Soutenance mémoire
Les embouteillages, surtout urbains, et le manque de places de stationnement sont des problèmes qui s’accentuent significativement d’année en année avec l’utilisation croissante des véhicules privés. Leur nombre sur la planète devrait ainsi doubler entre 1990 et 2025, sachant que la population urbaine devrait elle atteindre plus de 60% en 2030 (Scottish Household 2010). Actuellement, le temps moyen que les conducteurs passent dans les embouteillages urbains vaut ¼ du trajet et un scooter, dans le contexte urbain, est 5 fois plus rapide qu’une voiture. Construire ou agrandir routes et autoroutes est une solution partielle qui pourrait être envisagée, mais qui s’avère extrêmement coûteuse, ne faisant certainement que repousser le problème. D’autre part, l’augmentation de la circulation routière contribue à la crise énergétique ainsi qu’à la pollution atmosphérique causant pour partie maladies respiratoires et réchauffement climatique. Selon l’Agence française de sécurité sanitaire environnementale (AFSSET), la pollution atmosphérique serait responsable chaque année de 6 500 à 9 500 décès en France.
Partant de ce constat, trois problèmes sont relevés : trafic routier, consommation d’énergie et pollution. Ce sont trois problèmes majeurs de par leur impact 1/ sur la société : pertes de temps importantes, stress et pertes économiques, 2/ sur les ressources naturelles d’énergies, 3/ ainsi que sur l’environnement. Outre l’abandon massif des véhicules individuels au profit des transports en commun, qui requiert un changement radical des mentalités difficilement conciliable avec l’urgence, quelles peuvent être les solutions à cette situation ? Une enquête écossaise a interrogé des adultes au sujet de leurs déplacements en 2009/2010 ; 61 % des trajets ont été effectués avec le conducteur seul, 27 % ont été faits avec un passager, 7 % avec deux passagers, 4 % avec trois passagers, et 1 % avec quatre passagers ou plus.
Systèmes d’inclinaison ‘Direct Tilt Control’ (DTC) et Steering Tilt Control’ (STC)
❖Les systèmes DTC (Direct Tilt Control) : l’inclinaison est réalisée à l’aide d’actionneurs montés soit directement sur l’axe longitudinal du véhicule, entrainant directement tout ou partie (cabine et roue(s) avant(s)) du véhicule, soit au niveau des suspensions de roues. C’est le système le plus utilisé sur les VEI.
❖Les systèmes STC (Steering Tilt Control) : ces systèmes contrôlent l’inclinaison par l’angle de braquage des roues (steering) s’inspirant du comportement transitoire de contre braquage des véhicules deux roues. Cette solution n’est que rarement retenue par les constructeurs, car elle se base sur un système steer-by-wire, encore interdit à la commercialisation pour des raisons de normes de sécurité.
En effet les systèmes steer-by-wire sont conçus à la base pour le contrôle de la direction des véhicules classiques. Ce sont des systèmes assez récents. Une étude fondamentale a eu lieu en 1996 dans le cadre du projet européen X-by-wire qui regroupait 7 partenaires industriels et 2 partenaires universitaires (Plankensteiner, 2010). Depuis, plusieurs prototypes ont été construits. Parmi les avantages des systèmes steer-by-wire, citons :
1. Les caractéristiques du braquage (eg. Raideur, coefficient de réduction…) peuvent être librement sélectionnées, de manière par exemple à faciliter certaines manœuvres (e.g. le parking), ou à réduire l’énergie à fournir par le conducteur,
2. L’absence de colonne de direction qui induit une plus grande liberté de conception pour les constructeurs automobiles,
3. La possibilité de réduction des bruits et vibrations sur le volant,
4. Une position variable du siège conducteur, donc plus ergonomique,
5. L’intégration de systèmes d’assistance à la conduite, au maintien dans la voie par exemple.
Parmi les prototypes, seuls les modèles présentant une liaison mécanique de secours ont pu être commercialisés. Les systèmes purement électroniques ne permettent pas encore d’assurer une probabilité d’erreur inférieure à 10⁻⁷ fautes/heure, ce qui interdit leur commercialisation (Fred 2009). Plus récemment, un groupe de travail sur les systèmes steer-by-wire a défini des standards et des directives pour préciser le cadre légal pour leur commercialisation. La Directive 2007/46/EC’, est ainsi en cours d’examen pour approbation. Cette directive permettra la commercialisation de systèmes steer-by-wire sans aucune liaison mécanique.
