DANS L’HABITACLE DU VEHICULE

L’invention concerne en général les véhicules embarquant un système de projection lumineuse dans l’habitacle dudit véhicule et se rapporte en particulier à un véhicule embarquant un système de projection lumineuse permettant de lutter efficacement contre le mal des transports.

Le système visuel périphérique est très sensible à la détection du mouvement visuel du corps propre. Le défilement d’un flux visuel sur la rétine renvoie naturellement une information très fine du mouvement physique (tête et corps) de son observateur par rapport à son espace d’évolution (son environnement). L’absence de mouvement locomoteur propre (comme dans un véhicule, notamment un véhicule automobile), peut entraîner une désorientation pouvant s’accompagner de vertiges et de nausées, autant de désagréments qui sont regroupés sous l’appellation « mal des transports ».

Il existe différents systèmes permettant de lutter contre le mal des transports basés sur une prédiction des futurs mouvements du véhicule qui sont restitués visuellement aux occupants du véhicule, dans un repère terrestre.

On connaît notamment du document DE102007037852A un système mettant en œuvre un dispositif de restitution visuelle dynamique du mouvement du véhicule, destiné à produire, en temps réel, une image, un effet visuel ou flux optique semblable à ceux observés par un utilisateur regardant à l’extérieur du véhicule.

II met en œuvre un écran ou zone de vidéo-projection permettant la diffusion de l’image de la route en temps réel (par exemple, disposé à l’arrière d’un dossier de siège avant ou d’appuie-tête pour les passagers arrière), un dispositif de reproduction visuel du mouvement (restitution de la dynamique et/ou de la direction du mouvement via des diodes lumineuses disposées à l’arrière d’un dossier de siège avant ou d’appuie-tête pour les passagers arrière), et des rampes de diodes lumineuses (ou matrices de diodes) intégrées dans l’habitacle du véhicule. Le document WO2017176920A décrit un système de groupement de sources de lumière configurées pour délivrer en sortie des stimuli visuels présentés dans un champ de vision de l’utilisateur.

Il décrit en outre un dispositif de commande délivrant un signal de commande au système de groupement de sources de lumière de manière à imiter l’entrée visuelle que l’on recevrait si l’occupant du véhicule regardait à l’extérieur du véhicule.

Il met en œuvre des lunettes portant une matrice de diodes lumineuses sur les branches.

Ces systèmes permettent de restituer à l’occupant une vision de la route sur un écran (via une caméra vidéo scrutant la scène routière devant le véhicule), et/ ou à ses caractéristiques spatiales et dynamiques (via la présentation d’un effet visuel ou d’un flux optique codant par exemple la direction du mouvement, les variations de vitesse, d’accélération de manière à réduire ainsi ou prévenir les symptômes du mal des transports. Néanmoins, l’efficacité de ce procédé est limitée par :

- la taille réduite du champ visuel de projection (écrans LCD) qui d’une part exclut la vision périphérique, et d’autre part nécessite une focalisation attentionnelle sur l’écran et exclut de ce fait l’exécution d’autres tâches visuelles en parallèle.

- le caractère potentiellement perturbateur de l’affichage d’un flux visuel dynamique. Le mouvement ou flash des diodes peuvent agir comme un distracteur et nuire à la sécurité et/ou au bienêtre des utilisateurs.

- le caractère potentiellement invasif pour la rétine des systèmes comportant des assemblages de diodes lumineuses ;

- l’obligation de porter des lunettes dans le cas du dispositif embarqué sur l’occupant.

L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation en utilisant une projection d’un motif lumineux qui n’affecte pas le champ de vision direct des occupants du véhicule et qui s’affranchit d’autre part des réflexions sur les surfaces vitrées du véhicule (pare-brise, vitres latérales, miroir de rétroviseur...).

Contrairement aux solutions existantes, la présente invention fait appel à des principes sensoriels simples et non invasifs pour les occupants. Il ne nécessite donc pas la mise à disposition d’équipement supplémentaire (comme des lunettes ou un écran vidéo) et permet de laisser tout un chacun libre d’exercer n’importe quel type d’activité courante dans l’habitacle (lire, regarder un film, jouer...).

Le conducteur peut en bénéficier également dans le cas où la conduite du véhicule est opérée par le mode autonome

La présente invention se base sur un renforcement visuel du référentiel gravitaire (repère terrestre) par lequel le déplacement relatif d’un stimulus visuel dans l’habitacle permet aux occupants du véhicule de mieux appréhender les mouvements du véhicule et réduire ainsi ou prévenir les symptômes du mal des transports.

