Une des études qui a tracé le chemin pour plusieurs autres projets qui tentent d'établir une technique pour tisser des liens entre les sensations de conduite et la dynamique d'un véhicule et celui de David Chen écrit en 1997 [9]. Sa thèse, intitulée Subjective And Objec- tive Vehicle Handling Behavior, propose une méthodologie permettant de lier les réponses d'un questionnaire à des éléments de la dynamique d'un véhicule issue d'essais normalisés. Il est facile de voir l'in uence de l'étude de David Chen sur plusieurs autres qui lui ont succédé, dont ceux de Harrer [14] et de Nybaka [28] décrit plus bas. Il doit être noté que Chen s'est inspiré de diérents autres projets qui l'on précédé, mais son projet en est un des premiers à être si englobant.
Chen s'est xé deux objectifs principaux, premièrement de lier les opinions subjectives des conducteurs aux mesures objectives des véhicules. Deuxièment, il tente de concevoir et valider un modèle mathématique qui pourrait être utilisé lors de la conception de véhicule. Le premier objectif est d'intérêt dans le cadre de ce projet et les éléments de cet aspect seront approfondis.
L'utilisation d'essais normalisés est utilisée par la plupart des chercheurs pour à la fois simpli er les essais et augmenter la répétabilité des essais objectifs. Il est aussi possible, si des véhicules similaires sont utilisés, de pouvoir comparer les résultats de diérentes études. Chen a utilisé cinq essais objectifs avec tous les paramètres que ses essais imposent. Les
2.2. DONNÉES DISPONIBLES DANS LA LITTÉRATURE 11 essais sont identi és dans le tableau 2.1. Il fait les essais avec 16 diérentes con gurations de véhicule.
La prochaine section d'intérêt du travail de Chen est celui de la collecte des informations issues des essais subjectifs. Chen, comme plusieurs autres auteurs, discute des avantages et des désavantages de l'utilisation des pilotes d'essai versus l'utilisation de conducteurs issues de la population générale. L'auteur en vient à la même conclusion que plusieurs autres par rapport à ce sujet, il opte pour le pilote d'essai professionnel. Il fait cette décision basé sur les avantages suivants ; facilité d'interprétation et d'accomplissement des manoeuvres imposées, connaissance du langage commun pour décrire leurs sensations, uniformité des sensations optimales d'un véhicule et leur plus grande susceptibilité à être en mesure de détecter des très petits changements dans les diérentes con gurations des véhicules d'essais. Il mentionne que l'utilisation de pilotes d'essai ne représente pas la population générale et ils ont souvent des préjugés particuliers de conduite (point qui est aussi mentionné par Nybaka dans [28]).
Chen utilise un questionnaire avec des questions techniques qui sont conçues pour des pilotes ayant une facilité d'interpréter et d'exprimer leurs sensations de conduites.
Tableau 2.1 Essai objectifs de l'étude de Chen [9]
Test Standard
Steady state circular ISO 4138:1982
Step input ISO 7401:1998
Pseudo-random steer ISO 7401:1998
Impulse steer ISO 7401:1998
Lane change ISO technical report 3888
La dernière section du travail de Chen porte sur l'établissement d'une corrélation entre les réponses subjectives et objectives. La gure 2.1 illustre le procédé utilisé par Chen. Il procède en suivant la technique suivante. Il commence par le retrait des métriques objectives aberrantes, retrait des métriques objectives ayant une colinéarité. Ensuite, il utilise la régression multiple (moindres carrés) pour résoudre un système d'équations. Finalement, il véri e si la corrélation est statistiquement signi cative avec le seuil R>0.8. Si la corrélation est bonne elle est conservée sinon l'exercice recommence avec la mesure objective retiré du système. Il fait ceci pour chaque pilote d'essai.
Chen interprète les données et arrive avec deux généralités. Sa première remarque est qu'il y a très peu de questions qui montrent une corrélation avec les données objectives.
Il explique ceci par le fait que les données (objectives et subjective) ne couvrent pas su samment d'aspects pour avoir une couverture complète. Sa deuxième interprétation est que lorsque la corrélation était satisfaisante, les résultats étaient diérents d'un pilote à un autre.
