Synthèse de commandes au volant d'une automobile pour le diagnostic de rupture d'un itinéraire : développement et validation expérimentale

par Lghani Menhour

Thèse de doctorat en Technologies de l'information et des systèmes

Sous la direction de Ali Charara et de Daniel Lechner.

Soutenue en 2010

à Compiègne .

mots clés

• Observateur par mode glissant à entrées inconnues
• Stratégie de commutation
• Commande multi-contrôleurs
• Optimisation itérative
• Optimisation LMI
• Commande en mode glissant du premier et du second ordre
• Linéarisation par retour d'états multi-variables
• Commande LPV
• Modèles du véhicule
• Validation expérimentale
• Automobiles -- Vitesse
• Liapounov, Fonctions de
• Commande non linéaire
• Commande en mode glissant
• Itération (mathématiques)
• Optimisation mathématique
• Automobiles -- Pneus
• Chaussées

Résumé

L’objectif de cette thèse, est de développer des lois de commande et un observateur de dévers, pour le diagnostic des situations critiques, cette application est connue sous le nom "diagnostic de rupture d’un itinéraire", elle consiste à identifier la vitesse limite de franchissement d’une infrastructure. Cette vitesse est mise en évidence par un fonctionnement du véhicule dans les zones non-linéaires. L’exploration vers la dynamique limite requière un modèle réaliste d’un véhicule réel. La première phase de ce travail, consiste à concevoir des commandes pour extrapoler le comportement du modèle du véhicule. Plusieurs lois sont proposées et validées, certaine d’entres elles contrôlent le véhicule via l’angle de braquage, d’autres contrôlent le véhicule à la fois via le couple de braquage et le couple de traction à la roue. La deuxième phase est l’estimation du dévers de la chaussée par un observateur à entrée inconnue, ceci dans le but de rendre la trajectoire plus réaliste et de tenir compte des effets de ce dernier sur le comportement dynamique du véhicule. La troisième phase présente l’extrapolation du comportement du véhicule, observé lors d’un passage en sollicitations modérées, vers une perte de contrôle virtuelle, cette extrapolation est réalisée en utilisant plusieurs instances du modèle dynamique exécutées avec des vitesses incrémentées, ces modèles sont pilotés par des lois de commande et couplés à l’observateur du dévers. La dernière phase est consacrée à l’étude et à l’analyse des sorties des modèles extrapolés, en utilisant des critères de détection de la dynamique limite du véhicule. Cette phase permettra la détection des situations dangereuses ou/et l’enrichissement des bases de données routières. Cette étude présente d’importantes phases de validation expérimentale des modèles du véhicule, des lois de commande et de l’observateur en utilisant les données expérimentales du véhicule prototype Peugeot 307 développé par l’INRETS-MA, ainsi que les données expérimentales dévers des véhicules VANI et PALAS2. Ce travail a abouti à la conception des modules (commandes et observateur) opérant en temps réel.

Titre traduit

Design of vehicle controllers for itinerary rupture diagnoses. Development and experimental validation

Résumé

The aim of this thesis is to develop control laws and road bank angle estimation, for the diagnosis of critical situations, this application is known as "Itinerary Rupture DIagnosis", which aims to evaluate the physical limits of a vehicle negotiating a bend, these limits are highlighted when the vehicle operating in the non-linear areas. The exploration to the limit dynamic requires a realistic model of a real vehicle. The first step of this work, is to design linear and non linear control laws, to extrapolate the behaviour of the vehicle model. Several control laws are proposed and validated, some of them control the vehicle via the steering angle, further at the same time control the vehicle via the steering torque and the wheel traction torque. The second step is dedicated for the estimation of the road bank angle using an unknown input sliding mode observer, this in order to make the trajectory more realistic and take into account the effects of this angle on the dynamic behaviour of the vehicle. The third step presents the speed extrapolation tests, starting from a normal driving situation, towards a virtual loss of control, this extrapolation is performed using several instances of a dynamic model run with incremented speeds, these models are controlled by control laws and coupled with road bank angle observer. The last step is devoted to the study and analysis of extrapolated output models, using detection criteria on the limit vehicle dynamics. This phase will allow the detection of dangerous situations and/or save them in the accident road databases. This study provides an important experimental validation phases of the vehicle models, control laws and observer. This validation is performed using experimental data acquired by prototype vehicle Peugeot 307 developed by INRETS-MA, and the bank angle experimental data of the two vehicles VANI and PALAS2. This work led to the design of modules (commands and observer) operating in real time.