Les systèmes de sécurité active du véhicule de distribution sont utilisés pour réduire la survenue de situations accidentogènes ou aider le conducteur dans de telles situations pour éviter l'accident. Dans cette étude, nous nous intéressons à la prévention des accidents liés à la perte de contrôle du véhicule par le conducteur. Une partie de ces accidents peut être prévenue par l'utilisation de systèmes de sécurité active de type ESP, qui résout les problèmes d'instabilité du véhicule de type "porteur" en lacet et en roulis. Nous étudions la possibilité d'améliorer les performances de tels systèmes en combinant les actions de freins aux actions d'autres actionneurs disponibles sur le véhicule de distribution, tels que les directions actives avant et arrière. Le véhicule de distribution considéré dans notre cas est sur-actionné car le nombre d'actionneur dépasse le nombre de degrés de liberté contrôlés par ces actionneurs. Nous appliquons deux types de commande adaptés au contrôle des systèmes sur-actionnés: le premier est basé sur la structure hiérarchisée (connu sous le nom de structure avec "allocation de contrôle") et le deuxième est basé sur la structure non-hiérarchisée par "commande prédictive à base de modèle". Dans ce travail, nous adaptons ces deux approches à la problématique du contrôle du véhicule poids lourd de type "porteur". Le développement de la commande passe par la modélisation de la dynamique du véhicule, la validation des modèles et l'analyse de sa stabilité. Les résultats de simulation de prestations ISO, reproduisant des situations réelles et déstabilisantes pour le véhicule, sur le modèle représentatif du comportement réel du véhicule poids lourd démontrent l'efficacité de la commande développée et permettent d'évaluer le gain d'utilisation des actions combinées des actionneurs du véhicule par rapport au schéma classique. Ils permettent en outre de porter un jugement sur les deux types de commandes mises en œuvre. / The active safety systems for the delivery heavy vehicle are used to reduce the hazardous situations and assist the driver in such situations to avoid accidents. This study is focused on the prevention of accidents associated with the loss of control by the driver. Some of these accidents can be prevented by the use of active safety systems such as ESP, which solves the problems of the roll and yaw instability of the single unit heavy vehicles. We study the possibility of improving the performances of such systems by combining the braking actions to actions of other actuators available on the vehicle, such as active front and rear steering systems. The heavy vehicle considered in this study is over-actuated, since the number of actuators exceeds the number of degrees of freedom controlled by these actuators. We apply two control strategies to the over-actuated vehicle control: the first one is the hierarchical control also known as control structure with control allocation, the second one is the model predictive control. In this work, we adapt these two approaches to the single unit heavy vehicle control. The control development passes through vehicle dynamics modeling, models validation and stability analysis. Simulation results of the ISO features, representing real hazardous situations, performed on the high-fidelity model, demonstrate the effectiveness of the developed control and allow evaluating the gain of using the combined actions of actuators in comparison with the classical scheme. The obtained results also allow to judge on two implemented control strategies.

