Dissertations / Theses on the topic 'Simulateurs de conduite dynamiques'

Les évolutions des processus de conception tendent à l’intégration grandissante des outils numériques,notamment les simulateurs de conduite, dans les boucles de validation. Il est donc nécessaire de construire des méthodologies d’usages adaptées pour répondre à ces nouvelles contraintes et d’explorer les nouvelles possibilités que ces outils peuvent offrir. L’évaluation des prestations dynamiques de conduite est abordée ici dans le cas du contrôle de la trajectoire en virage soumis à des perturbations. L’objectif de ces travaux est de proposer une méthodologie d’évaluation subjective, sur simulateur, des prestations liées à la dynamique du véhicule et de l’appliquer pour la caractérisation d’un système de correction de trajectoire. Des études expérimentales sur simulateur, en présence et en l’absence de restitution inertielle du mouvement, ont été conduites pour valider une méthodologie d’évaluation et identifier les indices sensoriels mis en jeu. Une modélisation basée sur les relations psychophysiques classiques a été proposée pour relier les jugements subjectifs aux données objectives du comportement dynamique du véhicule. Enfin, l’utilisation de cette modélisation a été utilisée pour caractériser le déclenchement d’un système d’aide au contrôle de la trajectoire (ESC). Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d’une thèse CIFRE (contrat ANRT n° 1181/2008) à RENAULT, Centre Technique de Simulation et à l’Institut de Recherche en Communication et Cybernétique de Nantes (IRCCyN), UMR 6597, sous la co-direction de MM. Jean-François Petiot (IRCCyN – Ecole Centrale de Nantes) et Andras Kemeny (RENAULT) et l’encadrement de M. Franck Mars (IRCCyN – CNRS)
Evolutions of the design process tend to the increasing integration of digital tools, including driving simulators, in the validation loops. It is therefore necessary to build methods of uses fitted to meet these new constraints and explore new possibilities that these tools can offer. The evaluation of the driving dynamics performances is discussed here in the case of trajectory control in turn subjected to disturbances. The objective ofthis work is to propose a methodology for subjective evaluation, on simulator, of performances related to vehicle dynamics and apply it to the characterization of a trajectory correction system. Experimental studies on simulator, in the presence and in the absence of inertial restitution, were conducted to validate a methodology for assessment and identify sensory cues put in. A model based on classical psychophysicalrelations has been proposed to link the subjective judgments and the objective data of the dynamic behavior of the vehicle. Finally, the use of this model has been used to characterize the onset of a stability control system (ESC). This work has been carried out in the framework of a CIFRE PhD (ANRT contract No 1181/2008) at RENAULT, Technical Center for Simulation and at Research Institute of Communication and Cybernetics of Nantes (IRCCyN), UMR 6597, under the co-direction of MM. Jean-François Petiot (IRCCyN - Ecole Centrale de Nantes) and Andras Kemeny (RENAULT) and supervision of Mr. Frank Mars (IRCCyN - CNRS)

En conduite automobile, le conducteur perçoit son mouvement propre au moyen de processus complexes mettant en jeu l’ensemble de ses organes sensoriels, et des mécanismes cognitifs basés sur l’expérience et l’apprentissage. Dans ces travaux, nous nous sommes focalisés sur la part vestibulaire de la perception du mouvement, et ses interactions avec les autres modalités sensorielles. Nous avons pour cela, mis en œuvre les techniques de stimulation galvanique. Une première partie de l’étude a permis de comprendre et de caractériser les principes de la stimulation galvanique vestibulaire. Nous avons étudié ses effets sur le maintien postural et les réflexes de stabilisation du regard sur des sujets sains, et sur des patients vestibulaires. Puis nous avons observé les processus de combinaison des informations issues des oreilles internes, pour différents types de stimuli et conditions extérieures. Dans une seconde partie, appliquée à la conduite automobile sur simulateur, nous nous sommes intéressés aux phénomènes d’interactions entre les modalités sensorielles inertielles et visuelles. Puis nous avons modulé les entrées vestibulaires au moyen de stimuli galvaniques, afin de qualifier leur importance dans la perception du mouvement, et la conduite. En présence d’informations inertielles plus riche, une perturbation vestibulaire induit moins d’effet, et les résultats tendent à indiquer que le conducteur alloue une importance plus importante aux informations visuelles et proprioceptives. Les accélérations perçues sur sa tête paraissent secondaires. Cette pondération semble dépendre du type de mouvement et de manœuvre, et du contexte perceptif dans lequel se trouve le sujet

Les évolutions des processus de conception tendent à l'intégration grandissante des outils numériques, notamment les simulateurs de conduite, dans les boucles de validation. Il est donc nécessaire de construire des méthodologies d'usages adaptées pour répondre à ces nouvelles contraintes et d'explorer les nouvelles possibilités que ces outils peuvent offrir. L'évaluation des prestations dynamiques de conduite est abordée ici dans le cas du contrôle de la trajectoire en virage soumis à des perturbations. L'objectif de ces travaux est de proposer une méthodologie d'évaluation subjective, sur simulateur, des prestations liées à la dynamique du véhicule et de l'appliquer pour la caractérisation d'un système de correction de trajectoire. Des études expérimentales sur simulateur, en présence et en l'absence de restitution inertielle du mouvement, ont été conduites pour valider une méthodologie d'évaluation et identifier les indices sensoriels mis en jeu. Une modélisation basée sur les relations psychophysiques classiques a été proposée pour relier les jugements subjectifs aux données objectives du comportement dynamique du véhicule. Enfin, l'utilisation de cette modélisation a été utilisée pour caractériser le déclenchement d'un système d'aide au contrôle de la trajectoire (ESC). Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'une thèse CIFRE (contrat ANRT n° 1181/2008) à RENAULT, Centre Technique de Simulation et à l'Institut de Recherche en Communication et Cybernétique de Nantes (IRCCyN), UMR 6597, sous la co-direction de MM. Jean-François Petiot (IRCCyN - Ecole Centrale de Nantes) et Andras Kemeny (RENAULT) et l'encadrement de M. Franck Mars (IRCCyN - CNRS).

Avec plus de 75% du fret dans la plupart des pays de l’UE, le mode routier reste le plus dominant pour le transport de marchandises. La proportion de Poids Lourds (PL) croît dans le trafic routier et atteint souvent 15 à 20%. Pour atteindre les nouveaux objectifs de développement durable, garantir la durabilité des infrastructures et améliorer la sécurité routière, une attention particulière doit être portée sur ce mode de transport pour évaluer et limiter les charges dynamiques des roues et essieux sur les chaussées. La sécurité et l’efficacité des PL peuvent être améliorées par l’utilisation de systèmes embarqués permettant la surveillance continue et l’estimation des charges dynamiques en temps réel. Les progrès des outils de l’automatique fournissent des techniques intéressantes pour le pesage en marche embarqué. L’objectif de cette thèse est de développer une méthode d’estimation des forces d’impacts des poids lourds sur les chaussées et de proposer un contrôle actif pour réduire les effets dynamiques maximaux. Après un état de l’art détaillé sur les techniques de pesage embarqué disponibles, un modèle lacet-roulis dynamique du PL est développé. Des méthodes d’estimations basées sur l’inversion explicite et implicite du modèle et d’observateurs à mode glissant sont développées et testés à l’aide du simulateur Prosper/Callas et une première validation a été obtenue par des tests expérimentaux. Enfin, une architecture de commande par braquage actif, basée sur les forces d’impact estimées et permettant d’alerter et d’assister le conducteur en présence de risque de renversement et de situations accidentogènes a été proposée
With more than 75% of freight in most EU countries, road traffic is the most dominant mode for the transport of goods. The proportion of heavy duty vehicles (HDV) increases in traffic and often reaches 15 to 20%. To achieve the new objectives of sustainable development, ensuring the sustainability of infrastructure and improving road safety, a special attention should be paid to this mode of transportation to assess and reduce the dynamic loads of the wheels and axles on pavements. The safety and efficiency of HDV can be improved by the use of on-board systems for the monitoring and the estimation of dynamic loads in real time. The progress in development of new tools in control theory provides interesting techniques for the weigh-in-motion board. The objective of this thesis is to develop a method to estimate the impact forces of heavy vehicles on the roadways and to provide an active control to reduce the maximum dynamic effects. After a detailed state of art about available on-board weighing technology, a yaw-roll model dynamics of the HDV is developed. Estimation methods based on explicit and implicit model inversion and sliding mode observers are developed and tested using the Prosper/Callas simulator and a first validation is obtained by experimental tests. Finally, control architecture for active steering, based on the estimated impact forces in order to alert and assist the driver in the presence of rollover risk and dangerous situations is proposed

Les systèmes actifs d'aide à la conduite des véhicules automobiles ont besoin d'informations sur l'état du véhicule pour construire des stratégies de contrôle efficaces. L'objectif de cette thèse est de développer des observateurs à entrées inconnues qui permettent d'estimer différentes variables liées à l'état du véhicule et de son environnement. Après avoir présenté différentes modélisations du véhicule, différents observateurs d'état à entrées inconnues de systèmes linéaires et non linéaires sont exposés afin d'estimer des variables explicatives de la dynamique du véhicule
Advanced driver assistance systems for active safety need the dynamic state of the vehicle to build effective automatic control strategies. This thesis deals with the use of unknown input observers to estimate variables related to the vehicle state and its environment. After presenting different models of vehicle, different unknown input state observers of linear and nonlinear systems are defined to estimate variables of the vehicle dynamics

La simulation de conduite est fortement utilisée dans la recherche et le développement pour l'industrie automobile. Les simulateurs de conduite sont utilisés pour évaluer les prototypes véhicules pour la dynamique du véhicule et les systèmes d'aide à la conduite. Cependant, l'utilisation des simulateurs de conduite induit une problématique scientifique qui peut limiter son développement. En raison de son principe même, le simulateur de conduite ne restitue pas des mouvements du véhicule à l'échelle 1. Ce verrou cause des phénomènes de mal du simulateur qu'il est important d'étudier.Cette thèse propose d'étudier des méthodes et outils à mettre en œuvre dans les simulateurs de conduite statique ou dynamique. De cette mise en œuvre, des études sur le mal du simulateur sont menées grâce à des mesures objectives (via un capteur de suivi de mouvement, plate-forme de stabilité du corps, électromyographie) et subjectives (par l'intermédiaire de questionnaires). Des solutions algorithmiques et matérielles sont proposées et évaluées dans le contexte de la simulation de conduite.Les approches proposées dans cette thèse pour réduire le mal du simulateur sont:- Elaborer et évaluer les algorithmes de contrôle de la plate-forme mobile hexapode: sept algorithmes différents sont mis en œuvre.- Mesurer les effets liés au mal de simulateur sur les sujets aux niveaux vestibulaire, neuromusculaire et posturale.- Evaluer l'influence de l'implication des sujets sur le mal de simulateur (conducteurs et passagers)
Simulation has been intensively involved nowadays in research and development for automotive industry. Driving simulators are one of those simulation techniques which are used to evaluate the prototypes for the vehicle dynamics and driving assistance systems. However with the driving simulator, there is a lock associated with its use. Because representing a permanent scenario as scale 1 is quite difficult. Because of that difficulty, motion/simulator sickness is an inevitably important topic to study.This thesis proposes to explore methods and tools to implement in static or dynamic simulators. In this implementation, studies of simulator sickness are conducted with objective measures (via a motion tracking sensor, platform for body stability, electromyography) and subjective (through questionnaires). These algorithmic or hardware solutions studies should be defined and applied at simulators. The proposed approaches to reduce or avoid simulator sickness in this thesis are:- Building control algorithms of motion hexapod platform: seven different algorithms are implemented.- Measuring the effects of inertia on subjects at vestibular, neuromuscular and postural levels.- Assessing the involvement of subjects (drivers and passengers)

Les travaux présentés dans ce manuscrit s'inscrivent dans le contexte de la simulation de conduite et plus concrètement dans celui des simulateurs de conduite dynamique a hautes performances utilises pour la validation des systèmes avances et du véhicule autonome. Afin de répondre aux enjeux de performance et de perception du mouvement, nous présentons différentes approches d’amélioration des algorithmes de restitution de mouvement (MCA). L'ensemble de nos études montre que la stratégie de contrôle prédictif est le meilleur choix pour contrôler les mouvements des nouveaux simulateurs a hautes performances. Cependant, dans ce MCA l'optimisation en temps réel et le modèle de perception doivent être garantis afin améliorer l'immersion du conducteur dans l'environnement virtuel. Nous avons donc comparé différentes techniques pour résoudre les problèmes d'optimisation sous contraintes et avons propose une technique d'optimisation a partir de circuits integres, qui propose une solution intuitive et rapide au problème d'optimisation. Enfin, nous avons établi des recommandations de paramétrage des MCA en fonction du comportement de conduite auto-declare qui permet une meilleure perception du mouvement dans un simulateur de conduite, en conduite interactive et en mode autonome
The work presented in this manuscript takes part in the context of driving simulation and more specifically in the one of dynamic driving simulators used for the validation of advanced systems and the autonomous vehicle. In order to address the issues of performance and motion perception, we have presented different approaches to improve the Motion Cueing Algorithms (MCA). All our studies show that the model predictive control (MPC) strategy is the best choice to MCA on high-performance driving simulators. Indeed, compared to other strategies, it allows to better take advantage of the workspace without endangering the simulator and/or the driver. However, in this MCA, the real-time optimization and the perception model must be guaranteed in order to improve the driver's immersion in the virtual environment. Therefore, we compared different techniques to solve constrained optimization problems. We proposed a based optimization technique, which provides an intuitive and fast solution to the MPC constrained optimization problem. Finally, we established recommendations for MCA parameterization according to the self-declared driving behavior allowing a better perception of motion in a driving simulator, in interactive driving and in autonomous mode