Il conclut que les métriques qui sont les plus susceptibles d'avoir une grande corrélation sont celles qui aectent la réponse du véhicule dans des tâches de contrôle (changement de voie par exemple), car les pilotes d'essai ne sont pas en mesure de percevoir les changements des métriques qui ne causent pas de changement de la dynamique du véhicule. Chen mentionne aussi que les pilotes d'essai ne répondent pas de façon uniforme aux questions subjectives. Finalement, il note que la majorité des réponses aux questions données par les pilotes ont une distribution normale autour de la moyenne, lorsque mises sous forme tabulaire. Manfred Harrer dans sa thèse [14] établit que la sensation de conduite est considérée comme individuelle et est une expérience complexe et subjective, qui s'applique à plusieurs sens humains et est aectée par la réponse du volant . Ceci démontre que pour cet auteur, les sensations de conduite liées à la direction d'un véhicule ne se limitent aucunement aux paramètres de la direction, mais englobent tout le véhicule.
Son étude avait comme objectif de créer un questionnaire subjectif de diérentes facettes des sensations de conduite et d'en extraire des données statistiques pour être en mesure de quanti er les résultats. Son étude avait aussi une caractérisation objective des réac- tions du véhicule qui ont été recueillies par des mesures prises sur le véhicule. Ces mesures ont été récoltées durant une série d'essais normalisés par un robot de conduite avec des con gurations de direction assistée qui variaient. Le but étant d'utiliser les essais norma- lisés avec robots ou utiliser des modèles complètement virtuels pour directement tirer des conclusions sur les sensations de conduite des utilisateurs humains. La gure 2.2 montre la structure de son étude.
Il décrit une liste de paramètres contrôlables dans le véhicule comme étant les paramètres modi ables pour changer les sensations de conduite perçues par l'usager. Les paramètres sont identi és par rapport au véhicule complet et non limités à la colonne de direction. L'information est regroupée dans quatre groupes: optique, acoustique, kinesthésique et haptique.
Le groupe optique est le plus important pour le conducteur et est composé de l'information venant de ce qu'un conducteur voit ; la route qui vient, la position des obstacles et des autres véhicules sur la route, la réaction du véhicule sous la forme de l'angle et le taux
2.2. DONNÉES DISPONIBLES DANS LA LITTÉRATURE 13
2.2. DONNÉES DISPONIBLES DANS LA LITTÉRATURE 15 de lacet du véhicule. Le glissement latéral peut aussi être détecté optiquement. Tous les paramètres optiques peuvent être détectés par l'usager jusqu'à une fréquence de 0.5 Hz. Le groupe acoustique est composé des bruits venant de diverses parties du véhicule. Le crissement de pneu est le contributeur majoritaire de ce groupe.
Le groupe kinesthésique, obtenu du système vestibulaire de l'oreille interne, donne de l'information des mouvements angulaires de lacet, de rouleau et de l'accélération latérale, le conducteur peut détecter ces mouvements jusqu'à une fréquence de 2 Hz.
Le groupe haptique, obtenu des réactions entre le conducteur et les zones de contact avec le véhicule, habituellement le siège et le volant, est d'une importance capitale pour les systèmes de direction. L'interaction entre le conducteur et le siège transfère l'accélération latérale au conducteur. Le volant transmet le couple nécessaire pour changer l'angle des roues, l'état de la chaussé et plusieurs autres éléments.
La collecte de plusieurs questionnaires ainsi que les données obtenues de plusieurs essais automatisés ont permis à l'auteur d'identi er des liens entre certaines facettes majeures des sensations de conduite et les paramètres du système de direction.
Les conclusions de l'auteur sont présentées dans le tableau suivant:
Tableau 2.2 Conclusion des mesure subjectives de l'étude de Harrer [14] Paramètres indépendants de
la classe du véhicule Paramètres dépendants de laclasse du véhicule
Le couple du volant Réponse de la direction
La sensation du centrage Demande de l'angle du volant
La précision de la direction La friction de la direction
Il établit aussi des valeurs limites pour certains paramètres de diérentes directions assis- tées, mais ces valeurs ne sont pas présentées.