L’éco-conduite a été identifié comme l’un des moyens efficaces pour l’économie d’énergie dans le domaine des véhicules terrestres. Le gain potentiel en consommation ainsi que sa facilité de mise en œuvre, rendent cette solution très recherchée dans le milieu industriel pour à la fois améliorer la consommation des véhicules mais aussi satisfaire les utilisateurs. Cette thèse contribue au développement d’un système actif d’aide à l’éco-conduite pour assister le conducteur dans son économie d’énergie. Ce système s’appuie sur une optimisation énergétique et tient compte de l’interaction du conducteur avec le véhicule et son usage (la route). Nous avons tout d’abord développé un modèle multi-variable de style de conduite pour représenter le conducteur humain par un modèle virtuel. L’identification des paramètres de ce modèle a permis de caractériser trois styles de conduite sur plusieurs cas d’usage et de reproduire de manière assez fidèle les trois niveaux de consommation de carburant. Considérant les cas d’usage péri-urbains et autoroutiers, le problème d’optimisation de la trajectoire sur des critères énergétiques a été reformulé afin de déterminer un profil de vitesse constant par morceaux minimisant la consommation d’énergie, tout en respectant la durée de trajet désirée et les limitations de vitesse. Le profil de vitesse optimal fournit des vitesses cibles, informations du premier ordre pour réduire la consommation. Plusieurs extensions ont été ensuite introduites dans la trajectoire optimale afin d’y intégrer l’anticipation des phases de décélération et les phases d’accélération. L’originalité principale de cette approche est le temps de calcul extrêmement faible, tout en obtenant des résultats très proches des résultats optimaux issus de méthodes classiques d’optimisation (ex. programmation dynamique). Afin d’aller encore plus loin dans l’éco-conduite, nous avons étudié la possibilité de réduire la consommation d’énergie en intégrant des stratégies de conduite telle que le ''swaying'' qui consiste en une oscillation de la vitesse du véhicule autour d’une vitesse moyenne. Nous avons alors pu montrer que, « en théorie », il existe bien des paramètres permettant de réduire la consommation de cette manière. Le système actif d’aide à l’éco-conduite a donc été développé en conjuguant les deux aspects précédents. Il se base sur le partage de la commande moteur entre le conducteur humain et un contrôleur optimal. Des niveaux de partage variables ont été établis afin de représenter différents niveaux d’économie d’énergie et d’intervention sur la conduite du conducteur. Enfin, ce système d’aide actif a été testé expérimentalement sur un simulateur de conduite. / Eco-driving has been identified as one of the most effective ways to save energy in the field of ground vehicles. The potential gain in fuel consumption reduction as well as its easy implementation, make this solution very sought after in the industrial environment for improving both the fuel consumption of vehicles and the user satisfaction. This thesis contributes to the development of an active eco-driving support system for assisting the driver to improve his fuel economy. This system is based on energy optimization and takes into account the driver's interaction with the vehicle and its use (the road). For this purpose, first of all a multi-variable driving style model is developed to represent the human driver by a virtual model. The identification of the parameters of this model made it possible to characterize three driving styles in several use cases and to reproduce the three levels of fuel consumption fairly accurately. Considering the suburban and motorway use cases, the trajectory optimization problem based on energy criteria has been reformulated in order to determine a piecewise constant velocity profile minimizing energy consumption, while respecting constraints on trip duration and velocity limitations. The optimal velocity profile provides target cruising velocity, which is the first order information to reduce fuel consumption. Several extensions were then introduced in the optimal trajectory in order to incorporate the anticipation of the deceleration phases and the acceleration phases. The main originality of this approach is the extremely low computation time, while obtaining results very close to the optimal solution, achieved by classical optimization methods (e.g. dynamic programming). In order to investigate even further in eco-driving, we have studied the possibility of reducing energy consumption by integrating driving strategies such as ''swaying'', which consists of an oscillation of the vehicle's speed around an average speed. We were then able to show that, "theoretically", this problem can be parametrized so that the energy consumption is reduced. The active eco-driving support system was therefore developed by combining the two previous aspects. It is based on the shared control of the engine between the human driver and an optimal controller. Variable sharing laws have been established to represent different levels of optimal controller intervention on human driver driving, which results to different levels of fuel economy. Finally, this active support system has been tested experimentally on a driving simulator.

