Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre de la réduction du bruit du traffic routier. Le contact pneumatique/chaussée représente la principale source de ce phénomène dès la vitesse de 50 km/h. Dans ce contexte, une nouvelle démarche de modélisation du comportement dynamique d'un pneumatique roulant sur une chaussée rigide est développée. Au niveau du pneumatique, un modèle périodique est adopté pour calculer les fonctions de Green du pneumatique dans la zone de contact. Ce modèle permet de réduire considérablement le temps de calcul et de modéliser le pneumatique dans une large bande de fréquence. Le modèle est validé en le comparant avec un modèle d'éléments finis classique réalisé sous le logiciel Abaqus. Habituellement, la réponse temporelle du pneumatique peut être calculée par une convolution des fonctions de Green et des forces de contact. Cette technique est très coûteuse en terme de temps de calcul. Nous avons adopté une nouvelle démarche. L'idée consiste à décomposer les fonctions de Green dans une base modale. Les paramètres modaux sont ensuite utilisés pour construire une convolution plus rapide. La convolution modale est adaptée au problème de contact par l'addition d'une condition de contact cinématique. Le modèle de contact est comparé à la méthode de pénalité dans le cas d'un exemple académique. Il présente l'avantage de sa stabilité et de sa facilité de mise en oeuvre. Dans la dernière partie de ce travail, le modèle de contact est appliqué au cas d'un pneumatique roulant sur différents types de chaussée. Le contenu spectral des forces de contact est étudié en fonction de la vitesse de déplacement et la rugosité des chaussées. Afin de construire le modèle de contact d'un pneumatique réel sur une chaussée réelle, plusieurs exemples à complexité croissante sont traités. Le modèle d'anneau circulaire sous fondation élastique est largement étudié dans cette thèse. Une étude détaillée du modèle est réalisée dans les cas analytique et numérique / This work is part of the traffic noise reduction programme. The tire/road contact is the principal source of this phenomenon at speeds greater than 50 km/h. In this context, a new approach to modeling the tire vibration behavior during rolling on rigid road surface is developed. For the tire, a periodic model is used to compute Green's functions of the tire in the contact area. This model leads to a significant reduction of computing time reduction. Tire's response can be modeled in a large frequency range. The model is compared to a classic finit elements model built using Abaqus software. As a general approach, the dynamic response of the tire is calculated by convolution of the contact forces with the Green's functions. However the computation of the convolution can be time consuming. In this work we have used a new method. First it consists of the modal expansion of the pre-calculated Green's functions. The modal parameters are then used to construct a new convolution which allows quicker calculations than the traditional convolution. The modal convolution is adapted to dynamic contact problem by using a kinematic contact condition. Contact model is compared to the penalty method. Both methods give the same result but the developed method is more stable and easier to implement.In the last chapter of this work, the contact model is applied to a $3d$ tire model rolling on different road profiles. Spectrum content of the contact forces is studied for different values of the car speed and roughness of the roadway. During this study, several examples with an increasing complexity are studied. The ring on elastic foundation model is presented in details with both analytical and numerical computations

Le caractère prédictif des simulations numériques faites pour dimensionner une structure dépend directement de la précision avec laquelle sont introduites les conditions aux limites imposées en service à la structure. Dans le cas d’une roue d’aéronef, les chargements appliqués par les différents pneumatiques qui peuvent être montés sur celle-ci lors des manœuvres au sol de l’aéronef jouent un rôle crucial dans la précision du modèle numérique. Cependant, ces chargements sont complexes et mal connus. Les charges globales appliquées à l’interface pneu-piste sont transférées à la roue au niveau de l’interface pneu-jante grâce au pneumatique, qui est un composant intermédiaire sophistiqué que ne maîtrise pas le manufacturier de roue. La détermination des conditions aux limites directement appliquées à la roue est donc particulièrement difficile et nécessite de faire des hypothèses sur le comportement en déformation du pneumatique. L’approche proposée dans le cadre de ces travaux de thèse consiste à identifier les chargements induits par le pneumatique sur la roue via la mesure de la déformée de cette dernière pour les différents cas de charge envisagés. L’objectif est de permettre au concepteur de la roue de mieux comprendre et de modéliser l’interaction entre le pneumatique et la roue afind’obtenir des simulations numériques plus prédictives. Pour ce faire, une paramétrisation objective des chargements à l’interface pneu-jante, aussi robuste et compacte que possible, est tout d’abord définie. Des mesures non-intrusives par corrélation d’images numériques (CIN) et jauges d’extensométrie, réalisées lors d’un post-doctorat antérieur à ces travaux de thèse, sont ensuite utilisées pour calibrer les paramètres recherchés. Une procédurede recalage de modèle par éléments finis est notamment mise en œuvre. Enfin, la problématique du placement optimal de capteurs est abordée afin de définir une instrumentation permettant de minimiser les incertitudes sur les paramètres à identifier. / The predictive character of numerical simulations run to design a structure critically depends on the accuracy with which the boundary conditions prescribedon the structure are introduced. For aircraft wheel manufacturers, the loadings applied to the wheel during ground maneuvering by various tires that are mounted play an important role. However, they are hardly known apart from the resultant force between the ground and the tire. Aircraft wheel manufacturers do not control the tire, which is a complex intermediate component, but must still work with it to design their products. Because tire-ground loads are transmitted to the wheel through the tire at the tire-rim interface, assumptions on the deformation behavior of the tire are to be made to determine the correct applied loading to the wheel and many experiments are often requiredto evaluate the wheel structural response. The knowledge of tire-rim interface loadings would thus provide an invaluable help to shorten aircraft wheel design processes. To tackle this challenge, an inverse identification procedure of tire-rim loadings for several cases is proposed herein. The aim is to identify the loadings applied by a tire on an aircraft wheel via the measurement of thewheel deformation and to allow the wheel manufacturer to better understand and model the interaction between the wheel and the tire. First, an objective parameterization of tire-rim loadings, which is as robust and compact as possible, is defined. Then, non-intrusive measurements (e.g., displacement fields obtained by Digital Image Correlation analyses, strains at gauge locations) obtained during a previous postdoctoral research are used to calibrate the loading parameters. A finite element model updating algorithmis used to solve this inverse problem. Last, the optimal sensor placement problem is considered to define an instrumentation that yields the most accurate estimâtes of the loading parameters.

