matières ignifuges, on n’a pas de risque d’incendie. Mais sa densité énergétique ( environ 160 wh/kg) limite son développement, cette batterie est souvent utilisée dans les bus qui sont moins sensibles à la volume(des batteries?). La technologie dominante est la batterie au lithium ternaire. Actuellement, les anciens modèles Tesla utilisent les cellules 18650 ( 250 wh/kg ) de 2ème génération, quant à son dernier modèle commercialisé, Model 3 est équipé de la batterie de 3ème génération, grâce à l’anode carbone-silicium, la densité augmente jusqu’à 300 wh/ kg (comme indiqué sur le diagramme ci-dessous).

from SolidEnergy Systems
Mais plus on cherche le potentiel de la batterie lithium-ion, plus on s\’approche de la limite physique. Les fabricants doivent faire face à de plus en plus de défi dans l’équilibre entre l’économie, la sécurité et la puissance.
Comme le stockage d’énergie est toujours un défaut pour les voitures électriques, la partie de recharge des batteries est donc importante. En comparaison avec la batterie, la difficulté de recharge n’est pas liée à la technique, mais au marché. Par rapport à la voiture de carburant, la voiture électrique exige beaucoup de temps pour la recharge, parce que le courant de recharge est limité pour ne pas produire trop de chaleur à la batterie afin d’assurer la sécurité. Heureusement, le développement des stations de recharge est plus avancé que les batteries. La dernière super station de recharge de Tesla permet à leurs clients d’attendre seulement environ 15 minutes. Par rapport aux stations-service, 10 minutes d’attente de plus est accessible pour les chauffeurs. Cependant, ces stations exige non seulement un investissement énorme, mais aussi beaucoup de temps pour la construction. En plus, il faut bien choisir l’emplacement de ces stations afin de se conformer aux règles de sécurité locale, il faut également considérer la connexion aux réseaux électriques.
Grâce aux réseaux électriques, les petites stations et les bornes de recharge se développent mieux que les grandes stations. Mais le problème est la gestion. Pour l\’instant, vu que la quantité totale des voitures électriques n’ont pas le même niveau que les voitures traditionnelles, les équipements et les voitures sont tous de bon état et il y a peu d’élimination. Mais au fil du temps, la gestion de la qualité des équipements de recharges, des batteries sera difficile. Par rapport aux stations-services, il y a moins de seuil de construction pour les bornes de recharge, par conséquent, cette facilité implique la possibilité d’existence des stations non respectant les règles, non autorisé dans le future. Il y a aussi un problème pour les batteries des voitures purement électriques: souvent, leurs batteries sont remplaçables, et grâce à la conception de module, le changement des batteries est rapide et simple, cependant, il n’existe pas un moyen efficace pour le traitement de ces batteries usées, donc comment les traiter et comment éviter de circulation des batterie de rebut sur la marché sont des questions à réfléchir pour les fabricants et les gouvernements. Aujourd’hui, les fabricants s\’occupent principalement le travaille de recyclage, mais après l\’augmentation explosée de quantité des voitures électriques dans l’avenir, les fabricants ne seront pas capable de tout faire, il faut améliorer les règles juridiques et de promouvoir un marché commercial de réutilisations des batteries et de recyclage.
Finalement, au niveau de technologie, le développement de voiture électrique est lié à la batterie, mais la voiture électrique promeut le développement de la batterie automatique et donc les deux se développent ensemble. D’autre part, les voitures électriques augmentent l’utilisation des réseaux électriques et diminuent la pollution d’air, ces sont des effets positifs.

l’Interation humain-machine
Les voitures électriques ont souvent un design intérieur aussi avant-gardiste que leurs apparences. Des grands écrans tactiles remplacent le panneau de contrôle et les boutons. En utilisant les dernières technologies informatiques, l\’autopilote est réalisable, cette fonction qui n’existait que dans les sciences-fictions avant donne aussi des impacts à la route.