Les simulateurs de conduite permettent d’explorer certains domaines de recherche difficiles à appréhender en conditions réelles, comme l'intégration de différents signaux sensoriels (ex. visuel, vestibulaire, somesthésique) pour la perception du mouvement. Malgré leur complexité, les simulateurs de conduite ne produisent pas toujours une sensation de conduite réelle, spécialement dans les situations comportant des freinages ou des virages. Leurs limites mécaniques en sont la cause. En conséquence, les lois de mouvement des simulateurs sont basées sur la technique de la « tilt-coordination ». Cette technique consiste à incliner un véhicule de telle sorte que la force gravitationnelle soit équivalente à l’accélération gravito-inertielle (GIA) résultant d’une accélération linéaire. La « tilt-coordination » se base sur l'ambigüité perçue par le système vestibulaire entre un basculement et une translation. Sur simulateur de conduite, l'algorithme « washout » combine la « tilt-coordination » à des translations pour produire une sensation d'accélération linéaire. L'objectif de ces travaux de recherche est d'atteindre une meilleure compréhension de l'intégration multisensorielle pour la perception des accélérations linéaires en simulateur de conduite. Les expériences présentées ci-dessous montrent que la perception des décélérations linéaires dépend de la manière dont le basculement et la translation sont combinés pour produire une perception cohérente. Par ailleurs, nos résultats montrent qu'il y a une différence importante dans la perception des accélérations et des décélérations. Pour le freinage, le rapport basculement/translation le plus réaliste dépend du niveau de décélération. Pour l'accélération, le mouvement est généralement surestimé et dépend du niveau d'accélération. Dans ce cas, la perception ne dépend pas du rapport basculement/translation. Ces résultats suggèrent que les signaux visuels, vestibulaires et somesthésiques sont intégrés de façon Bayésienne. En conclusion, il n'est pas conseillé d'utiliser l'algorithme « washout » sans prendre en compte la non-linéarité de la perception humaine. Nous proposons un modèle qui décrit la relation entre le basculement, la translation et le niveau d'accélération ou décélération souhaité. Ce modèle peut être utilisé pour améliorer la loi du mouvement afin de produire des simulations de conduite plus réalistes
Driving simulators allow the exploration of certain areas of research that are difficult to reach in normal conditions, like the integration of different sensory inputs (visual, vestibular and somesthesic) for perception of self-motion. In spite of their complexity, driving simulators do not produce a realistic sensation of driving, especially for braking and turnings. This is due to their mechanical limitations. As a consequence, driving simulators' motion algorithm is based on tilt-coordination technique, which assumes the tilt of the car so that the driver's force of gravity is oriented in the same way as the gravito-inertial acceleration (GIA) during a linear acceleration. This technique is based on the tilt-translation ambiguity of the vestibular system and is used on dynamic driving simulators in combination with linear translations in so-called washout algorithm, to produce a sensation of linear acceleration. The aim of the present research is to understand how humans use multiple sensory signals (vestibular, visual and somatosensory) during the perception of linear acceleration on a driving simulator. The conducted experiments show that the perception of motion depends on the manner tilt and translation are used together to provide a unified percept of linear acceleration. Further, our results show that there is an important difference on how humans perceive accelerations and decelerations. For braking, the most realistic tilt/translation ratio depends on the level of deceleration. For acceleration, the motion is generally overestimated and depends on the level of acceleration, but not on the variation of tilt/translation ratio. The results suggest that visual, vestibular and proprioceptive cues are integrated in an optimal Bayesian fashion. In conclusion, it is not advisable to use a washout algorithm without taking into account the non-linearity of human perception. We propose an empirically found data-driven fitting model that describes the relationship between tilt, translation and the desired level of acceleration or deceleration. This model is intended to be a supplement to motion cueing algorithms that should improve the realism of driving simulations

Les environnements virtuels, et en particulier les simulateurs de conduite à plate-forme dynamique, posent la délicate question de la restitution multisensorielle en vue de générer la bonne "illusion" pour leurs utilisateurs. Si la réalité virtuelle est reconnue pour la limitation des coûts, le gain temporel et la contrôlabilité et reproductibilité des situations étudiées, la problématique de la validité de ces outils de recherche (ou de formation) est cruciale pour la transférabilité des connaissances produites.Constituant une première étape dans le processus de validation du simulateur IFSTTAR, ce travail s'appuie sur une démarche originale reposant sur une double évaluation, par élément et globale. Il s'agit (i) de configurer de manière optimale les caractéristiques immersives et interactives du simulateur liées au mouvement de roulis afin de produire une illusion d'inclinaison crédible et acceptée, et (ii) d'évaluer, de manière globale, différentes configurations du simulateur (modèles dynamiques de véhicule) au moyen de mesures objectives (temps de familiarisation) et subjectives (présence, mal du simulateur).Prises dans leur ensemble, les sept études menées durant cette thèse ont permis de valider une plage de restitution du mouvement de roulis pertinente pour produire une sensation d'inclinaison sans entraîner de déséquilibre critique ou de sensation de chute. Un angle d'inclinaison du simulateur au-delà de 11,4 degrés est ainsi déconseillé pour éviter toute sensation de chute, néanmoins cette valeur est susceptible d'être influencée par divers facteurs (e.g., présence d'informations visuelles, positionnement de l'axe de roulis). Ces études ont également permis d'identifier, en conduite passive, les paramètres nécessaires ainsi que les contributions relatives des informations visuelle et inertielle pour la production d'une sensation d'inclinaison crédible. En conduite active, l'évaluation du degré de contrôle des participants en fonction du modèle dynamique de véhicule (virtuel) a permis de pointer les faiblesses actuelles du simulateur IFSTTAR afin de proposer plusieurs pistes de développement.

Le Spyder conçu par BRP est un véhicule complexe, original et peu connu du grand public à travers le monde. Par conséquent, on souhaite développer un outil facile d’accès pour la découverte, la formation au pilotage et l’aide à la conception du roadster. Le sujet de ce projet de maîtrise est le développement du modèle dynamique du véhicule et l’intégration à une plateforme de simulation existante. Pour y parvenir, on élabore un modèle réaliste du véhicule sous deux versions, sport et tourisme. Après avoir recherché les différents paramètres et caractéristiques du véhicule, on se concentre d’abord sur un modèle simple puis sur un modèle plus complexe comportant différents modules, comme la motorisation et les aides à la conduite. En vue de valider le modèle, on utilisera les résultats de tests et des mesures expérimentales. Après validation, le modèle doit être intégré à la nouvelle plateforme de simulation. Le logiciel, développé en langage C++, est élaboré à partir de la plateforme de base. Des modèles 3D détaillés du Spyder offrent un rendu graphique réaliste pour une meilleure immersion. Le modèle est capable de répondre en temps réel et de manière réaliste et précise sous le contrôle de l’utilisateur. On a donc un outil polyvalent à objectifs multiples : faire connaître le véhicule, aider l’ingénieur dans l’étude du véhicule et former les futurs pilotes de manière plus efficace et moins coûteuse. L’outil de simulation peut être également un moyen d’évaluer facilement des paramètres dont l’appréciation est subjective comme la signature sonore du véhicule.

Le principal objectif de cette thèse est de mieux comprendre comment un message de prévention peut moduler les capacités de détection d'usagers vulnérables chez un automobiliste. Un message de prévention délivre à la fois une information sur la vulnérabilité de certains usagers mais peut également générer des émotions chez la personne qui y est exposée. Cette thèse s'intéresse donc d'une part à comment l' émotion seule, mais également l'information sur la vulnérabilité de certains usagers de la route, peuvent impacter les capacités de détection des usagers vulnérables. Nous porterons une attention particulière aux cyclistes, population pour laquelle, à notre connaissance, peu de travaux existent à ce sujet. Par ailleurs, étant donné le focus porté sur les émotions dans le cadre de cette thèse, l'un des objectifs secondaire de cette thèse sera de s'intéresser à des signatures physiologiques particulières de certaines émotions
The aim of the present project is to provide a better understanding of how safety messages can control drivers' vulnerable road user detection abilities. Safety messages provide both vulnerability information and elicit emotion with persons that are exposed to it. This thesis deals with how vulnerability information and emotions respectively affect vulnerable road user detection performances. A special focus was placed on cyclists because of the lack of studies that address cyclist detetcion issues. The project also focused on physiology, especially emotion identification through physiological patterns

Ce manuscrit présente des travaux visant à intégrer un module d'ordonnancement (ProSched) à l'environnement de modélisation et simulation dynamique hybride PrODHyS dans le but d'automatiser la génération de scénarii de simulation de procédés discontinus sur la base d'une recette et d'une liste d'ordres de fabrication (OF). La méthodologie développée repose sur une approche mixte optimisation/simulation. Dans ce cadre, trois points essentiels ont été développés dans ces travaux : - tout d'abord, concevoir et développer des composants réutilisables (classes de recette) permettant de modéliser de manière hiérarchisée et systématique le déroulement des opérations unitaires. Pour cela, les notions de jeton Task et de macro-place paramétrable ont été introduites dans les RdPDO et permettent de décrire les recettes à réaliser par assemblage de ces composants prédéfinis. - ensuite, définir un modèle mathématique générique d'ordonnancement basé sur un formalisme de représentation bien établi (le R.T.N.) qui permet de modéliser les principales caractéristiques d'un procédé discontinu et de fournir l'ensemble des données d'entrée nécessaires au modèle de simulation. Pour cela, un modèle PLNE basé sur la formulation Unit Specific Event a été mis en œuvre. - enfin, définir l'interface existant entre le modèle d'optimisation et le modèle de simulation, à travers la notion de place de pilotage et de centre de décision au niveau du simulateur. Dans ce cadre, différentes stratégies de couplage sont proposées. Les potentialités de cette approche sont illustrées par la simulation d'un procédé complet
This thesis presents works which aim to incorporate a scheduling module (ProSched) to an environment for modeling and dynamic hybrid simulation PrODHyS in order to automate the generation of scenarios for simulation of batch processes based on a recipe and a list of production orders (OF). The methodology developed is based on a mixed optimization / simulation approach. In this context, three key points have been developed in this work: - First, design and develop reusable components (recipe classes) for the hierarchical and systematic modeling of the sequencing of unit operations. For this, the notions of Task token and macro-place have been introduced in the RdPDO formalism and allow the modeling of recipes by assembling these predefined components. - Secondly, define a generic mathematical model of scheduling based on a well defined graphical formalism (RTN) that models the main characteristics of batch processes and provide all input data necessary to the simulation model. For this, a MILP model based on the Unit Specific Event formulation has been implemented. - Finally, define the interface between the optimization model and the simulation model through the concept of control place and decision-making center at the simulator level. In this context, various strategies of mixing optimization and simulation are proposed. The potential of this approach is illustrated by the simulation of a complete manufacturing process

La conduite d’un véhicule industriel est une activité professionnelle complexe qui s’exerce dans un environnement dynamique en constante évolution. Elle nécessite un apprentissage spécifique et se situe dans un cadre réglementaire strict, qui relève aussi bien du code du travail que de la réglementation routière. A ces caractéristiques s’ajoutent de fortes contraintes spatio-temporelles qui imposent aux conducteurs le recours à des stratégies opératoires pour répondre à l’objectif principal de leur activité : le respect des délais de livraison dans des conditions optimales de sécurité, de sûreté et de productivité.Cette thèse traite de l'apport de la psychologie cognitive à la conception de systèmes d'assistance à la conduite de véhicules industriels. Les travaux sont destinés à intégrer, dès la conception des nouveaux systèmes, les contraintes du fonctionnement cognitif humain en situation réelle, ainsi que les besoins et attentes des conducteurs, afin que leur soient proposées des solutions technologiques adaptées et utilisables.La partie appliquée illustre deux dimensions majeures de l'activité de conduite d'un camion : la productivité, au travers de la problématique de l'assistance à l'éco-conduite (projet Conduite Economique Assistée, ADEME- RENAULT TRUCKS) ; la sécurité, au travers de la problématique de l'assistance à la détection et à la protection des usagers vulnérables de la route (projet VIVRE2, ANR-PREDIT05-LUTB).D’un point de vue scientifique, la thèse aboutit à la proposition d’un modèle du fonctionnement humain dans les activités finalisées, complété par un modèle adapté à l’activité de conduite d’un véhicule industriel. Les analyses effectuées en situations réelles enrichissent les connaissances, d’une part, sur les stratégies de conduite appliquées à la conduite rationnelle d’un poids lourd en environnement extra-urbain, et, d’autre part, sur les composantes de l’activité des conducteurs qui effectuent des livraisons en milieu urbain. De plus, les travaux effectués dans le cadre du projet VIVRE2 ont permis de préciser les représentations et les comportements à risque des usagers vulnérables vis-à-vis des camions en ville.D’un point de vue applicatif et ergonomique, les travaux sur simulateur dynamique de conduite ont permis l’évaluation d’une interface homme-machine innovante qui pourrait être adaptée à l’éco-conduite, ainsi que la proposition et l’évaluation de systèmes d’assistance pour garantir la sécurité des usagers vulnérables lors des manœuvres à basse vitesse en milieu urbain
Driving a truck is a complex professional activity that takes place in a dynamic and constant changing environment. It needs a specific learning and it is set in a strict regulated framework including French labour code (Code du travail) as road regulation. Strong spatio-temporal pressure should be added to those characteristics. These constraints entail to drivers the use of operative strategies to achieve the main objective of their activity: respect of delivery time in optimal conditions of safety, security and productivity.This thesis deals with the contribution of cognitive psychology to the design of driving assistance systems for trucks. Works are intended to integrate, from the design of new systems, the demands of human cognitive functioning in real situation and the needs and expectations of drivers so that adapted and usable technological solutions could be proposed to them.Applied part shows two major dimensions of truck driving activity: productivity through the issue of the eco-driving assistance (“Conduite Economique Assistée, ADEME- RENAULT TRUCKS” project) and safety through the issue of the assistance to detection and protection of vulnerable road users (“VIVRE2, ANR-PREDIT05-LUTB” project).From a scientific point of view, the thesis ends with a proposal of a model of human functioning in finalized activities, of which is added an adapted model of the truck driving activity. The analysis performed in real environment enhance knowledge, on the one hand, on the applied driving strategies to the eco-driving of a truck in extra-urban environment and, on the other hand, on the components of the activity of drivers doing deliveries in urban environment. Moreover, works performed in VIVRE2 project allowed to specify representations and risky behaviours of vulnerable users with relation to trucks in town.From an applicative and ergonomic point of view, works on driving dynamic simulator allowed the evaluation of an innovative man-machine interface which could be adapted to eco-driving and the proposal as well as the evaluation of assistance systems to guarantee safety of vulnerable users during low speed manoeuvres in urban environment

L'introduction de systèmes d'aide à la conduite dans les voitures a de nombreuses conséquences, notamment sur le comportement des conducteurs et leur interaction avec le véhicule. Le gain de sécurité recherché lors de l'introduction de systèmes d'aide peut s'en trouver menacé. Pour évaluer la sécurité réelle en résultant, les simulateurs de conduite présentent une alternative sûre et peu coûteuse. Ce travail doctoral s'appuie sur des études expérimentales menées sur des simulateurs de conduite avec différents systèmes d'aide. Une première partie expérimentale porte sur l'assistance au contrôle longitudinal : la familiarisation des conducteurs avec un Forward Collision Warning lors de situations critiques a été étudiée. Une deuxième partie expérimentale porte sur l'assistance au contrôle latéral : le comportement des conducteurs avec un Lane Departure Warning et un Lane Keeping Assistant a été étudié, notamment lors d'une situation d'évitement d'obstacle d'urgence. Cette partie expérimentale a été réalisée sur un simulateur statique et sur un simulateur dynamique. Les résultats obtenus sur les deux simulateurs ont alors été mis en perspective, afin de discuter de l'intérêt de la restitution de mouvements pour l'étude du comportement des conducteurs en présence de systèmes d'aide à la conduite.

