Commande et observation d'un véhicule automobile pour le

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Commande et observation d’un v ehicule automobile pourle diagnostic de rupture d’un itin eraire

Lghani MENHOURa,b Ali CHARARAa Daniel LECHNERb

aLaboratoire HEUDIASYC , UMR CNRS 6599Universite de Technologie de Compiegne

bLaboratoire INRETS-MASalon de Provence

13/10/2009

(1/ 27) MENHOUR, CHARARA, LECHNER Diagnostic du comportement limite du v ehicule sur un site r eel

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1 IntroductionContexte et motivationProblematique relative aux limites physiques du vehicule

2 Modeles LPV et mod ele non lin eaireModeles LPV du vehiculeModele non lineaire

3 Estimation du d evers par l’observateur a mode glissantObservateur par mode glissant a entree inconnue

4 Extrapolation en vitesse et la perte de contr ole virtuellePerte de controle dynamique

5 Conclusion et perspectives


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IntroductionModeles du V ehicule utilis es

Estimation du d eversExtrapolations

Conclusion et perspectives

Contexte et motivationProbl ematique relative aux limites physiques du v ehicule

Plan











Contexte : Quelques chiffres sur la s ecurit e Routi ere

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 20080

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Nombre de tués 30 jours après l’accidentsimpliquant un seul véhicule

% p

ar r

appo

rt a

u no

mbr

ed’

acci

dent

s to

tals

Années2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Nombre d’accidents corporels impliquant un seul véhicule

% p

ar r

appo

rt a

u no

mbr

ed’

acci

dent

s to

tals

Années

Quelques chiffres de l’observatoire National interministeriel de la securite routiere :Repartition des nombres d’accidents corporels et de tues impliquant un seul vehicule

de 2000 jusqu’a 2008






Motivation : Pertes de contr ole due de l’inattention du conducteur

Sortie de voie due a une erreur de guidage

Facteurs

Accomplissement de deux taches enparallele (conduite + telephone,panneaux publicitaire...).

Retard de reaction du conducteur etmauvaise perception del’environnement.

Fatigue, somnolence.

...






Motivation : Pertes de contr ole dynamique

Sortie de voie : en virage sur une perte decontrole

Facteurs

Mauvaise connaissance de ladynamique et des limites physiquesdu vehicule.

Mauvaise connaissance de lageometrie de la route.

Manoeuvres brusque et vitesseinadequate.

...






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Concept de diagnostic de rupture d’un itin eraire ⇒ Pertes decontr ole (1/3)

Projet RADARR du programme SARI : D efinition de la probl ematique

Projet RADARR du programme SARI est la mise en place sur des itinerairesroutiers d’un systeme d’information alertant les conducteurs d’un risque de pertede controle de leur vehicule, lie a une rupture physique de l’itineraire.

Identification la vitesse limite de franchissement d’une infrastructure routiere enrealisant par simulation une extrapolation des comportements observes, dans unesituation de conduite maıtrisee, vers une perte de controle.

Projet RADARR du programme SARI : Besoins

Modele du vehicule dont le comportement est proche de celui d’un vehicule.

Modele du conducteur et estimation du devers: commande et observateur.

Validation experimentale avec les donnees le Peugeot 307 developpee parl’INRETS-MA.







Architecture de la solution propos ee

Schema bloc du systeme Vehicule-commande-observation







Moyens experimentaux

Vehicule experimentale developpe par l’INRETS-MA





Modeles LPV du v ehiculeModele non lin eaire

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Modele LPV 1 pour la synth ese d’un observateur a entr ee inconnue

Equations du mod ele du LPV 1

x = A(t)x(t) + B1(t)u1(t) + B2(t)u2(t) (1)

Y = Cx(t) (2)

avec:

Y =

β(t),ψ(t)φv (t)

, x(t) =

β(t)ψ(t)φv (t)φv (t)

,

u1 = δ, u2 =

[

φrfg

]

,A ∈ Rn×n,

B1 ∈ Rn×m1 , B2 ∈ R

n×m2 et C ∈ Rp×n

Schema bloc d’un vehicule sur unechaussee avec un devers






Modele LPV 2 pour la synth ese d’une commande robuste

Equations du mod ele du LPV 2

m(Vy + ψVx ) = Fyf + Fyr

Iz ψ = Lf Fyf + Lr Fyr (3)

ψ = ψ

Y = Vxψ + Vy

Les parametres des equations 3 dependentde la vitesse longitudinale, et pour la j th

valeur de la vitesse une j th commande estconcu pour stabiliser le j th modele lineairelocal.