La thèse de Harrer [14] est en lien direct avec les objectifs du projet. Cependant, son projet a été conçu pour des voitures et les essais faits sur de véritables voitures en circuit fermé. Les techniques et les conclusions présentées devront être adaptées pour être applicables à ce projet.
Nybacka et al [28], ont un objectif similaire à Harrer, mais ils utilisent plusieurs techniques pour identi er les liens entre les essais objectifs et subjectifs. L'auteur utilise la régression linéaire (simple et multiple) comme Harrer dans sa thèse[14], mais il ajoute aussi une cor-
rélation non linéaire, un réseau de neurones, pour tenter de trouver des liens non linéaires entre des mesures objectives et subjectives.
Bien qu'il ait utilisé un faible nombre de véhicules, l'auteur en tire cependant plusieurs conclusions. Premièrement, l'utilisation d'un réseau de neurones a permis de dé nir plu- sieurs plages optimales pour les résultats issus des essais objectifs. Il a été en mesure de dé nir plusieurs liens linéaires entre les mesures objectives et subjectives. Les conclusions les plus marquantes sont les suivantes.
- Le gain en lacet (yaw) doit demeurer au-dessus d'une valeur minimale à basse vitesse. - L'accélération latérale doit demeurer su samment haute pour permettre au conduc- teur de bien ressentir ce qu'il se passe réellement avec le véhicule lors de manoeuvre de changement de direction.
- Lors de la conduite hors centre (changement de direction considérable), le gain en lacet et la réponse du gain de sous-actuation de la colonne de direction sont cruciaux. Des résultats similaires sont présentés dans une autre recherche.
Malheureusement, la conclusion demeure très vague et peu d'information quantitative est présentée.
Dans le mémoire de Hitti [17], l'auteur tente de créer un modèle mathématique pour simuler un système de direction assistée qui retourne un couple réaliste à l'utilisateur virtuel pour faire de la conception virtuelle. De même que dans les autres études, les véhicules utilisés sont des automobiles. L'auteur utilise les mêmes essais que dans l'étude de Nybacka [28], mais avec un regard très focalisé sur le retour du couple que l'utilisateur ressent. Cette particularité est très intéressante, car c'est le paramètre le plus véri é par l'équipe de développement de Kongsberg. Cette étude sert de pont pour aider à valider des liens faits entre les études de Nybacka et Harrer et le travail fait par l'équipe de Kongsberg. De plus, ce mémoire présente les résultats complets des essais eectués. Il est possible de comparer les résultats de cette étude à ceux qui découleront du présent projet, a n de voir si les techniques et les essais utilisés dans le domaine automobile sont transférables à ceux des petits véhicules hors route.
Post dans sa dissertation de 1995 [30] explique en détail les diérents systèmes de direc- tion assistée sur le marché à cette époque. Bien que la dissertation ait plus de 20 ans, plusieurs aspects de ce document sont encore pertinents aujourd'hui. Plusieurs éléments de sa modélisation et simulation sont encore applicables sur des véhicules modernes. Il décrit toutes les étapes et les formules utilisées ainsi que les hypothèses formulées pour
2.2. DONNÉES DISPONIBLES DANS LA LITTÉRATURE 17 arriver à son modèle nal. Les détails de la modélisation permettent de comprendre chaque pièce individuellement ainsi que leur interaction les unes envers les autres. Les assemblages plus complexes qui forment les systèmes de direction assistée et l'origine des non-linéarités mathématiques présentes sont bien expliqués. La dissertation a comme objectif de créer un modèle pour prédire la réponse d'un véhicule, lorsque soumis à de petits changements de direction durant l'utilisation sur une route relativement droite. Cette situation est nom- mée on-center driving en anglais. Bien que ce document n'ait pas comme objectif de véri er les sensations de conduite d'un opérateur, les techniques et les essais utilisés sont similaires à ceux utilisés dans le reste des études. Comprendre l'utilité de ces essais ainsi que leur omniprésence dans tous les aspects de la caractérisation des véhicules démontre la pertinence d'utiliser ce type d'essais normalisés pour communiquer clairement les résultats d'une étude.
