Afin d’améliorer la précision des systèmes de navigation ainsi que de garantir la sécurité et la continuité du service, il est essentiel de connaitre la position et l’orientation du véhicule en tout temps. La localisation absolue utilisant des systèmes satellitaires tels que le GPS est souvent utilisée `a cette fin. Cependant, en environnement urbain, la localisation `a l’aide d’un récepteur GPS peut s’avérer peu précise voire même indisponible `a cause des phénomènes de réflexion des signaux, de multi-trajet ou de la faible visibilité satellitaire. Afin d’assurer une estimation précise et robuste du positionnement, d’autres capteurs et méthodes doivent compléter la mesure. Dans cette thèse, des méthodes de localisation de véhicules sont proposées afin d’améliorer l’estimation de la pose en prenant en compte la redondance et la complémentarité des informations du système multi-capteurs utilisé. Tout d’abord, les mesures GPS sont fusionnées avec des estimations de la localisation relative du véhicule obtenues `a l’aide d’un capteur proprioceptif (gyromètre), d’un système stéréoscopique(Odométrie visuelle) et d’un télémètre laser (recalage de scans télémétriques). Une étape de sélection des capteurs est intégrée pour valider la cohérence des observations provenant des différents capteurs. Seules les informations validées sont combinées dans un formalisme de couplage lâche avec un filtre informationnel. Si l’information GPS est indisponible pendant une longue période, la trajectoire estimée par uniquement les approches relatives tend `a diverger, en raison de l’accumulation de l’erreur. Pour ces raisons, les informations d’une carte numérique (route + bâtiment) ont été intégrées et couplées aux mesures télémétriques de deux télémètres laser montés sur le toit du véhicule (l’un horizontalement, l’autre verticalement). Les façades des immeubles détectées par les télémètres laser sont associées avec les informations_ bâtiment _ de la carte afin de corriger la position du véhicule.Les approches proposées sont testées et évaluées sur des données réelles. Les résultats expérimentaux obtenus montrent que la fusion du système stéréoscopique et du télémètre laser avec le GPS permet d’assurer le service de localisation lors des courtes absences de mesures GPS et de corriger les erreurs GPS de type saut. Par ailleurs, la prise en compte des informations de la carte numérique routière permet d’obtenir une approximation de la position du véhicule en projetant la position du véhicule sur le tronc¸on de route correspondant et enfin l’intégration de la carte numérique des bâtiments couplée aux données télémétriques permet d’affiner cette estimation, en particulier la position latérale. / In some dense urban environments (e.g., a street with tall buildings around), vehicle localization result provided by Global Positioning System (GPS) receiver might not be accurate or even unavailable due to signal reflection (multi-path) or poor satellite visibility. In order to improve the accuracy and robustness of assisted navigation systems so as to guarantee driving security and service continuity on road, a vehicle localization approach is presented in this thesis by taking use of the redundancy and complementarities of multiple sensors. At first, GPS localization method is complemented by onboard dead-reckoning (DR) method (inertial measurement unit, odometer, gyroscope), stereovision based visual odometry method, horizontal laser range finder (LRF) based scan alignment method, and a 2D GIS road network map based map-matching method to provide a coarse vehicle pose estimation. A sensor selection step is applied to validate the coherence of the observations from multiple sensors, only information provided by the validated sensors are combined under a loosely coupled probabilistic framework with an information filter. Then, if GPS receivers encounter long term outages, the accumulated localization error of DR-only method is proposed to be bounded by adding a GIS building map layer. Two onboard LRF systems (a horizontal LRF and a vertical LRF) are mounted on the roof of the vehicle and used to detect building facades in urban environment. The detected building facades are projected onto the 2D ground plane and associated with the GIS building map layer to correct the vehicle pose error, especially for the lateral error. The extracted facade landmarks from the vertical LRF scan are stored in a new GIS map layer. The proposed approach is tested and evaluated with real data sequences. Experimental results with real data show that fusion of the stereoscopic system and LRF can continue to localize the vehicle during GPS outages in short period and to correct the GPS positioning error such as GPS jumps; the road map can help to obtain an approximate estimation of the vehicle position by projecting the vehicle position on the corresponding road segment; and the integration of the building information can help to refine the initial pose estimation when GPS signals are lost for long time.

Les véhicules modernes sont de plus en plus équipés de nouveaux organes visant à améliorer la sécurité des occupants. Ces nouveaux systèmes sont souvent des organes actifs utilisant des données de capteurs sur le véhicule. Cependant, en cas de mauvais fonctionnement d'un capteur, les conséquences pour le véhicule peuvent être dramatiques. Afin de garantir la sécurité dans le véhicule, des nouvelles méthodologies de détections de défauts adaptées pour les véhicules sont proposées. Les méthodologies présentées sont étendues de la méthode de l'espace de parité pour les systèmes à paramètres variant (LPV). En outre, la transformation du problème de détection de défauts pour la détection de situations critiques est également proposée. Des résultats applicatifs réalisés sur un véhicule réel dans le cadre du projet INOVE illustrent les performances des détections de défauts et la détection de perte de stabilité du véhicule.

