La modélisation et la simulation numérique sont des outils fondamentaux pour la conception et le développement de nouveaux véhicules. Les travaux de cette thèse portent sur la modélisation et la simulation d'un véhicule innovant, étroit et inclinable, en appliquant une description systématique et générique du véhicule considéré comme un robot dont la base est mobile et les roues sont les organes terminaux. Le système d'inclinaison motorisé entraîne une cinématique complexe et comporte des chaines fermées. Le but du travail est de construire un modèle physique précis, au contraire des modèles simplifiés de type bicyclette ou quart de véhicule utilisés habituellement pour l'étude de la commande des véhicules. L'approche procède à la description de l'architecture mécanique du véhicule, le considérant comme un système multi-corps poly-articulés, s'appuyant sur le formalisme de la robotique et précisément sur la représentation géométrique de Denavit-Hartenberg modifié. Cette approche permet de calculer automatiquement les expressions symboliques des modèles géométriques, cinématiques et dynamiques des structures simples et arborescentes. Les modèles qui en résultent comportent un nombre minimum d'opérations par la mise à profit du calcul symbolique itératif et des techniques de simplification de modèles propres à la robotique. Ces techniques sont implémentées dans le logiciel de calcul symbolique SYMORO+. Le modèle dynamique est calculé d'une manière récursive à l'aide de l'algorithme de Newton-Euler. La simulation dynamique utilise un simulateur édité sous Matlab/Simulink qui intègre le modèle dynamique direct calculé automatiquement à partir du modèle inverse. Des simulations réalisées sur des modèles de complexité croissante, pour des scénarios de freinage ou d'accélération, en ligne droite ou en virage, valident la méthodologie de modélisation mécanique proposée.

Ce travail a trait à la gestion des flux énergétiques électriques au sein du réseau embarqué d'un véhicule électrique. Les éléments constitutifs de la chaîne électrique ont été d'abord modélisés à des fins de commande et de simulation. Il est visé ici la minimisation du stress des batteries au plomb via une hybridation avec des supercondensateurs. Deux familles de lois de commande ont été conçues et développées, à savoir des lois de type " fréquentielles " et des lois optimales de type " Linéaires Quadratiques Gaussiennes ". Un banc de test temps réel hybride a été architecturé afin de tester ces lois. Ce banc de test a pour noyau deux simulateurs temps réel (RT-LAB et dSPACE). Une partie de la chaîne de puissance est soit émulée par des sources contrôlées ou réalisée via des maquettes à échelle réduite mais à facteur de similitude respecté. Les essais sur le banc de test ont permis d'obtenir des résultats satisfaisants et encourageants qui corroborent la théorie.

L'objectif de cette thèse est d'étendre l'utilisation des modèles de calcul de la dynamique du véhicule en proposant de nouvelles méthodologies inspirées du domaine de la planification de mouvements. Les modèles de dynamique du véhicule que nous considérons sont de nature industrielle : ils sont complexes, non linéaires et disponibles en règle générale sous forme de boîte noire uniquement. Ils sont utilisés traditionnellement avec des techniques de simulations qui partent d'une définition précise d'un état de départ et des sollicitations venant du conducteur. Les méthodes que nous proposons visent à prendre en compte une description plus "réelle" de la manoeuvre ou du test qu'effectue le véhicule : un certain domaine initial dont part le véhicule, un couloir à suivre sans sortir des limites, et un domaine d'arrivée. Outre la recherche d'une solution à ce problème de réalisation d'une certaine manoeuvre, on traite également les deux problèmes suivants : produire un échantillon représentatif de l'ensemble des manières de réaliser la man÷uvre ; trouver la valeur limite d'un paramètre (par exemple la vitesse initiale) au-delà de laquelle il n'y a plus de solution. Différentes techniques ont été mises en oeuvre avec succès, citons notamment : des méthodes exploratoires, un outil de contrôle optimal et un algorithme modifié de déformation de trajectoire. Ces outils génériques sont tous capables de s'adapter sans peine à toutes sortes de véhicules ou d'obstacles. Chacun présente cependant des avantages et des contraintes spécifiques. Ces méthodes ont été appliquées aux cas particuliers de manoeuvres standardisées de véhicules de tourisme. Les méthodes proposées permettent de déterminer de manière robuste et cohérente les limites physiques des véhicules sur ces tests.

