Restitution du mouvement en simulation de conduite

Les simulateurs de conduite

Historiquement, les premiers simulateurs ont vu le jour au début du XXème siècle. Il s’agissait de simulateurs de vol très rudimentaires, consistant par exemple à accrocher un avion à un câble. Leur objectif premier était de pouvoir apprendre à piloter à de jeunes pilotes pour la guerre. Les premiers simulateurs de conduite automobile ne sont apparus qu’une cinquantaine d’années plus tard. En raison d’un manque de moyens techniques, aucun visuel n’était alors simulé sur les premiers simulateurs de vol, et les premières évolutions qui ont été apportées furent sur la restitution inertielle, c’est-à-dire sur la restitution des accélérations de l’avion et la simulation de la variation d’inclinaison de la gravité par rapport à l’avion. Pour ce faire, des systèmes automatisés à 2, 3, 4, 5, puis 6 degrés de liberté (avec la plate-forme de GoughStewart) ont vu le jour. Ce n’est que plus tard, avec l’avènement de l’informatique et de l’informatique graphique, qu’un visuel a pu être simulé. 

Simuler le vol versus simuler la conduite

Lorsque la simulation de conduite automobile a commencé à voir le jour, elle a pu bénéficier des avancées de la simulation de vol, dont la technologie commençait à être plus mature. Cependant, la simulation de vol et la simulation de conduite diffèrent sur plusieurs points.  En conduite automobile le visuel joue un rôle bien plus important qu’en vol. Alors qu’il est possible de piloter un avion avec un visuel très pauvre, en s’aidant principalement des instruments de bord, il semble au contraire être impossible de conduire une voiture sans voir la route. (Gibson et Crooks 1938) décrivent la Restitution du mouvement en simulation de conduite 52 Chapitre 4 Restitution du mouvement en simulation de conduite conduite comme une tâche à prédominance visuelle. De ce fait, les premières améliorations apportées aux simulateurs de conduite ont porté sur la restitution visuelle, avec les premiers pas de l’informatique graphique.  Le contact avec la route implique une dynamique de mouvement des véhicules très différente de celle des avions. Les accélérations des voitures sont plus rapides (hautes fréquences) et plus importantes par rapport à celles des avions qui sont plus lentes (basses fréquences) mais plus longues. L’utilisation de la technique de tilt coordination (consistant à incliner le simulateur pour utiliser une composante de la gravité pour restituer une accélération) permet de restituer facilement des accélérations lentes mais soutenues, sans nécessiter de grands débattements. Très utilisée en simulation de vol, cette technique est plus délicate à utiliser en simulation de conduite. Un problème de débattement horizontal pour restituer les accélérations des véhicules a donc rapidement été rencontré par les utilisateurs de simulateurs de conduite dynamiques.  Simuler la conduite implique parfois également de simuler un trafic, ce qui augmente la complexité du logiciel de simulation. La puissance de calcul nécessaire au bon fonctionnement de la simulation augmente alors également. Ce trafic est nécessaire pour le réalisme de la simulation et peut même parfois devenir indispensable dans certains cas d’études.  Bien souvent, les simulateurs de conduite sont utilisés pour étudier le comportement du conducteur, où pour l’entraîner à savoir réagir correctement dans des situations accidentogènes. Le conducteur doit donc posséder une expérience a priori de conduite réelle. Il possède de ce fait des attentes par rapport au mouvement qu’il doit ressentir dans le simulateur. Au contraire, les simulateurs de vol sont souvent conçus pour apprendre à piloter à des novices, qui n’ont par conséquence aucune expérience de vol réel. Les exigences en termes de réalisme de la simulation sont donc souvent moindres pour la simulation de vol que pour la simulation de conduite automobile. Ces quelques différences mettent en évidence que bien que présentant au premier abord beaucoup de similitudes, la simulation de vol et la simulation de conduite automobiles sont bel et bien différentes. Il existe toutefois des champs de recherche encore ouverts et communs aux deux activités. Il s’agit par exemple de la recherche sur la perception du mouvement, sur les lois de commande des simulateurs dynamiques ou encore sur le réalisme de la restitution visuelle (informatique graphique).

Evolution des simulateurs de conduite automobile

La simulation de conduite automobile ne possède pas d’historique clairement établi, contrairement à la simulation de vol. Cependant, le premier simulateur de conduite est connu. Il s’agit du simulateur Sensorama (Figure 39), connu par ailleurs pour être le premier dispositif de réalité virtuelle, développé par Morton Heilig (Heilig 1962) pour présenter sa vision de l’avenir du cinéma. Ce simulateur très immersif pour l’époque permet de simuler le déplacement (non interactif) d’une motocyclette dans les rues de Brooklyn, avec un son stéréophonique, un visuel en couleurs et en stéréoscopie, des vibrations, du vent et même des odeurs.  Figure 39 – Sensorama Simulator (Heilig 1962) Par la suite, d’autres simulateurs virent le jour, mais n’étaient pas complètement interactifs, dans le sens où le conducteur ne faisait que ralentir ou accélérer la vitesse de défilement d’un film. Il faut attendre le début des années 1970 avec le simulateur VPI-SU, développé conjointement par General Motors et le Viriginia Polytechnic Institute (VPI) pour avoir un des premiers simulateurs de conduite dynamique et interactif. Dans les années 1980, ce sont les organismes en charge de la sécurité routière qui ont construit leurs propres simulateurs de conduite, suivis par la plupart des constructeurs automobiles à la fin des années 1980, début des années 1990. On citera entre autres et par ordre chronologique de mise en service :  la première génération du simulateur Hysim développé par le Human Factor Laboratory de la Federal Highway Administration FHWA (USA),  le premier simulateur du VTI (institut de recherche suédois sur la sécurité routière),  le DaimlerChrysler simulator,  le simulateur VTI-II,  le simulateur Clio (Renault),  le simulateur VIRTTEX (Ford),