Actuellement, la principale source d'énergie embarquée dans les véhicules électriques est composée de batteries Li-ion. Cette thèse fait partie des thématiques communes de travail que mène L'ESTACA en collaboration avec le L2EP. L'objectif ce projet est d'étudier l'apport d'une source hybride composée de batteries Li-ion et des supercondensateurs, sur les performances d'un véhicule électrique urbain.Dans un premier temps, une stratégie de gestion d'energie basée sur l'approche des règles déterministes a été appliquée pour montrer l'intérêt de l'association des différentes technologies de batterie Li-ion (haute puissance, haute énergie) avec le supercondensateur en fonction de l'autonomie voulue. Cette étude nous a permis de proposer une solution optimale (poids, volume, coût..) composée d'une batterie énergétique et un supercondensateur.Dans la deuxième partie, on a suivie l'évolution du vieillissement des deux de deux batteries de type haute puissance et hautes énergie dans, respectivement, les configurations mono-source et hybride. Pour réaliser cette étude, un banc de tests, destiné au cyclage et la caractérisation des systèmes de stockage, a été utilisé. Les résultats obtenus, offriront la possibilité de se prononcer sur le type de batteries Li-ion qui pourrait être le plus intéressant pour l'alimentation des véhicules électriques

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 / This PhD thesis is dedicated to the control strategies for intelligent vehicle platoon in highway with the main aims of alleviating traffic congestion and improving traffic safety. After a review of the different existing automated driving systems, the vehicle longitudinal and lateral dynamic models are derived. Then, the longitudinal control and lateral control strategies are studied respectively. At first, the longitudinal control system is designed to be hierarchical with an upper level controller and a lower level controller. For the upper level controller, a safety spacing policy (SSP) is proposed. It is shown that the proposed SSP can ensure string stability, traffic flow stability and improve traffic capacity. Then, a coordinated throttle and brake fuzzy controller (lower level controller) is designed, in which a logic switch is designed to coordinate the two actuators (throttle and brake pedals). Second, for the lateral control, a multi-model fuzzy controller is designed. And a hierarchical lateral control architecture is also proposed, which can effectuate flexible switch between different lateral operations. After that, the integration of the longitudinal controller and lateral controller is also studied. Finally, the estimation of vehicle states is discussed. A Kalman-Bucy filter is designed to estimate vehicle states in lateral dynamics. Moreover, a reduced scale multi-sensor intelligent vehicle prototype is also presented. The performances of the divers control algorithms proposed in this thesis have been tested in numerical simulations, and the first step experiments with the reduced scale vehicle prototype gave encouraging results

Les véhicules modernes sont de plus en plus équipés de nouveaux organes visant à améliorer la sécurité des occupants. Ces nouveaux systèmes sont souvent des organes actifs utilisant des données de capteurs sur le véhicule. Cependant, en cas de mauvais fonctionnement d'un capteur, les conséquences pour le véhicule peuvent être dramatiques. Afin de garantir la sécurité dans le véhicule, des nouvelles méthodologies de détections de défauts adaptées pour les véhicules sont proposées. Les méthodologies présentées sont étendues de la méthode de l'espace de parité pour les systèmes à paramètres variant (LPV). En outre, la transformation du problème de détection de défauts pour la détection de situations critiques est également proposée. Des résultats applicatifs réalisés sur un véhicule réel dans le cadre du projet INOVE illustrent les performances des détections de défauts et la détection de perte de stabilité du véhicule. / Modern vehicles are increasingly equipped with new mechanisms to improve occupant safety. These new systems are often active parts using data from sensors on the vehicle. However, in case of malfunction of a sensor, the consequences for the vehicle can be dramatic. To ensure safety in the vehicle, new methodologies for detection of faults suitable for vehicles are proposed. The developed methodologies are extended from the method of parity space for linear parameter varying systems (LPV). In addition, the transformation of fault detection problem for the detection of critical situations is also available. Application of results achieved on a real vehicle within the INOVE project illustrate the performance of fault detection and detection of loss of stability of the vehicle.

