Émetteurs infrarouges haute puissance pour systèmes d'aide à la conduite

J'ai travaillé comme barman l'été précédant ma dernière année d'études à l'université. Je servais la bière pression et les bouteilles, rien d'extraordinaire. Le bar fermait à 4 heures du matin. Une nuit, en rentrant chez moi, je me suis endormi à un feu rouge. Il semble que j'ai gardé le pied sur le frein, mais je ne sais pas combien de temps je me suis endormi, au moins quelques cycles de feux. Heureusement, il n'y avait personne d'autre sur la route et lorsque je me suis réveillé en sursaut, il n'y avait aucun problème à signaler. Si vous conduisez depuis plusieurs années ou s'il vous est arrivé de faire de longs trajets, je parie que vous avez déjà connu ces moments où vous êtes un peu fatigué, où vous clignez des yeux un peu plus longtemps que d'ordinaire, où vous mettez la musique à fond et chantez, ou encore où vous baissez les vitres pour rester éveillé. Au niveau mondial, on estime qu'au moins 10 % des accidents de la route sont liés à la fatigue. La National Highway Traffic Safety Administration des États-Unis estime que, chaque année, 100 000 accidents dus à la somnolence des conducteurs, signalés par la police, font près de 800 morts et 50 000 blessés. Il s'agit d'un problème grave, et les constructeurs automobiles sont en train d'y apporter une solution.

Les constructeurs ont lancé un système de surveillance de la somnolence du conducteur dans le cadre d'un système d'aide à la conduite. En Europe, en 2024, tous les véhicules neufs devront être équipés d'un système de surveillance du conducteur basé sur une caméra afin de prévenir les accidents provoqués par la somnolence. Aux États-Unis, ce sont généralement les véhicules haut de gamme qui bénéficieront dans un premier temps de cette option, avant de la généraliser progressivement au cours des cinq prochaines années. Le système de surveillance du conducteur doit être capable d'évaluer la vigilance du conducteur. Il s'agit d'une caméra basée CMOS, comme celles que l'on trouve dans les smartphones ou les systèmes de sécurité, avec un logiciel propriétaire pour détecter le taux de clignement des paupières. La caméra peut être placée derrière ou à côté du rétroviseur, ou sur le tableau de bord. Son champ de vision est « focalisé » sur le visage. La caméra s'appuie sur une source de lumière externe pour éclairer le visage du conducteur, la lumière du soleil pendant la journée et un émetteur infrarouge haute puissance pendant la nuit.

Les capteurs CMOS sont sensibles aux longueurs d'onde de 350 nanomètres (nm) à 1050 nm environ. Les systèmes de surveillance du conducteur utilisent des émetteurs infrarouges dont l'intensité de crête est de 850 nm ou de 940 nm, comme le VSMA1094250X02 de Vishay. La notion de « haute puissance » se manifeste de deux manières. Tout d'abord, les émetteurs peuvent produire une intensité élevée. Pour les puces infrarouges, les émetteurs VSMA1094259X02 sont grands : 1,07 mm x 1,07 mm. Le boîtier mesure 3,4 mm x 3,4 mm. Le VSMA1094250X02 contient deux puces empilées qui produisent une intensité typique de 1350 mW/sr avec un courant direct pulsé de 1,0 A. Ensuite, les émetteurs sont conçus pour des courants d'attaque élevés, jusqu'à 1,5 A (CC) et jusqu'à 5 A (pulsé). À 5 A, l'émetteur a une intensité de 6000 mW/sr. Compte tenu de cette haute intensité, le système de caméra permettant de détecter la somnolence du conducteur a une empreinte relativement compacte, puisqu'il ne nécessite qu'un seul émetteur infrarouge.