Nous étudions expérimentalement et modélisons les différents régimes d'écoulements granulaires secs dans un tube vertical.
Pour des débits de grains élevés et moyens, on observe respectivement un régime de chute libre et un régime d'ondes de densité (succession de zones denses en billes et de régions plus diluées). Un modèle a été développé afin de prédire les relations entre les différents paramètres de l'écoulement (débit, pression, compacité); il démontre notamment le rôle essentiel joué par les interactions entre l'air et les grains. Il est ainsi possible d'estimer les forces de frottement entre les billes et les parois du tube ainsi que les différentes composantes du transport de l'air et des grains.
Pour des débits de grains plus faibles, on observe un régime d'écoulement compact intermittent pour lequel pression de l'air et compacité sont fortement corrélées. Un fort effet d'amplification des fluctuations de pression a également été identifié lorsque l'onde de décompaction se propage vers le haut du tube au démarrage de l'écoulement. La modélisation du régime intermittent fait apparaître le rôle primordial des frottements entre les grains et les parois. Pour mieux les comprendre, une étude spécifique a été entreprise pour étudier l'évolution de l'écrantage du poids d'une colonne de grains en mouvement relatif par rapport aux parois (modèle de Janssen). Cette étude a montré que ce modèle reste valable sur une large gamme de vitesses. Par ailleurs, le mouvement des parois provoque un réajustement des distributions des forces dans la colonne, qui atteint un état d'équilibre dynamique stationnaire très reproductible. Dans toutes ces expériences, l'influence de l'humidité a également été étudiée et une forte variation de l'interaction grains/parois a été mise en évidence.

La simulation de conduite est fortement utilisée dans la recherche et le développement pour l'industrie automobile. Les simulateurs de conduite sont utilisés pour évaluer les prototypes véhicules pour la dynamique du véhicule et les systèmes d'aide à la conduite. Cependant, l'utilisation des simulateurs de conduite induit une problématique scientifique qui peut limiter son développement. En raison de son principe même, le simulateur de conduite ne restitue pas des mouvements du véhicule à l'échelle 1. Ce verrou cause des phénomènes de mal du simulateur qu'il est important d'étudier.Cette thèse propose d'étudier des méthodes et outils à mettre en œuvre dans les simulateurs de conduite statique ou dynamique. De cette mise en œuvre, des études sur le mal du simulateur sont menées grâce à des mesures objectives (via un capteur de suivi de mouvement, plate-forme de stabilité du corps, électromyographie) et subjectives (par l'intermédiaire de questionnaires). Des solutions algorithmiques et matérielles sont proposées et évaluées dans le contexte de la simulation de conduite.Les approches proposées dans cette thèse pour réduire le mal du simulateur sont:- Elaborer et évaluer les algorithmes de contrôle de la plate-forme mobile hexapode: sept algorithmes différents sont mis en œuvre.- Mesurer les effets liés au mal de simulateur sur les sujets aux niveaux vestibulaire, neuromusculaire et posturale.- Evaluer l'influence de l'implication des sujets sur le mal de simulateur (conducteurs et passagers).

Pouvoir disposer d'un outil capable de generer des modeles de comportement dynamique de differents vehicules routiers (vl, pl) est un atout important pour developper les activites de recherche en dynamique des vehicules. L'objectif de cette these etait l'elaboration d'une methodologie de conception d'un generateur automatique, permettant l'assemblage de modeles de vehicules a partir de modules representant les sous-systemes composant le vehicule. Ce generateur repose sur des methodes de traitement oriente objet aussi bien dans sa partie analyse (utilisation de la methode omt) que pour sa realisation (langage c++). Ce logiciel permet, a partir de la modelisation d'un vehicule, de generer automatiquement les equations qui regissent son mouvement et le code informatique capable de la simuler. En ce qui concerne la generation des equations du mouvement, nous nous sommes bases sur les travaux deja realises a l'inrets sur la generation symbolique des equations de la mecanique multicorps a l'aide de la theorie des groupes de lie (logiciel morgan's). Pour la generation des programmes de simulation nous avons developpe un compilateur qui s'appuie sur la theorie du langage et permet en outre l'optimisation des equations afin d'assurer le fonctionnement de l'ensemble en temps reel. Dans le but de valider ce processus, differents modeles de vehicules plus ou moins complexes ont ete realises. L'un d'eux possede dix degres de liberte et s'appuie sur la description du modele de recette du simulateur sara (projet mene en partenariat avec l'inrets ; psa et renault sur la realisation d'un simulateur avance de recherche automobile).

La standardisation des essais de crash implique une protection de l'occupant dans une position assise bien déterminée, sans tenir compte de la variété des caractéristiques individuelles, des positions réelles et des forces musculaires développées par les occupants lors de l'accident. L'étude de l'incidence des positions réelles, normalisées et atypiques, des caractéristiques morphologiques avant le crash et de l'impact des systèmes actifs est essentielle. En effet, durant cette phase appelée pré-crash, l'occupant anticipe les effets de chocs, modifie sa posture (mouvements des bras, etc. ) et génère des efforts (sur le volant, etc. ). Ces modifications cinématiques et dynamiques ont un effet sur la gravité des lésions occasionnées par l'accident. De ce fait, un nouveau modèle de sécurité automobile a été développé par les équipes C2S du LAMIH et LBMC de l'INRETS. Celui-ci consiste à déduire l'anthropométrie du conducteur puis sa position à chaque instant par des capteurs peu coûteux et une base de données sur les éventuelles réactions possibles du conducteur au moment de l'impact. Une connaissance des réactions au moment du choc permettra aux systèmes de protections de s'adapter en conséquence et ainsi optimiser au mieux la sécurité du conducteur. Il s'agira par exemple de modifier le temps de déclenchement et le volume des airbags, le repositionnement du siège ou les lois de comportement des prétensionneurs…Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse ont pour but de contribuer au développement de ce nouveau concept et tout particulièrement sur la création d'une méthode permettant de détecter les réactions et les postures du conducteur en temps réel, à partir d'essais réalisés sur simulateurs de conduite automobile
Standardisation of crash-tests implies that the occupants are protected and seated with a predetermined position. In addition, standardisation does not take into account individual characteristics, real position and anticipatory reactions during a crash. Thus, it is essential to study the incidences of human beings' morphologies before a crash. It is indeed very important to study the effects of real, standardised and atypical postures in relation with the active protection systems. In fact, during the phase called pre-crash, the driver anticipates and tries to avoid the crash with a swerving movement. During the crash, these kinematics and dynamical modifications increase the injuries severity of the car occupant. Thus, a new concept of automobile safety was developed by the C2S, a LAMIH's research team, and the INRETS-LBMC laboratory. This concept consists of deducing, in real time, the anthropometry, and the driver's reactions and postures, with basic sensors, in order to adapt driver's protection systems at the crash time. For example, this system will modify, in function of driver's characteristics, the volume of airbags, the seat adjustments, or the pretentionners' performances. This doctoral thesis contributed to create this new concept and to develop the methodology. This methodology will allow to detect, in real time, the driver's behaviour and position, from results obtained with driving simulator tests

La rétine est une structure neuronale complexe, qui non seulement capte la lumière incidente au fond de l'oeil, mais procède également à des transformations importantes du signal lumineux. Dans la Partie I de ce travail, nous résumons en détail les caractéristiques fonctionnelles de la rétine des vertébrés: Il s'agit d'une structure très ordonnée, qui réalise un filtrage passe-bande du stimulus visuel, selon différents canaux parallèles d'information aux propriétés spatio-temporelles distinctes. Les trains de potentiels d'action émis par la rétine ont également une structure statistique complexe, susceptible de véhiculer une information importante. De nombreux mécanismes de contrôle de gain permettent une adaptation constante à la luminosité et au contraste. Le modèle de rétine défini et implémenté dans la Partie II de ce travail prend en compte une part importante de cette complexité. Il reproduit le comportement passe-bande, à l'aide de filtres linéaires spatio-temporels appropriés. Des mécanismes non-linéaires d'adaptation au contraste et de génération de potentiels d'action sont également inclus. Le mécanisme de contrôle du gain au contraste proposé permet une bonne reproduction des données expérimentales, et peut également véhiculer d'importants effets d'égalisation spatiale des contrastes en sortie de rétine. De plus, une analyse mathématique confirme que notre mécanisme a le comportement escompté en réponse à une stimulation sinusoïdale. Enfin, le simulateur /Virtual Retina/ implémente le modèle à grande échelle, permettant la simulation d'environ 100 000 cellules en un temps raisonnable (100 fois le temps réel)
The retina is a complex neural structure. The characteristics of retinal processing are reviewed extensively in Part I of this work: It is a very ordered structure, which proceeds to band-pass spatio-temporal enhancements of the incoming light, along different parallel output pathways with distinct spatio-temporal properties. The spike trains emitted by the retina have a complex statistical structure, such that precise spike timings may play a role in the code conveyed by the retina. Several mechanisms of gain control provide a constant adaptation of the retina to luminosity and contrast. The retina model that we have defined and implemented in Part II can account for a good part of this complexity. It can model spatio-temporal band-pass behavior with adjustable filtering scales, with the inclusion of plausible mechanisms of contrast gain control and spike generation. The gain control mechanism proposed in the model provides a good fit to experimental data, and it can induce interesting effects of local renormalization in the output retinal image. Furthermore, a mathematical analysis confirms that the gain control behaves well under simple sinusoidal stimulation. Finally, the simulator /Virtual Retina/ implements the model on a large-scale, so that it can emulate up to around 100,000 cells with a processing speed of about 1/100 real time. It is ready for use in various applications, while including a number of advanced retinal functionalities which are too often overlooked

Il s'est agit durant la thèse, de chercher des solutions visant à augmenter l'autonomie d'un véhicule électrique par assistance au conducteur dans la gestion des flux d'énergie. Deux concepts ont été étudiés. Le premier consista à optimiser les trajectoires à l'aide d'un algorithme de commande optimale, le deuxième, à limiter progressivement avec la vitesse l'accélération disponible. Le premier concept utilisant la commande optimale requiert malheureusement une tâche de planification des trajectoires, interdisant une application à court comme à moyen terme. Mais l'algorithme établi a permis de montrer, en gardant inchangés les paramètres cinématiques habituels des cycles, que la consommation dépend également largement de l'asymétrie des histogrammes de vitesse, quantifiée par le coefficient d'asymétrie. Ce comportement des histogrammes renvoie à une caractéristique temporelle des trajectoires optimisées qui voient des paliers de vitesse se former autour de la vitesse moyenne. Les effets du deuxième concept ont été étudiés sur un simulateur complet de véhicule électrique, modélisant un volta. Une phase expérimentale a servi à en identifier les paramètres physiques, une validation a suivi. La discrétisation a été soigneusement étudiée, pour que le simulateur backward résultant allie précision et rapidité. Il permet de modifier les cycles de conduite utilisés en entrée en en tenant compte des limites de fonctionnement du véhicule. Après un bilan des performances, on a évalué les gains à escompter en appliquant la limitation progressive de l'accélération. En n'occasionnant que de faibles pertes de vitesse moyenne, l'autonomie augmente largement. Les raisons en ont alors été clairement explicitées. Les signaux obtenus se rapprochent de signaux optimisés au sens où le coefficient d'asymétrie augmente. Contrairement à l'algorithme de commande optimale, le concept de limitation progressive de l'accélération pourrait être facilement appliqué sur un véhicule actuel
This study has focused on improving electric vehicles autonomy by providing some driving assistance, helping the driver to better control the energy fluxes occuring on board. Two concepts were considered. The first one has taken optimal control theory as tool in order to find the optimal longitudinal trajectories. In the second one, the effects of a soft, gradually increasing with speed, limitation of the vehicle acceleration capabilities were studied. The first concept unfortunately requiring some path planning task, could not be yet implemented on actual vehicles. But the elaborated optimal control algorithm has been useful in showing that large consumption improvements can be achieved when the asymmetry of speed histograms grows, while classical driving cycles cinematic parameters are kept unchanged. This asymmetry is better quantified by the asymmetry coefficient. The behaviour of the histograms reflects the main temporal trend of the optimised trajectories : the creation of speed plateaux around the mean speed. The second concept was studied on a complete electric vehicle simulator, modelling a Volta. Some experiments were carried out to identify the physical parameters of the model, which has been validated by on road measurements. Discretization of the model has been carefully accomplished, so that the resulting backward simulator is both accurate and quick. It features a special algorithm, which modifies input driving cycles according to the working zone of the vehicle. Firstly, an assessment of the vehicle perforamnces among different representative driving cycles was made. Then, improvements, when progressive limitations of acceleration capabilities are applied, were evaluated. Results showed that while mean speed only slightly decreased, autonomy could significantly increase. Explanations were carefully investigated. According to the asymmetry coefficient, it appears that the modified driving cycles get closer to the optimised signals. Unlike the optimal control approach, the second concept does not require some path planning task and could be easily applied on an electric vehicle