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.

Le sujet de cette thèse vise l'intégration dans une automobile de fonctions d'observation, de<br />supervision, d'aide à la décision ou encore de commande. La problématique est le développement<br />d'une assistance à la conduite longitudinale et latérale basée sur la localisation du véhicule.<br />Le but est de signaler et corriger les faiblesses de conduite en consiéerant les paramètres du<br />véhicule, du conducteur et la topologie de la route. Selon la localisation du véhicule, une trajectoire<br />de référence et la vitesse associée sont déterminées en fonction du conducteur et de la<br />phase de conduite. Ces références sont utilisées pour effectuer le contrôle du véhicule ou pour<br />informer le conducteur de l'inadéquation de ses consignes.<br />Dans ce contexte, la localisation du véhicule et particulièrement les informations de l'environnement<br />d'évolution doivent être pertinentes. Elles sont obtenues grâce à une base de données<br />cartographique spécifiquement développée dans le cadre de ces travaux. Celle-ci est caractérisée<br />par une précision supérieure à celle des bases de données traditionnellement employées dans<br />des dispositifs de navigation.

Enjeux : Depuis plus de dix ans aux USA, en Europe ou au Japon, nous observons un effort grandissant dans la recherche et le développement, dans le domaine du transport. En réponse aux problèmes de congestion, pollution et sûreté, soulevés par l'utilisation croissante des voitures en milieu urbain, de nouveaux modes de transport ont été proposés. Ils s'appuient sur l'utilisation de véhicules individuels circulant sur site urbain (projet Praxitèle en France, ICVS de Honda au Japon) ou sur site dédié (Parkshuttle aux Pays-Bas, Serpentine en Suisse, IMTS de Toyota au Japon). Dans le long terme, il est envisagé d'équiper ce type de véhicules afin de les rendre complètement autonomes. Cependant, le développement de voitures complètement autonomes ne peut être réalisé qu'en prenant en compte la nature particulière de l'environnement: nous sommes confrontés ici à des environnements peuplés d'obstacles mobiles (autres voitures ou piétons), capable de se mouvoir à des vitesses élevées et dont le mouvement future est à priori inconnu. A ce jour, le problème de navigation autonome dans ce type d'environnement reste largement ouvert. Positionnement du sujet : Notre travail aborde le problème de navigation autonome en milieu dynamique partiellement connu. Ce problème a généré de nombreux travaux durant les dix dernières années. Néanmoins, nous avons observé que certains aspect fondamentaux liés à la nature dynamique de l'environnement ont été oubliés, en commençant par la limite de temps qu'un système placé dans un environnement dynamique a, pour prendre une décision et exécuter son mouvement. Bien que cette contrainte soit d'importance cruciale, il y a paradoxalement peu de travaux dans la littérature la prennent en compte. Cette contrainte temps réel a été placée au coeur de notre travail. Résultats : Dans ce travail nous présentons une technique de planification qui prend en compte de manière explicite la contrainte temps réel imposée par l'environnement dynamique. La planification de mouvement partiel (PMP) est une technique originale de planification qui réagit à tout moment; dès que le temps imparti pour calculer une trajectoire est écoulé, la meilleure trajectoire calculée disponible est transmise. En fait, de notre point de vue, l'approche PMP est la meilleure approche possible au problème que nous avons observé, à savoir l'incompatibilité intrinsèque entre la planification en environnement dynamique et la contrainte temps réelle. PMP intègre également le problème de sûreté, que nous considérons d'un point de vue des états de collisions inévitables (ICS), concept récent qui englobe toutes les approches existantes et de proposer une technique qui donne de fortes garanties de sûreté pour notre système. Enfin, dans de ce travail, nous démontrons l'efficacité de notre approche PMP pour des environnements relativement complexes. Plusieurs expérience ont été mises en oeuvre où PMP a ainsi été intégré sur une plate forme réelle, le robot type voiture Cycab, véhicule conçu par l'INRIA. Transfert des résultats vers l'industrie : Dans un contexte d'automatisation des véhicules à des fins d'assistance à la conduite ou de confort, la technique developpée dans ce travail pourrait tout à fait servir de base à des stratégies d'utomatisation de certaines manoeuvres de véhicules.

