À l'heure actuelle, le deux-roues motorisé (DRM) constitue un moyen de transport de plus en plus convoité, notamment pour les possibilités qu'il offre d'esquiver les engorgements de trafic. Ce constat est justifié par le nombre de DRM circulant quotidiennement et impliquant un trafic de plus en plus croissant. Néanmoins, ce phénomène conduit à l'explosion du nombre d’accidents et par conséquent un grand nombre de victimes classant ainsi, les DRM dans la catégorie des modes de transport particulièrement dangereux et ses utilisateurs dans celle des usagers très vulnérables. A première vue, le développement des aides à la conduite actives pourrait résoudre le problème de contrôlabilité du véhicule mais cette solution n'est plus envisageable dès lors qu'il s'agit de pertes de contrôle irréversibles qui constituent, par ailleurs un pourcentage très important des accidents de DRM en tant que véhicule seul. En effet, ce type de système intervient, alors que le véhicule se trouve déjà dans une situation dégradée. De plus, l’adaptabilité des aides actives sur les véhicules à deux roues motorisés reste problématique. Actuellement, l'accent est mis sur le développement des systèmes de sécurité prévenant le conducteur de DRM suffisamment en amont d'un danger pour éviter la situation conflictuelle, c'est le cas des aides préventives. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre et y contribue au niveau de la modélisation, l'identification, l'estimation d'état, l'analyse de la dynamique limite et la mise en place d'une plate-forme expérimentale. Ainsi, plusieurs points ont été traités: Modélisation du système Véhicule-Infrastructure-Conducteur (V-I-C). Développement d’observateurs pour l’estimation des variables d’états et des entrées inconnues. Mise en place d’un modèle vitesse limite, servant de référence pour l’unité d’avertissement, qui tient compte de plusieurs critères (dynamique du véhicule, comportement du conducteur, géométrie de la route). Identification d'un modèle mathématique propre au véhicule prototype (Scooter). Mise en place d’une plate-forme expérimentale qui s'articule autour de l'instrumentation d'un scooter par un ensemble de capteurs et centrale d'enregistrement. / Nowadays, the use of Powered Two Wheeled (PTW) vehicles is constantly growing, upsetting driving practices and road traffic. Unfortunately, this expansion is also inflected by an important increase of motorcycle's fatalities (20 times higher when driving a car). Recent statistics confirm this observation and consider riders as the most vulnerable road users. In 2010, the French Agency of Road Safety made a finding of around 1000 deaths (25% of traffic fatalities), while the traffic proportion of motorcycles does not exceed 1%. Several research programs are launched to answer this issue and to find solutions in term of preventive and / or active security systems. At first sight, the development of active driving assistance could solve the problem of motorcycle's controllability. The safety systems are not enough or efficient when situations are irreversible. Example of poor cornering which is responsible for most bike accidents involving single-vehicle motorcycle crashes. Indeed, this type of system occurs while the vehicle is still in a degraded situation. In addition, the adaptability of active assistance of PTW vehicles remains dangerous. Currently, the focus is on the development of safety systems warning riders sufficiently before hazardous situations.The present PhD thesis aims into this framework and gives several contributions in terms of: modeling, identification, state estimation and study of dynamic limit applied to an experimental benchmark. Thus, several points were studied: Modeling of System Driver-Vehicle-Infrastructure (D-V-I). Development of observers to estimate the state variables and unknown inputs. Establishment of a model of limit speed, as a reference for the unity of warning, which takes into account several criteria (vehicle dynamics, driver behavior, road geometry). Identification of a mathematical model specific to the prototype vehicle (Scooter). Establishment of an experimental platform which is based on the instrumentation of a Scooter with a set of sensors and central registration.

