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Cet article présente un tableau de bord virtuel ouvrant de nouvelles perspectives dans les véhicules automobiles. Puisant son inspiration dans les fonctions de visualisation graphique multiformes des tableaux de bord programmables, l'interaction homme-machine va permettre de poser des jalons révolutionnaires et laisser une empreinte durable sur l'image de toutes les marques automobiles. Les ingénieurs sont actuellement à la recherche de la solution la plus appropriée qui soit en vue de réinventer la notion de haute qualité dans les véhicules automobiles.

Général

Réinventer la notion de haute qualitéJanvier 18, 2011 | Jürgen Betz, Prospection de clientèle automobile, Fujitsu

Semiconductor Europe GmbH

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Page 1 of 2Electronic Select - Réinventer la notion de haute qualité

19/01/2011http://www.electronicselect.com/fr/reinventer-la-notion-de-haute-qualite.html?cmp_id...

Par Jürgen Betz, Prospection de clientèle automobile, Fujitsu Semiconductor Europe GmbH 

Réinventer la notion de haute qualité 

Présentation d’un tableau de bord virtuel ouvrant de nouvelles perspectives dans les véhicules automobiles  

Puisant son inspiration dans les fonctions de visualisation graphique multiformes des tableaux de bord programmables, cette interaction homme‐machine va permettre de poser des jalons révolutionnaires et laisser une empreinte durable sur l’image de toutes les marques automobiles. Les ingénieurs sont actuellement à la recherche de la solution la plus appropriée qui soit en vue de réinventer la notion de haute qualité dans les véhicules automobiles.  

À la fin des années 1980, certains constructeurs automobiles avaient osé s’aventurer dans le domaine du centre d’information conducteur entièrement numérique en vue de conférer ainsi une plus grande souveraineté aux codes de présentation particuliers des véhicules sportifs. Cette audace ne rencontra toutefois pas un écho particulièrement positif sur le marché, de sorte qu’un terme fut rapidement mis aux diverses expériences engagées et que les solutions alors proposées disparurent lors du changement de générations. De la même manière que pour le système automatique stop & start, c’est précisément cette technologie qui, plus de 20 ans plus tard, est en pleine renaissance. 

De nos jours, les informations conducteur, qui sont indiquées sur un instrument circulaire traditionnel avec des aiguilles, peuvent être rapidement enregistrées. Le tableau de bord est également de très haute qualité car les matériaux qui le composent sont particulièrement sophistiqués.  

Cela n’empêche toutefois pas les concepteurs d’interfaces d’aller de l’avant et d’aborder une dimension complètement nouvelle. Le souhait de ces concepteurs est en effet de transformer l’information conducteur en une véritable expérience « vécue ». Le recours aux instruments virtuels permet, sur ce point, de gommer totalement les restrictions concernant les informations devant être fournies de manière prioritaire dans certaines situations de conduite. Dans le même temps, on assiste à l’émergence de questions fondamentales entièrement nouvelles en ce qui concerne l’évolutivité de la technologie, les composants système requis et les outils de développement nécessaires à cette évolution.   Fujitsu Semiconductor Europe (FSEU) et FSEU Embedded Solutions GmbH (FEAT), une filiale de FSEU, s’intéressent justement à ces questions. Dans le cadre d’un projet conjoint avec Icon Incar GmbH, une société allemande implantée à Berlin, les trois sociétés se sont ainsi penchées sur la mise au point d’un groupe d’instruments virtuels et sur l’acquisition de l’expérience 

nécessaire à de tels développements. Forte des connaissances dont elle dispose dans ce domaine, FSEU s’applique à la mise en œuvre systématique de la solution la plus appropriée qui soit sous la forme d’une solution système. 

