Brevet FR3133598A1 — publié le 20230922

La présente invention propose un dispositif (200) d’aide visuelle pour améliorer la conscience d’un pilote sur la situation et l’état d’un aéronef, qui comprend des moyens pour : (202) déterminer, à partir d’informations relatives à la navigation courante de l’aéronef, si des données courantes d’attitude et de dérive de l’aéronef doivent être signalées au pilote par un canal optique ; (204) convertir lesdites données courantes d’attitude et de dérive à signaler en données d’attitude et de dérive pour affichage lumineux ; (206) sélectionner un nombre de bandeaux lumineux positionnés dans le champ de vision périphérique et dans le champ de vision central du pilote, pour afficher lesdites données d’attitude et de dérive ; (208) calculer pour chaque bandeau lumineux sélectionné, un ensemble de paramètres de configuration ; et (210) déclencher simultanément sur chaque bandeau lumineux sélectionné, l’allumage tel que calculé desdites unités lumineuses. Figure pour l’abrégé : Fig.2b Dispositif et procédé pour améliorer la conscience d’un pilote sur la situation et l’état d’un aéronef La présente invention concerne le domaine des interfaces homme-machine (IHM) et plus spécifiquement des interfaces homme-machine configurées pour apporter à un pilote une aide visuelle quant à la situation et l’état de l’aéronef piloté, améliorant ainsi sa conscience de la situation, notamment sa conscience quant à l’attitude et le dérapage de l’aéronef. Etat de la technique Un pilote d’avion pour sa navigation a besoin de regarder une grande partie de son temps à l’extérieur de la cabine de pilotage pour recueillir des informations sur l’environnement externe à l’aéronef. Ces informations sont nécessaires pour réaliser une navigation sûre et efficace, pour éviter des obstacles, ou pour chercher des points d’intérêt pour poser un hélicoptère par exemple. De plus, le pilote doit réaliser des vérifications répétitives des indicateurs du tableau de bord de navigation, nécessitant alors un détournement de sa vue. Il faut savoir que la lecture des indicateurs de tableau de bord ou la fixation par le pilote de la trajectoire de navigation stimule la vision fovéale du pilote. On entend par vision fovéale la vision due à la partie centrale de la rétine, appelée fovéa. Lors d’une stimulation de la vision fovéale, l’œil s’arrête pendant 200 à 400 ms sur point de fixation pour obtenir des détails à haute résolution. Elle se caractérise alors par une activité cognitive supérieure pour analyser le stimulus visuel d’une manière précise et détaillée. On entend par « charge cognitive », l’intensité de l’activité mentale, physique, sensorielle et psychologique de l’utilisateur (un pilote par exemple) pour réaliser les processus cognitifs en interaction avec les informations de l’environnement induisant des actions en réponse à une situation particulière. Or, dans des situations particulières, lorsque le pilote ne peut pas détourner sa vue de l’environnement externe, la procédure impose au copilote de remonter les informations du tableau de bord de navigation par voie sonore. Cependant, dans des situations de stress extrême, il a été démontré que la sensibilité auditive des pilotes est largement réduite, rendant alors l’échange d’informations avec le copilote impossible, ou engendrant une latence trop importante dans la transmission de l’information. De nombreux rapports d’analyses d’accidents d’avion ont montré que les pilotes n’entendaient plus les alarmes sonores en cas de stress extrême précédant la catastrophe. Aussi, il existe un besoin d’une solution qui fournisse à un pilote des informations quant à la situation de l’aéronef piloté dans des conditions où sa vision fovéale est déjà sollicitée avec une quasi impossibilité de détourner son regard du point de fixation ou lorsque le pilote ne peut pas détourner son attention de sa tâche de recherche de points d’intérêt, et où l’utilisation des autres canaux sensoriels est impossible ou difficile ou prohibée (par exemple : handicap physique, situation de stress extrême, environnement bruyant, absence du copilote). Une telle solution doit fournir au pilote une information intuitive pour mieux appréhender la situation et l’état de son aéronef, notamment dans des conditions de visibilité dégradée, doit améliorer sa conscience de la situation mais sans augmenter sa charge mentale, que