Brevet FR3086136A1 — publié le 20200320

Procédé d'aide à la conduite pour le franchissement sécurisé d'un passage à niveau communicant [0001] L'invention concerne un procédé d'aide à la conduite d'un véhicule automobile pour le franchissement sécurisé d'un passage à niveau communicant. [0002] De façon subsidiaire, l'invention s'intéresse à un véhicule à conduite autonome équipé d'un système Car2X apte à gérer les informations relatives à l'état des passages à niveau d'un réseau ferroviaire communicant et à les comparer avec les informations issues de capteurs embarqués de perception locale. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [0003] La communication entre véhicules et/ou infrastructures routières dotées de moyens de communication permet d'améliorer la sécurité routière d'une manière significative. Un véhicule interagissant de manière fiable avec une infrastructure intelligente aura une perception plus large et plus précise de son environnement que sa seule vision locale et pourra ainsi détecter des obstacles masqués et anticiper les actions de prévention appropriées. [0004] Le développement de la voiture connectée requiert des systèmes d'aide à le conduite (dits « ADAS ») ainsi que la couverture du territoire par des réseaux de communication disponibles et performants. Le déploiement de ces réseaux de télécommunication et des infrastructures associées (services GPRS des réseaux cellulaires, technologie 5G, ...) est destiné à l'exploitation de flottes de véhicules intelligents et autonomes et à l'offre de services connectés à destination de ces véhicules. [0005] Les systèmes d'aide à la conduite permettent une conduite automatisée et guidée du véhicule sur la voie. Cette conduite automatisée est rendue possible, d'une part, via le guidage longitudinal face à un obstacle au moyen d'un régulateur de vitesse adaptatif (ACC) et d'un freinage d'urgence automatique (AEB) et, d'autre part, grâce à l'utilisation d'un système embarqué de perception locale comprenant, notamment, un radar (perception longitudinale), une caméra (perception 2 longitudinale de la signalisation) et des moyens de communication sans fil donnant sa position absolue au véhicule autonome. [0006] Les capteurs de perception embarqués détectent l'état visible de l'environnement qui peut être en contradiction avec l'état interne (non visible) des 5 systèmes qui le composent. Ainsi, concernant les passages à niveau de voies ferrées, il arrive qu'une barrière soit levée alors qu'un train est pourtant en approche. [0007] En outre, les capteurs de perception embarqués sont sensibles aux aléas externes. Par exemple, la caméra peut avoir des difficultés pour détecter un signal lumineux à cause de la forte luminosité ambiante (notamment, du fait d'un 10 éblouissement généré par les feux des véhicules arrivant de face ou par les rayons du soleil), de la météo (par exemple, en présence de brouillard, de forte pluie ou de neige), de la forme de l'objet (certaines formes de signaux ou de feux sont difficilement détectables) et enfin de la limitation des algorithmes de détection et de classification (les barrières de passages à niveau pouvant ne pas être classifiées car 15 ne constituant pas un obstacle routier courant). [0008] Dans ces conditions, le véhicule autonome à l'approche d'un passage à niveau, rend la main au conducteur ou bien traverse le passage à niveau sans avoir relevé le danger (par exemple, l'arrivée d'un train). [0009] Parallèlement, les systèmes de communication dits « Car2X » permettent 20 aux véhicules de communiquer sans fil, à la fois entre eux (système dit « Car2Car » ou « V2X ») et avec l'infrastructure routière. Ces systèmes sont aptes et destinés à mettre les véhicules et l'infrastructure routière au sein d'un même réseau coopératif et intelligent. [0010] Toutefois, ces systèmes de communication sans fil ont plusieurs défauts. 25 Ainsi, le GSM a une latence de transmission élevée, un besoin de large couverture cellulaire et un accès payant. [0011] Les autres systèmes (ETSI G5/ IEEE 802.11p) présentent des risques liés, respectivement, à l'interception et à la modification des données transitant entre les objets communicants ou à l'envoi, éventuellement intentionnel, de données erronées, 3 à l'altération du contenu des messages émis par une entité tierce et à l'usurpation d'identité permettant à l'émission de faux message ou à la réception puis la suppression des messages d'alerte et de sécurité. [0012] Par ailleurs, il existe déjà des systèmes tels que celui décrit dans le 5 document FR2955822 qui génère des messages indiquant l'état d'un passage à niveau à l'intention d'un véhicule en fonction de la géolocalisation respective du passage à niveau et du véhicule. Mais ce système n'utilise que des moyens de communication sans fil. [0013] Le document US20170300763 décrit un véhicule équipé d'une caméra et 10 d'un système associé qui détecte les éléments caractéristiques de la route entre ses lignes et, notamment, la présence d'une voie ferrée. Toutefois, ce système ne communique pas avec le passage à niveau. [0014] Le document W0201646268 décrit, quant à lui, un système qui avertit un véhicule qu'un train va traverser, de façon imminente, un passage à niveau. La 15 communication vers le véhicule se fait par des moyens sans fil associés à un système du type « Car2X » mais ce système n'est pas associé à des capteurs embarqués. [0015] Par ailleurs, le document US8233662 décrit un système de reconnaissance de formes qui détecte la couleur de la signalisation lumineuse d'un train en mouvement. Ce système ne communique pas avec le véhicule de manière interactive. 