TITRE : Interface homme-machine, notamment pour un véhicule ou pour un dispositif.

Domaine technique

L ’invention a pour domaine technique les interfaces homme- machine et plus particulièrement de telles interfaces homme-machine destinées à être actionnées par la main d’un opérateur.

Etat de la technique antérieure

Une poignée constitue l’élément d’interface homme-machine entre une main d’un opérateur, tel qu’un pilote, et un actionneur d’un véhicule ou d’un dispositif. La poignée peut intégrer un certain nombre de fonctionnalités comme, par exemple, l’intégration de boutons ou la détection de la prise en main de la poignée par l’opérateur.

Une telle détection de prise en main peut être requise pour des applications où il est nécessaire d’être sûr qu’une action sur la poignée est nécessairement la conséquence d’une action volontaire de l’opérateur.

Les boutons peuvent être de différentes technologies, tels que électromécaniques, magnétiques, etc. , et sont généralement rapportés sur la poignée, respectivement agencés dans une zone définie. Leur emplacement est déterminé lors de la conception de la poignée. Ils ne peuvent être repositionnés à moins de concevoir un nouveau design de poignée avec des emplacements de boutons différents.

La détection de la main de l’opérateur, également dénommée « Hands On / Hands Off » en anglais, est classiquement réalisée par le biais d’un contacteur. A titre d’ exemple, il peut s ’agir d’une palette disposée devant la poignée qui doit être maintenue tirée pour valider les commandes.

Les techniques actuellement mises en œuvre sont essentiellement intrusives car elles nécessitent une prise en main particulière par l’opérateur, imposant ainsi l’ ergonomie de la poignée.

Par ailleurs, l’ ergonomie de la poignée est relativement complexe et longue à mettre au point. Elle est liée à la forme de la poignée, et à la position, à la forme, au nombre et aux fonctionnalités des boutons disposés sur la poignée. La mise au point de l’ ergonomie de la poignée est par conséquent complexe et coûteuse.

De l’ état de la technique antérieure, on connait un dispositif d’ application d’ effort pour un mini-manche actif. La demande de brevet Erançais 3 086 076 décrit les principaux éléments d’un mini-manche de commande d’un aéronef découplé des actionneurs de l’ aéronef, selon la technologie de commandes de vol électriques, également dénommée par l’ acronyme « EBW » pour « Ely-by-Wire » en anglais. Un tel minimanche de commandes de vol électriques d’un aéronef est muni de moyens de retour de force pour émuler les efforts ressentis par le pilote lors de l’ emploi d’un mini-manche similaire mais directement couplé aux actionneurs de l’ aéronef.

On connait également la demande de brevet Français 3 086 079 décrivant un dispositif tactile multipoint à détection capacitive. Ce document divulgue les principaux éléments d’un dispositif de détection d’ appuis et de la position de tels appuis par rapport à une matrice d’ éléments capacitifs et du signal émis par chacun des éléments capacitifs.

Exposé de l’invention

Au vu de ce qui précède, le but de l’invention est de proposer une interface homme-machine assurant une détection de la main de l’opérateur non intrusive, de conception relativement simple et permettant une reconfiguration d’une interface existante.

L ’invention a pour objet une interface homme-machine, notamment pour un véhicule ou pour un dispositif, comprenant au moins un élément de préhension pour la transmission d’une commande, ou d’une instruction ou d’une pluralité de commandes ou d’instructions, en fonction d’au moins une information d’ entrée, notamment un angle d’inclinaison ou un angle de rotation de l’ élément de préhension par rapport à une position de référence et/ou une force, un effort ou une direction appliquée à l’ élément de préhension.

L ’interface homme-machine comprend

- au moins un capteur, notamment un élément sensitif ou une matrice d’ éléments sensitifs, disposé sur au moins une partie d’une surface extérieure de l’ élément de préhension et configuré pour transmettre un signal de détection suite à une action réalisée par un opérateur sur l’ élément de préhension, et

- des moyens de calcul configurés pour déterminer une position d’ au moins une surface d’interaction entre l’opérateur et l’ élément de préhension.

