Dispositif et procédé de commande pour véhicule automobile
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de commande pour véhicule automobile.
Depuis ces dernières années, les voitures sont devenues plus faciles à manipuler avec l'apparition de nouvelles technologies émergentes (par exemple direction assistée, ABS, régulateur de vitesse, radar de recul etc.). Paradoxalement toutefois, le nombre de fonctions à contrôler pendant la conduite a lui aussi beaucoup augmenté. Ceci peut induire une certaine complexité liée à la mauvaise connaissance de l'utilisation de ces fonctionnalités et à leur diversité. La voiture est devenue un véritable espace de vie, perçue comme un centre de communication personnel et interconnecté : avec par exemple le lecteur MP3, le GPS, la connexion avec les téléphones portables.
L'introduction de ces nouvelles fonctions se traduit par une augmentation du nombre de boutons sur le tableau de bord d'un cockpit de voiture. Cependant, le nombre de boutons ne peut pas être augmenté à l'infini, du fait notamment de la complexité engendrée, de l'espace limité, de l'accessibilité ou de la charge cognitive. De plus, l'interaction du conducteur avec les systèmes embarqués dans la voiture peut reproduire une situation de surcharge attentionnelle dans laquelle le conducteur peut ne pas traiter au mieux toutes les informations de la tâche de conduite, se traduisant par des erreurs et un temps de détection plus long.
Une possibilité est de centraliser les boutons en les remplaçant par une surface tactile. Ceci permet de continuer à augmenter le nombre des fonctions, celles-ci devenant programmables et reconfigurables et exposées de façon temporaire ou permanente selon le contexte ou la fonction activée. La surface tactile inclut ainsi une possibilité de multifonctionnalité, tout en dématérialisant les boutons et en étant personnalisable.
Cependant, contrairement au cas d'un bouton-poussoir, lorsque le conducteur interagit avec une surface tactile, il ne reçoit aucune rétroaction liée directement à son action sur l'interface, autre que le simple contact de son doigt s'écrasant sur la surface.
Afin de compenser la perte d'informations causée par la substitution d'interfaces mécaniques classiques par des surfaces tactiles, il est prévu l'ajout d'un retour, tel que haptique, pour fournir une rétroaction du système à l'utilisateur. Ce retour permet d'éviter l'ambiguïté possible de la prise en compte de l'action de l'utilisateur par le système, susceptible de favoriser l'apparition de situations dangereuses. Il doit cependant en outre éviter de surcharger les voies visuelles et auditives déjà très sollicitées par la tâche de conduite. En effet,
l'utilisation de surfaces tactiles dans un véhicule automobile ne doit pas gêner l'attention du conducteur.
Un but de la présente invention est de fournir un dispositif de commande qui ne gêne pas la conduite, qui soit bien perçu et apprécié par les utilisateurs, et qui puisse être discriminable des autres signaux.
A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de commande pour véhicule automobile comportant :
- une surface tactile destinée à détecter un contact d'un doigt d'un utilisateur, et
- un module de retour haptique configuré pour faire vibrer la surface tactile, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de pilotage configurée pour piloter le module de retour haptique pour générer un retour haptique en réponse à un appui sur la surface tactile, le retour haptique étant composé:
- de la répétition d'au moins deux motifs haptiques individuels identiques, générés successivement, et
- d'une période sans retour haptique, intercalée entre deux motifs haptiques individuels successifs.
Les périodes sans retour haptique pour lesquelles il n'y a aucun déplacement perceptible de la surface tactile, permettent de créer des effets particuliers, tels que l'illusion que la surface tactile présente un sens dans lequel l'utilisateur doit faire glisser son doigt ou l'illusion que le doigt s'enfonce sur la surface tactile.
Selon une ou plusieurs des caractéristiques du dispositif de commande, prise seule ou en combinaison,
- le dispositif de commande comporte un dispositif d'affichage disposé sous la surface tactile pour afficher un élément graphique au travers de la surface tactile et l'unité de pilotage est configurée pour piloter le module de retour haptique pour générer un retour haptique en réponse à un appui dans la zone de l'élément graphique. On donne ainsi une indication à l'utilisateur sur la fonction que peut permettre de réaliser l'interaction avec l'élément graphique touché.