L’idée de solution système Les fabricants de semi‐conducteurs proposant des produits SoC (system‐on‐chip, système sur puce) hautes performances destinés à des applications Smartphone estiment que le tableau de bord des véhicules automobiles offre de formidables opportunités d’utilisation pour ce type même d’applications, et ce, sans qu’il soit nécessaire d’apporter des modifications à ces dernières. Les ingénieurs, cependant, sont, eux, en quête d’un équilibre optimal entre la gamme des fonctions proposées et la volonté de réduire davantage la consommation d’énergie dans l’architecture des véhicules modernes. La réduction des modules, des pertes de puissance et des coûts constitue l’objectif global de l’industrie automobile pour les véhicules de la prochaine génération. 

Avec l’idée de solution système, Fujitsu Semiconductor change donc complètement de cap. FSEU emploie, pour ce faire, un concept de famille extensible et dédié à des applications spécifiques. Cette approche technologique s’appuie sur un principe similaire à celui utilisé dans la structure d’assemblage par blocs de certains constructeurs automobiles et peut être enrichie selon les besoins. 

Figure 1 

 

Les modules semi‐conducteurs de cette famille utilisent les mêmes composants à l’intérieur de la puce. Les modules peuvent être combinés de manière flexible les uns avec les autres sur une architecture système commune. Dans le même temps, il est également possible d’étendre ces architectures avec des solutions d’une famille différente, telle que MB88F332 « Indigo ». Le nouvel ensemble d’évaluation « Compact Indigo System » (SK‐88F332‐02) est déjà disponible et peut être utilisé pour créer un affichage séparé ou une unité d’affichage tête haute avec l’APIX (Automotive Pixel Link).  

Pour les tableaux de bord de véhicules automobiles, les cœurs des futurs produits SoC présenteront les processeurs Cortex 32 bits RISC développés par ARM, dont la plage de fréquence est extensible. Toutes les interfaces automobiles et standard sont compatibles.  

Le segment bas de gamme contient des microcontrôleurs uniques dans différentes classes de puissance et de configurations de mémoire. Les contrôleurs de moteur pas à pas et les pilotes 

simples LCD et TFT sont encore utilisés dans ce domaine. L’élargissement de la famille au milieu de gamme est en cours grâce à un moteur graphique 2D supplémentaire afin d’accélérer les opérations de copie, de mélange, de rotation et de filtrage. Un écran et un contrôleur de synchronisation (timing controller, TCON) constituent les interfaces avec le monde extérieur. 

Pour l’instrumentation virtuelle, la classe de puissance des processeurs Cortex a été augmentée. Un processeur de signaux numériques (digital signal processor, PSN) est compatible avec le décodage d’applications média et signal.  

Les signaux des caméras sont synchronisés et optimisés de façon dynamique par le biais du processeur d’image intégré. Les quatre unités autonomes de capture vidéo offrent une vue panoramique à 360° (omniview) pour les systèmes d’assistance au conducteur basés sur des caméras. Les images en deux dimensions de la caméra sont projetées en temps réel sur un modèle de grille hémisphérique. Une image en trois dimensions peut être créée à l’aide de cette projection et d’un algorithme spécial. En choisissant librement l’angle de vue, les zones autour du véhicule habituellement difficiles à apercevoir peuvent être visibles.  

Les deux variantes du segment haut de gamme sont équipées d’un puissant cœur graphique 3D supplémentaire. Des outils d’ombrage de sommets et de fragments peuvent être librement programmés dans cette architecture de cœur graphique en utilisant le langage d’ombrage OpenGL® ES 2.0. OpenGL ES 2.0 est une version d’OpenGL destinée à une interface de programmation d’applications (application programming interface, API) de plate‐forme et de programmation non liée à un langage pour la réalisation de graphiques 3D qui a été spécialement adaptée pour les plates‐formes intégrées. 

Jusqu’à trois contrôleurs d’écran, compatibles avec les résolutions de plates‐formes intégrées spécifiques telle que SVGA double (1 600 x 600 pixels), sont disponibles au plus haut degré de configuration. La hausse des fréquences de rafraîchissement de l’écran facilite les transferts de données nécessaires. Dans le même temps, ces fréquences minimisent les effets d’image consécutive des applications à indicateur rapide, ce qui rend l’image plus nette. 

