Brevet FR2682199A1 — publié le 19930409

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer si un projet de tunnel de circulation routière conviendrait effectivement pour un trafic routier. I1 est envisagé de réaliser des tunnels de circulation routière à grande profondeur, soit typiquement une profondeur de 20 à 100 m, notamment pour passer sous un centre urbain. Le cas peut se produire où il ne sera pas possible de suivre les normes courantes pour un tunnel de circulation routière en sorte que t'on peut être amené à concevoir un tunnel dont il faut pouvoir déterminer par des essais si le tunnel ainsi que ses accès à partir de la surface conviendraient effectivement pour la circulation routière et, notamment, s'ils offriraient de bonnes conditions de conduite et de sécurité. Une solution pour expérimenter un projet de tunnel consisterait à réaliser un tronçon de tunnel expérimental en vraie grandeur, par exemple un tronçon d'une longueur de 2 km et à faire conduire des voitures dans ce tronçon. Une telle solution serait extrêmement onéreuse, d'une part en raison du coût de la construction et, d'autre part, en raison du coût des modifications qu'il faudra éventuellement réaliser si les essais en montrent la nécessité. La présente invention a pour but de permettre l'expérimentation d'un projet de tunnel en évitant de construire un tronçon expérimental ou pour ne construire un tronçon expérimental qu'après avoir déjà amélioré la conception de départ. On y parvient, selon l'invention, au moyen d'une technique dans laquelle on place un observateur témoin à un poste de conduite statique équipé de moyens de commande lui permettant de simuler la conduite réelle d'un véhicule, on produit des images de synthèse représentant la vision qu'aurait un conducteur qui se déplacerait dans un tunnel conforme au projet, à des endroits successifs du tunnel, notamment aux accès, dans les courbes et aux sorties ; on fournit ces images en défilement audit observateur en établissant une action en temps réel desdits moyens de commande sur le défilement des images en sorte que l'observateur ait l'impression de conduire effectivement dans le tunnel, on détecte les images pour lesquelles l'observateur a eu des réactions de conduite défavorables, on modifie le projet de tunnel aux endroits correspondant à ces images, et on répète les opérations en tant que de besoin. Pour mettre en oeuvre un tel procédé, on peut utiliser, selon l'invention, un dispositif comprenant des moyens simulant un poste de conduite statique équipé de moyens de commande permettant à un observateur témoin installé à ce poste de simuler la conduite réelle d'un véhicule ; des moyens pour produire des images de synthèse simulant la vision frontale, la vision latérale et la rétrovision d'un conducteur dans un tunnel conforme au projet à des endroits successifs du tunnel et des moyens pour fournir ces images en séquences audit observateur sous la commande desdits moyens de commande en sorte que l'observateur ait l'impression de conduire effectivement dans le tunnel. Dans une solution préférée, les images sont fournies à des écrans installés au poste de conduite à des emplacements correspondant au pare-brise, éventuellement aux vitres latérales avant et aux rétroviseurs d'un véhicule. De préférence, les images sont conçues pour simuler non seulement la vision du tunnel lui-même mais encore celle de la signalisation et la vision d'un trafic dans le tunnel ou d'une arrivée ou sortie latérale de véhicules sur le trajet du conducteur témoin, et ce pour des conditions d'éclairage modifiables. De préférence, on fournit également à l'observateur témoin un signal représentatif de l'impression de distance que le conducteur aurait dans le tunnel vis-à-vis des parois du tunnel, ce signal pouvant notamment être un signal sonore ou une alarme qui se déclenche en cas d'un rapprochement excessif. I1 n'est pas nécessaire de décrire plus en détail un dispositif conforme à l'invention car le spécialiste des techniques de simulation connaît déjà des dispositifs comprenant un poste de conduite simulée et des moyens pour fournir une vision simulée. C'est le cas notamment des dispositifs conçus pour l'entraînement d'un conducteur dans des domaines divers, civils et militaires. Un dispositif permettant la mise en oeuvre de l'invention est décrit ci-après à titre d'exemple non limitatif. Ce dispositif comprend les principaux constituants d'un simulateur, à savoir - . Une cabine pilote qui peut aller de la simple console graphique jusqu'à la réplique parfaite du poste de pilotage du véhicule réel. La cabine comporte les éléments suivants - des instruments de conduite : volant, accélérateur, frein, compteur de vitesse - des