- la durée d'une période sans retour haptique est comprise entre 10 et 240 millisecondes.
- la valeur pic à pic d'accélération des motifs haptiques individuels est comprise entre 0,5G et 15G.
- la fréquence des motifs haptiques individuels est comprise entre 60Hz et 400Hz
- le retour haptique est généré tant que le doigt est en contact avec la surface tactile. On peut utiliser cet effet tant que le doigt est en contact avec un élément graphique du dispositif d'affichage pour simuler le maintien de l'élément graphique au cours de son déplacement sur l'écran.
Selon un exemple de réalisation,
- la durée d'un motif haptique individuel est comprise entre 20 et 250 millisecondes,
- la valeur pic à pic d'accélération des motifs haptiques individuels est comprise entre 1 G et 4G, et
- la durée inter-commandes entre le début d'un signal de commande générant un motif haptique individuel et le début d'un signal de commande suivant est comprise entre 20 et 150 millisecondes.
On peut en outre prévoir que :
- le motif haptique individuel est répété au minimum 3 fois,
- le retour haptique est généré sur une durée prédéfinie supérieure ou égale à 50 millisecondes,
Ces caractéristiques du retour haptique permettent de donner la sensation d'un enfoncement sur la surface tactile (en Z). L'utilisateur a l'impression que son doigt traverse davantage la surface tactile que le faible déplacement physique réalisé. On peut utiliser cet effet pour simuler l'actionnement d'un bouton à enfoncer, correspondant à un appui long.
Selon un autre exemple de réalisation :
- le motif haptique individuel est répété entre 3 et 10 fois,
- la valeur pic à pic d'accélération des motifs haptiques individuels est comprise entre 3G et 10G, et
- la durée inter-commandes entre le début d'un signal de commande générant un motif haptique individuel et le début d'un signal de commande suivant est supérieure ou égale à 20 millisecondes, et
- le retour haptique est généré sur une durée prédéfinie supérieure ou égale à 50 millisecondes.
Cela permet d'indiquer à l'utilisateur qu'il effectue une manipulation interdite, une erreur ou une action impossible.
L'invention a aussi pour objet un procédé de commande pour la commande d'un dispositif tel que décrit précédemment, dans lequel on génère un retour haptique faisant vibrer
la surface tactile du dispositif de commande en réponse à un appui sur la surface tactile, le retour haptique étant composé:
- de la répétition d'au moins deux motifs haptiques individuels identiques, générés successivement, et
- d'une période sans retour haptique, intercalée entre deux motifs haptiques individuels successifs.
Selon une ou plusieurs caractéristiques du procédé de commande prise seule ou en combinaison,
- on affiche un élément graphique au travers de la surface tactile et on génère un retour haptique en réponse à un appui dans la zone de l'élément graphique,
- la durée d'une période sans retour haptique est comprise entre 10 et 240 millisecondes,
- la valeur pic à pic d'accélération des motifs haptiques individuels est comprise entre 0,5G et 15G,
- la fréquence des motifs haptiques individuels est comprise entre 60Hz et 400Hz,
- le retour haptique est généré tant que le doigt est en contact avec la surface tactile.
DESCRI PTION SOMMAI RE DES DESSINS
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que sur les figures annexées qui représentent un exemple de réalisation non limitatif de l'invention et sur lesquelles :
- la figure 1 représente un exemple de dispositif de commande pour véhicule automobile, et
- la figure 2 représente une courbe montrant l'accélération de la surface tactile en fonction du temps pour un exemple de retour haptique.
Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. DESCRI PTION DÉTAILLÉE
La figure 1 représente un dispositif de commande 1 pour véhicule automobile, par exemple montée dans le tableau de bord ou dans une console centrale du véhicule, pour
commander des systèmes embarqués du véhicule tels que le système de climatisation, de radio, de musique, du téléphone, de ventilation ou de navigation.
Le dispositif de commande 1 comporte une surface tactile 2 et un module de retour haptique 4 configuré pour faire vibrer la surface tactile 2. On désigne par « haptique », un retour par le toucher. Ainsi, le retour haptique est un signal vibratoire ou vibrotactile.
