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Laboratoire Modélisation, Information et Systèmes Université de Picardie Jules Verne Mél : Tél. : 03 22 82 76 84, Fax : 03.

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1 Laboratoire Modélisation, Information et Systèmes Université de Picardie Jules Verne Mél : Tél. : , Fax : Ahmed El Hajjaji, Sécurité active dans les véhicules automobiles

2 Plan Présentation du Laboratoire MIS Présentation de léquipe COVE Résultats dans le domaine de véhicule –Freinage durgence –Stabilité en virage – Suspension active Conclusions

3 Laboratoire MIS Université de Picardie Jules Verne MIS (Modélisation, Information et Systèmes) : Domaine STIC (Sciences et Technologies de lInformation et de la Communication). Fusion de 2 unités : –LaRIA - Laboratoire de Recherche en Informatique dAmiens. –CREA – Centre de Robotique, dÉlectrotechnique et dAutomatique. Directeur : Gilles Kassel Tél. : Fax :

4 Laboratoire MIS – Personnel 14 professeurs des universités 25 maîtres de conférences 30 doctorants et 9 ATER et post-doctorants 3 ITA/BIATOS

5 Laboratoire MIS Equipes de recherche 5 équipes de recherche : Combinatoire et algorithmique Systèmes distribués, mots et applications Ingénierie des connaissances Perception et Robotique Commande et Véhicule

6 Laboratoire MIS – Activités générales Informatique : –Algorithmique, complexité –Parallélisme, systèmes répartis, réseaux –Théorie des Graphes, recherche opérationnelle –Logistique : optimisation des flux (mieux planifier les tâches, mieux lisser lactivité, optimiser les ressources, …) –Gestion des connaissances, mémoires dentreprise, Web Sémantique Automatique et Robotique : –Diagnostic, Contrôle automatique, Commande tolérante aux fautes –Aide et assistance à la conduite dans les véhicules (confort et sécurité). –Gestion de lénergie (Véhicule solaire, Ferroviaire). –Vision omnidirectionnelle –Perception multi-sensorielle et omnidirectionnelle de robots –Localisation des robots

7 Commande & Véhicule 1 Professeur 4 Maîtres de conférences 8 Doctorants et 5 Master 2 Composition de léquipe Responsable : A. El Hajjaji

8 Axes de recherche Commande et diagnostic robuste Commande robuste Diagnostic et commande tolérante aux fautes Véhicules terrestres Véhicules automobiles Véhicules ferroviaires

9 Incertitudes Perturbations Commande robuste Maîtrise des comportements dynamiques des systèmes non linéaires incertains et soumis à des perturbations. Système Commande Robuste Consignes

10 Commande robuste Modèle 1 Modèle 2 Modèle i Modèle n Système Contrôleur 1 Contrôleur 2 Contrôleur i Contrôleur n état sorties commande consignes Observateur 1 Observateur 2 Observateur i Observateur n État estimé

11 Diagnostic robuste Actionneurs Tests statistiques Détection Localisation Identification Pronostic Modèle Processus Capteurs Présence de défaut Origine de la défaillance Caractérisation de la défaillance Évolution de la défaillance Génération de résidus Module de diagnostic de défaillances défauts

12 Commande tolérante aux fautes Gestion des défauts dans le système Reconfiguration des lois de contrôle Accommodation des lois de contrôle Mode dégradé

13 Architectures de FTC Modèle Véhicule Loi de Commande Sorties Commande Résidu Observateur 1 < Observateur 2 Observateur n r1r1 r2r2 rnrn Logique de décision Banc dobservateurs Etats estimés Etat estimé sans défauts défauts

14 Architectures de FTC Système Contrôleur 1 Contrôleur 2 Contrôleur n Test de décision Banc de contrôleurs Contrôleur nominal Contrôleur nominal FDI + + commande sorties défauts

15 Véhicules automobiles - Freinage - Suspension - Stabilité en virage - Management des énergies Non linéarités, couplages des dynamiques, variations paramétriques, perturbations extérieures et des défauts.

