Le monde des Véhicules à Deux Roues Motorisés (VDRM) a changé considérablement,en matière de qualité et de performances. Ces véhicules ont pris une place importante dans notre vie quotidienne, que ce soit pour les déplacements ou les loisirs, ce qui a contribué à l’augmentation et à la diversité du parc. Néanmoins, la sécurité des usagers est devenue une des préoccupations des institutions routières et des organismes de recherche, vu le nombre croissant des accidents et la vulnérabilité à laquelle sont confrontés. Nos travaux de recherche s’inscrivent dans la thématique d’étude (modélisation et observation) et d’analyse de la dynamique limite des VDRM. L’objectif étant la conception des outils nécessaires à l’établissement de systèmes d’aide à la conduite, de type préventif, dédiés à renforcer la sécurité du conducteur et à améliorer sa conduite. Le principal outil est un bon dispositif de simulation, vu les contraintesrencontrées pour la réalisation en pratique des tests, tel que la sécurité du pilote, le coût, etc. C’est ainsi, qu’une synthèse de trois modèles dynamiques non linéaires, àun corps, à deux corps et à cinq corps, est proposée. Une fonction de risque, relativeà l’angle de roulis du véhicule maximal, est établie. Sa variation en fonction desparamètres inertiels et géométriques de l’ensemble véhicule et conducteur, de leursdynamiques et de l’infrastructure, a fait l’objet d’une étude approfondie. La difficultéd’implémentation de nombreux capteurs, nous a conduit à concevoir des méthodesd’observation des dynamiques importantes pour la mise en pratique des systèmesde sécurité. Pour ce faire, nous avons reconstruit les grandeurs, contribuant à la dynamique latérale, par l’application de l’observateur Proportionnel Double Intégral(P2I) sur deux cas de modèles (3DDL et 4 DDL). La dernière partie du mémoire, est consacrée aux travaux réalisés sur l’instrumentation du prototype Scooter dont dispose le laboratoire. L’analyse des données enregistrées sur piste et la validation des techniques d’observation développées y sont détaillées. / The world of Powered Two Wheeled (PTW) vehicles has changed considerably in quality and performance. These vehicles have taken an important place in our live, whether for transportation or leisure, which contributed to the increasing and diversity of their park. However, the safety of users has become a concern of road institutions and research organizations, given the increasing number of accidents and vulnerability at which they are faced. Our research fall within the thematic study of modeling, observation and dynamic limit analysis of the PTW vehicles. The main objective is to design tools needed to establish safety systems, of preventive kind, dedicated to enhance driver safety and improve his conduct. The main tool is a good device simulation, given the constraints encountered in the practical realization of tests, such as driver safety, cost, etc. For this, a synthesis of three non-linear dynamic models of one body, two bodies and five bodies, is proposed. A risk function relative to the maximum roll angle of the vehicle is established. Its variation according to the inertial and geometric parameters of the whole vehicle and driver, their dynamics and infrastructure, has been subject of extensive study. The difficulty of implementing many sensors has led us to develop methods to reconstruct the important dynamics for the implementation of safety systems. To do this, we reconstructed quantities contributing to the lateral dynamics by applying the Proportional Two Integral (P2I) observer. The last part of the manuscript is devoted to the work carried out about the instrumentationof the Scooter prototype, available at our laboratory. The analysis of the recorded data on the test track and the validation of the observers developed are detailed.