Cette thèse est consacrée è la modélisation et a la simulation de l’ensemble PISTON /SEGMENT/ CHEMISE, d’un moteur thermique. Dans un moteur, le piston muni de segments est en mouvement relatif dans la chemise. Ce système est lubrifié par projection d’huile, les segments et la surface de la chemise “contrôlent” la quantité de lubrifiant restant sur la paroi. Pour modéliser ce phénomène, le modèle conservatif parabolique-hyperbolique d’Elrod-Adams (P − θ), prenant en compte la cavitation (présence de gaz dans le fluide, aspect multiphasique de l’écoulement), est couplé a un modèle de contact, celui de Greenwood-Tripp (basé sur une approche statistique de la surface). En se restreignant a l’écoulement et au contact, nous négligeons beaucoup de phénomènes physiques pouvant intervenir comme le grippage ou les effets thermiques. Dans une première partie, les phénomènes mécaniques sont étudiés, de la réalisation de la surface des chemises è la modélisation de la physique de la lubrification du contact segment/chemise. Cette étude expose les simplifications effectuées et le choix des conditions aux limites pour la prise en compte de la cavitation en tant que problème a frontière libre, notamment au niveau du débit d’entrée pour simuler un fonctionnement “normal”. Dans une deuxième partie, la mise en oeuvre et la modification de l’algorithme “classique” pour des surfaces mesurées sont décrites en détail. Nous présentons les performances simulées de différentes surfaces, et nous les comparons è des essais effectués par Renault. Dans une troisième partie, des modifications sont introduites au modèle (P − θ) utilisé précédemment afin de rendre l’écoulement cohérent avec le modèle de Navier-Stokes. Bien que ce nouveau problème puisse être posé en dimension 2, l’étude mathématique ne concerne que la dimension 1. On se ramène a un système dynamique dont les inconnues sont les frontières libres. L’unicité de la solution impose l’introduction d’un paramètre artificiel. Le comportement local et/ou global en temps est déterminé par les paramètres géométriques et les conditions aux limites. L’introduction de deux paramètres supplémentaires permet de démontrer l’existence et l’unicité de la solution. Dans une dernière partie, nous comparons le modèle de cavitation proposé avec le modèle P − θ. / This work deals with the modeling and simulation of contact between piston rings and liner of an engine. In the engine, the piston-rings are in relative motion with respect to the liner. This mechanism is lubricated and the purpose of this piston-ring system is to control sealing between combustion chamber and lower part of engine, keeping under control lubricant quantity on the surfaces. We modeled this phenomenon using the Elrod-Adams models (P-θ), which are conservative parabolic-hyperbolic models, taking into account the cavitation phenomenon (the presence of gas bubbles in fluid, so that it can be understood a multiphased flow) coupled with the Greendwood-Tripp model, which models the elastic contact by a statistical approach. When we focus on the modeling of the oil flow and asperity contacts, we neglect many physical phenomena like scuffing and thermal effects. In the first part, we focus on the kinematics of the engine, from the design to the different models to describe a lubricated contact. We explain all the simplifications in the engine body and the boundary conditions we use in the cavitation model to solve it as a free boundary problem, in particular for the choice of the flow rate to simulate a ``normal functioning''. In the second part, we describe the algorithm implementation and the required modifications when using real surface topography. We compare several surfaces and study the influence of simulation parameters, then we compare the result with experimental data obtained by Renault company. In the third part, we modify the (P-θ) model, to have the same flow rate in the cavitation zone as in the Navier-Stokes model. It can be studied in 2-dimensions, however we only explain the mathematical study in 1D. We study this model as a dynamical system for which the unknown variables are the free boundaries. The uniqueness is imposed by the addition of an adjustable parameter. The local and global behavior in time are determined by geometrical parameters and boundary conditions. In the last part, we compare the new cavitation model with the P-θ model.