Actuellement, la principale source d’énergie embarquée dans les véhicules électriques est composée de batteries Li-ion. Cette thèse fait partie des thématiques communes de travail que mène L’ESTACA en collaboration avec le L2EP. L’objectif ce projet est d’étudier l’apport d’une source hybride composée de batteries Li-ion et des supercondensateurs, sur les performances d’un véhicule électrique urbain.Dans un premier temps, une stratégie de gestion d’energie basée sur l’approche des règles déterministes a été appliquée pour montrer l’intérêt de l’association des différentes technologies de batterie Li-ion (haute puissance, haute énergie) avec le supercondensateur en fonction de l’autonomie voulue. Cette étude nous a permis de proposer une solution optimale (poids, volume, coût..) composée d’une batterie énergétique et un supercondensateur.Dans la deuxième partie, on a suivie l’évolution du vieillissement des deux de deux batteries de type haute puissance et hautes énergie dans, respectivement, les configurations mono-source et hybride. Pour réaliser cette étude, un banc de tests, destiné au cyclage et la caractérisation des systèmes de stockage, a été utilisé. Les résultats obtenus, offriront la possibilité de se prononcer sur le type de batteries Li-ion qui pourrait être le plus intéressant pour l’alimentation des véhicules électriques / Currently, the main embedded storage system supplying the electric vehicles is composed of Li-ion batteries. This thesis is one of the common themes of work that ESTACA leads in collaboration with L2EP. The objective of this work is to study the interest of a hybrid source composed of Li-ion batteries and supercapacitors to supply an urban electric.Firstly, an energy management strategy based on deterministic rules is developed to control the power between the battery and supercapacitor. To demonstrate the combination utility, different Li-ion battery technologies (Li-ion high power, high-Li-ion energy) are used on the sizing step. Through this study, we could propose an optimal solution (masses, volumes, costs...) consisting of battery and supercapacitor. In the second part, we have followed the evolution of capacity and the internal resistance losses of high power and high energy batteries type in, respectively, single-source and hybrid configurations. For this study, a test bench, developed for cycling and characterization of storage systems, was used. The results obtained provide the opportunity to choose Li-ion battery technology that could be the most interesting for the supply of electric vehicles

Le véhicule électrique est une des solutions de transport respectueuses de l’environnement, n’émettant pas de polluant lors de son utilisation. Gruau, constructeur carrossier pour véhicules utilitaires, se lance activement dans le transport écologique sur le segment de l’utilitaire 3,5t. Afin d’accroitre les ventes de véhicules utilitaires électriques, il est nécessaire d’en réduire le coût total de possession (ou TCO (Total Cost of Ownership)). L’objectif de cette thèse est d’étudier et de modéliser le comportement des composants de ce véhicule électrique pour simuler des calculs de TCO. Le composant principal étudié est la batterie, dont la durée de vie limitée conditionne la rentabilité du véhicule. La première partie des travaux fut consacrée à la modélisation du comportement du véhicule en fonction d’une mission client donnée. Une étude des cellules de batterie est réalisée dans le but de construire un modèle multi-physique complet en prenant en considération le vieillissement calendaire et le vieillissement en cyclage. Un modèle énergétique global, comprenant ce modèle batterie, permet de déterminer l’énergie nécessaire pour un parcours donné et de simuler le vieillissement des cellules électrochimiques afin de calculer le TCO. Une seconde partie est orientée vers le calcul du TCO. La mise en oeuvre d’un algorithme d’optimisation avec une méthodologie d’accélération des calculs a permis de réaliser les calculs dans des temps raisonnables (passage de 13h à 15min par itération). Après étude de l’impact du dimensionnement de la batterie sur le TCO, il en ressort que la réduction de la capacité n’entraine pas systématiquement la réduction du TCO. Il existe pour chaque mission un point de TCO optimal (jusqu’à 17% d’éconnomie). Afin d’améliorer le TCO, des stratégies de recharge intelligentes sont élaborées et permettent rentabilité accrue du VUE (jusqu’à 29%). Ce travail a été intégré dans un logiciel d’aide à la décision de la capacité de la batterie suivant les besoins du client, destiné aux forces de ventes commerciales. / The electric vehicle is one of the environmentally friendly transport solutions that emit no pollutant during its use. Gruau, manufacturer-converter for light commercial vehicles (LCV), is actively involved in green transport in the 3.5t segment. In order to increase sales of electric LCV, it is necessary to reduce its total cost of ownership (TCO). The objective of this thesis is to study and model the behavior of the components of this electric vehicle in order to simulate TCO. The main component studied is the battery, whose limited lifetime will determine the profitability of the vehicle. The first part of the work was devoted to modeling the behavior of the vehicle according to a given customer mission. The study of battery cells was done with the aim of building a complete multi-physics model taking into account calendar aging and cycling aging. Then, this battery model is integrated in a complete energy model taking into account all the components of the studied vehicle. Then a global model, including this battery model, makes it possible to determine the energy required for a given path and to simulate the aging of the electrochemical cells in order to calculate the TCO. A second part is oriented towards the calculation of the TCO. The implementation of an optimization algorithm, with a methodology of computing acceleration, allowed to achieve the computations in reasonable times (reduction from 13h to 15min by iteration). After studying the impact of battery sizing on the TCO, it appears that the reduction of the battery capacity does not systematically lead to the reduction of the TCO. There is therefore an optimum TCO point for each mission (up to 17% savings). In order to improve the TCO, smart recharging strategies are developed and allow increasing e-LCV profitability (up to 29%). This work is integrated into a decision support software relative to the battery capacity according to customer needs, intended for commercial sales forces.