La puissance des outils informatiques et électroniques disponibles aujourd'hui favorise le travail de l'automaticien en lui permettant d'utiliser et de développer des techniques de modélisation et d'identification de plus en plus puissantes. Avant même de commencer l'élaboration d'un modèle, il est utile d'en connaître l'application future car c'est elle qui permettra d'orienter le choix du type de modèle : un modèle de représentation, issu de la phase d'identification, ou un modèle de connaissance, issu de la phase de modélisation. Une fois ce choix arrêté, l'automaticien doit se conformer à une méthodologie rigoureuse basée sur trois étapes qui sont : l'étape qualitative, l'étape quantitative et la validation. Obtenir un modèle convenable, selon la précision désirée, nécessite enfin de nombreuses itérations, remettant systématiquement en question toute la stratégie initiale. <br> Cette démarche reste vraie, et son application est conseillée, lors de la modélisation du système "véhicule". Bien souvent qualifié de "complexe", ce système comporte énormément de non-linéarités et la description de son comportement par un modèle de connaissance aboutit souvent à des formulations mathématiques lourdes. En outre, le modèle ne peut être exclusivement "de connaissance" car la science ne permet pas encore de décrire microscopiquement le comportement de tous les organes et en particulier du pneumatique. On ne peut modéliser le comportement du pneumatique de façon fiable qu'en utilisant un modèle dont les paramètres sont identifiés à la suite de relevés expérimentaux. Seule cette solution donne entière satisfaction actuellement. <br> Le pneumatique constitue un élément essentiel à la compréhension du comportement transversal et/ou longitudinal du véhicule. Soumis à des efforts suivants les trois axes principaux (x, y et z, respectivement longitudinal, transversal et vertical), il fait l'objet à lui seul de l'attention de bon nombre de chercheurs exerçant dans le monde de l'automobile. Les autres composants du véhicule ont aussi initié des recherches poussées et en particulier les modèles de suspension, utiles pour trouver les meilleurs compromis entre confort et tenue de route. Une analyse fine des fréquences propres caractéristiques et des réponses indicielles est nécessaire pour y parvenir. Une étude phénoménologique des différentes grandeurs caractérisant le comportement transversal du véhicule comme la vitesse de lacet (vitesse de rotation du véhicule autour de son axe vertical), les dérives (angles existant entre l'axe longitudinal du véhicule et le vecteur vitesse) ou encore l'accélération transversale, explique clairement les phénomènes de sousvirage et de survirage. <br> Tous les véhicules sont conçus pour être naturellement sousvireurs. Néanmoins, lors de sollicitations particulières, ne présentant pourtant aucune singularité aux yeux d'un néophyte, certains véhicules entrent en phase de survirage. Considéré comme critique, le survirage peut se révéler très dangereux pour un conducteur inexpérimenté. Actuellement, ce genre de situations, et bien d'autres encore, font l'objet des principales préoccupations des constructeurs automobile. En vue de l'amélioration de la sécurité, nous proposons l'analyse du comportement statico-dynamique (régime établi) d'un véhicule routier sur adhérence dégradée, et en particulier sur sol mouillé, situation dans laquelle le taux d'accidents augmente considérablement. Une des caractéristiques donnant une image du comportement statico-dynamique transversal d'un véhicule représente l'évolution du taux de sousvirage (grandeur physique reconstruite principalement à partir de l'angle au volant) en fonction de l'accélération transversale. Dans un premier temps, notre travail consiste à identifier cette courbe puis, dans un deuxième temps, de l'analyser afin d'en déduire des indicateurs objectifs de comportement transversal. <br> Identifier cette courbe statico-dynamique signifie fournir une fonction non-linéaire, qui peut être considérée comme le gain statique de la fonction de transfert liant le taux de sousvirage et l'accélération transversale. Nous approximons la courbe statico-dynamique par une courbe de Bézier dont les paramètres sont optimisés par un algorithme génétique, solution élégante et de surcroît rapide et robuste. La mise en application originale que nous faisons des courbes de Bézier couplées à l'optimisation par algorithmes génétiques permet d'approximer toutes les formes de gain statique non-linéaire rencontrées jusqu'à présent. Même les modèles de véhicules les plus élaborés ne sauraient être fidèles à la description mathématique que nous obtenons par ce procédé, et en particulier lors des phases de survirage. Lorsque la représentation du comportement statico-dynamique est identifiée, nous quantifions le comportement transversal au travers d'indicateurs, uniquement en observant les singularités géométriques de cette représentation. Ceux qui ont été choisis comme les plus représentatifs du comportement statico-dynamique sont l'équilibre, donnant la tendance sousvireuse ou survireuse, la progressivité indiquant le mode des pertes d'adhérence et l'adhérence transversale qui est directement la valeur de l'accélération transversale maximum rencontrée et qui traduit donc le potentiel transversal du véhicule. La validation des méthodes de calcul a été faite en soumettant les résultats à des experts du domaine. On obtient ainsi une cotation objective des différents véhicules qui peut être utile, par exemple, pour modifier les réglages châssis ou le type de pneumatiques. <br> Malheureusement, l'expérience prouve que la cotation que donne un essayeur sur un véhicule peut être biaisée par son état d'esprit, son passé ou par tout autre évènement extérieur susceptible de modifier son jugement. Il est important de comparer alors la classification globale donnée par les pilotes avec celle donnée par les indicateurs objectifs. Classification globale signifie agréger les critères et les indicateurs pour n'obtenir qu'une seule note. Nous effectuons cette opération en utilisant l'intégrale de Choquet par rapport à une mesure floue. Cet outil mathématique puissant permet de tenir compte de la complémentarité et de la redondance entre les critères et lève les ambiguïtés de classification que peut donner une agrégation de type moyenne. Nous avons donc appliqué ce concept à la classification des véhicules par rapport à leur comportement statico-dynamique en agrégeant les indicateurs objectifs issus de la quantification. Dans un souci de globalité, nous proposons enfin une classification généraliste des véhicules en étudiant l'influence de critères tels que le confort ou le sentiment de sécurité. <br> Dans un avenir proche, la description mathématique du comportement sera utile à la validation des modèles et des simulations ainsi qu'à la comparaison et au réglage du comportement de différents véhicules avant même la fabrication d'un prototype. Les perspectives d'avenir plus lointaines sont principalement axées sur l'amélioration de la sécurité routière, en particulier en élaborant un système dit "copilote", actif ou passif, qui permettra d'informer le conducteur de la situation qu'il traverse, en temps réel.

