mesure de visibilité pour tester l'efficacité d'un système d'essuyage

(English Version : HERE)

Un système d'essuyage moderne sur un véhicule est constitué de plusieurs modules (moteurs, pare-brise dont l'état de surface est travaillé, bras, caoutchouc, capteur de pluie, capteur de luminance, logiciel de déclenchement automatique de l'essuyage, ...).

Si l'on considère 6 éléments pouvant prendre chacun 10 références (ou réglages, ou positions) différentes, alors on obtient dix puissance six croisements possibles, c'est-à-dire 1 million de systèmes d'essuyage différents à partir des mêmes organes constituants.

On se doute que cette combinatoire est difficile à tester de manière exhaustive ...

Par ailleurs, puisque l'essuyage est destiné à restaurer notre visibilité, il est important de noter que les perturbations de visibilité dues à la pluie sont plus ou moins ressenties en fonction de caractéristiques de la scène routière : niveau d'éclairement, direction de l'éclairage, taille des gouttes de pluie, pluviométrie, vitesse du véhicule, marquages au sol, ... Là encore, les situations de vie sont très nombreuses, si bien que le croisement (caractéristique de l'essuyage) x (situation de vie) donne lieu à un très grand nombre de cas (supérieur à dix puissance dix). Le test de cette combinatoire est d'autant plus complexe que la route est un domaine ouvert où la lumière, la pluie ... ne sont pas maîtrisées, mais subies.

Pour tester de manière industrielle un système d'essuyage, il est nécessaire de maîtriser les perturbations de visibilité dues à la pluie (machine de pluie artificielle représentative et reproductible), et de disposer d'un banc de test sur lequel on peut appliquer des plans d'expériences (fractionnaires orthogonaux) afin de modéliser l'impact des réglages du système d'essuyage sur la visibilité.

La société NEXYAD a développé un outil de mesure de la visibilité. Cet outil (nommé VisiNex : http://www.visinex.net/) est basé sur un modèle fréquentiel de la vision humaine (au sens de la fréquence angulaire) : le cerveau humain a besoin d'un compromis différent entre contraste et profondeur de luminance (nombre de bits pour une image numérique), en fonction de la taille des objets. Ainsi est-on capable de détecter une étoile dans le ciel noir (taille très faible, nombre de niveaux de lumière égal à deux et donc très faible, contraste très fort) et des nuages gris dans un ciel gris (taille très grande, nombre de niveaux de gris très important qui permet de percevoir des dégradés très fins, contraste très faible).

 
contraste très faible (pas de contour et pourtant on                contraste très fort (formes délimitées par un bord
voit clairement les formes des nuages).Image très                 franc). Image très pauvre en niveaux de gris.
riche en niveaux de gris.

La comparaison entre le contraste disponible dans la scène observée et le contraste nécessaire pour "voir" permet de déterminer la plus haute fréquence angulaire détectable, ce qui correspond au niveau de détail le plus fin que l'être humain puisse percevoir. Ce contraste nécessaire dépend fortement de la taille des objets à détecter, et des conditions générales d'éclairement.

Bien sûr, le contraste disponible perçu varie lui aussi en fonction du niveau de lumière ambiante, et d'autres paramètres physiques ... et aussi de la personne (myopie, etc ...).

Pour un objet donné, la fréquence angulaire la plus élevée qui soit "visible" correspond à l'éloignement maximal de cet objet qui permette encore de le détecter. On définit ainsi une distance de visibilité.
Sur ce modèle, se greffent les critères de Johnson qui permettent de déterminer si, en plus de détecter un objet, on peut le reconnaître (exemple : c'est une voiture), puis l'identifier (c'est tel modèle de voiture).

NEXYAD définit aussi une mesure de la "facilité" à détecter des objets, le Visual Quality Score (VQS), défini comme la quantité de contraste utile disponible.
Les mesures effectuées par NEXYAD se basent sur des modèles développés par la DoD des USA depuis les années 60, validés sur des panels d'observateurs/de veilleurs humains, sur des problématiques de détection d'objets militaires (des chars, en particulier). Par construction, la mesure utilisée par NEXYAD est corrélée à 100% avec l'impression humaine. NEXYAD a récemment participé à un programme de recherche labellisé par le pôle de compétitivité Mov'eo (projet SURVIE, co financé par le FUI), avec les partenaires AXIMUM, IFSTTAR, OKTAL, SAINT GOBAIN, VALEO, et il a été validé que la corrélation est identique pour des objets routiers (voitures, piétons, marquages au sol).

