Qu’est-ce qui fait un bon simulateur DiL ?

Driver in the Loop

Le concept de simulateurs de conduite a émergé dans les années 1930 pour la recherche sur la sécurité routière. Le concept présenté ici par DeSilva en 1936 est déjà proche de certains simulateurs utilisés de nos jours. À l’époque, l’idée était déjà de placer le conducteur en position de conduite, en reproduisant les stimuli utilisés par le cerveau pour effectuer les tâches liées à la conduite. Les simulateurs d’aujourd’hui sont basés sur le même concept.

DeSilva, 1936

Ce type de simulateur est appelé « driver-in-the-loop » (DiL), car il fournit au conducteur des indices (auditifs, visuels, etc.) pour lui permettre d’accomplir les tâches habituelles de la « conduite », et les actions du conducteur sont utilisées comme entrées pour calculer la dynamique du véhicule. Des simulateurs, de tailles diverses, rendent ces entrées et sorties avec un niveau de fidélité progressif.

Diagramme du « Driver-in-the-loop »

Même dans les simulateurs « driver-in-the-loop », le point central n’est pas toujours le conducteur. Ces simulateurs peuvent également être utilisés pour tester du matériel ou des logiciels dans des situations réalistes lorsqu’un véritable conducteur est au volant.

Qu’est-ce qui fait un bon simulateur DiL ?

Parmi la grande variété de solutions disponibles, qu’est-ce qui fait un bon simulateur DiL, et comment choisir la meilleure solution pour votre cas d’utilisation ? Si nous faisons un parallèle avec les jeux vidéo, un joueur de course automobile se concentrera sur plusieurs éléments de son équipement :

• L’écran : plus il est large, mieux c’est
• Le matériel d’entrée : généralement un volant de jeu
• Le siège : un siège baquet donne l’impression d’être dans une véritable voiture de course
• Le logiciel : de meilleurs graphismes pour une immersion accrue

Alors que le jeu vidéo met l’accent sur l’impression de réalisme et de sensations fortes, la simulation pour le développement de véhicules se concentre davantage sur une représentation précise de la réalité. Chaque composant est calibré.
L’affichage : Un écran plus large augmente la perception de la vitesse, grâce aux objets en dehors de la route qui apparaissent dans la vision périphérique du conducteur. Mais un bon affichage présente d’autres défis, tels que la lisibilité et le confort pendant la simulation de conduite. Pendant la conduite, le point de focalisation du conducteur peut se trouver loin devant. Il doit être capable de distinguer les panneaux de signalisation, les objets et les autres usagers de la route malgré leur taille à l’écran. Certaines marques routières deviennent très petites à l’écran si elles sont éloignées dans la simulation. De même, lorsqu’on conduit à une vitesse élevée – sur autoroute, par exemple – les panneaux fixes sur le côté de la route ne sont lisibles que si le taux de rafraîchissement de l’écran est suffisamment élevé. La résolution angulaire et le taux de rafraîchissement de l’écran sont donc essentiels pour la lisibilité.
En ce qui concerne le mal de simulateur, bien qu’il affecte chaque utilisateur de manière différente, les méthodes pour le minimiser sont toujours les mêmes. La cohérence entre les indices, ainsi qu’entre la simulation de conduite et le monde réel, est cruciale. En plus des spécifications techniques de l’écran, un bon calibrage est très important pour obtenir les meilleures performances et pour garantir que le monde virtuel représente fidèlement le monde réel.

Critères d’affichage pour la simulation
Les technologies disponibles pour atteindre des spécifications appropriées varient considérablement, et le choix dépend également des contraintes des locaux, telles que l’espace disponible, les dimensions ou l’alimentation électrique, ainsi que du budget disponible et du cas d’utilisation principal. Exemples de technologies d’affichage :
– Écran
– Réalité virtuelle (VR)
– HMDC (Head-Mounted Display CAVE)
– Projection
– Mur LED
Le matériel d’entrée joue un rôle important dans l’immersion du conducteur. Bien qu’un clavier d’ordinateur puisse être utilisé, les simulateurs DiL utilisent généralement au moins un volant et des contrôleurs de pédales. En ce qui concerne le volant, un volant à retour de force plus puissant et réactif ajoutera plus de réalisme à la dynamique du véhicule et aux effets de la route. Il permet également d’utiliser des volants de taille réelle, y compris ceux provenant de véritables véhicules, contrairement aux reproductions plus petites souvent fixées aux volants de jeu.
Les pédales possèdent également un retour, qu’il soit passif ou actif. Le retour passif permet une sensation réaliste et peut offrir la possibilité d’ajuster mécaniquement le niveau de résistance. Seul le retour actif des pédales peut rendre les effets spéciaux de la dynamique du véhicule et de la route, tels que les vibrations dues à l’irrégularité de la surface ou l’action d’un ABS.
Enfin, les parties décoratives du cockpit vont d’un bureau avec des panneaux d’instruments à l’écran à des cockpits de voiture complets avec des tableaux de bord actifs. L’espace disponible et le niveau d’immersion souhaité déterminent le choix du cockpit. Si la polyvalence est un critère, les éléments modifiables seront préférés, par exemple, en utilisant un écran au lieu d’un tableau de bord physique. Exemples de matériel de cockpit :