ce soit en contexte diurne ou nocturne. Il existe divers systèmes d’aide au pilotage d’aéronef pour aider un humain à conserver au mieux sa concentration visuelle tout en lui fournissant une information optique. Un système connu est basé sur un viseur tête haute (HUD pour « Head Up Display » en Anglais). Le principe consiste, dans un cockpit d’avion ou de voiture, à afficher de l’information sur un écran transparent qui se situe dans une partie du champ visuel déjà scruté par le pilote. Les informations sont affichées sous forme de symboles numériques (caractères alpha numériques) ou analogiques (forme géométrique dans un espace à deux dimensions). Le pilote change son regard de temps à autre vers le HUD pour acquérir de l’information. L’inconvénient principal de ce système est que le pilote doit lâcher sa vision fovéale, déjà occupée à l’acquisition d’informations importantes, pour l’utiliser à une lecture d’informations supplémentaires sur un écran, informations précises nécessitant parfois un effort de lecture et/ou d’analyse. Ceci génère pour lui une charge cognitive supplémentaire, qui rend cette solution non adaptée à des conditions de navigation difficiles, particulièrement celles engendrant un stress. Les solutions de casques de réalité augmentée (HMD pour « Helmet-Mounted Display » en anglais) se basent sur l’intégration d’un écran qui permet d’avoir un affichage qui suit en permanence le regard du pilote. Le casque permet l’affichage continu des informations en cohérence avec la vision extérieure. Les informations sont affichées sous forme de symboles numériques (caractères alpha numérique) ou analogiques (forme géométrique dans un espace à deux dimensions). L’inconvénient de cette solution est que les informations supplémentaires sont affichées dans le champ de vision fovéale et que leur interprétation par le pilote génère une charge cognitive supplémentaire. Par ailleurs, cette solution engendre un coût non négligeable. Cela rend cette solution non adaptée à des conditions de navigation difficiles, particulièrement celles engendrant un stress. La demande de brevet EP 3 084 751 B1 intitulée « Peripheral Vision Hover Drift Cueing » décrit un système de repérage de dérive en vision périphérique qui permet de présenter au pilote de manière optique la dérive en vol stationnaire (« Hover Drift ») d’avant en arrière et latéralement. Des diodes électroluminescentes sont utilisées pour représenter ces informations et sont placées exclusivement dans le champ de vision périphérique du pilote. Pour représenter la dérive avant / arrière, des bandeaux de diodes sont placés sur le cadre de la porte du poste de pilotage, et pour représenter la dérive latérale, des bandeaux de diodes sont placés devant dans le champ de vision périphérique du pilote. Les limites de cette solution sont qu’elle renseigne uniquement sur une information de dérive, et qu’elle ne renseigne pas le pilote sur d’autres informations fondamentales comme l’attitude et la vitesse. De plus, les diodes électroluminescentes positionnées dans le champ de vision périphérique avant du pilote risquent de ne pas être perçues lorsque le pilote doit porter des jumelles à vision nocturne (JVN). On entend par « vision périphérique » la stimulation des zones de réception de l’œil hors fovéa. Elle livre des impressions globales, comprimées et déformées du champ de vision total. Elle couvre un champ visuel très large allant à 110° pour chaque œil. Elle se caractérise alors par une activité cognitive inférieure pour livrer une impression générale d’une situation visuelle sans détail. Or, les informations d’attitude et de vitesse sont particulièrement importantes lorsqu’un équipage se retrouve dans un environnement visuel dégradé (DVE pour « Degraded Visual Environment » en anglais). Un cas fréquent est celui du pilote d’hélicoptère lors des manœuvres de posé « poussière » (« brownout ») ou de posé « neige » (« whiteout »). Le phénomène de brownout correspond à la perte de visibilité causée par le soulèvement d’un nuage de poussière et de sable par le souffle du rotor lorsqu’un hélicoptère atterrit ou décolle en zone désertique aride. Le pilote se retrouve en situation soudaine de visibilité dégradée, il perd ses repères et ses références extérieures de guidage visuel. Il commence à se désorienter, a une mauvaise perception des distances et des hauteurs quand son appareil