Cross wind analysis is one of the important safety measures for rail vehicle certification. The objective of this study is to identify which vehicle certification ground setup, true flat ground (TFG) or single track ballast and rail (STBR) represents a more realistic ground setup with atmospheric boundary layer (ABL) wind inlet and also to represent an embankment scenario. A streamlined high speed train ICE3 and a conventional Regional train are taken for the analysis to represent both categories. CFD is used as a tool for calculations. The best practice recommended by the AeroTRAIN project is used for the CFD approach. The analysis is done for various configurations including STBR, TFG, embankments, ground roughness, moving ground, non-moving ground, block profile inlet, ABL inlet, model scale and full scale setups. The Regional train shows higher roll moment coefficient about lee rail (Cmx,lee) compared to the ICE3 train, whereas the ICE3 train has a higher lift force coefficient than the Regional train. STBR setup shows a higher force and moment coefficient compared to TFG. The STBR setup represents the more realistic setup of moving rough ground with ABL wind inlet and also the realistic embankment scenario.

The aim of the thesis is to devise a methodology which is capable of reliable evaluation of road vehicle’s crosswind sensitivity. The work consists of writing the mathematical model of a vehicle which includes aerodynamic loads and conducting a validation by means of technical experiment as defined by ISO 12021. A sensitivity analysis describing the influence of individual inputs on evaluation criteria of vehicle’s crosswind sensitivity is performed using the model, thereby establishing the overall model error caused by possible inaccuracies of input parameters. At the end, the relationship between discrete pressures on the surface of the vehicle in several aerodynamic configurations and the properties representing the vehicle’s motion is presented.

Trajectory planning constitutes an essential step for proper autonomous vehicles’performance. This work aims at defining and testing a stochastic approach providingsafe, length-optimal and comfortable trajectories accounting for road, model anddisturbance uncertainties. A Stochastic Model Predictive Control (SMPC) problemis formulated using a Linear Parameter Varying Bicycle Model, state-probabilisticconstraints and input constraints. The SMPC is transformed into a tractable quadraticoptimisation problem after assuming independent and gaussian uncertainties.The proposed trajectory planning methodology is intended to be implemented onlinein a Receding Horizon fashion in a real vehicle. Results are presented after computersimulatedtests have been carried out to study the influence of model uncertaintiesand SMPC parameters on the planned and executed trajectories in standard drivingsituations. Particularly, road crosswind is modelled, its effect on vehicles withdifferent steering characteristics is studied and it is considered for improved trajectoryplanning. The approach constitutes a promising method to provide robust trajectoriesto unmodeled errors reaching an equilibrium between conservativeness and quality ofthe solution. / Banplanering utgör ett väsentligt steg för riktiga autonoma fordons prestanda.Syftet med detta arbete är att definiera och testa stokastiska strategier som gersäkra, optimala och bekväma banor som tar hänsyn till vägen, modelbrus ochosäkerheter. En stokastisk Model Predictive Control (SMPC) problem är formuleratmed hjälp av Linear Parameter Varying Bicycle Model, tillstånds-sannolikhetsbivillkoroch inmatningsbivillkor. SMPC transformeras till ett lätthanterlig kvadratiskoptimeringsproblem efter oberoende gaussfördelade osäkerheter antagits.Den föreslagna banplaneringsmetoden är avsedd att implementeras online meden Receding Horizon för ett riktigt fordon. Resultatet är presenterat efterdatorsimulerade experiment har blivit genomförda för att studera påverkan avmodelosäkerheter och SMPC parametrar på den planerade och genomförda banorför standard körsituationer. I synnerhet, är sidovind modellerat, dens effekt påfordon med olika styrkaraktäristik är studerad och är tagen hänsyn till för förbättradbanplanering. Tillvägagångssättet utgör en lovande metod för att tillhandahållarobusta banor för icke-model fel som når en jämvikt mellan konservativitet och kvalitethos lösningen.