Pour répondre au besoin des clients ainsi qu’aux réglementations gouvernementales, les constructeurs de camions doivent diminuer la consommation et les émissions de leurs véhicules. Une solution-clé est d’améliorer le rendement de la transmission du camion, dont le pont fait partie. Leur design n’a longtemps été optimisé qu’en fonction de critères de durabilité et de bruit. L’objectif de ce travail est donc de caractériser le rendement des ponts de camion. La dissipation de puissance au sein du pont est causée par l’engrènement, les roulements, les joints et le barbotage. Des méthodes permettent d’estimer globalement ces pertes de puissance, mais elles ne sont pas forcément adaptées aux ponts. En effet, l’élément principal du pont est un engrenage spiro-conique ou hypoïde et son importance est étudiée : sa forme influe sur le barbotage, tandis que sa géométrie de denture et sa cinématique gouvernent le frottement à l’engrènement. Il semble ainsi important d’évaluer le frottement de ces couples coniques par une approche locale et d’étudier l’influence des paramètres de denture. Cependant, les pertes de puissance dépendent de la température, via les propriétés de l’huile. Des expériences montrent un important écart de température entre les composants. Il faut donc considérer des températures locales plutôt qu’une température d’huile globale. Le rendement et la durabilité peuvent être impactés par des points chauds. La méthode des réseaux thermiques permet de modéliser les échanges thermiques du pont ainsi que la distribution de températures. Les tests classiques de rendement mesurent uniquement la perte globale et la température d’huile : rien ne permet de confirmer la répartition des pertes entre sources. Une campagne d’essais avec mesures de température est donc réalisée et valide le modèle pour le calcul des températures locales et pour l’estimation des pertes de chaque composant. Ce modèle peut alors être utilisé lors du design de futurs ponts. / To fulfil customer demands, but also government regulations, the truck industry must decrease the fuel consumption and emissions of its vehicles. A key development is to improve the efficiency of the powertrain, which includes the axle. Until recently, optimisation of axle design has mainly concerned durability and noise aspects. The aim of this study is then to characterise the efficiency of truck axles. As for most of the mechanical transmissions, power dissipation in axles is due to gear mesh, rolling element bearings, seals and oil churning. Formulae already exist to estimate these power losses at a global level, but they are not always adapted to axles. Indeed, the main component of axles is a spiral bevel or a hypoid gear set. The influence of these special gears on efficiency is investigated here: their shape drives oil churning losses, while their tooth geometry and their kinematics impact friction at gear mesh. Therefore, the meshing friction of the gear set is also evaluated thanks to a local approach. The influence of some gear parameters is studied. However, power losses are influenced by temperature through oil viscosity. As previous experiments underline non-negligible temperature difference between components, it is necessary to consider local temperatures instead of a global oil temperature. Efficiency but also durability can be impacted by local hot spots. The thermal network method is used to model the thermal exchanges inside and outside the axle and to calculate temperature distribution. Usual efficiency tests on axles measure only global power loss and oil temperature: no evidence allows to confirm a power loss breakdown. Thus, a test campaign with temperature measurements is done and validates the model on local temperature calculation but also on estimation of component power losses. The model can be used at design stage for future development of axles.

Les progrès techniques faits ces dernières années dans le domaine des batteries ainsi que le durcissement des normes écologiques entraînent un regain d'intérêt pour les véhicules hybrides et électriques. La possibilité d'utiliser plusieurs sources de puissance à l'intérieur d'un même véhicule conduit à remettre en question les architectures traditionnelles des véhicules et à étudier des architectures multi-sources. Après un état de l'art des architectures et des systèmes de transmission de couple, le véhicule prototype du projet VELROUE, utilisé par la suite comme moyen d'essai, est présenté. Puis, le contrôle du patinage des roues arrière du véhicule VELROUE équipé d'un moteur thermique sur le train avant et de deux moteurs électriques reliés aux roues arrière est étudié. Ensuite, différents modèles véhicules sont détaillés en vue d'analyser les transferts d'énergie au sein du système à l'aide de l'outil Bond Graph, de synthétiser des lois de commande de contrôle du patinage et de simuler le comportement du véhicule pour valider les fonctions d'anti-patinage (ASR). Une première commande de type PID qui servira de référence est dans un premier temps introduite. La contribution principale de ce travail de thèse concerne la synthèse et la mise en oeuvre de commandes non linéaires soit par retour linéarisant, soit basée sur la théorie de la platitude. Les modèles de synthèses de commande sont issus d'hypothèses classiques retenues lors des situations de vie considérées : dynamique longitudinale, pompage et tangage sur un double modèle bicyclette. Une stratégie de commande est également développée afin d'assurer la sécurité du conducteur, de réduire les besoins matériels et d'améliorer l'agrément conducteur. Enfin, les commandes non linéaires développées sont testées en simulation puis validées expérimentalement sur le véhicule VELROUE. Une comparaison de ces commandes est effectuée selon des critères énergétiques, de performances, de complexité et de coût. Ces techniques développées pour l'ASR sont étendues pour des phases de freinage récupératif (MSR), qui constitue également une originalité de ces travaux. / The technical progress made during last years in the battery field and the environmental standards hardening lead to an increased interest in hybrid and electric vehicles. The possibility to use several power sources inside a vehicle leads to question the traditional vehicle architectures and to study multi-power sources architectures. After a state of the art on architectures and torque transmission systems, the VELROUE project's prototype is presented. This prototype is later used as a validation platform. Then, the rear wheels slipping control of the VELROUE vehicle which is equipped with an internal combustion engine on the front axle and with two electric motors connected to the rear wheels is studied. Next, different vehicle models are described to analyze energy transfers inside the system using Bond Graph, to synthesize anti-slipping control laws and to simulate the vehicle behavior in order to validate the anti-slipping functions (ASR). A first PID-like controller is initially introduced to serve as reference. The main contribution of this thesis deals with the synthesis and implementation of nonlinear controls either using linearizing feedback, or based on the flatness theory. The synthesis controls models come from classical hypothesis: longitudinal and vertical dynamics and pitch on a double bicycle model. A control strategy is also developed to assure driver's security, to reduce material needs and to enhance the driver approval. Finally, the nonlinear controls developed here are simulated and then experimentally validated on the VELROUE vehicle. A comparison of these commands is performed according to energy, performance, complexity and cost criteria. These control laws developed for ASR are extended to regenerative braking phases (MSR), which is also an originality of this work.

