Retour haptique dans l'interface homme-machine automobile : repenser l'interaction et la sécurité

1. Introduction
2. Valeur ajoutée du retour haptique dans les interfaces homme-machine automobiles
3. Principaux scénarios d'application
4. Mise en œuvre technique : Actionneurs piézoélectriques
5. Tendances futures
6. Conclusion

Introduction
Aujourd'hui, les véhicules électriques sont de plus en plus grands et les écrans et commandes physiques se font plus rares. C'est la tendance actuelle. Presque tous les grands constructeurs automobiles s'orientent vers un habitacle épuré et minimaliste. La console centrale, autrefois truffée de boutons, molettes et interrupteurs, est désormais dotée d'un grand écran tactile.
C'est impressionnant, certes, mais cela pose un réel problème aux conducteurs. Au volant, il est essentiel de garder les yeux sur la route. Avec des boutons physiques, plus besoin de chercher la bonne commande. On appuie sur un bouton, on sent un clic et on sait que l'action a été effectuée. C'est ce qu'on appelle la commande à l'aveugle. Il s'agit d'une fonction de sécurité fondamentale.
Les écrans tactiles annulent cette possibilité. Il faut regarder l'écran pour trouver le bon bouton, puis appuyer dessus, et enfin vérifier si l'action a été prise en compte. Cela détourne le regard de la route pendant plusieurs secondes. Des études ont montré qu'un simple coup d'œil hors de la route, même de deux secondes seulement, peut augmenter considérablement le risque d'accident.
C'est là qu'intervient le retour haptique. Le retour haptique désigne la vibration ou la résistance de l'appareil lorsqu'on le touche. Vos doigts reçoivent ainsi des informations sans que vos yeux aient besoin de les regarder. Vous touchez l'écran, la vibration le confirme et vous savez que l'action a bien été prise en compte. Vous pouvez donc garder les yeux sur la route.
Retour haptique Il ne s'agit pas d'une technologie nouvelle. On la voit utilisée depuis des années dans les smartphones. Mais son application correcte aux interfaces homme-machine automobiles (IHM) impose certaines normes de performance. La réponse doit être rapide. Le schéma de vibration doit être pertinent. Le matériel doit fonctionner dans des conditions de températures extrêmes. Les applications automobiles nécessitent une ingénierie bien plus poussée que l'électronique grand public.

L'importance clé du retour haptique dans les interfaces homme-machine automobiles
Chaque fois qu'un conducteur quitte la route des yeux, il y a un danger. Le retour haptique réduit la nécessité de regarder la route. Lorsqu'il appuie sur le bouton de volume de l'écran d'infodivertissement, une brève vibration l'avertit. Il n'a pas besoin de regarder l'écran pour confirmer l'action, ce qui lui permet de rester concentré sur la route. Cela réduit la charge cognitive et sauve des vies.
Au-delà de la sécurité, le retour haptique est un facteur de valeur pour la marque. Deux voitures peuvent être équipées du même matériel. Mais si l'écran tactile de l'une offre un clic net et précis à la pression d'un bouton, tandis que celui de l'autre émet une vibration sourde et générique, la sensation est radicalement différente. Les constructeurs automobiles consacrent beaucoup de temps à concevoir la fermeture d'une portière, le clic d'un bouton, la prise en main du volant. Le retour haptique représente l'étape suivante de cette expérience. La fréquence, la durée et l'intensité de cette vibration peuvent être finement ajustées pour refléter l'identité de la marque. Une voiture de luxe doit offrir des sensations différentes d'une berline sportive, même avec un écran identique.
Le retour haptique est un autre moyen de communiquer directement l'état du véhicule. Un avertisseur de franchissement de ligne n'a pas besoin d'émettre un signal sonore fort qui dérangerait tous les passagers. Le volant peut vibrer selon un schéma spécifique, ressenti uniquement par le conducteur. Il s'agit d'un signal privé et individuel. Le message parvient à la bonne personne, au moment opportun, sans bruit.

