L'objectif de cette thèse est d'identifier les liens entre les facteurs accidentogènes chez les jeunes conducteurs, en analysant les effets de la complexité de la situation et de l'expérience de conduite sur la charge de travail, la tension, la vigilance et les performances. L'hypothèse générale est que les situations coûteuses, i.e. simples et très complexes, ainsi que le manque d'expérience peuvent mener à une forte dépense énergétique. Ainsi, un haut niveau de tension et un faible niveau de vigilance peuvent provoquer des dégradations de performances à travers la hausse de la charge de travail, caractérisant une surcharge du conducteur. Ceci devrait s'observer plus précocement pour les novices ayant suivi un Apprentissage Traditionnel (AT), puis pour ceux ayant suivi un Apprentissage Anticipé de la Conduite (AAC), puis pour les conducteurs arrivant à la fin du permis probatoire, et enfin pour les plus expérimentés. Une première expérimentation menée sur des données subjectives a confirmé les liens entre les niveaux de charge de travail, de tension et de vigilance en fonction de la complexité de la situation. Une seconde expérimentation menée sur des données subjectives et physiologiques a également confirmé les liens entre les niveaux de charge de travail, de tension et de vigilance, avec une sous-estimation du niveau physiologique par les novices AT. Les résultats établissant les liens entre des caractéristiques de la situation de conduite et des caractéristiques individuelles menant à des accidents de la route pourront permettre d'adapter les actions de sensibilisation et les modules de formations à la conduite. / The aim of this thesis is to identify the links between the accidents factors among young drivers, by analyzing the effects of situation complexity and driving experience on workload, tension, vigilance and performance. The general hypothesis is that costly situations, i.e. simple and very complex, and the lack of experience can lead to a high energy expenditure. Thus, a high level of tension and a low level of vigilance can provoke performance impairments through the increase of workload, which characterizes an overload of the driver. This should be early observed for novices who had a traditional learning, then for early-trained novices, then for drivers arriving at the end of the probationnary period, and then for the most experienced ones. A first experiment, carried out on subjective data, has confirmed the links beween the levels of workload, tenion and vigilance depending on situation complexity. A second experiment, carried out on subjective and physiological data, has also confirmed the links between the levels of workload, tension and vigilance, with an underestimation of the pysiological level by the traditionally trained novices. The results establishing the links between the driving situation's characteristics and the individuals' characteristics leading to road accidents will allow adapting the awareness actions and the modules of driving trainings.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Percevoir sa vitesse est une tâche importante que le conducteur doit réaliser constamment pendant la conduite pour contrôler son véhicule. Il apparaît que plusieurs facteurs ont une influence sur la perception de la vitesse : la hauteur du point de vue, le champ de vision, le réalisme de l'environnement, mais aussi le réalisme des restitutions sonores et proprioceptives. Si certains simulateurs de conduite automobile sont suffisamment performants pour restituer le mouvement de façon satisfaisante selon tous ces critères, ce n'est pas forcément le cas de tous. Il en résulte alors une perception de la vitesse souvent sous-estimée, qui se traduit par une vitesse de conduite plus élevée que celle en conduite réelle. La validité perceptive du simulateur de conduite n'est alors plus suffisante pour certaines études de comportement du conducteur. Pour tenter de résoudre ce problème, une technique a récemment vu le jour, consistant à modifier le champ de vision géométrique tout en gardant un champ de vision constant. C'est cette technique, quantifiée par un indice défini comme un facteur d'échelle visuelle, qui est étudiée de façon plus approfondie au cours de cette thèse. Nous avons notamment étudié comment ce facteur d'échelle visuelle influence la perception de la vitesse et avons déterminé la relation linéaire qui existe entre le changement de vitesse perçue et le facteur d'échelle visuelle utilisé. Nous avons ensuite déterminé dans quelle mesure il était possible de modifier dynamiquement ce facteur d'échelle visuelle afin de l'adapter au mieux en fonction des besoins de la simulation. Les expérimentations présentées ici ont toutes été menées sur le simulateur de conduite dynamique SAAM, dont la conception, la réalisation et le réglage ont été effectués dans le cadre de cette thèse.

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).