Face à l'augmentation du prix du carburant et des exigences légales rigoureuses sur les émissions de gaz à effet de serre ces dernières années, les fabricants de camions doivent s'interroger davantage sur les nouvelles mesures techniques pour être plus compétitifs sur le marché. Dans ce contexte, l'électromobilité est l'une des approches les plus prometteuses pour répondre aux exigences ci-dessus, où sa solution principale est l'hybridation électrique du groupe motopropulseur. Parallèlement à cette solution, une autre solution technique de l'électromobilité, l'électrification auxiliaire qui apparaît récemment, devient aussi une solution attrayante non seulement pour le milieu universitaire, mais aussi pour les entreprises de l'automobile. Cependant, l'intégration de ces deux solutions dans un véhicule peut donner lieu à un problème de commande du système beaucoup plus compliqué, notamment en terme de gestion de l'énergie. L'objectif de ce travail est de concevoir une approche appropriée pour la conception de la commande auxiliaire électrifiée, qui peut gérer d'une part la stratégie de commande du groupe motopropulseur hybride électrique et, d'autre part, améliorer l'efficacité énergétique globale du véhicule. Tout d'abord, le travail se concentre sur un seul auxiliaire électrifié typique - le système d'alimentation en air. Pour ce cas simple, la modélisation et le contrôle à base d'énergie basés sur le contrôle prédictif (MPC) sont développés afin de minimiser la consommation d'énergie / l'efficacité de cet auxiliaire le long d'un cycle de conduite. En soulignant les difficultés à atteindre l'objectif en matière d'efficacité énergétique en considérant uniquement des unités auxiliaires, l'approche se concentre ensuite sur l'analyse d'impact du système auxiliaire sur l'efficacité énergétique globale du véhicule. La première étape de cette analyse propose une méthode générale pour simplifier le contrôleur de groupe motopropulseur de HEV / PHEVs. Ensuite, une méthode basée sur l'optimisation est présentée et appliquée sur un modèle de véhicule simplifié, qui contient le contrôleur de groupe motopropulseur simple obtenu à partir de l'étape ci-dessus. Cette méthode d'optimisation, qui est un contrôle en mode hors connexion et basée sur la méthode de programmation dynamique, permet de déterminer l'économie d'énergie maximale réalisable du véhicule lors de l'application d'une stratégie de contrôle avancée sur le système auxiliaire électrifié. De plus, certaines idées / règles pour concevoir le contrôle auxiliaire sont également tirées des résultats obtenus avec la méthode ci-dessus. Pour une mise en oeuvre en ligne de ces concepts, un contrôle multi-agent est finalement adopté pour la commande du système auxiliaire électrifié (EAS). Sur la base des résultats de l'étape d'analyse d'impact et d'un modèle simple de l'EAS, trois paramètres de contrôle pour l'EAS (centralisé, hiérarchisé et distribué) sont étudiés et discutés. Enfin, différents algorithmes pour ces paramètres de contrôle sont fournis, puis comparés pour indiquer les avantages et les limites de chaque algorithme. / Facing to the increase of fuel price and stringent legal requirements on the greenhouse gas emission in recent years, truck manufacturers have to investi-gate more on new technical measures to be more competitive on the market. Within this context, electromobility rises as one of the most promising approaches to answer to above requirements, where its principle solution is the electric hybridization of powertrain. In parallel with this solution, another technical solution of electromobility- the auxiliary electrification that appears recently becomes also an attractive solution for not only the academic community but also the automotive companies. However, the integration of these two solutions together in a vehicle can give rise to a much more complicated system control problem, especially in term of energy management. The objective of this work is to figure out an appropriate approach for designing the electrified auxiliary control, which can cope with the control strategy of the electric hybrid powertrain on one hand, and can improve the overall energy efficiency of the vehicle on the other hand. Firstly, the work focuses on only one typical electrified auxiliary- the air supply system. For this simple case, energy-based modeling and control based on predictive control (MPC) are developed in