Le mouvement en essaim est défini par l'action d'un ensemble d'individusautopropulsés se déplaçant en groupe uniquement à l’aide de la connaissance locale de leur environnement.L'objectif scientifique de la thèse consiste à mettre en oeuvre ce type demodèle de comportement appliqué à un flot de véhicules se déplaçant sur un profilroutier, et ce afin d'assister le conducteur dans ses actions à la fois pour son confortet sa sécurité.A partir de l’analyse d’une synthèse bibliographique, une stratégie dehiérarchisation a été mise en place afin de créer un système d’aide à la conduite ouADAS (de l’anglais « Advanced Driver Assistance System »). Ainsi, dans un premiertemps, il s’agit de générer une trajectoire à partir de ce type de modèle qui respecteles contraintes autoroutières. Ensuite, la dynamique du véhicule est prise en compteafin de transmettre au conducteur via une régulation de vitesse et un retour haptiqueau volant, les deux étant basés notamment sur la commande CRONE, lesmanoeuvres nécessaires au suivi de cette trajectoire. Enfin, le système d’aide à laconduite est mis en oeuvre, non seulement sur un simulateur dynamique de conduiteafin de recueillir le ressenti des conducteur, mais aussi au sein d’un logiciel desimulation de trafic pour évaluer les gains obtenus dans le cas d’un ensemble devéhicules équipés. / Swarm behavior refers to individuals travelling in a group and using only localknowledge of their environment.The scientific objective of the thesis is to implement this type of behaviormodel to vehicles traveling on road, in order to assist the driver in his actions for bothits comfort and security.From a literature review, a prioritization strategy was set up to create anAdvanced Driver Assistance System (ADAS). At first, it is to generate a path from thistype of model that respects the motorway constraints. Then, vehicle dynamics istaken into account in order to transmit to the driver through cruise control and hapticfeedback steering wheel, both based on the CRONE control, maneuvers needed tofollow this trajectory. Finally, the driver assistance system is not only implemented ona dynamic driving simulator to gather driver’s feelings but it is also implemented intraffic simulation software to evaluate gains obtained for a set of equipped vehicles.

Ces travaux se placent dans le cadre général de l'assistance au conducteur et plus particulièrement de la sécurité. L'objectif est ici de surveiller l'environnement d'un véhicule grâce à un capteur télémétrique à balayage et d'informer le conducteur de situations potentiellement dangereuses. Ce dispositif permet alors d'envisager une manoeuvre d'évitement ou d'atténuation de collision. Deux points particuliers ont retenu notre attention : la détection d'objets qui occupe une place privilégiée car elle conditionne directement les performances globales de la méthode, et le processus d'association/suivi qui doit permettre d'associer efficacement les mesures disponibles à chaque objet suivi. Les données télémétriques utilisées nécessitent de passer par une étape de détection afin d'estimer le nombre d'objets présents dans la scène et leur distance au capteur, en procédant à une agrégation des mesures liées au même objet. Nous proposons en particulier dans ce mémoire une méthode de détection d'objets qui exploite non seulement la nature des mesures disponibles mais également les caractéristiques géométriques particulières liées au contexte applicatif. L'approche retenue pour l'étape d'association repose sur les méthodes d'association probabiliste de données qui permettent notamment de considérer le fait qu'une mesure disponible puisse ne pas être liée à un objet, en exploitant donc directement les notions de probabilité de détection et de fausse alarme. Ces probabilités, et notamment la probabilité de détection, demeurent non seulement fortement liées au détecteur, mais également au contexte de la scène : contexte capteur/objet et contexte objet/objet. Pour pouvoir intégrer ces informations globales de contexte, nous proposons une méthode d'association-suivi basée sur les réseaux bayésiens qui autorise l'intégration de paramètres liés aux caractéristiques des objets et du capteur dans la détermination de la probabilité de détection.

La perception de l'environnement constitue un prérequis fondamental pour l'extension des systèmes d'assistance actuels aux situations complexes de conduite induites par le milieu urbain. En particulier, le nombre et la dynamique des acteurs de la circulation rendent la poursuite multicible peu fiable, et par conséquent le contrôle du véhicule impossible. Cette thèse présente une représentation alternative de l'environnement du véhicule, qui évite les prises de décision prématurées de la poursuite multicible. Nous utilisons pour cela les grilles d'occupation de manière originale. En particulier ces grilles portent sur l'espace d'état des acteurs de la circulation (position et vitesse relative au véhicule), et sont égocentrées. L'absence de notion d'objet en tant que tel dans les grilles d'occupation permet de contourner les difficultés de la poursuite multi-objet. Un filtrage temporel inspiré des filtres bayésiens est également ajouté à l'estimation des grilles pour prendre en compte la dynamique de la scène. Le document illustre de manière incrémentale les qualités de notre représentation sur de nombreux exemples. Nous commençons par illustrer l'estimation statique de grille, lorsqu'un puis plusieurs capteurs fournissent une unique puis plusieurs observations. Par statique, nous entendons sans prise en compte de la dynamique temporelle de la scène. L'estimation dynamique est ensuite illustrée en suivant la même progression. Enfin, l'intérêt de cette représentation dans le contexte automobile est montrée par l'implémentation d'un algorithme d'évitement de collisions sur le Cycab. Le contrôle du Cycab est alors effectué sans qu'aucune décision sur les objets n'ait été prise.

