L'objectif principale de cette thèse est de développer contrôleurs innovants MIMO pour la dynamique véhicule tout en préservant la stabilité du véhicule dans les situations de conduite critiques. Des stratégies de commandes innovatrices ont été introduites pour résoudre cette problématiques. En effet, ces travaux se base sur travaux l'utilisation de la commande LPV/Hinf pour contrôler simultanément les actionneurs de freinage, braquage et de suspensions pour réaliser les objectives du contrôle.Aussi de stratégies d'estimation du profil de route très intéressant et qui peuvent apporter une solution industrielle très intéressante pour développer des contrôleurs qui assurent adaptative aux différentes conditions de route.Aussi des stratégies de commande tolérante aux défauts actionneurs ont été établi en exploitant les caractéristiques de la commande LPV pour compenser la perte de certains actionneurs (en sachant que la voiture est un système sur actionné). Des implémentations ont été effectuées sur des bancs de test et sur un véhicule réel pour prouver l'efficacité des stratégies. / The main issue of this thesis is to work out new Global Chassis MIMO controllers that enhance the overall dynamics of the vehicle while preserving the vehicle stability in critical driving situations. Many innovative strategies have been explored and finalized to deal with these problematics. Various solutions have been given to deal with the vehicle stability and performance objectives. Indeed, many works based on the LPV/Hinf approach have been developed to control simultaneously the braking, steering and suspension actuators. On the other hand, innovative road profile estimation strategies have been introduced and validated via experimental procedures, providing new cheap and easily implementable techniques to estimate the road profile characteristics. Then, the vehicle control is adapted, depending on the road roughness (since it influences greatly the behaviour and the stability of the car). Several fault tolerant control strategies have been also considered to handle the actuators failures while keeping the vehicle stability, safety and enhancing the dynamical behaviour of the car in dangerous and critical driving situations.The general content of this thesisis as follows :-PART I : Theoretical backgrounds and vehicle modeling.-PART II : Road adaptive control vehicle dynamics.-PART III : Global chassis control using several actuators.Also, during this thesis and using the previous works of the advisors and the thesis results, a Matlab ToolBox "Automotive" has been developed to provide a bench test for the different automotive control studies. Implementations on test beds and real vehicle are also achieved to prove the efficiency of the proposed strategies.

<p>Active secondary suspension in trains has been studied for a number of years, showing promising improvements in ride comfort. However, due to relatively high implementation and maintenance costs, active technology is not being used in service operation to a large extent. The objective of this study is to develop an active lateral secondary suspension concept that offers good ride comfort improvements and enables centring of the carbody above the bogies when negotiating curves at unbalanced speed. Simultaneously, the active suspension concept should be a cost-effective solution for future series production. The thesis consists of an introductory part and three appended papers.</p><p>The introductory part describes the concept of active secondary suspension together with different actuator types and control methods. Further, the present simulation model and applied comfort evaluation methods are presented. The introductory part also comprises a summary of the appended papers, an evaluation of track forces and suggestions for further work.</p><p>Paper A presents the initial development of an active lateral secondary suspension concept based on sky-hook damping in order to improve vehicle dynamic performance, particularly on straight tracks. Furthermore, a Hold-Off-Device (HOD) function has been included in the suspension concept in order to centre the carbody above the bogies in curves and hence avoid bumpstop contact. Preparatory simulations as well as the subsequent on-track tests in the summer of 2007 showed that the active suspension provides improved passenger ride comfort and has significant potential to be a cost-effective solution for future implementation.</p><p>In Paper B, measurement results from on-track tests performed in 2008 are presented. The active secondary suspension concept was slightly modified compared to the one presented in the first paper. One modification was the implementation of a gyroscope in order to enable detection of transition curves and to switch off the dynamic damping in these sections. Ride comfort in the actively suspended carbody was significantly improved compared to that in the passively suspended car. The satisfactory results led to implementation of the active suspension system in long-term tests in service operation in the beginning of 2009.</p><p>In Paper C, a quarter-car model in MATLAB has been used to investigate a more advanced control algorithm: <em>H</em>_∞ instead of sky-hook. <em>H</em>_∞ control provides more flexibility in the design process due to the possibility to control several parameters. In particular, this is done by applying weight functions to selected signals in the system. When comparing the two control strategies through simulations, the results show that <em>H</em>_∞ control generates similar carbody accelerations at the same control force as sky-hook; however, the relative displacement displacement is somewhat lower.</p>