20 [0016] Le document DE102008010413 décrit un système de communication délivrant un signal correspondant à l'état d'un passage à niveau. Ce signal est envoyé aux véhicules routiers en approche pour les avertir du passage d'un train. Le véhicule le plus proche du passage à niveau capte le signal et le transmets au véhicule suivant par des moyens de communication sans fil du type « Car2Car » et la transmission 25 s'effectue ainsi de proche en proche. Cependant, ce système de communication ne coopère pas avec des capteurs embarqués dans les véhicules. [0017] Par conséquent, les systèmes et procédés connus ne sont pas satisfaisants car ils ne permettent pas à eux-seuls de donner, en temps réel et de façon certaine, l'état des infrastructures ferroviaires et, notamment, des passages à niveau, ni de 4 comparer les informations issues des systèmes sans fil (Car2X et Car2Car) avec les informations provenant des capteurs embarqués du véhicule. [0018] Par conséquent, les procédés et systèmes existants n'offrent pas d'informations fiables et sécurisées pour l'aide à la conduite des véhicules autonomes 5 dans la perspective du franchissement par ce véhicule d'un passage à niveau sans risque de collision. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0019] La présente invention a pour but de résoudre les problèmes techniques posés par l'art antérieur en proposant un procédé d'aide à la conduite qui est capable 10 de garantir la fiabilité des informations sur l'état des infrastructures ferroviaires et, en particulier, des passages à niveau et permet d'adapter, en conséquence, la cinématique du véhicule. [0020] Ce but est atteint, selon l'invention, au moyen d'un procédé d'aide à la conduite pour le franchissement sécurisé d'un passage à niveau par un véhicule 15 équipé de capteurs de perception locale et de moyens de connexion à un système sans fil de communication avec au moins les infrastructures ferroviaires, caractérisé en ce que le véhicule reçoit un message numérique certifié délivré par le passage à niveau et contenant des informations sur son état puis, le véhicule vérifie l'authenticité du message et confronte l'état indiqué dans le message avec les 20 informations délivrées par ses capteurs de perception locale sur l'état apparent du passage à niveau pour adopter la conduite appropriée. [0021] Selon une caractéristique avantageuse du procédé de l'invention, le véhicule utilise des mécanismes cryptographiques et des certificats numériques publics pour vérifier l'intégrité et l'identité de l'émetteur du message et garantir la 25 sécurité de la communication avec le passage à niveau. [0022] Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, il est prévu qu'en cas de discordance des informations d'état du passage à niveau fournies, respectivement, par le message numérique et les capteurs de perception locale, le 5 véhicule ralentisse ou s'arrête avant le passage à niveau jusqu'à ce qu'il obtienne la concordance de toutes les informations d'état. [0023] De préférence, les informations d'état contenues dans le message numérique comprennent la position instantanée de la barrière du passage à niveau, la 5 position absolue du passage à niveau et la durée de l'état présent. [0024] Selon un aspect avantageux du procédé, les informations d'état fournies par le message numérique sont reçues par le véhicule en approche à une distance suffisante du passage à niveau pour permettre la régulation de sa vitesse. [0025] Selon une variante de mise en oeuvre du procédé, les défauts de 10 vérification de l'authenticité des messages numériques et les discordances éventuelles entre les informations d'état sont enregistrées et stockées dans une base de données. [0026] De préférence, le système de communication sans fil connecté au véhicule est un système Car2X permettant la communication interactive avec d'autres 15 véhicules et avec les infrastructures routières et ferroviaires. [0027] Un autre objet de l'invention est un véhicule autonome ou semi-autonome équipé de capteurs de perception locale et de moyens de connexion à un système (Car2X) assurant la communication sans fil avec les autres véhicules et les infrastructures ferroviaires et routières pour la mise en oeuvre du procédé de 20 franchissement sécurisé des passages à niveau. [0028] Le procédé de l'invention permet d'établir une synergie entre, d'une part, le système de communication sans fil