À l'heure actuelle, le deux-roues motorisé (DRM) constitue un moyen de transport de plus en plus convoité, notamment pour les possibilités qu'il offre d'esquiver les engorgements de trafic. Ce constat est justifié par le nombre de DRM circulant quotidiennement et impliquant un trafic de plus en plus croissant. Néanmoins, ce phénomène conduit à l'explosion du nombre d'accidents et par conséquent un grand nombre de victimes classant ainsi, les DRM dans la catégorie des modes de transport particulièrement dangereux et ses utilisateurs dans celle des usagers très vulnérables. A première vue, le développement des aides à la conduite actives pourrait résoudre le problème de contrôlabilité du véhicule mais cette solution n'est plus envisageable dès lors qu'il s'agit de pertes de contrôle irréversibles qui constituent, par ailleurs un pourcentage très important des accidents de DRM en tant que véhicule seul. En effet, ce type de système intervient, alors que le véhicule se trouve déjà dans une situation dégradée. De plus, l'adaptabilité des aides actives sur les véhicules à deux roues motorisés reste problématique. Actuellement, l'accent est mis sur le développement des systèmes de sécurité prévenant le conducteur de DRM suffisamment en amont d'un danger pour éviter la situation conflictuelle, c'est le cas des aides préventives. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre et y contribue au niveau de la modélisation, l'identification, l'estimation d'état, l'analyse de la dynamique limite et la mise en place d'une plate-forme expérimentale. Ainsi, plusieurs points ont été traités: * Modélisation du système Véhicule-Infrastructure-Conducteur (V-I-C). * Développement d'observateurs pour l'estimation des variables d'états et des entrées inconnues. * Mise en place d'un modèle vitesse limite, servant de référence pour l'unité d'avertissement, qui tient compte de plusieurs critères (dynamique du véhicule, comportement du conducteur, géométrie de la route). * Identification d'un modèle mathématique propre au véhicule prototype (Scooter). * Mise en place d'une plate-forme expérimentale qui s'articule autour de l'instrumentation d'un scooter par un ensemble de capteurs et centrale d'enregistrement.

Cette thèse s’inscrit dans le développement et la conception de fonctions d’aide à la conduite pour les véhicules autonomes de niveau 3 et plus en milieu urbain ou péri urbain. Du fait d’un environnement plus complexe et de trajectoires possibles plus nombreuses et sinueuses, les algorithmes des véhicules autonomes développés pour l’autoroute ne sont pas adaptés pour le milieu urbain. L’objectif de la thèse est de mettre à disposition des méthodes et des réalisations pour permettre au véhicule autonome d’évoluer en milieu urbain. Cette thèse se focalise sur la proposition de solutions pour améliorer le guidage latéral des véhicules autonomes en milieu urbain à travers l’étude de la planification de trajectoire en situation complexe, l’analyse du comportement des usagers et l’amélioration du suivi de ces trajectoires complexes à faibles vitesses. Les solutions proposées doivent fonctionner en temps réel dans les calculateurs des prototypes pour pouvoir ensuite être appliquées sur route ouverte. L’apport de cette thèse est donc autant théorique que pratique.Après une synthèse des fonctions d’aide à la conduite présentes à bord des véhicules et une présentation des moyens d’essais mis à disposition pour la validation des algorithmes proposés, une analyse complète de la dynamique latérale est effectuée dans les domaines temporel et fréquentiel. Cette analyse permet alors la mise en place d’observateurs de la dynamique latérale pour estimer des signaux nécessaires aux fonctions de guidage latéral et dont les grandeurs ne sont pas toujours mesurables, fortement dégradées ou bruitées. La régulation latérale du véhicule autonome se base sur les conclusions apportées par l’analyse de cette dynamique pour proposer une solution de type multirégulateur capable de générer une consigne en angle volant pour suivre une trajectoire latérale quelle que soit la vitesse. La solution est validée tant en simulation que sur prototype pour plusieurs vitesses sur des trajectoires de changement de voie. La suite de la thèse s’intéresse à la génération d’une trajectoire en milieu urbain tenant compte non seulement de l’infrastructure complexe (intersection/rond-point) mais également des comportements des véhicules autour. C’est pourquoi, une analyse des véhicules de l’environnement est menée afin de déterminer leur comportement et leur