Vibreur haptique de volant : intégration et calibrage

A quoi sert le vibreur haptique

Le vibreur haptique transforme une alerte du systeme ADAS en sensation physique au creux de la main. Plutot que d allumer un voyant orange ou de declencher un bip qui peut etre couvert par la musique, le volant lui-meme vibre brievement.

Les cas d usage typiques sont les alertes laterales (lane departure warning), la detection d angle mort (blind spot warning), l alerte de pre-collision (forward collision warning) et l alerte de sortie de voie d urgence. Selon le constructeur, la vibration peut etre localisee a gauche ou a droite, ou bien generalisee sur toute la jante.

L avantage cle, mesure par plusieurs etudes ergonomiques publiees dans le Journal of Safety Research, est le temps de reaction du conducteur. Une alerte tactile est traitee plus rapidement par le cerveau qu une alerte visuelle a peripherie de champ. Pour les fonctions critiques comme la sortie involontaire de voie, cette difference se compte en dizaines de metres d arret.

Deux technologies : ERM contre LRA

Deux familles d actionneurs equipent aujourd hui les volants haptiques.

ERM : Eccentric Rotating Mass

Un petit moteur electrique fait tourner une masse decentree. Le balourd genere une vibration mecanique transmise au volant. L ERM est simple, robuste et bon marche, mais sa frequence est liee a sa vitesse de rotation : impossible de moduler frequence et amplitude independamment. C est la techno historique, utilisee largement dans les telecommandes de jeu et les premieres generations de volants haptiques.

LRA : Linear Resonant Actuator

Une masse fixee a un ressort oscille lineairement, excitee par un electroaimant. La frequence est choisie precisement (typiquement 150 a 250 Hz pour les volants), l amplitude est modulable par la tension d alimentation. Le LRA est plus precis, plus rapide a demarrer et a stopper, et permet des motifs de vibration sophistiques (impulsions courtes, vibrations modulees, signaux directionnels).

Les constructeurs premium utilisent quasi exclusivement le LRA depuis 2018. C est le composant qui equipe Audi, BMW, Mercedes, Volvo et la plupart des derniers Hyundai/Kia premium.

Integration mecanique dans la jante

Selon le constructeur, le ou les vibreurs sont positionnes a des endroits precis de la jante. Trois schemas dominent.

Vibreur unique central : un seul LRA est place dans le moyeu, sous l airbag. Toute vibration est ressentie sur l ensemble du volant. C est la solution la plus simple, utilisee sur les modeles d entree de gamme premium.

Deux vibreurs lateraux : un LRA a la position 3h et un autre a 9h. Cela permet de generer une vibration directionnelle : seul le cote concerne par l alerte vibre. C est tres efficace pour signaler une derive a gauche ou a droite. Audi et BMW sur les modeles recents utilisent cette approche.

Plusieurs vibreurs distribues : trois a six LRA places en plusieurs points de la jante. Permet des motifs complexes (vibration qui se propage de la position 6h vers 12h par exemple). Reserve aux versions de pointe (Mercedes EQS, BMW Serie 7 G70).

Calibrage frequence et amplitude

Un LRA est tres dependant de sa frequence de resonance. Si on l alimente exactement a sa frequence, il delivre une amplitude maximale pour un courant minimal. Hors resonance, il consomme plus pour moins. Les constructeurs choisissent donc une frequence cible (typiquement entre 175 et 235 Hz) et tolerent une derive de plus ou moins 5 Hz.

L amplitude est moduleee par la tension. En cycle normal, le LRA recoit 2 a 5 V en signal PWM. Pour un signal d alerte de pre-collision warning, l amplitude peut grimper a 8 V transitoirement, pour passer outre la perception du conducteur.

Signaux temporels

Les motifs de vibration sont definis par le calculateur ADAS. Quelques exemples typiques :

• Lane Departure Warning : 3 impulsions de 50 ms a 200 ms d intervalle, du cote de la derive.
• Blind Spot Warning : vibration continue de 800 ms a amplitude moderee.
• Forward Collision Warning : impulsion unique de 300 ms a amplitude maximale.
• Lane Keeping Assist correction : vibration modulee crescendo sur 400 ms.

Ces motifs sont rarement publies par les constructeurs et restent dans le firmware des calculateurs. Ils sont calibres par les equipes UX en collaboration avec les ingenieurs systeme.

Implementations constructeur

Voici un apercu des implementations observees sur les modeles recents.

• Audi : LRA double lateral sur Q6 e-tron, A6 e-tron, RS6 C8 et RS7 C8. Integration dans la mousse a 3h et 9h. La vibration est combinee avec une alerte visuelle au combine virtuel.
• BMW : LRA double sur G60 et G70. Sur G05 et G07, integration plus discrete, avec un LRA central uniquement.
• Mercedes : LRA central plus deux LRA lateraux sur EQS et Classe S W223. La vibration peut etre modulee de gauche a droite pour les fonctions Drive Pilot de niveau 3.
• Volvo : LRA double sur les modeles EX30, EX90 et XC60 recents. Particularite : le LRA est utilise aussi en mode confirmation au demarrage de l ACC (impulsion breve quand le regulateur est arme).
• Tesla : pas de LRA dedie sur les modeles actuels. Tesla utilise les microvibrations de l EPS pour generer un retour haptique discret. C est une approche logicielle differente.

Risques lors d une refonte

Un LRA est un composant fragile pour deux raisons. D abord, le boitier en aluminium est relativement mince et peut se deformer sous une pression mal placee. Ensuite, ses fils sont fins (typiquement AWG 28 ou 30) et soudes directement sur la carcasse, sans connecteur intermediaire. Une traction de quelques Newton suffit a arracher la soudure.

Risques au demontage

• Coupure du fil pendant la depose du revetement (l aluminium du LRA est facilement raye par le cutter, et le fil court dans le meme couloir).
• Decollement du LRA si le solvant de nettoyage de la mousse atteint la colle d origine.
• Modification de la frequence de resonance si le LRA est repositionne avec une masse additionnelle (epaisseur de cuir trop importante par exemple).
• Court-circuit si une aiguille de couture traverse la zone du LRA.

Decision pratique

Chez Velnetta, la regle est claire : le vibreur d origine reste a sa place exacte, jamais deplace. Le revetement neuf est choisi avec une epaisseur compatible avec la frequence de resonance d origine. Lors de la depose du revetement, nous protegeons systematiquement la zone du LRA avec un masquage rigide.

Un test post-refonte est inclus dans le protocole : declenchement de chaque LRA via le calculateur ADAS, mesure de l amplitude au capteur piezoelectrique externe, comparaison avec la valeur d origine. Si une difference de plus de 10 % est constatee, le client est informe et l intervention est revue avant la livraison.

C est le genre de detail qui differencie un atelier serieux d un prestataire qui considere le vibreur comme un petit composant secondaire. Sur un vehicule premium recent, ce petit composant est connecte directement aux fonctions de securite active. Le traiter avec respect est un minimum.