est proche du sol. Le pilote peut être soumis à de telles illusions sensorielles et désorientations spatiales qu’elles peuvent provoquer de graves accidents. Les atterrissages sur neige amènent un phénomène similaire dit « whiteout », où les mouvements d’air générés par le rotor soulèvent la neige, et entrainent de la même manière les pertes de repères et la désorientation spatiale. Ainsi, il existe un besoin non couvert par les solutions existantes, de pouvoir fournir à un pilote se retrouvant soudainement dans une situation de visibilité dégradée, une information, par le biais du canal optique (même si sa vision fovéale est déjà sollicitée), lui permettant de mieux appréhender la situation et l’état de son aéronef, notamment une information non binaire sur l’attitude et la vitesse de dérapage, et ce sans augmenter sa charge mentale. Une solution à ce besoin doit de plus couvrir les situations où un pilote se retrouve en condition de visibilité dégradée de jour comme de nuit. La présente invention répond à ce besoin en exploitant le canal sensoriel optique d’un pilote afin de lui fournir des informations de navigation sans augmenter sa charge cognitive. L’invention a pour objet un dispositif de guidage dans un environnement de navigation (réel ou virtuel), destiné à être embarqué dans une cabine de pilotage, et permettant à un pilote d’éviter les problèmes de perte de repères et de désorientation spatiale liés à un manque de visibilité. Le dispositif de l’invention permet à un pilote d’appréhender la situation dans laquelle il se trouve, notamment l’état dans lequel est son aéronef en termes d’attitude (le tangage, le roulis, le lacet) et de dérives (pour les trois axes dX, dY, dZ). Le contrôle d'attitude consiste à contrôler l'orientation dans l'espace et les mouvements de tangage, de roulis et de lacet. Avantageusement, le dispositif de l’invention permet ne pas augmenter la charge mentale d’un pilote qui est dans un état de stress élevé, en fournissant une information optique intuitive lui facilitant la compréhension de l'orientation de son véhicule dans l'espace, et lui permettant un contrôle ajusté des mouvements de tangage, de roulis et de lacet. L’invention peut être appliquée dans un environnement de navigation réel (aéronautique, spatiale, terrestre ou maritime) ou virtuel (simulateur de navigation pour apprentissage, réalité virtuelle). Pour obtenir les résultats recherchés, il est proposé un dispositif d’aide visuelle pour améliorer la conscience d’un pilote sur la situation et l’état d’un aéronef piloté, adapté pour un aéronef ayant une cabine de pilotage présentant des parois équipées de montants sur lesquels sont disposés des bandeaux lumineux composés d’une pluralité d’unités lumineuses. Le dispositif de l’invention comprend : des moyens pour déterminer, à partir d’informations relatives à la navigation courante de l’aéronef, si des données courantes d’attitude et de dérive de l’aéronef doivent être signalées au pilote par un canal optique ;des moyens pour convertir lesdites données courantes d’attitude et de dérive à signaler en données d’attitude et de dérive pour affichage lumineux ; des moyens pour sélectionner un nombre de bandeaux lumineux positionnés dans le champ de vision périphérique et dans le champ de vision central du pilote, pour afficher lesdites données d’attitude et de dérive ; des moyens pour calculer pour chaque bandeau lumineux sélectionné, un ensemble de paramètres de configuration, notamment des paramètres de nombre, d’emplacement, de couleur et d’intensité pour des unités lumineuses à allumer ; et des moyens pour déclencher simultanément sur chaque bandeau lumineux sélectionné, l’allumage tel que calculé desdites unités lumineuses. L’invention propose plusieurs modes de réalisation alternatifs ou combinés. Selon un aspect particulier de l’invention, les moyens pour sélectionner un nombre de bandeaux lumineux positionnés dans le champ de vision périphérique et dans le champ de vision central du pilote, sont configurés pour sélectionner un nombre de bandeaux lumineux en fonction de la nature des données d’attitude et de dérive à signaler, notamment selon que les données d’attitude sont relatives au tangage et/ou au roulis et/ou au lacet de l’aéronef, et selon le ou les axes (x, y, z) concernés pour les données de dérive. Selon un aspect particulier de l’invention, les moyens de calcul