WO2022157454A1 - Dispositif de communication, de geolocalisation et de traitement embarque dans un vehicule, et procede/systeme de communication inter-vehicules mettant en œuvre ce dispositif - Google Patents

Dispositif de communication, de geolocalisation et de traitement embarque dans un vehicule, et procede/systeme de communication inter-vehicules mettant en œuvre ce dispositif Download PDF

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WO2022157454A1
WO2022157454A1 PCT/FR2022/050104 FR2022050104W WO2022157454A1 WO 2022157454 A1 WO2022157454 A1 WO 2022157454A1 FR 2022050104 W FR2022050104 W FR 2022050104W WO 2022157454 A1 WO2022157454 A1 WO 2022157454A1
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WO
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communication
vehicle
geolocation
vehicles
inter
Prior art date
Application number
PCT/FR2022/050104
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English (en)
Inventor
Baptiste HANRION
Clément BORDEAU
Original Assignee
Hanrion Baptiste
Bordeau Clement
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Publication date
Application filed by Hanrion Baptiste, Bordeau Clement filed Critical Hanrion Baptiste
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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • H04W4/46—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P] for vehicle-to-vehicle communication [V2V]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
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    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • H04W4/48—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P] for in-vehicle communication

Definitions

  • TITLE Communication, geolocation and processing device on board a vehicle, and inter-vehicle communication method/system implementing this device
  • the present invention relates to a communication, geolocation and processing device on board a motor vehicle. It also relates to a method and an inter-vehicle communication system implementing this device.
  • Driving aids (ADAS for Advanced Driver-Assistance Systems), already present in the majority of vehicles, mark the beginning of a separation between the vehicle and its driver. Thanks to these technologies and machine learning methods, the vehicle is now able to perform certain actions on its own and correct its own pace. The movements of the vehicle will be entirely controlled by an artificial intelligence which will use the data received by various sensors (radars, lidars, ultrasounds, cameras). It will be a real revolution in our lives and our ways of getting around.
  • US 10,171,967 B2 and WO2017/053439 A1 disclose communication network systems and methods for supporting a network of mobile nodes corresponding to autonomous vehicles, and a dynamically configurable network of autonomous vehicles comprising a complex network of communication nodes both static and mobile.
  • US 2019/0174281 A1 discloses a vehicle control method comprising a communication device which communicates with a nearby vehicle within a predetermined range based on the vehicle-to-vehicle (V2V) communication method, and a controller which forms a network with the nearby vehicle and calculates the representative speed of the network based on at least one of the vehicle speed information or the nearby vehicle speed information. This controller calculates the link speed of a road link based on the representative speed of the network.
  • V2V vehicle-to-vehicle
  • US 2019/0334706 A1 discloses an autonomous driving controller implementing encrypted communications and comprising a plurality of parallel processors operating on common input data received from a plurality of autonomous driving sensors.
  • Each of the plurality of parallel processors includes communications circuitry, a general processor, a security processor subsystem (SCS), and a security subsystem (SMS).
  • the communication circuit supports communications between the plurality of parallel processors, including interprocessor communications between the general processors of the plurality of parallel processors, communications between the SCSs of the plurality of parallel processors using SCS cryptography, and communications between the SMS of the plurality of parallel processors using SMS cryptography, the SMS cryptography differing from the SCS cryptography.
  • the SCS and/or the SMS may each include dedicated hardware and/or memory to support communications.
  • Document WO 2015/019234 A1 discloses a multi-network communication method and system, implemented in vehicle networks.
  • This method includes a wireless network data router for a vehicle having a multi-connection interface for wireless access in vehicle environments, a wireless LAN interface of the Wi-Fi type; a data interface; a downlink data connection for the vehicle and/or users in and around the vehicle; a data processing unit for routing data between said interfaces.
  • the data processing unit is configured to calculate a score for each network within range on the network interfaces and to switch the uplink connection from the wireless network data router to the network within range having the best score.
  • the wireless network data router for vehicles is provided for connecting vehicles to the Internet via a multi-network device, this router being a mobile router capable of forming a mesh network of connected vehicles, the router being arranged to use parked cars to redistribute a Wi-Fi signal from fixed hotspots.
  • US 2018/0192266 A1 discloses a vehicle capable of providing wireless vehicle communication (V2X) service using a mobile terminal without including a wireless communication module.
  • the mobile terminal provides V2X communication and the associated method may include the steps of the mobile terminal acquiring vehicle information from a vehicle via near field communication (NFC); and relaying V2X data between individuals outside the vehicle using a mobile communication module based on the acquired vehicle information.
  • NFC near field communication
  • a main purpose of the invention is to propose a communication, geolocation and processing device intended to be embedded in an autonomous or non-autonomous vehicle.
  • Another object of the invention is to provide an inter-vehicle communication system that can accommodate the greatest number of vehicles, as well as an inter-vehicle communication method that can be implemented in such a system.
  • a communication, geolocation and processing device on board a vehicle comprising: means of connection to an intra-vehicle communication system, conversion means arranged to read information received from the intra-vehicle communication system, - vehicle and deliver digital data, geolocation means, for delivering information on the position and orientation of said vehicle, processor means, for processing the digital data delivered by the conversion means and the geolocation means, means of wireless communication.
  • the wireless communication means comprise inter-vehicle wireless communication means, the processor means cooperating with the inter-vehicle communication means to communicate directly with one or more other vehicles equipped with a communication, geolocation and processing.
  • the inter-vehicle wireless communication means comprise short-range communication means implementing mesh technology providing direct and two-way communication.
  • Mesh technology also called mesh architecture, is understood here to mean a mesh topology according to the IEEE 802.11 s standard.
  • the inter-vehicle wireless communication means include long-range communication means.
  • the long-range communication means implement a LoRa WAN protocol, implementing the LoRa technology.
  • the long-range communication means implement at least one Zadoff-Chu sequence.
  • the device comprises a Zadoff-Chu sequence generator.
  • Zadoff-Chu sequence generator An introduction to Zadoff-Chu sequences can be found in the article by D.C. Chu entitled “Polyphase codes with good periodic correlation properties”, IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-18, p. 531-532, July 1972.
  • the communication, geolocation and processing device further comprises means of communication with at least one remote server via a digital communication network.
  • a device according to the invention which can be offered in the form of a connectable device or else directly integrated into the vehicle, the latter comprises a box integrating the connection means, the converter means, the geolocation, processor means and wireless communication means.
  • the device according to the invention can also comprise means for communicating locally with connected equipment on board the vehicle, such as a mobile telephone, a tablet or a connected watch.
  • the processor means may be wholly or partly located within the connected equipment.
  • the same is true for the geolocation means which may be wholly or partly located within the vehicle and/or the connected equipment.
  • the means of communication with at least one remote server via a digital communication network may be wholly or partly located within the connected equipment.
  • the device can, for practical reasons, be organized in two boxes, or more, interconnected either via a wireless communication network or via a wired communication network or both simultaneously.
  • One box can integrate the connection means and the converter means and the other box can integrate the geolocation means, the processor means and the wireless communication means.
  • the box which includes the geolocation means, the processor means and the wireless communication means can interface with another box, for example the “Panda” product developed by the company comma, ai.
  • an inter-vehicle communication method implemented in communication, geolocation and processing devices according to the invention fitted to vehicles, comprising: a collection of data from a system internal communication to said first vehicle and geolocation information from said first vehicle, processing of said data thus collected, to deliver identification and location messages, direct transmission of said identification and location messages from said first vehicle to at least one other vehicle so equipped.
  • the direct inter-vehicle transmission implements a long-range wireless communication protocol and a short-range wireless communication protocol implementing a mesh protocol.
  • the long-range wireless communication protocol implements a LoRa WAN protocol.
  • the long-range wireless communication protocol implements at least one Zadoff-Chu sequence.
  • the geolocation information comes directly from the vehicle, or it comes from the geolocation means integrated into the device or via the two channels simultaneously, or else that transferred from another vehicle via the LoRaWAN or wifi communication links.
  • the inter-vehicle communication method according to the invention may further comprise wireless communication with one or more remote servers via a digital communication network. It can also advantageously comprise a step for receiving and processing information relating to the vehicle identification number, relative acceleration and braking, as well as a determination of the relative position of a vehicle with respect to that of a or several other vehicles, comprising a step of triangulation and a step of interpolation of the position of said vehicle with the last data received.
  • a communication system between a plurality of vehicles implementing the communication method according to the invention, comprising: a plurality of communication, geolocation and processing devices according to the invention, equipping each of the vehicles of said plurality of vehicles, said communication, geolocation and processing devices being designed to provide a direct temporary connection between at least two communication, geolocation and processing devices of at least two nearby vehicles.
  • the communication system according to the invention can also advantageously comprise at least one communication server provided for exchanging and processing information with one or more communication, geolocation and processing devices from among the plurality of communication, geolocation and treatment.
  • the vehicles implementing the inter-vehicle communication method according to the invention are still able to communicate with each other even if the link with the server is broken.
  • the means of communication with this server make it possible in particular to remotely update the devices according to the invention and the vehicles and to propose stored trajectories. These means of communication ensure that the device according to the invention also acts as a communication interface with car manufacturers who can develop and deploy new remote applications themselves.
  • the inter-vehicle communication system allows all vehicles equipped with a communication, geolocation and processing device according to the invention to communicate with each other.
  • the proposed solution is adapted to the transition period which will precede the transition from a current non-connected fleet to a future fully connected fleet. This solution helps to facilitate cohabitation between autonomous and non-autonomous vehicles, but also makes it possible to bring new functionalities to conventional vehicles that have been on the road for a few years now (anti-collision alerts, improvements in driving aids, etc.).
  • conventional vehicles are able to exchange information between themselves and with recent vehicles equipped with intelligence. Vehicles can therefore communicate with each other but also with their passengers. Motorists receive warnings directly on the vehicle's dashboard and/or on the screen of on-board connected equipment, to warn them of potential danger nearby but also to make drivers aware of adopting responsible driving. These warnings can be visual, audible or vibratory.
  • the communication, geolocation and processing device which can be offered in the form of a connectable electronic box of the “Plug & Play” type, in particular via an OBD2 socket, or else directly integrated into the vehicle, ensures the communication interface between all vehicles.
  • This communication interface is called: the Car Wide Web.
  • the communication, geolocation and processing device thus acts as a bridge between the two categories of vehicles: conventional vehicles, which even in several decades will still be the majority on the roads, and autonomous vehicles currently being deployed.
  • the communication, geolocation and processing device is equipped with a GPS module to collect GPS position, speed and orientation data.
  • a module for transmitting data collected within the device according to the invention, in particular data delivered by the GPS module, is also integrated into this device.
  • the orientation data preferably includes magnetic heading and true heading data.
