Le prix de l’essence devenant de plus en plus cher, il m’est venu l’idée de tenter la conception d’un dispositif  permettant de diminuer la consommation de nos chères voitures.

Pour ce  projet, j’ai décidé d’utiliser un récepteur GPS pour connaître la vitesse du véhicule. La fonction première d’un GPS étant le positionnement terrestre, j’ai également décidé d’ajouter la fonction d’avertisseur de radar à mon projet.

S’agissant avant tout d’un démonstrateur (et n’ayant pas un budget illimité), j’ai privilégié le panel de fonctionnalités plutôt que l’esthétique et l’ergonomie. Voici donc le cahier des charges du projet:

- Intégration d’un récepteur GPS pour connaître la position et la vitesse du véhicule
- Utilisation d’un petit LCD pour afficher les différents messages
- Utilisation d’un afficheur 7 segments pour afficher la vitesse de boîte conseillée
- Utilisation d’un capteur de lumière pour adapter la luminosité des afficheurs
- Utilisation d’un Buzzer pour prévenir de la proximité d’un radar
- Utilisation d’une mémoire EEPROM pour stocker la liste des radars fixes
- Utilisation d’une mémoire EEPROM pour stocker le trajet effectué
- Utilisation d’un accéléromètre
- Prise USB pour pouvoir communiquer avec le dispositif.

Toutes ces fonctionnalités sont articulées autour d’un microcontrôleur PIC 18F4550 cadencé à 96MHz.

Le GPS

Le GPS utilisé est le EM-406A que l’on peut trouver chez Lextronic par exemple. Il a l’avantage de posséder une interface série et d’être très compact (30x30x10.5mm). Il est également configurable et peut sortir différentes trames GPS selon les besoins de l’application. Son seul inconvénient réside dans ses tensions de sortie: seulement 0/2.85V. Pour un pic fonctionnant en 5V, une adaptation de tension sera nécessaire.

La trame GPS utilisée pour ce projet est la trame RMC. Elle permet d’obtenir les informations suivantes:
- L’heure GMT
- Une indication de validité de la trame
- La latitude et la longitude (format en degrés/minutes)
- La vitesse (en knots => 1knots=1.852km/h)
- La date

Attention: En général, les coordonnées radars sont exprimées en degrés et non degrés/minutes. Une adaptation des coordonnées de la trame GPS est donc nécessaire.

Recherche des radars

Pour pouvoir détecter les radars, la liste des coordonnées est stockée dans une mémoire EEPROM I2C de 512kb. Les données y sont inscrites de la manière suivante:
- (1 float) Latitude
- (1 float) Longitude
- (1 char) Vitesse limite

Avec ce stockage, il est donc possible de mémoriser 56888 positions de radars.

Pour la détection, le fonctionnement que j’ai choisi est le suivant:
- Toutes les minutes, le dispositif capture la position courante du véhicule. La liste des radars est alors parcourue et la distance entre ceux-ci et la position capturée est calculée. Une fois la liste épuisée, les coordonnées du radar le plus proche sont gardées en mémoire vive.
- A chaque mise à jour des coordonnées GPS (toutes les secondes), le dispositif calcule la distance entre la position courante et le radar le plus proche. Si cette distance se trouve être inférieure à un seuil déterminé, le conducteur est averti par un signal sonore.

Aide à la conduite économique

Nous arrivons à présent au cœur de l’application qui s’avère être également la plus complexe. En effet, selon la voiture utilisée, les paramètres de l’application ne seront pas les même si l’on souhaite optimiser au mieux sa conduite. Ces paramètres sont, à première vue, les suivants:
- Le nombre de rapports de boîte (4, 5 ou 6 vitesses)
- Les régimes optimums de changement de vitesse (différents selon qu’il s’agit d’une voiture essence ou diesel)
- La puissance du moteur
- Le poids du véhicule

Selon le degré de complexité que l’on souhaite apporter au modèle de comportement du véhicule, on pourra utiliser tout ou partie de ces informations (et certainement d’autres mais qui sont plus difficiles à obtenir).