Dans le contexte du développement d’une agriculture durable, il est nécessaire d’optimiser le coût énergétique des opérations agricoles tout en garantissant des temps de travaux courts ainsi que la qualité des opérations réalisées. Cette question concerne en particulier l’opération du semis qui est déterminante pour la qualité de la future récolte. Les semoirs de grande capacité et à haute productivité conçus aujourd’hui se doivent d’être compatibles avec cet ensemble de contraintes. L’enjeu essentiel de cette thèse est donc d’élaborer une méthodologie innovante et utilisant des outils de modélisation dans le but de réduire la consommation énergétique des matériels de semis. En suivant cette logique, nous avons étudié quatre aspects clef de la conception des semoirs pneumatiques : la manœuvrabilité des semoirs poly-articulés, l’établissement des conditions du transport pneumatique des semences et des engrais, l’optimisation des systèmes de répartition des semences ou des engrais, et enfin les aspects énergétiques du mode d’introduction des semences dans le circuit pneumatique. Chaque modélisation a été précédée par une phase expérimentale de détermination des phénomènes majoritaires influençant le processus étudié. Ensuite une modélisation du processus étudié, basée sur la simulation des effets du phénomène majoritaire identifié a pu être mise en œuvre et des conclusions, appuyées par des essais expérimentaux, proposées quant à la conception des semoirs pneumatiques. L’étude de la manœuvrabilité des ensembles poly articulés a démontré qu’il était possible de proposer et de tester un modèle explicatif de prédiction de trajectoires adapté aux engins agricoles. Cette approche ouvre la voie à l’optimisation et à de nouvelles méthodes d’automatisation de manœuvres complexes, notamment des demi-tours en bout de champ. Il est par ailleurs possible de démontrer qu’une trémie en position arrière permet de réaligner plus rapidement la barre de semis après une manœuvre. L’étude des conditions du transport pneumatique a montré notamment que l’établissement de conditions de transport correctes au niveau des sorties de la tête de distribution conditionne l’ensemble de la conception du circuit de distribution de la matière. L’étude des systèmes de répartition des semences a permis d’expliquer l’origine des principaux défauts de répartition observés et notamment l’importance de l’adéquation entre le coude et la conduite verticale qui précède la tête de répartition des semences. Ces résultats ont ouvert la voie à l’étude de la mise en place de systèmes d’anticipation et de correction de ces défauts. Enfin l’étude comparée de deux systèmes d’introduction de la matière dans un circuit pneumatique a montré que du point de vue énergétique les systèmes pressurisés sont plus intéressants que les systèmes injecteurs. / In the context of sustainable farming, the optimization of the energy costs of agricultural operations allows shorter working times and high quality of the agricultural operations. This question relates particularly to the seeding. This operation one is decisive for the quality of the future harvest. The modern high capacity seed drills must be compatible with all the constraints. The main goal of this PhD thesis is thus to develop an innovative methodology, integrating the modeling tools, in order to reduce the energy consumption of the heavy seeding equipment. Thus, we explored four key aspects concerning air seed drill design: maneuverability of poly-articulated seed drills; establishment of the pneumatic conveying conditions of seeds and fertilizers; seed distribution accuracy optimization, and finally the energy aspects of the air stream loading systems. Each modeling was preceded by a preliminary experimental phase, defying the majority phenomena influencing the studied process. The modeling of the studied process and the conclusions (supported by experimental trials) have been proposed for the design of air seed drills. The study of maneuverability of poly-articulated agricultural machines showed that it was possible to get and test an explanatory model of trajectory prediction adapted for agricultural machines. This approach opens the way for optimization and automation of complex operations, including U-turns on headlands. We showed that a towed behind storage hopper (air-cart) allows faster realignment of the coulter bar after maneuvers. The study of pneumatic conveying conditions showed that the establishment of the correct conveying conditions in the outlets after the dispensing head defines the entire design of the distribution system. The study of seed distribution systems explains that the origin of the low distribution accuracy is caused in particular by the elbow and the vertical pipe before the dispensing head. These results open the way for the development of anticipation systems and correction of these defects. Finally the comparative study of two air-stream loading systems has showed that from the energy point of view the pressurized systems are more interesting than the injectors systems. / В рамках концепции устойчивого развития, необходимо учитывать энергетический аспект, сохраняя при этом эффективность использования рабочего времени и качества выполнения сельскохозяйственных операций. Особенно, это касается операции посева, определяющей в наибольшей степени будущий урожай. Современные широкозахватные зерновые сеялки и посевные комплексы вписываются в рамки устойчивого сельского хозяйства. Главной целью данной