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Driving Simulation & Virtual Reality

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PhD’s : Emmanuelle Combe
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  Processus d’évaluation amont de la prestation vision ainsi que de la perception globale du poste de conduite (Emmanuelle Combe)  
     
  Introduction  
 

Le projet de thèse s’inscrit dans le contexte général de l’exploitation des outils de l’ingénierie des produits manufacturés automobiles et des processus de la conception assistée par ordinateur associés. Elle complétera nos connaissances scientifiques sur l’emploi des outils utilisant le domaine de la représentation virtuelle des informations techniques et des prestations associées. Plus particulièrement sur le domaine de l’évaluation d’une des prestations dimensionnant le produit automobile : la vision vers l’extérieure et la perception globale de l’habitacle. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche d’entreprise validé. Son objet est la maîtrise du processus de convergence de la prestation ergonomie (vision vers l’extérieure et perception) dans la boucle de conception de Design et architecture numérique du véhicule en phase amont de la conception. La finalité pour l’industriel est de savoir combiner la maquette numérique et le prototypage physique partiel pour une évaluation prédictive, représentative et fiable des prestations vision vers l’extérieure et perception globale de l’habitacle.
 
     
  Contexte  
 


En phase avant-projet, l’ergonomie est une prestation, tout comme l’aérodynamique, la consommation de carburant, la sécurité...La traduction de ces prestations se fait sous forme de définitions numériques. Mais dans le cadre de l’ergonomie et plus particulièrement de la vision et la perception globale de l’habitacle si l’évaluation de la vision peut partiellement être objectivée par des critères anthropométriques, physiologiques, etc. Elle n’en reste pas moins subjective et délicate à réaliser pour ce qui est du domaine de la perception globale. D’autant plus que les prototypes physiques sur lesquels l’évaluation s’établit sont de moins en moins nombreux, partiels et mis à la disposition des ergonomes de plus en plus tard dans le planning de conception pour des raisons économiques. En effet au prototype physique se substitut progressivement une représentation virtuelle sur laquelle l’ergonome doit se prononcer. Or l’ergonomie peut contraindre à corriger des études si les prestations sont mal étudiées et évaluées. Alors l’impact économique d’une telle correction sur la rentabilité du projet peut être catastrophique et d’autant plus qu’elle intervient tard.

Actuellement les équipes d’ergonomes intervenant sur les phases amont d’un projet véhicule s’appuient sur des critères numériques et des évaluations obtenues sur des maquettages partielles et des prototypes roulants coûteux pour établir les performances du futur habitacle. Les critères numériques sont obtenues à partir d’extractions chiffrées issues des numérisations CAO et comparées aux mêmes valeurs mesurées sur un véhicule cible. Ce processus permet d’établir une note de performance objective de la prestation vision vers l’extérieure de l’artefact en construction. Mais il ne permet pas d’obtenir une évaluation de la performance subjective de la prestation. Cette évaluation est obtenue à partir des maquettages partiels et par la conduite de ces prototypes sur piste. Un nouveau mode opératoire de l’évaluation subjective du poste de conduite est proposé. Des représentations virtuelles immersives de l’habitacle se substituent aux maquettes réelles. Ces représentations virtuelles sont construites avec des numérisations CAO (Conception Assistée par Ordinateur). Elles sont ensuite placées dans des scénarios dynamiques virtuels. Ces scénarios présentent des situations de conduites courantes auxquelles le conducteur doit faire face dans son habitacle. Enfin les évaluateurs sont immergés dans l’habitacle virtuel placé dans le scénario virtuel. Aujourd’hui, notre ingénierie envisage l’emploi systématique de ce mode d’évaluation. Cela nécessite une consolidation des connaissances, une mise en ordre des pratiques et une compréhension des phénomènes mis en jeux pour produire des évaluations pertinentes, prédictives et des résultats exploitables pour atteindre nos cibles produits.

 
     
  Sujet de thèse  
 


Dans ce projet de thèse, on s’intéresse aux occupants d’une automobile, principalement au conducteur, en fonction duquel les nouvelles voitures devraient être façonnées. Il ne s’agit pas du confort de l’habitacle, mais du confort et de la qualité de la perception visuelle atteignable à partir de cet habitacle. Il s’agit donc d’étudier la perception visuelle qu’a le sujet de sa voiture par rapport à l’environnement extérieur. Plus précisément, il est demandé au candidat d’examiner comment évaluer et donc quantifier cette perception, en environnements visuels réel et virtuel.