La distraction du conducteur est un des facteurs importants à l’origine des accidents de la route. La détection de la distraction dans le contexte industriel et à faible coût conduit à privilégier des indicateurs reposant sur les capteurs déjà disponibles dans un véhicule série. Cependant, les systèmes actuels sont en général insuffisamment fiables, notamment parce que les grandeurs observées pour réaliser la détection sont assez éloignées du phénomène purement physiologique de distraction. L’approche étudiée ici a consisté à rajouter un modèle de comportement du conducteur (modèle cybernétique), rendant compte des fonctions perceptives et motrices support du contrôle latéral du véhicule. Les paramètres de ce modèle ont été estimés en procédant tour à tour à une identification par paquet de données d’entrée/sortie et à une identification récursive, cette dernière permettant de suivre continûment l'évolution paramétrique. Ensuite, trois approches ont été envisagées pour modéliser voire estimer l’état de distraction, considérant successivement la distraction comme une perturbation affectant les paramètres, la sortie ou l’entrée du modèle cybernétique du conducteur:Approche 1 - La distraction est modélisée comme une perturbation additive en sortie du modèle. Le couple produit par le conducteur est comparé au couple prédit par le modèle rendant compte de la conduite hors distraction. L’erreur de prédiction du couple constitue dans ce cadre le résidu dont la sensibilité à l’état de distraction du conducteur a été étudiée.Approche 2 - La distraction est modélisée par des perturbations multiplicatives, affectant certains paramètres du modèle. L’analyse des paramètres obtenus dans des phases de conduite avec et sans distraction a permis d’étudier leur capacité à rendre compte de la nature et de l’état de la distraction.Approche 3 - La distraction est modélisée comme une perturbation additive sur l’entrée du modèle. L’estimation de cette perturbation constitue un résidu également sensible à l’état de distraction. Les principes et algorithmes proposés pour estimer l’état de distraction ont été validés à partir de données expérimentales collectées pendant une campagne de tests effectuée sur un simulateur de conduite à base fixe, impliquant 35 conducteurs. Les conditions de test alternaient des phases de conduite normale et sujettes à des distractions de différentes natures : distractions cognitive, visuelle, visuomotrice et motrice. Les trois approches proposées donnent des résultats similaires et cohérents entre eux
Distracted driving is one of the important factors that cause road accidents. The detection of the driver’s state of distraction in the industrial context and at low-cost leads to privilege the indicators based on sensors that are already available on the vehicle. However,current systems are generally not reliable enough, especially because the observed magnitudes to achieve detection are quite far from a purely physiological phenomenon distraction. This led us to propose solutions based on a cybernetic driver model that represent the visual and motor process involved in the lateral control of the vehicle. The parameters of this model have been estimated by conducting successively identification exploiting data packets and recursive identification, the latter allowing to track continuously the parametric evolution over time. Then, three approaches were considered to model or estimate the state of distraction, by modeling alternately thedistraction as a disturbance affecting parameters, the output or the input of the cybernetic model of the driver:Approach 1 - The distraction is modeled as an additive disturbance on the model output. The experimental output, the driver steering wheel torque, is then compared with the predicted steering wheel torque to generate the torque prediction error that is sensitive to the state of distraction.Approach 2 - The distraction is modeled as disturbances that affect the model parameters. The analysis of these parameters identified during normal and distracted driving periods showed that the parameters’ variation depends effectively on the driver’s state of distraction.Approach 3 - Distraction is modeled as an additive disturbance on the input of the model. The estimate of this disturbance is also a significant residue, sensitive to the state of distraction. The principles and algorithms proposed for estimating the state of distraction were validated using experimental data collected during a test campaign conducted on a fixed-base driving simulator, involving 35 drivers. The test conditions alternated normal driving phases and prone to distractions of various kinds: cognitive distractions, visual, visual-motor and motor. The three proposed approaches give similar and consistent results between them

Les simulateurs de conduite destinés à la recherche et au développement sont des outils courants. Cependant certains résultats posent la question de leur validité. On observe que l'absence de mouvement des simulateurs statiques induit des différences comportementales par rapport à la conduite réelle. La discordance entre les informations visuelles de mouvement et les informations proprioceptives et vestibulaires pourrait expliquer le décalage observé et contribuer à provoquer le mal du simulateur, le deuxième volet de cette problématique. On observe également des différences de comportement de freinage entre les situations réelles et simulées sur simulateur dynamique. Cette thèse porte donc sur l'analyse des interactions entre les différentes modalités sensorielles impliquées dans la perception du mouvement linéaire, afin d'améliorer le freinage sur simulateur tout en limitant le risque de cinétose. Nous avons étudié l’influence d'un environnement sonore et d'un mouvement en tangage de l'horizon visuel sur simulateur statique et mesuré la contribution d'un mouvement doté ou non d'une composante longitudinale sur simulateur dynamique. Ces facteurs ont été testés dans une tâche de freinage et dans une situation de conduite en file. Cette approche comportementale est associée à une approche différentielle basée sur le style perceptif des participants. Les résultats mettent en évidence une amélioration du freinage sur simulateur statique en présence du mouvement en tangage de la scène visuelle et du son, et une légère influence de la base mobile. Toutefois le mouvement longitudinal n'a qu'une influence limitée sur le comportement de freinage
Driving simulators for research and development are common today. But recent results raise the problem of its validity while emphasising two inherent points with the driving simulator. First, it is actually observed that the lack of motion in fixed-based simulators induces behavioural differences in simulated as compared to real situations. Visual information on movement without congruent vestibular or proprioceptive information is thought to contribute to creating the type of conflict underlying simulator sickness, which is the second main point of this thesis. But different braking behaviour in real and simulated situations is also observed in motion-base simulators. Thus the subject of this thesis deals with the analysis of the interactions between the various sensory systems linked to perception of longitudinal movement, with the aim of improving braking performance on driving simulator, while limiting the risk of inducing simulator sickness. We tested the influence of the sound feedback and of the pitch of the visual scene on a fixed-base simulator, and measured the contribution of a movement with or without a small amplitude longitudinal translation on a motion-base simulator. These factors were tested on a braking-to-stop task and on a car-following situation. This behavioural approach was associated to a differential approach based on subject's perceptive style. The results showed an improvement of braking manoeuvres on the fixed-based simulator when visual and auditory deceleration cues were present. A minor influence of the motion-base was also observed. However, the small longitudinal motion had only a slight effect on braking behaviour

La validité des simulateurs de conduite est une question essentielle pour étayer et valoriser les travaux visant à mieux comprendre les comportements de conduite. Alors que les dimensions subjective et comportementale de la validité ont été régulièrement étudiées, elles font face à certaines limites. A l’opposé, rares sont les études qui se sont intéressées à la validité psychologique des simulateurs. Cette dimension compare l'implication des mécanismes qui sous-tendent les comportements entre conduite réelle et virtuelle. De plus, très peu d’études ont confronté les différentes dimensions de la validité, alors que cela pourrait contribuer au développement d’une métrologie des environnements virtuels. C’est précisément à ce niveau que se situe ce travail de thèse, au cours duquel des mesures classiques de la validité comportementale (vitesse, contrôle latéral) ont été confrontées à des mesures de la validité psychologique examinée sous l’angle de la charge mentale en prenant notamment comme indicateur les clignements oculaires. L’objectif principal était de déterminer si le niveau de charge mentale diffère entre conduite sur route et conduite sur simulateur dans des cas où les comportements observés ne permettent pas de faire de distinction.Pour répondre à cette question, ce travail de thèse a été organisé autour de trois expériences réalisées sur simulateur de conduite et d’une étude sur route réelle. Les deux premières expériences visaient à mieux cerner l’effet de certains facteurs inhérents à la conduite sur route ouverte (trafic, environnement) sur les comportements de conduite et la charge mentale. La troisième expérience était quant à elle destinée à comparer la charge mentale induite par la conduite réelle et la conduite sur simulateur « bas coût », en confrontant cette mesure de la validité psychologique aux mesures comportementales classiques. Enfin, la quatrième expérience a porté sur les effets du retour d’effort du volant sur cette même charge mentale.Les principaux résultats ont mis en évidence un niveau de charge supérieur en conduite simulée par comparaison à la conduite en situation réelle, alors que certaines mesures comportementales (vitesse) n’étaient pas différentes. Cette charge accrue sur simulateur ne semble cependant pas trouver son origine dans le retour d’effort au volant, les modalités de retour testées n’ayant pas eu d’effet sur les indicateurs de la charge. Au final, ce travail confirme que la prise en compte de la validité psychologique, examinée ici sous l’angle de la charge mentale, présente un intérêt dans une démarche d’évaluation, dans le but de mieux cerner le positionnement des utilisateurs face à un dispositif de réalité virtuelle. Il ouvre ainsi des perspectives pour améliorer la validité des simulateurs de conduite
The validity of driving simulators is an essential subject to support and highlight the works aiming to understand driving behaviours more thoroughly. While the subjective and behavioural dimensions of that validity have often been studied, they encounter a few limits. On the other hand, studies about simulators’ validity are fairly rare. This dimension compares the implication of mechanisms inherent in behaviours between real and virtual driving. Furthermore, very few studies have considered the various dimensions of validity at once, whereas it could contribute to the development of a metrology for virtual environments. This thesis is precisely about this, with confrontations between classical measurements of behavioural validity (speed, lateral control) and measurements of psychological validity, examined from the viewpoint of mental workload - using indicators such as eye blinking. The main objective was to ascertain whether the mental workload levels vary between road driving and simulated driving when the observed behaviours aren’t relevant to make a clear difference.To answer this question, this thesis has been organised around three experiences carried out on driving simulators and a comparison between actual road driving and low-cost simulated driving. Two of those experiences were conducted to finely analyse the effect of some factors inherent to open road driving (traffic, environment) on driving behaviours and mental workload. The third experience was made to compare the mental workload induced by real driving and low-cost simulator driving, by putting this psychological validity measurement against classical behavioural measurements. Lastly, the fourth experience focused on the effects of the driving wheel’s force-feedback on this same mental workload.The main results revealed a higher workload level on simulated driving than on real driving, while some behavioural measurements (speed) were not different. This increased workload with the simulator does not seem to stem from the wheel’s force-feedback, since the tested feedback methods did not have a repercussion on the workload levels. In the end, this work confirms that taking psychological validity - examined here from a mental workload viewpoint - does have an interest within an evaluation process to analyse in a finer fashion the mental state of users when faced with a virtual reality system. It creates prospects to improve the validity of driving simulators

Ce travail de thèse porte sur les effets de l’inattention, causée par la tristesse et les ruminations, sur le comportement attentionnel du conducteur automobile. Etre triste implique souvent de ruminer des pensées négatives, entraînant un repli sur soi attentionnel durable. Or, cet état de focalisation attentionnelle vers ses pensées se fait au détriment du contrôle exercé sur l'activité en cours, caractérisant le défaut d'inattention. L'activité de conduite sera d'abord définie (chapitre 1) avant d'expliciter l'importance du processus de focalisation attentionnelle dans le contrôle de l'activité et de définir l'inattention (chapitre 2). Cette définition nous amènera à discuter du rôle des émotions en général et de la tristesse en particulier sur le comportement attentionnel (chapitre 3) et à recenser la littérature sur l'impact des émotions en conduite automobile (chapitre 4). Deux expériences préliminaires seront alors présentées, proposant une méthodologie originale pour étudier l'impact de l'inattention au volant (chapitre 5). Les effets de l'inattention sur les fonctions attentionnelles seront ensuite testées grâce à la combinaison de cette méthode et de l'Attention Network Test (Fan, et al. , 2002) en laboratoire, puis dans une version adaptée sur simulateur de conduite (chapitres 6 et 7). Nos résultats seront discutés sur un plan théorique au regard de la littérature des émotions et de l'attention et sur un plan appliqué en terme de sécurité pour le conducteur
This dissertation deals with the effects of inattention, due to sadness and ruminations, on driver's attention behaviour. Sadness is often associated with ruminations, involving a long-lasting attention self-focus on negative thoughts. But this process negatively interferes on controls while performing a task, reflecting a specific attention failure called inattention. In this work, the driving activity will be defined (chapter 1) before highlighting the importance of attention focus on task performance and precisely delineating inattention (chapter 2). This definition will bring us to question the role of emotions in general and sadness in particular on attention behaviour (chapter 3) and to review the literature on the impact of emotions while driving (chapter 4). Two experiments will subsequently be presented, detailing a new and original methodology to study the impact of inattention while driving (chapter 5). The effects of inattention on attention functions will be tested thanks to the combined use of this new method and the Attention Network Test (Fan, et al. , 2002) in laboratory, and in an adapted version to a simulated driving environment (chapters 6 and 7). Results will be discussed in a theoretical level, in regard to the literature on emotions and attention, and in an applied level, in terms of driving safety