IHM, l’interface humain-machine, avant il se présente comme des tableaux de bord, des planches de bord, aujourd’hui, on a plus en plus des écrans et les capteurs. La communication est bilatérale, c’est-à-dire, non seulement l’utilisateur donne des commandes à la voiture par l’interface, la voiture est capable d’obtenir des informations du conducteur mais sans demande pour l’aider à conduire confortablement.
Au niveau de la comptabilité, les IHM moderne sont divisés en trois catégories. Le premier est l\’intégration complète avec le système de voiture, par exemple Tesla, le logiciel, le hardware et la voiture sont conçu ensemble, cela donne une compatibilité parfaite, les fabricants peuvent faire des conceptions sur mesure. Aussi grâce à la bonne extensibilité, des nouvelles fonctions peuvent réalisé après sortir leur produit. Par exemple, la plupart des anciens modèles chez Tesla bénéficient des même mise à jour du logiciel que les derniers modèles, s\’ils sont équipé des même capteurs. Mais plus on applique le système informatique dans la voiture, plus on risque d’avoir des bugs au niveau softs, certains erreurs sont difficiles à détecter sans utiliser réellement. Cela pose une question aux fabricants, comment ils font pour équilibrer entre la vitesse de sortir les nouvelles fonctions et la fiabilité des ces nouvelles fonctions. Une exemple négatif, l’autopilote chez Tesla.
La deuxième catégorie, c’est le module IHM sur mesure. Les fabricants peuvent donner leurs besoins aux fournisseurs, afin d’avoir un module de IHM qui inclut tous les capteurs et les logiciels requis. Les fabricants traditionnels utilisent souvent cette solution. C’est aussi la solution la plus populaire.
La troisième catégorie d’utiliser le téléphone comme le système principal de IHM. Souvent, sur la voiture de ce type de IHM, le système embarqué n’a pas de capacité de traitement donné, le téléphone est indispensable. Dans cette catégorie, on a Android Auto chez Google, Apple Carplay chez Apple. Le plus grand intérêt de cette solution, c’est la facilité d’installation, un goût pas cher. Il est idéal pour les anciennes voitures qui n’avaient pas de IHM modern. Mais l’inconvénient est aussi évident, comme il est tout léger, les fonctions sont limités, surtout quand la voiture n’est pas équipé de moderne capteurs. Aussi, le système embarqué impose l’utilisation du téléphone de leur propre marque. Donc c’est une solution éphémère, économique.
Au niveau de l’utilisation, il y a une différence considérable entre la IHM traditionnel et celle sur les voitures électriques. A la base, le volant et le pédale d’accélération sont aussi une partie de IHM. Nous pouvons trouver ces deux composants dans tous les voitures commerciales, cette homogénéité de conception assure l\’uniformité de conduire. Pour les conducteurs, une fois ils savent conduire, ils peuvent utiliser la plupart de voiture. Pareille, la conception d\’IHM traditionnelle est focus aussi sur la uniformité. C’est-à-dire, sur le bord de contrôle, un bouton sert d’une seule fonction, par exemple, tourner le potentiomètre pour régler le volume de musique. L’intérêt de cette uniformité est donc la facilité d’apprendre. Les utilisateurs n\’ont pas besoin de l’apprendre à nouveau,
Mais pour les IHMs sur les dernières voitures électriques, ce n’est pas la même histoire. L’écran tactile donne plus de liberté, qui donne plus d’imagination aux designers. Mais plus de fonctions, plus complexité. Pour utiliser les fonctions, il faut cliquer sur des menus différents sur l’écran, certaines fonctions se trouve dans un menu multicouche. Un autre problème est la diversité de conception pour les fabricants différents. En conséquent, cela augmente en plus la difficulté d’apprentissage, donc le désigne d\’IHM est important. La difficulté principale de l’apprentissage de l’écran, c’est qu’il manque le retour physique, et donc le conducteur n’a pas une habitude musculaire. En revanche, on sent clairement si un bouton est enfoncé ou pas, mais sur l’écran tactile, même si la vibration nous donne l’indication, mais le retour ne suffit pas, les conducteurs sont obligés de regarder sur l’écran pour acquérir les informations, cela pourrait détourner l’attention du conducteur.