1ère Application

Avant de se lancer dans des méthodes complexes, la première chose à faire est de tester les principes les plus simples. Lorsqu’on regarde sur Internet les différents conseils en matière d’éco-conduite, deux conseils se situent en haut de la liste:

- Utiliser le régulateur de vitesse sur route (cela évite les accélérations/décélérations inutiles).
- Ne pas monter trop haut dans les régimes moteurs, passer la vitesse supérieure dès 2000 tours/minute (moteur diesel) ou dès 2500 tr/min (moteur essence).

Si le dispositif ne peut rien faire pour le premier conseil (c’est de toute façon intégré aux voitures), il est possible de faire quelque chose pour le deuxième…

En effet, la vitesse d’une voiture est directement proportionnelle au régime moteur. Le coefficient de proportionnalité dépend du rapport de boîte engagé et du rapport de pont de la voiture. Comme il n’est pas aisé de connaître ces différentes valeurs, une mesure empirique est nécessaire:
- 1ère vitesse: 2000tr => quelle vitesse ?
- 2nd vitesse: 2000tr => quelle vitesse ?
etc

Une fois les mesures effectuées, il ne reste plus qu’à calculer les rapports entre la vitesse sur route et la vitesse du moteur. Attention toutefois, il existe en général une différence entre la vitesse mesurée au compteur et la vitesse mesurée par le GPS (ce qui est normal).

A présent, grâce à la vitesse mesurée par le récepteur GPS, il est donc facile d’indiquer au conducteur quelle vitesse utiliser. Mais pour éviter que le choix du rapport de boîte n’oscille entre 2 valeurs lorsqu’on se situe à la vitesse limite de changement, 2 choix sont possibles:
- Intégrer un hystérésis. Par exemple, on changera de rapport à 30km/h lorsqu’on accélère mais on changera à 25km/h lorsqu’on décélère.
- Considérer un régime moteur bas comme valeur de changement de vitesse (par exemple 1000 tr ou 1500tr pour le diesel et l’essence).

Essais sur route

En appliquant ce principe, j’ai pu effectuer quelques essais sur route et voici les conclusions:

1) La méthode fonctionne bien: les indications de changement de vitesse se font bien et selon le bon régime moteur calculé.
2) Si le système fonctionne très bien pour les accélérations, il est moins performant pour les décélérations. En fait, la raison de cette non symétrie est très simple: le récepteur GPS possède un temps de convergence beaucoup plus long lorsque la vitesse diminue (je ne sais pas pourquoi !). Du coup, le changement de vitesse apparaît un peu tard, surtout si le freinage est appuyé.
3) Un principe de fonctionnement aussi simple, ne peut évidemment pas faire face à la multiplicité des conditions de conduite. Par exemple, il ne prend pas en compte la notion de frein moteur: dans certaines conditions, le passage d’un rapport inférieur est préférable même si le régime moteur est supérieur (dans les fortes descentes en général).

En utilisant l’accéléromètre présent sur la carte électronique, il doit être possible d’améliorer le comportement et la précision (pourquoi pas l’utilisation d’un filtre de Kalman).  Il doit être également possible de prendre en compte la pente de la route pour utiliser le frein moteur… Ceci dit, je n’ai pas pris le temps de tester ces différentes solutions.

Remarque:

Lorsque j’ai développé ce projet, il me semblait pertinent de l’étudier car aucun système de ce genre n’était en vente sur le marché. En cherchant de plus près, j’ai fini par trouver l’une des raisons. En effet, la notion d’affichage en temps réel d’informations pouvant contribuer à la baisse de la consommation en carburant est protégée par un brevet (uniquement basé sur des principes mais suffisamment bien rédigés pour verrouiller tout le marché). C’est comme ça mais c’est le jeu.
Voici le lien sur le brevet. C’est toujours intéressant de voir comment c’est fait. Et qui sait, peut être un jour aurez-vous (ou aurais-je) besoin de déposer un brevet pour protéger une invention?