connectant le véhicule avec des infrastructures, notamment, routières et ferroviaires (tel qu'un système Car2X) et, d'autre part, les capteurs embarqués de perception locale. Cette synergie assure la fiabilité des 25 informations d'état de la barrière du passage à niveau et permet un franchissement sécurisé par un véhicule autonome des obstacles de voies ferrées. [0029] Le système de communication intégrant des fonctionnalités Car2X est prévu dans les véhicules autonomes à partir du niveau 3 et, par conséquent, le 6 procédé de l'invention permet désormais l'élargissement de ce système de communication au transport ferroviaire. [0030] Le procédé de l'invention apporte une amélioration significative de la sécurité de la conduite autonome car l'annonce de l'état du passage à niveau n'est pas 5 soumise à des défaillances techniques (pannes du feu de signalisation, coincement de la barrière, ...), ni aux intempéries. Cette annonce constitue aussi une alerte pour un conducteur inattentif [0031] En outre, le procédé de l'invention est robuste aux différentes technologies de perception locale embarquées (capteurs, dispositifs de communication...) et le 10 développement de nouvelles technologies de communication sans fil (telle que le réseau cellulaire 5G) vont permettre d'implémenter de façon pérenne la combinaison entre le système de communication externe et le système de détection interne au véhicule en renforçant le niveau de sécurisation de l'information imposé aujourd'hui par les normes Européennes. 15 DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE RÉALISATION [0032] Naturellement, les modes de réalisation décrits ci-après ne sont donnés qu'à titre d'exemples non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux ces différents modes pour en proposer d'autres. [0033] Le procédé d'aide à la conduite selon l'invention est destiné à des 20 véhicules autonomes ou semi-autonomes équipés d'un système interne de capteurs de perception locale analysant l'état visible de l'environnement et de moyens de connexion à un système externe sans fil assurant la communication avec des infrastructures ferroviaires et, le cas échéant, également routières. [0034] Ces capteurs de perception local sont constitués, notamment, de radars et 25 de caméras permettant le suivi de lignes de voies, le guidage du véhicule et la détection d'obstacles ainsi que de moyens de communication sans fil (GPS) donnant sa position absolue au véhicule autonome. [0035] Le procédé d'aide à la conduite de l'invention prévoit que le véhicule reçoive un message numérique certifié délivré par les infrastructures ferroviaires et, 7 en particulier, les passages à niveau. Ce message qui est émis par le système de communication distant de ces infrastructures et diffusé via un réseau, contient des informations sur l'état du passage à niveau. [0036] Les informations d'état contenues dans le message numérique 5 comprennent la position instantanée de la barrière du passage à niveau (levée ou baissée), la position absolue (GNSS) du passage à niveau et la durée de l'état présent de ce passage à niveau. [0037] A la réception du message numériquement signé et contenant un certificat, le véhicule vérifie son authenticité, la validité du certificat puis la signature du 10 message à l'aide de la clé publique du certificat. [0038] Dans ce but, le véhicule utilise les mécanismes cryptographiques tels que la signature numérique (vérification de l'intégrité du message) et les certificats numériques publics (pour assurer l'intégrité et l'identité de l'émetteur du message) afin de garantir la sécurité de la communication entre le véhicule et le passage à 15 niveau. [0039] Une fois l'authenticité du message validée, le véhicule confronte l'état indiqué dans le message numérique avec les informations délivrées par ses capteurs de perception locale sur l'état apparent du passage à niveau en vue d'adopter la conduite appropriée et d'effectuer toute manoeuvre nécessaire. 20 [0040] Ainsi, en cas de concordance des informations sur l'état de la barrière fournies par les deux systèmes, respectivement, interne de perception locale et externe de l'infrastructure ferroviaire, et à l'approche du passage à niveau, le véhicule peut décider soit de continuer à rouler si la barrière est levée, soit de freiner doucement ou de façon plus brusque selon que la barrière est en cours de descente ou 25 déjà baissée. [0041] En revanche, en cas de discordance des informations d'état du passage à niveau fournies, respectivement, par le message numérique du système externe de communication (Car2X) et les capteurs internes de perception locale, le véhicule 8 ralenti automatiquement ou s'arrête avant le passage à niveau jusqu'à ce qu'il retrouve la concordance de toutes les informations d'état fournies de part et d'autre. [0042] Ce cas de discordance correspond à la situation où la barrière est annoncée comme levée par l'un des deux systèmes et baissée par l'autre système. Une 5 fois la barrière annoncée comme levée par les deux