De nos jours, les batteries lithium-ion sont les plus utilisées pour alimenter les appareils électroniques et les véhicules électriques. Les accumulateurs électrochimiques basés sur le lithium ont une meilleure densité d'énergie et une plus grande fiabilité que toutes les autres méthodes d'accumulation d'énergie. Les batteries au lithium utilisées dans les applications de haute puissance et énergie sont généralement constitué d'un grand nombre de cellules, ce qui amène de nouveaux défis. Une méthodologie de dimensionnement facile et rapide a été identifiée comme un besoin à combler dans l'état de l'art. Ce travail vise à développer un tel outil permettant d'identifier rapidement les arrangements séries-parallèle respectant les objectifs de conception que sont le volume, le poids, l'énergie, le coût et la durée de vie, pour définir un espace de recherche. Ceci a pour but d'accélérer le processus de conception et assurant une meilleure prise de décision dès le début d'un projet. Une des nouveautés de ce travail est l'introduction de la représentation des performances système en cartes iso-performance, permettant une évaluation rapide et intuitive des tendances et de l'impact des compromis d'ingénierie. Le modèle sur lequel la méthodologie s'appuie assume le comportement statique en régime permanent pour estimer la puissance, le courant et la température d'opération et établir la durée de vie projetée d'un produit. En plus de la méthode de dimensionnement, un modèle transitoire électrothermique (MET) semi-empirique a été élaboré dans le formalisme de modélisation de la Représentation Énergétique Macroscopique (REM) sous MATLAB/Simulink\textregistered, contribuant à l'art de ce domaine. Celui-ci a été utilisé pour simuler le comportement du système d'accumulation d'énergie. Ce document vise à faire le pont entre tous les aspects principaux à considérer dans la conception d'une batterie, en présentant une nouvelle palette d'outils pouvant être utilisés par les ingénieurs de système. La flexibilité de l'application des outils à divers types de projets a été démontrée par l'application de la méthode à trois cas d'étude: une voiture urbaine électrique, un camion de livraison léger et un système stationnaire. / Abstract : Nowadays lithium-ion batteries have become the most popular technology to power portable electronic devices and battery powered electric vehicles. Lithium based electrochemical energy storage systems have far greater energy density and reliability than any other energy storage systems. Scaling up lithium-ion from small single cell batteries to large multi-cell systems comes with many new challenges. The need for a straightforward and easy-to-follow battery sizing methodology was identified as an area of improvement to the art. This work aims to provide such a tool to identify electrical arrangements that respect all design objectives, such as volume, mass, energy, cost and lifetime, to define a constraint bounded searchspace, speeding the process and ensuring a good decision right from the begining of a project. The novelty of this work is to present system level performances using iso-performance plots, allowing for quick and intuitive asssesment of design compromises and tendencies. The underlying model assumes steady-state operation of the system, to estimate temperature and lifetime prognosis. In addition to the battery sizing method, a transient semi-empirical electro-thermal battery model was constructed to run within MATLAB/Simulink® into the Energetic Macroscopic Representation (EMR) modeling formalism framework, bringing new art to the field. With it energy storage system performances were validated by simulation. This document aims to bridge the gap between most of the aspects of battery design, presenting a new set of tools to be used by system engineers. Three different design scenarios have been studied : an Urban electric car, a light duty delivery truck and a stationary system; to show how the tools can be used to any type of battery design project.