trajectoire. Cette analyse est essentielle pour la méthode de génération de trajectoire développée dans cette thèse. Cette méthode, basée sur l’algorithme A* et enrichie pour respecter les contraintes géométriques et dynamiques du véhicule, se focalise d’abord dans un environnement statique complexe de type parking ou rond-point. Des points de passage sont intégrés à la méthode afin de générer des trajectoires conformes au code de la route et d’améliorer le temps de calcul. La méthode est ensuite adaptée pour un environnement dynamique où le véhicule est alors capable, sur une route à double sens de circulation, de dépasser un véhicule avec un véhicule arrivant en sens inverse. / This thesis is about the design of driving assistance systems for level 3 urban automated driving. Because of a more complex of the environment and a larger set of possible trajectories, the algorithms of highway automated driving are not adapted to urban environment. This thesis objective is to provide methods and algorithms to enable the vehicle to perform automated driving in urban scenarios, focusing on the vehicle lateral guidance and on the path planning. The proposed solutions operate in real-time on board of the automated vehicle prototypes. The contribution of this thesis is as theoretical as practical.After a synthesis of the driving assistance systems available on current cars and a presentation of the prototypes used for the validation of the algorithms developed in the thesis, a complete analysis of the vehicle lateral dynamics is carried out in time and frequency domains. This analysis enables the design of observers of the lateral dynamics in order not only to estimate signals required for the lateral guidance functions but also to increase reliability of available measurements. Based on the conclusions from the analysis of lateral dynamic, a multi-controller solution has been proposed. It enables the computation of a steering wheel input to follow a trajectory at any longitudinal speed. The solution is validated in simulation and on real road traffic for lane change scenarios. Another contribution consist in an analysis on the other vehicles of the environment is conducted in order to identify their behaviors and which maneuver there are performing. This analysis is essential for the path planning function developed in the thesis. This method, based on the A* algorithm and extended to respect geometric and dynamic constraints, firstly focuses on static environment such as a parking lot. Waypoints are added to the method in order to compute trajectories compatible with traffic regulation and improve the computation time. The method is then adapted for dynamic environment where, in the end, the vehicle is able to perform overtaking manoeuvers in a complex environment.

On constate de plus en plus fréquemment la présence de systèmes électroniques dans les véhicules fabriqués aujourd'hui. Leur implantation et leur commercialisation sont dictées par la nécessité pour les constructeurs automobiles de fournir à leur clientèle un produit permettant d'avoir des performances au sommet du segment du véhicule, accompagnées par une sécurité et un confort accrus. C'est en raison de ce besoin que des systèmes pour contrôler le comportement latéral ont vu le jour.<br />Dans cette thèse différentes stratégies de commande ont été envisagées afin de pouvoir asservir les dynamiques latérales du véhicule : des contrôleurs asservissant la dynamique de lacet et celle de roulis y sont présentés. Les actionneurs retenus sont ceux associés aux braquages des roues, au freinage ainsi qu'aux efforts des suspensions. Dans une première partie, une analyse utilisant un seul actionneur à la fois pour piloter la dynamique latérale est effectuée. Suite à ces résultats, des stratégies pilotant plusieurs actionneurs en même temps ont été développées.<br />Vue la nécessité de garantir des performances très contraignantes tout en assurant la robustesse des contrôleurs et en prenant en compte l'évolution du comportement dynamique du véhicule, les méthodologies de commande utilisées ont été choisies parmi celles typiques de la commande robuste, à savoir l'approche H-infini/LPV, complétées par des techniques de réduction d'ordre.<br />Les résultats obtenus nous ont permis de conclure que les méthodologies choisies sont bien adaptées à notre problématique. Nous avons aussi pu fournir des conclusions vis-à-vis des performances et des contraintes industrielles lors de l'utilisation des différentes architectures de commande pour piloter plusieurs actionneurs.