Les simulateurs de conduite avancés sont des systèmes formés de quatre composants: un écran panoramique de réalité virtuelle pour simuler la route et le trafic, un système audio pour jouer les sons liés à la conduite (freinage, grincements, etc. ), un cockpit d’une voiture réelle (avec un tableau de bord authentique, les pédales, les sièges, etc. ) pour recopier la position du corps du conducteur et ses moyens d’interaction avec le véhicule et enfin, un robot portant ce cockpit afin d’assurer son mouvement. Alors que les trois premiers composants peuvent prétendre à un degré de réalisme suffisamment élevé, le dernier (le robot) présente une capacité de déplacement très réduite (de quelques dizaines de centimètres à quelques mètres), rendant chimérique l’idée de pouvoir reproduire les trajectoires d’une vraie voiture. En réalité le but d’un simulateur de conduite n’est pas la reproduction des trajectoires réelles mais des sensations de mouvement correspondantes. Comment peut-on reproduire, alors, des sensations réalistes de mouvement malgré les déplacements réduits du cockpit de simulation ? C’est le but des Algorithmes de Motion Cueing (ACM) de fournir des solutions à ce problème via l’utilisation d’heuristiques. Nous avons pensé qu’au lieu de chercher simplement à reproduire les sensations de mouvement, nous pouvons répondre à une question plus intéressante :Quelle est la performance maximale d’un simulateur de conduite ? Ou, de manière plus précise, pour une trajectoire réelle donnée quelle est la meilleure trajectoire du simulateur en termes de qualité de sensations, étant données les limitations de mouvement du robot ?Répondre à cette question, nous permettra de réaliser la calibration des ACMs existants ainsi que celle des robots de simulation (en termes de géométrie et de dynamique) en amont de leur construction. Dans cette thèse, nous répondons à cette question grâce à notre Algorithme de Performance Maximale (APM) qui couvre tous les aspects de contrôle liés à la simulation. En effet, nous intégrons la notion de sensation grâce à l’utilisation de modèles perceptifs recueillis dans la littérature. Nous intégrons, également, nos propres modèles dynamiques détaillés et non linéaires du robot de simulation. Nous assurons, enfin, le respect des contraintes de déplacement par l’utilisation d’une approche directe d’optimisation. La complexité de ce problème est non seulement due à la difficulté de définir la notion de performance (en effet quelle est le sens exact de la notion de sensation ?), mais aussi à l’enveloppe réduite du mouvement du robot (limitations en termes de position, vitesse et accélération) et à sa dynamique non linéaire. Une fois tous ces concepts posés et définis, nous avons testé notre approche sur deux types de simulateurs (à base fixe et à base mobile posée sur des rails). Les résultats sont riches en information : le caractère fréquentiel des différents degrés de liberté (basses fréquences pour la tilt coordination, hautes fréquences pour les translations), la non causalité de l’APM, l’enveloppe de mouvement très réduite du simulateur et la nécessité d’utiliser un facteur d’échelle, etc. Deux variations de l’APM ont été introduites pour traiter les deux derniers points : l’APM causal et l’APM allure. Nous avons également défini deux indicateurs de performance (IP et IP allure) pour mesurer la fidélité du simulateur en termes d’amplitude et en termes de profil. En résumé, cette thèse présente un ensemble d’outils d’aide au calibrage aux AMCs et aux robots de simulation en amont de leur construction. Deux autres problèmes ont été abordés dans cette dissertation : le problème de redondance et la commande robuste. Quant au premier problème, l’APM a montré, pour les simulateurs redondants (à base mobile), l’existence d’un recouvrement fréquentiel des deux translations : les rails et l’hexapode. Comment peut-on alors exploiter ce recouvrement ? Nous proposons une méthode basée sur le formalisme des systèmes dynamiques hybrides qui permet de réduire les sensations incohérentes (dues aux freinages à l’approche des butées) et de minimiser l’absence des sensations (due à l’absence de blocage). Concernant la commande robuste, nous avons eu deux contributions théoriques dans la commande par couple calculé : une formalisation englobante basée sur une méthode de Lyapunov (développée antérieurement par Qu et Dawson) ainsi qu’un résultat fin : le théorème du choix vivant (extension du travail de Samson) dont la démonstration est basée sur la majoration de la solution d’une équation de Riccati non symétrique et non autonome sur tout l’horizon de simulation
Driving simulators are advanced devices composed of four components: a virtual scene projected on a wide screen to imitate the road and the traffic, an audio system to play the driving sounds (horn, squeal of brakes, etc. ), a car cockpit (including a real dashboard, the pedals and the seat of the driver) to copy the body position and the interaction of the driver with a real vehicle and finally a robot carrying the car cockpit to provide its motion. While the first three components could be considered as offering a sufficiently high degree of realism, the robot presents a very low capacity of displacement, thus preventing if from performing the real car motions. In fact, the aim of a driving simulator is not tracking real trajectories produced by outdoors driving but reproducing the corresponding motion sensations. How could we then, generate realistic motion sensations in simulation despite the constrained robot motion? It is the aim of Motion Cueing Algorithms (MCA) to give heuristically an answer to this problem. We thought however that, if we know the maximum capacity of restituting motion sensations} then we will be able to answer a better question: how could we generate, using the simulator, the ``best'' motion sensations despite the constrained robot motion? And then using this knowledge, we would be able to calibrate existing MCAs in order to maximize their performances or we could even design in an optimal way the geometry and the dynamics of the simulation robot. In this thesis, we offer an answer to this question thanks to our: Maximum Performance Algorithm (MPA). The MPA covers all aspects linked to the simulation. It integrates the notion of motion sensation through perception models taken from the literature. It includes, as well, our proper detailed robot model to account for its nonlinear dynamics. And it ensures the respect of all physical limits in the optimization process by using a nonlinear programming approach. The complexity of this problem is not only due to the difficulty of defining a measure of performance (what is the exact definition of sensation?) but also to the constrained robot motion (multiple level of constraints: position, speed and acceleration) and to its nonlinear dynamics. Once all the required notions were set, our approach was tested on a simulator with and without the motion of the base. The results were rich in information: the high and low frequency characterization of the hexapod translation and the tilt coordination respectively, the non causality of the algorithm, the very limited robot capacity and the necessity of using a scaling factor. Two variations of the MPA were then introduced to deal with the last points. Two performance indexes were introduced to measure the quality of simulation in terms of magnitude and profile tracking. In summary, this thesis presents a set of tools that are very useful to study the simulator behavior on typical scenarios and to calibrate the robot or the control algorithm. Two other points where addressed in this dissertation: the redundancy problem and the robust robot control. As for the first point, the MPA shows that, in redundant robots, the rails and the hexapod present overlapping bandwidths in the high frequency domain. So how could we benefit from this redundancy? The exploitation of this capability is currently done by frequency separation methods without taking into account this frequency overlapping. Within this bandwidth, these two degrees of freedom could be considered as equivalent. Our aim is to use this equivalence to improve the motion restitution. We offer two algorithms based on the hybrid systems framework which deal with the longitudinal mode. Their goal is to improve the restitution of motion sensations by reducing false cues (generated by actuators braking) and decreasing null cues (due to actuators blocking). As for the second point, it deals with the tracking control of robot systems in presence of perturbations such as modeling errors and disturbance forces. More specifically, this paper aims at reviewing the well-established Robust Computed Torque (RCT) controller. Designing a RCT scheme consists in both, selecting subclasses of robot models and, establishing conditions on the control parameters leading to the robustness of the system. Generally, it amounts to the elaboration of a gain threshold beyond which robustness is achieved. One challenging problem is to develop the minimum threshold for the less conservative conditions on the control and the model. We had two contributions: The Encompassing Formalization (EF) and a refinement of a former result. The EF is an extension of the RCT formalization based on the Lyapunov direct method developed by Qu and Dawson. Then for the specific RCT scheme (developed by Samson), EF combined with passivity property will be used to elaborate lower gain thresholds. This result is presented as a theorem for which an original proof is proposed. Algorithm, the very limited robot capacity and the necessity of using a scaling factor. Two variations of the MPA were then introduced to deal with the last points. Two performance indexes were introduced to measure the quality of simulation in terms of magnitude and profile tracking. In summary, this thesis presents a set of tools that are very useful to study the simulator behavior on typical scenarios and to calibrate the robot or the control algorithm. Two other points where addressed in this dissertation: the redundancy problem and the robust robot control. As for the first point, the MPA shows that, in redundant robots, the rails and the hexapod present overlapping bandwidths in the high frequency domain. So how could we benefit from this redundancy? The exploitation of this capability is currently done by frequency separation methods without taking into account this frequency overlapping. Within this bandwidth, these two degrees of freedom could be considered as equivalent. Our aim is to use this equivalence to improve the motion restitution. We offer two algorithms based on the hybrid systems framework which deal with the longitudinal mode. Their goal is to improve the restitution of motion sensations by reducing false cues (generated by actuators braking) and decreasing null cues (due to actuators blocking). As for the second point, it deals with the tracking control of robot systems in presence of perturbations such as modeling errors and disturbance forces. More specifically, this paper aims at reviewing the well-established Robust Computed Torque (RCT) controller. Designing a RCT scheme consists in both, selecting subclasses of robot models and, establishing conditions on the control parameters leading to the robustness of the system. Generally, it amounts to the elaboration of a gain threshold beyond which robustness is achieved. One challenging problem is to develop the minimum threshold for the less conservative conditions on the control and the model. We had two contributions: The Encompassing Formalization (EF) and a refinement of a former result. The EF is an extension of the RCT formalization based on the Lyapunov direct method developed by Qu and Dawson. Then for the specific RCT scheme (developed by Samson), EF combined with passivity property will be used to elaborate lower gain thresholds. This result is presented as a theorem for which an original proof is proposed

Le développement des véhicules autonomes a reçu une attention croissant ces dernières années, notamment les secteurs de la défense et de l'industrie automobile. L'intérêt pour l'industrie automobile est motivé par la conception de véhicules sûrs et confortables. Une raison commune derrière la plupart des accidents de la circulation est due au manque de vigilance du conducteur sur la route. Cette thèse se trouve dans le problématique de l'estimation des risques de collision pour un véhicule dans les secondes qui suivent en condition de circulation urbaines. Les systèmes actuellement disponibles dans le commerce sont pour la plupart conçus pour prévenir les collisions avant, arrières, ou latérales. Ces systèmes sont généralement équipés d'un capteur de type radar, à l'arrière, à l'avant ou sur les côtés pour mesurer la vitesse et la distance aux obstacles. Les algorithmes pour déterminer le risque de collision sont fondés sur des variantes du TTC (time-to-collision en anglais). Cependant, un véhicule peut se trouver dans des situations où les routes ne sont pas droites et l'hypothèse que le mouvement est linéaire ne tient pas pour le calcul du TTC. Dans ces situations, le risque est souvent sous-estimé. De plus, les instances où les routes ne sont pas tout droit se trouve assez souvent dans les environnement urbain ; par exemple, les rond point ou les intersections. Un argument de cette thèse est que, savoir simplement qu'il y ait un objet à une certaine position et à une instance spécifique dans le temps ne suffit pas à évaluer sa sécurité dans le futur. Un système capable de comprendre les comportements de déplacement du véhicule est indispensable. En plus, les contraintes environnementales doivent être prises en considération. Le cas le plus simple du mouvement « libre » est d'abord traité. Dans cette situation il n'ya pas de contraintes environnementales ou de comportement explicite. Ensuite, les contraintes environnementales des routes sur trafic urbain et le comportement des conducteurs des véhicules sont introduits et pris en compte explicitement. Cette thèse propose un modèle probabiliste pour les trajectoires des véhicules fondé sur le processus gaussien (GP). Son avantage est le pouvoir d'exprimer le mouvement dans le futur indépendamment de la discrétisation d'espace et d'état. Les comportements des conducteurs sont modélisés avec une variante du modèle de Markov caché. La combinaison de ces deux modèles donne un modèle probabiliste de l'évolution complète du véhicule dans le temps. En plus, une méthode générale pour l'évaluation probabiliste des risques de collision est présentée, où différentes valeurs de risque, chacun avec sa propre sémantique
The development of autonomous vehicles garnered an increasing amount of attention in recent years. The interest for automotive industries is to produce safer and more user friendly cars. A common reason behind most traffic accidents is the failure on the part of the driver to adequately monitor the vehicle's surroundings. In this thesis we address the problem of estimating the collision risk for a vehicle for the next few seconds in urban traffic conditions. Current commercially available crash warning systems are usually equipped with radar based sensors on the front, rear or sides to measure the velocity and distance to obstacles. The algorithms for determining the risk of collision are based on variants of time-to-collision (TTC). However, it might be misleading in situations where the roads are curved and the assumption that motion is linear does not hold. In these situations, the risk tends to be underestimated. Furthermore, instances of roads which are not straight can be commonly found in urban environments, like the roundabout or cross junctions. An argument of this thesis is that simply knowing that there is an object at a certain location at a specific instance in time does not provide sufficient information to asses its safety. A framework for understanding behaviours of vehicle motion is indispensable. In addition, environmental constraints should be taken into account especially for urban traffic environments. A bottom up approach towards the final goal of constructing a model to estimate the risk of collision for a vehicle is presented. The simpler case of “free” motion is first presented. The thesis then proposes to take collision risk estimation further by being more “environmentally aware” where environmental structures and constraints are explicitly taken into account for urban traffic scenarios. This thesis proposes a complete probabilistic model motion at the trajectory level based the Gaussian Process (GP). Its advantage over current methods is that it is able to express future motion independently of state space discretization. Driving behaviours are modelled with a variant of the Hidden Markov Model. The combination of these two models provides a complete probabilistic model for vehicle evolution in time. Additionally a general method of probabilistically evaluating collision risk is presented, where different forms of risk values with different semantics can be obtained, depending on its applications

La colère est une émotion négative pouvant être à l’origine d’une conduite agressive, une sous-estimation des risques et un non-respect des règles du code de la route. Certaines de ces modifications pourraient être liées à une mauvaise perception de l’environnement ou une forme de distraction liée à la colère. L’objectif de cette thèse était d’étudier l’influence de la colère sur l’attention ainsi que sa répercussion sur les performances de conduite. La première étude de cette thèse a montré que la colère peut améliorer l’efficacité du réseau attentionnel d’alerte. Cette amélioration du réseau d’alerte ayant été observée lors d’une tâche informatisée, une seconde expérimentation a permis de tester l’existence d’un tel effet lors une tâche de conduite simulée à l’aide de mesures comportementales et éléctroencéphalographiques. Les résultats indiquent que la colère a perturbé le contrôle de la trajectoire et réduit l’attention investie dans le traitement sensoriel de l’information. Enfin, la dernière étude, également sur simulateur, a révélé que la colère pouvait perturber la réactivité lors d’une tâche de suivi de véhicule, tout en ayant un impact positif sur la détection de piétons. Les résultats de cette thèse renforcent l’intérêt de prendre en considération l’état interne du conducteur lors de la conception de véhicules ou d’aides à la conduite
Anger is an emotional state that may lead to an aggressive behavior, a reduction of risk perception and an increase of driving offences. Some of these effects may be imputable to an impaired perception or a distraction related to anger. The aim of this thesis was to study the influence of anger on attention and its impacts on driving performances. The first study revealed that anger may improve the alerting network efficiency as measured with a computer task. A second experimentation aimed at observing the presence of such effect during a simulated driving task, using behavioral and electroencephalographic data. Results indicate that anger disrupted lateral control while reducing the attentional resources invested in sensorial processing of information. Finally, the third study, also on simulator, showed that anger may alter the reactivity during a car-following situation, while positively impacting pedestrian detection. These thesis results may confirm the importance to consider driver’s internal state when designing future vehicles or assistance systems

La pression temporelle est souvent considérée comme une caractéristique majeure des sociétés modernes mais, paradoxalement, elle a été assez peu étudiée en situations écologiques et, notamment, dans le cadre de la conduite automobile. Cette dernière est souvent désignée comme une tâche secondaire qui se révèle pourtant centrale dans la réalisation de différentes activités professionnelles. Ce travail de thèse centré sur la pression temporelle au volant est exploratoire et s'appuie sur différentes approches : questionnaires, entretiens, enquêtes de terrain, suivi d'activité, et expérimentations en laboratoire. Nos données corroborent l'idée selon laquelle la pression temporelle a des effets délétères sur le comportement routier. Nous montrons également qu'elle peut être source d'émotions négatives mais, chez certains conducteurs, elle ne dégrade pas voire amplifie les émotions positives, en particulier le plaisir de conduire. Les effets de la pression temporelle sur l'impatience et sur l'empathie sont également abordés. Enfin, nos données montrent aussi que la pression temporelle modifie, au moins en partie, les estimations de vitesses et la perception du temps. Nous concluons de ce travail que la pression temporelle est de nature subjective et qu'elle possède une composante cognitive et une composante émotionnelle.