16 Améliorer le contact pantographe/caténaire –Surveiller et éviter les ruptures des câbles de la caténaire. –Réduire lusure de la bande de captage de courant. –Réduire les arcs électriques. –Augmenter la durée de vie des installations électriques dans le TGV. Contrôle actif du pantographe ( Collaboration avec SNCF) Algorithmes de contrôle et de diagnostic robuste

17 Pourquoi les systèmes de sécurité active ?

18 Statistiques Nombre de voitures dans le monde –En 1970 : –En 2005 : plus Nombre de voitures fabriquées –En 1970 : –En 2005 : plus Nombre daccidents en US –En 1998 : ( décès). Nombre de décès dans le monde : 1 mort/min. 90 % des accidents sont dus aux erreurs humaines

19 Solutions Véhicules propres Intégration des systèmes daide à la conduite. Améliorer le confort dans les véhicules.

20 Dynamique de véhicule Etudier la dynamique de véhicule : analyser et comprendre les interactions du véhicule avec : Environnement : Air et sol Conducteur : actions de commande (braquage, accélération et freinage). Véhicule Aérodynamique Interaction Pneu/sol Accélérateur Freinage Braquage Réactions dynamiques Conducteur

21 Interaction avec lenvironnement Le contact que la voiture peut avoir avec l'extérieur est double : Avec l'air : Forces aérodynamiques Avec le sol : Forces adhérence. Pour la force d'adhérence, on distingue : une composante longitudinale (accélérer et freiner le véhicule). une composante transversale (tourner la voiture). une composante normale (supporter la charge et amortir les déformations du sol).

22 Force dadhérence F x =F z (s) F y =F z ( )

23 Analyse du freinage

24 Analyse de freinage s [0 1]

25 ABS BOSH

26 Dynamique latérale du véhicule

27 Analyse de la stabilité en fonction du braquage et de la vitesse f =0 U=20m/s Route sèche f =0.08rad U=20m/s Route sèche f =0.05 U=25m/s Route sèche f =0.06 rad U=20m/s Route sèche

28 Analyse de la stabilité en fonction du braquage et de la vitesse f =0.08 rad U=15m/s Route sèche f =0.05 rad U=20m/s Route sèche

29 Mouvement en virage (sous-virage et survirage) Comportement caractéristique dun véhicule. effet neutre : dérive avant= dérive arrière effet sous-vireur : dérive avant>dérive arrière effet sur-vireur : dérive avant

30 Survirage et sous-virage Véhicule neutre Véhicule sous-vireur Véhicule survireur neutre Sous virage Survirage vitesse braquage Vitesse critique est gradient du survirage

31 Causes de survirage ou de sous-virage Angle de dérive si la pression et la charge. Pneumatiques avant et arrière différents. En général, ceci ne se produit que sur les voitures de compétition: dans les voitures de série, on utilise presque toujours des pneumatiques identiques qui sont seulement gonflés à des pressions différentes pour les deux essieux. Le fait de gonfler davantage les pneumatiques arrière a pour conséquence d'avoir des angles de dérive plus grands à l'avant qu'à l'arrière, ce qui rend la voiture sous-vireuse.

32 ESP BOSH

33

34 Suspension u

35 Supporter le poids et la charge du véhicule en limitant lamplitude des débattements. Confort : filtrer les irrégularités de la route Sécurité : tenue de la route en maintenant les roues en contact avec le sol Objectifs :

36 Analyse de la suspension Débattement: Mode de pompage de la caisse : Mode de battement de la roue : Mode caisse le plus faible possible pour filtrer au maximum les sollicitations de la route accroître le confort du passagers Le mode roue doit être élevé afin de maintenir le contact avec le sol accroître la tenue de route

37 Suspension Sécurité et confort Remarques : -Les spectres fréquentiels des sollicitations des profils routiers deviennent très peu énergétiques au-delà de 10 Hz. -Le corps humain est très sensible aux modes de fréquences <1 Hz. (mal de mer) Mode de pompage caisse entre 1 et 2 Hz (sportive), Mode roue >10Hz Si on suppose que m s, m et k 2 fixe, alors il faut choisir k 1 : - pour limiter la déflexion il faut augmenter k 1. - pour abaisser le mode caisse il faut diminuer k 1. - pour accroître le mode roue il faut augmenter k 1.