Principaux scénarios d'application
1. Écrans d'infodivertissement
L'utilisation la plus courante concerne l'écran tactile central. Les conducteurs s'en servent pour contrôler la navigation, la musique, la climatisation et les fonctions téléphoniques. Chaque interaction bénéficie d'une confirmation par retour haptique.
Lorsqu'un conducteur modifie la température à l'aide d'un curseur à l'écran, une série de brèves impulsions simule la rotation d'un bouton physique. Chaque impulsion correspond à un degré de variation. Le conducteur ressent le réglage sans regarder l'écran. Lorsqu'il sélectionne un élément du menu, une unique impulsion confirme sa sélection, remplaçant ainsi le clic mécanique d'un bouton physique.
Au final, l'anxiété liée aux erreurs de frappe diminue. Lorsqu'on appuie sur un bouton physique, on sait qu'on a bien cliqué grâce au clic audible et ressenti. Sans retour haptique, les utilisateurs d'écrans tactiles appuient souvent deux fois par inadvertance, car ils ne sont pas certains que la première pression ait été prise en compte. Le retour haptique dissipe ce doute.
2. Alertes de sécurité actives
Aujourd'hui, les véhicules sont équipés de nombreux systèmes d'aide à la conduite. L'alerte de franchissement de ligne détecte les franchissements de lignes. La détection d'angle mort repère les véhicules situés dans l'angle mort du conducteur. L'alerte de collision frontale détecte les obstacles devant le véhicule.
Ces systèmes doivent pouvoir avertir immédiatement le conducteur. Les alertes sonores sont utiles, mais peuvent surprendre les passagers ou être couvertes par une musique forte. Les alertes visuelles obligent le conducteur à regarder un voyant. Les alertes haptiques sont différentes : une vibration du volant est transmise instantanément et directement au conducteur. Impossible de la manquer. Le conducteur n’a besoin ni de regarder ni d’écouter. C’est le moyen de communication le plus direct.
Différents signaux d'alerte peuvent être utilisés pour communiquer différentes situations. Une pulsation lente peut indiquer la présence d'un véhicule dans l'angle mort. Des pulsations rapides peuvent signaler que la voiture dévie de sa voie. Les conducteurs apprennent rapidement ces signaux. Avec le temps, les vibrations deviennent des réflexes, à l'instar de la façon dont un conducteur expérimenté perçoit la route au volant.
3. Surfaces intelligentes et commandes secrètes
Certains designers automobiles souhaitent une esthétique sans boutons, interrupteurs ni molettes apparents. Seules les surfaces lisses et agréables au toucher sont permises. Ceci est rendu possible grâce à des panneaux tactiles capacitifs dissimulés sous des garnitures en tissu, en cuir ou en bois. Le panneau détecte le contact du doigt, tandis qu'un actionneur haptique situé sous la surface assure le retour tactile.
Les architectes d'intérieur bénéficieront ainsi d'une flexibilité maximale. Grâce à un panneau de porte, aucune commande n'est visible, tout en conservant une surface de contrôle complète. Lorsqu'il n'est pas utilisé, il s'intègre parfaitement à l'intérieur et s'apparente à une garniture haut de gamme. Pour baisser la vitre, le conducteur effleure la surface lisse de celle-ci, ressent une vibration de confirmation et la vitre descend.
Cette technologie est déjà présente dans les prototypes et les véhicules de luxe de série. Elle se généralisera à mesure que la tendance en matière de design intérieur évoluera vers des surfaces épurées.
4. X-by-Wire et retour d'information virtuel
Les voitures traditionnelles comportent des liaisons mécaniques entre la voiture et le conducteur. Le volant est relié physiquement aux roues avant par un arbre. La pédale de frein est reliée aux freins par des conduites hydrauliques. Le conducteur perçoit les conditions de la route grâce à ces liaisons.
Les véhicules modernes remplacent ces liaisons mécaniques par des signaux électroniques. La direction électrique (ou direction par câble) utilise le volant pour envoyer un signal interprété par un ordinateur qui actionne les moteurs et fait tourner les roues. Il n'y a pas d'arbre de transmission physique. Le freinage électrique (ou freinage par câble) fonctionne de la même manière.
Ces systèmes sont plus précis et offrent une plus grande flexibilité de conception. Cependant, ils éliminent le retour d'information naturel qui permet aux conducteurs d'appréhender la route. Un bon conducteur est capable de sentir quand les roues sont sur le point de perdre de l'adhérence, quand les freins atteignent leur limite, quand l'état de la chaussée change. Sans retour d'information mécanique, ces informations sont perdues.
Des actionneurs haptiques restituent artificiellement ces informations. Le système reçoit des données de capteurs concernant la route, l'adhérence et le freinage des pneus. Il convertit ces données en vibrations transmises par le volant ou la pédale de frein. Le conducteur perçoit ainsi les informations transmises par le système. Il s'agit d'une technique où l'information physique perdue est remplacée par des signaux physiques, en l'occurrence des signaux haptiques conçus sur mesure.

Mise en œuvre technique : Actionneurs piézoélectriques
Les actionneurs piézoélectriques présentent des avantages considérables pour les applications automobiles. Leur temps de réponse est inférieur à une milliseconde, ce qui rend la vibration quasi instantanée et directement liée à la sensation tactile. La consommation d'énergie est faible grâce à la nature capacitive du matériau piézoélectrique : un changement d'état nécessite de l'énergie, tandis que le maintien d'une position requiert très peu d'énergie. Ce point est crucial pour les véhicules électriques, où chaque watt compte.
Les actionneurs piézoélectriques sont très fins. Ils peuvent être montés directement sous une vitre ou sous une surface de quelques millimètres d'épaisseur. Ils produisent des vibrations nettes et précises sur une large gamme de fréquences. Un seul actionneur peut générer un claquement sec et puissant, un son pulsé et régulier, ou encore une texture sonore complexe, selon la forme d'onde appliquée.
Capteur Bestar est un fournisseur spécialisé dans les composants piézoélectriques haute performance pour applications exigeantes. Ses composants sont conçus pour répondre aux normes automobiles, offrant une résistance aux vibrations et aux chocs inhérente à une utilisation en véhicule, ainsi qu'une longue durée de vie en fonctionnement continu. Pour les constructeurs automobiles intégrant des interfaces haptiques, la fiabilité des actionneurs est essentielle pour atteindre ce niveau de performance.