диссертации является разработка действенной методики проектирования пневматических сеялок, применяя методы моделирования и оптимизации, с целью уменьшения энергопотребления. Таким образом, мы использовали причинно-следственный подход для энергетической оптимизации четырех определяющих параметров: маневренность многозвеньевых посевных машин, обоснования необходимых условий пневмотранспорта, оптимизация распределения посевного материала, и ввода материала в магистральный трубопровод. В дополнение, снижение энергопотребления не должно сказываться на качестве выполнения технологического процесса посева. Моделирование каждого процесса, является следствием длительной экспериментальной фазы, посвященной определению наиболее значимых факторов, для каждого отдельного явления. В результате моделирований, симуляций и анализа, были составлены практические рекомендации, для конструкторов пневматических сеялок. Изучение маневренных характеристик многозвеньевых агрегатов позволило предложить и испытать физическую модель, позволяющую предопределить траекторию движение каждого звена машинно-тракторного агрегата. Такой подход позволяет автоматизировать выполнение наиболее сложных маневров (например, разворотов в конце гона). Кроме всего было показано, что заднеприцепные бункера позволяют более быстрое выравнивание агрегата после разворота. Изучение условий пневмотранспорта, позволило установить оптимальные, с точки зрения энергосбережения, параметры пневмотранспорта на выходе из распределительной головки, что послужило исходными данными для расчета характеристик пневмотранспорта в целом. Исследование процесса распределения семян в распределительной головке вертикального типа, позволило определить причины неравномерного распределения семян между выходными трубопроводами, в частности влияние отвода и вертикального трубопровода. На основании полученных данных, было предложена система устройств, позволяющих избежать возникновения завалов в системе, при минимальных энергопотерях. Сравнительные исследования двух систем ввода материала в магистральный трубопровод, позволили заключить, что питатели с наддувом являются менее энергоемкими по сравнению с питателями эжекторного типа.

Cette étude porte sur la filtration des particules métalliques contenues dans les fumées de métallisation. Des retours d'expériences spécifiques aux dépoussiéreurs filtrants les fumées de métallisation témoignent d'un colmatage des filtres très rapide ainsi que de l'inefficacité des techniques de décolmatage pneumatique habituellement utilisées. Il en résulte une durée de vie des éléments filtrants très réduite. L'objectif de cette étude est de caractériser le colmatage puis le décolmatage afin d'améliorer les performances des dépoussiéreurs à cartouches filtrantes vis-à-vis des fumées de métallisation. Trois axes de recherches ont été exploré sur un banc pilote spécialement équipé : - la caractérisation des fumées de métallisation. Elle a permis de qualifier la structure spatiale de la particule par la dimension fractale et le facteur de forme dynamique grâce au couplage série DMA-ELPI et à une méthodologie originale d'analyse des données validée sur différents aérosols. Les caractéristiques obtenues expliquent les propriétés colmatantes des fumées de métallisation. - La caractérisation du dépôt engendré au cours de la phase de filtration (ou de colmatage). Elle montre une structure incompressible dans la gamme de filtration habituellement pratiquée en industrie. Ces travaux ont permis d'estimer la porosité expérimentale du dépôt formé par les fumées de métallisation. - L'étude sur le décolmatage. Elle décrit et explique l'inefficacité des décolmatages utilisés en industrie. Il ressort que seule une très faible surface du média plissé est décolmatée. L'alternative du precoating se révèle très efficace mais seulement en mode off-line / This study deals with the filtration of metallic particles contained in the metallization fumes. Experience feedback specific to the filtration of metallization fumes by dust collectors report a rapid clogging of filters and the inefficiency of pneumatic cleaning techniques commonly used. This leads to a high reduction in filters lifetime. The objective of this study is characterize clogging then unclogging in order to improve the performance of dust cartridge filter against metallization fumes. Three research axes were explored on a dedicated bench : - Metallization fumes characterization. It allows describing the spatial structure of the particle by the fractal dimension and the dynamic shape factor with the DMA-ELPI serial coupling and thanks to an original data analysis methodology validated on various aerosols. The characteristics obtained explain the clogging properties of metallization fumes. - Characterization of the cake generated during the filtration phase (or clogging). It shows a incompressible structure in the velocities filtration range of industry. The experimental porosity of the cake formed by filtering metallization fumes is estimated thanks to these studies. - Study on cleaning. It describes and explains the inefficiency of pneumatic cleaning techniques employed in industry. It appears that only a very small surface of the pleated media is unclogged. The precoating alternative is shown to be very efficient provided that it is combined with off-line cleaning procedures

