Amélioration de la commande du simulateur de conduite et comparaison entre l'interaction conducteur-véhicule-route dans un environnement réel et simulé

Improvement of the driving simulator control and comparison between driver-road-vehicule interaction in real and simulated environment

• Auteur / Autrice : Navid Ghasemi
• Direction : Hocine Imine, Andrea Simone
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Automatique
• Date : Soutenance le 28/04/2020
• Etablissement(s) : Paris Est en cotutelle avec Università degli studi (Bologne, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des réseaux. Laboratoire Exploitation, Perception, Simulateurs et Simulations (Paris ; 2009-2019) - Laboratoire Exploitation- Perception- Simulateurs et Simulations / IFSTTAR/LEPSIS
• Jury : Président / Présidente : Valeria Vignali
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hocine Imine, Andrea Simone, Vittorio Ranieri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alessandro Calvi, Gianluca Dell'Acqua

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Systèmes d'aide à la conduite

Attitudes

Automobilistes

Algorithmes

Conduite automobile -- Simulateurs

Mots clés libres

Simulation de véhicule en temps réel

Algorithme de restitution de mouvement

Mesures de sécurité de substitution

Oculomètre

Perception

Temps de réaction

Real-Time vehicle simulation

Motion cueing algorithm

Surrogate safety measures

Eye-Tracking

Perception

Reaction Time

Résumé

Les activités de recherche ont été menées en collaboration avec l'Université de Bologne, l'Université Paris-Est et l'Université Gustave Eiffel sous la forme d'un doctorat cotutelle. Les activités sont divisées en deux macro-domaines ; les études de simulation de conduite réalisées à l'Université Gustave Eifel (IFSTTAR) et les expériences sur route organisées par l'Université de Bologne. La première partie de la recherche se concentre sur l'amélioration de la fidélité physique du simulateur de conduite à deux degrés de liberté avec une attention particulière aux signaux de mouvement et au modèle de dynamique du véhicule. Ce dernier a été développé dans MATLAB-Simulink et a la capacité de calculer en temps réel les états du véhicule et de contrôler la plateforme de mouvement. Au cours de cette phase de la recherche, des algorithmes de repères de mouvement ont été développés pour contrôler les mouvements du simulateur et l'effet des signaux de mouvement sur le comportement des conducteurs a été analysé par expérimentation. Les résultats de ces études sont discutés dans les cas d’études I et II. Dans la deuxième partie de la recherche, les performances du conducteur et le comportement visuel ont été étudiés sur la route sous différents scénarios. Le comportement visuel du conducteur a été enregistré à l'aide d'un dispositif de suivi oculaire monté sur la tête, tandis que la trajectoire du véhicule a été enregistrée avec un véhicule instrumenté équipé du système de positionnement mondial. Au cours de cette phase, plusieurs études de cas ont été développées pour surveiller le comportement des conducteurs en milieu naturaliste. La cas d'étude III vise à intégrer l'audit de sécurité routière traditionnel à un système innovant de surveillance du comportement des conducteurs. L’expérimentation sur route avec des conducteurs a été réalisée sur une artère urbaine afin d'évaluer l'approche proposée à travers des techniques innovantes de suivi des conducteurs. Ces mêmes instruments de surveillance de la conduite ont été utilisés pour évaluer l'amélioration d'un passage pour piétons au rond-point dans le cas d'étude IV. Les données de suivi oculaire ont été évaluées dans les deux études afin d'identifier un indicateur d'attention visuelle du conducteur en fonction de la position et de la durée du regard des participants. Une attention particulière est accordée à la sécurité des conducteurs vulnérables dans les zones urbaines lors de l'étude du comportement de conduite naturaliste. Le cas d'étude V a analysé le comportement de conduite du conducteur en phase d'approche d'un passage prioritaire à vélo à l'aide de mesures de sécurité de substitution. Les mesures de performance des conducteurs telles que le temps de réaction de la perception et le comportement du regard ont été utilisées pour évaluer le niveau de sécurité du passage à niveau, équipé de systèmes de signalisation standard et innovants. L’amélioration du comportement cédant du conducteur vers un passage à niveau non signalé pendant la nuit et sa réaction à un système d’alarme d’éclairage intégré ont été évaluées dans le cas d’étude VI. La dernière phase de la thèse est consacrée à l'étude du régulateur de vitesse adaptatif (ACC) avec expérimentation sur route et sur simulateur. L'expérimentation sur route a étudié l'influence du système d'aide à la conduite sur l'adaptation des conducteurs avec une évaluation objective et subjective, dans laquelle un instrument de suivi oculaire et un casque EEG ont été utilisés pour surveiller les conducteurs sur une autoroute. Les résultats sont présentés dans les cas d’études VII et VIII et l’attention visuelle des conducteurs a été réduite en raison de l’adaptation à l’ACC dans le scénario de suivi de véhicule. Les résultats de l'essai sur route ont ensuite été utilisés pour reproduire le même scénario dans le simulateur de conduite et l'adaptation du comportement des conducteurs avec l'utilisation de l'ACC a été confirmée par l'expérimentation