La conduite d’un véhicule industriel est une activité professionnelle complexe qui s’exerce dans un environnement dynamique en constante évolution. Elle nécessite un apprentissage spécifique et se situe dans un cadre réglementaire strict, qui relève aussi bien du code du travail que de la réglementation routière. A ces caractéristiques s’ajoutent de fortes contraintes spatio-temporelles qui imposent aux conducteurs le recours à des stratégies opératoires pour répondre à l’objectif principal de leur activité : le respect des délais de livraison dans des conditions optimales de sécurité, de sûreté et de productivité.Cette thèse traite de l'apport de la psychologie cognitive à la conception de systèmes d'assistance à la conduite de véhicules industriels. Les travaux sont destinés à intégrer, dès la conception des nouveaux systèmes, les contraintes du fonctionnement cognitif humain en situation réelle, ainsi que les besoins et attentes des conducteurs, afin que leur soient proposées des solutions technologiques adaptées et utilisables.La partie appliquée illustre deux dimensions majeures de l'activité de conduite d'un camion : la productivité, au travers de la problématique de l'assistance à l'éco-conduite (projet Conduite Economique Assistée, ADEME- RENAULT TRUCKS) ; la sécurité, au travers de la problématique de l'assistance à la détection et à la protection des usagers vulnérables de la route (projet VIVRE2, ANR-PREDIT05-LUTB).D’un point de vue scientifique, la thèse aboutit à la proposition d’un modèle du fonctionnement humain dans les activités finalisées, complété par un modèle adapté à l’activité de conduite d’un véhicule industriel. Les analyses effectuées en situations réelles enrichissent les connaissances, d’une part, sur les stratégies de conduite appliquées à la conduite rationnelle d’un poids lourd en environnement extra-urbain, et, d’autre part, sur les composantes de l’activité des conducteurs qui effectuent des livraisons en milieu urbain. De plus, les travaux effectués dans le cadre du projet VIVRE2 ont permis de préciser les représentations et les comportements à risque des usagers vulnérables vis-à-vis des camions en ville.D’un point de vue applicatif et ergonomique, les travaux sur simulateur dynamique de conduite ont permis l’évaluation d’une interface homme-machine innovante qui pourrait être adaptée à l’éco-conduite, ainsi que la proposition et l’évaluation de systèmes d’assistance pour garantir la sécurité des usagers vulnérables lors des manœuvres à basse vitesse en milieu urbain. / Driving a truck is a complex professional activity that takes place in a dynamic and constant changing environment. It needs a specific learning and it is set in a strict regulated framework including French labour code (Code du travail) as road regulation. Strong spatio-temporal pressure should be added to those characteristics. These constraints entail to drivers the use of operative strategies to achieve the main objective of their activity: respect of delivery time in optimal conditions of safety, security and productivity.This thesis deals with the contribution of cognitive psychology to the design of driving assistance systems for trucks. Works are intended to integrate, from the design of new systems, the demands of human cognitive functioning in real situation and the needs and expectations of drivers so that adapted and usable technological solutions could be proposed to them.Applied part shows two major dimensions of truck driving activity: productivity through the issue of the eco-driving assistance (“Conduite Economique Assistée, ADEME- RENAULT TRUCKS” project) and safety through the issue of the assistance to detection and protection of vulnerable road users (“VIVRE2, ANR-PREDIT05-LUTB” project).From a scientific point of view, the thesis ends with a proposal of a model of human functioning in finalized activities, of which is added an adapted model of the truck driving activity. The analysis performed in real environment enhance knowledge, on the one hand, on the applied driving strategies to the eco-driving of a truck in extra-urban environment and, on the other hand, on the components of the activity of drivers doing deliveries in urban environment. Moreover, works performed in VIVRE2 project allowed to specify representations and risky behaviours of vulnerable users with relation to trucks in town.From an applicative and ergonomic point of view, works on driving dynamic simulator allowed the evaluation of an innovative man-machine interface which could be adapted to eco-driving and the proposal as well as the evaluation of assistance systems to guarantee safety of vulnerable users during low speed manoeuvres in urban environment.