Pour résoudre ce problème, on a deux possibilité. Soit renforcer le retour musculaire, soit concevoir plus d’interactions “douce”, c’est-à-dire l’acquisition des informations de façon moins perturbante pour une action de voiture.
Une exemple de la première solution est le “iDrive Touche” chez BMW. L’idée est d’intégrer la fonction tactile sur un bouton tournant qui peut contrôler toute la série de fonctions du véhicule. C’est ce bouton sert à choisir et à valider des commandes par l’utilisateur. Un bouton physique compense le défaut de l’écran tactile, qui garde maximum de facilité et qui aider à conduire de façon plus intuitive.
Pour l’interaction “douce”, on a une exemple positive, actuellement la plupart des voitures ont une fonction très pratique: annuler automatique le clignotant quand on finit un virage. La voiture ne demande aucune informations au conducteur pour cette action, afin d’avoir le confort maximum. Grâce au développement du processeur, du capteur et de l’algorithme, le système d\’interaction est capable de capturer des informations non évidentes. Une geste, la voix, la fréquence cardiaque voir le mouvement des yeux sont capturés, utilisés pour contrôler la voiture après le traitement de reconnaissance. En fait, ces moyens ne sont pas encore fiables à cause de la précision de reconnaissance, pour l’instant, ils sont seulement auxiliaires. Mais ces interactions ont assez de potentiel vu que les algorithme et les capteurs se progressent rapidement, personnellement je pense que ces conceptions seront populaire au futur.
L’affichage de la carte de navigation est toujours une exigence. A cause de la dimension, l\’écran est souvent installé sur le tableau de bord de la voiture, mais cette position n’est pas dans le champ de vision du conducteur quand la voiture roule. La technologie HUD (Head Up Display en anglais) est une solution réalisable et probablement efficace. L’idée est de projeter l’affichage directement sur le pare brise. Cet affichage permet aux conducteurs d’acquérir les informations sans quitter la route des yeux. Cette conception est une application de AR (la réalité augmentée), il n’affiche pas seulement la carte, avec des caméras embarqués, certains angles morts ou les obstacles dangereuses sont bien affiché sur le pare brise pour alerter le conducteur. Mais la quantité d’affichage de HUD devait bien contrôlé, si les contenus sont trop compliqués, le conducteurs est distrait aussi. Il suffit afficher les informations de bases, comme la navigation, la vitesse et des indications sur le terrain.
En conclusion, IHM de voiture est différent que celui sur d\’autres plateforme. Pour la voiture, le premier terme à envisager est la sécurité et le secondaire est la commodité. L’équilibre entre ces deux facteurs est un travail permanent à faire pour les concepteurs.

L’autobilotage et la voiture connectée
Un véhicule autonome est capable de rouler sur la route mais sans intervention d’un conducteur. L’histoire de la voiture autonome comme dans les années 70. Un véhicule, Stanford Cart réussit à contourner les obstacles en utilisant son caméra et son algorithme.http://cyberneticzoo.com/cyberneticanimals/1960-stanford-cart-american/ Grâce au développement de la technologie électronique et informatique, surtout les capteurs et l\’intelligence artificielle, plus en plus de voitures partiellement autonomes sont entrés dans notre vie, mais l\’apparition des voitures autonomes entraînent aussi des controverse.
D’après l’organisme américain NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration), la classification de la compétence de la voiture autonome est composée par 5 niveaux différents. Ce sont :

Niveau 0: aucune compétence autonome. La voiture est obligé piloté par un conducteur. Aucune action ne se réagit automatiquement.
Niveau 1: assistance au conducteur. Certains systèmes réagissent automatiquement, comme ABS ou la régulation de vitesse.
Niveau 2: Le conducteur pilote la voiture, mais certaines fonctions principales agissent automatiquement dans certaines conditions. Par exemple, la voiture peut suivre la circulation en basses vitesse sur la piste tout droite, freiner automatiquement devant l\’obstacle. Mais cela reste l’assistance au conducteur, ce qui est n’a pas droit de céder le contrôle complète.