The related research activities were carried out in collaboration with the University of Bologna, Paris-Est University and Gustave Eiffel University (IFSTTAR) in the form of a cotutelle PhD. The activities are divided into two macro areas ; the driving simulation studies conducted in Gustave Eifel University (IFSTTAR) and on-road experiments organized by the University of Bologna. The first part of the research is focused on improving the physical fidelity of the two DOF driving simulator with particular attention to motion cueing and vehicle dynamics model. The vehicle dynamics model has been developed in MATLAB-Simulink and has the ability of real-time calculation of the vehicle states and control the motion platform. During this phase of the research, motion cueing algorithms were developed to control the simulator movements and the effect of the motion cues on drivers’ behaviour was analysed through experimentation. The results of these studies are discussed in the case studies I and II. In the second part of the research, the driver performance and visual behaviour were studied on the road under different scenarios. The driver visual behaviour was recorded with the use of a head mounted eye-tracking device, while the vehicle trajectory was registered with an instrumented vehicle equipped with Global Positioning System (GPS). During this phase, several case studies were developed to monitor drivers’ behaviour in the naturalistic environment. Case study III aims to integrate the traditional road safety auditing with an innovative driver behaviour monitoring system. The real road experiment with drivers was carried out in an urban arterial road in order to evaluate the proposed approach through innovative driver monitoring techniques. These same driving monitoring instruments were used for evaluating the improvement of a pedestrian crossing at the roundabout in case study IV. The eye-tracking data were evaluated in both studies in order to identify a driver visual attention indicator based on the participants gaze position and duration. Significant attention is given to the safety of vulnerable drivers in urban areas during the naturalistic driving behaviour study. Case study V analyzed the driver yielding behaviour in approach phase to a bicycle priority crossing with the use of surrogate safety measures. The drivers’ performance measures such as perception reaction time and gaze behaviour were used to assess the safety level of the crossing equipped with standard and innovative signalling systems. The improvement on the driver’s yielding behaviour towards an un-signalized crossing during night-time and their reaction to an integrated lighting-warning system was evaluated in the case study VI. The last phase of the thesis is dedicated to the study of Adaptive Cruise Control (ACC) with on-road and simulator experimentation. The on-road experimentation investigated the driver assistant system influence on the drivers' adaptation with objective and subjective assessment, in which an eye tracking instrument and EEG helmet were used to monitor the drivers on a highway. The results are presented in Case studies VII and VIII and drivers’s visual attention was reduced due to adaptation to the ACC in the car following scenario. The results of the on-road test were later used to reproduce to the same scenario in the driving simulator and the adaptation of drivers’ behaviour with the use of ACC was confirmed through experimentation