En suivant les parcours et les pratiques de l’«art comme véhicule» auprès du Workcenter of J. Grotowski and Thomas Richards je me propose de mettre en évidence les éléments mobilisés dans la formation du Performer, en tant que agent créatif dans un contexte artistique spécifique. Dans le laboratoire du Workcenter, la tradition théâtrale stanislavskienne dialogue avec les pratiques rituels pour expérimenter les possibilités de l’action dramatique réflexive et expressive. L’art performative, envisagé comme véhicule de transformation interhumaine, devient ici un projet chargé de tensions éthiques et culturelles. Cette culture habite le théâtre comme possibilité de formation d’un «homme nouveau», qui maîtrise l’art de la fiction performative pour questionner et expliciter les "fictions" dans la Culture. / Following the practices of «art as vehicle» at the Workcenter of Jerzy Grotowski and Thomas Richards, I focus on the performative elements that are mobilized in the training of the Performers, considered as creative agents in a specific artistic context. At the Workcenter in Pontedera, the theatrical tradition initiated by Stanislavskij dialogues with ritual practices in order to experiment the potentialities of reflexive and expressive dramatic action. Performing art is considered here as a vehicle of human development and transformation.

Dans cette thèse porte sur la modélisation, la simulation et la commande de systèmes complexes. En utilisant le logiciel de calcul symbolique Maple, nous avons généré des modèles, orientés suivant différents objectifs dictés par les impératifs du diagnostic, de la surveillance et de l'aide à la conduite. Ces modèles basés aussi bien sur les approches robotiques qu'énergétiques, mettent en évidence les propriétés et les particularités de la dynamique du véhicule en fonction de la trajectoire suivie. Ainsi nous avons proposé un découpage dynamique du véhicule en plusieurs blocs fonctionnels, dont nous avons étudié l'évolution des termes de couplages et nous avons présenté un découpage énergétique du système global. Dans le cadre d'un projet ANR, nous avons mis en œuvre l'approche robotique afin de développer le modèle dynamique à 16 ddl pour un tracteur 'Grégoire G7' robotisé et nous avons validé nos algorithmes d'identification de paramètres dynamiques en utilisant des données réelles et un simulateur de conduite réaliste développé sur Scaner Studio (Oktal). Concernant l'observation, nous avons développé des observateurs robustes par mode glissants. Les attributs de la route sont estimés avec ces observateurs. Le critère de renversement a été testé sur la dynamique d'une voiture Citroën C5 et du tracteur G7. Afin de disposer d'un démonstrateur expérimental, un dispositif à base d'une boite de capteurs a été conçu en utilisant la nouvelle technologie Arduino. Enfin nous avons modélisé le comportement dynamique d'un kart électrique instrumenté. Avec Matlab/Simulink et Bond Graph, nous avons réalisé un simulateur pour ce véhicule. / This thesis deals with the modeling, simulation and control of mechatronic systems. Symbolic computation software Maple was used to generate several models with different targets for diagnosis purposes, monitoring and driver assistance. These models based both on robotic and energetic approaches, highlight the properties and characteristics of the vehicle dynamics according to the trajectory and allow to achieve Fault , Detection and Isolation (FDI) development. This initial work led to mechatronics and energy analysis applied to All Terrain Vehicles (ATV). A dynamic spiting of the studied vehicle in several functional blocks was carried out. The evolution of the coupling terms was studied and defining a global energetic sub-division for the whole system. Within the framework of the ANR project, a 16 degrees of freedom (DOF) dynamic model was developed for a farm grape harvester (G7) and for C5 car. Dynamic parameters Identification using real data in driving simulation environment proposed by Oktal (SCANeR Studio). Regarding the robust observers development, the sliding mode theory was applied. The road profiles (slope, tilt,drift) are estimated with observers. The criterion of rollover has been tested on the dynamics of a Citroen C5 car and on the G7.240.In order to have an experimental demonstrator a device using the new Arduino technology containing a set of sensors has been developed. In a last part, the dynamic behaviour of an electric kart with the field-oriented control (FOC) of its electrical engine are given. With Matlab/Simulink software and Bond Graph, a simulator of the electrical Kart has been developed.