Modèle du Véhicule Etroit et Inclinable
La modélisation est une étape clé pour l’étude et la commande des systèmes. En fonction de l’usage qui en sera fait : modèle embarqué, modèle de conception, modèle de simulation, fin ou non, différents niveaux de complexité sont envisageables.
(Moreau & Serrier 2007) propose une classification des modèles en trois niveaux, en fonction de leur complexité :
1. Modèle de validation/Simulateur : Ce sont les modèles les plus complets, supports de validation de nouveaux organes et / ou lois de commande. La simulation de ce modèle est l’étape ultime avant l’implémentation et la validation sur le système réel. Dans le domaine automobile, l’utilisation de tels modèles permet d’une part de réduire le nombre de tests sur véhicule prototype, coûteux, et d’autre part de réaliser des tests pouvant se révéler trop dangereux pour être réalisés dans la réalité.
2. Modèle de compréhension : ces modèles, déduits le plus souvent des modèles de validation, par simplification, visent à comprendre les phénomènes physiques et la dynamique du système. Le modèle de compréhension doit être capable de répondre aux questions suivantes:
a. Quelles sont les entrées de commande u(t) ?
b. Quelles sont les perturbations mesurables et non mesurables ?
c. Quelles sont les sorties à contrôler?
d. Quelles sont les sorties mesurées?
3. Modèle de synthèse : Ces modèles supportent la synthèse des lois de commande, et à ce titre simplifient/ignorent les phénomènes jugés du 2nd ordre en regard de la problématique de commande envisagée. En général, les dynamiques négligées sont faiblement couplées avec les dynamiques utiles pour la synthèse.
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Table des matières
Introduction Générale
1. Contexte et motivations
2. Systèmes d’inclinaison DTC et STC
3. Plan du mémoire
4. Listes des publications
Chapitre 1
Chapitre 2 Modèle du Véhicule Etroit et Inclinable
1. Introduction
2. Modèle de validation (32 DDL)
3. Modèle bicycle (dynamiques latérales et longitudinales – 5DDL)
4. Modèle bicyclette avec dynamiques latérales (3DDL)
5. Modèle bicycle linéarisé (3DDL)
6. Retour sur les modèles de synthèse utilisés en littérature
7. Conclusion
Chapitre 3 Commande des véhicules inclinables : formalisation du problème et états de l’art
1. Conditions de stabilité et confort des passagers
2. Calcul de l’accélération latérale
3. Etude de l’accélération latérale perçue
4. Etude du transfert de charge
5. Calcul de l’intervalle d’inclinaison assurant la stabilité vis-à-vis d’une accélération latérale donnée
6. Calcul de l’intervalle de variation de l’accélération latérale tolérée en inclinaison pour θ donné
7. Différentes stratégies pour le controles latéral des VEI
8. Entrées de commande et moyens d’action : DTC et STC
9. Etat de l’art des systèmes DTC, STC, et SDTC
10. Systèmes DTC et SDTC : synthèse des difficultés et solutions
11. Conclusion
Chapitre 4 Stratégie de Commande DTC
1. Introduction
2. Démarche méthodologique retenue
3. Commande des systèmes DTC
4. Véhicules inclinables : le modèle d’évolution du procédé et les mesures et signaux disponibles
5. Synthèse de régulateurs d’accélération latérale
6. Stratégies de commande DTC – Résultats
7. μ-analyse – Robustesse de la commande vis-à-vis de la variation de la masse
8. Controleur paramétré par la vitesse longitudinale du véhicule
9. Conclusion
Chapitre 5 Stratégie de commande SDTC
1. Introduction
2. Objectifs du régulateur SDTC
3. Régulateur SDTC structuré
4. μ-analyse – Robustesse de la commande vis-à-vis de la variation de la masse
5. Controleur paramétré par la vitesse longitudinale du véhicule
6. Conclusion
Chapitre 6 Approche NL : commande par platitude des systèmes SDTC
1. Introduction
2. Système plats – rappel théorique
3. Sorties plates du modèle à 5DDL
4. Sens physique des sorties plates proposées
5. Linearisation – calcul du compensateur
6. Validation du compensateur linéarisant par simulation de la boucle interne
7. Commande par platitude
8. Conclusion
Chapitre 7 Conclusion
