Porsche fait appel à la technologie du siège de conduite virtuelle pour développer ses voitures

Porsche fait appel à la technologie du siège de conduite virtuelle pour développer ses voitures

La connexion entre le conducteur et le véhicule n’a jamais été aussi intense que dans une voiture de sport. Avec le siège de conduite virtuelle de deuxième génération, Porsche dispose d’un outil de développement très moderne pour encore plus améliorer cette connexion grâce à à la réalité virtuelle.

Le simulateur permet des tests très précis de l’interaction entre le conducteur et la technologie dans pratiquement toutes les étapes de la création de nouveaux véhicules, de systèmes et de fonctions. Le spectre d’application va de l’affichage de la réalité virtuelle à l’intérieur et à l’extérieur du véhicule aux tests avec des véhicules complets.

Les simulations de conduite dans le processus de développement du véhicule sont la première interface entre l’homme et la machine. Ils permettent de tester des conduites avec des véhicules virtuels dans n’importe quel environnement numérisé. Les situations critiques peuvent être simulées sans prendre de risque et sont reproductibles. De plus, elles raccourcissent considérablement les temps de développement: les composants réels peuvent être échangés en un rien de temps, et les éléments virtuels peuvent être modifiés en pressant simplement un bouton.

Porsche a mis en service en 2007 le premier siège de conduite virtuelle pour tester l’interaction entre l’homme et la machine. La deuxième génération de cet outil de développement a été conçue, basée sur les expériences acquises avec le modèle de première génération. Certains des concepts du premier système ont été adoptés dans la seconde génération, tandis que d’autres ont été développés ou complètement repensés. Le nouveau siège de conduite virtuelle se distingue notamment par sa variabilité et son large spectre d’applications. Sur la plate-forme d’un hexapode, n’importe quelle charge utile pouvant peser jusqu’à 1500 kg peut être montée – depuis des sièges simples jusqu’à des cages complexes et même des véhicules entiers dans lesquels les impulsions de mouvement plus petites sont dirigées par l’essieu avant.

Les ingénieurs de développement utilisent trois fonctions de base:

  • Throne est le nom du mode de visualisation pure dans lequel le seul matériel est le siège du conducteur.
  • Seating buck est le nom de la configuration pour les simulations de conduite interactives avec une capacité de mouvement complète pour le siège du conducteur.
  • L’option du véhicule en entier permet l’incorporation d’un véhicule réel


L’hexapode avec six degrés de liberté simule les accélérations
Un élément essentiel du siège de conduite virtuelle est le système de mouvement. Il se compose de six actionneurs électriques indépendamment contrôlables et d’une plate-forme pour des charges utiles. Cet hexapode à six degrés de liberté reproduit les accélérations qui ont lieu dans le véhicule. Il est installé dans une fosse dans la salle du simulateur et a une plage de mouvement de ± 40 centimètres dans les directions longitudinale, latérale et verticale et ± 30 degrés de rotation (tangage, roulis et lacet). Un système d’accès spécialement développé à la plate-forme assure que les charges utiles peuvent être montées facilement sans l’aide d’une grue et que l’accès au seating buck ne nécessite pas d’escalier ou d’échelle. En plus d’une accessibilité facile, la sécurité joue un rôle central dans le concept du simulateur. Une clôture, une caméra de surveillance et de nombreux capteurs – sur la boucle de ceinture et sur les portes – garantissent un fonctionnement sûr.

La Porsche Cayenne sur la plateforme de mouvement
La conception du simulateur permet de reproduire l’accélération longitudinale et latérale, le roulis de la carrosserie (par exemple en roulant sur des pentes ou transversalement à la route) et les oscillations qui peuvent survenir sur des surfaces irrégulières. La dynamique longitudinale et latérale d’un véhicule est représentée dans le siège du conducteur virtuel de deux façons différentes.

La traduction de la plateforme génère une expérience de conduite réaliste. Cependant, en raison des parcours limités, les accélérations ne peuvent être simulées que pour des durées relativement courtes.

La rotation de la plate-forme donne au conducteur l’impression d’une accélération de longue durée par une inclinaison lente de la plate-forme. La fonction fait usage de la physiologie humaine: le corps humain perçoit des rotations rapides comme, en effet, des rotations rapides, mais aussi des accélérations lentes comme un changement dans l’accélération agissant sur le corps.

L’utilisation simultanée des deux types de mouvement crée une situation de conduite aussi réaliste que possible. L’environnement représenté s’adapte aux mouvements. Le mouvement du véhicule virtuel est déterminé sur la base des modèles de calcul en temps réel conçus et fournis par les départements de développement respectifs. En plus du calcul de la position du véhicule dans l’environnement virtuel, le simulateur détermine également les accélérations, les mouvements des roulis et les forces de direction. L’entrée du conducteur, comme l’angle de braquage et les positions de la pédale, sert de signal d’entrée électronique dans les calculs de la dynamique motrice. Dans un processus connu sous le nom de « motion cueing », les accélérations calculées dans le véhicule sont transmises au mouvement de l’hexapode.