Il faut tout d’abord que le candidat soit bien conscient des enjeux de sa recherche : ils englobent non seulement le confort du conducteur, donc d’attractivité du véhicule, mais aussi et surtout sa sécurité.

Avant de prendre connaissance (état des lieux) des méthodes proposées et/ou existantes, le candidat devra bien évidemment étudier les mécanismes de la perception visuelle de l’homme. Ces mécanismes diffèrent mais sont complémentaires dans les cas de mouvement (du véhicule et/ou d’objets de l’environnement extérieur) et les cas d’immobilité. Le cas du mouvement du véhicule devra être examiné avec une précaution particulière : si les organes vestibulaires signalent le mouvement et le non mouvement, ils ne sont pas stimulés en environnement de réalité virtuelle. En revanche, les informations somatosensorielles qui accompagnent toujours celles vestibulaires, pourraient être simulées et stimulées en environnement virtuel aussi. En effet, si la perception visuelle provient essentiellement des informations visuelles et donc des yeux, une multitude d’autres informations sensorielles (et émotionnelles, temporelles,...) y contribuent également. Et les relations entre le système vestibulaire et les yeux (leurs mouvements, leur position, mais aussi leur vision comme par exemple pour la vection) sont particulièrement étroites (Berthoz, 1997).

Mais la perception (visuelle ou autre) n’est pas construite uniquement à partir d’informations multi-sensorielles : elle dépend bien évidemment aussi de l’attention, et plus globalement de l’"état" du sujet, dans notre cas du conducteur : il peut être anxieux, en admiration (du paysage ou de son véhicule), entrain de s’assoupir, entrain de bavarder avec les autres passagers ou avec un interlocuteur au téléphone, entrain de calculer le temps qu’il va mettre à atteindre tel ou tel but, etc... Tous ces états peuvent survenir ou être provoqués en environnements réel et virtuel. De plus ou par conséquent, la perception est complètement subjective. Même en ne s’attachant qu’aux entrées sensorielles, différents styles perceptifs ont été repérés, suivant lesquels les sujets seraient dépendants plutôt des informations visuelles ou de celles vestibulo-somatosensorielles. Différents cadres de référence seraient donc choisis par les sujets, consciemment ou non mais pratiquement automatiquement. La sélection d’un cadre de référence est d’une importance capitale en orientation spatiale et la perception lui est naturellement liée. Enfin, la perception et son cadre de référence dépendent de la tâche que le sujet doit ou veut accomplir. Quand il maîtrisera parfaitement les mécanismes de la perception visuelle le candidat rédigera un premier rapport (6 mois), dans lequel il dressera la liste exhaustive et explicative des entrées sensorielles et autres à prendre en compte. Ce rapport l’aidera ensuite à prendre connaissance des méthodes d’évaluation existantes, de façon critique.

Le candidat se limitera alors au système voiture-environnement, et utilisera au moins certaines des méthodes d’évaluation existantes, avec au moins 10 volontaires qu’il questionnera sur leurs premières impressions en plus des tâches prévues lors de ces protocoles. Ces impressions donneront l’ampleur de la variabilité inter-sujets, ou subjectivité de la perception. Le candidat devra ensuite définir une (ou plusieurs) tâche spécifique et pertinente à imposer aux sujets, qui pourrait être une tâche de pointage du regard, d’orientation du volant, d’estimation verbale de distance ou de vitesse, ou autre. De cette manière il pourra quantifier la perception visuelle, en quantifiant les erreurs commises, et en comparant ces erreurs en environnements réel et virtuel. Il établira alors un rapport critique (1 an), avec des suggestions pour améliorer ou compléter ces méthodes d’évaluation de la perception. Ce rapport avec les résultats expérimentaux devra aussi faire l’objet d’une publication dans une revue scientifique internationale à comité de lecture. Ensuite le candidat devra établir une nouvelle méthode ou une ancienne améliorée. Pour ce faire, il lui faudra transcrire ce protocole et ses résultats attendus sous forme de modèle numérique. L’élaboration du modèle et les essais expérimentaux en environnements réel et virtuel pouront être menés conjointement. Ces travaux devront permettre de valider un protocole fiable à mettre en place (1,5 ans).

 
 
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