En ce qui concerne les interfaces APIX intégrées, le couplage intégral des signaux de données permet également de transmettre la tension d’alimentation pour des écrans séparés via la fonction « power‐over‐APIX ». Grâce à ces canaux de communication intégrés en permanence et à capacité de duplex intégral, des données peuvent également être échangées entre l’écran et l’unité graphique de manière bidirectionnelle et en temps réel, indépendamment du signal vidéo. Les informations provenant de l’unité de tête, tels que les flux vidéo ou l’affichage de cartes, de flèches et de menus peuvent être directement envoyés au groupe d’instruments au moyen de l’APIX dans les unités de capture vidéo. 

Moteur et outillage logiciel 3D  

FEAT a conçu le moteur logiciel 3D « Candera » afin de compléter le concept du système. Ce moteur est basé sur l’OpenGL ES 2.0 standard et peut donc être utilisé indépendamment du 

matériel. Candera bénéficie du niveau de flexibilité nécessaire permettant de garantir qu’il n’est pas lié à des systèmes d’exploitation ou à des applications spécifiques.  

Une architecture d’outils logiciels interconnectés est également nécessaire pour créer des modèles complexes. La traduction dans le design en 3D offre de nombreuses opportunités au concepteur d’interfaces. Si, par le passé, des programmes 3D ont pu être utilisés principalement afin d’assister le processus de conception (pré‐rendu de différents éléments d’interface graphique) en 2D, l’approche adoptée par les outils et leur importance sont en pleine mutation. Un autre élément dans une architecture d’outils de ce type a été créé grâce à l’environnement de développement logiciel lancé par FEAT, le CGI Studio. Cette plate‐forme de développement logicielle autonome a été spécialement conçue pour les applications 3D dans l’industrie automobile. La plate‐forme est compatible avec le processus continu de développement, de la conception au matériel ciblé. 

Design de l’interface   

Avec Icon Incar GmbH, FSEU a choisi une agence dotée d’une véritable expérience dans le domaine du design d’interface automobile et lui a confié le design de la couche IHM. 

Après avoir défini les éléments de base, le designer doit procéder à l’analyse de l’architecture des informations. À cette analyse succède la phase de détermination du design (exploration visuelle) ; les éléments initiaux, qui serviront de modèle pour la modélisation et la texturisation des scènes en 3D sont d’abord créés en 2D. Une attention particulière est accordée au graphisme du mouvement, car les transitions fluides et logiques entre les différents modes, ainsi que l’animation des éléments, constituent une force particulière du calcul 3D en temps réel. C’est précisément à ce stade qu’est créée l’impression de haute qualité du projet. 

Une évaluation commune a montré que l’application de référence devait se distinguer par les trois éléments clés suivants : confort, purisme et flexibilité.  

Une approche axée sur la convivialité   

Figure 2 

 

Cette approche offre toutes les données actuellement requises en ce qui concerne le confort du conducteur en conduite quotidienne. Ici, les couleurs associées à la  « glace» ont, pour tout dire, un effet calmant. Les informations importantes telles, p. ex., que la vitesse, sont affichées à un endroit fixe de manière à ce que le conducteur puisse les enregistrer rapidement. L’image en forme d’aiguille a également fait l’objet d’une réinterprétation. Ainsi, au lieu d’une aiguille positionnée de manière centrale, l’aiguille se déplace vers le bas, créant ainsi un lien logique avec l’avertissement de distance, qui est basé sur le principe d’un « semi‐tachymètre ».  

L’impression qu’un tunnel se trouve au centre ouvre la vue sur un espace infini et permet de créer une plate‐forme dédiée à des contenus changeants. La zone en question permet aux objets d’être orientés dans un espace virtuel. La métaphore de la « distance » est spécifiquement utilisée dans le but de définir l’importance des éléments ; cette métaphore permet en outre de procéder à tout l’échelonnement nécessaire. 