  • magnetic heading means the angle between magnetic north and the direction of the vehicle, once corrected for the defect of the magnetic compass inherent in itself and in its environment.
  • True heading is defined as the angle between geographic north (or true north) and the direction of the vehicle.
  • Two levels of communication can be implemented in an inter-vehicle communication system according to the invention:
  • the first level consists in establishing so-called “horizontal” communication, that is to say from vehicle to vehicle and between the communication, geolocation and processing device according to the invention and its carrier vehicle. Knowing its position, the communication, geolocation and processing device according to the invention sets up an inter-vehicle communication protocol based on a wifi mesh network (2.4 GHz or 5 GHz) or on a LoRa WAN system in broadcasting.
  • a wifi mesh network 2.4 GHz or 5 GHz
  • LoRa WAN system in broadcasting.
  • the second level involves the feedback of information on a computer platform.
  • the choice of a 4G network (LTE for non-equipped regions) is very interesting since it allows you to work with a reliable and scalable infrastructure.
  • FIG. 1 is a diagram of an embodiment of a communication, geolocation and processing device according to the invention.
  • FIG.2 Figure 2 is a block diagram of the communication, geolocation and processing device according to the invention.
  • FIG.3 Figure 3 illustrates examples of OBD2 connector locations in a vehicle cockpit
  • FIG.4 Figure 4 is a block diagram of an inter-vehicle communication system according to the invention.
  • FIG.5 Figure 5 is a schematic representation of the A/B retention implemented in a communication, geolocation and processing device according to the invention.
  • FIG.6 Figure 6 illustrates the principle of containerization of user applications embedded in communication, geolocation and processing devices according to the invention
  • FIG.7 Figure 7 illustrates the operating principle of the mesh network between four communication, geolocation and processing devices according to the invention
  • FIG.8 Figure 8 is a diagram illustrating an example implementation of an inter-vehicle communication system
  • FIG.9 Figure 9 illustrates a first step in a communication sequence between two vehicles
  • FIG.10 Figure 10 illustrates a second step in the communication sequence between two vehicles
  • FIG.11 - [FIG.19] Figures 11 to 19 illustrate successive steps of a communication sequence between three vehicles
  • FIG. 20 illustrates an implementation of an inter-vehicle communication method according to the invention, in a configuration of eight vehicles, with implementation of the mesh protocol;
  • FIG.21 Figure 21 illustrates an implementation of an inter-vehicle communication method according to the invention, in a configuration of seven vehicles, with implementation of the mesh and LoRa WAN protocols.
  • the communication, geolocation and processing device 10 is provided with a socket 16 pin 1 which is intended to be coupled to an OBD2 or EOBD 9 diagnostic socket, on board most combustion engine vehicles produced since the 2000s.
  • the communication, geolocation and processing device which can be integrated into a box, uses three CAN / UART converters to allow the reading of CAN information received from the vehicle by a processor 2. 12V/5V and 5V/3.3V regulators allow the communication, geolocation and processing device to be powered directly from pin number 16 of the vehicle socket.
  • the heart of the communication, geolocation and processing device is a microprocessor 4 which can be for example the STM32F4 microprocessor of ARM architecture produced by the company STMicroelectronics.
  • the communication, geolocation and processing device can be equipped with an automotive-grade GPS 5.
  • Inter-vehicle communication is ensured by an 802.11s compatible wireless network card (mesh protocol) and/or by a LoRa 6 communication module.
  • a 4G 7 module is used. It will be possible to implement 5G technology and even 6G, when they become available.
  • each communication, geolocation and processing device 20, 21 according to the invention integrated into a box or directly integrated into the vehicle according to the form of the invention, implements two communication interfaces : a first interface 22,24 corresponds to the connection between the communication, geolocation and processing device and the data processing servers 23.
  • a first interface 22,24 corresponds to the connection between the communication, geolocation and processing device and the data processing servers 23.
  • the latter allow in particular the operation of trajectory prediction and assistance software driving or even updating communication, geolocation and processing devices and vehicles remotely
  • a second interface 25 makes it possible to establish a mesh-type link between the communication, geolocation and processing devices, or well with a LoRa transceiver.
  • Each device 20,21 for communication, geolocation and processing according to the invention is independent.
  • the link to the servers 23 can be established permanently, which allows a feedback of information but also a remote update system of the devices 20,21 of communication, geolocation and processing.
  • the mesh link 25 is temporary and can simultaneously establish several connections and each device 20,21 for communication, geolocation and processing can redirect a message which is not attributed to it.
  • the communication, geolocation and processing device can be connected to the OBD2 socket of vehicles equipped to implement the inter-vehicle communication method according to the invention.
  • Two zones are planned according to the vehicle model: near the clutch or brake pedal (behind the trim panel in some cases), near the accelerator pedal on the left side of the dashboard (behind the trim panel in certain cases).
  • a communication, geolocation and processing device in a first version of a communication, geolocation and processing device according to the invention, the latter is capable of reading the internal information of a vehicle, of sending the information acquired by the device to another device connected to or on board a second vehicle, to receive the data transmitted by a nearby communication, geolocation and processing device and to transmit the collected data to remote servers.
  • the advantage of this first version is to have two vehicles communicate with each other thanks to simplified hardware and hardware and software architecture.
  • This first version implements, for each vehicle VI, V2 equipped, a mobile phone 41.42, a single-board nano-computer with an ARM processor of the Raspberry Pi type 47.48 and a Panda interface Gray 45.46 designed and marketed by comma.ai.
  • the Panda Gray 45.46 interface can be connected to a vehicle's OBD2 43.44 socket and collects information from the CAN bus.
  • the Raspberry Pi 47.48 card retrieves the data acquired by the Panda Gray 45.46 and sends it to another device according to the invention located nearby via a mesh type communication protocol.
  • the mobile phone 41,42 makes it possible, thanks to a dedicated application embedded in this phone, to display the information from the CAN bus and to geolocate the vehicle VI, V2 in real time in its environment.
  • a communication system S comprising one or more dedicated servers 49 to which vehicles VI, V2 are connected via telephones/smartphones 41,42.
  • the dedicated communication network 40 designated under the Car Wide Web® brand, is accessible by vehicles each equipped with a communication, geolocation and processing device according to the invention, and this temporary communication network provides the inter-vehicle communications.
  • the communication, geolocation and processing device must collect certain information from the CAN network of the vehicle. These are segmented into two major categories:
  • the communication, geolocation and processing device collects by default the messages present in the minimum version as well as a customer-defined message pre-selection. Due to the presence of sensors within the communication, geolocation and processing device, the solution is able to collect the following information:
  • the communication, geolocation and processing device can be securely connected to a subdomain of the software platform for operating the communication method according to the invention using a commercially available VPN technology.
  • All the software available on the software operating platform is preferably executed in specific "containers", which allows the application to be updated without physical intervention.
  • the communication, geolocation and processing device retrieves its position information using two sources: the vehicle's CAN link (if the information is available) and its GPS receiver.
  • the vehicle can interpolate its position using mesh communication in two ways: by using a known triangulation technique, for example as that disclosed in US 9,587,948 B2, by interpolating the position with the latest data received.
  • the triangulation technique can also be implemented between several communication, geolocation and processing devices according to the invention, while the GPS of one or more of them is faulty.
  • the continuous improvement of communication, geolocation and processing devices requires the implementation of solutions to implement software updates in a very large number of communication, geolocation and processing devices.
  • the solutions must allow updates without human intervention and in a secure manner. Provision can thus be made for a car manufacturer to subscribe to a management server access service so that the vehicles they market automatically benefit from a software update of the communication, geolocation and processing devices which equip these vehicles. Provision can also be made for it to be the users of vehicles thus equipped who subscribe to such an access service.
  • the first update system updates the operating system and ensures that it is able to run. Otherwise, it will regress to the previous working version.
  • the first partition contains the boot loader. This will scan the other memory locations to find and launch the most recent operating system.
  • the last two partitions of equal sizes contain the operating systems.
  • a and the second B as described in the table below:
  • partition B When leaving the factory, the two partitions are identical, they contain the same version of the operating system. Thus the boot boot selects partition A.
  • partition B When an update is performed, partition B is updated by the system running on partition A. On the next restart, partition B will have a more recent version of the system, so this is the one that will be used. The reverse operation is valid for the next update. In case partition B fails to boot, the system reboots partition A and logs the error to the communication servers. Update by containerization
  • the second system called update by containerization, illustrated by figure 6, is included and is executed by the operating system. It is therefore, by definition, possible to update it later and extend the functionalities presented below.
  • the communication, geolocation and processing device subscribes to an online register. After each start of the operating system, a dedicated service is launched and checks the applications available on the registry. If a new application is present, it downloads or updates it locally. When this dedicated service has the latest version of the application, it containerizes it.
  • This innovation is under an open license (Apache License 2.0) and allows the isolation of an application.
  • This application considers that it is used in an environment where it is alone. It is therefore possible to apply restrictions and rights to it and to isolate it automatically in the event of computer attacks.
  • Application 1 can access the communication servers, so it has network access permissions.
  • Application 2 does not have any particular rights, however it authorizes application 1 to communicate with it.
  • Application 3 can access the CAN network for writing and reading.
  • Inter-vehicle communication is possible using the IEEE 802.11 s standard. It frames the operation of mesh protocols. This protocol works without a specific point-to-point infrastructure with each of the devices located nearby and having a network identifier and a common password.
  • the communication, geolocation and processing device uses frequency bands around 5 GHz in order to ensure communications over short ranges and to obtain a high speed for many vehicles.
  • the communication, geolocation and processing device uses a pre-existing mesh protocol.
  • This mesh protocol can for example be implemented between four devices A, B, C and D for communication, geolocation and processing according to the invention, as illustrated in Figure 7.
  • the frequency band used in France is 2.4 GHz or 5 GHz
  • the width of the communication channel [2.4 GHz standard 802.1 In] HT20, HT40-, HT40+, HT40, or [ 5 GHz standard 802.1 lac] VHT20, VHT40, VHT80, VHT160)
  • the number of the channel used (a number is associated by the 802.1 In/ac standards for each of the carrier frequencies)
  • the network name (SSID) made up of a string of no more than 32 characters, an identical pre-shared key for both vehicles, consisting of at least 8 characters up
  • the first three points correspond to the physical parameters defined in the set of 802.11 standards.
  • the network name distinguishes the mesh link from other networks using the same frequency.
  • the pre-shared key adds a level of security to the initial communications: the connection request from device A to device B will be encrypted and vice versa.