Selon l’invention, les moyens de calcul sont également configurés pour déterminer si la commande est intentionnelle en déterminant si au moins une première surface prédéfinie est comprise au moins partiellement dans la surface d’interaction de sorte à autoriser la transmission de la commande par l ’interface homme-machine lorsqu’il est déterminé que la commande est intentionnelle.

Le capteur peut être de type capacitif, résistif ou inductif.

Par ailleurs, l’interface homme-machine peut comprendre au moins une deuxième zone prédéfinie, distincte de la première zone prédéfinie. Les moyens de calcul sont alors configurés pour transmettre la commande associée à la deuxième zone prédéfinie si la deuxième zone prédéfinie est comprise au moins partiellement dans la surface d’interaction.

L ’interface homme-machine peut également comprendre au moins un contacteur directionnel. Les moyens de calcul peuvent alors être configurés pour déterminer un mouvement appuyé de l’opérateur sur le contacteur directionnel dans au moins une zone prédéfinie en fonction d’une position d’origine et d’une position de fin du mouvement appuyé et pour transmettre une commande différente de la commande émise lors d’un appui simple sur la zone prédéfinie.

Les moyens de calcul peuvent être également configurés pour transmettre une commande associée à une interaction simultanée sur au moins deux zones prédéfinies.

L ’interface homme-machine peut comprendre

- une couche informative comprenant une indication de délimitation et/ou de commande associée à au moins une zone prédéfinie ;

- des moyens d’ éclairage d’ au moins une zone prédéfinie ; et/ou

- des moyens de retour d’informations, notamment haptique, permettant de prévenir l’opérateur sur une commande associée à la zone prédéfinie, telle qu’une activation, une indisponibilité ou une erreur liée à la commande associée à la zone prédéfinie.

L ’invention a également pour objet un véhicule, notamment un aéronef, un drone, un engin spatial, un engin de chantier, une automobile ou un navire, commandé par une interface homme-machine telle que décrite ci-dessus.

Bien entendu les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Brève description des dessins L ’invention sera mieux comprise et d’ autres caractéristiques et avantages apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation donnés à titre illustratif en référence avec les figures annexées, présentés à titre d’ exemples non limitatifs, qui pourront servir à compléter la compréhension de l’invention et l’ exposé de sa réalisation et, le cas échéant, contribuer à sa définition, sur lesquelles :

■ [Fig 1 ] illustre un premier mode de réalisation de l’interface homme-machine selon l’invention, et

- [Fig 2] illustre un deuxième mode de réalisation de l’interface homme-machine selon l ’invention.

Description détaillée

Il est à noter que, sur les figures, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références. Ainsi, sauf mention contraire, de tels éléments disposent de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.

L ’interface homme-machine 1 selon l’invention comprend au moins un élément de préhension 10, tel qu’un manche à balai ou une poignée de commande, également dénommé « stick » ou « grip » en anglais.

L ’ élément de préhension 10 est muni d’ au moins un transducteur transmettant au moins une commande en fonction d’ au moins une information d’ entrée, tel que, par exemple, un angle d’inclinaison de l’ élément de préhension 10 par rapport à une position de référence, une force appliquée sur l’ élément de préhension 10 etc.

L ’interface homme-machine 1 permet à un opérateur, tel qu’un pilote ou un conducteur, de transmettre des commandes à un véhicule, en particulier un aéronef, un drone, un engin spatial, un engin de chantier, véhicule automobile, navire etc. En complément ou alternativement, l’interface homme-machine 1 permet à un opérateur, tel qu’un pilote ou un conducteur, de transmettre des commandes à un outil, notamment en télé-opération, en génie civil ...

Dans un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 , l’ élément de préhension 10 prend la forme d’un joystick ou manche de commande, également dénommé « central stick » ou « command stick » en anglais. L ’ élément de préhension 10 comprend un transducteur déterminant un angle d’inclinaison vers l’ avant ou l’ arrière et/ou un angle d’inclinaison vers la gauche ou la droite de l’interface homme- machine 1.