La conduite des systèmes dynamiques étendus caractérisés par des non-linéarités et des temps de transfert importants est étudiée dans ce mémoire. Les systèmes étendus véhiculent des flux sur de grandes distances pour satisfaire les usages liés à l'activité humaine. L'importance économique donnée aux flux transportés impose une gestion parcimonieuse des ressources. Pour le cas des réseaux hydrographiques, les différents niveaux de gestion sont présentés. Les techniques de gestion utilisées conduisent au rejet de certaines perturbations sans toutefois en permettre une valorisation. C'est pourquoi, nous proposons une stratégie de conduite réactive combinant des techniques de diagnostic et des méthodes de commande supervisée des systèmes dynamiques hybrides. Cette stratégie permet l'accommodation de la commande par basculement selon les états de la ressource diagnostiqués, en tenant compte de contraintes de gestion exprimées par des coûts variables. Le diagnostic de l'état de la ressource implanté sous un formalisme d'automate hybride est réalisé à partir de techniques de caractérisation qualitative des signaux. Une démarche de multimodélisation et des outils algorithmiques, ayant pour intérêt de fixer le nombre de modèles et leur domaine de validité, sont introduits dans le but de reproduire aisément la dynamique des systèmes hydrauliques à surface libre. A partir de ces résultats, une technique de réglage de la stratégie de conduite réactive a été proposée. Finalement, afin d'en évaluer les performances, nous l'avons couplée à un simulateur numérique reproduisant fidèlement le comportement hydraulique à partir des données géométriques et des conditions limites issues du système réel. L'efficacité de la stratégie de conduite réactive a été démontrée pour divers systèmes hydrographiques.

Cette thèse s'inscrit dans un contexte de développement des fonctions automatisées conditionnelles qui devraient permettre de déléguer le contrôle du véhicule et de détourner son attention de la scène routière pour s'engager dans des activités de vie à bord. Ceci réduira la conscience de la situation sur laquelle le conducteur se base pour adapter dynamiquement ses prises de décision aux contraintes de la situation. Néanmoins, si les capacités de la fonction automatisée sont excédées, une demande de reprise en main sera faite au conducteur qui devra reconstruire sa conscience de la situation pour garantir la sécurité des reprises en main. En outre, la littérature met en évidence une dégradation de la performance de conduite si le contexte de reprise en main implique un événement critique. L'objectif de cette thèse est l'étude de la conscience de la situation et la performance de conduite lors de reprises en main. Les situations étudiées, sur simulateur de conduite, varient par la nature de l'événement critique rencontré et par le budget temporel alloué au conducteur. Les données étudiées sont issues de questionnaires, de l'analyse de la performance de conduite, et de l'oculométrie. Une diminution des performances de conduite et de la conscience de la situation suite à la reprise en main est observée. De plus, nos données mettent en évidence des interactions entre la reconstruction de la conscience de la situation et les stratégies de désactivation, modulées par le budget temporel. Les résultats de cette thèse sont discutés pour alimenter les modèles de reprise en main de la littérature et au regard de leurs implications pour la conception des fonctions automatisées
This thesis takes place in a context of conditional driving automation development which allows drivers to delegate vehicle control and to focus attention on on-board activities, thus lowering his/her situation awareness. Driver dynamically adapt his/her decision making to context constrains based on situation awareness. In cases which involves a take-over request, drivers will have to retake vehicle control and reconstruct their situation awareness in order to guarantee safety. Moreover, previous studies highlight driving performance deterioration if the takeover context involves a critical event. The aim of this PhD thesis is to study the active reconstruction of situation awareness and driving performance during manual take-over. The situations studied changes according to the critical event proposed and the budget time granted to the driver to resume control. Data from questionnaires, driving performance and eye-tracking were analyzed. A driving performance deterioration and lower situation awareness are observed following manual take-over. Moreover, results revealed interactions, modulated by budget time, between the active reconstruction of situation awareness and manual take-over strategies. Results are discussed to contribute to manual take-over models and in light of their implications for automated functions conception

L'objectif de ce travail de recherche était d'étudier d'une part comment les fonctions exécutives évoluent dans le vieillissement cognitif normal et dans le stade précoce de la maladie d'Alzheimer et d'autre part comment cette évolution peut être évaluée dans des situations de conduite. Le modèle exécutif proposé par Miyake et al. (2000) a été retenu comme cadre théorique pour l'évaluation du fonctionnement exécutif. Notre démarche expérimentale a en effet consisté en une évaluation neuropsychologique des trois composantes exécutives de flexibilité mentale, de mise à jour et d'inhibition, par le biais d'une batterie de tests. Cette évaluation a été combinée à une expérimentation sur simulateur de conduite. Nous avons mis au point quatre scénarios de conduite, qui évaluaient chacun l'une des trois composantes exécutives. Le dernier scénario était une situation naturelle de conduite avec des intersections à gauche, situation particulièrement accidentogène pour les conducteurs âgés. Les résultats indiquent que les trois composantes exécutives n'évoluent pas de manière similaire dans le vieillissement cognitif normal qui préserve pour un certain temps la capacité de flexibilité mentale. Les trois composantes exécutives sont en revanche sensibles au vieillissement pathologique. Par ailleurs, les situations de conduite mises au point sur le simulateur sont pertinentes pour l'évaluation des trois composantes exécutives en situation écologique. En définitive, ce travail offre des perspectives de recherche futures concernant l'amélioration des connaissances sur les aspects cognitifs de la conduite automobile. Ceci devrait permettre d'élargir ce champ de recherche notamment à d'autres pathologies qui touchent le fonctionnement exécutif et pour lesquelles les patients se trouvent en forte demande d'autonomie, et donc en forte demande vis-à-vis de la conduite automobile. De plus, des perspectives intéressantes sont également offertes concernant les possibilités non seulement d'évaluation, mais aussi de réadaptation de la conduite grâce à la mise au point de ce type de protocoles sur simulateur de conduite
The purpose of this study was to investigate the particular role played by the executive functioning in the driving activity. The objectives of this research were indeed to study how the executive functions would evolve in normal cognitive aging and in the early stages of Alzheimer's Disease (AD), and then to study how these evolutions can be evaluated in driving situations. This study took place in the theoretical frame suggested by Miyake et al. (2000). Indeed, our methodology consisted in a neuropsychological evaluation of three executive components, mental flexibility, updating and inhibition. This neuropsychological evaluation was combined with an experiment in a driving simulator. We developed four driving scenarios Each one evaluated one of the three executive components and the fourth one was a natural driving situation, with left turning intersections. However, in reality, this situation of left turning is a situation which is particularly dangerous for older drivers. The results indicated that the three executive components did not change in a similar way in normal aging, which would preserve for a certain time the mental flexibility. In AD, the three executive components were impaired. In addition, the driving experiments indicated similar and correlated results to those obtained with the neuropsychological evaluations. The driving situations developed in the simulator are thus relevant for the evaluation of the three executive components in an ecological manner. Lastly, the results of the fourth driving experiment showed that the executive components are essential to drive safely. Finally, this study offers future research possibilities concerning the improvement of our knowledge on driving cognitive functioning. Interesting prospects are also offered concerning the possibilities, not only for evaluation, but also for driving readaptation

Dans les simulations centrées individu, la variété et la cohérence du comportement des agents sont des critères importants pour le réalisme et la validité de la simulation. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la prise en compte simultanée de ces deux éléments. Nous proposons un modèle de différenciation comportementale, qui se décline en un outil dont les principaux apports sont d'être générique, non-intrusif, et de permettre une conception en dehors de l'agent. Le modèle s'articule selon trois axes. Tout d'abord, il décrit les comportements des agents par des normes. Celles-ci fournissent un profil comportemental à la conception, et un contrôle de la conformité à l'exécution. Ensuite, le processus de génération des comportements permet d'autoriser la création d'agents déviants ou en violation. Il inlfue pour cela sur le déterminisme du mécanisme. Enfin, les normes peuvent être inférées à partir de simulations enregistrées ou de situations réelles, afin d'analyser les résultats des expérimentations et d'automatiser la configuration du modèle. Nous avons appliqué cet outil à la simulation de trafic dans SCANeR, l'application développée et utilisée par Renault pour ses simulateurs de conduite. Les développements réalisés au cours de la thèse introduisent dans le trafic des styles de conduite spécifiés sous forme de normes, par exemple des conducteurs prudents ou agressifs. Ils permettent ensuite de peupler l'environnement de manière automatisée. Au delà de l'amélioration subjective du réalisme, les expérimentations réalisées démontrent les apports de l'outil sur la variété et la représentativité des comportements obtenus.

Les simulateurs de conduite sont utilisées par l'industrie automobile pour le développement de systèmes d'aide à la conduite, des études d'ergonomie, de design, ou encore du comportement des conducteurs. L'objectif est d'améliorer la sécurité des véhicules, et de réduire coûts et délais des projets. Dans les simulateurs, le conducteur évolue dans un trafic simulé dont le réalisme est crucial pour la validité des résultats : les réactions d'un conducteur sont d'autant plus correctes qu'il perçoit l'environnement comme réel. Dans les approches centrées individu, comme ici le trafic, un des critères important pour le réalisme est la variété comportementale des agents. De plus, les comportements doivent également être cohérents : l'apparition de situations aberrantes est très pénalisante pour l'immersion. Cependant, ces deux aspects ne sont généralement pas pris en compte simultanément. Dans ce travail, nous nous sommes donc intéressés à la question suivante : dans les approches centrées individus, augmenter la variété des comportements des agents tout en préservant leur cohérence améliore-t-il le réalisme ? Par ailleurs, le contexte industriel des travaux, effectués en convention Cifre chez Renault, impliquait des besoins spécifiques : il fallait concevoir un outil qui permette à la fois aux experts de spécifier des comportements variés et cohérents, et aux utilisateurs finaux de les exploiter facilement. Nous proposons dans ce travail un modèle de différenciation comportementale, qui se décline en un outil dont les principaux apports sont d'être générique, non-intrusif, et de permettre une conception en dehors de l'agent. Le modèle s'articule selon trois axes. Tout d'abord, il décrit les comportements des agents par des normes. Celles-ci fournissent un profil comportemental à la conception, et un contrôle de la conformitéà l'exécution. Ensuite, le processus de génération des comportements permet d'autoriser la création d'agents déviants ou en violation. Il influe pour cela sur le déterminisme du mécanisme. Enfin, les normes peuvent être inférées à partir de simulations enregistrées ou de situations réelles, afin d'analyser les résultats des expérimentations et d'automatiser la configuration du modèle. Nous avons appliqué cet outil à la simulation de trafic dans scaner, l'application développée et utilisée par le Centre Technique de Simulation de Renault pour ses simulateurs de conduite. Les modules logiciels développés au cours de la thèse introduisent dans le trafic des styles de conduite spécifiés sous forme de normes, par exemple des conducteurs prudents ou agressifs. Ils permettent ensuite de peupler l'environnement de manière automatisée, et de faire évoluer facilement les scénarios existants. Ces développements sont d'ores et déjà intégrés dans la version commerciale de l'application. Au delà de l'amélioration subjective du réalisme, les expérimentations réalisées démontrent les apports de l'outil sur la variété et la représentativité des comportements obtenus.

Cette thèse a pour objectif de contribuer aux connaissances sur les compétences de conduite de haut niveau acquises lors des premiers mois de la conduite en autonomie, et sur l'utilisation des outils de simulation pour l'évaluation et l'acquisition de ces dernières par les conducteurs novices. L'accès à la conduite automobile autonome est une étape importante pour l'émancipation et l'indépendance de l'adolescent et du jeune adulte. Dans les pays développés, les jeunes conducteurs sont cependant 3 à 4 fois plus susceptibles d'avoir un accident mortel que les conducteurs plus âgés (McCartt, Shabanova, & Leaf, 2003). Ce sur-risque décroit fortement durant les 6 à 8 premiers mois ou les 1500 premiers kilomètres de conduite en autonomie, et ce de manière indépendante de l'age du conducteur (Gregersen et al., 2000; McCartt et al., 2003). Durant ces premiers temps, les novices développeraient ainsi des habiletés fondamentales pour conduire efficacement et en sécurité. Ces habiletés concerneraient en particulier les compétences de conduite de haut niveau (Hatakka et al., 2002). Ces dernières incluent des mécanismes perceptifs et cognitifs d'évaluation (perception, compréhension et projection) et de prise de décision pour gérer les situations routières normales ou à risque (Deery, 1999). Or, ces compétences sont les plus impliquées dans le sur-risque des novices (Braitman et al., 2008). De plus, elles sont aussi peu abordées dans la formation (Assailly, 2013, 2016). Dans ce cadre, trois études ont été menées. Des entretiens semi-dirigé avec des conducteurs novices (étude 1) montrent que les compétences perceptives et cognitives font l'objet d'un apprentissage "sur le tas" durant les premiers temps de la conduite autonome. Notamment, ces apprentissages sont issus de l'expérience de situations de conduite dynamiques, complexes et inattendues. Un paradigme utilisant un simulateur pleine-échelle et l'oculométrie (étude 2) utilise ces situations pour identifier des indicateurs d¿acquisition des compétences perceptives et cognitives. Il montre en premier lieu l'importance de la contextualisation de l'évaluation. En effet, chaque situation sollicite de façon différente les compétences, qui doivent donc y être mesurées de façon appropriée. Il identifie également des indicateurs novateurs, permettant d'évaluer finement les compétences de prise de décision des conducteurs. Un dernier paradigme en simulateur moyenne-fidélité effectue une comparaison de protocoles d'apprentissage de ces compétences (étude 3). Il montre qu'un approche utilisant des rétroactions immédiates et simples, sous la forme de messages textuels explicatifs, est efficace pour l'amélioration des compétences perceptives et cognitives, au moins à court terme. Du point de vue pratique, ces résultats permettent de proposer des recommandations pour le développement de programmes d'entrainement aux compétences perceptives et cognitives en simulateur de conduite. Du point de vue théorique, ils permettent d'une part d'approfondir les connaissances concernant les mécanismes d'apprentissage des compétences perceptives et cognitives. D'autre part, ils proposent une actualisation des modèles théoriques décrivant ces compétences
The main objective of this work is to gather knowledge about how higher order driving skills are acquired during first times of autonomous driving, as well as of how virtual reality and simulation tools can be used for assessment and learning of those skills fornovice drivers. Access to driving is an important step toward emancipation for young adults. However, young drivers are 3 to 4 times more likely to die in a car accident compared to older drivers (McCartt, Shabanova, & Leaf, 2003). This higher risk decreases rapidly during the first 6 to 8 months, or thousand of miles of autonomous driving (Gregersen et al., 2000; McCartt et al., 2003). During those first times, novice drivers would acquire safety and efficiency crucial higher order driving skills (Hatakka et al., 2002). Higher Order Driving skills include perceptive and cognitive skills that are necessary for assessment of (perception, comprehension, projection) and decision making in, normal and/or risky driving situations (Deery, 1999). Those skills are by far the most involved in novice drivers' higher risk (Braitman et al., 2008). Plus, they are quite overlooked during driver training (Assailly, 2013, 2016). Three studies have been conducted for our objective. A first paradigme uses semi-directed interviews with novice drivers (study 1) to show that perceptive and cognitive skills are acquired through a "learning by doing" process during the first moments of autonomous driving. Characteristics of involved situations include dynamic, complex and somewhat unexpected events. A second paradigm including a full-scale simulator and oculometry (study 2), uses this kind of situations to assess drivers perceptive and cognitive skills. Results show the importance of context in skills measurements. Indeed, different types of situations involve different types of perceptive and cognitive skills. Results also identify novel indicators of skills acquisition that permits precise measurements of decision-making driving skills. A last paradigm uses a medium-fidelity simulator to compare two learning protocols of perceptive and cognitive skills. Results show that simple, immediate retroactions, using textual explanations of learning situations, are effective for skills improvement. Based on these results, recommendations will be produced to improve driving simulator's efficiency for training. On a theoretical standpoint, this work first increases knowledge about learning mechanisms of higher order driving skills. Second, this work also suggests several updates of perceptive and cognitive skills models