  • LoRa WAN has the ability to transmit information over large distances (several kilometers) thanks to its high spreading factor. On the other hand, the size of the data to be transmitted is smaller and the transmission time longer. On the other hand, mesh technology makes it possible to send more information but its field of action is limited to a hundred meters and the energy consumption is higher. For rural trips, the LoRa WAN seems to be the preferred solution, while for urban trips, the mesh protocol would be the most suitable method.
  • vehicles VI and V2 are equipped with a communication device, geolocation and processing according to the invention, implementing the two mesh and LoRa WAN protocols.
  • the objective is to highlight the inter-vehicle communication thanks to two devices according to the invention installed in two different vehicles VI, V2.
  • VI sends its information to V2 in the same way as V2 sends its information to VI and VI receives the information from V2 in the same way as V2 receives the information from VI.
  • Communication is direct and two-way (V2V) created using a mesh type communication protocol. As this is a mesh-type short-range communication protocol, the distance must be less than a hundred meters for a connection to be established between the two vehicles.
  • the information collected concerning the two vehicles is continuously transferred to a dedicated communication server.
  • These data allow, among other things, the device fitted to each vehicle to calculate the distance which separates the two vehicles. Knowing, among other things, the instantaneous distance which separates the two vehicles and the instantaneous speed specific to each of the vehicles, the communication, geolocation and processing device allows the application embedded in the dashboard of each vehicle and/or in each connected object to warn the driver(s) concerned if the vehicles are about to collide. This warning may be audible and/or vibratory and/or visual and may be represented in the form of a notification which appears either on the vehicle's control screen or on the screen of one or more connected objects present in the vehicle. vehicle interior.
  • clicking on the marker of a vehicle via the on-board application in the case of a driver and/or remote in the case of an operator, allows access to additional information specific to the vehicle in question (model, brand, performance, consumption and other technical characteristics) as well as on the journey in progress and on the journeys completed (duration, mileage, average speed, maximum speed, minimum speed, driver driving information).
  • the software application implementing the communication method according to the invention can for example know the information specific to his vehicle and to his movements in an indeterminate and evolving environment: characteristics vehicle techniques, routes taken, anti-collision alerts, visualization of nearby vehicles... Personal data will remain confidential and will be inaccessible to other users.
  • a vehicle A communicates either in mesh or in LoRa WAN, or both protocols simultaneously with a vehicle B.
  • a vehicle A can communicate in mesh with a vehicle B and in mesh with a vehicle C.
  • a vehicle A can communicate in mesh with a vehicle B and in LoRa WAN with a vehicle C.
  • a vehicle A can communicate in mesh as well as in LoRa WAN with a vehicle B and only in LoRa WAN with a vehicle C. All combinations are possible.
  • LoRa WAN protocol is therefore inactive for the moment because there are only two vehicles and the mesh protocol is active when two vehicles are close.
  • the vehicles VI, V2 reciprocally detect the presence of another vehicle in their field of action via the mesh protocol because the emission conditions now allow it.
  • the two protocols can operate simultaneously, but in the rest of this example the mesh protocol is activated and takes over the LoRa WAN protocol.
  • VI transmits to V2 its information included in the HCM 1 message in the same way that V2 transmits to VI its information included in the HCM 2 message. This is the authentication and identification phase.
  • VI receives the HCM 21 message and updates HCM 1 in order to transmit its new information to V2 with the latest known data from V2 (HCM 12).
  • V2 receives the HCM 12 message and updates HCM 2 in order to transmit to VI its new information with the last known data of VI (HCM 21).
  • the messages exchanged between the two vehicles can be constructed as follows: the first number corresponds to the transmitting vehicle, the second number corresponds to the recipient vehicle and those which follow correspond to the closest vehicles with respect to to the transmitting vehicle. As long as the distance between the two vehicles is less than the emission range which depends on the emission conditions, VI and V2 communicate with each other using the mesh communication protocol.
  • each of these vehicles VI, V2, V3 being provided with a device communication, geolocation and processing according to the invention.
  • a third vehicle V3 is added to the traffic and arrives near V2 then VI.
  • V2 and VI circulate at the same speed and in a constant manner and are already in communication thanks to the mesh protocol.
  • the speed of V3 is higher than that of VI and V2.
  • V3 is close enough to V2 for the two vehicles to initially connect to each other in mesh,
  • V3 and VI are connected through direct communication and V3 and VI are connected through indirect communication (V2 serves as a relay)
  • V2 transmits to V3 the information included in the HCM 2 message specific to V2 as well as the information included in the HCM 1 message specific to VI (HCM 21),
  • V3 transmits to V2 the information included in the HCM 3 message specific to V3.
  • V2 knows the latest known information from VI allows V3 to know, at time t, the data of the two vehicles in front of it without V3 being connected directly to VI thanks to the HCM message 21.
  • V2 is used here of relays so that VI and V3 exchange messages.
  • VI updates HCM 1 and transmits HCM message 123 to V2
  • V2 receives HCM message 123
  • V2 updates HCM 2 and sends HCM 231 message to V3 and HCM 213 message to VI
  • V3 receives HCM message 231
  • V3 updates HCM 3 and forwards HCM message 321 to V2 V2 receives HCM message 321
  • V2 updates HCM 2 and sends the HCM 213 message to VI and the HCM 231 message to V3
  • V3 comes within the scope of VI (the emission conditions are respected so that the two vehicles communicate directly with each other via the mesh protocol)
  • V3 transmits to VI the information included in the HCM 3 message specific to V3
  • VI transmits to V3 the information included in the HCM 1 message specific to VI
  • V3 has come close enough to V2 and VI for the three vehicles to be able to exchange information with each other using the mesh communication protocol.
  • VI and V2, V2 and V3, V3 and VI can communicate directly with each other and/or through another vehicle.
  • HCM 231 takes precedence over HCM 132 and HCM 213 takes precedence over HCM 312.
  • V3 For V3, the closest danger is at 10 m (V2) and not at 18 m (VI) so the exchange between V3 and V2 has a higher importance than that between V3 and VI
  • V2 For V2, the closest danger is at 8 m (VI) and not at 10 m (V3) so the exchange between V2 and VI has a higher importance than that between V2 and V3
  • V3 and VI receive the HCM 2 message sent by V2 V3 and VI share between them the information of the three vehicles (VI, V2, V3) present on the section of road (HCM 132 and HCM 312)
  • the transmission and reception modules of the communication, geolocation and processing device installed in vehicle V2 are faulty
  • V2 cannot connect with V3 and VI
  • V2 is therefore "blind” and “invisible” for V3 and VI vehicles
  • V3 and VI remain in direct communication
  • V2 and V3 are in direct communication
  • VI and V3 are in direct communication
  • VI and V2 are in indirect communication (V3 serves as a relay vehicle)
  • VI, V2 and V3 are unable to communicate with each other and therefore "invisible”.
  • V3 is closer to VI than to V2
  • HCM 132 has priority over HCM 231
  • HCM 312 has priority over HCM 213
  • HCM 123 has priority over HCM 321
  • connection procedure between vehicles is the same as soon as a new vehicle is added to an existing mesh.
  • eight vehicles circulate with a leading platoon made up of four vehicles V1, V2, V3, V4 in communication with a second platoon of three vehicles V6, V7, V8 thanks to a vehicle V5 which serves as a relay.
  • the vehicles communicate with each other within each platoon with the mesh protocol. Communication between the two platoons is also ensured by the mesh protocol thanks to the V5 vehicle. But if the transmission conditions are no longer respected, then the mesh protocol no longer ensures inter-vehicle communications. That is to say, if the distance between the two platoons exceeds the maximum capabilities of the short range communication protocol, then the mesh protocol is not operational for the two platoons to communicate with each other. Without the V5 vehicle, the two platoons cannot communicate with each other if their only method of communication is mesh.
  • the distance between V5 and V4 is 40 meters and the distance between V5 and V6 is 70 meters. The sum of these two distances is equal to 110 meters. Which is greater than the transmission range ensured or maximum by the mesh protocol.
  • the V5 vehicle plays an important role in this situation: it is a relay vehicle. The front platoon can communicate with the back platoon only through the V5 vehicle. The mesh protocol, on its own, therefore does not ensure communication between the two platoons if the V5 vehicle is not present.
  • the LoRa WAN communication protocol takes over. Two vehicles can therefore communicate with each other up to a hundred meters using a mesh-type short-range communication protocol or over several kilometers using a LoRa WAN-type long-range communication protocol.
  • the LoRa WAN protocol therefore allows the two platoons to communicate with each other in this configuration. Either way, since both protocols are active, all vehicles communicate with each other. For example VI communicates directly with V2, V3 and V4 thanks to the mesh communication protocol because the vehicles are nearby but VI also communicates in parallel and directly with V6, V7 and V8 thanks to the LoRa WAN long range communication protocol.
  • the two protocols can also operate at the same time between two vehicles if the emission conditions of the two protocols allow it.
  • a first group of four vehicles V 1 , V2, V3, V4 communicate with each other by the mesh protocol.
  • a second group of three vehicles V6, V7, V8 follows this first group at a distance greater than 100 meters. These three vehicles V6, V7, V8 communicate with each other by the mesh protocol while the lead vehicle of this second group, V6, communicates with the tail vehicle of the first group, V4, by the LoRa WAN protocol.
  • the communication between these two groups will automatically switch to mesh protocol or the mesh protocol will complete the LoRa WAN protocol depending on the emission conditions as soon as the difference between the two groups will have become less than the maximum transmission range of the mesh protocol.
  • Nearby vehicles thus create a mesh and all the vehicles belonging to this mesh share information with each other in real time. If a lone vehicle gets close enough to a platoon, communication is established with the new incoming vehicle. The vehicle is now part of the mesh, which allows it to exchange data with all the vehicles that make up the platoon.
  • Each of the vehicles serves as a relay to transmit information from a vehicle at the front of the platoon to another vehicle at the back of the platoon.

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Abstract

Dispositif (10) de communication, de géolocalisation et de traitement embarqué dans un véhicule, comprenant des moyens (1) de connexion à un réseau de communication interne à ce véhicule, des moyens convertisseurs (2) agencés pour lire des informations issues de ce réseau de communication et délivrer des données numériques, des moyens (5) de géolocalisation pour délivrer des informations sur la position, les caps et la vitesse dudit véhicule, des moyens processeurs (4) pour traiter les données numériques et les informations de position et de cap, et des moyens de communication sans-fil (6,7). Les moyens de communication sans fil (6,7) comprennent des moyens de communication sans fil inter- véhicules (6), et les moyens processeurs (4) coopèrent avec ces moyens de communication sans fil inter- véhicules (6) pour communiquer directement avec un ou plusieurs autres véhicules ainsi équipés.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement embarqué dans un véhicule, et procédé/système de communication inter- véhicules mettant en œuvre ce dispositif
DOMAINE DE l’INVENTION
La présente invention concerne un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement embarqué dans un véhicule automobile. Elle vise également un procédé et un système de communication inter- véhicules mettant en œuvre ce dispositif.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Depuis quelques années, les constructeurs automobiles innovent pour rendre la voiture de demain toujours plus automatisée et indépendante vis-à-vis du conducteur. Il faut donc s'attendre à voir, dans les années à venir, des véhicules totalement autonomes sur les routes.