La surface tactile 2 est destinée à détecter un contact d'un doigt d'un utilisateur sur la surface tactile 2 ou tout autre moyen d'activation (par exemple un stylet) d'un utilisateur ayant par exemple modifié ou sélectionné une commande.
Le dispositif de commande 1 peut comporter un dispositif d'affichage 3 disposé sous la surface tactile 2 pour afficher un élément graphique au travers de la surface tactile 2, alors transparente, formant ainsi par exemple un écran tactile.
Un écran tactile est un périphérique d'entrée permettant aux utilisateurs d'un système d'interagir avec celui-ci grâce au toucher. Il permet l'interaction directe de l'utilisateur sur la zone qu'il veut sélectionner pour des utilisations diverses comme par exemple, la sélection d'une adresse de destination ou d'un nom dans un répertoire, les réglages du système de climatisation, l'activation d'une fonction dédiée, la sélection d'une piste parmi une liste, ou d'une manière générale le défilement parmi une liste de choix, la sélection, la validation, et l'erreur.
La surface tactile 2 comporte une plaque portant un capteur de contact pour détecter une pression d'appui ou un déplacement du doigt ou d'un stylet de l'utilisateur.
Le capteur de contact est par exemple un capteur de pression, tel qu'utilisant la technologie FSR pour « Force Sensing Resistor » en anglais, c'est-à-dire utilisant des résistances sensibles à la pression. La technologie SFR présente une très bonne résistance et robustesse, tout en ayant une résolution élevée. De plus, elle est très réactive et précise, tout en étant relativement stable dans le temps. Elle peut avoir une durée de vie assez longue, et est utilisable avec tout type de moyen d'activation, à un coût relativement faible.
Selon une conception de la technologie FSR, le capteur fonctionne en mettant en contact deux couches conductrices par exemple par l'action du doigt. Une des réalisations consiste à recouvrir une dalle de verre d'une couche d'encre conductrice, sur laquelle est superposée une feuille de polyester souple, elle-même recouverte sur sa face interne d'une couche d'encre conductrice. Des plots isolants et transparents isolent la dalle de la feuille polyester. L'activation sur la surface tactile produit un léger enfoncement de la couche polyester, qui vient en contact avec la couche conductrice de la dalle de verre. Le contact local des deux couches conductrices entraîne une modification du courant électrique appliqué sur la dalle,
correspondant à un gradient de tension.
Selon un autre exemple, le capteur de contact comprend des couches semi-conductrices souples prises en sandwich entre par exemple une couche conductrice et une couche résistive. En exerçant une pression ou un glissé sur la couche FSR, sa résistance ohmique diminue permettant ainsi, par application d'une tension électrique adaptée, de mesurer la pression appliquée et / ou la localisation de l'endroit où la pression est exercée.
Selon un autre exemple, le capteur de contact est basé sur une technologie capacitive. Le module de retour haptique 4 comporte au moins un actionneur relié à la plaque de la surface tactile 2, pour générer le retour haptique en fonction d'un signal issu du capteur de contact. Le retour haptique est un signal vibratoire tel qu'une vibration produite par un signal de commande sinusoïdal ou par un signal de commande S1 , S2, S3 ... Sn comportant un ou une succession de puises, envoyé à l'actionneur. La vibration est par exemple dirigée dans le plan de la surface tactile 2 ou orthogonalement au plan de la surface tactile 2, dans la direction Z, ou encore dirigée selon une combinaison de ces deux directions.
Dans le cas de plusieurs actionneurs, ces derniers sont agencés sous la surface tactile 2, dans différentes positions (au centre ou sur un côté) ou dans différentes orientations (dans la direction de l'appui sur la surface ou dans un autre axe).