sont configurés pour déterminer pour au moins un bandeau lumineux, un nombre et un ou plusieurs emplacements d’unités lumineuses à allumer de manière à produire pour le pilote une impression optique de liquide coulant dans un tube. Selon un aspect particulier de l’invention, les moyens de calcul sont configurés pour déterminer pour au moins un bandeau lumineux, un nombre et un ou plusieurs emplacements d’unités lumineuses à allumer de manière à produire pour le pilote une impression optique de mouvement droite-gauche ou gauche-droite. Selon un aspect particulier de l’invention, les moyens de calcul sont configurés pour déterminer pour au moins un bandeau lumineux, un nombre et un ou plusieurs emplacements d’unités lumineuses à allumer de manière à produire pour le pilote une impression optique de mouvement haut-bas ou bas-haut. Selon un aspect particulier de l’invention, les moyens de calcul sont configurés pour déterminer pour au moins un bandeau lumineux, un nombre et un ou plusieurs emplacements d’unités lumineuses à allumer de manière à produire pour le pilote une impression optique de défilement dans un sens opposé au mouvement de l’aéronef. Selon un aspect particulier de l’invention, les moyens de calculs sont configurés pour déterminer un mode jour ou un mode nuit, et sélectionner des paramètres de configuration des unités lumineuses, notamment le nombre, l’emplacement, la couleur et l’intensité des unités lumineuses à allumer selon le mode jour ou nuit. Selon un aspect particulier de l’invention, les moyens pour déterminer si des données courantes d’attitude et de dérive de l’aéronef doivent être signalées au pilote par un canal optique, sont configurés pour détecter une variation des valeurs desdites données d’attitude et de dérive, et pour déterminer si les nouvelles données d’attitude et de dérive sont à signaler au pilote par un canal optique. Selon un aspect particulier de l’invention, des données de roulis sont signalées dans le champ de vision périphérique du pilote sur un bandeau lumineux situé sur un montant en arc au-dessus de la tête du pilote, par des unités lumineuses allumées à gauche et à droite en fonction de l’angle de roulis courant de l’aéronef. Selon un aspect particulier de l’invention, l’angle de roulis est mesuré par rapport à un point de référence situé au centre de la cabine de pilotage ou situé au niveau de la tête du pilote. Selon un aspect particulier de l’invention, des données de lacet sont signalées dans le champ de vision centrale du pilote sur un bandeau lumineux situé sur un montant horizontal en face du pilote par des unités lumineuses allumées à gauche ou à droite d’un point central du bandeau lumineux en fonction du dérapage latéral courant de l’aéronef. Selon un aspect particulier de l’invention, des données de tangage sont signalées dans le champ de vision centrale du pilote sur un bandeau lumineux situé sur un montant vertical en face du pilote, par des unités lumineuses allumées en haut ou en bas d’un point central du bandeau lumineux en fonction de la variation courante de l’assiette de l’aéronef. Selon un aspect particulier de l’invention, des données de dérive sont signalées dans le champ de vision périphérique du pilote sur des bandeaux lumineux situés sur des montants horizontaux à droite et à gauche du pilote, par des unités lumineuses allumées en sens inverse du mouvement de l’aéronef. L’invention a aussi pour objet un véhicule de transport aérien ou terrestre ou maritime avec une cabine de pilotage présentant des parois équipées de montants sur lesquels sont disposés des bandeaux lumineux composés d’une pluralité d’unités lumineuses, et où la cabine de pilotage comprend une implémentation du dispositif de l’invention. Dans un mode de réalisation, le véhicule est un hélicoptère ayant une cabine de pilotage présentant des parois équipées de montants sur lesquels sont disposés des bandeaux lumineux composés d’une pluralité d’unités lumineuses, ladite cabine de pilotage comprenant un dispositif selon l’invention. L’invention a de plus pour objet un simulateur de pilotage dans un environnement de navigation virtuel qui comprend une cabine de pilotage présentant des parois équipées de montants sur lesquels sont disposés des bandeaux lumineux composés d’une pluralité d’unités lumineuses, et où la cabine de pilotage comprend une implémentation pour simulateur du dispositif de l’invention. L’invention adresse aussi un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé d’aide au guidage d’un aéronef de l’invention. Selon des variantes d’implémentation adaptées, le dispositif de l’invention trouve des applications dans le domaine spatial, terrestre ou maritime. Il est aussi possible d’appliquer l’invention dans le domaine du divertissement, du jeu vidéo, de la réalité virtuelle et augmentée. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés suivants. illustre une vue en coupe selon le plan (x, y) des champs de vision fovéal, central et périphérique d’un pilote. illustre une vue en coupe selon le plan (z, y) des champs de vision fovéal, central et périphérique d’un pilote. illustre une réalisation du dispositif d’aide au guidage de l’invention dans une cabine de pilotage d’un hélicoptère. est une représentation symbolique du dispositif de l’invention pour une cabine de pilotage d’un hélicoptère. illustrent différents modes de réalisation du dispositif d’aide au guidage selon l’invention pour assister un pilote dans le contrôle du roulis de son aéronef. illustrent différents modes de réalisation du dispositif d’aide au guidage de l’invention pour assister un pilote dans le contrôle du dérapage latéral de son aéronef. illustre un mode de réalisation du dispositif d’aide au guidage de l’invention pour assister un pilote dans le contrôle du tangage de son aéronef. illustrent différents modes de réalisation du dispositif d’aide au guidage de l’invention pour assister un pilote dans le contrôle du dérapage longitudinal de son aéronef. illustre les étapes du procédé d’aide au guidage de l’invention dans un mode de réalisation. est un schéma d’un composant de calcul permettant une implémentation logicielle du dispositif de l’invention. Dispositif (200) d’aide visuelle pour améliorer la conscience d’un pilote sur la situation et l’état d’un aéronef piloté, l’aéronef ayant une cabine de pilotage présentant des parois équipées de montants sur lesquels sont disposés des bandeaux lumineux composés d’une pluralité d’unités lumineuses, le dispositif comprenant : - des moyens (202) pour déterminer, à partir d’informations relatives à la navigation courante de l’aéronef, si des données courantes d’attitude et de dérive de l’aéronef doivent être signalées au pilote par un canal optique ; - des moyens (204) pour convertir lesdites données courantes d’attitude et de dérive à signaler en données d’attitude et de dérive pour affichage lumineux ; - des moyens (206) pour sélectionner un nombre de bandeaux lumineux positionnés dans le champ de vision périphérique et dans le champ de vision central du pilote, pour afficher lesdites données d’attitude et de dérive ; - des moyens (208) pour calculer pour chaque bandeau lumineux sélectionné, un ensemble de paramètres de configuration, notamment des paramètres de nombre, d’emplacement, de couleur et d’intensité pour des unités lumineuses à allumer ; et - des moyens (210) pour déclencher simultanément sur chaque bandeau lumineux sélectionné, l’allumage tel que calculé desdites unités lumineuses. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les moyens pour sélectionner un nombre de bandeaux lumineux positionnés dans le champ de vision périphérique et dans le champ de vision central du pilote, sont configurés pour sélectionner un nombre de bandeaux lumineux en fonction de la nature des données d’attitude et de dérive à signaler, notamment selon que les données d’attitude sont relatives au tangage et/ou au roulis et/ou au lacet de l’aéronef, et selon le ou les axes (x, y, z) concernés pour les données de dérive. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les moyens de calcul sont configurés pour déterminer pour au moins un bandeau lumineux, un nombre et un ou plusieurs emplacements d’unités lumineuses à allumer de manière à produire pour le pilote une impression optique de liquide coulant dans un tube. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens de calcul sont configurés pour déterminer pour au moins un bandeau lumineux, un nombre et un ou plusieurs emplacements d’unités lumineuses à allumer de manière à produire pour le pilote une impression optique de mouvement droite-gauche ou gauche-droite. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens de calcul sont configurés pour déterminer pour au moins un bandeau lumineux, un nombre et un ou plusieurs emplacements d’unités lumineuses à allumer de manière à produire pour le pilote une impression optique de mouvement haut-bas ou bas-haut. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens de calcul sont configurés pour déterminer pour au moins un bandeau lumineux, un nombre et un ou plusieurs emplacements d’unités lumineuses à allumer de manière à produire pour le pilote une impression optique de défilement dans un sens opposé au mouvement de l’aéronef. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens de calculs sont configurés pour déterminer un mode jour ou un mode nuit, et sélectionner des paramètres de configuration des unités lumineuses, notamment le nombre, l’emplacement, la couleur et l’intensité des unités lumineuses à allumer selon le mode jour ou nuit. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les moyens pour déterminer si des données courantes d’attitude et de dérive de l’aéronef doivent être signalées au pilote par un canal optique, sont configurés pour détecter une variation des valeurs desdites données d’attitude et de dérive, et pour déterminer si les nouvelles données d’attitude et de dérive sont à signaler au pilote par un canal optique. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel des données de roulis sont signalées dans le champ de vision périphérique du pilote sur un bandeau lumineux situé sur un montant en arc au-dessus de la tête du pilote, par des unités lumineuses allumées à gauche et à droite en fonction de l’angle de roulis courant de l’aéronef. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel l’angle de roulis est mesuré par rapport à un point de référence situé au centre de la cabine de pilotage ou situé au niveau de la tête du pilote. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel des données de lacet sont signalées dans le champ de vision centrale du pilote sur un bandeau lumineux situé sur un montant horizontal en face du pilote par des unités lumineuses allumées à gauche ou à droite d’un point central du bandeau lumineux en fonction du dérapage latéral courant de l’aéronef. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel des données de tangage sont signalées dans le champ de vision centrale du pilote sur un bandeau lumineux situé sur un montant vertical en face du pilote, par des unités lumineuses allumées en haut ou en bas d’un point central du bandeau lumineux en fonction de la variation courante de l’assiette de l’aéronef. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel des données de dérive sont signalées dans le champ de vision périphérique du pilote sur des bandeaux lumineux situés sur des montants horizontaux à droite et à gauche du pilote, par des unités lumineuses allumées en sens inverse du mouvement de l’aéronef. Hélicoptère ayant une cabine de pilotage présentant des parois équipées de montants sur lesquels sont disposés des bandeaux lumineux composés d’une pluralité d’unités lumineuses, ladite cabine de pilotage comprenant un dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes. Procédé d’aide visuelle pour améliorer la conscience d’un pilote sur la situation et l’état d’un aéronef piloté, l’aéronef ayant une cabine de pilotage présentant des parois équipées de montants sur lesquels sont disposés des bandeaux lumineux composés d’une pluralité d’unités lumineuses, le procédé comprenant des étapes consistant à : - déterminer, à partir d’informations relatives à la navigation courante de l’aéronef, si des données courantes d’attitude et de dérive de l’aéronef doivent être signalées au pilote par un canal optique ; - convertir lesdites données courantes d’attitude et de dérive à signaler en données d’attitude et de dérive pour affichage lumineux ; - sélectionner un nombre de bandeaux lumineux positionnés dans le champ de vision périphérique et dans le champ de vision central du pilote, pour afficher lesdites données d’attitude et de dérive ; - calculer pour chaque bandeau lumineux sélectionné, au moins des paramètres de nombre, d’emplacement, de couleur et d’intensité pour des unités lumineuses à allumer ; et déclencher simultanément sur chaque bandeau lumineux sélectionné, l’allumage tel que calculé desdites unités lumineuses. Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code permettant d’effectuer les étapes du procédé selon la revendication 15, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.