L'intégration d'équipements d'électronique de puissance dans un réseau continu peut mener le système à fonctionnement instable. Dans ces travaux, nous nous intéressons à la question suivante : comment dimensionner les systèmes de génération aéronautique de façon à garantir la stabilité de la tension continue tout en minimisant la masse ? Dans le premier chapitre, nous montrons que le problème de l'intégration d'un équipement dans le réseau est fortement lié à la robustesse de son dimensionnement vis-à-vis d'incertitudes portant sur son environnement final de fonctionnement. Nous proposons alors une nouvelle approche pour la conception des futurs réseaux continus aéronautiques, utilisant la robustesse comme un indicateur de la "capacité d'intégration" d'un équipement dans le réseau. Dans le deuxième chapitre, nous montrons en particulier comment une loi de commande robuste peut aider à la résolution du problème de l'intégration tout en minimisant la masse du système. Dans le troisième chapitre, cette méthodologie a finalement été appliquée à trois structures d'électronique de puissance pour la génération d'énergie dans les avions futurs (ATRU, redresseur hexaphasé à diodes, et redresseur contrôlé en pleine onde).

The thesis considers the problems of designing a dynamic output feedback controller to discrete time systems with polytopic uncertainty so that the closed-loop systems are DR stable with their transfer matrices having H2 norm and H¡Û norm bounded by a prescribed value ru. The formar part of the thesis provides less conservative LMI conditions for H2 and H¡Û analysis and the output feedback control of discrete system than those appeared in the current research. While the latter part of the thesis extend the current research to DR stable with H2 and H¡Û design. Finally, numerical examples are illustrated to show improvement of the propered result.

Les travaux présentés dans cette thèse concernant la modélisation et la commande des suspensions pour améliorer le comportement et les performances des véhicules, face aux diverses sollicitations (conducteurs,route,...). Après avoir présenté différents modèles simple, destinés à la commande de suspension d'un quart, d'un demi ou d'un véhicule complet, des critères permettant de quantifier les performances des suspensions sont donnés. Un bref état de l'art de la commande des suspensions et des méthodes de commandes utilisées dans ce travail sont aussi présentées. La contribution principale de ce travail concerne la commande d'un modèle d'un quart de véhicule à deux degrés de liberté. Deux méthodologies de commande génériques (placement de pôle, H-infini) et une spécifique aux suspensions (SKyhook) sont étudiées. La robustesse en stabilité et en performances (vis-à-vis de variations paramétriques) de ces trois systèmes de commande, est ensuite étudiée à l'aide de la mu-analyse. Ces trois commandes sont ensuite appliquées sur un modèle non-linéaire plus précis. Ce travail se termine par la synthèse d'une commande H-infini d'un modèle demi-véhicule de type essieu, puis, par l'application d'une loi de commande par retour d'état, permettant simultanémant le découplage ligne par ligne et le rejet des perturbations, sur un modèle complet de véhicule à 7 degrés de liberté.

Active secondary suspension in trains has been studied for a number of years, showing promising improvements in ride comfort. However, due to relatively high implementation and maintenance costs, active technology is not being used in service operation to a large extent. The objective of this study is to develop an active lateral secondary suspension concept that offers good ride comfort improvements and enables centring of the carbody above the bogies when negotiating curves at unbalanced speed. Simultaneously, the active suspension concept should be a cost-effective solution for future series production. The thesis consists of an introductory part and three appended papers. The introductory part describes the concept of active secondary suspension together with different actuator types and control methods. Further, the present simulation model and applied comfort evaluation methods are presented. The introductory part also comprises a summary of the appended papers, an evaluation of track forces and suggestions for further work. Paper A presents the initial development of an active lateral secondary suspension concept based on sky-hook damping in order to improve vehicle dynamic performance, particularly on straight tracks. Furthermore, a Hold-Off-Device (HOD) function has been included in the suspension concept in order to centre the carbody above the bogies in curves and hence avoid bumpstop contact. Preparatory simulations as well as the subsequent on-track tests in the summer of 2007 showed that the active suspension provides improved passenger ride comfort and has significant potential to be a cost-effective solution for future implementation. In Paper B, measurement results from on-track tests performed in 2008 are presented. The active secondary suspension concept was slightly modified compared to the one presented in the first paper. One modification was the implementation of a gyroscope in order to enable detection of transition curves and to switch off the dynamic damping in these sections. Ride comfort in the actively suspended carbody was significantly improved compared to that in the passively suspended car. The satisfactory results led to implementation of the active suspension system in long-term tests in service operation in the beginning of 2009. In Paper C, a quarter-car model in MATLAB has been used to investigate a more advanced control algorithm: H∞ instead of sky-hook. H∞ control provides more flexibility in the design process due to the possibility to control several parameters. In particular, this is done by applying weight functions to selected signals in the system. When comparing the two control strategies through simulations, the results show that H∞ control generates similar carbody accelerations at the same control force as sky-hook; however, the relative displacement displacement is somewhat lower.