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L’aérodynamique latérale des véhicules automobiles suscite de nos jours de plus en plus d’intérêt de la part des constructeurs. L’automobiliste est en effet soumis quotidiennement à de forts courants d’air latéraux, que ce soit lors du dépassement d’un autre véhicule, ou alorsen passant dans un couloir de vent du à la topographie du terrain (passage devant un espace entre deux immeubles par exemple). Les efforts aérodynamiques mis en jeu dans ces situations peuvent provoquer des mouvements non désirés du véhicule, pouvant avoir des conséquences dramatiques si le conducteur se laisse surprendre. Des études expérimentales reproduisant les effets d’un dérapage dynamique ont mis en évidence des phénomènes transitoires importants mettant à défaut les modèles stationnaires généralement pratiqués par les constructeurs pour qualifier le comportement de leurs véhicules en présence de dérapage. Les mécanismes responsables de ces phénomènes transitoires sont encore mal connus de la communauté scientifique. Ce travail propose d’approfondir ce sujet au travers de l’étude de l’aérodynamique d’un véhicule terrestre fixe soumis à un vent longitudinal et à une rafale de vent latéral. Le but principal est d’identifier les structures tourbillonnaires au moyen de mesures PIV et de calculs numériques des champs de vitesse autour d’une maquette automobile et de les corréler aux efforts aérodynamiques. Un accord entre l’ISAT, composante de l’Université de Bourgogne, et l’Institut Supérieurde l’Aéronautique et de l’Espace (ISAE) de Toulouse a permis de mener l’étude avec les ressources de cet établissement. Le moyen d’essai principal, créé par l’ISAE, est le banc« rafale latérale », constitué d’une soufflerie principale et d’une soufflerie secondaire, dont la sortie à volet déferlants (« Mexican Wave ») est inspirée de l’approche proposée par Ryan et Dominy (2000). L’analyse expérimentale a été effectuée à l’aide de la PIV résolue en temps et stéréoscopique, et d’une balance dard instationnaire à cinq composantes. Un banc« numérique » identique a été constitué à l’aide du logiciel FLUENT©, pour des calculs 3D. De plus, un modèle 2D annexe, basé sur la méthode « meshless », a été développé pour de futures investigations, en raison de sa robustesse pour des problèmes à fortes discontinuités et sa bonne adaptabilité aux problèmes avec frontières mobiles.Une première phase de ce travail a consisté en la mise au point des bancs expérimental et numérique, avec génération d’un champ de dérapage homogène, de 21° dans la zone de mesure. L’évolution du dérapage en chaque point respecte bien la forme d’un créneau imposé par la rafale. Pour l’analyse des efforts, deux géométries de maquette ont été étudiées, à savoir un corps de Windsor à culot droit générant, pour un écoulement longitudinal, des structures de sillage bidimensionnelles, et son homologue à culot incliné de 25°, générant des tourbillons « cigare ». Des pics d’efforts ont été observés à l’arrivée de la rafale, tout comme la littérature le prédit. Pour ce qui est du coefficient du moment de lacet, les sursauts sont de 29 % et 19 % respectivement pour la maquette à culot droit et celle à culot incliné, par rapport aux valeurs stationnaires. Concernant le coefficient de force de dérive, ils sont de 10 % et 14 %, respectivement. Lors de nos essais, ces efforts se sont établis après 5.5 longueurs de maquette. Afin d’expliquer la différence de comportement entre les deux maquettes en termes d’efforts, l’évolution temporelle des tourbillons nommés, dans ce mémoire, ΓA, ΓB, ΓC et Γ1 à été discutée. Il en est ressorti une forte corrélation entre la circulation du tourbillon ΓA, le plusénergétique, naissant à l’avant du flanc sous le vent de la maquette, et les efforts latéraux, de sorte que ce tourbillon serait le meilleur témoin des phénomènes instationnaires mis en jeu dans l’étude de l’effet du vent latéral. [...] / The automotive manufacturers are nowadays more and more interested in crosswind aerodynamics. Indeed, the driver is subjected every day to strong side air flows, for example when overtaking another vehicle or when passing through a lateral wind wall, generated by terrain topography (as in the case of the passage near the empty space between two buildings).The aerodynamic efforts generated in these situations can lead to undesired lateral deviations,which can be dramatic if the driver is surprised. Different experimental studies, reproducing the effects of a dynamic yaw angle, pointed out the issues of the steady methods, commonly used to qualify the vehicle crosswind behaviour. Little is still known about the physics behind these unsteady phenomena. This is the main topic of this work, by studying the aerodynamics of a fixed vehicle subjected to both a longitudinal flow and a side wind gust. The goal is the identification of the near-vehicle vortex structures, by means of PIV measurements and CFD calculations, and their correlation with the evolution of the efforts. An agreement between the ISAT, a department of the University of Burgundy, and the ISAE of Toulouse, permitted to carry out this research with the resources of the latter laboratory. The work focuses on the use of the “rafale latérale” (side gust) test bench, made up with a main wind tunnel connected with an auxiliary one by means of a shutter system,whose opening is held by a “Mexican Wave” law. This approach is inspired by the work of Dominy and Ryan (2000). The experimental analysis was carried out by means of Time-Resolved and stereoscopic PIV, and by a five components unsteady balance as well. Anidentical test bench was numerically reproduced with the 3D CFD software FLUENT©.Moreover, an additional 2D CFD model, based on the meshless method, has been developed for future studies. This kind of approximation method has been chosen for its robustness innon-continuous problems and because of its adaptability when moving boundaries are needed.The first phase of this work consisted on wind tunnels set-up, both for the real test bench and for the CFD model. The yaw angle field is homogeneous, 21° in the measurement region. The yaw angle evolution, at given point, respects the step wise behaviour, imposed by the gust passage. As far as the efforts are concerned, two versions of the Windsor body car model were studied, that is a squareback geometry, generating, for longitudinal flows, 2D wakestructures, and a fastback geometry (rear window inclined by 25°), producing cone-liketrailing vortices. Force overshoots were seen after the gust arrival, as seen in literature. In particular, the yaw moment coefficient overshoots are 29% and 19% higher than the steady yaw angle tests, for the squareback and the fastback geometries, respectively. If the side forceis concerned, the entities of these overshoots are 10% and 14%, respectively. Our testspointed out that efforts establish after the vehicle has driven 5.5 times its length in thecrosswind. In order to explain the different behaviour of the two geometries, it is discussed about the unsteady evolution of the vortices called, in this report, ΓA, ΓB, ΓC et Γ1. A strong correlation between the side efforts and the circulation of the most energetic vortex, ΓA,having its origin in the front leeward side of the vehicle. The ΓA vortex is so the best index for the study of the crosswind unsteady phenomena. The coupled analysis between vortex structures and efforts confirmed the presence of a higher side force for the squareback geometry. The inverted effect has been observed for the yaw moment