Un cockpit complet à grande échelle trompe le conducteur en lui faisant sentir qu’il entre dans une véritable voiture. Cependant, l’absence de mouvement trahit cette illusion et introduit un inconfort. Il est essentiel que le réalisme du cockpit soit homogène avec le niveau de retour du dispositif d’affichage et du système de mouvement.
Le système de mouvement
Un simulateur sans système de mouvement est appelé « statique ». Le système de mouvement rend un simulateur « dynamique » pour améliorer l’immersion et le confort de la simulation de conduite. Les mouvements sont détectés par le corps humain à travers l’oreille interne et par contact direct avec le reste du corps. Le défi est de fournir au conducteur l’accélération linéaire, la vitesse de rotation et les effets spéciaux qu’il attend en conduisant, en fonction de ses actions, de la dynamique du véhicule et de l’environnement. La cohérence entre ce que le conducteur voit et ce qu’il ressent permet de lui faire oublier qu’il est dans un simulateur et de se comporter plus précisément comme s’il était sur la route.
Lorsque la conduite se fait sans indices de mouvement, on a l’impression de monter sur un « tapis magique ». Aucun événement dans la simulation ne semble avoir un impact réel sur le conducteur. Pour éviter cela, les premiers indices qu’un système de mouvement reproduit sont de petits effets, comme les vibrations de la route ou le passage des vitesses. Ces petits effets se concentrent sur les zones de contact telles que le volant, les pédales et même le siège. Le retour de force actif du volant et des pédales est utilisé. Pour le siège, des actionneurs à vibrations ou à piston peuvent être utilisés. À ce stade, il n’y a pas encore de véritable « degré de liberté » dans le mouvement (0 DoF).
Les premiers 3 DoF permettent de simuler des événements à plus grande amplitude, par exemple lorsque le conducteur commence à freiner, accélérer, tourner ou lorsqu’il rencontre un nid-de-poule. Cela améliore le réalisme de la conduite, car le conducteur ressent désormais les événements au moment où ils se produisent. Son temps de réaction peut se calibrer en fonction des indices.
Les 6 DoF, 9 DoF ou plus permettent de simuler des amplitudes encore plus grandes et de les mesurer. Le conducteur ressent les dynamiques du véhicule et peut modérer ses actions en fonction de l’intensité des effets reproduits, par exemple la vitesse dans un virage ou la force de freinage. Gammes de degrés de liberté

Effets spéciaux

6 DoF et plus

6 DoF et plus

Reproduire des amplitudes de mouvement plus grandes, telles que la force centrifuge (latérale) ou les poussées d’accélération et de freinage (longitudinales), implique l’utilisation de matériel de plus en plus lourd. Les mouvements eux-mêmes nécessitent une plus grande distance de déplacement. Cependant, c’est également le conducteur qui décide du mouvement suivant. À tout moment, le simulateur doit être prêt à réagir à une variété d’actions que le conducteur pourrait choisir. Plus la distance de déplacement disponible sur chaque axe est grande, meilleure peut être la rétroaction. Pour optimiser l’utilisation de toute distance de déplacement disponible, l’anticipation est essentielle. Reproduire les mouvements à l’échelle 1:1 de la réalité en permanence n’est pas possible, car cela conduit finalement à atteindre les limites mécaniques. Le logiciel de simulation de mouvement a pour rôle de trouver un équilibre entre la précision immédiate des retours et la continuité de l’immersion.
Le logiciel: Le logiciel de simulation de conduite est responsable de la génération de tous les indices, de la gestion du monde virtuel et de la lecture des entrées du conducteur. Il ferme essentiellement la boucle, en se substituant à tout ce qui n’existe pas dans le simulateur physique. Tout ce que les utilisateurs voient et ressentent est le résultat de modèles précis. La dynamique du véhicule assure un comportement réaliste du véhicule en fonction des commandes du conducteur. Le rendu 3D doit être suffisamment réaliste pour garantir l’immersion, et les acteurs environnants, tels que les piétons et la circulation, doivent se comporter de manière cohérente et apparemment naturelle.
Vue de supervision SCANeR studioDans le cas de SCANeR studio, le logiciel est également utilisé pour concevoir des expériences, configurer des modèles et préparer des indicateurs de performance clés pour une analyse ultérieure. Les fonctionnalités couvrent l’ensemble du cycle de développement et de test, permettant aux équipes de collaborer sur les mêmes modèles.

Certains packs SCANeR studio : le quoi

Enfin, le logiciel permet l’exploitation du matériel du simulateur. Il doit être ouvert et permettre la connexion et la configuration d’une large gamme de matériels possibles. SCANeR studio intègre également les outils nécessaires pour le calibrage, qui, comme mentionné précédemment, est crucial pour une exploitation optimale. Cela est tout aussi vrai pour les simulateurs DiL que pour d’autres plateformes utilisées pour la simulation automobile (bureau, HiL, simulation massive, …). Tout cela se fait au sein du même logiciel.

Certains packs SCANeR studio : le comment

Synthèse Plus grand, plus puissant et plus cher ne signifie pas toujours mieux. Dès le départ, il est important de prendre une décision éclairée et bien recherchée lors du choix d’une solution afin d’obtenir le résultat le plus optimisé pour un cas d’utilisation ou pour des défis polyvalents. La solution d’AVSimulation commence par une définition claire des besoins pour le bon fonctionnement de votre simulateur DiL. Profitez de décennies d’expérience dans la mise en service et l’exploitation de simulateurs de conduite. L’équipe d’AVSimulation est impatiente de connaître vos besoins en DiL. Pour plus d’informations, n’hésitez pas à consulter nos catalogues. Rédigé par Guillaume Adam.