order to minimize the energy consumption/efficiency of this auxiliary along a driving cycle. By pointing out the difficulties for reaching the target on the energy efficiency when considering only auxiliary units, the approach focuses then on the impact analysis of the auxiliary system on the overall vehicle‘s energy efficiency. The first step of this analysis proposes a general method to simplify the powertrain controller of HEV/PHEVs. Then, an optimization-based method is presented and applied on a simplified vehicle model, which contains the simple powertrain controller obtained from the above step. This optimization method, which is an offline con-trol and based on the dynamic programming method, allows us to determine the maximal achievable energy saving of the vehicle when applying an advanced control strategy on the electrified auxiliary system. Additionally, some ideas/rules for designing the auxiliary control are drawn as well from the results obtained with the above method. Toward an online implementation of these concepts, a multi-agent based control is finally adopted for controlling the electrified auxiliary system (EAS). Based on the results of the impact analysis step and a simple model of the EAS, three control settings for the EAS (centralized, hierarchical, and distributed) are studied and discussed. Finally, different algorithms for these control settings are provided, and then compared to point out the advantages and limitations of each algorithm.

L'augmentation continue des charges de fonctionnement des moteurs à allumage commandé a conduit à l'apparition d'une nouvelle forme de combustion anormale à bas régime sous la forme d'un pré allumage. Dans des conditions de pression et de température extrêmes, une auto-inflammation incontrôlée du mélange carburé peut en effet se produire avant l'allumage normal à la bougie et conduire à une seconde auto-inflammation de type cliquetis donnant naissance à des oscillations de pression inacceptables même pour les moteurs les plus robustes. Cette anomalie constitue donc une véritable limite au downsizing des moteurs et à l'augmentation de leurs performances spécifiques. Cette dernière forme de combustion anormale est bien plus critique que le cliquetis car son apparition est aléatoire, le plus souvent sporadique et généralement très violente. Ces caractéristiques fondamentales expliquent que de nouveaux outils et de nouvelles méthodologies d'analyse aient dû être développés pour mieux caractériser le processus d'auto-inflammation dans ces conditions extrêmes. Des méthodes statistiques avancées ont notamment été mises au point pour quantifier de manière fiable la fréquence d'apparition du pré allumage malgré son caractère aléatoire. En parallèle, un travail expérimental important a été réalisé pour mettre au point une méthodologie de réalisation de visualisations endoscopiques permettant de mieux analyser le processus de combustion, et d'identifier de manière plus précise les zones préférentielles d'apparition du pré allumage dans la chambre de combustion. Les impacts des paramètres fondamentaux régissant l'auto-inflammation (aérodynamique interne, thermique et chimie du mélange) ont d'abord été analysés sur un monocylindre de recherche. Le processus de combustion a ainsi été détaillé et l'hypothèse d'une auto-inflammation spontanée en phase gazeuse a également pu être abordée en parallèle de l'analyse expérimentale par une approche numérique RANS. Une étude plus approfondie a ensuite montré qu'il était possible qu'un pré allumage conduise à une auto-inflammation de type détonation, ce qui explique qu'un nombre réduit d'occurrences suffise à détériorer irrémédiablement le moteur. La versatilité du monocylindre a également permis de mettre en évidence la diversité des phénomènes qui pouvaient conduire au pré allumage et d'autres hypothèses que celle d'une auto-inflammation spontanée en phase gazeuse ont ainsi pu être formulées. Celles-ci ont finalement été testées sur un multicylindre en appliquant des méthodologies d'essais et d'analyse éprouvées sur monocylindre. Les investigations tournées vers l'impact des réglages moteur ont alors notamment confirmé que les impacts du carburant sur les parois de la chambre de combustion conduisaient à la formation de films liquides dont les caractéristiques locales pouvaient être favorables à une auto-inflammation. / The continuous increase of engine loads on SI engines