Le contrôle de stabilité est un sujet essentiel dans les systèmes avancés d’aide à la conduite développés par les constructeurs et équipementiers automobiles. Les systèmes de sécurité actifs sont devenus un standard dans les véhicules particuliers, tels que : le contrôle électronique de la stabilité (ESC) et le système de contrôle de traction (TCS). La description du comportement dynamique du véhicule pendant le mouvement, est fondamental dans le fonctionnement des nouveaux systèmes de sécurité active. Certains systèmes actifs sont déjà implémentés dans des véhicules standards comme des options supplémentaires, pour améliorer la sécurité sur la route ou pour le confort du conducteur et des passagers. Cependant, ces systèmes ont besoin d’informations sur la dynamique de véhicule, qui représente les caractéristiques de mouvement du véhicule sur la route. L’accès à ces informations est souvent difficile, pour des raisons technologiques ou économiques. De ce fait, nous développons des algorithmes, basés sur la technique d’observation d’état, pour estimer une partie de ces variables notamment, les efforts dynamiques du contact pneumatique/chaussée et l’angle de dérive dans son environnement. En revanche, ces systèmes sont conçus pour faire face à l’état actuel du véhicule où la situation de danger a toujours eu lieu, la capacité de ces systèmes est limitée à minimiser les effets de danger. L’objectif ultime est de prévoir et d’éviter efficacement un accident avant qu’il se produise. Par conséquent, ce travail est dédié aussi à développer une méthode de prédiction des risques pour rappeler au conducteur la vitesse de sécurité pour négocier les virages à venir. Dans un premier temps, nous développons dans ce mémoire une nouvelle approche pour estimer la répartition de la charge verticale sur chaque roue dans un environnement réel. L’influence de l’angle de pente est considérée dans la phase de reconstruction du modèle du véhicule. Les forces verticales sont estimées en utilisant un filtre de Kalman. Afin d’estimer la force latérale du pneu, un filtre de Kalman entendu et un filtre Particulaire ont appliqués pour tenir compte des non-linéarités du modèle de véhicule. Deux techniques différentes d’observateurs sont proposées et comparées avec des données expérimentales. Dans un deuxième temps, nous étendons, à l’instant futur, la prise en compte de l’évaluation de risque d’accidents. La prédiction des paramètres de la dynamique du véhicule, l’évaluation du risque potentiel ainsi que la détermination d’une vitesse d’alerte à l’approche des virages, sont introduites pour réduire le risque potentiel d’accident dans les virages. Enfin, la dernière partie du mémoire est consacrée à l’application en temps réel, sur un véhicule démonstrateur, du processus d’observation d’état développé précédemment. Les résultats expérimentaux sont réalisés pour démontrer la performance des estimateurs intégrés en temps réel. / Nowadays, a variety of advanced driving assistance systems are being developed by research centers and automobile manufactures. Stability control is an essential topic in the modern industrial automobile society. Driving safety is widely concerned in the passenger cars to prevent potential risks. More and more electronic active safety systems are fitted out as a standard option, such as Electronic Stability Control (ESC) and Traction Control System (TCS). These safety systems are efficient in helping the driver maintain control of the car and also are considered highly cost-effective. However, for the future development trend of these systems, a more complex and integrated control unit requires more information about the vehicle dynamics. Some fundamental parameters such as tire road forces and sideslip angle are effective in describing vehicle dynamics. Nevertheless, it is lacking an effective and low-cost sensor to measure directly. Therefore, this study presents amethod to estimate these parameters using observer technologies and low-cost sensors which are available on the passenger cars in real environment. In addition, these systems are designed for dealing with vehicle current state where danger situation has always occurred, the capacity of these systems is limited to minimize the effects. We were wondering whether shall we predict and effectively avoid a crash before it occurred. Therefore, this work is also addressed to develop a risk prediction method for proposing driver a safe speed to negotiate the upcoming curves. First, this dissertation develops a new approach to estimate the vertical load distribution in real environment. The influence of bank angle is considered in the phase of reconstruction of vehicle model. The vertical tire force on banked road is estimated by using Kalman filter. In order to estimate the lateral tire force, two nonlinear observers are addressed to solve the nonlinearity of vehicle model. The Extended Kalman filter is widely discussed in the previous literature, while we firstly use a Particle filter to estimate the vehicle dynamics parameters. Two different observer technologies are proposed and compared using the experimental data. Second, extending the consideration of road safety to the future instant. Prediction of vehicle dynamics parameters, evaluation of potential risk as well as establishment of advisory speed on curves are introduced to reduce the possibility of crash occurrence on curves. Last but not least, the real-time sampling and process system is presented, the estimator with EKF and PF has been developed as a real-time application. Experimental results are performed to demonstrate the performance of these integrated systems in real-time.