Tendances futures
Retour haptique haute définition
Le retour haptique actuel dans les véhicules est principalement binaire : soit l’actionneur se déclenche, soit il ne se déclenche pas. La vibration transmet un message de « confirmation » ou d’« alerte ».
La nouvelle génération simulera les textures. Au lieu d'une simple vibration, la surface offrira des sensations tactiles différentes selon les matériaux. Naviguer dans un menu donnera l'impression de glisser le doigt sur une surface rugueuse. Le déplacement d'un curseur sera fluide au centre et offrira une légère résistance aux extrémités. Chaque zone de l'interface tactile procurera une sensation unique.
Pour cela, il est nécessaire de disposer d'un contrôle de haute précision des formes d'onde vibratoires et d'actionneurs haute résolution capables de reproduire des motifs complexes. Cette technologie est déjà disponible en recherche et équipera les véhicules de série d'ici quelques années.
Retour haptique adaptatif piloté par l'IA
Un schéma de retour haptique fixe fonctionne dans des conditions idéales. Or, les conditions de conduite réelles sont loin d'être idéales. Sur une route de gravier accidentée, les vibrations de l'ensemble du véhicule sont déjà importantes. L'alerte haptique doit alors être plus forte et plus perceptible. À vitesse élevée, l'attention du conducteur est davantage sollicitée et un retour haptique plus léger peut s'avérer nécessaire. En cas de freinage d'urgence, l'intensité du retour haptique doit augmenter automatiquement.
Les systèmes d'IA surveillent en permanence le contexte de conduite. La qualité de la chaussée est fournie par les données de suspension. La vitesse du véhicule est connue. Le niveau d'attention du conducteur est estimé à partir des mouvements du volant et des caméras de suivi oculaire. Le système de retour haptique exploite toutes ces données pour adapter dynamiquement l'intensité et le mode de retour.
Cela rend le retour haptique plus intelligent. Le système devient un meilleur communicateur car il s'adapte à la situation.
Fusion multimodale
La communication la plus efficace utilise plusieurs canaux simultanément. Lorsqu'un système de navigation souhaite informer le conducteur d'un virage à venir, il peut utiliser simultanément une flèche visuelle à l'écran, un signal sonore et une vibration haptique dans le volant. Ces trois signaux se renforcent mutuellement. Le conducteur reçoit ainsi le message de trois manières indépendantes.
Cette approche multimodale deviendra la norme pour la conception future des interfaces homme-machine (IHM) des véhicules. Chaque modalité a pour but de transmettre des informations spécifiques. Les signaux visuels affichent des détails, les signaux audio indiquent le niveau d'urgence et les signaux haptiques servent à vérifier les entrées de la commande et à fournir des indications directionnelles personnalisées. Ensemble, ils constituent un système de communication bien plus performant qu'un système monocanal.

Conclusion
Le passage aux commandes tactiles a fait disparaître un élément auquel les conducteurs étaient habitués depuis des décennies : la confirmation physique de la pression sur un bouton et la sensation du clic. Ce n’était pas un détail. C’était un élément essentiel de la sécurité des conducteurs.
La technologie de retour haptique permet de rétablir ce lien. Elle recrée la relation entre les mouvements de la main du conducteur et la réaction du véhicule. Elle fonctionne sans avoir à ajouter de boutons physiques sur le tableau de bord. Elle est accessible via l'écran tactile, le volant, le siège, bref, partout où le conducteur interagit avec le véhicule.
Les avantages sont évidents. La sécurité est renforcée si les conducteurs restent concentrés sur la route. L'expérience utilisateur est améliorée grâce à une interaction à la fois rassurante et précise. La valeur de la marque s'accroît lorsque le véhicule donne l'impression d'avoir bénéficié d'une conception plus aboutie.
Capteur Bestar Grâce à sa technologie d'actionneurs piézoélectriques, qui fournit le matériel nécessaire pour atteindre un niveau de qualité automobile, les exigences de performance des actionneurs sous-jacents ne cesseront de croître. À mesure que le retour haptique évolue d'une simple impulsion de confirmation à la simulation de textures haute définition, puis aux systèmes adaptatifs pilotés par l'IA, les exigences de performance imposées au matériel sous-jacent ne feront que s'accroître. Ce matériel vous permet d'accéder à cette fonctionnalité dès le départ.
Le cockpit intelligent du futur communiquera simultanément par la vue, l'ouïe et le toucher. La couche physique de cette communication repose sur des éléments conçus pour fonctionner correctement, avec précision et pendant toute la durée de vie du véhicule.