Une visualisation tridimensionnelle via des écrans de projection arrière
La représentation de l’environnement et des éléments du véhicule qui ne sont pas physiquement présents se fait par projection sur jusqu’à six côtés d’un cuboïde (une sorte de pavé). Jusqu’à 15 projecteurs génèrent les graphiques sur des écrans de projection arrière spécialement revêtus. Le cuboïde a des dimensions de 4,2 × 4,2 × 2,6 mètres. Cet arrangement est connu comme un Grotte d’Environnement Virtuel Automatique (CAVE – Cave Automatic Virtual Environment). Les projecteurs génèrent environ 3840 × 2160 pixels par côté, ce qui correspond approximativement à la résolution 4K utilisée aujourd’hui dans les cinémas numériques. Grâce à une méthode de projection stéréo active, des images tridimensionnelles peuvent être générées que l’observateur perçoit comme des images spatiales via des lunettes spéciales.

Des images générées par ordinateur sur trois projecteurs stéréo à haute résolution
Un système de suivi optique permet de mesurer la position précise de la tête du conducteur au sein de la CAVE. Ces informations sont requises par les PC graphiques pour représenter la perspective physiquement correcte du pilote. Cela a pour effet que le conducteur, en fonction de sa position de tête, peut voir un piéton ou non, car le piéton peut être caché par le pilier A, par exemple. Pour une immersion réaliste dans cette réalité virtuelle, la simulation du son est également essentielle. Le simulateur simule non seulement les sons du véhicule du conducteur, mais aussi ceux de l’environnement, comme les voitures passant devant.

Tous les systèmes du simulateur de conduite sont en temps réel et communiquent entre eux à des débits de données très élevés. L’entrée d’un nouvel angle de direction, par exemple, est transmise via un bus de données à la simulation de dynamique de conduite, qui calcule la nouvelle position du véhicule dans l’environnement virtuel et envoie ensuite les coordonnées par le réseau aux PC graphiques, où la visualisation 3D est créée. Tout cela se produit à des fréquences d’horloge de 60 Hz (visualisation) à 1000 Hz (calcul de dynamique de conduite).

Des essais variés : rétroviseurs, compartiments à bagages, systèmes d’assistance
Porsche utilise le siège de conduite virtuelle pour de nouveaux concepts de véhicule tels que la Porsche Mission E entièrement électrique ainsi que pour le développement continu des modèles existants. Entre autres, les simulations se concentrent sur les deux principaux points d’intérêt: l’ergonomie et l’Interface Homme-Machine (IHM). Les tests d’ergonomie comportent des éléments tels que les examens visuels des rétroviseurs, la forme et la position des fenêtres du véhicule et les systèmes de caméras. Il comprend également l’essai des fonctions de sécurité active et des composants du véhicule tels que les variantes du compartiment à bagages. Dans le domaine de l’IHM, les essais portent sur les systèmes d’assistance au conducteur et sur la conception des transmissions d’information – afin d’organiser les éléments de manière à ce que le conducteur puisse rapidement recevoir des informations et réagir avec une rapidité proportionnée. Afin d’utiliser des composants de véhicules réels dans le cadre de la simulation, il est nécessaire d’adresser les unités de contrôle – comme par exemple un groupe d’instruments ou un bouton – via le bus CAN et d’assurer la fonctionnalité grâce à la simulation du bus CAN.

Une composante élémentaire du simulateur est l’enregistrement et le stockage des données pertinentes d’une conduite virtuelle. Les informations clés concernent non seulement le comportement du véhicule simulé, mais aussi les données physiologiques du conducteur par rapport à leur environnement. Ceci permet d’examiner et d’évaluer des influences et des effets réciproques, par exemple par la position des véhicules simulés à proximité et des réactions du conducteur telles que la position des yeux ou l’angle de tête.

Le simulateur: un outil efficace de développement spécialisé
Les résultats des tests du simulateur permettent d’évaluer la fonction et les effets du véhicule et des composants qui y sont impliqués à un stade précoce du processus de développement du véhicule. L’environnement de simulation est particulièrement idéal pour analyser des systèmes dans lesquels l’être humain interagit avec le véhicule. En outre, Porsche utilise également le siège de conduite virtuelle comme une plate-forme sur laquelle les ingénieurs des différentes disciplines peuvent tester, discuter et présenter des questions dans un contexte interdisciplinaire et prendre des décisions sur cette base.

Les avantages se manifestent directement dans le processus de développement: les résultats déterminés dans les cycles de développement virtuels en amont avec le siège de conduite virtuelle améliorent la qualité des prototypes des véhicules produits plus tard et permettent de prendre des décisions à fort impact à un stade précoce. Le siège de conduite virtuelle conduit donc à une réduction globale des temps de développement et à une utilisation plus efficace des éléments testés réellement.

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