Le trafic routier devenant de plus en plus dense, la sécurité active des véhicules doit être sans cesse améliorée. Ceci nécessite notamment une amélioration de la dynamique des véhicules. La majeure partie des efforts transmis par la chaussée au véhicule passant par les pneumatiques, une connaissance précise de l’interface pneu-sol est primordiale. Ceci passe notamment par le développement de modèles de pneumatiques et leur identification, à partir de mesures spécifiques, lors des phases de conception et de mise au point d’un véhicule. Le projet de thèse a pour objectif principal de contribuer à une meilleure détermination du point de fonctionnement dynamique de l’ensemble pneumatique/roue. Plus précisément, il s’agit d’améliorer la détermination de l’angle de dérive du pneumatique, dont la précision est encore aujourd’hui insuffisante pour une analyse des performances des pneumatiques à partir d’essais sur piste. Cette détermination est réalisée simultanément à la détermination des autres grandeurs nécessaires à l’étude de l’interface roue-sol : glissement longitudinal du pneumatique, angle de carrossage de la roue et torseur des efforts roue-sol. Ce projet s’est appuyé sur la collaboration entre la Direction de la Recherche de Renault et le laboratoire MIPS de l’Université de Haute-Alsace. Des études préliminaires menées par Renault et par le MIPS sur ce sujet ont servi de support à ce projet.Une étude menée en début de thèse a permis de rédiger un cahier des charges exhaustif, en termes de performances de mesure de l’angle de dérive du pneumatique, permettant d’étudier avec suffisamment de précision la dynamique du véhicule, en se basant sur indicateurs de performance. Afin de répondre au cahier des charges, une solution de mesure novatrice de l’angle de dérive du pneu a été conçue et développée au cours de la thèse. Celle-ci se base sur l’intégration de mesures inertielles et GPS au niveau du plan de jante, à l’aide d’un filtre de Kalman étendu (EKF). Par la suite, un capteur de mesure (INS/GPS) dédié a été conçu, développé et enfin intégré à un véhicule d’essais. Les performances de mesure du nouveau capteur INS/GPS ont été validées vis-à-vis du cahier des charges, en suivant une procédure de caractérisation mise au point spécifiquement durant la thèse. L’angle de dérive pneu est ainsi mesuré avec une précision de 0,1° (à 3o) sur une plage de 360°, tout en étant insensible à la texture et à la granularité de la chaussée ; contrairement aux solutions industrielles existantes. Lorsque ce moyen de mesure novateur est couplé à d’autres mesures standard de la dynamique du véhicule, le mouvement complet du plan de jante est alors déterminé également avec la précision requise. Ceci en ajoutant uniquement un capteur au niveau du plan de jante, ce qui permet de limiter l’inertie ajoutée à la roue, en comparaison aux moyens de mesures existants.Pour valider le nouveau moyen de mesure développé et montrer tout son intérêt, une méthodologie d’identification d’un modèle de pneumatique (Magic Formula 5.2) a été proposée et validée expérimentalement. Un algorithme d’optimisation Simplex a été développé afin de pouvoir identifier un modèle de pneu, aussi bien à partir de mesures (sur piste ou sur banc de test) qu’à partir de données de simulation. Ainsi, les paramètres du modèle de pneumatique peuvent être optimisés durant la phase de conception d’un véhicule, afin de répondre à des indicateurs de performance du véhicule bien définis. Aujourd’hui, les mesures précises du capteur INS/GPS, conjuguées à l’algorithme d’optimisation développé, sont notamment utilisées pour identifier des modèles de pneu à partir de mesure sur piste, et pour définir les paramètres du modèle de pneu nécessaires, en phase de conception de véhicule. […] / The road traffic becomes more and more dense so that the active safety of road vehicles must continuously improved. This especially requires the improvement of the vehicle dynamics. The major part of the forces applied by the road to the vehicle are issued of the tyres. So, an accurate knowledge of the tyre-road interaction is primordial. This especially requires the development of the modelling and the identification of tyre models in the phases of design and tuning of a vehicle. The main goal of the thesis project is the contribution to a better determination of the dynamic functioning point of the system tyre/wheel. More accurately, is aims at improving the tyre slip angle determination accuracy, which is still insufficient for the analysis of tyre performance from vehicle-on-track tests. This determination is performed simultaneously to the determination of the other variables required in study of the tyre-road interface: longitudinal slip ratio, camber angle, tyre forces and moments. This project has been made in collaboration with the Research Department of Renault and the MIPS laboratory of the University of Haute-Alsace. Preliminary studies carried out by Renault and MIPS on this topic have served as a support to this project. A study carried out at the beginning of the thesis has helped to the determination of exhaustive requirements, in terms of tyre slip angle measurement performance, allowing the study of the vehicle dynamics with a sufficient accuracy, using performance indicators. A novel tyre slip angle measurement means has been developed in the thesis, in order to fit these requirements. It is based on the combination of inertial and GPS data near the wheel rim edge plane, using a extended Kalman filter (EKF). A dedicated measurement sensor (INS/GPS) has then be designed, developed