Le nombre grandissant de véhicules électriques implique une grande quantité d’accumulateurs devant être alimentés par le réseau électrique. Le principe d’échange d’énergie véhicule-réseau (V2G) permet des transferts énergétiques bidirectionnels entre le réseau et les véhicules électriques. Il est ainsi possible de compter sur ces accumulateurs pour alimenter le réseau. Le chargeur intégré assure l’interface entre le réseau et ces accumulateurs. Son rendement constitue un élément majeur de la viabilité du principe V2G. Son caractère mobile est tout aussi important puisque cet appareil est intégré au véhicule. Les semi-conducteurs au carbure de silicium (SiC) présentent une percée substantielle pour atteindre le rendement et la densité énergétiques nécessaires pour un tel convertisseur. Les impacts de l’utilisation du SiC dans la conception et la mise en œuvre d’un chargeur bidirectionnel seront démontrés dans ce mémoire. La topologie du convertisseur est initialement déterminée puis dimensionnée pour les paramètres de l’étude, soit en tension et puissance. Les simulations du convertisseur exposent les différences entre une solution n’utilisant que des composants au SiC à une seconde n’utilisant que des composant au silicium (Si) traditionnellement utilisés. Une dernière solution combinant les deux types de composant a aussi été évaluée. Finalement, la mise en œuvre d’un chargeur bidirectionnel prototype démontre des phénomènes distincts entre les solutions exposant l’impact des semi-conducteurs au carbure de silicium sur le rendement du convertisseur bidirectionnel.

Ce mémoire est consacré à la mise en œuvre de commandes d'un train de véhicules intelligents sur autoroute ayant pour objectifs principaux de réduire la congestion et d'améliorer la sécurité routière. Après avoir présenté l'état de l'art sur des systèmes de conduite automatisée, des modèles de la dynamique longitudinale et latérale du véhicule sont présentés. Ensuite, des stratégies de contrôle longitudinal et latéral sont étudiées.D'abord, le contrôle longitudinal est conçu pour être hiérarchique avec un contrôleur de niveau supérieur et un contrôleur de niveau inférieur. Pour celui de niveau supérieur, une régulation d'inter-distance SSP (Safety Spacing Policy) est proposée. Nous avons constaté que la SSP peut assurer la stabilité de la chaîne et la stabilité des flux de trafic et augmenter ainsi la capacité de trafic. Puis, pour celui de niveau inférieur, une loi de commande floue coordonnée est proposée pour gérer l'accélérateur et le freinage. Ensuite, une loi de commande multi-modèle floue est conçue pour le contrôle latéral. De plus, pour réaliser des transformations lisses entre les différentes opérations latérales, une architecture de contrôle hiérarchique est proposée. Puis, l'intégration des commandes longitudinale et latérale est étudiée. Enfin, l'estimation des variables d'états du véhicule est discutée. Un filtre de Kalman-Bucy est conçu pour estimer les états du véhicule. En outre, un prototype de véhicule intelligent à échelle réduite est également présenté. Les performances des divers algorithmes de commande proposés ont été testées par simulations, et les résultats ont été confirmés par les premières expériences en utilisant le prototype

La multiplication des véhicules électriques au détriment de ceux à moteur à combustion interne contribue grandement à la sauvegarde de notre milieu de vie. Une conception intelligente peut pallier certains de leurs défauts actuels comme l’autonomie. Les travaux de cette maîtrise portent sur l’optimisation de la motorisation, de la chaîne de transmission et de la batterie de tels véhicules. Dans un premier temps, plusieurs simulateurs de déplacement longitudinal de véhicules électriques ont été développés sous Simulink© en utilisant l’approche dynamique et quasi-statique. Ensuite, des scripts d’explorations systématiques, codés sous Matlab© permettent d’observer l’influence de plusieurs paramètres sur trois objectifs. Le premier est la mesure du temps d’accélération, le second la vitesse maximale et le dernier l’autonomie. Un cas particulier est également traité afin d’illustrer l’efficacité de ces outils lors de la conception de véhicules électriques.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

On se propose dans cette thèse de modéliser le système pilote-véhicule dans une tâche de conduite de fauteuils roulants électriques par des personnes handicapées ayant une déficience motrice sévère. L'objectif est double. Il est tout d'abord descriptif au sens où l'on va chercher à mieux comprendre les spécificités de la commande d'un fauteuil électrique par des personnes handicapés moteurs. Le second objectif est normatif : le modèle pilote-fauteuil doit permettre de définir le mode de comportement optimal de la personne dans une situation de conduite donnée. Ceci induit une méthode d'analyse objective du pilotage de fauteuil. Le premier chapitre, bibliographique, porte sur les modèles pilote-véhicule relatés dans la littérature. Le second chapitre décrit la conception et la validation de notre simulateur de conduite en fauteuil électrique. Le troisième et le quatrième portent sur l'application des modèles Crossover et OPCM. Les résultats obtenus montrent que ces deux modèles ont des domaines d'applicabilité