Visible Light Range-Finding and Communication Using the Automotive LED Lighting - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2017

Visible Light Range-Finding and Communication Using the Automotive LED Lighting

Mesure de distance et transmission de données inter- véhicules par phares à LED

Résumé

In response to the growing issues induced by road traffic - accidents, pollution, congestion - low-carbon vehicles equipped with intelligent transportation systems (ITS) are being developed. Although the final goal is full autonomy, the vehicles of the near future will most probably be selfdriving in certain phases only, as in platooning. Platooning allows several vehicles to move automatically in platoons and thus to increase road capacity while reducing fuel consumption. The reliability of this ITS is based on several core technologies and in particular on vehicle-to-vehicle (V2V) distance measurement and data transmission. These two vital functions can be implemented with several kinds of systems as, for instance, radars or lidars for range-finding and IEEE 802.11p-based devices for vehicular communication. Although these systems provide good performances, they are very sensitive to interferences, which may be a growing issue as the number of vehicles equipped will increase, especially in dense traffic scenario. In order to mitigate the performance degradation occurring in such situations, complementary solutions may be useful. The recent developments of white light-emitting diodes (LED), especially for the automotive lighting, has allowed the emergence of visible light communication (VLC). With VLC, the vehicle headlamps and taillights are used to transmit data to other vehicles or infrastructures. Despite the limited optical power available, several studies have shown that communication over tens of meters are possible with a low bit error rate (BER). VLC could thus be an interesting complement to IEEE 802.11p, especially in platooning applications. By analogy, one could wonder if the automotive lighting can also be used for V2V range-finding. The goal of this thesis is thus to propose and evaluate a system dedicated to platooning configurations that can perform simultaneously the V2V distance measurement and data transmission functions using the headlamps and taillights of the vehicles. The first step of this study is thus a detailed state-of-the art on VLC for V2V communication that will lead to a first basic architecture of our system. Then, the range-finding function is added, after a careful review of the classical techniques. Once the general architecture of the system is drawn, it is validated through simulations in the Simulink environment. The different degrees of freedom in the system design are especially studied, in order first to evaluate their impact on the measurement resolution and the communication performances, and then to be optimized. Although these simulations provide crucial keys to understand the system, they cannot replace real prototype testing. The implementation of the prototype is thus fully described, along with the results of the different experiments carried out. It is finally demonstrated that the proposed solution has a clear interest for V2V range-finding and communication in platooning applications.
En réponse aux problèmes croissants liés aux transports routiers - accidents, pollutions, congestions - les véhicules à faibles émissions, équipés de systèmes de transports intelligents (ITS) sont progressivement développés. Si la finalité de cette démarche est le véhicule entièrement autonome, on peut néanmoins s'attendre à voir d'abord sur nos routes des véhicules automatisés sur des phases de conduite spécifiques. C'est le cas du convoi automatisé, qui permet à plusieurs véhicules de rouler en convois de manière automatique et donc d'augmenter la capacité des voies de circulation tout en réduisant la consommation de carburant. La fiabilité de cet ITS repose sur plusieurs briques technologiques, et en particulier sur la mesure de distance et la transmission de données véhicule-véhicule (V2V). De nombreux systèmes permettent de réaliser ces deux fonctions vitales comme, par exemple, les radars ou lidars pour la mesure de distance et la technologie IEEE 802.11p pour la communication véhiculaire. Si ces différents dispositifs présentent de très bonnes performances, ils sont néanmoins particulièrement sensibles aux interférences, qui ne cessent de se multiplier à mesure que le nombre de véhicules équipés augmente et que le trafic est dense. Pour pallier les dégradations de performances induites par de telles situations, des technologies complémentaires pourraient donc être utiles. Le récent développement des diodes électroluminescentes (LED) blanches, en particulier pour l'éclairage automobile, a permis l'émergence des communications optiques visibles sans fil (VLC). Les phares à LED sont alors utilisés pour transmettre des données entre véhicules et avec les infrastructures. Malgré la puissance limitée de ces éclairages, plusieurs études ont montré qu'une transmission de qualité est possible sur quelques dizaines de mètres, faisant de la VLC un complément particulièrement intéressant à l'IEEE 802.11p, en particulier pour les convois automatisés. Par analogie, on peut alors se demander si les phares ne pourraient pas être aussi utilisés pour mesurer la distance V2V. Le but de cette thèse est donc de proposer et évaluer un système dédié aux situations de convois automatisés qui, à partir des phares avant et arrière des véhicules, transmet des données et mesure simultanément la distance V2V. Dans un premier temps, une étude détaillée de l'état de l'art de la VLC pour la communication V2V est effectuée afin de déterminer l'architecture de base de notre système. La fonction de mesure de distance est ensuite ajoutée, après une revue des différentes techniques usuelles. Une fois l'architecture générale du système établie, elle est dans un premier temps validée par des simulations avec le logiciel Simulink. En particulier, les différents paramètres sont étudiés afin de déterminer leur impact sur la résolution de mesure de distance et les performances en transmission de données, puis afin de les optimiser. Si ces simulations fournissent des indicateurs importants pour la compréhension du système, elles ne peuvent cependant remplacer les tests d'un prototype réel. L'implémentation de ce prototype est alors détaillée ainsi que les tests réalisés dans différentes configurations. Ces différents tests démontrent l'intérêt des solutions proposées pour la mesure de distance et la communication V2V en convois automatisés.
Fichier principal
Vignette du fichier
PhD_thesis_BECHADERGUE_final.pdf (17.77 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
Loading...

Dates et versions

tel-01685450 , version 1 (16-01-2018)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01685450 , version 1

Citer

Bastien Béchadergue. Visible Light Range-Finding and Communication Using the Automotive LED Lighting. Signal and Image processing. Université Paris Saclay, 2017. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01685450⟩
378 Consultations
128 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More