On control and estimation problems in antilock braking systems

par Missie María del Rocío Aguado rojas

Thèse de doctorat en Automatique

Sous la direction de William Pasillas-Lépine.

Le président du jury était Christine Chevallereau.

Le jury était composé de William Pasillas-Lépine, Christine Chevallereau, Ilya Kolmanovsky, Antonio Loría, Françoise Lamnabhi-Lagarrigue, Jean-Claude Vivalda, Qinghua Zhang.

Les rapporteurs étaient Ilya Kolmanovsky, Sergio M Savaresi.

  • Titre traduit

    Quelques problèmes de commande et d'estimation liés aux systèmes d'antiblocage des roues


  • Résumé

    Cette thèse aborde trois problèmes liés à l’ABS dans le cadre de la dynamique de la roue : l’estimation de la rigidité de freinage étendue (XBS) des pneus lors du freinage d’urgence, la commande de l’ABS basée sur l’estimation de l’XBS, et l’estimation de la vitesse et de l’accélération angulaires de la roue à partir des mesures provenant d’un codeur avec des imperfections. L’objectif général de ce travail est de développer des outils visant à améliorer la performance des systèmes de freinage, en utilisant des techniques adaptées de l'automatique non linéaire. La première partie de la thèse est consacrée à la construction d’un observateur adaptatif commuté pour l’XBS, c’est-à-dire un observateur adaptatif dont les gains d’estimation commutent entre deux valeurs possibles en fonction du signe de la sortie mesurée du système. La stabilité de l’observateur est analysée en utilisant des outils pour des systèmes commutés et en cascade, ainsi que des concepts tels qu’excitation permanente et transformations singulières d’échelle de temps. La deuxième partie de la thèse est dédiée à la conception d’une loi de commande pour l’ABS. L’objectif de contrôle est formulé en termes de l’XBS et une loi de commande hybride est conçue afin de faire en sorte que les trajectoires du système satisfassent les conditions requises pour l’estimation de l’XBS. La stabilité du contrôleur est analysée en utilisant l'application de Poincaré. La troisième partie de la thèse aborde la construction d’un algorithme pour estimer la vitesse et l’accélération angulaires de la roue et éliminer des perturbations qui sont introduites par les imperfections du codeur, et dont l’amplitude et la fréquence sont une fonction de la position, la vitesse, et l’accélération angulaires (réelles) de la roue. L’algorithme est basé sur la méthode connue comme « time-stamping algorithm », ainsi que sur des techniques de filtrage est d’estimation de paramètres. Des essais expérimentaux et des simulations numériques illustrent la performance des algorithmes d’estimation et de contrôle présentés dans cette thèse. Dans tous les cas nos résultats sont comparés par rapport à l’état de l’art.


  • Résumé

    This thesis addresses three problems related to the antilock braking system (ABS) in the context of the wheel dynamics: the estimation of the tyre extended braking stiffness (XBS) during an emergency braking situation, the control of the ABS based on the estimation of the XBS, and the estimation of the angular velocity and acceleration of the wheel from the measurements of an incremental encoder with imperfections. The general objective of this work is to develop tools aimed at improving the performance of braking systems by using techniques adapted from nonlinear control theory. The first part of the manuscript is devoted to the construction of a switched adaptive observer for the XBS, that is, an adaptive observer whose estimation gains switch between two possible values based on the sign of the system’s measured output. The stability of the observer is analyzed using tools for switched and cascaded systems, as well as concepts such as persistency of excitation and singular time-scale transformations. The second part of the manuscript is dedicated to the design of a control algorithm for the ABS. The control objective is formulated in terms of the XBS and a hybrid controller is designed so that the trajectories of the system satisfy the conditions required for the estimation of the XBS. The stability of the controller is analyzed using the Poincaré map. The third part of the manuscript focuses on the construction of an algorithm to estimate angular velocity and acceleration of the wheel and remove perturbations which are introduced by the encoder imperfections and whose amplitude and frequency are a function of the wheel's (real) position, velocity, and acceleration. The algorithm is based on the method known as time-stamping algorithm, as well as filtering and parameter estimation techniques. Experimental tests and numerical simulations illustrate the performance of the estimation and control algorithms presented in this thesis. In all cases our results are compared with respect to the state of the art.


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