Plusieurs études sur le sujet des sensations de conduite utilisent des questionnaires pour évaluer les sensations des pilotes d'essai. Ces questionnaires sont habituellement très adap- tés pour les pilotes d'essai, car ils utilisent un langage technique et des formulations adap- tées de cet auditoire. Boller et Wohlfarth [6] décrivent comment ils ont été en mesure de concevoir un questionnaire qui collecte l'information nécessaire pour bien décrire les sensa- tions de conduite des utilisateurs et est compréhensible par l'ensemble des conducteurs de camions lourds. Pour arriver à cette conclusion les auteurs ont commencé avec une série de questions qui étaient utilisées pour des pilotes d'essai. De cette liste ils on progressivement modi é les questions et le langage utilisé pour arriver à une série de questions adéquates pour leur sujet d'essai.
Rothhämel, Ijkema et Drugge dans [33] créent un bassin de mot qui a comme objectif de pouvoir complètement décrire toutes les sensations de conduite du point de vue d'un conducteur moyen, non pas des pilotes d'essai.
Pour arriver à leur liste nale, le groupe de recherche commence premièrement par dresser une liste de tous les mots disponibles dans la littérature, des experts de conduite, des participants issus de la population moyenne et du groupe de recherche lui-même. Sub- séquemment, le groupe de recherche classe tous les mots par sensation de conduite les plus similaires. Ils utilisent plusieurs méthodes: analyse de grappe, circumplex, une échelle multidimensionnelle et l'évaluation manuelle, pour y arriver.
La table 2.3 montre la traduction, en français des dimensions et des mots reliés naux que l'étude propose. Les auteurs mentionnent que la traduction anglaise de leur bassin de mot suédois ne peut être parfaitement traduite qu'après avoir été analysée par des personnes
2.2. DONNÉES DISPONIBLES DANS LA LITTÉRATURE 19 qui ont l'anglais comme langue maternelle. Ceci s'avère exact compte tenu de la traduction de la gure 2.3 qui comporte plusieurs mots inhabituels pour des Québécois moyens.
Tableau 2.3 Traduction de Bassin Final Rothhämel et Al. [33]
Dimensions Mot relié
Stabilité (in)stable
direction stable stable en transition sensible aux ornières
bancal Réponse contrôlé retard (in)direct distinct erratique obéissant rapide réactif précis (in)exact glissant sensible Jeu jeu Résistance lourd/facile inerte
léger comme une plume demande de l'eort
Ratio grand/petit angle de volant requis
Sensation de la route sensation de la route
contact avec la route
Secousse (confort) secousse
pulsation tremblant impulsif secousse de volant
vibrant
Retour au centre retour au centre
Stanly L. Payné, Chase Harrison, Camille Gagné, Gaston Godin et Karen Cortell Reisman dans leurs ouvrages [29], [15], [11] et [31], respectivement, ont tous des documents traitant sur les meilleures façons de formuler et de poser des questions pour avoir une réponse qui concorde réellement au sujet que l'interrogateur souhaite avoir de l'information.
Malgré l'écart entre la discipline et l'époque, les aspects de plus grande importance sont les mêmes pour tous ces auteurs. Ils soulignent l'importance d'avoir des questions simples et courtes en utilisant des mots précis et compréhensibles pour l'auditoire ciblé. Pour arriver à ce résultat, les techniques varient un peu, mais reviennent tous à la même façon de faire. Premièrement, établir précisément l'information requise et formuler un questionnaire préliminaire. Il est noté dans [33], qu'il est essentiel que le questionnaire soit revu et ajusté selon les recommandations de personnes qui ont comme langue maternelle la langue du questionnaire. Ils suggèrent que les questionnaires soient tous revus et qu'ils soient essayés de nombreuses fois pour s'assurer de leur exactitude et de leur conformité.