Les aides à la conduite (ADAS pour Advanced Driver-Assistance Systems : Systèmes Avancés d’Aide à la Conduite), déjà présentes dans la majorité des véhicules, marquent le début d’une séparation entre le véhicule et son conducteur. Grâce à ces technologies et à des méthodes d’apprentissage machine, le véhicule est maintenant capable d’exécuter certaines actions seul et de corriger sa propre allure. Les déplacements du véhicule seront entièrement contrôlés par une intelligence artificielle qui utilisera les données reçues par différents capteurs (radars, lidars, ultrasons, caméras). Ce sera une véritable révolution dans nos vies et nos manières de se déplacer.
Cependant, ces avancées technologiques ne s'effectueront pas immédiatement, il y aura certainement une période de transition pour passer d’un environnement sans à un environnement avec véhicules autonomes, c’est-à-dire un mélange de véhicules motorisés à différents niveaux d’indépendance. Le gap ne sera pas immédiat. Les véhicules pilotés par les machines et les véhicules classiques contrôlés par les humains cohabiteront forcément.
Les passagers devront avoir une confiance totale, tout est l’intérêt du véhicule autonome. Malheureusement le risque zéro n’existe pas. Certains conducteurs ont une conduite dangereuse qui pourrait déstabiliser la voiture autonome. L’intégration des véhicules autonomes se fera donc dans un monde imprévisible et ce ne sera pas si simple. La technologie n’est pas encore assez maîtrisée pour créer une situation stable, fluide et coordonnée avec les véhicules classiques sur la route. Tant que la machine suivra scrupuleusement son programme informatique sans tenir compte de l’environnement qui l’entoure, la cohabitation entre véhicules autonomes et véhicules classiques sera compliquée.
Certains constructeurs automobiles mettent les moyens nécessaires pour que les véhicules soient connectés entre eux. Mais ces nouvelles technologies s’adressent seulement aux véhicules récents. La majorité des véhicules, déjà présents sur le marché depuis plusieurs années, sont dépourvus de systèmes de communication. Ce qui pose plusieurs problèmes vis-à-vis de l’efficacité des systèmes de communication inter-véhicules (IVC pour Inter Vehicle Communication). En premier lieu, il existe des problèmes de stabilité à cause du manque de nœuds dans le réseau. Le maillage actuel est très lâche et limité en termes de performances. De plus, le manque de véhicules connectés rend les applications envers la sécurité routière rares. En effet, si la majorité des véhicules ne peuvent pas recevoir des données alors les automobilistes n’éviteront jamais un accident grâce à des informations transmises par un véhicule communiquant en aval de la circulation, ou au contraire, le véhicule connecté en amont de la circulation ne sera jamais averti d’un potentiel danger si le véhicule devant lui est dépourvu de système de communication.
Pour se faire, il faut impérativement que les véhicules autonomes et les véhicules classiques communiquent entre eux. Cependant les deux catégories de véhicules n’ont pas les mêmes capacités de communication. L’une est dotée d’une « intelligence artificielle » et de « parole » alors que l’autre est « muette » et ne réfléchit pas.
Les documents US 10,171,967 B2 et WO2017/053439 Al divulguent des systèmes et procédés de réseaux de communication pour prendre en charge un réseau de nœuds mobiles correspondant à des véhicules autonomes, et un réseau configurable dynamiquement de véhicules autonomes comprenant un réseau complexe de nœuds de communication à la fois statiques et mobiles.
Le document US 2019/0174281 Al divulgue un procédé de commande d’un véhicule comprenant un dispositif de communication qui communique avec un véhicule à proximité dans une plage prédéterminée basée sur le procédé de communication de véhicule à véhicule (V2V), et un contrôleur qui forme un réseau avec le véhicule à proximité et calcule la vitesse représentative du réseau sur la base de au moins une des informations de vitesse du véhicule ou des informations de vitesse du véhicule à proximité. Ce contrôleur calcule la vitesse de liaison d'une liaison routière sur la base de la vitesse représentative du réseau.
Le document US 2019/0334706 Al divulgue un contrôleur de conduite autonome mettant en œuvre des communications cryptées et comprenant une pluralité de processeurs parallèles fonctionnant sur des données d'entrée communes reçues d’une pluralité de capteurs de conduite autonomes. Chacun de la pluralité de processeurs parallèles comprend des circuits de communication, un processeur général, un sous-système de processeur de sécurité (SCS) et un sous-système de sécurité (SMS). Le circuit de communication prend en charge les communications entre la pluralité de processeurs parallèles, y compris les communications interprocesseurs entre les processeurs généraux de la pluralité de processeurs parallèles, les communications entre les SCS de la pluralité de processeurs parallèles utilisant la cryptographie SCS et les communications entre les SMS de la pluralité des processeurs parallèles utilisant la cryptographie SMS, la cryptographie SMS différant de la cryptographie SCS. Le SCS et / ou le SMS peuvent chacun comprendre un matériel et / ou une mémoire dédiée pour prendre en charge les communications.
Le document WO 2015/019234 Al divulgue un procédé et système de communication multi- réseaux, mis en œuvre dans des réseaux de véhicules. Ce procédé comprend un routeur de données de réseau sans fil destiné à un véhicule comportant une interface multi-connexions destinée à l'accès sans fil dans des environnements de véhicules, une interface de réseau local sans fil du type Wi-Fi ; une interface de données ; une connexion de données en liaison descendante pour le véhicule et/ou des utilisateurs se trouvant dans le véhicule et au voisinage de celui-ci ; une unité de traitement de données servant à acheminer des données entre lesdites interfaces.
L'unité de traitement de données est configurée pour calculer un score pour chaque réseau situé à portée sur les interfaces de réseau et pour faire passer la connexion en liaison montante du routeur de données de réseau sans fil sur le réseau situé à portée présentant le meilleur score. Le routeur de données de réseau sans fil pour véhicules est prévu pour connecter des véhicules à l'Internet via un dispositif multi-réseaux, ce routeur étant un routeur mobile apte à former un réseau maillé de véhicules connectés, le routeur étant agencé pour utiliser des voitures stationnées pour redistribuer un signal Wi-Fi à partir de zones d'accès fixes.
Le document US 2018/0192266 Al divulgue un véhicule capable de fournir un service de communication de véhicule sans fil (V2X) en utilisant un terminal mobile sans comprendre de module de communication sans fil. Le terminal mobile fournit une communication V2X et le procédé associé peut comprendre les étapes consistant à acquérir, par le terminal mobile, des informations de véhicule à partir d'un véhicule via une communication en champ proche (NFC) ; et à relayer des données V2X entre des individus à l'extérieur du véhicule en utilisant un module de communication mobile sur la base des informations de véhicule acquises.
Ces systèmes de communication présentent toutefois l’inconvénient d’impliquer des véhicules autonomes ou semi-autonomes et dotés de systèmes de communication embarqués et ils sont mis en œuvre dans des environnements et infrastructures déjà compatibles avec des communications inter- véhicules.
Un but principal de l’invention est de proposer un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement destiné à être embarqué dans un véhicule autonome ou non autonome. Un autre but de l’invention est de proposer un système de communication inter-véhicules pouvant accueillir le plus grand nombre de véhicules, ainsi qu’un procédé de communication intervéhicules qui puisse être mis en œuvre dans un tel système.
EXPOSE DE L’INVENTION Cet objectif est atteint avec un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement embarqué dans un véhicule, comprenant : des moyens de connexion à un système de communication intra- véhicule, des moyens de conversion agencés pour lire des informations reçues du système de communication intra- véhicule et délivrer des données numériques, des moyens de géolocalisation, pour délivrer des informations sur la position et l’orientation dudit véhicule, des moyens processeurs, pour traiter les données numériques délivrées par les moyens de conversion et les moyens de géolocalisation, des moyens de communication sans-fil.
Suivant l’invention, les moyens de communication sans fil comprennent des moyens de communication sans-fil inter-véhicules, les moyens processeurs coopérant avec les moyens de communication inter-véhicules pour communiquer directement avec un ou plusieurs autres véhicules équipés d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement.
Les moyens de communication sans fil inter-véhicules comprennent des moyens de communication de faible portée implémentant une technologie mesh procurant une communication directe et bidirectionnelle. On entend ici par technologie mesh dite aussi architecture mesh, une topologie maillée suivant le standard IEEE 802.11 s.
Les moyens de communication sans fil inter-véhicules comprennent des moyens de communication de longue portée.
Selon un premier exemple les moyens de communication de longue portée implémentent un protocole LoRa WAN, mettant en œuvre la technologie LoRa.
Selon un deuxième exemple, les moyens de communication de longue portée implémentent au moins une séquence de Zadoff-Chu. De préférence, le dispositif comprend un générateur de sequences de Zadoff-Chu. On pourra trouver une introduction aux séquences de Zadoff-Chu dans l'article de D.C. Chu intitulé « Polyphase codes with good periodic correlation properties », IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-18, pp. 531-532, Juillet 1972.
De préférence, le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention comprend en outre des moyens de communication avec au moins un serveur distant via un réseau de communication numérique.
Dans une première configuration d’un dispositif selon l’invention, qui peut être proposé sous la forme d’un dispositif connectable ou bien directement intégré au véhicule, celui-ci comporte un boitier intégrant les moyens de connexion, les moyens convertisseurs, les moyens de géolocalisation, les moyens processeurs et les moyens de communication sans fil.
Le dispositif selon l’invention peut en outre comprendre des moyens pour communiquer localement avec un équipement connecté embarqué dans le véhicule, tel qu’un téléphone mobile, une tablette ou une montre connectée. Les moyens processeurs peuvent être en tout ou partie situés au sein de l’équipement connecté. Il en est de même pour les moyens de géolocalisation qui peuvent être en tout ou partie situés au sein du véhicule et/ou de l’équipement connecté.
Les moyens de communication avec au moins un serveur distant via un réseau de communication numérique peuvent être en tout ou partie situés au sein de l’équipement connecté.
Le dispositif peut, pour des raisons pratiques, être organisé en deux boîtiers, ou plus, reliés entre eux soit via un réseau de communication sans fil soit via un réseau de communication filaire ou les deux simultanément. Un boîtier peut intégrer les moyens de connexion et les moyens convertisseurs et l’autre boîtier peut intégrer les moyens de géolocalisation, les moyens processeurs et les moyens de communication sans fil.
