Conduite : Contributions et Réalisations
8.2.4.1 Plates-formes à base fixe
Les plates-formes à base fixe ne possèdent aucun mouvement mécanique. Les indices inertiels et autres effets dynamiques sont absents et par conséquent, aucune technique de restitution de mouvement n’est employée. La sensation du mouvement est induite uniquement par la vection provoquée par le retour visuel. Ces simulateurs se composent d’une cabine instrumentée et sont parfois dotés, en plus de la projection visuelle, d’un système de reproduction auditif et de modalités haptiques (retour d’effort sur le volant, siège vibrant, etc.) qui permettent de créer un environnement de conduite suffisamment immersif (Figure 8.4).
Figure 8.4 – Simulateurs à base fixe : (a) Simulateur Volvo - Suède [4] (b) Simulateur à base fixe de
l’INRETS Arcueil - France [5]
Généralement, ce type de simulateurs est orienté facteurs humains et utilisé pour des études portant sur l’aspect physique et mental de la conduite ou aux aspects liés à la perception visuelle. Parmi ces études, on retrouve principalement les problématiques liées à la somnolence, la prise de médicaments ou d’autres substances chimiques nocives (drogues, stupéfiants, antidépresseurs, etc.). On trouve également, des applications liées à l’étude de l’infrastructure routière, au contrôle de trafic, aux systèmes véhicule-route intelligents et à l’identification des situations dues au hasard.
8.2.4.2 Plates-formes à structure série
Dans cette configuration, la cabine est portée par une structure mécanique constituée d’une mise en série d’articulations, architecture très utilisée dans le monde industriel pour effectuer des tâches automatisées. L’avantage principal est un espace de travail conséquent permettant pour quelques manœuvres (par exemple un changement de voie) la reproduc-tion du mouvement à l’échelle réelle. La simplicité de la commande et de la technologie d’articulation utilisée font de cette plate-forme un choix attractif bien adapté aux études comportementales nécessitant des accélérations transitoires importantes comme dans le cas du freinage d’urgence. Cependant, le grand inconvénient est la rigidité décroissant avec la multiplication des axes de rotations, puisque les actionneurs sont portés par les articulations précédentes ce qui diminue la précision de l’effecteur. De plus, les perfor-mances dynamiques se dégradent en présence d’une charge importante et notamment pour des vitesses élevées.
Ce concept série fut adopté par plusieurs constructeurs automobiles pour la réali-sation de simulateurs maisons. Parmi eux, celui de VTI 3DDL développé par l’Institut National Suédois de Recherche en Transport Routier à LinköPing (Figure 8.5). Le simu-lateur peut rendre un grand mouvement latéral avec roulis et tangage, le tout augmenté d’une table vibratoire pour la simulation de mouvements à hautes fréquences. Le système visuel couvre un champ de vision de 120◦×30◦ avec une résolution de 625×1040 pixels par canal. Le délai de communication est de 20ms [194].
Figure 8.5 – Simulateur à structure série de VTI - Suède
8.2.4.3 Plates-formes à structure parallèle
Ces plates-formes sont constituées de chaînes cinématiques fermées dont l’organe ter-minal portant la cabine est supporté par plusieurs actionneurs [206]. L’architecture la plus répandue est l’Hexapode 6DDL désignée souvent par ses inventeurs Gough et Stewart en 1965 [207] (Figure 8.6). Elle présente plusieurs avantages par rapport à la plate-forme série :
– Possibilité d’embarquer des charges très importantes. Cette caractéristique a long-temps été mise à profit pour les simulateurs de vol où il s’agit d’embarquer une version réelle ou réduite d’un cockpit d’avion.
Figure 8.6 – Plate-forme parallèle 6DDL type Gough-Stewart (Image Wikipédia)
– Haute précision. En effet, la distribution parallèle de la géométrie de la mécanique rend les mouvements moins sensibles aux erreurs de mesure.
– Une grande rigidité du fait que les moteurs d’actionnement sont montés séparément des différentes articulations.
– Une dynamique riche qui offre des couples importants à des vitesses de fonctionne-ment considérables.
Cependant, les inconvénients majeurs de ce type de structure sont :
– Un espace de déplacement très réduit par rapport à celui offert par la structure série. – Vu le couplage entre les différents axes du mouvement, l’espace de travail résultant
se voit en diminution.
– Une conception mécanique complexe nécessitant une technologie de liaisons déli-cate.
– Une commande difficile à mettre en œuvre en raison du comportement hautement non-linéaire et surtout la présence de singularités qui demande une attention plus particulière.
Néanmoins, cette architecture mécanique s’est imposée comme une référence pour les mécanismes de restitution de mouvements. Elle était adoptée comme un standard de conception pour les simulateurs de vol et souvent utilisée pour les simulateurs de conduite automobile. La liste des simulateurs ayant privilégié cette technologie est large, ne sont illustrés ici que deux exemples, figure 8.7.
Figure 8.7 – Simulateurs à structure parallèle : (a) Simulateur à plate-forme parallèle de l’université de
Chalmers - Suède, (b) Simulateur dynamique de Renault - France
8.2.4.4 Plates-formes à structure hybride
Pour ces structures, il s’agit de combiner les avantages des deux précédentes archi-tectures. Moyennant diverses astuces techniques, les structures hybrides présentent des chaînes cinématiques ouvertes et fermées complexes et imbriquées. Cependant, certaines solutions, comme celle consistant à porter une plate-forme parallèle sur une table XY, semblent devenir un standard dans le domaine de la simulation de conduite, figure 8.8. De cette façon, on peut s’offrir un généreux espace de travail avec une puissante dyna-mique.
Figure 8.8 – Simulateurs à structure hybride : (a) Architecture hybride du simulateur ULTIMATE de
Renault - France, (b) Simulateur NADS - Iowa, USA
8.2.4.5 Simulateurs Low-Cost
L’utilisation des simulateurs de conduite se voit de plus en plus généralisée et adop-tée par diverses institutions publiques et privées. Cependant, si le coût d’une formation en avion et la sécurité des passagers autorisent l’investissement dans des simulateurs à coûts très élevés, rien ne justifie qu’il en soit de même pour proposer un outil de forma-tion et d’études psychophysiques. De plus, la complexité d’un simulateur ne reflète en aucun cas sa fidélité à restituer tous les mouvements. Pour cette raison, il était intéressant de proposer des solutions ciblées à base de plates-formes mobiles à bas coût destinées principalement aux écoles de formation, établissements hospitaliers et autres utilisateurs. Dans ce cadre, deux mini-simulateurs à bas coût ont été construits. Fruits d’une col-laboration entre l’équipe MSIS de l’INRETS et l’équipe Réalité Virtuelle du laboratoire IBISC de l’Université d’Evry-Val d’Essonne, ils se présentent comme deux simulateurs de conduite auto et moto respectivement à 2 et 3 DDL. La description détaillée des deux plates-formes est l’objet du reste du présent chapitre.