Les principes des modèles utilisés par NEXYAD sont publiés (thèses des années 70 ...) et NEXYAD a publié des applications au test des essuie-glaces et aussi à leur pilotage onboard (publication ITS Madrid, 2003) comme une alternative aux capteurs de pluie (il s'agit d'utiliser une caméra focalisée sur la scène routière, et non sur le pare-brise, ce qui permet d'utiliser cette caméra pour d'autres fonctions ADAS : cette caméra mesure à chaque instant la visibilité, et évalue comment celle-ci est améliorée - ou pas - à chaque passage de balai).

ref : 
 - On board visibility evaluation for car safety applications : a human vision modelling approach, Gérard Yahiaoui, Pierre Da Silva Dias, conference ITS Madrid, Nov. 2003
 - Mesure de Visibilité, final report of the French research program PREDIT / ARCOS 2004, NEXYAD
 - Mesure de Visibilité, final report of the French research program PREDIT / SARI 2008, NEXYAD
 - Programme de recherche SURVIE (Mov'eo) sur la mesure de visibilité avec VisiNex, poster at Carrefours du PREDIT, 7 & 8 Oct 2013, Paris

Les principales difficultés de mise en oeuvre de ces modèles de mesure de la visibilité sont :
 - d'une part que les valeurs des modèles et de leurs fluctuations avec les paramètres physiques et physiologiques ne sont que partiellement et parcellairement publiés
 - d'autre part, que le rapport signal sur bruit dépend beaucoup de la qualité de l'étalonnage et de la calibration (qui doit permettre un "bonne mesure", sensible, et répétable).

L'outil VisiNex de la société NEXYAD a été utilisé pour tester l'efficacité du système d'essuyage par des Equipementiers (références : Robert BOSCH GmbH, VALEO), et par des constructeurs automobiles (PSA Peugeot Citroën, TOYOTA).

Sur le graphique ci-dessous, on voit la visibilité grimper à chaque coup de balai puis décroître à nouveau avec la pluie :

Sur ce shéma, on visualise l'évolution du VQS au court du temps pendant un cycle arrosage (pluie artificielle) et essuyage.
La courbe bleue est obtenue avec des balais neufs, la rouge avec des balais usés.

On voit que la visibilité (représentée par le VQS) est maximale avant que la pluie se déclenche. La pente de décroissance dépend du type et de la force de la pluie (plus il pleut moins on voit, plus les gouttes sont fines plus elles perturbent la visibilité au travers du pare-brise). Lorsque la pluie s'arrête, les courbes remontent jusqu'a leur valeur max et l'on arrête l'essuyage. Enfin, après un plateau sec, la pluie se déclenche à nouveau sans essuyage.

On comprend qu'un tel outil de mesure permet :

 - de tester des systèmes concurrents
 - de régler un système d'essuyage et d'en optimiser l'efficacité

VisiNex est utilisé de manières différentes (avec des procédures de tests différentes) pour tester point par point puis globalement un système d'essuyage. Les valeurs de mesures quantitatives de la visibilité servent à écrire les cahiers des charges (cliquez sur le graphique pour l'agrandir) :

Graphique : utilisation de VisiNex (mesure de visibilité) dans le cycle en V

- plan d'expériences n°1 : essuyage sur un pare brise de référence, à vitesses choisies constantes, avec des balais concurrence et le nouveau balai. Vérification de la bonne restauration de visibilité sur un ensemble de pluies artificielles de référence

- plan d'expérience n°2 : envoi de pluies de référence et enregistrement de la sortie du capteur de pluie. Parallèlement à cet enregistrement, mesure de visibilité par VisiNex, et comparaison des courbes : sortie du capteur de détection de pluie vs évolution de la visibilité (le but fonctionnel étant bien que le capteur de pluie capte indirectement la baisse de visibilité due à la pluie).

 - plans d'expériences n°3 : envoi de pluies de référence et application des stratégies d'essuyage. Validation de la restauration de visibilité pour chaque pluie grâce à la stratégie d'essuyage (là, il y a beaucoup à gagner en adaptant la stratégie au juste nécessaire pour récupérer la visibilité : optimisation en termes de durée de vie moteurs et consommation électrique).

 - plans d'expériences n°4 : envoi de scénarios dynamiques d'évolutions de lumière et de pluie (simulation d'une entrée de tunnel, d'une sortie de tunnel, d'un démarrage de pluie d'orage, d'un nuage de type "on double un camion", ...), système d'essuyage réglé sur "automatique", et enregistrement de l'évolution de la visibilité au cours du temps.

Le gain de temps et de performance permet de gagner en compétitivité.

Pour plus d'information, consulter le site de NEXYAD :

 - VisiNex : http://nexyad.net/Automotive-Transportation/?page_id=159

 

 - machine de pluie RainNex : http://nexyad.net/Automotive-Transportation/?page_id=151

 - Nexyad Automotive & Transportation : http://www.nexyad.net/Automotive-Transportation

 - Nexyad Testing : http://nexyad.net/NonDestructiveTesting/

Contact : sales@nexyad.net