Le boîtier qui comprend les moyens de géolocalisation, les moyens processeurs et les moyens de communication sans fil peut s’interfacer avec un autre boîtier, par exemple le produit « Panda » développé par la société comma, ai.
Suivant un autre aspect de l’invention, il est proposé un procédé de communication intervéhicules mis en œuvre dans des dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention équipant des véhicules, comprenant : une collecte de données issues d’un système de communication interne audit premier véhicule et d’informations de géolocalisation dudit premier véhicule, un traitement desdites données ainsi collectées, pour délivrer des messages d’identification et de localisation, une transmission directe desdits messages d’identification et de localisation dudit premier véhicule vers au moins un autre véhicule ainsi équipé.
La transmission directe inter-véhicules met en œuvre un protocole de communication sans fil longue portée et un protocole de communication sans fil de faible portée implémentant un protocole mesh.
Selon un premier exemple, le protocole de communication sans fil de longue portée implémente un protocole LoRa WAN.
Selon un deuxième exemple, le protocole de communication sans fil de longue portée implémente au moins une séquence de Zadoff-Chu.
De préférence, les informations de géolocalisation proviennent directement du véhicule, ou elles proviennent des moyens de géolocalisation intégrés au dispositif ou via les deux canaux en simultané, ou bien celles transférées d’un autre véhicule via les liens de communications LoRaWAN ou wifi.
On peut prévoir que le procédé de communication inter-véhicules comprenne une étape pour rediriger vers un des véhicules un message qui ne lui est pas attribué.
Le procédé de communication inter-véhicules selon l’invention peut en outre comprendre une communication sans fil avec un ou plusieurs serveurs distants via un réseau de communication numérique. Il peut en outre avantageusement comprendre une étape pour recevoir et traiter des informations de numéro d’identification du véhicule, d’accélération et de freinage relatif, ainsi qu’une détermination de la position relative d’un véhicule par rapport à celle d’un ou plusieurs autres véhicules, comprenant une étape de triangulation et une étape d’interpolation de la position dudit véhicule avec les dernières données reçues.
Suivant encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un système de communication entre une pluralité de véhicules, mettant en œuvre le procédé de communication selon l’invention, comprenant : une pluralité de dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention, équipant chacun des véhicules de ladite pluralité de véhicules, lesdits dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement étant conçus pour procurer une connexion temporaire directe entre au moins deux dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement d’au moins deux véhicules à proximité.
Le système de communication selon l’invention peut en outre avantageusement comprendre au moins un serveur de communication prévu pour échanger et traiter des informations avec un ou plusieurs dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement parmi la pluralité de dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement.
Il est important de noter que les véhicules implémentant le procédé de communication inter-véhicules selon l’invention sont toujours capables de communiquer entre eux même si la liaison avec le serveur est rompue. Les moyens de communication avec ce serveur permettent notamment de mettre à jour à distance les dispositifs selon l’invention et les véhicules et de proposer des trajectoires mémorisées. Ces moyens de communication assurent que le dispositif selon l’invention joue également le rôle d’interface de communication avec les constructeurs automobiles qui peuvent développer et déployer eux-mêmes des nouvelles applications à distance.
Avec la présente invention, il s’agit de coupler les technologies existantes à des agents extérieurs afin de rendre l’environnement visible, actif et coopératif dans le but de créer une nouvelle communauté évolutive constituée d’automobilistes, de véhicules autonomes et non autonomes.
Le système de communication inter-véhicules selon l’invention permet à tous les véhicules équipés d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention de communiquer entre eux. La solution proposée est adaptée à la période de transition qui va précéder le passage d’un parc automobile actuel non connecté à un futur parc entièrement connecté. Cette solution contribue à faciliter la cohabitation entre les véhicules autonomes et non autonomes mais aussi permet d’apporter des nouvelles fonctionnalités aux véhicules conventionnels en circulation depuis déjà quelques années sur les routes (alertes anticollision, améliorations des aides à la conduite. . .).
Avec la présente invention, les véhicules conventionnels sont en mesure d’échanger des informations entre eux et avec des véhicules récents dotés d’intelligence. Les véhicules peuvent donc communiquer entre eux mais aussi avec leurs passagers. Les automobilistes reçoivent des avertissements directement sur le tableau de bord du véhicule et/ou sur l’écran d’un équipement connecté embarqué, pour les avertir d’un potentiel danger à proximité mais aussi sensibiliser les conducteurs à adopter une conduite responsable. Ces avertissements peuvent être visuels, sonores ou vibratoires.
Le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention, qui peut être proposé sous la forme d’un boitier électronique connectable de type « Plug & Play », notamment via une prise OBD2, ou bien directement intégré au véhicule, assure l’interface de communication entre tous les véhicules. Cette interface de communication se nomme : le Car Wide Web. Le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement fait ainsi office de passerelle entre les deux catégories de véhicules : les véhicules conventionnels qui même dans plusieurs dizaines d’années seront toujours majoritaires sur les routes et les véhicules autonomes en cours de déploiement.
Le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention est équipé d’un module GPS pour collecter les données de position GPS, vitesse et orientation. Un module d’émission des données collectées au sein du dispositif selon l’invention, notamment des données délivrées par le module GPS, est aussi intégré dans ce dispositif.
Les données d’orientation incluent de préférence des données de cap magnétique et de cap vrai.
On entend ici par cap magnétique l'angle entre le nord magnétique et la direction du véhicule, une fois corrigé du défaut du compas magnétique inhérent à lui-même et à son environnement. Le cap vrai est défini comme l'angle entre le nord géographique (ou nord vrai) et la direction du véhicule.
Deux niveaux de communication peuvent être mis en œuvre dans un système de communication inter-véhicules selon l’invention :
Le premier niveau consiste à établir une communication dite « horizontale », c’est à dire de véhicules à véhicules et entre le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention et son véhicule porteur. Connaissant sa position, le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention met en place un protocole de communication inter-véhicules basé sur un réseau maillé wifi (2.4 GHz ou 5 GHz) ou bien sur un système LoRa WAN en mode broadcast.
Le second niveau implique la remontée d’informations sur une plateforme informatique. Le choix d’un réseau 4G (LTE pour les régions non équipées) est très intéressant puisqu’il permet de travailler avec une infrastructure fiable et évolutive.
DESCRIPTION DES FIGURES
On comprendra mieux l’invention en référence aux figures suivantes : [FIG.1 ] La figure 1 est un schéma d’un exemple de réalisation d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention ;
[FIG.2] La figure 2 est un schéma fonctionnel du dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention ;
[FIG.3] La figure 3 illustre des exemples d’emplacement de connecteurs OBD2 dans un cockpit de véhicule ;
[FIG.4] La figure 4 est un schéma synoptique d’un système de communication inter-véhicules selon l’invention ;
[FIG.5] La figure 5 est une représentation schématique de la rétention A/B mise en œuvre dans un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention ;
[FIG.6] La figure 6 illustre le principe de conteneurisation des applications utilisateurs embarquées dans des dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention ;
[FIG.7] La figure 7 illustre le principe de fonctionnement du réseau mesh entre quatre dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention ;
[FIG.8] La figure 8 est un schéma illustrant un exemple de mise en œuvre d’un système de communication inter- véhicules ;
[FIG.9] La figure 9 illustre une première étape d’une séquence de communication entre deux véhicules ;
[FIG.10] La figure 10 illustre une seconde étape de la séquence de communication entre deux véhicules ;
[FIG.11] - [FIG.19] Les figures 11 à 19 illustrent des étapes successives d’une séquence de communication entre trois véhicules ;
[FIG.20] La figure 20 illustre une mise en œuvre d’un procédé de communication inter- véhicules selon l’invention, dans une configuration de huit véhicules, avec implémentation du protocole mesh ; et
[FIG.21] La figure 21 illustre une mise en œuvre d’un procédé de communication inter- véhicules selon l’invention, dans une configuration de sept véhicules, avec implémentation des protocole mesh et LoRa WAN.
DESCRIPTION DETAILLEE
En référence à la figure 1, dans un premier mode de réalisation de l’invention, le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement 10 selon l’invention est pourvu d’une prise 16 broches 1 qui est prévue pour être couplée à une prise de diagnostic OBD2 ou EOBD 9, embarquée dans la plupart des véhicules à moteur thermique produits depuis les années 2000.
Le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement, qui peut être intégré dans un boitier, utilise trois convertisseurs CAN / UART pour permettre la lecture des informations CAN reçues du véhicule par un processeur 2. Des régulateurs 12V/5V et 5V/3.3V permettent l’alimentation du dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement directement depuis la broche numéro 16 de la prise véhicule. Le cœur du dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement est un micro-processeur 4 qui peut être par exemple le microprocesseur STM32F4 d’architecture ARM produit par la société STMicroelectronics.
Pour une localisation précise, le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement peut être équipé d’un GPS 5 de qualité automobile.
La communication inter- véhicules est assurée par une carte réseau sans-fil compatible 802.11s (protocole mesh) et/ou par un module de communication LoRa 6.
Pour la remontée des informations vers les serveurs de traitement, un module 4G 7 est utilisé. Il sera possible d’implémenter une technologie 5G et même 6G, lorsqu’elles seront disponibles.
En référence à la figure 2, chaque dispositif 20,21 de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention, intégré dans un boitier ou directement intégré dans le véhicule selon la forme de l’invention, met en œuvre deux interfaces de communication : une première interface 22,24 correspond à la connexion entre le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement et les serveurs de traitement de données 23. Ces derniers permettent notamment la mise en opération de logiciels de prédiction de trajectoire et d’assistance à la conduite ou encore une mise à jour des dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement et des véhicules à distance, une deuxième interface 25 permet d’établir un lien de type mesh entre les dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement, ou bien avec un émetteur/récepteur LoRa.
Chaque dispositif 20,21 de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention est indépendant. Le lien vers les serveurs 23 peut être établi de façon permanente, ce qui permet une remontée d’informations mais aussi un système de mise à jour à distance des dispositifs 20,21 de communication, de géolocalisation et de traitement. Le lien mesh 25 est temporaire et peut établir simultanément plusieurs connexions et chaque dispositif 20,21 de communication, de géolocalisation et de traitement peut rediriger un message qui ne lui est pas attribué.
En référence à la figure 3, le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention peut être connecté sur la prise OBD2 de véhicules équipés pour mettre en œuvre le procédé de communication inter- véhicules selon l’invention. Deux zones sont prévues selon le modèle du véhicule : près de la pédale d’embrayage ou de la pédale de frein (derrière le panneau de finition dans certains cas), près de la pédale d’accélération sur la façade gauche du tableau de bord (derrière le panneau de finition dans certains cas).