systèmes de restitution de sensations, à savoir : bruit de moteur et vibrations fonction du "régime moteur", restitution d'efforts au niveau du volant. - . Un modèle dynamique qui calcule à chaque pas de temps le comportement du véhicule en fonction de sa position et de son état au pas de temps précédent, et des actions décidées par le pilote à cet instant, et qui restitue en retour la nouvelle position du véhicule vers le système visuel, et les sensations autres que visuelles vers la cabine. Compte tenu de l'objectif recherché, le modèle de comportement du véhicule peut se limiter à des lois simples d'accélération, de freinage et de changement de direction en fonction des actions sur les manettes et de la vitesse instantanée. - . Un système visuel, qui consiste en un calculateur d'images de synthèse capable de reconstituer en moins de 1/25s l'image que percevrait le pilote si son véhicule était réel ; ceci suppose un logiciel de visualisation et la constitution préalable d'une base de données contenant toutes les informations utiles pour la conduite relatives à l'environnement en 3 dimensions d'un conducteur dans le tunnel. La base de données peut être limitée à - des sections génériques, du tunnel principal et des tunnels d'accès sur lesquelles on testera l'impression de confort de conduite (liée aux gabarits, aux rayons de courbure, aux couleurs et à l'éclairage) et l'efficacité de la signalisation - des sections singulières comportant une entrée-sortie, sur laquelle seront testées les manoeuvres de changement de file, d'insertion dans le flot après accélération, ou de décélération avant de pénétrer dans les voies de sortie. Pour faciliter la modification de certaines caractéristiques, ces deux modèles en trois dimensions devront être paramétrés par un minimum de grandeurs fondamentales (largeur et hauteur utile de voie, rayon de courbure des voies principales, longueur des zones d'accélérationdécélération, dimensions de la signalisation, conditions d'éclairage). - . Un système de restitution d'image, qui peut consister en un écran de projection d'angle plus ou moins important, avec ou sans système de restitution de l'impression de distance, ou en une série d'écrans graphiques. Celui-ci constitue l'un des maillons les plus importants de la chaîne, car il conditionne en grande partie le degré de réalisme de l'ensemble. Il devra restituer la vision frontale (avec si possible l'impression de distance), la vision latérale, ainsi que la rétrovision. Par exemple, on place la cabine au milieu d'un écran de 360 , auquel cas des rétroviseurs réels permettront de voir ce qui se passe derrière, ou l'on remplace les rétroviseurs par des écrans graphiques sur chacun desquels une image de synthèse sera calculée. De préférence, pour l'étude de la largeur de voie, des moyens permettent de ressentir la proximité par rapport aux parois latérales. Ceci étant technologiquement difficile à réaliser en se limitant à l'aspect visuel de la paroi, une solution consiste à utiliser des témoins sonores (correspondant aux bandes sonores sur certaines voies rapides). - . Un pupitre de contrôle qui permet de modifier l'environnement (point et vitesse de départ, état de la signalisation ou de l'éclairage, position et trajectoire des véhicules perturbateurs...), de lancer et de suivre les simulations. Ce pupitre permet de générer des trafics perturbateurs hors temps réel, puis de les intégrer dans l'environnement temps réel sous forme de trajectoires préprogrammées. On notera qu'un dispositif selon l'invention présente notamment les avantages suivants - la qualité de l'image de synthèse par rapport aux outils classiques de CAO - l'interactivité en temps réel entre l'utilisateur et le système, par opposition au cas des films reconstitués hors temps réel à partir d'images de synthèse que l'on fait défiler à des vitesses et sur des trajectoires fixées par avance. Ces deux éléments permettent d'aller au-delà du simple examen de l'aspect visuel d'une partie d'ouvrage souterrain. Ils permettent de comparer dans de meilleures conditions différentes conceptions d'un ouvrage, à savoir - gabarits compatibles avec confort et sécurité (horizontaux et verticaux) - forme et dimensions des entrées et sorties (distance d'insertion, courbures) - efficacité d'un système de signalisation et d'éclairage (type, position, dimension). Par rapport à l'expérimentation sur piste d'essais en vraie grandeur, la simulation peut se concevoir soit en tant que solution alternative, soit en tant que technique complémentaire. Dans ce dernier cas, la simulation permettrait d'étudier complètement certains points et partiellement certains autres (en éliminant des solutions à priori inacceptables) : il en résulterait un allègement éventuel des spécifications de la piste d'essais, et en tout état de cause une réduction sensible du coût marginal lié aux expérimentations en vraie grandeur. