SHERPA se présente sous la forme d'un véhicule Peugeot 206 fixé sur une plate-forme mobile six axes, le tout positionné face à trois écrans plats assurant un champ visuel de 180°. SHERPA dispose d'une architecture informatique distribuée, structurée autour d'un anneau en fibre optique reliant une quinzaine de stations de travail de type PC. Chaque "fonction" du simulateur est assurée par un ou plusieurs PC connecté(s) à l'anneau via une carte à mémoire réflexive. Les communications s'effectuent ainsi par partage de mémoire, ce qui permet de satisfaire aux contraintes "temps réel" de l'application.

Les principales fonctions à assurer sont :

• Gestion des entrées/sorties cabine : Les actions du conducteur sur les organes de commande sont scrutées à la fréquence de 1000 Hz. Les différents voyants et indicateurs sont naturellement tous opérationnels.
• Modèle dynamique du véhicule : SHERPA utilise le modèle dynamique ARHMM. Les calculs sont effectués à la fréquence de 120 Hz sur une station de travail PC dédiée. Cette machine assure également un rôle de superviseur principal pour l'ensemble de l'applicatif SHERPA.
• Génération des images de synthèse : La scène routière avant est restituée au moyen de trois canaux graphiques correspondant chacun à un champ de vision de 60°. Chacune des trois images est projetée via un vidéoprojecteur LCD (Barco 6400i) sur un écran plat de 3,80 mètres de large pour 2,50 mètres de haut. Pour la rétrovision, trois images indépendantes sont calculées pour chacun des rétroviseurs et affichées sur des mini-écrans LCD de 6" de diagonale. Ces six canaux graphiques sont alimentés par un cluster de cinq stations de travail PC qui communiquent avec le superviseur principal via des liaisons TCP/IP, le superviseur étant lui relié physiquement à l'anneau en fibre optique. La résolution des images est de 1280x1024 pixels pour les canaux avant et de 1024x768 pour les canaux arrière. La fréquence d'affichage est de 30 Hz, fréquence suffisante pour assurer une bonne fluidité des images jusqu'à la vitesse "réglementaire" de 130 km/h.
• Génération de l'ambiance sonore : Actuellement, le retour sonore se compose de deux systèmes indépendants. Un premier système à base de rack VME restitue les bruits du véhicule sujet, à savoir les bruits moteur, aérodynamiques et de roulement. Il alimente via un amplificateur quatre haut-parleurs situés à l'intérieur de la cabine 206. Le second système repose sur un PC équipé d'une carte Son 5.1 et alimentant un système de restitution de type "home cinéma" placé autour du véhicule. Cette architecture permet une spatialisation des sons des véhicules du trafic ainsi que la production de certains effets spéciaux tels que des bruits de chocs.
• Pilotage de la plate-forme six axes : Depuis 2005, le simulateur est équipé d'une plate-forme mobile six axes (plate-forme "Gough-Stewart" de marque Rexroth-Hydraudyne). Cette plate-forme se compose de six vérins électromécaniques, reliés deux par deux via des rotules aux trois points d'encrage au sol et aux trois points d'encrage sous le véhicule. La charge utile de 2,5 tonnes laisse de la marge de manoeuvre en termes de chargement (passagers et matériels). Deux PC interviennent pour le pilotage de l'hexapode. Le premier, connecté à l'armoire de puissance, assure la commande de "bas niveau" c'est-à-dire les asservissements ainsi que les sécurités. Il est relié via une liaison TCP/IP au second PC, connecté lui à l'anneau en fibre optique, et qui génère les commandes de "hauts niveaux" à une fréquence de 60 Hz, à partir de données issues du modèle dynamique ARHMM. Les lois de commande de l'hexapode sont spécifiques au simulateur SHERPA.
• Enregistrement des données et synchronisation des périphériques audio/vidéo, capteurs externes, etc. : Une station de travail PC est entièrement dédiée à cette tâche. Elle présente l'avantage de pouvoir communiquer avec des systèmes "extérieurs" via des entrées/sorties tout-ou-rien, un port série ou encore une liaison TCP/IP. Il est ainsi possible de mesurer la direction du regard du conducteur ou encore sa fréquence cardiaque, en garantissant une parfaite synchronisation avec les données issues du simulateur. L'enregistrement s'effectue à la fréquence maximale de 120 Hz (généralement 30 Hz). La station d'archivage pilote également les magnétoscopes de type S-VHS (via liaison série) ou de type mini-DV (via liaison FireWire). Cette fonctionnalité permet de traiter les problèmes de synchronisation entre les données contenues dans les fichiers et les images vidéo.

L'environnement routier est entièrement paramétrable, la «base de données routière» étant éditée en fonction des besoins spécifiques de chaque expérimentation à l'aide du logiciel EVARISTE (commercialisé par la société OKTAL). Cet environnement peut représenter tous types de route (autoroute, route nationale, ou encore zone urbaine) organisés en réseau grâce à des échangeurs et carrefours. L'altimétrie est prise en compte.

La majorité des expérimentations fait appel à la notion de « scénario de trafic », scénario visant à placer le conducteur dans des conditions les plus réalistes possibles en ce qui concerne ses interactions avec les autres usagers. Généralement, le trafic est composé de deux types de mobiles : des véhicules « libres », qui évoluent de manière autonome et destinés à assurer un certain flux de véhicules, et des véhicules sous contrôle, destinés à avoir des interactions directes avec le véhicule sujet. Ils vont par exemple refuser une priorité à droite, faire une « queue de poisson », effectuer un freinage brusque intempestif, etc. Le trafic est géré par un automate au moyen d'un ensemble de règles. Si nécessaire, l'expérimentateur a la possibilité d'agir de manière interactive sur les véhicules du trafic.

Le simulateur permet d'archiver un grand nombre de données provenant du modèle dynamique ou encore des entrées/sorties cabine. Des capteurs supplémentaires sont néanmoins souvent nécessaires, pour permettre notamment des mesures "physiologiques" sur le conducteur.

Une originalité du simulateur SHERPA provient de son système automatisé de recueil des mouvements oculaires (système SATMOS [SIMON et al., 1999]). L'oculomètre utilisé, un ASL 5000 (Applied Science Laboratories), se compose d'un casque pour la mesure des mouvements oculaires par la technique du « vecteur cornéen » et d'un système magnétique Ascension « Flock of Birds » pour la mesure des mouvements de tête. Un module de synchronisation, implanté dans un PC dédié connecté à l'anneau en fibre optique, permet une mise en correspondance de la mesure effectuée par l'oculomètre (à la fréquence fixe de 50 Hz) avec le défilement des images de synthèse (30 Hz en moyenne). A l'issue d'une séance de simulation, un rejeu est effectué, permettant d'identifier par des techniques de lancer de rayons les objets graphiques (véhicule du trafic, panneau, ...) ou les zones (paysage, chaussée, ...) regardés par le conducteur. Le rejeu fournit également la distance d'observation de ces objets ou zones, information quasiment inaccessible en conduite réelle. Des projets actuellement en cours nécessitent l'enregistrement d'indicateurs physiologiques : fréquence cardiaque du conducteur, AED (activité électrodermale), EMG (électromyographie), et EEG (électroencéphalographie). Toutes ces données sont enregistrées de manière parfaitement synchrone avec les données de la simulation.

Au fil des projets, le laboratoire a développé un ensemble d'outils méthodologiques et logiciels permettant d'analyser conjointement l'ensemble des données recueillies, tant quantitatives (issues du simulateur et des capteurs périphériques) que qualitatives (obtenues à partir de l'examen des enregistrements vidéo, via les réponses à des questionnaires, etc.)

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