and embedded in a test vehicle. The measurement performance of the novel INS/GPS has been validated according to the requirements, following a characterization procedure which has been specifically designed in the thesis. The tyre slip angle is then measured with an accuracy of 0.1° (at 3σ) in a range of 360°, with a insensitivity to the texture and the granularity of the road, contrary to the existing industrial solutions. When this novel measurement means is coupled with other standard measurements in vehicle dynamics, the whole motion of the wheel rim is then also determined with the required accuracy. This is made possible by mounting only one sensor at the level of the wheel rim edge plan, which helps to limit the inertia added to the wheel, in comparison with the existing measuring systems.A strategy of identification of a tyre model (Magic Formula 5.2) has been proposed and validated experimentally, in order to validate the novel measurement means developed. A Simplex optimization algorithm has been developed for the identification of a tyre model, from measurements (on a track or on a test rig) and/or simulation data. So, the tyre model parameters can be optimized in the phase of vehicle design, in order to fit well know vehicle performance indicators. The accurate INS/GPS measurements, combined with the optimization algorithm, are now especially used for the identification of tyre models from vehicle-on-track measurements and for the determination of the tyre model parameters required in the design phase. The novel INS/GPS is also considered as a reference for the tyre slip angle measurement, whatever the road grip (dry, wet, snow covered, ice covered ...). A number of research collaborations, especially with a worldwide tyre manufacturer, are been launched following the thesis results, especially for the study of the correlation between the physical tyre properties and the vehicle dynamics.

L’objectif des travaux entrepris au cours de cette thèse concerne le développement d’un système haptique de téléopération contrôlé à l’aide d’actionneurs électropneumatiques. Pour réaliser le contrôle du débit de ce type de modulateur, deux solutions technologiques sont possibles : soit des servovalves soit des électrovannes. La première solution est utilisée pour contrôler précisément des systèmes de hautes performances, mais l’apparition d’électrovannes rapides compactes à faible coût offre la possibilité de les utiliser à la place des servovalves. Même si cela entraîne des défis dans la réalisation de la commande, à cause de l’augmentation des non-linéarités intrinsèques de l’actionneur pneumatique lorsqu’il est piloté par les électrovannes au lieu des servovalves. Le premier objectif a consisté à démontrer la possibilité de réaliser des interfaces maître-esclave à performance acceptable à l’aide d’électrovanne, afin de produire des systèmes à faible coût. La méthode la plus courante pour commander des électrovannes consiste à utiliser un signal modulé en largeur d’impulsion. Afin de contrôler de manière plus optimale les électrovannes, une nouvelle stratégie de la commande basée sur l’algorithme hybride a été développée. Cette commande a été implémentée et testée sur un système de maître-esclave à un degré de liberté développé au cours de ces travaux de recherche. Les résultats ont démontré de meilleures performances dans le cas de la commande hybride en termes de dynamique de pression, des performances de suivi en force/position. Afin de disposer des informations de transparence et de stabilité, la commande par mode glissant a été choisie. Une comparaison de la transparence a été réalisée parmi trois architectures pour un système de téléopération. Pour améliorer les performances dynamiques du système, une commande à cinq-mode a été développée. Le second point de recherche entrepris est passé par l’utilisation de servovalves dans un système de téléopération, permettant ainsi de réaliser une comparaison entre les deux technologies. Dans le cas d’une architecture de téléopération, les données expérimentales pour les deux types d’organes de commandes, ont donné des résultats satisfaisants en termes de suivi de force et de position pour le maître et l’esclave. Dans le cas de système de téléopération bilatérale, le capteur de force est souvent supprimé dans le but de réduire les coûts ainsi que le poids et le volume du système global. Les travaux se sont ainsi intéressés à la possibilité d’utiliser des observateurs, à la place de capteurs de force pour déterminer les forces d’interactions entre les interfaces et leurs environnements. Les données expérimentales montrent ainsi qu’il est possible d’obtenir des bonnes performances de transparence en utilisant un simple observateur de Nicosia. Finalement ces différents résultats démontrent le potentiel des actionneurs électropneumatiques pour la réalisation le système de téléopération. / The aim of this thesis is to investigate the development and control of electro-pneumatic actuators in a haptic teleoperation system. For controlling the mass flow rate of such actuators, two types of valve technology are sudied, i.e. solenoid (on/off) valve and proportional servovalve. The servovalves have found widespread applications in which high accuracy of force/position control are needed. They are however typically expensive due to the requirements of high-precision manufacturing. Therefore, the low-cost solenoid valves can be an alternative to the servovalves for achieving acceptable-performance pneumatic control. Generally, the highly nonlinear of the pneumatic