Le déplacement relatif du stimulus visuel dans l’habitacle est interprété par un occupant du véhicule comme un mouvement de son propre corps dans l’espace. Il pourra alors fournir, de manière complètement naturelle et inconsciente, les ajustements posturaux adaptés aux mouvements réels du véhicule et donc ne pas subir les contraintes inertielles de ce dernier. La perception au plus juste du mouvement physique de la voiture est une solution clé pour lutter contre l’émergence du mal des transports.

La présente invention vise à considérer le problème du mal des transports à sa source.

Elle propose notamment à cet effet un véhicule, comportant un habitacle apte à recevoir des occupants et dans lequel est implanté un système de projection lumineuse, ledit système comportant un dispositif de projection apte à projeter au moins un motif lumineux à l’intérieur de l’habitacle, couplé à un dispositif gyroscopique, un dispositif de suivi des mouvements du véhicule et un dispositif de pilotage apte à commander le dispositif de projection et le dispositif gyroscopique en fonction des mouvements du véhicule ; ledit dispositif de projection projetant le motif lumineux sur au moins une surface non réfléchissante de l’habitacle, dans au moins une direction déterminée par le dispositif de pilotage, et en dehors de la zone des yeux des occupants présents dans l’habitacle du véhicule.

Selon une caractéristique, le motif lumineux forme un nuage de points lumineux.

Selon une autre caractéristique, la direction de projection du motif lumineux est opposée à celle du mouvement du véhicule.

Selon autre caractéristique, le dispositif de projection est couplé mécaniquement au dispositif gyroscopique via un dispositif de stabilisation multiaxe permettant de compenser les mouvements physiques du véhicule en fonction des informations délivrées par le dispositif de pilotage.

Selon une autre caractéristique, le dispositif de pilotage pilote la direction de la projection de manière à compenser en temps réel ou de manière anticipée les mouvements physiques du véhicule.

Selon une autre caractéristique, le dispositif de projection comporte une source lumineuse à une ou plusieurs LEDs ou une source laser.

Selon une autre caractéristique, le dispositif de projection comporte une source lumineuse et un masque disposé devant la source lumineuse ; le masque comportant une pluralité de trous.

Selon une autre caractéristique, le dispositif de projection, mobile en rotation, comporte une source lumineuse et au moins un dispositif réfléchissant, disposé en regard de la source lumineuse apte à réfléchir la lumière à la manière d’une boule à facettes.

Selon une autre caractéristique, le dispositif de projection comporte un vidéoprojecteur apte à projeter une ou plusieurs images fixes ou animées.

Selon une autre caractéristique, le véhicule comporte un dispositif de détection des surfaces réfléchissantes de l’habitacle ainsi que la zone des yeux des occupants de manière à définir des zones d’ombre dans la zone de projection correspondant aux surfaces réfléchissantes et la zone des yeux.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels les figures illustrent schématiquement et fonctionnellement :

- les figures 1 et 2, un mode de réalisation d’un système de projection lumineuse embarqué dans un véhicule selon l’invention ; et

- la figure 3, un exemple de répartition spatiale des motifs lumineux projetés à l’intérieur de l’habitacle du véhicule selon l’invention.

Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule est de type automobile. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule comportant un habitacle prévu pour recevoir des occupants transportés par le véhicule. Par conséquent, elle concerne tout aussi bien les véhicules terrestres, que les véhicules fluviaux (ou maritimes), et les véhicules aériens ou spatiaux.

Le système de projection comporte un dispositif de projection couplé à un dispositif gyroscopique.

Le dispositif de projection comporte une source lumineuse pour produire un motif lumineux destiné à tapisser tout ou partie des surfaces intérieures de l’habitacle, ceci de manière à occuper un large espace visuel à trois dimensions permettant une perception du mouvement optimale via la vision périphérique (ambiance boule à facette).

Le dispositif gyroscopique est agencé pour supporter le poids du dispositif de projection et maintenir son orientation stable dans un espace gravitaire (axe vertical du dispositif de projection toujours aligné avec la verticale gravitaire, son axe horizontal toujours perpendiculaire à la gravité).

Plusieurs possibilités sont envisagées pour permettre les techniques de stabilisation (décrites ci-après).

Le système de projection ainsi constitué permet de maintenir le motif lumineux projeté stable dans un référentiel terrestre, indépendamment du mouvement du véhicule. Lors du mouvement du véhicule, le motif lumineux projeté devient stable par rapport à l’environnement extérieur mais mobile dans le référentiel du véhicule et renseigne les occupants sur la dynamique de mouvement du véhicule.