Pour répondre à l’augmentation du trafic aérien mondial et à l’amélioration de la sécurité sur les plateformes aéroportuaires, le secteur aéronautique développe de nouveaux systèmes permettant de tendre vers l’autonomie complète de l’avion pendant les phases de roulage au sol. Le thème de ce travail de thèse concerne l’automatisation du pilotage de l’avion au sol et le développement d’une architecture de commande multivariable permettant de superviser l’ensemble des systèmes impliqués dans ce mode de déplacement : les systèmes de motorisation et de freinage des roues principales et le système d’orientation du train avant. Après une modélisation détaillée de la dynamique du système et une analyse des problématiques induites par ses non-linéarités, une architecture de commande globale est proposée. L’asservissement de la dynamique angulaire des roues, pendant les phases d’accélération et de freinage, est assuré par une loi de commande linéaire robuste aux incertitudes, synthétisée à l’aide de la technique Q.F.T. Le pilotage de la dynamique latérale du véhicule est réalisé au moyen d’un correcteur hybride feedforward-feedback. Une commande modale au premier ordre est alors mise en oeuvre afin de synthétiser un régulateur non-linéaire par planification de gains (gain-scheduling). L’ensemble des boucles d’asservissement de l’architecture est finalement validé en réalisant un suivi automatique de trajectoire à l’aide d’une commande géométrique nommée follow the carrot. Les simulations représentatives de l’utilisation réelle de l’avion démontrent des performances satisfaisantes et permettent de valider l’ensemble des solutions proposées. / In the context of worldwide air traffic growth and airport security improvement, the main aeronautics actors are currently investigating new systems, strived for autonomously piloting the aircraft while taxiing ground-borne. The present thesis deals with aircraft taxiing control and the design of a multivariable control architecture aimed at supervising all the ground acting systems: driving and braking systems of main wheels and the nose landing gear steering system. A global control architecture is introduced after a detailed modelling of the system dynamics and an analysis of the issues induced by the nonlinearities. A linear Q.F.T controller is synthesised to ensure robust control against uncertainties of the wheel angular dynamics, in both driving and braking operations. The vehicle lateral dynamics is controlled by means of a feedforward-feedback hybrid controller. The latter includes a nonlinear gain-scheduled controller designed by a modal approach. All the architecture control loops are finally validated in a high level path following control, achieved with the “follow the carrot” geometric method. A set of representative simulations show the overall good performances and validate the whole proposed solution.