Les travaux décrits dans cette thèse visent à offrir un assistant tutoriel intelligent pour aider la formation opérationnelle d'opérateurs de systèmes complexes et dynamiques. Ce type de formation, qui a fait l'objet de peu de travaux d'enseignement intelligemment assisté par ordinateur, vise à développer les compétences opérationnelles de l'élève, c'est-à-dire ses aptitudes à gérer de manière sure et efficace toute situation ou problème, quelle que soit la charge de travail. Le domaine d'application de ces travaux est le contrôle aérien. Le système proposé ici diffère des tuteurs intelligents classiques, généralement autonomes, dans le sens qu'il conserve l'instructeur : il a pour but d'assister celui-ci dans ses tâches les plus laborieuses tout en lui conservant ses relations provilégiées avec l'élève ainsi que son rôle principal et primordial de pédaggoue. La problématique est d'évaluer l'acquisition des compétences opérationnelles de l'apprenant sans recourir à un modèle expert complet du domaine. En effet, les solutions expertes sont rarement uniques : deux experts peuvent avoir deux comportements différents face à une situation identique, sans que l'une soit meilleure que l'autre. La solution apportée consiste à proposer un modèle de développement de compétences opérationnelles (MOST), qui prend en compte les mécanismes d'apprentissage de ces compétences et qui compense l'indisponibilité d'un modèle complet de l'expert. Les mécanismes d'apprentissage identifiés sont la construction de patterns situationnels et l'atteinte d'un certain degré d'automaticité. Le modèle MOST met en oeuvre les tâches ciblées, leur pratique dans des situations et charges de travail diverses et les performances des résultats obtenus. A partir de ces principes, nous décrivons en détail l'évaluation de l'apprenant et la génération d'ojbectifs pédagogiques en vue de concevoir des exercices individualisés à l'élève.

La détection de piéton est un problème récurrent depuis de nombreuses années. La principale confrontation est liée à la grande variabilité du piéton en échelle, posture et apparence. Un algorithme efficace de reconnaissance de formes doit donc être capable d'affronter ces difficultés. En particulier, le choix d'une représentation pertinente et discriminante est un sujet difficile à résoudre. Dans notrre cas, nous avons envisagé deux approches. La première consiste à représenter la forme d'un objet à l'aide de graphes étiquetés. Selon les étiquettes apportées, le graphe possède en effet des propriétés intéressantes pour résoudre les problèmes de variabilité de taille et de posture. Cette méthode nécessite cependant une segmentation rigoureuse au préalable. Nous avons ensuite étudié une représentation constituée d'histogrammes locaux d'orientation de gradient. Cette méthode présente des résultats intéressants par ses capacités de généralisation. L'application de cette méthode sur des images infrarouges complètes nécessite cependant une fonction permettant d'extraire des fenêtres dans l'image afin d'analyser leur contenu et vérifier ainsi la présence ou non de piétons. La deuxième étape du processus de reconnaissance de formes concerne l'analyse de la représentation des données. Nous utilisons pour cela le classifieur Support Vector Machine bâti, entre autres, sur une fonction noyau calculant le produit scalaire entre les données support et la donnée évaluée. Dans le cas des graphes, nous utilisons une formulation de noyau de graphes calculé sur des "sacs de chemins". Le but consiste à extraire un ensemble de chemins de chaque graphe puis de comparer les chemins entre eux et combiner les comparaisons pour obtenir le noyau final. Pour analyser les histogrammes de gradient, nous avons étudié différentes formulations permettant d'obtenir les meilleures performances avec cette représentation qui peut être assimilée à une distribution de probabilités.

Notre travail se situe dans le cadre de la surveillance de systèmes homme-machine, où l'opérateur humain est un élément de décision dans la boucle. Ce type de systèmes nécessite une surveillance automatisée globale temps-réel, incluant la détection d'incidents techniques et de défaillances humaines. Partant de l'hypothèse que la partie technologique travaille " correctement " et/ou qu'elle est surveillée par un système de diagnostic, nous nous centrons sur la partie opérateur humain, la plus critique à surveiller. Nous présentons un système de diagnostic appliqué à la surveillance du conducteur automobile à partir d'informations fournies par des capteurs embarqués dans le véhicule. Les travaux ont été développés dans le cadre du projet Européen AWAKE et le projet national " facteurs de dégradation de la vigilance et de la sécurité dans les transports " de PREDIT. Nous proposons une stratégie générale de système temps-réel pour la surveillance du niveau de vigilance du conducteur (dynamique lente) et la surveillance du niveau de risque lié à la situation actuelle de conduite (dynamique instantanée), à travers : L'analyse temporelle et fréquentielle des signaux mécaniques (mesures de performance) par ondelettes et filtres, pour en extraire des caractéristiques dynamiques, statistiques et fréquentielles sur la dégradation de la conduite, L'apprentissage par SVM, méthode pour laquelle nous avons développé des stratégies d'implémentation adaptées pour un apprentissage en ligne et pour des problèmes de grande taille, La fusion par FIS, afin de profiter de l'expertise humaine et produire un diagnostic sur le niveau de risque lié à la sortie de la voie de circulation. La validation d'une telle approche à travers des EEG et EOG (mesures physiologiques) et des autoévaluations (mesures subjectives). Nous appliquons cette méthodologie à diverses expériences des programmes AWAKE et PREDIT réalisées sur des simulateurs ou des démonstrateurs
Our work is within the framework of human-machine systems monitoring, in which the human operator is an element of decision in the loop. This type of systems requires a global automated real-time monitoring, including the detection of technical hitches and human faults. Assuming the technological part works "correctly" and/or that it is supervised by a diagnosis system, we are centered on the human operator part, the most critical to supervise. We present a diagnosis system applied to driver's monitoring based on information provided by onboard sensors. This work has been developed in the framework of the European project AWAKE and the national project "factors of vigilance degradation and safety in transports" of PREDIT. We propose a general strategy of real-time system for monitoring the level of vigilance of the driver (slow dynamics) and the monitoring of the level of risk related to the current situation (instantaneous dynamics), through: Temporal and frequential analysis of mechanical signals (performance measures) by wavelets and filters, to extract dynamic, statistical and frequential characteristics of driving degradation, SVM learning, for which we developed adapted implementation strategies for an on-line learning and large-scale problems, FIS fusion, in order to exploit the human expertise and to produce a diagnosis of the level of risk related to lane departure. Validation of such an approach through EEG and EOG (physiological measurements) and self evaluations (subjective measurements). We apply this methodology to various experiments under the framework of AWAKE and PREDIT carried out in simulators or demonstrators

Les franchissements des feux orange et rouge constituent une cause fréquente d’accidents aux intersections. Ces comportements sont plus ou moins délibérés et influencés par différents contextes. L’objectif de la thèse a été d’étudier les facteurs intervenant dans les processus de décision aux feux tricolores. Il s’est agi d’examiner comment les automobilistes arbitrent entre la sécurité, le respect de la réglementation et la réduction du temps à attendre. Cette thèse comprend une introduction suivie de deux parties. La première partie expose les théories de la motivation, de la prise de décision, de la perception du temps et de l’espace qui constituent les références pour les recherches empiriques. Elle se termine en livrant la problématique générale de la thèse. La deuxième partie comprend quatre études. La première, basée sur la théorie du comportement planifié (Ajzen, 1985), examine les prédicteurs de l’intention de franchir le feu orange. Les études suivantes, menées sur simulateur de conduite, observent l’influence (étude 2) des contextes social et personnel sur le comportement des automobilistes aux feux tricolores, (étude 3) des arrêts aux feux sur la perception de la durée d’un trajet ainsi que les conséquences de cette perception sur le comportement des automobilistes aux feux tricolores et sur le choix de trajet. La quatrième étude s’intéresse à l’utilisation de l’heuristique de numérosité dans le choix entre deux trajets selon le nombre de feux tricolores et la probabilité d'avoir à s’arrêter aux feux. Pour clore ce travail, les résultats obtenus sont discutés et des limites aux recherches réalisées sont posées avant d’aboutir à la conclusion finale de la thèse
Yellow and red light running is an important cause of intersection crashes. These behaviors are more or less deliberate and influenced by different contexts. The aim of this PhD was to study factors involved in the decision making dealing with traffic lights. We examined how car drivers negotiate between safety, respect of the rules, and reducing waiting time. This thesis comprised an introduction followed by two main parts. The first part exposed theories of motivation, decision making, and time and space perception which gave the basis for the empirical research. It ended with a presentation of the problem section. The second part comprised four studies. The first one, based on the Theory of Planned Behavior (Ajzen, 1985), examined the predictors of the intention to run the yellow light. Next studies, carried out on driving simulator, investigated the influence of (study 2) social and personal context on drivers’ behavior at traffic lights, and (study 3) of stopping at lights on the travel time perception as well as the consequences of this perception for drivers’ behavior at traffic lights and for the route choice. The fourth study focused on the use of the numerosity heuristic in the choice between two itineraries depending on the number of traffic lights and the probability of stopping at the lights. For finishing this work, the results obtained were discussed and limits of the studies carried out were commented before drawing a final conclusion

Le principe de la distraction au volant est de détourner l'attention du conducteur en phase de conduite en toute sécurité au profit d'une tâche concurrentielle. Le paradigme de la double tâche repose sur l’hypothèse que la distraction se traduit par une charge cognitive excessive et des ressources restreintes en termes d'attention. Pour combler les lacunes des travaux de recherche portant sur l’étude de la sécurité des conducteurs, cette thèse vise à découvrir les mécanismes de détection de la distraction cognitive visuelle à l'aide de signaux physiologiques. A cette fin, deux séries d'expérimentations ont été menées avec 18 participants. La première expérimentation avec 10 participants vise à évaluer les effets de la distraction et de la synchronisation des signaux de l’EEG. Pour l'analyse statistique, le test de Shapiro-Wilk et l'analyse de variance à deux facteurs ANOVA ont été utilisés. Les résultats indiquent que les deux tâches de distraction cognitive visuelle sont exécutées de façon séquentielle et que le temps de réaction est affecté par le passage d'une tâche à l'autre. Pour la deuxième expérimentation avec 8 participants, un système intégré a été créé en C++, qui implique un système CAVE à 4 parois, un simulateur de conduite utilisant le logiciel de simulation SCANeR, un simple casque EEG à 20 canaux (Enobio 20), un SMI de suivi oculaire et un logiciel BeGaze. Comme paramètres qualitatifs, les réponses aux questionnaires SSQ et NASA-TLX ont été utilisés pour évaluer les commentaires des utilisateurs. Comme paramètres quantitatifs, des solutions d’équations mathématiques, des mesures de mouvements oculaires, de signaux EEG et de performances de conduite ont été utilisées. Pour l'analyse des données, les logiciels Matlab et SPSS ont été utilisés et pour l'analyse statistique, le test Shapiro-Wilk et ANOVA à un facteur. Les résultats indiquent que l'expérience exige une capacité mentale plutôt qu'une capacité physique. Les fréquences de la bande delta dans le lobe frontal des signaux EEG n'ont pas d'impact significatif sur la différentiation entre conduite et distraction, mais les bandes delta et thêta au centre et au pariétal en ont. Les résultats ont également révélé que les fréquences des bandes thêta et alpha sont effectivement des caractéristiques importantes dans les deux expérimentations. Dans une tâche où le sujet peut contrôler quand il s'engage dans la tâche secondaire, la bande bêta a montré son importance d’un point de vue statistique, étant la seule capable de faire la distinction entre différents niveaux des tâches cognitives. La similitude la plus frappante entre les deux expérimentations est que certaines des caractéristiques statistiquement significatives se chevauchent entre les régions du cerveau. Par conséquent, une analyse comparative des techniques d'apprentissage machine (SVM-RFE c. les forêts aléatoires) dans la sélection des caractéristiques pertinentes des signaux EEG, en combinaison avec les valeurs de cohérence, a également été réalisée. Les résultats indiquent que, bien qu'en général, les forêts aléatoires donnent de meilleurs résultats que le séparateur SVM, le score F1 du SVM avec SVM-RFE montre les scores les plus élevés (0.90)
Driving distraction shift the attention away from safe driving towards a competing task. Dual task paradigm defines distraction in terms of excessive workload and limited attentional resources. To fill the gap in driver’s safety research, the thesis aims to uncover the mechanics of detecting visual cognitive distraction by using physiological signals. There are 2 sets of experiments conducted with 18 participants. The first experiment with 10 participants aims at evaluating the effects of distraction and synchronising EEG signals. For statistical analysis, Shapiro Wilk test and two-way ANOVA have been used. The results state that the two visual cognitive distraction tasks are performed sequentially and reaction time is affected by the switch. For the second experiment with 8 participants, an integrated system has been created in C++, which involves a 4-wall CAVE system, a driving simulator using SCANeR simulation software, a simple EEG headset with 20 channels (Enobio 20), SMI Eye tracker, BeGaze software. As qualitative methods, SSQ and NASA TLX have been used to evaluate user feedback. As quantitative methods, maths equations, eye movements, EEG signals, and driving performance have been used. For data analysis, Matlab and SPSS and for statistical analysis, Shapiro Wilk test and one-way ANOVA have been used. The results indicate that experiment demands mental capacity, rather than physical capacity. Delta band frequencies in frontal lobe of EEG signals do not have a significant impact on discriminating between driving and distraction, but delta and theta band at central and parietal do. The results also revealed that theta and alpha band frequencies are indeed an important features in both experiments. In a task where subject can control when they are engaging towards the secondary task, beta band showed its statistical importance being the only one able to discriminate up to different level of cognitive tasks. The most striking similarity between both experiments were, some of the statistically significant features are overlapped between brain regions. A comparative analysis of machine learning techniques (SVMs vs Random Forests) in selecting relevant features of EEG signals, referring to the coherence values, has also been conducted. Results indicate that although in general random forests perform better than SVM classifier, F1-score for SVM demonstrates the highest scores (0.90)