Il est à noter que dans une première version d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention, ce dernier est capable de lire les informations internes d’un véhicule, d’envoyer les informations acquises par le dispositif à un autre dispositif connecté à ou embarqué dans un deuxième véhicule, de recevoir les données émises par un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement à proximité et de transmettre les données collectées aux serveurs distants. L’intérêt de cette première version est de faire communiquer deux véhicules entre eux grâce à un matériel et une architecture matérielle et logicielle simplifiées.
Cette première version, illustrée par la figure 4, met en œuvre, pour chaque véhicule VI, V2 équipé, un téléphone portable 41,42, un nano-ordinateur mono-carte à processeur ARM de type Raspberry Pi 47,48 et une interface Panda Grey 45,46 conçue et commercialisée par la société comma.ai. L’interface Panda Grey 45,46 peut être connectée sur la prise OBD2 43,44 d’un véhicule et collecte les informations du bus CAN. La carte Raspberry Pi 47,48 récupère les données acquises par le Panda Grey 45,46 et les envoie à un autre dispositif selon l’invention situé à proximité via un protocole de communication de type mesh. Le téléphone portable 41,42 permet, grâce à une application dédiée embarquée dans ce téléphone, de visualiser les informations du bus CAN et de géolocaliser le véhicule VI, V2 en temps réel dans son environnement.
On peut réaliser un système S de communication selon l’invention comprenant un ou plusieurs serveurs dédiés 49 auxquels des véhicules VI, V2 sont connectés via les téléphones/smartphones 41,42. Le réseau de communication dédié 40, désigné sous la marque Car Wide Web®, est accessible par les véhicules équipés chacun d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention, et ce réseau de communication, temporaire, assure les communications inter- véhicules.
Pour un fonctionnement minimal, le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement doit collecter sur le réseau CAN du véhicule certaines informations. Ces dernières sont segmentées en deux catégories d’importance :
— élevée : le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement ne peut assurer ses fonctions sans la présence de l’information en question, — faible : le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement peut assurer ses fonctions sans la présence de l’information en question mais son fonctionnement sera dégradé. Le tableau ci-dessous fournit des caractéristiques techniques d’un exemple pratique de réalisation d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention.
Figure imgf000013_0001
Caractéristiques techniques d’un exemple de réalisation Le tableau ci-dessous rassemble la nature et le format de données acquises par un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention, pour un fonctionnement minimal.
Figure imgf000013_0002
Données collectées par le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement via le réseau CAN en fonctionnement minimal
En fonctionnement maximal, le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention collecte par défaut les messages présents dans la version minimale ainsi qu’une présélection de messages définie par le client. De par la présence de capteurs au sein du dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement, la solution est en mesure de collecter les informations suivantes :
Figure imgf000014_0001
Données collectées par les capteurs du dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement
Le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention est connectable de manière sécurisée sur un sous-domaine de la plateforme logicielle d’exploitation du procédé de communication selon l’invention à l’aide d’une technologie VPN commercialement disponible. Tous les logiciels disponibles sur la plateforme d’exploitation logicielle sont de préférence exécutés dans des ” conteneurs” spécifiques ce qui permet de mettre à jour l’application sans intervention physique.
Détermination de la position d’un véhicule
Le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement récupère les informations de sa position à l’aide de deux sources : la liaison CAN du véhicule (si l’information est disponible) et son récepteur GPS.
En cas de perte de signal temporaire, le véhicule peut interpoler sa position à l’aide de la communication mesh de deux manières : en utilisant une technique connue de triangulation, par exemple comme celle divulguée dans le document US 9,587,948 B2, en interpolant la position avec les dernières données reçues.
La technique de triangulation peut aussi être mise en œuvre entre plusieurs dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention, alors que le GPS de l’un ou plusieurs d’entres eux est défaillant.
Mise à jour logicielle des dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement
L’amélioration continue des dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement nécessite de mettre en place des solutions pour implémenter les mises à jour logicielles dans un très grand nombre de dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement. Les solutions doivent permettre les mises à jour sans intervention humaine et de manière sécurisée. On peut ainsi prévoir qu’un constructeur automobile souscrive à un service d’accès à des serveurs de gestion pour que les véhicules qu’ils commercialisent bénéficient automatiquement d’une mise à jour logicielle des dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement qui équipent ces véhicules. On peut aussi prévoir que ce soient les utilisateurs de véhicules ainsi équipés qui souscrivent à un tel service d’accès.
On distingue deux systèmes de mise à jour à distance qui sont incorporés dans les dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention. Ils se catégorisent par leur niveau d’action.
Mise à jour par rétention A/B
Le premier système de mise à jour, dit de rétention A/B, illustré par la figure 5, vient mettre à jour le système d’exploitation et s’assure qu’il est en mesure de s’exécuter. Sinon, celui-ci régressera vers la version précédente fonctionnelle.
La mise en place d’un tel système demande un partitionnement de la mémoire en trois parts dont deux égales. La première partition contient le chargeur d’amorçage. Celui-ci va scanner les autres emplacements mémoires pour rechercher et lancer le système d’exploitation le plus récent. Les deux dernières partitions de tailles égales contiennent les systèmes d’exploitation. Par convention, on nomme la première partition associée au système d’exploitation A et la seconde B, comme décrit par le tableau ci-dessous :
Figure imgf000015_0001
Table 3 - Partitionnement d’une mémoire logicielle
Lors de la sortie d’usine, les deux partitions sont identiques, elles contiennent la même version du système d’exploitation. Ainsi l’amorce de démarrage sélectionne la partition A. Lorsqu’une mise à jour est effectuée, la partition B se voit mise à jour par le système tournant sur la partition A. Au prochain redémarrage, la partition B possédera une version plus récente du système, c’est donc celle-ci qui sera utilisée. L’opération inverse est valable pour la prochaine mise à jour. Dans le cas où la partition B ne démarre pas, le système relance la partition A et répertorie l’erreur sur les serveurs de communication. Mise à jour par conteneurisation
Le second système, dit de mise à jour par conteneurisation, illustré par la figure 6, est inclus et est exécuté par le système d’exploitation. Il est donc, par définition, possible de le mettre à jour ultérieurement et d’étendre les fonctionnalités présentées ci-dessous.
Le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement souscrit à un registre en ligne. Après chaque démarrage du système d’exploitation, un service dédié est lancé et vérifie les applications disponibles sur le registre. Si une nouvelle application est présente, il la télécharge ou la met à jour localement. Lorsque ce service dédié possède la dernière version de l’application, il la conteneurise.
Cette innovation est sous licence ouverte (Apache License 2.0) et permet l’isolation d’une application. Cette application considère qu’elle est utilisée dans un environnement où elle est seule. Il est donc possible de lui appliquer des restrictions et des droits et de l’isoler automatiquement en cas d’attaques informatiques.
Ces applications utilisent des images contenant une version minimale d’un système d’exploitation linux ainsi qu’un programme informatique exécutable et compatible linux.
On peut ainsi considérer, en référence à la figure 6, trois applications (Application 1, Application 2, Application 3). Par exemple, l’application 1 peut accéder aux serveurs de communication, elle a donc les autorisations d’accès au réseau. L’application 2 ne possède pas de droit particulier, elle autorise cependant l’application 1 à communiquer avec elle. L’application 3 peut accéder au réseau CAN en écriture et en lecture.
Réalisation d’une communication inter-véhicules
La communication inter- véhicules est réalisable à l’aide de la norme IEEE 802.11 s. Elle encadre le fonctionnement des protocoles mesh. Ce protocole fonctionne sans infrastructure spécifique en point à point avec chacun des équipements se trouvant à proximité et ayant un identifiant de réseau ainsi qu’un mot de passe commun.
Le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement utilise des bandes de fréquences aux alentours des 5 GHz afin d’assurer des communications sur des courtes portées et d’obtenir un débit important pour de nombreux véhicules.
Dans un premier temps le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement utilise un protocole mesh préexistant. Ce protocole mesh peut par exemple être mis en œuvre entre quatre dispositifs A,B,C et D de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention, comme l’illustre la figure 7.
Afin d’expliquer l’établissement d’une connexion mesh, on propose de décrire un cas d’usage dans lequel un véhicule B cherche à se connecter avec un véhicule A en utilisant la technologie wifi. Les deux véhicules sont équipés d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement. Pour établir la connexion, cinq paramètres communs sont nécessaires : la bande de fréquence utilisée en France est 2.4 GHz ou 5 GHz, la largeur du canal de communication ([2.4 GHz norme 802.1 In] HT20, HT40-, HT40+, HT40, ou [5 GHz norme 802.1 lac] VHT20, VHT40, VHT80, VHT160), le numéro du canal utilisé (un numéro est associé par les normes 802.1 In/ac pour chacune des fréquences porteuses), l’adresse physique du point d’accès (BSSID) : représentée par une chaine de six caractères hexadécimaux (ex : 00 :01 :02 :03 :04 :05), le nom du réseau (SSID) composé d’une chaîne de 32 caractères au maximum, une clef pré-partagée identique pour les deux véhicules, composée d’au minimum de 8 caractères jusqu’à 63.
Les trois premiers points correspondent aux paramètres physiques définis dans l’ensemble des normes 802.11. Le nom de réseau permet de démarquer le lien mesh des autres réseaux utilisant la même fréquence. La clef pré-partagée permet d’ajouter un niveau de sécurité sur les communications initiales : la demande de connexion du dispositif A vers le dispositif B sera chiffrée et inversement.
Cas d’usage pour des communications entre deux véhicules à proximité
Pour qu’une interface de communication se créée entre les véhicules, les dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement s’appuient sur deux protocoles de communication : le LoRa WAN et le mesh. Il s’agit de deux méthodes de communication différentes avec leurs avantages et leurs inconvénients.
Le LoRa WAN a la capacité de transmettre des informations sur de grandes distances (plusieurs kilomètres) grâce à son facteur d’étalement élevé. En contrepartie, la taille des données à transmettre est plus faible et le temps de transmission plus long. D’un autre côté, la technologie mesh permet d’envoyer davantage d’informations mais son champ d’action est limité à une centaine de mètres et la consommation d’énergie est plus élevée. Pour des déplacements ruraux, le LoRa WAN semble être la solution à favoriser tandis que pour des déplacements urbains, le protocole mesh serait la méthode la plus adaptée.
Les cas d’usage présentés dans la suite du document montrent l’importance des deux protocoles de communication à différentes échelles. Dans un premier temps, nous allons nous intéresser au protocole de communication mesh ainsi qu’aux règles de connexions qui s’établissent entre les véhicules. Pour comprendre les règles de connexion entre les véhicules et les applications qui en découlent, partons d’une situation simple : deux véhicules à proximité communiquent entre eux.