Selon un exemple de réalisation, l'actionneur repose sur une technologie similaire à celle du Haut-Parleur (en anglais : « Voice Coil »). Il comporte une partie fixe et une partie mobile en translation dans un entrefer de la partie fixe par exemple de l'ordre de 200μηι, entre une première et une deuxième position, parallèlement à un axe longitudinal de la partie mobile. La partie mobile est par exemple formée par un aimant mobile coulissant à l'intérieur d'une bobine fixe ou par une bobine mobile coulissant autour d'un aimant fixe, la partie mobile et la partie fixe coopérant par effet électromagnétique. Les parties mobiles sont reliées à la plaque de manière que le mouvement des parties mobiles engendre le mouvement en translation de la plaque pour générer le retour haptique au doigt de l'utilisateur. Cette technologie est facilement contrôlable et permet de déplacer de fortes masses, comme celle d'un écran, à diverses fréquences et respecte les contraintes automobiles très strictes que sont un faible coût, une bonne résistance aux variations de températures importantes, et une facilité de mise en place.
Le dispositif de commande 1 comporte en outre une unité de pilotage 5 configurée pour piloter le module de retour haptique 4 afin de générer un retour haptique en réponse à un appui sur la surface tactile 2.
Il y a un appui sur la surface tactile 2 tant que le doigt reste en contact avec la surface
tactile 2. Lorsque l'utilisateur relâche son doigt et appuie à nouveau sur la surface tactile 2, un nouveau retour haptique est généré. Un retour haptique est ainsi généré pour chaque appui.
Le retour haptique est composé de la répétition d'au moins deux motifs haptiques individuels M1 , M2, M3...Mn identiques, générés successivement et d'une période sans retour haptique B1 , B2, intercalée entre deux motifs haptiques individuels successifs M1 , M2, M3...Mn.
Pour cela, l'unité de pilotage 5 envoie des signaux de commande S1 , S2, S3... Sn au module de retour haptique 4 comportant par exemple un puise de commande envoyé à l'actionneur, par exemple de forme carré, triangle ou sinusoïdal.
Chaque signal de commande S1 , S2, S3... Sn génère un motif haptique individuel.
La figure 2 montre un exemple d'un retour haptique, illustré par la mesure de l'accélération de la surface tactile 2 en Z, dans une direction parallèle à la direction d'appui du doigt sur la surface tactile 2. La valeur d'accélération mesurée pour les motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn présente généralement une forme de sinus amorti. La même illustration peut être obtenue par la mesure du déplacement de la surface tactile 2 en Z.
Les motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn sont identiques, ou sensiblement identiques. Autrement dit, les motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn peuvent légèrement différer les uns des autres avec une marge de tolérance dans laquelle les différences ne sont pas perceptibles, c'est-à-dire que les motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 sont perçus par l'utilisateur comme identiques. L'identité des motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn porte notamment sur l'allure (telle que la forme en sinus amorti), la fréquence, le déphasage, l'amplitude, la durée. L'allure peut par exemple être identifiée par le temps de réponse pour atteindre 100% de l'amplitude maximale. La plage de tolérance s'applique par exemple sur ces paramètres. A titre d'exemple, les motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn comportent un temps de réponse pour atteindre 100% de l'amplitude maximale identique à +/-5 millisecondes, une même fréquence à +/-15%, une même amplitude d'accélération à +/-1 G pour une amplitude d'accélération comprise entre 0.5G et 7G, une même amplitude d'accélération à +/-2G pour une amplitude d'accélération comprise entre 7G et 15G, une même durée à +/-15 millisecondes pour une durée comprise entre 20 millisecondes et 100 millisecondes et/ou une même durée à +/-30 millisecondes pour une durée comprise entre 100 et 250 millisecondes.
La valeur pic à pic d'accélération A des motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn est par exemple comprise entre 0.5G et 15G.
La fréquence des motifs haptiques individuels M1 , M2, M3... Mn est par exemple comprise entre 60Hz et 400Hz.
A la fin de l'accélération et/ou du déplacement de la surface tactile 2, par exemple lorsque la valeur pic à pic de l'accélération A est inférieure à 1 G, débute une période sans retour haptique B1 au cours de laquelle il n'y a aucun déplacement perceptible de la surface tactile 2.
Une période sans retour haptique B1 , B2 est une période pour laquelle on ne perçoit pas d'accélération ou de déplacement de la surface tactile 2, parce qu'il/elle est nul(le) ou inférieur(e) aux vibrations du véhicule roulant. C'est par exemple une accélération inférieure à 1 G.