Niveau 3 : Le conducteur a droit de céder le contrôle complet des fonctions principales (accélération, freinage etc) dans certaines conditions (au milieu de l’autoroute par exemple), mais le conducteur doit impérativement et immédiatement reprendre le contrôle complet si la situation n’est plus dans le domaine de traitement du système (sortie de l’autoroute par exemple).
Niveau 4: Le conducteur peut céder complètement le contrôle si la condition de la route est autorisée (les panneaux d’indication bien marqués, la circulation normale etc). La voiture fonctionne normalement sans intervention de conducteur sauf qu’il y a des conditions extrêmes. Si dans ce dernier cas, le conducteur a largement du temps pour reprendre le contrôle.
Niveau 5: aucune contrôle ne fait par l’humaine, la voiture fonctionne complètement autonome dans tous les cas.
Aujourd’hui, la plupart des voiture commerciale marqué “autonome” sont en niveau 2. Quelques modèles sont en niveau 3, comme A8 chez AUDI. C’est-à-dire, les utilisateurs sont obligés d\’observer la situation de la route après activer la fonction “autonome”. Mais cela entraîne un problème, quand les conducteurs se concentrent sur la situation de la route mais aucune action à faire, ils seront fatigués et distraits rapidement. C’est possible de faire les conducteur pense inconsciemment que la voiture puisse fonctionner sans surveillance. En conséquent, quand le système demande au conducteur de reprendre le contrôle, peut-être le conducteur n’est pas encore prêt psychologiquement, en plus si le système d’autopilotage a fait une erreur, le conducteur n’a pas de temps de le corriger. Cela explique certaines accidents mortels sur les voitures autonomes. En 2017, ”Accident mortel d\’une Tesla en Autopilot : le conducteur n’a pas répondu à sept alertes de sécurité” (https://www.lci.fr/high-tech/etats-unis-accident-mortel-d-une-tesla-en-autopilot-le-conducteur-n-a-pas-repondu-a-sept-alertes-de-securite-2056304.html)
En 2018 “Accident mortel de la Tesla Model X, le conducteur avait laché la votant” https://www.lesechos.fr/2018/06/accident-mortel-de-la-tesla-model-x-le-conducteur-avait-lache-le-volant-992128
Dans ces deux accidents, un point commun est que les conducteurs ont cédé le contrôle mais ils n’ont pas bien fait la précaution pour les situations urgentes, et en même temps, leurs systèmes de détection n’a pas distingué l’obstacle.
Certes, les conducteurs sont responsables de leurs comportements, dans les deux accidents précédents, les systèmes ont tous donné l’alerte aux conducteurs, mais la question est que ce n’est que le problème des conducteurs ? Est-ce que l’entreprise qui a créé et proposé ce système sur le marché doit prendre la responsabilité ? Parce que l’objectif final d’introduire l’autopilotage est de faire plus efficace et plus sécurisé le fonctionnement du véhicule, on accepte une technologie quand elle ramène plus de bénéfice que le dommage, si ce n’est pas le cas, il faut l’améliorer et l’évaluer pour atteindre notre désire avant de le re-proposer sur le marché. D’après la recherche, la voitures autonomes peuvent réduire 90% d’accidents https://www.sciencealert.com/driverless-cars-could-reduce-traffic-fatalities-by-up-to-90-says-report. Mais quand la voiture autonome fait une erreur, l’accident engendré serait assez grave. Les accidents à cause des conditions extrêmes sont presque inévitables, c’est aussi gênant même pour les conducteurs humains. En revanche, le problème est de la responsabilité. Avant, la responsabilité pour les fabricants se termine sur le contrôle de qualité de leurs voitures, les conducteurs prennent tous leurs responsabilités du comportement du véhicule, mais après l’intégration du système autonome, c’est tout différent. C’est vraiment difficil à distribuer la responsabilité au conducteur et au système quand un accident survient, car il y a moins de moyen nous permet de reconstruire la même situation d\’accident. Est-ce que le conducteur avait repris le contrôle ? Est-ce que le système a cédé le contrôle ? Si oui, combien du temps laissé pour le conducteur ? Ce genre de questions n’ont pas d’une réponse assez claire et donc peu de chance d’avoir un standard pour distribuer la responsabilité.