En référence à la figure 8, des véhicules VI et V2 sont équipés d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention, implémentant les deux protocoles mesh et LoRa WAN. Dans ce premier cas d’usage, l’objectif est de mettre en évidence la communication inter-véhicules grâce à deux dispositifs selon l’invention installés dans deux véhicules différents VI, V2. VI envoie ses informations à V2 de la même manière que V2 envoie ses informations à VI et VI reçoit les informations de V2 de la même manière que V2 reçoit les informations de VI. La communication est directe et bidirectionnelle (V2V) créée grâce un protocole de communication de type mesh. S’agissant d’un protocole de communication courte portée de type mesh, la distance doit être inférieure à une centaine de mètres pour qu’une connexion s’établisse entre les deux véhicules. De plus, les informations collectées concernant les deux véhicules sont transférées en continu vers un serveur de communication dédié.
Les deux véhicules VI, V2, représentés en figures 8 à 10, s’envoient des messages qui circulent à une certaine vitesse et pendant un certain temps. Ces données permettent, entre autres, au dispositif équipant chaque véhicule de calculer la distance qui sépare les deux véhicules. Connaissant, en autres, la distance instantanée qui sépare les deux véhicules et la vitesse instantanée propre à chacun des véhicules, le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement permet à l’application embarquée dans le tableau de bord de chaque véhicule et/ou dans chaque objet connecté d’avertir le ou les conducteurs concernés si les véhicules sont sur le point de rentrer en collision. Cet avertissement peut être sonore et/ou vibratoire et/ou visuel et peut être représenté sous la forme d’une notification qui apparait soit sur l’écran de contrôle du véhicule soit sur l’écran d’un ou des objets connectés présents dans l’habitacle du véhicule.
Dans un cas particulier de mise en œuvre du procédé de communication selon l’invention pour la gestion d’une flotte de véhicules, cliquer sur le repère d’un véhicule, via l’application embarquée dans le cas d’un conducteur et/ou distante dans le cas d’un opérateur, permet d’accéder à des informations complémentaires spécifiques au véhicule en question (modèle, marque, performances, consommation et autres caractéristiques techniques) ainsi que sur le parcours en cours et sur les parcours terminés (durée, kilométrage, vitesse moyenne, vitesse maximale, vitesse minimale, informations relatives à la conduite du conducteur. . .).
Dans un cas où l’application logicielle mettant en œuvre le procédé de communication selon l’invention est proposée à un particulier, celui-ci peut par exemple connaitre les informations propres à son véhicule et à ses déplacements dans un environnement indéterminé et évolutif : caractéristiques techniques du véhicule, parcours effectués, alertes anticollision, visualisation des véhicules à proximité... Les données personnelles resteront confidentielles et seront inaccessibles pour les autres utilisateurs.
En pratique, les deux protocoles fonctionnent en parallèle. Un véhicule A communique soit en mesh soit en LoRa WAN, soit les deux protocoles en simultanés avec un véhicule B.
Un véhicule A peut communiquer en mesh avec un véhicule B et en mesh avec un véhicule C. Un véhicule A peut communiquer en mesh avec un véhicule B et en LoRa WAN avec un véhicule C.
Un véhicule A peut communiquer en mesh ainsi qu’en LoRa WAN avec un véhicule B et seulement en LoRa WAN avec un véhicule C. Toutes les combinaisons sont possibles.
Tout dépend de la portée d’émission et des conditions d’émission d’un véhicule à l’autre. Le protocole LoRa WAN est donc inactif pour le moment car il n’y a que deux véhicules et que le protocole mesh est actif quand deux véhicules sont proches.
On va maintenant décrire un exemple de mise en œuvre du procédé de communication intervéhicules selon l’invention dans une configuration de deux voitures à proximité sur une route à quatre voies, en référence aux figures 9 et 10. Ces deux voitures communiquent selon le protocole mesh, le protocole LoRa WAN étant alors fonctionnel mais inactif pour le moment.
Pour bien comprendre les méthodes de communication entre les véhicules, on part d’une situation simple. Le premier véhicule VI circule sur l’autoroute et se fait rattraper par un deuxième véhicule V2. Jusqu’à maintenant, seul le protocole LoRa WAN était actif car la distance qui séparait les deux véhicules était de plusieurs centaines de mètres et les conditions d’émission ne permettaient pas aux deux véhicules de communiquer entre eux via le protocole mesh. Dès que la distance entre les deux véhicules est inférieure à une distance dépendant des conditions d’émission, par exemple de l’ordre de 100 mètres, à l’instant t, le protocole mesh s’active et prend le dessus sur le protocole LoRa WAN. Le véhicule V2 s’est suffisamment rapproché du véhicule VL Les deux véhicules sont à proximité. La distance qui les sépare est de quelques mètres. Nous sommes à l’instant t. À cet instant, les véhicules VI, V2 détectent réciproquement la présence d’un autre véhicule dans leur champ d’action via le protocole mesh parce que les conditions d’émission le permettent maintenant. Les deux protocoles peuvent fonctionner en simultané mais dans la suite de cet exemple le protocole mesh s’active et prend le dessus sur le protocole LoRa WAN. VI transmet à V2 ses informations comprises dans le message HCM 1 de la même manière que V2 transmet à VI ses informations comprises dans le message HCM 2. C’est la phase d’authentification et d’identification.
A l’instant t+1, les véhicules VI et V2 sont à proximité et connectés entre eux. VI reçoit le message HCM 21 et met à jour HCM 1 afin de transmettre à V2 ses nouvelles informations avec les dernières données connues de V2 (HCM 12). De même, V2 reçoit le message HCM 12 et met à jour HCM 2 afin de transmettre à VI ses nouvelles informations avec les dernières données connues de VI (HCM 21).
A titre d’exemple non limitatif, les messages échangés entre les deux véhicules peuvent être construits de la manière suivante : le premier numéro correspond au véhicule émetteur, le deuxième numéro correspond au véhicule receveur et ceux qui suivent correspondent aux véhicules les plus proches par rapport au véhicule émetteur. Tant que la distance qui sépare les deux véhicules est inférieure à la portée d’émission qui dépend des conditions d’émission, VI et V2 communiquent entre eux grâce au protocole de communication mesh.
Trois véhicules à proximité
On va maintenant décrire, en référence aux figures 11 à 14, un autre cas d’usage correspondant à trois véhicules à proximité connectés entre eux grâce au protocole de communication mesh, chacun de ces véhicules VI, V2, V3 étant pourvu d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’invention. Un troisième véhicule V3 s’ajoute à la circulation et arrive à proximité de V2 puis VI.
A l’instant t (figure 11) :
- V3 arrive à proximité de V2 et VI
- Dans cette situation, on suppose que les véhicules V2 et VI circulent à la même vitesse et de manière constante et déjà en communication grâce au protocole mesh. La vitesse de V3 est supérieure à celle de VI et V2. V3 est suffisamment proche de V2 pour que les deux véhicules se connectent dans un premier temps entre eux en mesh,
- V3 et V2 sont connectés grâce à une communication directe et V3 et VI sont connectés grâce à une communication indirecte (V2 sert de relais)
- V2 transmet à V3 les informations comprises dans le message HCM 2 propre à V2 ainsi que les informations comprises dans le message HCM 1 propre à VI (HCM 21),
- V3 transmet à V2 les informations comprises dans le message HCM 3 propre à V3.
L’avantage que V2 sache les dernières informations connues de VI permet à V3 de connaitre, à l’instant t, les données des deux véhicules se trouvant devant lui sans que V3 soit connecté directement à VI grâce au message HCM 21. V2 sert ici de relais pour que VI et V3 s’échangent des messages.
A l’instant t+1 (figure 12) :
VI, V2 et V3 sont connectés
VI reçoit le message HCM 213
VI met à jour HCM 1 et transmet à V2 le message HCM 123
V2 reçoit le message HCM 123
V2 met à jour HCM 2 et transmet à V3 le message HCM 231 ainsi qu’à VI le message HCM 213
V3 reçoit le message HCM 231
V3 met à jour HCM 3 et transmet à V2 le message HCM 321 V2 reçoit le message HCM 321
V2 met àjour HCM 2 et transmet à VI le message HCM 213 ainsi qu’à V3 le message HCM 231
A l’instant t+2 (figure 13) :
V3 entre dans le champ d’action de VI (les conditions d’émission sont respectées pour que les deux véhicules communiquent directement entre eux via le protocole mesh)
V3 transmet à VI les informations comprises dans le message HCM 3 propre à V3
VI transmet à V3 les informations comprises dans le message HCM 1 propre à VI
A l’instant t+2, V3 s’est suffisamment rapproché de V2 et VI pour que les trois véhicules soient en mesure d’échanger des informations entre eux grâce au protocole de communication mesh. VI et V2, V2 et V3, V3 et VI peuvent communiquer directement entre eux et/ou par l’intermédiaire d’un autre véhicule.
A l’instant t+3 (figure 14) :
Pour optimiser la qualité des messages envoyés et limiter la perte d’informations pendant le transfert de données, le chemin le plus court entre deux véhicules est favorisé. C’est-à-dire que HCM 231 est prioritaire par rapport à HCM 132 et HCM 213 est prioritaire par rapport à HCM 312.
- Pour V3, le plus proche danger est à 10 m (V2) et non à 18 m (VI) donc l’échange entre V3 et V2 à une importance plus élevée que celui entre V3 et VI
- Pour VI, le plus proche danger est à 8 m (V2) et non à 18 m (V3) donc l’échange entre VI et V2 à une importance plus élevée que celui entre VI et V3
- Pour V2, le plus proche danger est à 8 m (VI) et non à 10 m (V3) donc l’échange entre V2 et VI à une importance plus élevée que celui entre V2 et V3
Trois véhicules à proximité - mode de défaillance
On va maintenant décrire, en référence aux figures 15 à 18, un autre cas d’usage correspondant à trois véhicules à proximité dans un mode de défaillance.
Dans une première séquence (figure 15), le module de réception des données du dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement installé dans le véhicule V2 est défaillant.