has provoked the apparition of a new form of abnormal combustion at low engine speed in the guise of a pre-ignition. Under extreme conditions of pressure and temperature, an uncontrolled auto-ignition of the fresh mixture can happen well before the normal ignition at the spark and lead to a knocking-like second auto-ignition and to unacceptable pressure oscillations even for modern and robust engines. This anomaly constitutes thus a strong limit to the downsizing of gasoline engines and to the increase of their specific performance. This latter abnormal combustion is far more critical than knocking combustion since its apparition is random, most often sporadic and usually very violent. These fundamental characteristics explain that new tools and methodologies had to be developed to achieve a better characterization of the auto-ignition process under such extreme conditions. Advanced statistical methods have notably been defined to obtain a reliable quantification of the pre-ignition frequency despite its randomness. A significant work has simultaneously been realized to develop an experimental methodology dedicated to endoscopic visualizations allowing a better analysis of the combustion process and a more precise identification of the preferential areas of auto-ignition inside the combustion chamber. The impacts of fundamental parameters governing auto-ignition (the mixture's charge motion, thermal and chemical evolutions) have first been analyzed thanks to a research single cylinder engine. That way, the combustion process has been detailed and the hypothesis of a spontaneous auto-ignition of the gaseous mixture has also been tackled at the same time with the help of a numerical RANS approach. Then, a deeper analysis has showed that pre-ignition could lead to a developing detonation mode during the second auto-ignition, explaining so that a reduced number of events could cause irremediable damages. Thanks to the flexibility of the single cylinder engine, it has also been shown that a wide variety of phenomena could lead to pre-ignition and it has made possible the formulation of other hypotheses than a spontaneous auto-ignition of the gaseous mixture. These ones have finally been tested on a serial multi-cylinder engine with test and analysis methodologies validated on the single cylinder engine. The investigations focused on the impacts of settings have then confirmed that the fuel impacts on the liner and on the piston lead to the formation of liquid films whose local characteristics could be favorable to auto-ignition.

Pour résoudre les problèmes environnementaux et énergétiques liés au nombre croissant de véhicules en circulation, deux approches sont envisageables : l'une est technologique et vise à améliorer les composants du véhicule ou son architecture, l'autre est comportementale et cherche à changer la manière d'utiliser les véhicules. Dans ce contexte, l'éco-conduite représente une méthode, applicable immédiatement, permettant à chaque conducteur de réduire sa consommation. L'objectif de cette thèse est donc l'analyse des gains potentiels de l'éco-conduite pour les différents types de véhicules existant : thermique, électrique et hybride. Ainsi, la première partie de ce travail se focalise sur une étude théorique visant à calculer les gains potentiels et à déterminer les règles d'éco-conduite, avant d'aborder dans un second temps une mise en situation plus réaliste et une intégration des algorithmes dans un système d'assistance pour le conducteur. En s'appuyant sur une modélisation énergétique des différents types de véhicules, la détermination et la comparaison du fonctionnement optimal se base sur l'optimisation du profil de vitesse pour des trajets connus. La programmation dynamique a été mise enoeuvre pour calculer la trajectoire optimale énergétique en tenant compte de la contrainte temporelle afin de ne pas pénaliser l'intérêt d'une conduite économe. Evidemment, l'intégration de l'éco-conduite doit, d'une part, tenir compte du trafic à proximité du véhicule et d'autre part, ne pas aboutir à une augmentation des émissions de polluants. Ainsi, en nous appuyant sur des modèles de suivi de véhicules (trafic), nous avons montré que les principes d'éco-conduite restent valables et conduisent de toute façon à des gains énergétiques. Concernant les contraintes d'émissions, des résultats expérimentaux nous ont conduit à adapter nos algorithmes pour