La 5G, une révolution pour l’automobile connectée ?

Réelle révolution du monde des télécommunications, la technologie 5G est en passe de s’imposer progressivement dans l’ensemble des secteurs d’activités de notre quotidien. Et celui de l’automobile n’est évidemment pas en reste, les constructeurs et équipementiers étant déjà sur le pied de guerre afin de s’organiser pour exploiter le meilleur de cette technologie. Ford par exemple compte ainsi proposer la 5G dans l’ensemble de ses véhicules d’ici 2022. Le groupe PSA quant à lui a annoncé un partenariat avec le fournisseur de puces électroniques Qualcomm et les constructeurs allemands BMW et Daimler (Mercedes) font front commun dans cette course technologique afin de créer un standard de communication.

Si tous s’intéressent de près à la 5G, c’est qu’elle offre des avantages indéniables au monde de l’automobile. Tout d’abord le faible temps de latence – la 5G est 10 fois plus rapide que la 4G – lors de la transmission de l’information (Ultra Reliable Low Latency Communications : URLLC) permet d’échanger une donnée rapidement de voiture en voiture et ainsi remonter le fil du trafic. De plus, la quantité d’information transmise est beaucoup plus importante via l’ultra haut-débit à 1 Gbps (enhanced Mobile BroadBand : eMBB). Ces importants flux de données permettraient de rendre « omniscient » le véhicule en lui fournissant les informations d’une multitude d’éléments extérieurs au véhicule (capteurs d’autres voitures, du mobilier urbain…).  Enfin, la diversité spatiale (ou massive MIMO pour Multiple-Input Multiple-Output : donnée transmise sur plusieurs chemins) permet la fiabilisation de la transmission en limitant l’effet Doppler - interférence provenant d’un changement de la fréquence observée du signal reçu par rapport au signal d’origine, dû à une vitesse relative élevée entre l’émetteur et le récepteur.

La 5G : clef de voute de la voiture connectée

 

Au cœur de cette révolution 5G se trouve le protocole C-V2X (Cellular Vehicul-to-Everything). Derrière ce sigle se cache un groupe de travail, la 5G Automotive Association (5GAA), regroupant des grands acteurs du secteur tels que PSA, Ford ou BMW. Ces-derniers travaillent ensemble à créer un standard permettant aux voitures de demain de communiquer entre elles mais aussi avec les infrastructures urbaines telles que les feux de signalisation. Ce protocole C-2VX repose sur la 5G et offre de nombreux cas d’usage. Nous proposons ici d’en détailler deux principaux.

Fluidifier le trafic grâce à la 5G : le défi des pelotons

 

Organiser les véhicules en les regroupant en pelotons n’est pas une idée nouvelle. C’est en 1997 que l’on retrouve les premiers projets de pelotons de voiture aux USA, mais il faut attendre 2009 pour que l’union européenne lance le projet SARTRE (SAfe Road TRains for the Environment). Ce programme visait à encourager le développement des technologies permettant aux véhicules de se suivre automatiquement sur la route. Terminé en 2012, cette initiative concluait que la technologie était presque mature mais qu’elle nécessitait encore quelques ajustements. Des ajustements que la 5G apporte aujourd’hui en offrant un temps de latence réduit au minimum et un ultra haut-débit permettant de s’échanger des informations lourdes et complexes telles que les informations de trajectoire, vitesse, freinage, poids, météo…Et ce avec la qualité de connexion que permet la diversité spatiale (voir introduction).

Les pelotons (platooning en anglais) ont plusieurs avantages. La disposition idéale des véhicules leur permet de réduire la résistance au frottement et ainsi de consommer moins d’énergie. L’enchainement des véhicules et la communication entre eux permet de gagner de la place sur la route, de fluidifier le trafic et de limiter les risques de collisions.

Particulièrement prometteur dans l’industrie de la logistique, le platooning possède un inconvénient majeur : les conducteurs des camions suiveurs peuvent vite manquer d’attention et se reposer uniquement sur le véhicule de tête. Ce comportement peut être dangereux car le fonctionnement en pelotons est un fonctionnement semi-autonome. En cas d’incident le conducteur doit reprendre la main.

Pour mettre en pratique cette technologie, les véhicules pourraient utiliser le protocole C-V2X soutenu par la 5GAA afin de s’échanger leurs informations sur le comportement à adopter. Aujourd’hui, les acteurs à la pointe en matière de pelotons sont les constructeurs de camion. Ainsi MAN et Daimler ont réalisés plusieurs expérimentations en 2018 sur les autoroutes allemandes et américaines avec deux camions se suivant en peloton. Scania test le réseau 5G et prépare ses véhicules au platooning depuis 2016. Il ne pourrait donc s’agir que de quelques mois avant que des pelotons de camions semi-autonomes arrivent sur nos routes.

 

 

Réduire les accidents grâce à la 5G : le freinage d’urgence et le véhicule omniscient

 

Le seconde cas pratique concerne l’une des préoccupations majeures du transport grand public : la sécurité. Aujourd’hui à 130km/h sur l’autoroute et en bonne conditions physique (sans fatigue ni alcool), le temps de réponse d’un conducteur est d’environ 1 seconde. Il met donc 120 mètres pour s’arrêter sur route sèche. Prenons maintenant le cas d’une voiture connectée en 5G, qui se retrouve dans une situation qui la pousse à l’accident. Elle peut prévenir les voitures derrière elle en moins d’une milliseconde (temps de latence de la 5G). Les voitures prévenues et équipées du freinage d’urgence autonome peuvent s’immobiliser en 84,5 mètres. Cette différence de plusieurs dizaines de mètres peut sauver des vies.