Dans un mode particulier de réalisation complémentaire ou alternatif, l’ élément de préhension 10 comprend un transducteur déterminant un angle de rotation vers la gauche ou vers la droite et/ou dans une direction horaire ou antihoraire de l’interface homme-machine 1.

De plus, l’ élément de préhension 10 peut comprendre un transducteur déterminant une force exercée par l’opérateur sur l’interface homme-machine 1. La force exercée correspond à une intensité appliquée par l’opérateur et à une direction d’ application de l’opérateur sur l’ élément de préhension 10, telle que notamment une traction, une poussée, une rotation...

Dans un deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 2, l’ élément de préhension 10 a la forme d’un manche de commande de poussée, également dénommé « throttle stick » ou « side stick » en anglais. Un tel manche de commande de poussée est notamment utilisé dans un système de commande de type 3M, acronyme pour mains sur manche et manette, également dénommé « HOTAS », acronyme pour « Hands on Throttle and Stick » en anglais.

L ’interface homme-machine 1 munie d’un tel élément de préhension 10 comprend donc un transducteur déterminant un angle d’inclinaison, un angle de rotation, une force, une direction de l’ élément de préhension 10 etc.

Selon l’invention, toute ou partie d’une surface extérieure de l’ élément de préhension 10 est munie d’au moins un capteur, en particulier un élément sensitif, préférentiellement d’une matrice d’ au moins un capteur, notamment une matrice d’ au moins un élément sensitif.

Le capteur, en particulier l’ élément sensitif, est conçu pour transmettre ou émettre, un signal de détection en réponse à une action réalisée par l’opérateur. Une telle action réalisée par l’opérateur peut être un appui, un contact, un mouvement, une force appliquée par l’opérateur sur le capteur. Plus généralement, l’action réalisée par l’opérateur constitue une interaction entre l’opérateur et l’ élément de préhension 10 saisie par le capteur, notamment l’ élément sensitif, préférentiellement la matrice d’ au moins un capteur, notamment la matrice d’au moins un élément sensitif.

Le capteur peut être de type capacitif, résistif ou inductif.

L ’interface homme-machine 1 comprend également des moyens de calcul configurés pour déterminer une position d’ au moins une surface d’interaction entre l’opérateur et l’ élément de préhension 10, correspondant notamment à celle dans laquelle le capteur émet ou transmet le signal de détection.

Les moyens de calculs sont, par exemple, des moyens logiciels dûment programmés pour déterminer la position du capteur émettant ou transmettant le signal de détection.

La position du capteur, en particulier de l’ élément sensitif, émettant ou transmettant le signal de détection est déterminée grâce à un adressage unique du capteur.

Les moyens de calcul peuvent être compris physiquement dans l’interface homme-machine 1 ou être déportés dans un calculateur relié à l’interface homme-machine 1 , en particulier à la matrice de capteurs ou d’ éléments sensitifs et à l’ élément de préhension 10.

Les moyens de calcul peuvent également être configurés pour déterminer si la commande transmise, respectivement les commandes transmises, est intentionnelle ou accidentelle. En effet, l’ élément de préhension 10 peut être touché sans réellement être saisi. Ceci est, par exemple, le cas lors d’un mouvement erroné de l’opérateur, sans que ce dernier n’ ait l’intention de générer une commande.

A cet effet, l’interface homme-machine 1 , notamment l’ élément de préhension 10, comporte au moins une première zone prédéfinie 1 1. La première zone prédéfinie 1 1 permet de déterminer si un organe de l’opérateur, avantagent une main de l’opérateur, est posée sur l’ élément de préhension 10 dans une surface d’interaction.

En particulier, en fonction d’une position de la surface d’interaction avec l’opérateur et d’une position de la première zone prédéfinie 1 1 , les moyens de calcul comparent la position de la surface d’interaction avec l’opérateur avec la position de la première zone prédéfinie 1 1. Selon l’invention, il est déterminé si un recouvrement, au moins partiel, de la première surface prédéfinie 1 1 est réalisé par la surface d’interaction avec l’opérateur.