Pour se localiser en ville, la majorité des solutions commercialisées se base sur les systèmes GPS. Même si ces systèmes offrent une précision suffisante hors agglomération, celle-ci se dégradent considérablement en villes à cause des phénomènes connus sous le nom du canyon urbain (i.e. réflexion du signal GPS sur les façades des bâtiments). Pour pallier ce problème, les solutions basées sur un SLAM visuel (Simultaneous Localization And Mapping) semblent une alternative prometteuse. En plus de l’estimation des six degrés de liberté de la caméra mobile, il fournit une carte 3D de la scène observée. Toutefois, la localisation assurée par le SLAM visuel n’est pas géo-référencée et présente souvent des dérives (e.g. mauvaise estimation du facteur d’échelle, accumulation des erreurs). Pour faire face à ces limitations et afin de proposer une solution facile à déployer, nous avons étudié la possibilité d’intégrer au SLAM des informations supplémentaires qui pourraient contraindre l’ensemble de la reconstruction fournie. Ces dernières doivent alors être peu couteuses et disponibles en milieux urbains denses et péri-urbains. C’est pour cette raison que nous avons choisi d’exploiter les contraintes fournies par un GPS standard et celles apportées par des modèles issus des Systèmes d’Information Géographique, plus précisément : des modèles 3D des bâtiments et des modèles d’élévation de terrain. La principale contribution de ces travaux réside en l’intégration de ces contraintes au sein de l’ajustement de faisceaux (i.e. processus d’optimisation du SLAM). Ceci n’est pas trivial étant donné que combiner des contraintes agissant sur la trajectoire de la caméra et la reconstruction 3D peut entrainer des problèmes de convergences, en particulier lorsque les informations exploitées ont des incertitudes variées, voire même des données biaisées ou aberrantes (e.g. Pour les mesures du GPS). Différentes solutions Larnaout et al. (2012, 2013a,b,c) permettant de combiner plusieurs de ces contraintes simultanément tout en limitant les problèmes de convergence ont été développées. Les solutions proposées ont été validées sur des séquences de synthèse et d’autres réelles de plusieurs kilomètres enregistrées dans des conditions de circulation normale. Les résultats obtenus montrent que la précision atteinte au niveau de l’estimation des six degrés de liberté de la caméra permet d’assurer des nouvelles applications d’aide à la navigation par le biais de la Réalité Augmentée. En plus de leur précision, nos approches ont l’avantage d’être rapides, peu couteuses et faciles à déployer (ne nécessitant pas un matériel sophistiqué). / To ensure a global localization in urban environment, the majority of commercial solutions is based on Global Positioning Systems (GPS). While these systems offer sufficient accuracy in peri-urban or rural areas, their accuracy decreases significantly in cities because of the urban canyon (i.e. reflections of the GPS signal through the facades of buildings). To overcome this problem, vision based solutions such as the visual SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) seem to be a promising alternative. In addition to the estimation of the six degrees of freedom of the mobile camera, such approach provides a 3D map of the observed scene. However, the localization provided by the visual SLAM is not geo-referenced and is often subject of drifts (e.g. poor estimate of the scale factor, accumulations errors). To address these limitations and to provide a solution easy to deploy, we studied the possibility of integrating to the SLAM algorithm additional information that could constrain the entire reconstruction. These data must then be inexpensive and available in dense urban and peri-urban areas. For these reasons, we chose to exploit the constraints provided by a standard GPS and those provided by models from Geographic Information Systems, more precisely, the 3D buildings models and the digital elevation models. The main contribution of this work lies in the integration of these constraints in the bundle adjustment (i.e. the optimization process of the SLAM algorithm). This is not trivial since combining constraints acting on the trajectory of the camera and the 3D reconstruction can lead to convergence problems, especially when the information used have various uncertainties and even outliers (e.g. specially GPS measurements). Different solutions Larnaout et al. (2012, 2013a,b,c) to combine these constraints simultaneously while limiting the problems of convergence have been developed. The proposed solutions have been evaluated on synthetic sequences and large scale real sequences recorded in normal traffic conditions. The results show that the accuracy achieved on the six degrees of freedom of the mobile camera is sufficient to ensure new service of aided navigation through Augmented Reality. In addition to the accuracy, our approaches have the advantage of being fast, inexpensive and easy to deploy (not requiring sophisticated equipment).