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Ces travaux de thèse portent sur la mise en place d’une stratégie de sonification qui vise à proposer un retour sonore pouvant se substituer au bruit moteur dans les véhicules électriques, rendant au conducteur les informations qu’il transmet habituellement sur la dynamique du véhicule.Pour cela, nous nous sommes basés sur une première phase d’analyse qui nous a permis d’étudier comment le bruit automobile influence notre perception du mouvement. A partir de deux expériences menées en simulateur de conduite, nous avons pu relier le retour sonore et la vitesse perçue par le conducteur, définissant ainsi la métaphore du bruit moteur sur laquelle s’appuie le contrôle des sons de synthèse.De façon similaire au bruit moteur, le retour sonore proposé informe le conducteur par l’intermédiaire de sa variation de hauteur tonale. Pour arriver à un son qui informe le conducteur efficacement et qui reste acceptable sur toute la gamme de vitesse du véhicule, nous nous sommes appuyés sur l’illusion de glissando infini de Shepard-Risset, qui nous permet de donner un retour d’information précis grâce à une hauteur tonale qui varie rapidement tout en restant contenue dans une plage de fréquence restreinte.L’apport de cette stratégie a enfin été testé lors de deux expériences, la première portant sur l’influence de ce retour sonore sur la perception de la vitesse des conducteurs, la seconde sur leur comportement dans une tâche de freinage. Ces deux études ont montré un effet significatif du retour sonore qui suggère que ces informations sont bien intégrées par les conducteurs, faisant de ces sons un candidat prometteur pour devenir le « bruit moteur » des véhicules de demain. / This thesis aims to build an auditory display to sonify electric vehicles. Our goal consisted in bringing back to the driver the motion information, which is usually provided by the combustion engine noise.The first stage of this work consisted in analyzing how automotive noises can influence drivers’ perception of motion. We conducted two driving simulator experiments to study drivers’ speed perception in presence of different automotive noises. These results provided a link between the acoustic feedback and the speed perceived by the driver, on which we based our sonification strategy.Similarly to combustion engine noise, the acoustic feedback proposed in this work informs the driver via its pitch variation. We used the Shepard Risset glissando illusion to sonify the whole speed range of the vehicle. Pitch circularity in the construction of these sounds provides a precise information on small speed variation with fast pitch variations, and is in addition restrained within a narrow bandwith.We then tested the contribution of this strategy in two experiments. The first dealt with the influence of the proposed sounds on drivers’ speed perception ; the second with their behavior in a common braking task. These studies showed that the drivers easily integrate the information brought by this sound, and that it influences their perception of motion and modifies their driving behavior. These inputs make the proposed sound a good candidate to become the new « engine noise » of future electric cars.

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.

L’Affichage Tête Haute (ATH) est la solution émergente pour l’aide visuelle à la conduite automobile, surtout dans certaines conditions de visibilité réduite par un temps dégradé ou une route mal éclairée. Le dispositif ATH permet de projeter des informations virtuelles, directement dans le champ de vision central de la scène de conduite, sans détournement du regard de la route. La perception visuelle du conducteur est ainsi augmentée avec une coexistence entre le réel et le virtuel. Cependant, pour garantir la bonne perception de ces informations virtuelles et permettre aux conducteurs d’engager les actions appropriées au bon moment, il est nécessaire d’assurer un paramétrage optimal. Ce projet de thèse se consacre à l’étude de trois facteurs majeurs : (1) la Parallaxe de Mouvement du Conducteur – PMC, (2) la distance de projection de la RA, (3) la condition de visibilité. Ces différents facteurs ont été progressivement introduits au cours des expérimentations. Deux métaphores visuelles RA pour l’aide à la conduite primaire ont été spécialement conçues. Trois expérimentations ont été menées sur sujets réels dans les simulateurs de conduite de Renault. L’ATH-RA a été simulé virtuellement et intégré à l’environnement virtuel de conduite, ce qui a permis la réalisation d’études subjectives et objectives, afin d’étudier progressivement : l’impact de la PMC, le lien avec la distance de projection, et l’influence des conditions de visibilité. Dans ce travail pluridisciplinaire, nous tentons de comprendre comment les informations Réalité Augmentée sont perçues par le conducteur ainsi que l’influence sur le comportement et les performances durant la conduite, afin de proposer des préconisations sur les paramètres d’un ATH-RA. / Head-Up Display is the emerging solution for visual aid while driving a car, especially during reduced visibility conditions, such as bad weather or when the road is poorly lighted. The HUD device allows to project virtual information in the central field of view of the driving scene, enabling the driver to keep his attention on the road. The visual perception of the driver is therefore augmented, with a coexistence between the real and virtual world. However, it is necessary to ensure an optimal setting in order to guarantee the good perception of the virtual information, and allow drivers to take appropriate actions at the right moment. This thesis project is dedicated to study three important parameters: (1) The Driver Head Motion Parallax, (2) AR projection distance, (3) visibility conditions. An experimental approach has been implemented, with the selection of two AR visual metaphors for driving aid. Three experimentations with real subjects have been realized in Renault’s driving simulators, where the three factors have been integrated progressively. The AR-HUD was simulated virtually and embedded in the virtual driving scene. This allowed to realize subjective and objective analysis to progressively study: the impact of the PMC, the link with the projection distance, and the influence of visibility conditions. The aim of this multidisciplinary work is an attempt to understand how AR information if perceived by the driver, and the influence on driver behavior and performance.

