Soutenance mémoire
La distraction au volant constitue une des principales causes des accidents de la route [1, 2]. Il es crucial de savoir détecter cet état à risque en temps réel, et alerter le conducteur suffisamment en amont, voire de l’assister afin de réduire les risques [3]. Les fonctions d’aide à la conduite (ADAS) ont besoin d’une bonne estimation de l’état du conducteur afin de fournir une assistance adéquate [4]. Comprendre l’impact de la distraction sur le conducteur ou sur le système véhicule/route permettra de proposer des algorithmes de détection fiables [5]. La distraction au volant influence le plus souvent la manière dont le conducteur contrôle la trajectoire du véhicule. Ce contrôle peut devenir discontinu ou saccadé ou au contraire peu variable selon le type de distraction que le conducteur subit. La distraction cognitive, telle qu’elle peut être générée par une activité de résolution de problème, une discussion avec un passager ou un vagabondage de l’esprit, peut s’exprimer par une concentration du regard en avant du véhicule et une diminution contre-intuitive de la variabilité du positionnement latéral. Cooper et al [6] ont investigué la relation entre la distraction cognitive et la variabilité de la position latérale. Ils ont conclu que la direction du regard a un effet direct marginal sur le contrôle de la trajectoire. Ils ont aussi montré qu’un niveau modéré de tâche secondaire monopolisant les ressources cognitives réduisait la variabilité de la position latérale. Contrairement à la distraction cognitive, la distraction visuelle est source d’une grande variabilité dans la position latérale [7]. Ceci est dû au temps passé par le conducteur à regarder des endroits autres que la route [8]. Quand le conducteur détourne son regard de la route, l’erreur latérale se cumule et le conducteur effectue par intermittence des corrections brusques dans le contrôle de la trajectoire afin d’éviter des sorties de voies.
La distraction d’un conducteur d’automobile: Etat de l’art et contributions de la thèse
Conduite en état de distraction : études et systèmes existants
Définition et types de distraction
Il n’y a pas une définition unique de la distraction. On trouve dans le langage courant plusieurs termes qui peuvent être associés à la distraction : l’inattention, la charge mentale, la baisse de concentration etc. Dans ce mémoire, la distraction est définie comme toute activité ou tâche secondaire utilisant des ressources perceptives, cognitives ou motrices, contribuant à détourner l’attention du conducteur de sa tâche principale, la conduite. Elle peut être causée par l’utilisation des appareils embarqués dans le véhicule (le système de navigation, le téléphone, l’interaction avec l’Interface Homme-Machine (IHM) etc.). D’autres causes de la distraction peuvent être l’interaction avec les passagers, manger, boire ou fumer tout en conduisant [1]. Toutes ces tâches secondaires affectent le conducteur d’une manière différente, ce qui donne lieu à une classification des distractions en 3 différents types selon l’administration américaine de la sécurité routière NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) [2] : la distraction visuelle, la distraction motrice et la distraction cognitive.
❖ la distraction visuelle (Eyes-off-road)
La distraction visuelle apparait quand le conducteur détourne son regard de l’axe de la route et se focalise sur des objets intérieurs ou extérieurs au véhicule [3] [4] (e.g. recherche d’informations sur les panneaux d’affichage). Les ressources perceptives sont plus sollicitées dans ce type de distraction.
❖ la distraction motrice (hand(s)-off-wheel)
La distraction motrice fait référence à une tâche secondaire manuelle. Les ressources motrices sont plus sollicitées. En cas où la tâche secondaire requiert à la fois l’usage d’une ou les deux mains et oblige le conducteur de détourner son regard de l’axe de la route, on parle de la distraction visuomotrice (implication des ressources perceptives et motrices). Interagir avec la boite radio, envoyer un message téléphonique ou interagir avec le système de navigation sont quelques exemples de distraction motrice ou visuomotrice .
❖ la distraction cognitive (mind-off-road)
La distraction cognitive englobe toute activité secondaire qui sollicite l’attention du conducteur (ressource cognitive), lui imposant une charge mentale supplémentaire [4]. On peut citer par exemple, l’écoute d’une émission radio tout en conduisant ou tenir une conversation avec un passager, voire des pensées vagabondes accaparant la réflexion du conducteur. Le cas le plus courant est la conversation téléphonique [6] , quel que soit le type du téléphone utilisé, kit main libre (autorisé) ou non .
Il faut reconnaitre cependant que, les 3 types de distraction peuvent apparaitre simultanément [7] : on parle dans ce cas de distractions combinées, plus critiques encore [8] [9]. Un exemple usuel est l’usage de téléphone pour envoyer un message. Cette tâche secondaire engendre les 3 trois types de distraction évoqués plus haut : 1. distraction manuelle ou motrice (composer le numéro), 2. distraction visuelle (détourner le regard de la route vers le téléphone), 3.distraction cognitive (se concentrer sur le contenu du message au lieu de surveiller les éventuels changements dans la scène de la route). La plupart des études se focalisent sur la détection de la distraction cognitive et visuelle. Les sections suivantes traiteront particulièrement ces deux types de distraction.