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer si un projet de tunnel de circulation routière conviendrait effectivement pour un trafic routier, dans lequel on place un observateur témoin à un poste de conduite statique équipé de moyens de commande lui permettant de simuler la conduite réelle d'un véhicule, on produit des images de synthèse représentant la vision qu'aurait un conducteur qui se déplacerait dans un tunnel conforme au projet, à des endroits successifs du tunnel, notamment aux accès, dans les courbes et aux sorties ; on fournit ces images en défilement audit observateur en établissant une action en temps réel desdits moyens de commande sur le défilement des images en sorte que l'observateur ait l'impression de conduire effectivement dans le tunnel, on détecte les images pour lesquelles l'observateur a eu des réactions de conduite défavorables, on modifie le projet de tunnel aux endroits correspondant à ces images, et on répète les opérations en tant que de besoin. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fournit les images à des écrans installés au poste de conduite à des emplacements correspondant au pare-brise, éventuellement aux vitres latérales avant et aux rétroviseurs d'un véhicule. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les images sont conçues pour simuler non seulement la vision du tunnel lui-même mais encore celle de la signalisation et la vision d'un trafic dans le tunnel ou d'une arrivée ou sortie latérale de véhicules sur le trajet du conducteur témoin, et ce pour des conditions d'éclairage modifiables. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on fournit également à l'observateur témoin un signal représentatif de l'impression de distance que le conducteur aurait dans le tunnel vis-à-vis des parois du tunnel, ce signal pouvant notamment être un signal sonore ou une alarme qui se déclenche en cas d'un rapprochement excessif. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4, qui comprend des moyens simulant un poste de conduite statique équipé de moyens de commande permettant à un observateur témoin installé à ce poste de simuler la conduite réelle d'un véhicule ; des moyens pour produire des images de synthèse simulant la vision frontale, la vision latérale et la rétrovision d'un conducteur dans un tunnel conforme au projet à des endroits successifs du tunnel et des moyens pour fournir ces images en séquences audit observateur sous la commande desdits moyens de commande en sorte que l'observateur ait l'impression de conduire effectivement dans le tunnel. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le poste de conduite comporte - des instruments de conduite : volant, accélérateur, frein, compteur de vitesse - des systèmes de restitution de sensations, à savoir: bruit de moteur et vibrations fonction du "régime moteur", restitution d'efforts au niveau du volant. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une base de données contenant les informations utiles pour la conduite relatives à l'environnement en trois dimensions d'un conducteur dans le tunnel, un logiciel de visualisation et un calculateur d'images de synthèse capable de reconstituer en moins de 1/25 seconde l'image que percevrait l'observateur témoin si son véhicule était réel et se trouvait dans le tunnel. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la base de données comprend - des sections génériques du tunnel principal et des tunnels d'accès sur lesquelles on testera l'impression de confort de conduite (liée aux gabarits, aux rayons de courbure, aux couleurs et à l'éclairage) et l'efficacité de la signalisation - des sections singulières comportant une entrée-sortie, sur laquelle seront testées les manoeuvres de changement de file, d'insertion dans le flot après accélération, ou de décélération avant de pénétrer dans les voies de sortie. 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un pupitre de contrôle qui permet de modifier l'environnement (point et vitesse de départ, état de la signalisation ou de l'éclairage, position et trajectoire des véhicules perturbateurs...), de lancer et de suivre les simulations. 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit pupitre permet de générer des trafics perturbateurs hors temps réel, puis de les intégrer dans l'environnement temps réel sous forme de trajectoires préprogrammees. Il. Application d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4 ou d'un dispositif selon l'une des revendications 5 à 10 à la conception d'un tunnel routier souterrain.