complémentaires dans notre contexte d'étude / In this thesis we propose to model the pilot-vehicle system made up of a person with a severe motor disability and of an electric wheelchair. The first goal is descriptive: we try to better understand the specificities of the control of an electrical wheelchair. The second goal is normative: the pilot-wheelchair model should define the optimal control mode of the wheelchair in a given situation. This should induce an objective analysis method of the piloting of the wheelchair. The first chapter of the report is devoted to a bibliographical study related to the various pilot-vehicle models. The second chapter describes the design and the validation of our wheelchair driving simulator. The third and the fourth chapters relate to the application of the Crossover models and the OPCM model. The results obtained show that these two models have complementary fields of application in our context of study

Le sujet traité dans cette thèse concerne la localisation précise et intègre de robots mobiles ( de véhicules routiers en l'occurence) dans un environnement routier cartographié. Pour ceci, nous proposons une approche multisensorielle hybridant les capteurs classiquement utilisés dans ce genre d'application (un GPS naturel, un odomètre et un gyromètre) avec un système de vision. Ce dernier, en outre, est capable de déterminer très précisement la pose locale du véhicule sur la chaussée en détectant les marquages signalétiques au sol. Il peut donc par l'intermèdiaire de la carte de l'environnement routier, fournir des informations à la fois redondantes et complémentaires à celles fournies par le GPS. Ainsi, cette combinaison d'informations doit garantir la précision et l'intégrité du système de localisation et ce notamment dans les zones urbaines denses où les informations du GPS ne sont pas forcément fiables. La mise en oeuvre de ce système a été menée dans deux études distinctes. Dans la première, la fusion de données est effectuée par un filtre de Kalman étendu . Dans ce cas, la précision obtenue est quasi-décimétrique, cependant la gestion d'hypothèses multiples dans le cadre autoroutier ou des fortes non-linéarités introduites par le système de vision nuisent fortement à l'intégrité des résultats de localisation. C'est donc tout naturellement, que dans la seconde étude, le filtre de Kalman est remplacé par un filtre particulaire et plus particulièrement par un filtre particulaire génétique. La précision obtenue est ici similaire à la première étude et l'intégrité des résultats de la localisation assurée. En revanche, cette méthode est gourmande en temps de calcul et ne peut être utilisée en temps réel sur les ordinateurs actuels

Cette thèse présente la fusion multi-capteurs par un réseau Bayésien appliqué au problème de localisation d'un véhicule sur une carte. La mise en correspondance d'une estimation sur un segment de route ou Road-matching consiste à trouver le segment sur lequel le véhicule roule et la position de ce véhicule sur ce segment. Plusieurs algorithmes utilisent la fusion des estimations données par l'odométrie et le GPS pour traiter le problème du road-matching. Cependant, une simple combinaison du GPS et de l'odométrie ne permet pas de se localiser de manière précise et sans interruption de service. La précision et la continuité de service peuvent être améliorées si on utilise des informations cartographiques qui permettent en particulier de contraindre les positions possibles aux seuls segments correspondants à des voies de circulation autorisées.\\ Dans de nombreux cas, lorsqu'un véhicule se trouve devant des situations ambiguës comme les routes parallèles, les jonctions de routes,... plusieurs auteurs cherchent à sélectionner le segment le plus probable. Cette phase est souvent une source d'erreurs. Dans cette thèse nous proposons de traiter tous les segments candidats jusqu'à la levée de l'ambiguïté. \\ Le problème de la localisation devient encore plus compliqué quand il s'agit d'une localisation multi-véhicules pour une navigation autonome des véhicules suiveurs. Pour un train de véhicules dont seul le premier est piloté par un opérateur humain et dont les véhicules suiveurs sont en mode autopilotage, une géo-localisation précise d'ordre centimétrique de chaque véhicule est plus que nécessaire pour les modules de contrôle pour le suivi de trajectoire du véhicule de tête. \\ Un train de véhicule peut être vu comme la généralisation du modèle de réseau Bayésien pour la localisation d'un véhicule sur une carte. Nous dupliquons le réseau autant de fois qu'on a de véhicule. Nous rajoutons des liens de connexions entre les véhicules afin de concevoir le train de véhicule.\\ Le filtre de Kalman et sa version étendue sont très utilisés en robotique, principalement pour traiter le problème de la non linéarité. Cependant, la linéarisation du système autour de l'estimée courante peut introduire des erreurs sur la moyenne et la covariance calculées \textit{a posteriori} et peut même dans d'autres cas faire diverger le filtre. \\ La transformation du système non linéaire d'un véhicule sous forme chaînée permet de représenter son équation cinématique sous forme linéaire. Par conséquent, cette transformation nous évite de faire appel aux méthodes d'inférence approximatives.