L ’interface homme-machine 1 permet ainsi de discriminer entre une erreur de manipulation et une commande intentionnelle de sorte à assurer la sécurité de fonctionnement du véhicule ou du dispositif commandé. En d’ autres termes, il est possible de déterminer de façon transparente pour l’opérateur si une commande engagée par l’intermédiaire de l’interface homme-machine 1 est une commande volontaire ou une erreur de manipulation. Si la commande est intentionnelle ou volontaire, les moyens de calcul autorisent la transmission de commandes par l’interface homme-machine 1 . Selon le domaine d’utilisation de l’interface homme-machine 1 , la condition de détection de commande volontaire peut être limitée à certaines commandes de l’interface homme-machine 1.

Dans un mode de réalisation particulier, la première zone prédéfinie 1 1 est généralement la partie de l’interface homme-machine 1 en contact avec une paume de la main de l’opérateur.

Pour un élément de préhension 10 de type poignée ou joystick, il s’ agit généralement d’une base de l’ élément de préhension 10 sur laquelle est appuyée la paume de la main de l’opérateur. Elle peut être complétée par des zones d’ appui latéral et/ou des zones d’opposées.

Pour un élément de préhension 10 de type manche de commande de poussée, il s ’ agit généralement d’une partie supérieure de l’ élément de préhension 10 sur laquelle repose la paume de la main de l’opérateur.

Ainsi agencé, une fonction de détection de la main de l’opérateur est ainsi réalisée.

L ’interface homme-machine 1 , notamment l’ élément de préhension 10, peut comporter au moins une deuxième zone prédéfinie 12a, notamment deux deuxièmes zones prédéfinie 12a et 12b.

La deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, permet la réalisation de commande associée à des boutons, des commutateurs ou des contacteurs traditionnels.

La réalisation d’une commande traditionnellement associée à des boutons, des commutateurs ou des contacteurs peut être ainsi accomplie de façon virtuelle en déterminant un contact et/ou un appui sur la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b.

Avantageusement, la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, est distincte de la première zone prédéfinie 1 1 participant à la fonction de détection de la main de l’opérateur. Pour réaliser une commande traditionnellement associée à des boutons et des commutateurs, les moyens de calcul de l’interface homme-machine 1 peuvent également être configurés pour déterminer si la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, de l’interface homme-machine 1 est comprise, au moins partiellement, dans la surface d’interaction avec l’opérateur.

A cet effet, les moyens de calcul comparent la position de la surface en contact avec l’opérateur avec une position de la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b.

Selon l’invention, il est déterminé si un recouvrement, au moins partiel, de la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, est réalisé par la surface d’interaction avec l’opérateur.

S ’il résulte qu’un tel recouvrement est réalisé, les moyens de calcul émettent ou transmettent alors la commande associée à la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement à la deuxième zone prédéfinie 12b, dont la position est comprise au moins partiellement dans la surface d’interaction avec l’opérateur.

Ainsi, l’ émission et/ou la transmission de la commande associée à la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement à la deuxième zone prédéfinie 12b, est réalisée de façon similaire celle d’un appui sur un bouton, un commutateur ou un contacteur traditionnel d’une interface de commande classique.

Il est possible de définir plusieurs contacteurs virtuels sur l’ élément de préhension 10 de l’interface homme-machine 1 , ainsi que plusieurs types de contacteurs. Il est également possible de déterminer s’ils sont actionnés.

Différents types de contacteurs virtuels peuvent être définis, comme des poussoirs, des interrupteurs à deux positions, des contacteurs à quatre directions ou des contacteurs analogiques multidirectionnels. L ’interface homme-machine 1 peut également comprendre au moins un contacteur directionnel déterminant une direction et/ou une amplitude d’un mouvement appuyé de l’opérateur en fonction d’une position d’origine, d’une position de fin du mouvement appuyé et de la position de la zone prédéfinie. Le contacteur directionnel peut être de type à deux positions tel qu’un interrupteur, à quatre positions ou multidirectionnel.