Contrairement aux caméras de sécurité qui ont un large champ de vision, le système de surveillance de la somnolence du conducteur a un champ de vision beaucoup plus étroit, et se concentre uniquement sur le visage et les yeux du conducteur. Les émetteurs infrarouges ont des lentilles qui complètent cet angle de vue en présentant un angle de demi-intensité de ±28°. La moitié de la puissance émise est concentrée sur cette région conique étroite. Tout émetteur utilisé par les équipementiers automobiles doit répondre aux normes automobiles définies par la qualification AEC-Q102 et avoir une température de fonctionnement jusqu'à 125°. Pour répondre aux soucis de sécurité liés à la forte émission infrarouge, certaines solutions intègrent des capteurs de proximité, comme le VCNL3040, qui désactivent ou réduisent l'émission des émetteurs lorsqu'une personne s'approche trop près de la zone d'émission. Pour déterminer si l'éclairage de l'habitacle est suffisant pour détecter les yeux du conducteur, un capteur de lumière ambiante comme le VEML6031X00 est nécessaire.

Les constructeurs travaillent également sur la détection étendue des occupants dans le cadre d'un système d'aide à la conduite. Pour citer la documentation de Bosch, « la solution de surveillance de l'habitacle permet de comprendre pleinement le conducteur, les occupants et l'ensemble de l'habitacle. En associant notre compréhension du domaine automobile à une expertise solide en systèmes de capteurs et de vision artificielle, nous assurons une sécurité et un confort supérieurs, et faisons de la conduite automatisée une expérience sûre. » Lorsque les airbags du conducteur et du passager ont été introduits pour la première fois, les deux airbags se déployaient en cas d'accident. Les compagnies d'assurance ont fait comprendre aux équipementiers que le coût de remplacement d'un airbag qui se déployait devant un siège passager vide était élevé et les ont encouragés à créer des systèmes capables de détecter la présence d'un passager. Tous les véhicules américains et européens sont désormais équipés d'un système de ce genre. Une LED s'allume dans l'habitacle lorsque le siège passager est occupé. Cela fonctionne bien pour les airbags frontaux côté passager, mais il y a des airbags dans le montant milieu et des airbags latéraux au niveau de la banquette arrière qui nécessitent la même fonctionnalité pour se déployer lorsque les sièges sont occupés. Les systèmes de surveillance de l'habitacle basés sur une caméra offriront cette fonctionnalité en identifiant l'emplacement de tous les passagers. Les systèmes audio sont de plus en plus sophistiqués et s'adaptent selon qu'il y a des passagers uniquement à l'avant ou à l'avant et à l'arrière. La climatisation peut également être réglée en fonction de l'emplacement des passagers et de l'angle du soleil. Avec l'émergence des véhicules autonomes, il est possible qu'il n'y ait plus de sièges avant et de sièges arrière, mais plutôt une configuration en salon. Dans ce cas, les systèmes de sécurité, de climatisation et de divertissement devront vraiment connaître l'emplacement de chaque passager dans le véhicule.

Comme pour la détection de la somnolence du conducteur, les éléments de base de la surveillance de l'habitacle sont les suivants : une ou plusieurs caméras et des émetteurs infrarouges haute puissance. Plutôt que des émetteurs à angle étroit, on utilisera des émetteurs grand-angle pour répartir la lumière de manière homogène dans l'ensemble de l'habitacle. C'est le cas par exemple de l'émetteur VSMA108575X02 de Vishay. Il possède la même puce d'émetteur, la même technologie à double pile et le même boîtier thermoconducteur que le VSMA109425X02, mais sa lentille est différente. Au lieu de focaliser la lumière, elle la diffuse. L'angle de demi-intensité de cet émetteur est de ±75°. Étant donné que la même quantité de lumière est répartie sur un angle plus large, l'intensité dans une zone donnée est inférieure. Avec un courant direct pulsé de 5 A, le VSMA108575X02 a une intensité de 1600 mW/sr. Une fois encore, les émetteurs sont nécessaires lorsqu'il fait sombre dans l'habitacle. C'est notamment le cas la nuit ou lorsque le véhicule est équipé de vitres fortement teintées.

La détection de la somnolence du conducteur est sur la bonne voie. Dans quelques années, elle sera présente dans tous les véhicules neufs. Les systèmes de surveillance de l'habitacle seront bientôt disponibles. Les véhicules autonomes, en particulier les véhicules affectés à des tâches spécifiques comme les navettes en provenance et à destination d'un lieu commun, sont d'ores et déjà testés dans les rues de certaines villes. La sécurité et le confort seront améliorés grâce à des systèmes de caméras intérieures avec émetteurs infrarouges haute puissance.