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WO 2022/136771
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DESCRIPTION
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
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disposée devant la poignée qui doit être maintenue tirée pour valider les
commandes.
Les techniques actuellement mises en oeuvre 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 couteuse.
De l'état de la technique antérieure, on connait un dispositif
d'application d'effort pour un mini-manche actif. La demande de brevet
Français 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 FBW pour Fly-by-Wirc en anglais. Un tel mini-
manche 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
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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
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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
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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
5
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
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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
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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
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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 11.
La première zone prédéfinie 11 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 11, les moyens de calcul comparent la position de la surface
d'interaction avec l'opérateur avec la position de la première zone
prédéfinie 11. Selon l'invention, il est déterminé si un recouvrement, au
moins partiel, de la première surface prédéfinie 11 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.
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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 11 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 11 participant à la fonction de détection de la
main de l'opérateur.
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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
5
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.
10 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
multidirec tionnels.
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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 dc la
position de la zone prédéfinie. Le contacteur directionnel peut être de
type à deux positions tel qu'un interrupteur, à quatre positions ou
mu ltid irectionnel.
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 11, 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 11, 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
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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 hapti que. 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 11 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 11 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
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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.
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