Modele LPV 2 pour la commande






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Modele non lin eaire quatre roues pour r ealiser les extrapolations

Equations du mod ele non lin eaire

m(Vx − ψVy ) =∑

Fx − Faex

m(Vy + ψVx ) =∑

Fy − Faey − Fφr

Iz ψ =∑

Mz (4)

ψ = ψ

X = Vx cosψ − Vy sinψ

Y = Vx sinψ + Vy cosψ

Modele non lineaire quatre roues





Observateur par mode glissant a entr ee inconnue

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Observateurs d’ etat

Les observateurs ou ≪capteurs virtuels ≫ permettent :

de remplacer des capteurs couteux

ou reconstruire des variables non mesurables techniquement

diagnostic de defauts

C’est un algorithme qui utilise

Un modele de connaissances

Des mesures issues de capteurs






Observateur lin eaire

Representation d’ etat

{

X(t) = AX(t) + BU(t)Y (t) = CX(t)

Equation de l’observateur{

˙X(t) = AX(t) + BU(t) + L(Y (t) − Y (t))Y (t) = CX(t)






Observateur a entr ee inconnue pourquoi?

Attribues de la route

Uni et la courbure de la route

Forces du vent






Application pour la reconstruction du d evers de la route (1/2)

Soit le systeme suivant :{

X(t) = A(t)X(t) + B1(t)U1(t) + B2(t)U2(t)Y (t) = CX(t)

L’observateur a entree inconnue pour ce systeme est le suivant :

˙x(t) = Ax(t) + B1u1(t) + L(y(t) − y(t)) − B2E (y(t), y(t), σ)

L’entree inconnue de l’observateur est donnee par:

E (y(t), y(t), σ) =

{

σF (y(t)−y(t))

‖F (y(t)−y(t))‖2si F (y(t) − y(t)) 6= 0

0 si F (y(t) − y(t)) = 0






Application pour la reconstruction du d evers de la route (2/2)

Observateur par mode glissant a entree inconnue






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Commande ⇒ mod ele du conducteur

Insuffisances des mod eles du conducteur existants

Preuve de stabilite

Robustesse sous des fortes accelerations laterales et des situations critiques.

Validation experimentale.

Proposition

Commande robuste (modele du conducteur) pour les controle du braquage etrealiser des extrapolations en vitesse.






Application pour la conception d’un contr oleur H∞ pour lecontr ole de direction d’une automobile (1/3)

Architecture de la solution propos ee

Schema bloc du systeme Vehicule-commande-observation






Application pour la conception d’un contr oleur H∞ pour lecontr ole de direction d’une automobile (3/3)

10 15 20 25 30 35 40 450

0.5

1

1.5

2Gains des deux méthodes

10 15 20 25 30 35 40 453

4

5

6

7

8

9

10Indice de commutation entre la méthode LMI et l’interpolation des gains

Vitesse longitudinale [m/s]

K(Vx)dy/dt

K(Vx)dψ/dt

K(Vx)y

K(Vx)ψV

x1=15m/s

VitesseConstante

Vx(t)

Vitessevariable V

x(t)

Vitessevariable

Vx(t)

Vitessevariable

Vx1

=25m/s

VitesseConstante V

x1=35m/s

VitesseConstante

Gains du retour d’etats preprogrammeset la commutation entre les gains des

deux methodes

Schema bloc de la commande par retour d’etatsa gains preprogrammes





Perte de contr ole dynamique

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Perte de contr ole dynamique

Extrapolation : Validation exp erimentale sur le Site 1 : C otesd’Armor ”CALLAC” (1/3)

Principe

L’extrapolation vers la perte de controle est realisee a partir des donneesenregistrees sur le vehicule au cours d’un passage en sollicitations moderees.

Plusieurs instances du modele non lineaire couples a la commande etl’observateur sont lancees avec un increment de vitesse par rapport au vehiculereel.





Conclusion

Exploration des techniques de commande non lineaire en couple de braquage.

Etablir une comparaison avec des techniques de commandes LPV.

Validation experimentale sur le vehicule.

Redaction du memoire de these.





RADARR : Recherche des Attributs pour le Diagnostic Avance des Ruptures de laRoute

SARI : Surveillance Automatisee de la Route pour l’Information des conducteurset des gestionnaires


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Commande et observation d'un véhicule automobile pour le