systèmes, le véhicule reprend alors sa route en utilisant les informations fournies par le système de perception locale et, notamment la cartographie (GPS). [0043] Les éventuels défauts de vérification de l'authenticité des messages numériques et les discordances entre les informations d'état peuvent être enregistrés 10 et stockées dans une base de données à fins d'historique et servir de preuves pour les juridictions et/ou les assurances en cas d'accident et, notamment, de collision du véhicule autonome avec un train. [0044] Les informations d'état relatives au positionnement absolu et à la position de la barrière qui sont obtenues en utilisant la grande portée du système de 15 communication externe (Car2X) permettent au véhicule en approche de réguler sa vitesse à une distance suffisante du passage à niveau pour réguler sa vitesse et effectuer ainsi un freinage souple si nécessaire. Cette approche évite d'avoir recours au freinage abrupt de la fonction automatisée « Assistant de freinage d'urgence (EBA) » et de blesser le conducteur et/ou les passagers. 20 [0045] Selon diverses variantes de mise en oeuvre du procédé de l'invention, il est possible de procéder à l'envoi des informations d'état du passage à niveau par différents moyens de communication externes. [0046] De même, il est possible, sans sortir du cadre de l'invention de calculer, de différentes façons, le positionnement précis du véhicule et d'effectuer le guidage du 25 véhicule avant, dans et après le passage à niveau. [0047] Le système de communication externe sans fil (Car2X) apporte des informations fiables et sécurisées acquises via le réseau de l'opérateur ferroviaire. 9 [0048] Le procédé de l'invention permet la signalisation fiable de l'état du passage à niveau sans s'appuyer sur la seule caméra dont la prise de vue peut, dans certains cas, être gênée, notamment, par des phénomènes météorologiques (intempéries, brouillard, ...) susceptibles de perturber la perception de la position de la barrière. 5 [0049] En outre, le procédé de l'invention permet de détecter les erreurs et/ou les défaillances possibles tant du système interne de perception locale que de l'infrastructure ferroviaire en comparant l'information du système de communication externe (Car2X) REVENDICATIONS1. Procédé d'aide à la conduite pour le franchissement sécurisé d'un passage à niveau par un véhicule équipé de capteurs de perception locale et de moyens de connexion à un système sans fil de communication avec au moins les infrastructures ferroviaires, caractérisé en ce que le véhicule reçoit un message numérique certifié délivré par le passage à niveau et contenant des informations sur son état puis, le véhicule vérifie l'authenticité du message et confronte l'état indiqué dans le message avec les informations délivrées par ses capteurs de perception locale sur l'état apparent du passage à niveau pour adopter la conduite appropriée. 2. Procédé d'aide à la conduite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le véhicule utilise des mécanismes cryptographiques et des certificats numériques publics pour vérifier l'intégrité et l'identité de l'émetteur du message et garantir la sécurité de la communication avec le passage à niveau. 3. Procédé d'aide à la conduite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en cas de discordance des informations d'état du passage à niveau fournies, respectivement, par le message numérique et les capteurs de perception locale, le véhicule ralenti ou s'arrête avant le passage à niveau jusqu'à ce qu'il obtienne la concordance de toutes les informations d'état. 4. Procédé d'aide à la conduite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les informations d'état contenues dans le message numérique comprennent la position instantanée de la barrière du passage à niveau, la position absolue du passage à niveau et la durée de l'état présent. 5. Procédé d'aide à la conduite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les informations d'état fournies par le message numérique sont reçues par le véhicule en approche à une distance suffisante du passage à niveau pour permettre la régulation de sa vitesse. 6. Procédé d'aide à la conduite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les défauts de vérification de l'authenticité des messages 11 numériques et les discordances éventuelles entre les informations d'état sont enregistrées et stockées dans une base de données. 7. Procédé d'aide à la conduite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de communication sans fil connecté au véhicule 5 est un système Car2X permettant la communication interactive avec d'autres véhicules et avec les infrastructures routières et ferroviaires. 8. Véhicule autonome ou semi-autonome équipé de capteurs de perception locale et de moyens de connexion à un système (Car2X) assurant la communication sans fil avec les autres véhicules et les infrastructures ferroviaires et routières 10 pour la mise en oeuvre du procédé de franchissement sécurisé des passages à niveau. 15 20 25