- V2 est « sourd » et donc incapable « d’écouter » ou de recevoir la moindre information des véhicules environnants
- V3 et VI reçoivent le message HCM 2 émis par V2 V3 et VI partagent entre eux les informations des trois véhicules (VI, V2, V3) présents sur le tronçon de route (HCM 132 et HCM 312)
Dans une seconde séquence (figure 16) :
- Le module d’émission des données acquises par le dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement installé dans le véhicule V2 est défaillant
- V2 est « muet » et donc incapable de « parler » ou de transmettre la moindre information aux véhicules environnants
- V2 reçoit les messages HCM 31 et HCM 13
- V3 reçoit le message HCM 13
- V3 met à jour HCM 3 et transmet à VI et à V2 le message HCM 31
- VI reçoit le message HCM 31
- VI met à jour HCM 1 et transmet à V3 et à V2 le message HCM 13
Dans une troisième séquence (figure 17) :
Les modules d’émission et de réception du dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement installé dans le véhicule V2 sont défaillants
V2 ne peut pas se connecter avec V3 et VI
V2 est donc « aveugle » et « invisible » pour les véhicules V3 et VI
V3 et VI restent en communication directe
Dans une quatrième séquence (figure 18) :
Il y a une connexion défaillante entre V2 et VI (perte de signal), les trois véhicules (VI, V2 et V3) restant connectés
V2 et V3 sont en communication directe
VI et V3 sont en communication directe
VI et V2 sont en communication indirecte (V3 sert de véhicule relais)
On peut aussi envisager un autre mode de défaillance, dans lequel il y a une perte totale de signal liée à une interférence et/ou dans lequel les trois dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement installés dans les trois véhicules sont défaillants. VI, V2 et V3 sont incapables de communiquer entre eux et donc « invisibles ».
Trois véhicules à proximité interconnectés
On va maintenant décrire, en référence à la figure 19, une configuration à trois véhicules interconnectés en protocole mesh (HCM 213, HCM 123, HCM 132, HCM 312, HCM 231, HCM 321).
- V3 est plus proche de VI que de V2
- Pour V3, HCM 132 est prioritaire à HCM 231
- Pour V 1 , HCM 312 est prioritaire à HCM 213
- Pour V2, HCM 123 est prioritaire à HCM 321
La procédure de connexion entre les véhicules est la même dès qu’un nouveau véhicule s’ajoute à un maillage existant. Plus le maillage est composé de véhicules plus la quantité d’informations qui circule entre les véhicules est importante.
Mise en œuyre des deux protocoles mesh et LoRa WAN
On considère maintenant un exemple particulier de mise en œuvre d’un système et procédé de communication inter- véhicules sur une portion d’autoroute à quatre voies, en référence aux figures 20 et 21.
En référence à la figure 20, huit véhicules circulent avec un peloton de tête composé de quatre véhicules V1,V2,V3,V4 en communication avec un deuxième peloton de trois véhicules V6,V7,V8 grâce à un véhicule V5 qui sert de relais.
Les véhicules communiquent entre eux au sein de chaque peloton avec le protocole mesh. La communication entre les deux pelotons est également assurée par le protocole mesh grâce au véhicule V5. Mais si les conditions d’émission ne sont plus respectées alors le protocole mesh n’assure plus les communications inter- véhicules. C’est-à-dire, si la distance entre les deux pelotons dépasse les capacités maximales du protocole de communication courte portée, alors le protocole mesh n’est pas opérationnel pour que les deux pelotons communiquent entre eux. Sans le véhicule V5, les deux pelotons ne peuvent pas communiquer entre eux si leur seule méthode de communication est le mesh.
Dans cet exemple, la distance qui sépare V5 et V4 est de 40 mètres et la distance qui sépare V5 et V6 est de 70 mètres. La somme de ces deux distances est égale à 110 mètres. Ce qui est supérieur à la portée d’émission assurée ou maximale par le protocole mesh. Finalement, le véhicule V5 joue un rôle important dans cette situation : c’est un véhicule relais. Le peloton de tête peut communiquer avec le peloton en retrait que par l’intermédiaire du véhicule V5. Le protocole mesh, à lui seul, ne permet donc pas d’assurer la communication entre les deux pelotons si le véhicule V5 n’est pas présent.
D’où l’importance de combiner les deux protocoles de communication. Si les conditions d’émission ne permettent pas aux véhicules de communiquer entre eux via le protocole mesh, le protocole de communication LoRa WAN prend le relais. Deux véhicules peuvent donc communiquer entre eux jusqu’à une centaine de mètres grâce à un protocole de communication courte portée de type mesh ou sur plusieurs kilomètres grâce à un protocole de communication longue portée de type LoRa WAN.
Le protocole LoRa WAN permet donc aux deux pelotons de communiquer entre eux dans cette configuration. Quoi qu’il en soit, comme les deux protocoles sont actifs, tous les véhicules communiquent entre eux. Par exemple VI communique directement avec V2, V3 et V4 grâce au protocole de communication mesh car les véhicules sont à proximité mais VI communique également en parallèle et directement avec V6, V7 et V8 grâce au protocole de communication longue portée LoRa WAN. Les deux protocoles peuvent également fonctionner en même temps entre deux véhicules si les conditions d’émission des deux protocoles le permettent.
Comme l’illustre la figure 21, dans une configuration de sept véhicules circulant sur une portion de route à quatre voies, un premier groupe de quatre véhicules V 1 ,V2,V3,V4 communiquent entre eux par le protocole mesh. Un second groupe de trois véhicules V6,V7,V8 suit ce premier groupe à une distance supérieure à 100 mètres. Ces trois véhicules V6,V7,V8 communiquent entre eux par le protocole mesh tandis que le véhicule de tête de ce second groupe, V6, communique avec le véhicule de queue du premier groupe, V4, par le protocole LoRa WAN.
Si le second groupe V6-V8 rattrape le premier groupe V1-V4, la communication entre ces deux groupes basculera automatiquement en protocole mesh ou le protocole mesh complétera le protocole LoRa WAN en fonction des conditions d’émission dès lors que l’écart entre les deux groupes sera devenu inférieur à la portée d’émission maximale du protocole mesh.
Les véhicules à proximité créent ainsi un maillage et tous les véhicules appartenant à ce maillage se partagent des informations entre eux en temps réel. Si un véhicule isolé se rapproche suffisamment près d’un peloton, une communication est établie avec le nouveau véhicule entrant. Le véhicule fait maintenant partie du maillage, ce qui lui permet d’échanger des données avec l’intégralité des véhicules qui constituent le peloton. Chacun des véhicules sert de relais pour transmettre les informations d’un véhicule en tête de peloton à un autre véhicule en queue de peloton.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux autres modes de réalisation peuvent être envisagés sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims

23
REVENDICATIONS Dispositif (10) de communication, de géolocalisation et de traitement embarqué dans un véhicule, comprenant : des moyens (1) de connexion à un système de communication interne audit véhicule, des moyens (2) de conversion agencés pour lire des informations reçues du système de communication intra- véhicule et délivrer des données numériques, des moyens (5) de géolocalisation, pour délivrer des informations sur la position et l’orientation dudit véhicule, des moyens processeurs (4), pour traiter les données numériques délivrées par les moyens de conversion (2) et par les moyens de géolocalisation, des moyens (6,7) de communication sans-fil, les moyens de communication sans fil (6,7) comprenant des moyens de communication sans-fil inter-véhicules (6), lesdits moyens processeurs (4) coopérant avec les moyens de communication inter- véhicules (6) pour communiquer directement avec un ou plusieurs autres véhicules équipés d’un dispositif de communication, de géolocalisation et de traitement, caractérisé en ce que : les moyens de communication sans fil inter-véhicules (6) comprennent en outre des moyens de communication de faible portée implémentant une technologie mesh procurant une communication directe et bidirectionnelle et des moyens de communication longue portée. Dispositif (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de communication de longue portée implémentent un protocole LoRa WAN. Dispositif (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de communication de longue portée implémentent au moins une séquence de Zadoff-Chu. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de géolocalisation comprennent des moyens pour fournir des informations de cap magnétique et/ou de cap vrai. Dispositif (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens processeurs sont agencés pour déterminer la position relative dudit véhicule par rapport à celle d’un ou plusieurs autres véhicules, par triangulation et interpolation de la position dudit véhicule avec les dernières données reçues desdits moyens de conversion et desdits moyens de géolocalisation.
6. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre des moyens (7) de communication avec au moins un serveur distant (49) via un réseau de communication numérique.
7. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en qu’il comporte un boitier intégrant les moyens de connexion (1), les moyens convertisseurs (2), les moyens de géolocalisation (5), les moyens processeurs (4) et les moyens de communication sans fil inter- véhicules (6).
8. Dispositif (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend en outre des moyens pour communiquer localement avec un équipement connecté (41,42) embarqué dans le véhicule (VI, V2).
9. Dispositif (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens processeurs sont en tout ou partie situés au sein de l’équipement connecté.
10. Dispositif (10) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de géolocalisation sont en tout ou partie situés au sein de l’équipement connecté.
11. Procédé de communication inter- véhicules mis en œuvre dans des dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes équipant des véhicules (VI -V8), ce procédé comprenant : une collecte de données issues d’un système de communication interne à un premier véhicule (VI) et d’informations de géolocalisation dudit premier véhicule (VI), un traitement desdites données et informations de géolocalisation ainsi collectées, pour délivrer des messages d’identification et de localisation, une transmission directe desdits messages d’identification et de localisation dudit premier véhicule (VI) vers au moins un autre véhicule (V2-V8) ainsi équipé. caractérisé en ce que la transmission directe inter-véhicules met en œuvre un protocole de communication sans fil de longue portée et un protocole de communication sans fil de faible portée implémentant un protocole mesh.
12. Procédé de communication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’étape de traitement est agencée pour délivrer une information sur la vitesse du premier véhicule (VI).
13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le protocole de communication sans fil de longue portée implémente un protocole LoRa WAN. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le protocole de communication sans fil de longue portée implémente au moins une séquence de Zadoff-Chu. Procédé selon l’une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une communication sans fil avec un ou plusieurs serveurs distants via un réseau de communication numérique. Procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une détermination de la position relative d’un véhicule (VI) par rapport à celle d’un ou plusieurs autres véhicules (V2-V8), comprenant une étape de triangulation et une étape d’interpolation de la position dudit véhicule (VI) avec les dernières données reçues. Système de communication (S) entre une pluralité de véhicules (VI -V8), mettant en œuvre le procédé de communication selon l’une quelconque des revendications 11 à 16, comprenant : une pluralité de dispositifs (10) de communication, de géolocalisation et de traitement selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 équipant chacun des véhicules de ladite pluralité de véhicules (VI -V8), lesdits dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement étant conçus pour procurer une connexion temporaire directe (40) entre au moins deux dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement d’au moins deux véhicules à proximité. Système de communication (40) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend en outre un serveur de communication (49) prévu pour échanger des informations avec un ou plusieurs dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement parmi ladite pluralité de dispositifs de communication, de géolocalisation et de traitement.
PCT/FR2022/050104 2021-01-19 2022-01-19 Dispositif de communication, de geolocalisation et de traitement embarque dans un vehicule, et procede/systeme de communication inter-vehicules mettant en œuvre ce dispositif WO2022157454A1 (fr)

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