actuator is heightened when it uses on/off solenoid valves instead of servovalves. In this case, precise control is challenging due to the discrete-input nature of the system. Our first objective is to demonstrate that it is possible to design an acceptable performance teleoperation system using master-slave robots that have pneumatic actuators equipped with only inexpensive on/off solenoid valves. To control efficiently the switching valves, several control approaches have been proposed, namely pulse width modulation (PWM), hybrid algorithm, and sliding mode control. A hybrid control theory, which includes more switching control modes, than PWM, allows to reduce the chattering problem and improve the energy consumption of the valves. Another strategy (i.e. a sliding mode control), which does not depend on the pneumatic model, is proposed. This control stratgy allows to perform not only the transparent analysis but also the stability analysis. In order to improve the dynamic performance and reduce the chattering problem in solenoid valve actuated pneumatic teleoperation systems, a five-mode sliding control scheme has been used, which can be considered as an extension of the three-mode sliding controller. Our study demonstrates that by increasing the number of possible control actions for the valves, we can reduce the valves’ switching activities, hence improving the valve’s life times at no cost to teleoperation transparency. The second objective of the thesis involves in implementing the proportional servovalves on the pneumatic teleoperation system. A comparison related to the teleoperation performance between an on/off valve and a servovalve is carried out. In experiments, it is observed that with the bilateral teleoperation architecture employing solenoid valves or servovalves, satisfactory force and position tracking between the master and the slave is obtained. In bilateral teleoperation control, force sensors are often omitted to save cost and to lessen weight and volume. Therefore, another aspect of our work consists in using observers for an estimation of operator and environment forces. Experimental results show that acceptable teleoperation transparency based on a simple Nicosia observer and a tangent linear control approach can be achieved.

Le véhicule est un système dynamique complexe, composé de différents sous-systèmes de nature différente (moteur, système de freinage, suspension ...). Chaque sous-système est décrit par un modèle mathématique dépendant d’un nombre important de paramètres, très souvent incertains (méconnaissance, manque de mesures,…). L’incertitude sur les paramètres se propage à travers le modèle et se retrouve sur la sortie. Cette dernière représente les forces et moments mis en jeu dans le véhicule. L’incertitude sur la sortie n’est pas toujours tolérable pour des raisons de sécurité, précision,…Situé dans ce contexte, les travaux de la thèse consistent à proposer des méthodes d’analyse de sensibilité permettant de déterminer les paramètres dont les incertitudes ont un effet significatif sur le comportement d’un système donné, en particulier le véhicule. Dans une première partie, le cas des modèles à paramètres dépendants et suivant une distribution arbitraire est étudié. Une méthode, basée sur la décorrélation des paramètres par la décomposition de Cholesky, a été proposée. Pour résoudre le problème de la distribution arbitraire, l’approximation par polynôme du chaos arbitraire est adoptée, en construisant une base orthonormale en termes de moments statistiques non centrés des paramètres. Les indices de sensibilité, permettant de quantifier la contribution de chaque paramètre à la variance de la sortie, sont obtenus directement à partir des coefficients des polynômes du chaos ainsi obtenus. La méthode proposée est appliquée et validée sur un modèle de pneumatique. Dans la deuxième partie, le cas des modèles dynamiques est traité. Une méthode basée sur les dérivées partielles est explorée, puis une approche alternative est proposée. Elle utilise de façon originale des outils de l’Automatique, les grammiens d’atteignabilité et d’observabilité. L’influence des paramètres sur l’énergie consommée en entrée et restituée par le système en sortie est ainsi déterminée. L’avantage de cette technique est que les paramètres peuvent être classifiés selon leurs influences sur l’énergie consommée ou restituée, tout au long de la dynamique du système. D’autre part, l’étude de la sensibilité des paramètres sur les échanges de l’énergie, permet de déterminer un placement optimal des paramètres pour une optimisation de l’énergie consommée et restituée en sortie. Les deux méthodes proposées sont appliquées et validées sur un modèle bicyclette décrivant le comportement dynamique d’un véhicule. Dans la dernière partie, des tests sur véhicule d’essais ont été réalisés sur circuit. Les différentes approches d’analyse de sensibilité ont été appliquées sur les résultats d’essais, afin de recaler des modèles de pneumatique. / The vehicle is a complex dynamic system, composed of various subsystems of different kind (engine, braking system, suspension, etc.). Each subsystem is described by a mathematical model depending on a significant number of parameters, very often uncertain (unknown, lack of measures, etc.). The uncertainty on the parameters is propagated through the model and takes place on the model output. The model output represents the forces and moments involved in the vehicle. The uncertainty on the model output is not always tolerable for safety reasons, precision, etc. In this context, the