Dans un premier mode de réalisation, les deux dispositifs sont couplés physiquement entre eux (montage de l’un sur l’autre). Dans ce cas, le dispositif de projection lumineuse est physiquement couplé au dispositif gyroscopique via un dispositif de stabilisation mécanique.

Dans un autre mode de réalisation, les deux dispositifs sont physiquement séparés (deux dispositifs indépendants: dispositif de projection et dispositif gyroscopique séparés), mais l’information de mouvement du véhicule issus du dispositif gyroscopique est réinjecté électroniquement dans le dispositif de pilotage du dispositif de projection pour lui permettre d’être stabilisé dans un référentiel gravitaire. Dans ce cas, les données de mouvement du véhicule dans le référentiel gravitaire sont directement extraites du ou des dispositifs gyroscopiques déjà existant dans le véhicule et réinjectées via un algorithme de mouvement dans le dispositif de projection.

On décrit ci-après le fonctionnement d’un stabilisateur gyroscopique multiaxe :

Un stabilisateur gyroscopique deux axes permet de suivre les mouvements du véhicule en tangage (rotations autour de l’axe latéral du véhicule = accélérations rotationnelles qui rendent compte du freinage et des accélérations du véhicule) et en roulis (rotations autour de l’axe longitudinal du véhicule = accélérations rotationnelles qui rendent compte, de manière moins marquée que le lacet, de la prise de virage du véhicule). Dans ce cas de figure, les mouvements du véhicule qui correspondent aux mouvements de lacet (rotation autour de l’axe vertical du véhicule = accélérations rotationnelles qui rendent compte de manière plus marquée de la dynamique de virage) ne sont pas représentés.

Un stabilisateur gyroscopique trois axes permet de suivre également les mouvements en lacet (rotation autour de l’axe vertical du véhicule) en plus des mouvements du véhicule en roulis et en tangage (cf. stabilisateur deux axes).

Dans ce cas de figure, les mouvements du motif lumineux projeté rendent compte de manière plus marquée de la dynamique du véhicule lors de la prise de virage.

Les mouvements du motif lumineux projeté à l’intérieur de l’habitacle prennent en compte les mouvements de rotation du véhicule autour des trois axes X (longitudinal), Y (latéral) et Z (vertical) qui définissent un référentiel tridimensionnel habituellement utilisé pour représenter un véhicule dans l’espace. L’origine du référentiel est située généralement à proximité du centre de gravité du véhicule. Les trois types de mouvement (rotations) autour des axes X, Y et Z sont désignés respectivement par roulis, tangage et lacet.

Roulis : En cas de virage à droite (rotation dans le sens horaire lorsqu’on est face à la route), le motif lumineux projeté sur les parois penche vers la gauche de l’habitacle autour d’un axe sagittal (rotation du motif lumineux dans le sens antihoraire) proportionnellement à la dynamique du véhicule ; et ceci réciproquement lors d’un virage à gauche.

Tangage : En cas de freinage (tangage avant), le motif lumineux projeté monte sur les parois de l’habitacle proportionnellement à la dynamique du véhicule. De même que, lors d’une accélération (tangage arrière), le motif lumineux descend.

Lacet : En cas de virage à droite (lacet dans le sens horaire lorsqu’on regarde le véhicule depuis le dessus), le motif lumineux projeté sur les parois dévie vers la gauche de l’habitacle autour d’un axe vertical proportionnellement à la dynamique du véhicule ; et ceci réciproquement lors d’un virage à gauche.

Dans le cas d’une dynamique plus complexe combinant les mouvements de tangage, de roulis et/ou de lacet, l’ensemble de la dynamique du véhicule est restitué visuellement par le mouvement du motif lumineux qui s’opère là aussi dans le sens opposé au mouvement du véhicule. Quel que soit le mouvement du véhicule, le motif lumineux reste projeté dans référentiel terrestre pour l’ensemble des deux ou trois axes : tangage, roulis / ou tangage, roulis et lacet.

Le mouvement du motif lumineux est considéré à « accélération dépendante ». Cela signifie qu’à vitesse constante, il n’y a pas de mouvement du motif lumineux. On limite ainsi le mouvement principalement aux variations d’accélération.