En revanche, si le travail du conducteur et du système se sépare, le problème serait beaucoup simplifié. Une exmple, le métro autonome fonctionnement parfaitement, non seulement la simplicité du chemin de fer par rapport à la circulation routière, c’est parce qu’il y a encore moins de changement de contrôle entre le système autonome et l’humaine. Quand tous les voitures autonomes circulent dans un endroit conçu et standardisé pour l’autopilotage, et les fabricants prennent toute la responsabilité quand l’autopilotage est activé, la distribution de responsabilité serait claire et la difficulté technique est aussi réduit. Par exemple, dans le port, des camions autonomes ont commencé fonctionner depuis 2018. https://www.scmp.com/tech/start-ups/article/2140276/chinese-self-driving-truck-start-roll-out-unmanned-port-logistics
Mais le marché du port ne compte qu’une petie partie. Des groupes américaines comme Google, Uber testent leur voiture autonome de niveau 4 depuis quelques années et ils visent le marché du taxi autonome. C’est aussi la situation le plus compliqué par rapport d’autre cas d’utilisation. Parce que l’endroit de circulation n’est pas fermé comme l’autoroute, plus de piétons et des voitures conduit par l’humaine que dans le port, la vitesse n’est pas fixe, la voiture accélère peut-être jusqu’à une vitesse élevée. En plus, certains comportements imprévu d\’autres conducteurs fait que le système autonoms ne réagit pas correctement, ce dernier n’a pas assez de capacité d\’adaptation que l’humaine.
https://www.theverge.com/2018/5/4/17320936/waymo-self-driving-car-crash-arizona
Etant donné que la voiture autonome fonctionne avec la programmation préchargé, le système a plus de chance d’avoir le dilemme. Par exemple, pour empêcher d’accident mortel, est-ce que l’on doit autoriser la voiture autonomes de réagir même si sa réaction est possible de conduire à un autre accident moins grave ? De mon point de vue, un des objectifs de l’autopilotage est de minimiser le dommage la réaction de l’autopilotage ne produit pas d’autre blessé et mort. Mais techniquement, le système n’est pas encore capable de déduire tous les conséquence possibles, donc souvent le comportement de l’autopilotage est imprévu dans le cas dilemme.

voiture connectée
Les voiture autonomes utilisent le radar, le laser et le caméra comme capteurs, les données acquis sont traité par le programme basé sur l\’intelligence artificielle, puis le système sort les commandes pour contrôler la voiture. Même si avec la combinaison des capteurs de type différente, la zone et la distance de détection est toujours limitées. La notion de V2X (vehicle to everythings) est donc apparu pour dépasser cette limite. L’idée est de connecter la voiture avec tout le reste objet sur la route. En 2012, IEEE a d’abord choisit la technologie WLAN comme la base de réseau pour V2X, mais ce dernier reste une communication dans une petite zone. Au fur et à mersure de la commercialisation de 5G, l’importance de V2X deivent plus en plus imporatnt. D’après la conception de V2X, les informations qui viennent d’autre objet connecté dans le réseau aident les voitures rouler plus efficace et sécurisé. Cela compense surtout la limite de détection des voitures autonomes. Les piétons peuvent aussi connecter dans le réseau pour que la voiture les écharpent automatiquement. Les feu-rouges sont connecté aussi qui permettent aux voitures de concevoir le trajectoir le plus efficace.
Le faible délai du réseau permet un contrôle à distance. Cela donne biens des idées d’application. Par exemple, quand le conducteur n’est plus capable de conduire en cas d’urgence, un conducteur peut prendre le contrôle de sa voiture à distance. Deux conducteurs qui sont pas dans le même fuseau horaire peuvent conduire le même camion alternativement.
Mais si les voitures sont connectés, la protection d’Internet est demandé aussi. Le terme “sécurisé” n’est plus que au niveau physique, il inclut aussi la fiabilité et la sécurité du programme et du réseau.