Reduction of simulator sickness during long duration simulation for validation of autonomous vehicles

Le véhicule autonome est considéré comme l’une des innovations majeures de ces prochainesdécennies. Il est donc crucial de pouvoir évaluer et valider en amont les systèmesintelligents complexes mis en jeux dans ces futurs véhicules ainsi que leurs interactionsavec le conducteur. C’est pourquoi les outils de simulation sont privilégiés afin de pouvoirréaliser les milliards de kilomètres de roulage nécessaire, ainsi que les cas critiques, sansmettre en danger les usagers. La simulation de conduite driver-in-the-loop sera particulièrementutile afin d’étudier et de valider les phases de conduite hybride, comme ladélégation ou la reprise de conduite par le conducteur. Cependant, l’utilisation des simulateursde conduite immersifs est notamment limitée par le mal du simulateur. En effet,ce phénomène similaire au mal des transports peut affecter les performances et la tâchedu conducteur, ainsi que limiter le temps de simulation.Cette thèse « Réduction du mal du simulateur lors de la simulation longue durée pourla validation de véhicules autonomes » a été réalisée dans le cadre d’un contrat CIFREétabli entre les Arts et Métiers d’une part et le groupe Renault d’autre part. Dans unpremier temps, nous nous sommes intéressés à comprendre ce phénomène à travers lalittérature. Nous nous sommes particulièrement intéressés à ses origines ainsi qu’auxdifférents facteurs pouvant influer sur celui-ci. Ces analyses nous ont permis d’identifierdifférents leviers pouvant permettre de réduire le mal du simulateur. Nous réalisons,dans un second temps, une série d’expérimentations afin de tester et mettre en placenos solutions retenues. La première s’intéresse à l’effet d’ajout de modalités vibratoiresde la cabine. La seconde expérience s’applique à corriger un écart de latences entre ladynamique et le visuel. Finalement, la dernière étude s’intéresse aux déclenchements deréflexes oculaires inattendu, par les algorithmes de contrôle de mouvement.La thèse présentera les résultats expérimentaux de la réduction des symptômes demal du simulateur par l’intégration de vibrations ou de compensation de latences. Elleexposera également le déclenchement inopiné de mécanismes oculomoteurs pouvant êtresource d’oscillopsies, voire de symptômes de cinétose. Permettant ainsi des pistes d’améliorationssignificatives du mal de simulateur, afin de mener les campagnes d’analyses etde validation du véhicule autonome.Autonomous vehicles are considered to be the major innovation vehicle of the comingdecades. It is therefore crucial to be able to assess and validate upstream the complexintelligent systems involved in these future vehicles as well as their interactions with thedriver. This is why simulation tools are favored in order to be able to carry out thebillions of kilometers of driving required, as well as critical cases, without endangeringusers. The driving simulation driver-in-the-loop will be particularly useful in order tostudy and validate the phases of hybrid driving, such as the delegation or resumption ofdriving by the driver. However, the use of immersive driving simulators is particularlylimited by the simulator sickness. Indeed, this phenomenon, similar to motion sickness,can affect the driver’s performance and task of the driver, as well as limit the simulationtime.This thesis « Reducing simulator sickness during long-term simulation for autonomousvehicle validation » was carried out within the framework of a CIFRE contract betweenArts et Métiers on the one hand and the Renault group on the other hand. First, we wereinterested in understanding this phenomenon through the literature.We were particularlyinterested in its origins as well as the various factors that can influence it. These analyzesallowed us to identify different levers that could allow us to reduce the simulator sickness.We then carry out a series of experiments in order to test and implement our chosensolutions. The first experiment focuses on the effect of adding vibratory modalities of thecabin. The second one applies to correct a latency gap between the dynamics and thevisual. Finally, the last study is interested in the possible triggering of unexpected ocularreflexes by motion control algorithms.The thesis will present the experimental results of the diminution of symptoms ofsimulator sickness through the integration of vibrations or compensation of latencies. Itwill also expose the unexpected triggering of oculomotor mechanisms that can be a sourceof oscillopsias, or even symptoms of motion sickness. Thus allowing avenues for significantimprovements of simulator sickness, in order to conduct autonomous vehicle analysis andvalidation campaigns