répondre simultanément aux aspects écologiques et économiques. Enfin, les connaissances acquises ont été appliquées à la conception d'un système d'assistance testé sur un simulateur de conduite. / The transportation sector has been identified as one of many sources of today's energetic and environmental problems. With constantly increasing numbers of vehicles on the road, non-renewable fossil fuels are becoming scarce and expensive. In addition, due to the pollutant emissions of internal combustion engines, the transportation sector is a major producer of greenhouse gas emissions. To resolve these problems researcher are looking for technological solutions, such as more efficient components and alternative drive train technologies, on one hand. On the other hand, work is being done to ensure the most efficient utilization of available technological resources. Eco driving is one way to immediately reduce a driver's energy consumption. In this thesis the potential gains of eco driving for passenger vehicles will be discussed. The main objective of this work is to, first, identify and compare drive train specific, optimal vehicle operation. Secondly, the effect of real-life constraints on potential gains of eco driving is evaluated. In addition, an approach to integrate mathematical optimization algorithms in an advanced driver assist system for eco driving is proposed. Physical vehicle models are developed for three representative vehicles: the conventional, electric and power-split hybrid vehicle. Using real-life and standard drive cycles a baseline mission is defined by specifying trip and road constraint. Applying the dynamic programming algorithms the trajectory optimization problem is solved, minimizing energy consumption for the trip. The effect of traffic on potential gains of eco driving is discussed, considering a vehicle following situation. Integrating emission constraints in the optimization algorithm the environmental advantages of eco driving are discussed. Finally, the developed algorithms were integrated in a driver assist system. Experimental tests on a driving simulator were used to verify the effectiveness of the system, as well as driver acceptance.

Une des voies d’amélioration des véhicules hybrides et électriques est l’utilisation de moteurs tournant plus vite, jusqu’à plus de 42.000tr/min. Le but est d’augmenter la densité de puissance et le rendement des groupes motopropulseurs. Pour utiliser ces moteurs de nouveaux réducteurs mécaniques doivent être développés. Cela doit se faire sans générer de surcoût important face aux solutions utilisées à basse vitesse et en assurant un niveau de performance énergétique élevé. Cette thèse se situe en amont de la phase de conception d’un réducteur haute vitesse lubrifié par barbotage. Elle a pour but d’identifier les problèmes d’échauffement et de pertes de puissance ainsi que de proposer des pistes d’amélioration énergétique. Ce travaille propose la modélisation thermomécanique de l’étage grande vitesse (GV) du réducteur, réalisée à l’aide de la méthode des réseaux thermiques. Ce modèle couple les pertes de puissance avec les températures. Une attention particulière est portée sur la modélisation des roulements de l’arbre GV. Un nouveau modèle thermomécanique de roulement est développé. Les pertes par barbotage deviennent importantes à grande vitesse. Une méthode permettant de fortement les réduire est caractérisée. / A way to improve both electric and hybrid vehicles is to use high speed motors, operating over than 42.000rpm. The goal is to increase the power density and the efficiency of powertrains. Using these new motors, new gearboxes should be developed. This must be done without generating significant additional cost regarding already mastered low speed solutions. High energy performance level also has to be maintained. This PhD comes before the design phase of a high-speed oil bath lubricated gearbox. It aims to identify the warm-up and power loss problems, and propose ways to improve efficiency. This work proposes a thermomechanical modelling of the gearbox’s first stage, using the thermal network method. This model links power losses with temperatures. Particular attention is paid to high speed bearing modelling. A new thermomechanical model of rolling element bearing is developed. As churning losses being significant at high speeds, a method to greatly reduce this power loss is characterized.