L’Europe et le Japon ont pour projet de rendre le freinage d’urgence automatique obligatoire dès 2020 sur l’ensemble des véhicules neufs alors que de nombreux constructeurs proposent déjà cette option sur leurs véhicules haut de gamme (Audio A8, Renault Talisman, Tesla modèles S, 3 et X etc..). Ce développement se démocratisant même sur les derniers modèles « milieux de gamme » tels que la Peugeot 208 2019 (en option).

Les systèmes actuels reposent sur du traitement d’images, technologie ayant l’avantage de fonctionner avec l’ensemble des véhicules du parc actuel. Cependant ce système implique d’importants coûts d’installation, inhérents aux multiples caméras à placer sur le véhicule et est limité par l’angle de vue et les performances du traitement d’image. La 5G réduirait les temps de latence, en permettant aux véhicules de communiquer directement entre eux leurs paramètres (position, vitesse, poids…). Ainsi les véhicules auraient accès à plus d’informations que ce que permet aujourd’hui le traitement d’image, et ce même sans contact visuel direct et à plusieurs centaines de mètres les uns des autres.

 

 

Les freins au développement des véhicules connectés

 

Les véhicules connectés forment un réseau sur la route. Pour observer des résultats positifs sur la sécurité et la fluidité du trafic, il est nécessaire d’avoir un large réseau donc un taux d’adoption important de la technologie. Une étude menée par Atkins, «Research on the Impacts of Connected and Autonomous Vehicles (CAVs) on Traffic Flow » souligne ce point au travers de quelques chiffres éloquents. Une flotte composée à 100% de véhicules connectés permettrait d’observer un gain de temps de 40% sur un trajet donné. Une flotte de 75% de véhicules connectés ne permettrait d’observer une diminution que de 17% sur ce même trajet. De même, 50% de voitures connectés entraineraient une diminution de seulement 7% du temps de trajet. Ainsi, même si nous possédons la technologie nécessaire, il semble difficile pour un constructeur de vendre à son client un véhicule plus cher car embarquant une technologie de pointe, sans l’assurance de résultats immédiats.

Cette nécessité d’un large réseau pour observer des résultats positifs n’est pas le seul point bloquant. En effet, comme tout réseau, il est essentiel de définir des standards de communication. Le standard C-V2X s’appuyant sur la 5G et défendu par la 5GAA (PSA, Ford, BMW…) semble être une solution technique sérieuse. Mais certains constructeurs comme Renault et Volkswagen supportent le système ITS-G5 qui repose sur le wifi 802.11.p. Si le wifi est moins performant lorsqu’il s’agit de dialoguer avec les infrastructures (vitesse relative importante qui entraine un effet Doppler handicapant), c’est la technologie idéale pour de la communication entre véhicules. En effet la technologie wifi est parfaitement maitrisée, rapide à mettre en œuvre à faible coûts et surtout se déploie en réseau local, évitant les soucis de surcharger les antennes. Cependant cette fonction en réseau local limite la portée du wifi qui est de 300m (théorique) pour le wifi 802.11.p. De même, la 5G devrait pouvoir proposer la communication d’objet à objet, effaçant ainsi le problème de l’antenne intermédiaire.

 

Conclusion

Les avantages apportés par la 5G au monde automobile sont indéniables. En permettant aux véhicules de communiquer entre eux rapidement de grande quantité d’informations, la fluidité du trafic et la sécurité de chaque usagés de la route seront grandement améliorées. Seulement, pour observer des résultats positifs, il est nécessaire d’avoir une flotte importante de véhicules équipés d’un même standard de communication. Aujourd’hui il manque la première impulsion qui permettra l’évolution du parc automobile. Pour pallier ce problème, on observe des initiatives politiques au niveau européen encourageant l’achat de véhicules connectés. Parmi les propositions à l’étude, on retrouve les aides à l’achat via des réductions sur le coût de la carte grise et la réduction des polices d’assurance par exemple. Quant aux standards de communication, les discussions sont encore en cours à la commission européenne de Bruxelles mais la faveur des politiques semble se porter sur la technologie wifi, malgré les nombreux avantages de la 5G. Le plus probable pouvant finalement aboutir à une cohabitation et une imbrication intelligente de ces deux protocoles.

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https://www.club-iot.sia-partners.com/article-5g

https://www.groupe-psa.com/fr/actualites/corporate/le-groupe-psa-accelere-dans-le-deploiement-des-vehicules-connectes/

https://www.planet-sansfil.com/tous-les-vehicules-ford-embarqueront-de-la-5g-et-le-protocole-c-v2x/

https://www.zdnet.fr/actualites/5g-bmw-et-daimler-mercedes-font-alliance-39878827.htm

https://www.europe1.fr/technologies/a-quoi-va-servir-la-5g-la-prochaine-generation-de-reseau-mobile-2990351

https://eandt.theiet.org/content/articles/2016/05/scania-testing-5g-networks-for-autonomous-truck-platoons/

https://www.usine-digitale.fr/article/daimler-va-faire-rouler-des-camions-semi-autonomes-en-convoi-sur-les-routes-de-l-oregon.N592413

https://www.challenges.fr/automobile/actu-auto/le-freinage-d-urgence-automatique-obligatoire-des-2020_642090

 

https://www.challenges.fr/automobile/actu-auto/connecter-les-voitures-en-wifi-plutot-qu-en-5g-pour-securite_621095

http://joebarkai.com/autonomous-cars-in-2025/

http://5gaa.org/news/position-paper-coexistence-of-c-v2x-and-802-11p-at-5-9-ghz/

https://www.lesnumeriques.com/voiture/voiture-autonome-l-ue-vote-pour-wi-fi-detriment-5g-n86177.html