Modélisation de l'adaptation des conducteurs au comportement du véhicule et expérimentations sur simulateur

Renaud Deborne

Description

Sous la direction de Christian Saguez
Thèse soutenue le 19 juin 2009: Ecole centrale Paris
Lorsqu’un conducteur prend en main un nouveau véhicule, celui-ci risque de présenter un comportement routier différent. Pour autant cela ne nécessite pas d’apprentissage particulier de la part du conducteur et il sera très rapidement capable de maîtriser ce véhicule. Cet acte anodin révèle une capacité propre aux systèmes biologiques qui s’étend pour l’être humain, bien au-delà du champ spécifique de la conduite automobile. En effet, nous sommes dans nos gestes quotidiens confrontés continuellement à un environnement changeant. Nos capacités d’apprendre confèrent à nos connaissances sur le monde et sur notre interaction avec celui-ci une plasticité qui se révèle essentielle. Mais ces capacités ne sont pas infinies et la détermination de leurs limites présente un réel défi pour les constructeurs automobiles qui proposent de plus en plus fréquemment des systèmes embarqués pouvant modifier le comportement dynamique du véhicule. Par ailleurs, l’étude de l’adaptation d’un conducteur à un comportement imprévisible du véhicule ou d’un de ses systèmes d’aide à la conduite peut se révéler complexe à mettre en place, coûteuse en instrumentation voire dangereuse. L’avènement des outils de simulation et de réalité virtuelle permet aujourd’hui de contourner certaines de ces limitations. Toutefois, la conduite d’expérimentations exhaustives quant aux types d’évènements possibles avec un nombre de sujets suffisamment important pour être pertinent en regard de la diversité des profils de conducteurs est impossible. L’utilisation de modèles, de comportement du conducteur est donc nécessaire. Cependant de tels modèles dotés de capacités adaptatives sont encore trop peu nombreux. De ce constat nous nous proposons dans cette étude d’établir un modèle de conducteur ayant la propriété de pouvoir intégrer des modifications de l’environnement. Plusieurs hypothèses existent sur la manière dont le système nerveux central peut réagir à de tels évènements. Nous identifions en particulier la stratégie de mise à jour de modèle interne et celle de modulation de l’impédance des membres. Nous intégrons au sein de notre modèle ces deux stratégies afin de lui conférer une certaine cohérence physiologique mais aussi pour en étudier les performances propres. Nous proposons alors une méthodologie pour l’étude de l’adaptation sensorimotrice des conducteurs que nous appliquons au cas de la conduite en virage. Nous établissons ainsi un nouveau modèle adaptatif de la tâche de conduite pour le contrôle latéral. Nous proposons également une calibration des différents paramètres de ce modèle. Nous réalisons alors deux expérimentations mettant en lumière les capacités d’adaptation des conducteurs. Puis, nous montrons de quelle manière notre modèle permet d’apporter des éléments de réponse sur les mécanismes responsables de cette adaptation. Enfin nous suggérons une application de aux études de sûreté de fonctionnement.
-Contrôle Sensorimoteur
-Sûreté de Fonctionnement
-Modulation d’Impédance
-Modélisation Conducteur
-Contrôle Adaptatif
Whenever a driver takes over a new vehicle, he is likely to experience a different road behavior of the car. However, this does not require any special training for the driver as he will be very prompt in controlling his vehicle. This usual action is evidencing a genuine capability which is specific to biological systems and, for any human being, expanding far beyond the particular application of automobile drive. As a matter of fact, we are constantly facing a changing environment in our daily motions. Our learning capabilities generate a unique adaptability which is key to our understanding of the world as well as our interaction with it. However, these capabilities are not infinite and their limit fixing constitutes a true challenge for car manufacturers who are more and more often offering embedded systems capable of modifying the dynamic behavior of the vehicle. Moreover, the survey on driver’s adaptability to an unpredictable behavior of either the vehicle or its drive aided systems may turn out to be complex to implement, cost prohibitive in instrumentation or even hazardous. Today, the introduction of simulation and virtual reality tools allows to get rid of some of these limitations. However, the conduct of exhaustive experiments proves to be impossible considering the nature of possible events involving a large number of drivers to be meaningful and their inherent profile diversity. Utilization of driver behavior models becomes therefore an absolute necessary. It is worth notice that such models featured with adaptive capabilities are still far too few. Consequently, we are proposing in this survey to set up a driver model with the capability of integrating environmental changes. There are several hypotheses to explore as to the way the central nervous system is responding to such events. More specifically, we are analyzing the updating strategy of internal models and impedance modulation. Both strategies are being integrated into our model so as to make it more coherent physiologically and permit further evaluation of its inherent performances. Moreover, we are formulating a methodology for the study of sensorimotor driver’s adaptability which we are using for turn driving application. In this way, we are setting up a new adaptive driving task model for lateral side application. We are also proposing this model with a calibration of its various parameters. Then, we are achieving two experiments evidencing adaptive driver’s capabilities. Next, we are demonstrating how our model helps understanding this adaptation. Finally, we are developing a possible application to the in-operation safety surveys.
Source: http://www.theses.fr/2009ECAP0019/document

