Pouvez-vous vous présenter ?
Après plusieurs années enrichissantes passées à diriger des projets pour des fabricants et fournisseurs de voitures français, j’ai décidé de passer du statut d’utilisateur à celui de créateur de simulateurs de conduite. À partir de 2009, j’ai supervisé des projets internationaux pour OKTAL (ancien nom du bureau AVSimulation). Lorsque AVSimulation a été créée en 2017, le besoin de simulateurs « prêts à l’emploi » est devenu évident et j’ai pris un nouveau poste en tant que Responsable Produits. Mon travail consiste à définir la feuille de route des produits simulateurs et à rester aussi proche que possible de nos utilisateurs et clients.
Christian Schost
Pouvez-vous expliquer en quelques mots ce qu’est un système de mouvement et ce qu’il apporte à un simulateur de conduite ?
Pouvez-vous expliquer en quelques mots ce qu’est un système de mouvement et ce qu’il apporte La demande de simulateurs de conduite capables d’atteindre des niveaux élevés de fidélité, que ce soit pour des conducteurs novices ou expérimentés, est en forte croissance. Conduire un véhicule implique une combinaison de tâches parallèles. Lorsque le conducteur agit sur les commandes (comme le volant ou les pédales), il reçoit des retours sensoriels variés. Ces retours peuvent être visuels ou auditifs, et des solutions courantes existent pour fournir ces informations au conducteur. Cependant, des retours vestibulaires et kinesthésiques sont également attendus pour évaluer l’intensité du freinage ou la vitesse en virage. Le corps humain s’attend à des accélérations et des vitesses de rotation pour atteindre un niveau élevé d’immersion. Le système de mouvement est une ou plusieurs solutions d’actionnement contrôlées par le logiciel de simulation, qui déplacent le conducteur pour fournir ces retours. Ces retours sont cruciaux car le conducteur est impliqué dans des boucles fermées entre les actions sur le véhicule et ses réactions. Cependant, tous les simulateurs ne nécessitent pas les systèmes de rendu les plus avancés et complexes. Par exemple, AVSimulation fournit également des simulateurs statiques. Ces simulateurs sont moins complexes, mais nécessitent une adaptation du conducteur qui devra rechercher les retours d’information par d’autres canaux, principalement visuels.
La qualité du rendu de ce retour d’information doit être adaptée au cas d’utilisation du simulateur et au niveau de réalisme attendu du comportement du conducteur. La valeur des actions observées du conducteur dépend de l’exactitude des retours fournis. Comme partout, la conception d’un simulateur vise à trouver le juste équilibre, le meilleur ajustement et le compromis entre le coût et les cas d’utilisation. Lorsque l’accent d’une expérience implique fortement le modèle dynamique du véhicule, ou même la manière dont le conducteur positionne le véhicule sur les voies de circulation, il devient crucial de fournir un retour kinesthésique rapide et précis. De plus, un manque d’homogénéité dans la qualité des retours peut entraîner un inconfort pour les conducteurs non-experts.
Un système de mouvement a deux fonctions principales : fournir un niveau cohérent de retours aux utilisateurs et offrir au conducteur une qualité d’inputs suffisante pour le niveau de réalisme attendu. On peut considérer qu’il existe plusieurs niveaux de systèmes de mouvement pour les simulateurs de conduite :
- Les systèmes fournissant le niveau minimum de restitution pour des actions réalistes sur les commandes et le confort (généralement des systèmes à 3 DoF),
- Réalisme élevé : ces systèmes de mouvement visent à fournir des accélérations et des rotations à l’échelle 1 aux utilisateurs. En conséquence, ils atteindront des vitesses plus élevées et auront des enveloppes de mouvement plus grandes,
- Parfois, l’objectif n’est pas d’obtenir un niveau homogène de restitution sur toutes les dimensions, mais de se concentrer sur quelques degrés de liberté avec le plus haut niveau de précision. Les applications telles que les dynamiques élevées et le bruit, les vibrations et la dureté (NVH) nécessitent une puissance plus élevée dans les dispositifs d’actionnement pour essayer de fournir la latence minimale réalisable, mais elles offrent des durées d’accélération plus courtes (et donc des excursions plus réduites).
Le nombre de degrés de liberté (DoF) est fréquemment mentionné lorsqu’on parle de systèmes de mouvement. Qu’est-ce que c’est exactement ?