L'amélioration permanente de la qualité et des performances des systèmes automatiques constitue un défi majeur dans la théorie du contrôle. La théorieHinf a permis d'améliorer considérablement les performances des correcteurs. Ces derniers reposent sur des modèles mathématiques qui sont potentiellement d'ordre élevé (c.-à-d. comprenant un nombre élevé d'équations différentielles). De plus, l'ajout de poids de pondérations spécifiant les performances à respecter accroit encore plus leur ordre. La complexité algorithmique résultante peut alors rendre leur implantation difficile voire même impossible pour un fonctionnement en temps réel.Les travaux présentés visent à réduire l'ordre de correcteurs Hinf dans le but de faciliter leur intégration tout en respectant les performances imposées d'une part et proposent une majoration de l'erreur introduite par l'étape de réduction d'autre part.Dans la littérature, de nombreuses méthodes pour la réduction d'ordre de modèles et de correcteurs des systèmes LTI ont été développées. Ces techniques ont été étudiées, comparées et testées sur un ensemble de benchmarks. S'appuyant sur ces travaux, nous proposons une extension aux systèmes linéaires à paramètres variants (LPV). Pour valider leurs performances, une application sur une commande d'une suspension semi-active a montré l'efficacité des algorithmes de réduction développés. / The work presented in this dissertation is related to the Hinf-LPV-controller orderReduction. This latter consists of the design of a robust reduced-order LPV-controller for LPV-systems. The order reduction issue has been very fairly investigated. However, the case of LPV-control design is slightly discussed. This thesis focuses primarily on two topics: How to obtain an LPV-reduced-order controller even the high order generated by the classical synthesis and how this reduced order controller can deal with a practical engineering problem (semi-active suspension control). In view of this, the order-reduction topic and the Hinf-synthesis theory have been widely studied in this thesis. This study, has allowed the development of a new method forH1-LPV-controller order reduction.

Dans la nécessité de développer des véhicules sûrs, confortables, économiques et à faible impact environnemental, les voitures sont de plus en plus équipées d'organes qui emploient des capteurs, actionneurs et systèmes de commande automatiques.Or ces systèmes, critiques pour la sécurité et le confort des passagers, peuvent mal-fonctionner en présence d'une défaillance (défaut).Dans le cadre du diagnostic à bord, plusieurs approches à base de modèle sont développées dans ce travail afin de détecter, localiser et estimer un défaut capteur ou actionneur, et pour détecter la perte de stabilité du véhicule.Ces méthodes reposent sur une synthèse robuste pour les systèmes incertains à commutation.Elles sont validées en simulation avec le logiciel CarSim, et sur les données réelles de véhicule dans le cadre du projet INOVE. / Modern vehicles are increasingly equipped with new mechanisms to improve safety, comfort and ecological impact. These active systems employ sensors, actuators and automatic control systems. However, in case of failure of one these components, the consequences for the vehicle and the passengers safety could be dramatic. In order to ensure a higher level of reliability within on board diagnosis, new methodologies for sensor or actuator fault detection, location and estimation are proposed. These model based approaches are extended for robust synthesis for switched uncertain systems. In addition, a method for detecting critical stability situation is presented. The validation of the different methods is illustrated with simulations using CarSim, and application on real vehicle data within the INOVE project.