Sujets

• Sûreté de fonctionnement

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 64
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

ÉCOLE CENTRALE DES ARTS
ET MANUFACTURES
« ÉCOLE CENTRALE PARIS »
THÈSE
Présentée par
Renaud DEBORNE
Pour l’obtention du
GRADE DE DOCTEUR
Spécialité : Mathématiques Appliquées
Laboratoire d’accueil : Mathématiques Appliquées aux Systèmes
Sujet : Modélisation de l’adaptation des conducteurs au comportement du véhicule et
expérimentations sur simulateur
Soutenue le 19 juin 2009
Devant un jury composé de :
Dr. Cournède Paul-Henry Président
Pr. Merienne Frédéric Rapporteur
Pr. Mestre Daniel Rapporteur
Dr. Kemeny Andras Co-directeur de thèse
Dr. Saguez Christian Co-directeur de thèse
Dr. Reymond Gilles Examinateur

2009 -ECAP0019
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A mon oncle Hubert
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tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010Remerciements
A mes directeurs de thèse
Je remercie Andras Kemeny de m’avoir accueilli au Centre Technique de
Simulation de Renault et de m’avoir offert l’opportunité de travailler sur des
domainesainsirichesquediversifiésmaiségalementd’êtreassociéàuneéquipe
performante, développant des outils exceptionnels. Je remercie Christian Sa-
guez de m’avoir accueilli au sein de son Laboratoire de Mathématiques Appli-
quées aux Systèmes de l’Ecole Centrale Paris.
Aux membres du jury
Je remercie Gilles Reymond de m’avoir guidé tout au long de ces quelques
années. La pertinence de ses remarques et de ses conseils ainsi que sa dispo-
nibilité m’ont permis de mener à bien mes recherches. Je remercie Paul-Henry
Cournèded’avoirsuivimontravail,dem’avoirprodiguédeprécieuxconseilset
d’avoir su m’encourager. Pour cela je lui suis sincèrement reconnaissant. Je re-
mercie messieurs Frédéric Mérienne et Daniel Mestre pour avoir eu l’amabilité
d’accepter d’être les rapporteurs de mon travail de thèse.
A mes collègues, passés et présents
Je remercie Olivier Pape, Wisama Khalil, Matjaz Colnaric, Bojan Hadjar,
Rok Ostrovrsnik, Domen Verber, Matej Sprogar, Roman Gumzej et Stanko
Moraus pour m’avoir initié et donné goût à la Recherche, qu’elle soit universi-
taire ou industrielle. Je remercie Erwin Boer pour les différents échanges que
nous avons pu avoir sur mon travail et l’intérêt qu’il a porté à celui-ci. Je
remercie Sylvie Dervin, Catherine Lhôpital et Géraldine Carbonelle pour leur
sympathie,leursencouragementsetleurincroyableefficacitédansl’aidequ’elles
m’ont apporté pour la gestion des différents aspects administratifs de mon tra-
vail. Je remercie Jean-Christophe Collinet pour avoir su faire preuve d’autant
decompréhension,deflexibilitéetsurtoutd’empathiepourquejepuissemener
v
tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010vi
à son terme mon travail de thèse tout en combinant mon activité au sein de
son équipe. Je remercie mes différents collègues du Centre Technique de Simu-
lation de Renault et de l’Ecole Centrale Paris. Merci à Agnès, Arnaud qui a eu
la patience de relire mon travail, Benjamin, Benoît, Christian, Damien, Emi-
lie,Frédéric,Gilles,Hakim,Jean-Charles,Serge,Stéphanie,Stéphanie,Manuel,
Matthieu, Mehmet, Mohammed, Olivier, Philippe, Slim, Sophie, Thierry, Tho-
mas,Maxime,Mamy,AnneetmesstagiairesAdrienetEmmanuelpourm’avoir
accompagné tout au long de ces années et des liens que nous avons pu tisser.
Je tiens aussi à remercier mes deux codétenus de vignette, Emmanuelle Combe
et Nicolas Filliard, pour nos nombreux échanges aussi bien d’ordre scientifique
qu’existentiel mais aussi pour leur soutien, je leur témoigne mon amitié la plus
sincère.
A mes amis
Merci en particulier à Alain, Arnaud, Cédric, Cahuète, Florian, Julien, le
trio angevin (Frédéric, Romain, Sébastien), Ludovic, Onur, Nell, Pascal, Paul,
Sylvie,SylvieetSamuelainsiqueceuxquej’auraipuoublié.Mercisincèrement