Avec l’arrivée en masse des véhicules à traction électrique, la puissance sollicitée à des blocs de cellules chimiques ne cesse d’augmenter. Les nouvelles technologies développées pour répondre à la demande exposent un nouveau problème jamais observé sur les assemblages multi-cellules : la disparité des paramètres internes. Une étude a démontré que ces faibles variations de capacité ou de résistance interne causeront une dégradation prématurée si elles ne sont pas prises en comptes. La littérature sur le sujet comprend plusieurs travaux qui tentent de palier à ce problème cependant très peu d’information n’est disponible pour quantifier ces divergences de paramètres internes. Ceux qui proposent des solutions viables le font généralement dans un contexte non transférable aux véhicules électriques ou hybrides. Ce document présente une étude complète de l’état de l’art sur l’utilisation et la gestion des batteries au lithium-ion ainsi que l’analyse d’un nouvel outil de mesure pour système de gestion de batteries permettant de mesurer et d’utiliser ces dispersions de paramètres internes des cellules. L’algorithme de mesure sera basé sur un système de classement des données recueillies novateur permettant de répertorié les données selon les conditions de conduites vécues lors de la mesure plutôt qu’en fonction du temps. La conception d’un système de gestion de batteries capable de mettre en œuvre cet outil de mesure dans un contexte de véhicule électrique ainsi que l’élaboration de partons de charge/décharge des cellules, afin de les plonger dans des conditions similaires à celles vécues par un bloc batterie de véhicule électrique, seront aussi exposées. La distribution des résistances internes des 16 cellules étudiées et une discussion de ces résultats complètera ce document.

La charge des batteries est un point important pour le développement du véhicule électrique. Actuellement, plusieurs systèmes sont mis en place (chargeurs embarqués, bornes de recharge, coupleurs inductifs) et permettent de répondre à l'attente des usagers. Des dispositifs de faible puissance (3 kW) assurent une recharge (dite "lente") complète des batteries durant les heures creuses (5 à 8 heures). Des systèmes plus puissants (supérieur à 10 kW) permettent une charge dite "rapide" (20 à 30 min) et partielle (70 à 80 %). Les chargeurs "lents" imposent une masse supplémentaire et un surcoût au véhicule. Les dispositifs "rapides" quant à eux sont complexes et très onéreux, ce qui limitera leur nombre et donc leur intérêt qui est d' assurer le rôle de stations-service. L'idée de réutiliser les éléments déjà existants dans le véhicule (convertisseur et moteur) pour concevoir une structure de charge est alors apparue comme une voie prometteuse. Le chargeur "intégré" est né, sa conception est conditionnée par la chaîne de traction implantée dans le véhicule. Notre étude porte sur la mise en oeuvre de dispositifs de charge conçus pour être implantées sur des véhicules à traction alternative (onduleur + moteur alternatif). L'utilisation du réseau monophasé a permis de mettre en oeuvre une structure assurant la charge de type "lente". Elle permet grâce à un montage à deux étages de répondre à la norme réseau basse fréquence (EN NF 61 000-3-2) et d'ofrir une large gamme de tension. L'utilisation des enroulements moteur comme inductances à été analysée. Le convertisseur connecté sur le réseau triphasé assure la charge "rapide" grâce à un montage monoétage. La mise en oeuvre du modèle moyen généralisé a permis de modéliser et commander l'ensemble des structures étudiées. En particulier une commande à été élaborée pour le chargeur triphasé afn d'adapter la tension de sortie du redresseur à celle des batteries en agissant sur le courant réactif absorbé.

Les travaux de cette thèse portent sur l'intégration d'un système à pile à combustible hybride dans un tracteur agricole. Dans notre travail, plusieurs architectures de réseaux électriques embarquées et de stratégies de gestion de l'énergie sont envisagées. Une modélisation du système complet est mise en place sous Matlab Simulink afin de pouvoir simuler les différents scénarii envisagés, de même qu'un banc de test permettant de valider les résultats issus des simulations purement numériques. L'objectif premier de ce travail est d'optimiser les flux énergétiques relatifs aux diverses sources et charges constitutives du système et ainsi de réduire la consommation du véhicule pour des cycles de mission agricoles. Cette thèse découle d'un projet de recherche commun entre le G2ELab, le CEA Grenoble et l'entreprise AGCO, implémenté en France à Beauvais qui commercialise des machines agricoles sous quatre marques : Massey Ferguson, Fendt, Valtra et Challenger.