Avantageusement, le contacteur directionnel est associé à la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, et/ou les deuxièmes zones prédéfinies 12a et 12b.

Les figures 1 et 2 illustrent de modes de réalisation comportant deux deuxièmes zones prédéfinies 12a et 12b, pouvant être associées respectivement à des contacteurs différents et/ou à des commandes distinctes.

Il est également possible de transmettre ou d’ émettre une commande associée à interaction simultanée, notamment un appui simultané, sur au moins deux zones prédéfinies de l’interface homme- machine 1 , telles que la première zone prédéfinie 1 1 , la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, et/ou les deuxièmes zones prédéfinies 12a et 12b .

Dans un autre mode de réalisation, l ’interface homme-machine 1 comprend au moins une couche informative permettant d’informer l’opérateur de la position et/ou de la commande associée à au moins une zone prédéfinie, telle que la première zone prédéfinie 1 1 , la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, et/ou les deuxièmes zones prédéfinies 12a et 12b.

Une telle couche informative peut comprendre une indication, notamment graphique, de délimitation de la zone prédéfinie et/ou de commande associée à la zone prédéfinie.

L ’interface homme-machine 1 peut également comprendre des moyens d’ éclairage d’ au moins une zone prédéfinie permettant une mise en évidence et/ou un retour d’information visuelle lié à la commande, une disponibilité et/ou une activation de la commande.

Dans un cas particulier, les moyens d’ éclairage peuvent être des diodes électroluminescentes. On peut alors avantageusement les combiner à une couche à cristaux liquides. Selon cette configuration particulière, il est alors possible de combiner la fonction d’ éclairage et la fonction d’information de la couche informative.

Alternativement, des dispositifs auto-émissifs, par exemple de type OLED, acronyme pour « Organic Light-Emitting Diode » en anglais, peuvent être employés pour combiner la fonction d’ éclairage et la fonction d’information dans une seule couche.

Par ailleurs, l’interface homme-machine 1 peut comprendre des moyens de retour d’informations, notamment des moyens de retour d’information haptique. Les moyens de retour d’informations permettent de prévenir l’opérateur sur la commande associée à la zone prédéfinie.

Les moyens de retour d’informations permettent notamment d’informer l’opérateur sur une activation, une indisponibilité ou une erreur liée à la commande associée à la zone prédéfinie.

Un retour d’information, notamment un retour d’information haptique, peut être limité à la deuxième zone prédéfinie 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, ou associée à toute ou partie de l’interface homme-machine 1 , notamment de l’ élément de préhension 10.

La première zone prédéfinie 1 1 et la deuxième zone prédéfinies 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, sont définies de façon décorrélée d’une structure physique de l’ élément de préhension 10 de l’interface homme-machine 1. En conséquence, la position de la première zone prédéfinie 1 1 et de la deuxième zone prédéfinies 12a, respectivement la deuxième zone prédéfinie 12b, peut être modifiée en fonction du dispositif ou du véhicule auquel l’interface homme-machine 1 est connectée, ou être modifiée en cours de fonctionnement en fonction de paramètres extérieurs.

Par exemple, les commandes de l’interface homme-machine 1 peuvent changer en fonction de la phase de vol d’un aéronef, de sorte à rendre prioritaire l’ accès aux commandes pertinentes pour la phase de vol considérée.

Différents modes de réalisation ont été décrits ci-dessus de façon indépendante. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment et fournis uniquement à titre d'exemple. On comprendra néanmoins qu’ils peuvent être employés séparément ou combinés ensemble en fonction de l’utilisation envisagée de l’interface homme-machine 1 . L ’invention englobe diverses modifications, formes alternatives et autres variantes que pourra envisager l'homme du métier dans le cadre de l ’invention et notamment toutes combinaisons des différents modes de fonctionnement décrits précédemment, pouvant être pris séparément ou en association.