Dans une autre hypothèse envisageable le mouvement du motif lumineux pourrait être à « vitesse dépendante », permettant de restituer également une dynamique de vitesse à travers un défilement permanent du motif lumineux. On peut également envisager de coupler transitoirement les deux possibilités (accélération et vitesse). Dans cette hypothèse, la dynamique de vitesse (qui peut présenter un caractère nauséogène) ne pourrait être restituée qu’à certains moments de la conduite.

L’idée supportée ici est de permettre aux occupants de percevoir visuellement les mouvements du véhicule dans un repère terrestre et de produire en conséquence en temps réel les ajustements posturaux adaptés aux mouvements du véhicule.

Deux types de dispositifs de pilotage de la stabilisation du dispositif gyroscopique sont envisagés par la présente invention :

Le premier type de pilotage est mécanique : il s’affranchit de toute source d'énergie pour son fonctionnement. Le pilotage consiste à compenser mécaniquement les mouvements physiques du véhicule et ne nécessite donc pas l’utilisation de sources extérieures, à l’image des systèmes stabilisateurs portatifs utilisés en cinéma et en télévision, permettant la prise de vues en « travellings » fluides, grâce à un système comportant généralement un harnais, un bras articulé, un système de stabilisation de caméra actif, mécanique.

Le deuxième type de pilotage est électronique : le pilotage de la stabilisation s’effectue via l’utilisation de modules électroniques externes :

- un premier module apte à détecter le mouvement du véhicule (ou les récupérer via des dispositifs gyroscopiques déjà implémentés dans les véhicules) et

- un deuxième module apte à restituer la compensation du mouvement souhaitée sur le dispositif de stabilisation.

Qu’il soit mécanique ou électronique, le dispositif de pilotage de la stabilisation vise à permettre aux occupants d’appréhender visuellement la dynamique de la voiture et de produire en conséquence les ajustements posturaux adaptés à ces mouvements.

Le dispositif de pilotage électronique permet en outre deux types de contrôle :

- un contrôle en temps réel Les mouvements du véhicule sont détectés en temps réel et permettent la projection du motif lumineux en temps réel dans le sens opposé aux mouvements du véhicule. Sans modification des lois de contrôle du dispositif de pilotage la finalité est identique à celle obtenue via le type de pilotage mécanique.

- un contrôle anticipé

Le but de ce contrôle est de pouvoir anticiper les futurs mouvements du véhicule (dans une fenêtre temporelle de quelques secondes ou centaines de millisecondes (fenêtre optimale de 250-350 ms d’après la littérature) et de contrôler avec un court délai d’avance, la projection des motifs lumineux avec un algorithme de compensation déterminé, sur les parois (surfaces non vitrées) de l’habitacle.

Le contrôle anticipé permet aux occupants de prédire visuellement via la projection des motifs lumineux, les futurs mouvements du véhicule et de produire en conséquence les ajustements posturaux (anticipés) adaptés à ces futurs mouvements.

Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement un exemple de véhicule selon l’invention, ici un véhicule automobile VA, embarquant un système de projection SP dans l’habitacle H d’un véhicule automobile VA.

Le système de projection SP comporte un dispositif de projection lumineuse DP monté de manière articulée sur un dispositif gyroscopique DG via un dispositif de stabilisation SM (ou stabilisateur gyroscopique) multiaxe (2 ou 3 axes) permettant de projeter un motif lumineux ML sur l’ensemble ou partie des surfaces de l’habitacle d’un véhicule VA en mouvement. Le motif lumineux projeté ML, représente par exemple un nuage de points lumineux qui sont agencés de manière à produire une impression visuelle à trois dimensions.

Le dispositif gyroscopique DG et le dispositif de projection DP sont implantés sous le pavillon PV du véhicule VA et de préférence dans la partie arrière du pavillon PV pour être en mesure de projeter le motif lumineux ML de manière optimale sur les surfaces extérieures des parois latérales de l’habitacle H, le reste du pavillon PV, l’arrière des sièges (dossier, appui-tête), la planche de bord du véhicule VA. Le système de projection SP comporte en outre un dispositif DS de suivi des mouvements du véhicule VA et un dispositif de pilotage DC apte à commander le dispositif de projection DP et le dispositif gyroscopique DG en fonction des mouvements du véhicule VA.

Le dispositif de projection DP est apte à projeter le motif lumineux ML sur les surfaces non réfléchissantes de l’habitacle H, dans des directions déterminées par le dispositif de pilotage DC, et en dehors de la zone des yeux des occupants présents dans l’habitacle H du véhicule VA.