Dans notre monde en 3D, il n’existe que 6 mouvements possibles : les translations le long des trois axes et les rotations autour de ces mêmes axes. Une voiture évoluant sur une route utilise tous ces degrés de liberté. Les simulateurs de conduite sont généralement conçus pour offrir un niveau homogène de restitution, et les systèmes les plus polyvalents disposent des 6 degrés de liberté. Cependant, des simulateurs plus compacts peuvent être contraints par l’espace disponible ou par le coût d’achat et se concentrer sur les degrés de liberté les plus critiques. Les simulateurs compacts comme le SimEASY+ se concentrent sur le tangage, le roulis et l’élévation (3 DoF). Ils ne sont pas capables de rendre les accélérations longitudinales ou latérales, mais ils réagissent rapidement et informent le conducteur des débuts des réactions du véhicule.
SimEASY+
Les plateformes de Stewart standard sont capables de restituer les 6 degrés de liberté. Elles peuvent être équipées d’actionneurs longs, permettant d’utiliser l’algorithme de coordination d’inclinaison pour tirer parti de la gravité et simuler des accélérations de longue durée. Ces systèmes existent en tant que produits prêts à l’emploi, mais présentent une limite : les six actionneurs sont tous utilisés pour restituer tous les mouvements. Cela signifie qu’il n’est pas possible d’obtenir les mêmes performances maximales sur deux axes ou plus simultanément. Les simulateurs de conduite utilisent bien sûr la rotation autour de l’axe vertical (lacet) lorsque le conducteur suit une route courbe. La rotation en lacet peut utiliser tout le débattement des actionneurs pour maintenir un facteur de réalisme, mais dans ce cas, le système de mouvement dispose de moins de débattement, voire pas du tout, pour restituer les translations ou d’autres rotations. C’est pourquoi certains simulateurs sont équipés de systèmes de mouvement parallèles. Par exemple, les simulateurs SimELITE possèdent plus de degrés de liberté (9), car ils disposent de systèmes de mouvement sous et au-dessus de la plateforme de Stewart. L’avantage de ces systèmes est que les systèmes de mouvement multi-axes peuvent se concentrer sur moins d’axes et optimiser leur débattement utilisable pour ces axes. Un autre avantage des systèmes parallèles est qu’ils peuvent couvrir les mêmes axes avec des performances différentes : une grande plateforme X-Y peut déplacer l’ensemble du simulateur, et un système de vibration peut être ajouté près du conducteur pour couvrir une gamme plus large de fréquences.
Ainsi, le nombre de degrés de liberté (DoF) est un bon indicateur des capacités d’un système de mouvement, mais quels sont les autres aspects à considérer ?
Les systèmes de mouvement peuvent restituer des retours sur jusqu’à 6 degrés de liberté, et possèdent leurs propres capacités. Le nombre de degrés de liberté actionnés donne une indication des possibilités, mais il est crucial de comprendre qu’il existe d’autres facteurs pour garantir le meilleur ajustement entre le système de mouvement et les cas d’utilisation prévus pour le simulateur :
- Les valeurs maximales des accélérations. Si elles sont trop faibles, il sera difficile de restituer et de différencier les manœuvres standard et inhabituelles.
- La durée des accélérations, qui est limitée par la vitesse maximale du simulateur et les excursions possibles des systèmes de mise en mouvement.
- La latence effective,
- La fluidité,
- Le niveau de bruit,
- La gamme de fréquences qui peut être restituée…
Tous ces éléments (et d’autres) entrent dans une grande équation pour définir la meilleure architecture du système de mouvement. L’aspect principal est de s’assurer que la conception du simulateur répond aux exigences pour un niveau de fidélité connu et aux cas d’utilisation identifiés.
J’ai entendu parler de la restitution de mouvements. Pouvez-vous expliquer en quelques mots ce que c’est ?
Le modèle dynamique dans SCANeR calcule la réaction du véhicule simulé sur le sol à 1000 Hz (ou plus). Il fournit les valeurs exactes de la dynamique pour le véhicule simulé. D’un autre côté, un simulateur de conduite avancé peut utiliser plusieurs systèmes de mouvement ou d’actionnement en parallèle. Chaque système de mouvement est généralement capable de restituer des retours sur plusieurs axes et possède ses propres performances physiques et limitations. L’algorithme de restitution des mouvements est une combinaison de filtres et de fonctions de transfert qui transforme les sorties du modèle dynamique en ordres pour les différents systèmes de mouvement du même simulateur. Il répartit les entrées en termes de fréquences et intègre la technique de coordination d’inclinaison. Cet algorithme est fondamental, car il assure que le simulateur utilise pleinement les capacités de ses propres systèmes mécaniques. Si vous avez apprécié cet entretien et souhaitez en savoir plus sur les systèmes de mouvement, vous pouvez lire cet article.