Les récentes percées technologiques dans les domaines de l’actionnement, de la perception et de l’intelligence artificielle annoncent une nouvelle ère pour l’assistance à la conduite et les véhicules hautement automatisés. Toutefois, dans un contexte où l’automatisation demeure imparfaite, il est primordial de s’assurer que le système d’automatisation de la conduite puisse maintenir la conscience de la situation du conducteur afin que ce dernier puisse accomplir avec succès son rôle de supervision des actions du système. En même temps, le système doit pouvoir assurer la sécurité du véhicule et prévenir les actions du conducteur qui risqueraient de compromettre sa sécurité et celle des usagers de la route. Il est donc nécessaire d’intégrer dès la conception du système automatisé de conduite, la problématique des interactions avec le conducteur en réglant les problèmes de partage de tâche et de degré de liberté, d’autorité et de niveau d’automatisation du système. S’inscrivant dans le cadre du projet ANR-CoCoVeA (Coopération Conducteur-Véhicule Automatisé), cette thèse se penche de plus près sur la question de la coopération entre l’automate de conduite et le conducteur. Notre objectif est de fournir au conducteur un niveau d’assistance conforme à ses attentes, capable de prendre en compte ses intentions tout en assurant un niveau de sécurité important. Pour cela nous proposons un cadre général qui intègre l’ensemble des fonctionnalités nécessaires sous la forme d’une architecture permettant une coopération à plusieurs niveaux de la tâche de conduite. Les notions d’attribution des tâches et de gestion d’autorité avec leurs différentes nuances sont abordées et l’ensemble des fonctions du système identifiées dans l’architecture ont été étudiées et adaptées pour ce besoin de coopération. Ainsi, nous avons développé des algorithmes de décision de la manœuvre à effectuer, de planification de trajectoire et de contrôle qui intègrent des mécanismes leur permettant de s’adapter aux actions et aux intentions du conducteur lors d’un éventuel conflit. En complément de l’aspect technique, cette thèse étudie les notions de coopération sous l’angle des facteurs humains en intégrant des tests utilisateur réalisés sur le simulateur de conduite dynamique SHERPA-LAMIH. Ces tests ont permis à la fois de valider les développements réalisés et d’approfondir l’étude grâce à l’éclairage qu’ils ont apporté sur l’intérêt de chaque forme de coopération. / The recent technological breakthroughs in the actuation, perception and artificial intelligence domains herald a new dawn for driving assistance and highly automated driving. However, in a context where the automation remains imperfect and prone to error, it is crucial to ensure that the automated driving system maintains the driver’s situation awareness in order to be able to successfully and continuously supervise the system’s actions. At the same time, the system must be able to ensure the safety of the vehicle and prevent the driver’s actions that would compromise his safety and that of other road users. Therefore, it is essential that the issue of interaction and cooperation with the driver is addressed throughout the whole system design process. This entails the issues of task allocation, authority management and levels of automation. Conducted in the scope of the projet ANR-CoCoVeA (French acronym for: "Cooperation between Driver and Automated Vehicle"), this thesis takes a closer look at the question of cooperation between the driver and automated driving systems. Our main objective is to provide the driver with a suitable assistance level that accounts for his intentions while ensuring global safety. For this matter, we propose a general framework that incorporates the necessary features for a successful cooperation at the different levels of the driving task in the form of a system architecture. The questions of task allocation and authority management are addressed under their different nuances and the identified system functionalities are studied and adapted to match the cooperation requirements. Therefore, we have developed algorithms to perform maneuver decision making, trajectory planning, and control that include the necessary mechanisms to adapt to the driver’s actions and intentions in the case of potential conflicts. In addition to the technical aspects, this thesis studies the cooperation notions from the human factor perspective. User test studies conducted on the SHERPA-LAMIH dynamic simulator allowed for the validation of the different developments while shedding light on the benefits of different cooperation forms.