38 Suspension passive si k 1 augmente : BP augmente et phénomène dinstabilité augmente -une raideur de suspension très élevée rend le véhicule très inconfortable un effet déstabilisant problème de sécurité - un amortissement élevé limite les oscillations des réponses indicielles et engendre plus de confort

39 Amélioration du freinage : ABS

40 MODELE DETAT Forces actionneurs Grandeurs mesurées INCERTITUDES + + MODELE INCERTAIN Retour de SORTIE +

41

42 Régulation de taux de glissement Contrôle linéaire Contrôle à mode glissant flou

43 Stabilité en virage Résultats Braquage des roues avant Angle du glissement latérale et son estimé Vitesse du lacet et son estimée

44 Résultats de simulation Dérive Vitesse du lacet Contrôle robuste Contrôle linéaire Sans contrôle

45 Suspension : cas linéaire Contrôle linaire Boucle ouverte

46 Comparaison suspension passive et active Command H basée sur un observateur flou

47 Suspension active D u kpkp zrzr zpzp mrmr mcmc zczc k Structure de lobservateur Structure de la commande

48 Résultats de simulation

49 Contrôle de la dynamique de véhicule Objectifs : –Garantir la stabilité globale. –Placer les pôles de lobservateur et du contrôleur dans des régions LMI. – Garantir une convergence plus rapide de lerreur destimation par rapport à létat du système. Algorithme qui combine : D-stabilité et le H

50 Résultats de simulation

51 Commande robuste non fragile basée sur observateur

52 Résultats de simulation Angle de braquage

53 Evolution du vecteur détat du véhicule Résultats de simulation (2)

54 Vitesse longitudinale et vitesses des quatres roues Résultats de simulation (3)

55 observateur 1 observateur 2 < Commutation Bloc de décision Véhicule â y1 r ayay [R 1,ay R 1,r ] â y2 [R 2,ay R 2,r ] Bloc FDI MzMz δfδf controller Commande FTC de la dynamique latérale du véhicule

56 Défaut additif à la sortie du capteur 1 Défaut additif à la sortie du capteur 2 Angle de braquage des roues avant Sortie du capteur 1: et son estimé Sortie du capteur 2: et son estimé Résultats de simulation Sans utilisation de la stratégie FTC Avec utilisation de la stratégie FTC

57 Génération des résidus & Prise de décision Observateur 1 Observateur 2 Contrôleur 1 Contrôleur 2 Résidus: Commande FTC de la dynamique latérale du véhicule Commande H basée sur observateur: Banc de contrôleurs + Banc dobservateurs

58 Défaut additif à la sortie du capteur 1 Défaut additif à la sortie du capteur 2 Angle de braquage des roues avant Sortie du capteur 1: et son estimé Sortie du capteur 2: et son estimé Résultats de simulation Sans utilisation de la stratégie FTC Avec utilisation de la stratégie FTC

59 Commande FTC de la dynamique latérale du véhicule Commande par retour de sortie statique: Banc de contrôleurs + Banc dobservateurs Génération des résidus & Prise de décision SMO 1 Procédé y1y1 y2y2 ypyp SMO 2 SMO p SOC 1 SOC 2 SOC p Bloc «FDI» Bloc de commandeCommutateur SMO: Sliding Mode Observer SOC: Static Output Controller

60 Défaut additif à la sortie du capteur 1 Défaut additif à la sortie du capteur 2 Sortie du capteur 1: Sortie du capteur 2: et son estimé Résultats de simulation Sans utilisation de la stratégie FTC Avec utilisation de la stratégie FTC Sorties nominales (sans défauts)

61 Conclusions Surveillance active du comportement du véhicule sans mesure de la dérive (vitesse latérale), Régulation du taux de glissement pour améliorer le freinage durgence. Amélioration de la stabilité du véhicule en présence de défauts capteurs. Confort : filtrer les irrégularités de la route


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