à l’enseigne de vaisseau deuxième classe David. Merci infiniment à Elisabeth
dontjenemesurepasencoretouslesbienfaitsqu’ellem’aapportés.Jeremercie
évidement les vétos, pour leur amitié, leur patience et la fraîcheur qu’ils ont
su m’apporter, merci encore à Béatrice et Damien, Caroline et Bilou, Dana,
Elodie et Olivier, Moon qui finira sa thèse j’en suis sûr et Ludovic, Sarah et
Sylvain. Merci aux anciens de Stan, Benjamin pour nos nombreuses réflexions
etpoursonécoute,CoucouletNathalie,JulienetCéline,PoufetAurélieetma
petite sœur Florence.JeremercieArnaudAndrieuxpoursonamitiéindéfectible
qu’il me témoigne depuis bientôt treize ans, pour ses encouragements durant
les moments difficiles, pour avoir finalement toujours su être là. Merci aussi à
Marie-Emilie.
A ma famille
Je remercie enfin mes parents, Francine et Olivier, mon frère Benoît, Séve-
rine, mes grands-parents, Paulette et Yvon pour m’avoir accompagné, guidé et
encouragédansmeschoixtoutaulongdecesannées.Jelesaimeprofondément.
Mes pensées vont aussi à Marie et André que je n’ai malheureusement pas ou
trop peu connu.
tel-00453301, version 1 - 4 Feb 2010Résumé
Lorsqu’unconducteurprendenmainunnouveauvéhicule,celui-cirisquede
présenter un comportement routier différent. Pour autant cela ne nécessite pas
d’apprentissage particulier de la part du conducteur et il sera très rapidement
capable de maîtriser ce véhicule. Cet acte anodin révèle une capacité propre
auxsystèmesbiologiquesquis’étendpourl’êtrehumain,bienau-delàduchamp
spécifique de la conduite automobile. En effet, nous sommes dans nos gestes
quotidiens confrontés continuellement à un environnement changeant. Nos ca-
pacités d’apprendre confèrent à nos connaissances sur le monde et sur notre
interaction avec celui-ci une plasticité qui se révèle essentielle. Mais ces capa-
cités ne sont pas infinies et la détermination de leurs limites présente un réel
défi pour les constructeurs automobiles qui proposent de plus en plus fréquem-
ment des systèmes embarqués pouvant modifier le comportement dynamique
duvéhicule.Parailleurs,l’étudedel’adaptationd’unconducteuràuncompor-
tement imprévisible du véhicule ou d’un de ses systèmes d’aide à la conduite
peut se révéler complexe à mettre en place, coûteuse en instrumentation voire
dangereuse. L’avènement des outils de simulation et de réalité virtuelle permet
aujourd’hui de contourner certaines de ces limitations. Toutefois, la conduite
d’expérimentations exhaustives quant aux types d’évènements possibles avec
un nombre de sujets suffisamment important pour être pertinent en regard de
la diversité des profils de conducteurs est impossible. L’utilisation de modèles
de comportement du conducteur est donc nécessaire. Cependant de tels mo-
dèles dotés de de capacités adaptatives sont encore trop peu nombreux.
De ce constat nous nous proposons dans cette étude d’établir un modèle de
conducteur ayant la propriété de pouvoir intégrer des modifications de l’envi-
ronnement. Plusieurs hypothèses existent sur la manière dont le système ner-
veuxcentralpeutréagiràdetelsévènements.Nousidentifionsenparticulierla
stratégiedemiseàjourdemodèleinterneetcelledemodulationdel’impédance
des membres. Nous intégrons au sein de notre modèle ces deux stratégies afin
de lui conférer une certaine cohérence physiologique mais aussi pour en étudier
les performances propres. Nous proposons alors une méthodologie pour l’étude
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de l’adaptation sensorimotrice des conducteurs que nous appliquons au cas de
la conduite en virage. Nous établissons ainsi un nouveau modèle adaptatif de
la tâche de conduite pour le contrôle latéral. Nous proposons également une
calibration des différents paramètres de ce modèle. Nous réalisons alors deux
expérimentations mettant en lumière les capacités d’adaptation des conduc-
teurs. Puis, nous montrons de quelle manière notre modèle permet d’apporter
des éléments de