aim of the thesis is to propose sensitivity analysis methods allowing to determine parameters whose uncertainties have a significant effect on the behavior of a given system. In the first part, the case of models with dependent parameters which follow an arbitrary distribution is studied. A method based on the decorrelation of the parameters using the decomposition of Cholesky, is proposed. To solve the problem of the arbitrary distribution, an approximation using arbitrary polynomial chaos is adopted and an orthonormal data basis is constructed in terms of non central statistical moments of parameters. Sensitivity indices, allowing to quantify the contribution of every parameter to the model output variance, is directly obtained from the polynomial chaos coefficients.The proposed method is applied and validated on a tyre model. In the second part, the case of the dynamic models is studied. A method based on partial derivative is explored. Then a new alternative approach is proposed. This method uses in an original way the control theory tools, the reachability and observability Gramians. The influence of the parameters is formulated in terms the energy consumed and restored by the system. The advantage of this technique is that the parameters can be classified according to their influences on the consumed or restored energy throughout the system dynamics. On the other hand, the study of the parameters sensitivity based on ratio energy exchanged, allows to determine an optimal placement of the parameters for an optimization of consumed and/or restored energy. Both proposed methods are applied and validated using bicycle model describing vehicle dynamic behavior. Finally, the various sensitivity approaches are applied to adjust tyre model parameters using vehicle measurements acquired during a steady-state maneuver.

Ces vingt dernières années les constructeurs d'automobiles ont réduit progressivement le bruit émis par les véhicules par une action portant sur les sources d'origine mécanique (réduction du bruit du moteur, meilleure conception des transmissions, amélioration des silencieux...). Il s'avère maintenant que le bruit de contact pneumatique/chaussée est la source principale des nuisances sonores à plus de 50 Km/h. La génération du bruit de contact a comme sources de nombreux phénomènes impliquant des mécanismes compliqués. L'un des principaux phénomènes étant les vibrations du pneumatique dues à la rugosité de la chaussée. Pour modéliser les vibrations du pneumatique, il faut connaître d'une part le comportement vibratoire du pneumatique et d'autre part les forces de contact. Le problème de contact entre un pneumatique et une chaussée est un contact dynamique tridimensionnel qui est difficile à modéliser dans toute sa généralité. Les modèles de contact avec la chaussée utilisés font appel à une modélisation simple en 2D et les modèles de contact existant en 3D sont trop lourds pour le calcul. Dans ce mémoire on apporte une contribution à l'étude des forces de contact engendrées par l'influence de la rugosité de la chaussée et ceci afin d'avoir une bonne approximation des sources de vibrations du pneumatique et prédire le bruit de roulement. On a développé un modèle semi analytique 3D qu'on a validé expérimentalement pour un contact ponctuel élastique et viscoélastique avec différentes formes de pointes de contact. La validation expérimentale et numérique du modèle pour un contact multipoints élastique a été abordée. On a terminé par une application de la méthode pour résoudre un problème de contact sur des profils de chaussées modèles.

Le pneumatique est un élément essentiel pour la tenue de route, le confort et la sécurité d'un véhicule. Cependant, un sous-gonflage accentue les risques d'éclatement, provoque une usure rapide du pneumatique et augmente la consommation de carburant. Il est donc important de développer des systèmes de surveillance de la pression des pneumatiques (SSPP). Une première approche, dite "directe", consistant à utiliser des capteurs de pression s'avère onéreuse et peu fiable (possibilité de pannes). Les nouvelles générations de SSPP favorisent les méthodes "indirectes", sans capteur de pression. La surveillance est assurée à partir des grandeurs physiques liées à la pression. La baisse de la pression se traduit par une augmentation de la vitesse angulaire de la roue, un déplacement des modes vibratoires du véhicule, une diminution du rayon effectif de la roue et une augmentation de la résistance au roulement. L'approche basée sur la comparaison des vitesses angulaires des roues ne répond pas aux exigences concernant la chute de pression minimale que l'on doit détecter et le nombre de pneumatiques dégonflés détectables. Une solution fondée sur l'analyse spectrale des signaux de vitesses angulaires permet d'améliorer les performances mais présente un temps de convergence important. Le premier objectif de ce travail de thèse est donc de réduire le coût de calcul de ces algorithmes. Nous étudions dans le cadre de cette thèse la possibilité de se servir des modèles de la dynamique de la roue et du véhicule pour la mise en oeuvre d'observateurs de grandeurs qui dépendent de la pression. Le deuxième objectif de ce travail de thèse est de proposer des observateurs capables d'estimer conjointement le rayon effectif et la résistance au roulement des roues sans rajout de capteurs supplémentaires. Les travaux menés pendant cette thèse sont orientés vers des aspects méthodologiques et expérimentaux à travers la mise en oeuvre des méthodes et leur application à des données réelles.