Effets des types de distraction
Les distractions visuelle et cognitive sont les plus étudiées dans la littérature. Cette section donne une synthèse de leurs influences sur le comportement du conducteur et sur la performance de conduite.
Effets de la distraction visuelle
La distraction visuelle détourne le regard du conducteur de l’axe central de la route, diminuant ainsi sa capacité à détecter les événements imprévus. Cependant, les conducteurs peuvent toujours percevoir les bords des voies via la vision ambiante. Ainsi, en fonction du degré de sollicitation de la tâche secondaire (distraction visuelle), les conducteurs peuvent maintenir le véhicule dans la voie même si la performance du contrôle latéral se dégrade [10]. Quand le conducteur détourne le regard de la route, l’incertitude relative à la perception de l’environnement devient importante [11]. Quand l’incertitude atteint un certain seuil, il regarde de nouveau la route afin d’éviter les sorties de voies : on observe par conséquent des corrections brusques avec des amplitudes élevées sur l’écart latéral du véhicule par rapport au centre de la voie, sur l’angle volant ou encore sur le couple conducteur [12] [13]. Selon Östlund et al [14], la distraction visuelle occasionnerait une fréquence d’inversion angulaire élevée (changement de signe de la vitesse d’angle volant). Elle serait caractérisée aussi par des temps importants que le conducteur passe à regarder des endroits autres que la route [15]. Zwahlen et al [16] ont investigué la relation entre la direction du regard et la variabilité de l’écart latéral et ont trouvé que plus le conducteur détourne longtemps son regard de la route, plus la variabilité de l’écart latéral du véhicule par rapport au centre de la voie est importante. C’est probablement l’une des raisons qui justifient pourquoi on rencontre couramment dans la littérature des indicateurs basés sur la mesure du regard ou le positionnement du véhicule par rapport à la route pour détecter la distraction visuelle. En conclusion, la distraction visuelle dégrade à la fois le contrôle latéral et longitudinal du véhicule : un contrôle de la trajectoire discontinu, d’importantes variations de l’écart latéral, un nombre élevé des sorties de voies et des difficultés à contrôler la vitesse du véhicule peuvent caractériser ce type de distraction.
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Table des matières
Chapitre 1 : Introduction générale
1.1. Contexte
1.2. Réalisations
1.3. Plan du mémoire
1.4. Liste des publications
Chapitre 2 : La distraction d’un conducteur d’automobile: Etat de l’art et contributions de la thèse
2.1. Conduite en état de distraction : études et systèmes existants
2.2. Objectifs et moyens
2.3. Les contributions de la thèse
Chapitre 3 : Expérimentations
3.1. Introduction
3.2. Campagne de test sur simulateur de conduite
Chapitre 4 : Identification des paramètres du modèle cybernétique de conducteur
4.1. Introduction
4.2. Principe d’identification d’un modèle à partir des données d’entrée/sortie (E/S)
4.3. Identification par paquet versus identification récursive
4.4. Identification par paquet des paramètres du modèle cybernétique du conducteur
4.5. Identification récursive des paramètres du modèle cybernétique du conducteur
4.6. Prédiction et estimation du couple conducteur
4.7. Conclusion
Chapitre 5 : Analyse de la distraction modélisée comme une variation paramétrique
5.1. Introduction
5.2. Modélisation de la distraction comme défaut multiplicatif
5.3. Procédure et méthodologie
5.4. Résultats expérimentaux
5.5. Analyse par type de distraction
5.6. Conclusion
Chapitre 6 : Analyse de la distraction modélisée comme une perturbation de sortie du modèle cybernétique
6.1. Introduction
6.2. Modélisation de la distraction comme un défaut additif en sortie
6.3. Sensibilité de l’erreur de prédiction du couple à l’état de distraction du conducteur
6.4. Algorithme de diagnostic de l’état de distraction du conducteur basé sur l’erreur de prédiction du couple conducteur
6.5. Synthèse des paramètres de réglage de l’algorithme
6.6. Conclusion
Chapitre 7 : Analyse de la distraction modélisée comme une perturbation d’entrée du modèle cybernétique
7.1. Introduction
7.2. Modélisation de la distraction comme un défaut additif en entrée
7.3. Modèle conceptuel de l’observateur : modèle du conducteur et de perturbation d’entrée
7.4. Synthèse de l’observateur: filtrage de Kalman versus observateur H2
7.5. Sensibilité de la perturbation en entrée à l’état de distraction du conducteur
7.6. Algorithme de détection de l’état de distraction basé sur le défaut additif en entrée du modèle conducteur
7.7. Conclusion
Chapitre 8 : Conclusion générale