Le premier objectif de cette thèse était d’évaluer l’efficacité d’un programme d’entraînement cognitif informatisé, associé ou non à une immersion sur simulateur de conduite, sur les performances cognitives et de conduite, sur la calibration des capacités cognitives et sur le bien-être de 88 conducteurs âgés de 70 ans et plus qui sur ou sous-estimaient leurs capacités. Des interventions hebdomadaires ont été menées durant trois mois. Un groupe contrôle a effectué une activité de lecture de magazines. Nos résultats indiquent que l’entraînement cognitif, comme l’activité contrôle, ont amélioré les capacités d’attention visuelle sélective et les adaptations comportementales au volant (choix de vitesse et distances de sécurité). Près de la moitié des participants (41/88, dont 2/3 de sous-estimateurs), ont corrigé leur biais de calibration. L’immersion sur simulateur de conduite n’a pas eu d’effet de transfert sur la conduite réelle. Les bénéfices des interventions sur l’initiation du changement de comportement et la mise en place de stratégies d’autorégulation afin de maintenir la conduite dans des conditions sûres, essentielle au vieillissement réussi, sont discutés. Le second objectif de ce travail était d’évaluer l’efficacité d’une contremesure au mal du simulateur, qui limite son utilisation chez les seniors. Les effets d’une stimulation galvanique cutanée de la nuque ont été évalués et n’ont pas révélé de diminution du mal du simulateur chez les seniors, contrairement aux effets observés chez des sujets jeunes. De nouvelles pistes de recherche sont suggérées afin de d’envisager le simulateur comme moyen d’intervention pour promouvoir une conduite automobile sécuritaire
The main objective of this dissertation was to assess the effectiveness of a computerized cognitive training program, combined or not with a driving simulator immersion, on calibration, cognitive and driving performances and subjective well-being of 88 drivers aged 70 and older who were over or under-estimators of their cognitive abilities. Weekly interventions were conducted during three months. An active control group was engaged in a reading magazine activity. Our results show that the cognitive training and the active control activity both improved visual selective attention abilities and driving style (regarding speed adaptation and safety distances). Almost half of the sample (41/88, with 2/3 who were under-estimators), corrected their calibration bias. The driving simulator immersion did not influence the transfer of cognitive training benefits on road. The benefits of the intervention on the self-regulation process to promote the preservation of the driving activity in safe conditions, which is essential for the successful ageing, are discussed. The second objective was to assess the effectiveness of a countermeasure to reduce the simulator sickness, which is a major limitation to the driving simulator use for the older drivers. The effects of the neck galvanic cutaneous stimulation were assessed and did not reduce simulator sickness symptoms of older drivers, contrarily to young drivers. New research avenues are suggested in order to consider the driving simulator as an intervention tool to promote the driving safety

Les simulateurs de conduite permettent d’étudier le comportement humain dans différentes conditions fixées expérimentalement. Un avantage majeur de la simulation est de ne pas exposer le sujet à un risque objectif et que les conditions de test sont "facilement" mises en œuvre et manipulées. Le recours à la simulation pose néanmoins la question de la généralisation et transposition des comportements observés en simulation à la situation réelle de conduite. En effet, il est nécessaire de s’assurer que le simulateur mesure précisément l’objet d’étude sans le modifier ou l’influencer. L’évaluation du degré de validité est donc cruciale dans toute étude sur simulateur qui cherche à susciter des comportements réalistes de conducteurs. Le postulat de notre travail repose donc sur l’idée que la présence est un concept clé pour évaluer la représentativité des comportements de conduite observés en simulation. Toutefois plusieurs difficultés seront à résoudre. Une des plus cruciales repose sur le fait que la présence est difficilement mesurable en temps réel puisque le fait même de chercher à la mesurer peut rompre l’état de présence plus ou moins existant. Ainsi obtenir des indicateurs comportementaux de la présence constitue un véritable enjeu pour caractériser la nature d’un phénomène qui à l’heure actuelle est davantage fantasmé à l’aide de mesures post-expérimentation que concrètement démontré par la mise en évidence de comportements spécifiques reproductibles
Driving simulators make it possible to study human behavior in different experimentally determined conditions. A major benefit of simulation is that it does not expose the subject to an objective risk and that test conditions are "easily" implemented and manipulated. The use of simulation nevertheless raises the question of the generalization and transposition of the behaviors observed in simulation to the actual driving situation. Indeed, it is necessary to ensure that the simulator accurately measures the object of study without modifying or influencing it. Assessing the degree of validity is therefore crucial in any simulator study that seeks to create realistic driver behaviors. The postulate of our work is therefore based on the idea that presence is a key concept for assessing the representativeness of driving behaviors observed in simulation. However, several difficulties will have to be solved. One of the most crucial is the fact that presence is difficult to measure in real time because the very fact of trying to measure it can break the more or less existing presence state. Thus, to obtain behavioral indicators of presence is a real challenge to characterize the nature of a phenomenon which at present is more fantasized by post-experimental measures than concretely demonstrated by the demonstration of specific reproducible behaviors

La perception de l'environnement constitue un prérequis fondamental pour l'extension des systèmes d'assistance actuels aux situations complexes de conduite induites par le milieu urbain. En particulier, le nombre et la dynamique des acteurs de la circulation rendent la poursuite multicible peu fiable, et par conséquent le contrôle du véhicule impossible. Cette thèse présente une représentation alternative de l'environnement du véhicule , qui évite les prises de décision prématurées de la poursuite multicible. Nous utilisons pour cela les grilles d'occupation de manière originale. En particulier ces grilles portent sur l'espace d'état des acteurs de la circulation (position et vitesse relative au véhicule), et sont égocentrées. L'absence de notion d'objet en tant que tel dans les grilles d'occupation permet de contourner les difficultés de la poursuite multi-objet. Un filtrage temporel inspiré des filtres bayésiens est également ajouté à l'estimation des grilles pour prendre en compte la dynamique de l scène. Le document illustre de manière incrémentale les qualités de notre représentation sur de nombreux exemples. Nous commençons par illustrer l'estimation statique de grille, lorsqu'un puis plusieurs capteurs fournissent une unique puis plusieurs observations. Par statique, nous entendons sans prise en compte de la dynamique de la scène. Le document illustre de manère incrémantale les qualités de notre représentation sur de nombreux exemples. Nous commençons par illustrer l'estimation statique de grille, lorsqu'un puis plusieurs capteurs fournissent une unique puis plusieurs observations. Par statique, nous entendons sans prise en compte de la dynamique temporelle de la scène. L'estimation dynamique est ensuite illustrée en suivant la même progression. Enfin, l'intérêt de cette représentation dans le contexte automobile est montrée par l'implémentation d'un algorithme d'évitement de collisions sur le Cycab. Le contrôle du Cycab est alors effectué sans qu'aucune décision sur les objets n'ait été prise.

Le travail présenté dans ce manuscrit porte sur le développement d’un simulateur de cible (RTS) pour radars automobiles 77 GHz. Afin de proposer des véhicules toujours plus sûrs, les constructeurs automobiles développent des systèmes ADAS de plus en plus performants. On assiste aujourd’hui à la démocratisation des radars automobiles d’alerte à la collision et de régulation de distance. La généralisation de tels systèmes sur des véhicules de série va nécessiter le recours accru à des moyens de tests, chez les constructeurs et dans les centres de contrôle technique. Pour pouvoir tester et calibrer les radars, il est nécessaire d’utiliser des RTS. Ces appareils permettent de simuler les scénarios rencontrés par le radar, ceux-ci devenant plus complexes avec le développement des voitures autonomes. Une cible est définie par trois paramètres : une vitesse, une distance et une SER. Afin de répondre à des exigences drastiques, Autocruise développe ses propres RTS pour des bancs de test de production et de R&D. Ils doivent s’adapter à tout radar fonctionnant sur la bande 76 – 81 GHz, avec différentes modulations et une bande de fréquence supérieure à 800 MHz. Le système doit être à bas coût, de faibles dimensions et flexible pour être intégré dans différentes applications. Le principal verrou technologique est la réalisation d’une ligne à retard variable, capable de simuler des distances comprises entre 1 m et 250 m, avec une résolution de 0,2 m et permettre le contrôle de la SER. Un compromis devra être trouvé afin de répondre aux spécifications. L’étude a montré l’impossibilité de couvrir l’ensemble de la plage de distances avec une seule technologie. Une architecture hybride est indispensable. Une ligne à retard hybride reconfigurable large bande est présentée
The work presented in this thesis concerns the development of an automotive radar target simulator for 77 GHz radar sensors. In order to continue offering safer vehicles, manufacturers develop more and more performant ADAS systems. We are witnessing a democratization of automotive radar sensors for adaptive cruise control and collision warning. The generalization of such systems on standard cars will require an increased use of test devices both at the manufacturers and in technical control centers. To test and calibrate radars, it is necessary to use Radar Target Simulators (RTS). These devices enable to simulate situations encountered by the radar. Furthermore, these scenarios are becoming increasingly complex with the arrival of autonomous vehicles. A target is defined by three parameters: distance, velocity and radar cross-section (RCS). In order to meet drastic requirements, ZF TRW Autocruise develops its own RTS for production test benches and R&D. RTS must adapt to all radars within a 76 – 81 GHz frequency band, with different modulations and a frequency bandwidth higher than 800 MHz. The system must present the advantages of being a low-cost system, with small dimensions and flexible to be integrated in different applications. The major blocking point is the design of a reconfigurable delay line, able to simulate distances between 1 m and 250 m with a resolution of 0.2 m on a large frequency band and also allowing control of RCS. A compromise will have to be found in order to meet the different specifications. The study showed the impossibility to cover the entire range of distances with one single technology. A hybrid architecture is necessary. A hybrid, tunable, wideband delay line is at study

Le sujet de thèse concerne la réalisation et la caractérisation d’un simulateur dynamique de véhicule deux-roues. La thèse est organisée en plusieurs parties essentielles. D’abord, une étude bibliographique est menée pour cerner la problématique de la simulation de conduite d’une manière générale en se focalisant sur les simulateurs de point de vue conception. Dans cette partie, on a pris connaissance des différentes architectures mécaniques utilisées auparavant ainsi que les problèmes liés. Le choix de l'architecture du simulateur est guidé par les besoins nécessaires d'avoir une perception suffisante au cours de la simulation de conduite. Notre objectif est de reproduire les effets inertiels (accélération, effort,..) les plus pertinents perçus dans une conduite réelle. Le second chapitre aborde la dynamique des véhicules et compare celle des deux-roues contre les automobiles. Des adaptations pour des modèles dynamiques de moto ont été présentées pour répondre à nos besoins en termes de rendus privilégiés. Le troisième chapitre présente les aspects conception, réalisation, caractérisation et identification du simulateur de moto mis au point dans le cadre de cette thèse. Il constitue la principale contribution de ces travaux de recherche. Les deux derniers chapitres sont dédiés aux algorithmes de contrôle/commande ainsi qu’essais expérimentaux sur la plateforme. Ces tests ont été réalisés en vue de la caractérisation et la validation de performances de toute la chaîne de simulation
This thesis deals with the design and realization of a dynamic mechanical platform intended to the motorcycle riding simulation. This dissertation is organized into several principal sections. First, a literature review is conducted to identify the driving simulation problematic in a general way by focusing on the simulator design. In this part, it was aware of the various mechanical architectures used previously as well as the related limitations. The choice of the simulator‘s mechanical architecture of is driven by the needs to have an sufficient perception during simulated driving situation. Our goal is to reproduce the most relevant inertial effects (acceleration, torque, ..) perceived in a real world driving. The second chapter discusses an exhaustive comparison between automotive vehicles dynamics against the two-wheeled vehicles against. Existing motorcycles dynamic models are adjusted and of have been adapted to meet our needs in terms of privileged inertial cues. The third chapter presents the design aspects, mechanical realization, characterization and identification of the motorcycle simulator developed within the framework of this thesis. It constitutes the main contribution of this research works. Finally, the last two chapters are dedicated to motion cueing /control algorithms and open-loop experimentation on the simulator’s platform. These tests were performed for the characterization and validation of performance of the entire simulation loop

L’objectif du projet est de décrire le trafic de l’environnement réel d’un utilisateur en situation de conduite pour qu’un environnement virtuel lui soit plus adapté. Un véhicule équipé de caméras est confié au futur utilisateur du simulateur pour qu’il effectue plusieurs sorties dans son milieu. Des algorithmes de détection et de suivi sont ensuite appliqués sur ces séquences vidéos. Les détecteurs employés utilisent des caractéristiques Haarlike pour entraîner un système d’arbre de décision boosted en cascade. Ces détecteurs produisent de bons résultats pour des objets rigides malgré une grande complexité d’entraînement. Le suivi se fait par l’appariement de points SIFT. L’emphase du travail fut mise sur le développement du framework de détection et de suivi et l’évaluation de ses performances. Le système performe relativement bien lorsqu’il doit détecter et suivre des objets de moyenne ou grande taille, mais présente des faiblesses sur les petits objets et les changements de pose.
The goal of this project is to describe the traffic present in the real world of a simulator user so that the virtual environment is more adapted to him. A vehicle equipped with non-overlapping-view cameras is lent to the simulator’s future user so that he can use it in his driving environment. These collected data will be analyzed using detecting and tracking algorithms. The selected detector uses Haarlike features combined with boosted cascaded decision trees. Those detectors have a high training complexity, but produce good results for rigid objects. Tracking is carried out by the matching of SIFT feature points. The research emphasis was put on the development of the detection and tracking framework. The system performs relatively well for the detection and the tracking on medium and large objects, but shows some weakness to detect or track small objects and to track a pose changing object.