La conception d'une stratégie de gestion des flux de puissance au bord des véhicules électriques de puissance moyenne est considérée, dont le système d'alimentation est composé de différentes sources électriques : pile à combustible, batterie et super-condensateur. Chacune des sources est spécialisée à travailler dans une certaine zone fréquentielle, i.e., la pile à combustible fourni sa puissance en bas fréquence, tandis que le super-condensateur jeu son rôle en haute fréquence, la batterie fournissant la parti moyenne fréquence. Le système est bilinéaire ; il est transformé par linéarisation dans un système linéaire à des paramètres variants. A cette fin, nous proposons les techniques de commande multi-variable robuste de type LPV (linear parameter varying)/Hinf afin de spécifier la dynamique du courant de chaque source dans sa zone fréquentielle de préférence, en contribuant ainsi à la prolongation de sa durée de vie. Chaque source électrique est couplée avec un convertisseur DC-DC, les trois convertisseurs étant couplés en parallèle à un bus DC commun qui alimente le moteur électrique du véhicule jouant le rôle de la charge. La tension de ce bus DC doit être maintenue autour une valeur désirée. Les trois sources sont coordonnées pour fournir la puissance demandée par la charge quel que soit le cycle de conduite. Nous proposons également une méthode de réduction model pour simplifier le contrôleur LPV/ Hinf, qui sera adapté à l'implémentation pratique. Le système complet est simulé numériquement sur MATLAB/Simulink et réalisé pratiquement en utilisant deux cycles des conduites : le cycle européen normalisé (NEDC) et un cycle de conduite proposé par IFSTTAR (Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux). / In this thesis the problem of multi-source power sharing strategy within electric vehicles is considered. Three different kinds of power sources { fuel cell, battery and supercapacitor } compose the power supply system, where all sources are current-controlled and paralleled together with their associated DC-DC converters on a common DC-link. The DC-link voltage must be regulated regardless of load variations corresponding to the driving cycle. The proposed strategy is a robust control solution using a MIMO LPV/Hinf controller which provides the three current references with respect to source frequency characteristics. The selection of the weighting functions is guided by a genetic algorithm whose optimization criterion expresses the frequency separation requirements. A reduced-order version of the LPV/Hinf controller is also proposed to handle an embedded implementation with limited computational burden. The nonlinear multi-source system is tested by using two different types of driving cycles: the New European Driving Cycle (NEDC), the driving cycle of IFSTTAR (Institut Francais des Sciences et Technologies des Transports, de l'Amenagement et des Reseaux). Simulation and real-time application results show good performance in supplying the load at constant DC-link voltage according to user-configured frequency-separation power sharing strategy.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / A teoria dos jogos à um ramo da matemÃtica dedicado ao estudo de situaÃÃes que surgem quando mÃltiplos agentes de decisÃo buscam atingir seus objetivos individuais, possivelmente conflitantes entre si. Em sua formulaÃÃo dinÃmica linear quadrÃtica (LQ), as soluÃÃes de equilÃbrio de Nash dos jogadores podem ser obtidas em termos das equaÃÃes algÃbricas de Riccati acopladas, que, a depender do mÃtodo numÃrico utilizado para seu cÃlculo, podem gerar resultados insatisfatÃrios sob o ponto de vista da estabilidade e precisÃo numÃrica. Neste sentido, esta dissertaÃÃo propÃe um novo algoritmo para uma soluÃÃo alternativa das equaÃÃes algÃbricas de Riccati acopladas associadas aos jogos dinÃmicos (LQ), com estrutura de informaÃÃo em malha aberta, utilizando, para isso, conceitos da teoria da dualidade e otimizaÃÃo estÃtica convexa. Em adiÃÃo, obtÃm-se uma nova metodologia para a sÃntese de uma famÃlia de controladores Ãtimos. A teoria dos jogos tambÃm revela um enorme potencial de aplicaÃÃo em problemas de controle multiobjetivo, no qual està incluÃdo o controle Hinf, que pode ser formulado como um jogo dinÃmico de soma-zero. Considerando essa formulaÃÃo, as novas metodologias propostas neste trabalho sÃo estendidas aos problemas de controle Hinf com rejeiÃÃo de perturbaÃÃo, gerando resultados com melhores propriedades de desempenho e estabilidade que os obtidos via equaÃÃo algÃbrica de Riccati modificada. Por fim, atravÃs de exemplos numÃricos e simulaÃÃes computacionais, as novas metodologias sÃo confrontadas com as metodologias tradicionais, evidenciando-se os aspectos mais relevantes de cada abordagem.