Rapport de synthèse du projet HYBRISIM.
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- 2006
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Résumé
- Problématique
Ces dernières années ont vu l'émergence de simulateurs dynamiques de conduite automobile dédiés à la recherche et à l'ingénierie du véhicule. Le conducteur, placé dans un habitacle instrumenté monté sur une plateforme mobile, réagit en temps réel à un environnement virtuel rendu au moyen de retours visuels, auditifs et kinesthésiques. La maîtrise de l'environnement permet d'étudier le couple conducteur-véhicule et, donc, de concevoir et tester les véhicules de demain, avec des avantages démontrés en termes de sécurité et d'économie par rapport aux essais réels. Conceptuellement, ces simulateurs apparaissent comme des assemblages interactifs complexes de sous-systèmes de natures différentes (modèle dynamique du véhicule, modèle d'environnement et de trafic, retour d'efforts aux commandes, systèmes de restitution visuelle, sonore et kinesthésique) et, de ce fait, leurs réalisations constituent des projets pluridisciplinaires impliquant différents métiers et savoirs. La diversité des compétences en jeu rend particulièrement difficile la maîtrise de l'architecture du simulateur et des processus de communication entre ses constituants de sorte qu'il apparaît souhaitable de disposer d'un modèle global de simulateur qui, s'appuyant sur une caractérisation haut niveau de chacun de ses modules, permette d'en faire facilement évoluer l'architecture et d'en optimiser les performances.
Le développement récent de formalismes dits hybrides - faisant communiquer des processus dynamiques continus et événementiels - offre un cadre particulièrement adapté à cette problématique. En effet, la conduite automobile se décompose en tâches continues de type suivi (de route, de véhicule,...) et en tâches événementielles (réaction à une modification de l'environnement). De plus, la performance des simulateurs est liée à l'optimisation en temps réel du fonctionnement des différents sous-systèmes qui interagissent avec le conducteur.
L'objectif du projet HYBRISIM est d'améliorer la performance et le réalisme des simulateurs de conduite en développant des outils de modélisation du système conducteur-simulateur basé sur un formalisme hybride temps réel.
Méthodologie
Réalisation d'une synthèse de la commande qui permette une restitution plus réaliste de l'environnement attendue. Cet objectif se décomposera en trois phases :
- une modélisation du critère de restitution en fonction ;
- le raffinement du modèle de plateforme ;
- l'intégration du critère de restitution dans la synthèse de commande.
Le simulateur dynamique sera évalué et permettra de classifier la pertinence de la restitution pour un ensemble de simulateurs de conduite
Résultats
Dans un premier temps, il a été procédé d'une part à un état de l'art des méthodes hybrides susceptibles de contribuer à la mise en oeuvre de scénarios de conduite et d'autre part à l'identification d'un modèle linéaire d'une des plateformes d'essai de RENAULT devant servir de référence pour la simulation de ces scénarios.
Ce modèle de plateforme a été amélioré via l'intégration dans le simulateur dynamique d'une plateforme six axes de type Gough-Stewart prenant en compte les dynamiques et les contraintes des vérins. Ce simulateur, complètement paramétrable, permet de tester différentes lois de commande de la plateforme et de leur associer un indice de performance mesurant la qualité de la restitution du mouvement et la qualité d'utilisation de l'espace de travail du robot.
Parallèlement, à la mise au point d'un simulateur dynamique, une nouvelle approche de la restitution d'indices inertiels reposant sur des techniques de planification des trajectoires (Model based Predictive Control) prenant explicitement en compte les contraintes physiques et perceptives était envisagée. Les résultats obtenus en simulation sont confirmés lors des essais sur la plateforme ULTIMATE.
Une analyse systématique des modèles connus de perception a été réalisée. Elle concerne les capteurs vestibulaires (otholiques et semi-circulaire), la perception du mouvement propre par vection (immobilité de la scène visuelle alors que l'observateur qui se perçoit alors en mouvement). Ces modèles, au moins pour la partie inertielle, ont été intégrés au simulateur six axes.
Enfin, une méthode de prédiction de manoeuvres et plus globalement du comportement du conducteur à base de chaînes de Markov cachée à été abordée mais non encore appliquée faute de mesures. Elle devrait permettre par une meilleure stratégie de retour au point neutre (réduction de la latence) une amélioration de la restitution inertielle.
En annexe : la thèse de doctorat de l'Ecole des Mines de Paris (spécialité Robotique, automatique et informatique temps réel) de Hatem ELLOUMI, intitulée Commande des plates-formes avancées de simulation de conduite, soutenue le 12 octobre 2006.
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