Le menu central s’étend dans quatre directions et permet aux médias, au téléphone, à la navigation et à l’assistance d’être sélectionnés en conséquence via un bouton à quatre voies placé sur le volant. Un système de fondu enchaîné permet de visualiser des sous‐menus animés dans la partie gauche de la zone et de pousser le menu principal hors du champ de vision. La zone de vitesse n’est pas touchée et peut être lue facilement à tout moment.  

Figure 3 

 

Chacun des quatre sous‐menus représente différents points focaux de la visualisation. Des éléments sont intégrés dans la sélection des médias afin de montrer une variante alternative à l’affichage ‘cover flow’ obligatoire. Il est ici fait recours à l’effet de profondeur et la représentation d’une étagère de CD est affichée sur la gauche. Le traitement en liste a été défini comme un point focal dans le menu du téléphone et peut être utilisé via un contrôleur tactile capacitif (TSC) développé par Fujitsu. Le menu de navigation affiche des éléments 3D très statiques tels que la navigation automatique, une boussole ou encore la présence éventuelle de pâtés de maisons. Il était ici important non pas de remplacer l’écran central d’un système de 

navigation, mais uniquement d’afficher des sous‐secteurs importants. Des éléments 3D extrêmement dynamiques dominent les fonctions d’assistance. Au centre, le véhicule se déplace dans des scènes changeantes, afin de transmettre ainsi un sens de la distance vis‐à‐vis de l’objet par le biais de la profondeur spatiale.  

Les véhicules jouent un rôle clé dans la visualisation des systèmes d’assistance au conducteur et des messages d’alerte relatifs aux portes et à la portière du coffre. Ces objets contiennent des éléments qui peuvent grever les performances du système. Un modèle de véhicule en 3D présentant 100 000 polygones ou plus constitue généralement la norme. L’habileté consiste donc ici à modéliser un objet en 3D de manière à ce que le niveau de détail s’adapte harmonieusement à la taille d’affichage de la scène en question. Le gain de performance en résultant est immédiatement perceptible dans l’ensemble du système. 

L’espace de travail puriste   

Figure 4 

 

Le design sportif montre le changement d’orientation opéré à l’écran par le biais trois facteurs fondamentaux. Les couleurs associées au « feu » débordent d’énergie et de vitalité ; elles sont combinées avec l’affichage d’instruments circulaires conventionnels et à un changement fondamental de la hiérarchisation du contenu des informations. Ce basculement visuel pourrait également être souligné via une performance de conduite modifiée, en profilant le châssis par exemple. 

Dans ce mode, la zone des fonctions de confort ne fournit que des informations absolument minimes afin que le conducteur puisse ainsi se concentrer tout entier sur la tâche essentielle de la conduite. Dans l’affichage sportif, l’accent est mis sur le compteur de vitesse qui est positionné au centre et est doté d’une zone rouge variable. La vitesse est indiquée au moyen d’une aiguille standard ainsi que d’un nombre parfaitement lisible sur la droite. Le mode sport est complété par un chronomètre situé sur la gauche. 

   

La variante flexible Figure 5 

 

Cette variante est principalement utilisée en mode d’arrêt. Ce mode permet en effet de masquer des informations telles, par exemple, que la vitesse, qui seraient importante en d’autres circonstances. Le conducteur peut utiliser la surface entière de l’écran de manière flexible et en élargir certains des éléments. Il est possible d’afficher des informations sur l’itinéraire ou sur l’état du véhicule. Il est également envisageable d’envoyer au véhicule des informations relatives au statut des feux de circulation ou à la durée pendant laquelle les feux seront rouges. 

Figure 6 

 

 

Cette application référence utilise le système on chip (SoC) MB86R11 ‘avec Emerald comme solution technique et Linux comme système d’exploitation. Il a été ici possible d’afficher l’ensemble du processus de développement, de la conception à la mise en œuvre. L’interaction entre les composants et l’évaluation de la puissance ont constitué des étapes importantes. Il reste toutefois encore un long chemin à parcourir avant que le conducteur puisse choisir lui‐même son propre design personnalisé et le transférer dans le véhicule.  http://emea.fujitsu.com/semiconductor