La durée d'une période sans retour haptique B1 , B2, est par exemple comprise entre 10 et 240 millisecondes. Les périodes sans retour haptique B1 , B2 répétées entre les motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn, peuvent être identiques ou non.
Selon un exemple de réalisation, on maîtrise la fin d'une période sans retour haptique B1 , B2 en contrôlant la durée inter-commandes SOA entre le début d'un signal de commande S1 générant un motif haptique individuel M1 et le début d'un signal de commande S2 suivant.
Selon un autre exemple, on détermine la durée d'une période sans retour haptique B1 , B2 par exemple en mesurant la durée à partir de laquelle l'accélération mesurée est inférieure à un seuil prédéterminé.
Les périodes sans retour haptique B1 , B2 pour lesquelles il n'y a aucun déplacement perceptible de la surface tactile 2, permettent de créer des effets particuliers, telle que l'illusion que la surface tactile 2 présente un sens dans lequel l'utilisateur doit faire glisser son doigt ou l'illusion que le doigt s'enfonce sur la surface tactile 2.
Le retour haptique peut être généré sur une durée prédéfinie D ou tant que le doigt est en contact avec la surface tactile 2.
Par exemple et comme représenté sur la figure 2:
- le motif haptique individuel M1 , M2, M3 ... Mn est répété au minimum 3 fois,
- la durée prédéfinie D sur laquelle sont générés les motifs haptiques individuels successifs M1 , M2, M3 ... Mn, est supérieure ou égale à 50 millisecondes,
- la durée DS d'un motif haptique individuel M1 , M2, M3 ... Mn est comprise entre 20 et 250 millisecondes,
- la valeur pic à pic d'accélération A des motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn est comprise entre 1 G et 4G, et
- la durée inter-commande SOA entre le début d'un signal de commande S1 et le
début d'un signal de commande S2 suivant, est comprise entre 20 et 150 millisecondes.
Ces caractéristiques du retour haptique permettent de donner la sensation d'un enfoncement sur la surface tactile 2 (en Z). L'utilisateur a l'impression que son doigt traverse davantage la surface tactile 2 que le faible déplacement physique réalisé. On peut utiliser cet effet pour simuler l'actionnement d'un bouton à enfoncer, correspondant à un appui long.
Selon un autre exemple d'application,
- le motif haptique individuel M1 , M2, M3 ... Mn est répété tant que le doigt est en contact avec la surface tactile 2,
- la durée d'un signal de commande S1 , S2 générant le motif haptique individuel est comprise entre 20 et 60 millisecondes, et
- la durée inter-commandes SOA entre le début d'un signal de commande S1 et le début d'un signal de commande suivant S2, est comprise entre 50 et 150 millisecondes.
On peut par exemple prévoir qu'un élément graphique peut être déplacé avec le doigt sur le dispositif d'affichage 3 (« widget » en anglais). On prévoit en outre que l'unité de pilotage 5 soit configurée pour piloter le module de retour haptique 4 pour générer un retour haptique en réponse à un appui dans la zone de l'élément graphique. Le retour haptique permet ainsi de simuler le maintien de l'élément graphique par le doigt au cours de son déplacement sur l'écran.
Selon un autre exemple d'application,
- le motif haptique individuel M1 , M2, M3 ... Mn est répété entre 3 et 10 fois,
- la valeur pic à pic d'accélération A des motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn est comprise entre 3G et 10G, et
- la durée inter-commandes SOA entre le début d'un signal de commande S1 générant un motif haptique individuel et le début d'un signal de commande S2 suivant, est supérieure ou égale à 20 millisecondes, tel que comprise entre 50 et 150 millisecondes,
- le retour haptique est généré sur une durée prédéfinie D supérieure ou égale à 50 millisecondes.
- la fréquence des motifs haptiques individuels M1 , M2, M3 ... Mn est par exemple comprise entre 60Hz et 400Hz, telle qu'entre 60 et 200Hz.
Cela permet d'indiquer à l'utilisateur qu'il effectue une manipulation interdite, une erreur ou une action impossible.