La figure 3 illustre un exemple de couverture spatiale du motif lumineux ML dans l’habitacle d’un véhicule automobile. Cette couverture spatiale exclut les zones de projection sur les vitres pour éviter toute réflexion intempestive des sources de lumière (pare-brise, fenêtres et rétroviseur intérieur) ainsi que la zone des yeux, pour ne pas éblouir ou gêner les occupants.

Pour prendre en compte ces zones sensibles, les surfaces réfléchissantes ainsi que la zone des yeux sont par exemple préalablement identifiées de manière à définir des « zones d’ombre » dans la zone de projection que ce soit par des réglages préalables du système, des caches mécaniques.

Le système peut par ailleurs utiliser un dispositif d’identification et de traitement automatique des zones sensibles comportant un scanner qui scanne ces zones sensibles pour les rendre spécifiquement non concernées par la restitution lumineuse.

Dans un premier mode de réalisation, le dispositif de projection lumineuse, mobile en rotation, comporte une source lumineuse éclairant une sphère, surmontée de petits miroirs à la manière d’une boule à facettes. La réflexion de la lumière sur les miroirs génère par exemple le nuage de points 3D, destinée à tapisser l’intérieur de l’habitacle du véhicule (ambiance boule à facette).

Dans un deuxième mode de réalisation, la source lumineuse est constituée d’un ou plusieurs lasers produisant un ensemble de faisceaux laser projetés sur un miroir pivotant motorisé destiné à réfléchir le motif lumineux à l’intérieur de l’habitacle du véhicule (à l’instar des projecteurs laser multi- ambiance, dont la projection graphique peut être modulée et pilotée tel que décrit dans le document EP3004725A).

Dans un troisième mode de réalisation, le dispositif de projection lumineuse comporte une source lumineuse qui éclaire l’intérieur de l’habitacle depuis une ou plusieurs LEDs permettant d’afficher une structure visuelle dans l’habitacle.

Dans un quatrième mode de réalisation, le dispositif de projection lumineuse, mobile en rotation, comporte une source lumineuse qui éclaire l’intérieur de l’habitacle depuis un masque ou un filtre, criblé de petits trous Ainsi, le passage de la lumière à travers les petits trous crée une structure lumineuse particulière (par exemple, un nuage de points) sur les parois de l’habitacle du véhicule.

Dans un cinquième mode de réalisation, le système de projection lumineuse comporte un vidéoprojecteur qui permet de diffuser n’importe quel type de motifs lumineux, fixes ou animées, permettant d’apporter une structure lumineuse particulière sur les parois de l’habitacle (nuage de points, quadrillage, maillage, motif lumineux polarisée, paysage).

En synthèse, les avantages apportés par l’invention sont notamment :

- le système de projection peut s’intégrer facilement dans l’habitacle d’un véhicule existant, sans avoir besoin de l’intégrer dès la conception de l’habitacle ;

- faible coût de production (principe simple : structuration lumineuse + stabilisateur) ;

- adaptable (les zones de projections peuvent être adaptées pour ne concerner qu’une partie de l’habitacle) et actionnable à la demande ;

- pas invasif pour les occupants (ne se surajoute pas à leur équipement) et les laisse libres de réaliser n’importe quel type d’activité dans l’habitacle ; et

- peut se raccorder à une prestation de bien-être / détente, par la modulation personnalisable de la couleur ou de la forme de la structuration visuelle souhaitée (motif lumineux, icônes, vagues ...). Cette invention s’intégre parfaitement dans les problématiques du mal des transports et particulièrement au regard des nouveaux modes d’usage de la voiture suscités par le développement du véhicule autonome (les conducteurs deviendront concernés par le mal des transports : 90 % des occupants des véhicules seront désormais concernés).

Cette invention pourra également s’exporter vers d’autres marchés que celui de l’automobile car elle peut s’implémenter dans tous les modes de transport avec habitacle susceptibles d’occasionner le mal des transports (voiture, bus, train, bateau, avion...). En agissant directement à sa source, elle constitue à ce jour une contremesure prometteuse pour lutter efficacement contre le mal des transports.

Cette invention pourra également servir à fournir de l’information lumineuse relative à de l’aide à la conduite grâce à l’affichage de signaux d’alerte, de direction (voyants/ flèches...), etc., permettant de rediriger l’attention du conducteur vers la route en fonction de l’état de la route mais également de l’état détecté du conducteur (somnolence ...)

Cette invention pourra à l’inverse permettre aux occupants de se détacher de la tâche de conduite (contexte de conduite autonome) dans une optique de confort et de bienêtre avec des ambiances personnalisables.