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N o d'ordre: 2655 THÈSE présen tée dev an t l'Univ ersité de Rennes 1 p our obt

N o d'ordre: 2655 THÈSE présen tée dev an t l'Univ ersité de Rennes 1 p our obtenir le grade de : Docteur de l 'Université de Rennes 1 Men tion : Traitement du signal par Arnaud Cla vel Équip e d'accueil : Sigma2 École Do ctorale : MA TISSE Comp osan te univ ersitaire : IRISA Titre de la thèse : Mo délisation et iden ti cation paramétrique de systèmes h ystérétiques. Application à la susp ension des v éhicules routiers. Souten ue le 8 mars 2002 dev an t la commission d'examen Comp osition du Jury : MM. Mic hel F a yet INSA Ly on Rapp orteur Eric W al ter L2S Rapp orteur Bernard Del yon Univ. Rennes I Arnaud Richard Renault Mic hel Sorine INRIA Qingh ua Zhang INRIA-IRISA S.P.M. Remerciemen ts Je remercie les mem bres du jury de me faire l'honneur de juger cette thèse. En parti- culier, je suis très reconnaissan t à Messieurs Mic hel F a y et et Eric W alter d'a v oir accepté d'assumer le rôle de rapp orteur. J'adresse mes plus vifs remerciemen t à Messieurs Qingh ua Zhang et Mic hel Sorine, mes directeurs de thèse, directeurs de rec herc he resp ectiv emen t à L'IRISA et à l'INRIA, p our a v oir encadré a v ec comp étence et amitié ce tra v ail. Ils on t très largemen t con tribué par leurs conseils, leurs remarques et leurs encouragemen ts à l'ab outissemen t même de cette thèse. Je remercie égalemen t l'encadremen t de Renault de m'a v oir donné les mo y ens de mener cette action. Je tiens à remercier Monsieur Christian Balle de m'a v oir accueilli au sein du départemen t électronique ainsi que Messieurs Christophe Garnier et Luc Bourgeois, c hefs successifs du group e Automatique et Con trôle des systèmes, p our m'a v oir fait découvrir l'automatique dans un con texte industriel. Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à Monsieur Arnaud Ric hard, ingénieur de rec herc he, p our sa disp onibilité, sa comp étence et son soutien sans failles le long de ces trois années de thèse. En n, je remercie égalemen t Messieurs Philipp e Boitard, Daniel Cogolh uènes et Jean- Marc Blond de Renault VI, ainsi que Madame Nathalie Ulric h de Renault p our leur collab oration concernan t la partie exp érimen tale de ce tra v ail. Résumé Les outils de sim ulations n umériques o ccup en t de plus en plus de place dans le dé- v elopp emen t et la mise au p oin t des v éhicules, d'où la nécessité d'établir des mo dèles du comp ortemen t dynamique du v éhicule dans son ensem ble ou de certains de ses or- ganes en particulier. Une des di cultés rencon trées est la mo délisation et l'iden ti cation paramétrique des systèmes h ystérétiques car ces derniers son t fortemen t non linéaires. Nous prop osons un mo dèle dynamique, con tin u et non linéaire, p our de tels systèmes. Ce mo dèle p eut être linéarisé de façon exacte par un c hangemen t de v ariable p our être exprimé en espace plutôt qu'en temps. Il conserv e alors ses propriétés de dissipativité et de rate-indep endence. Nous exploitons cette propriété p our étudier l'iden ti abilité des paramètres, rec herc her une en trée optimale et mener l'estimation des paramètres par la métho de PEM (Prediction Error Metho d). A titre d'application, nous étudions le ressort à lames des susp ensions des v éhicules lourds ainsi que le comp ortemen t en compression d'une butée de c ho c en caoutc houc. Dans le ressort à lames, l'h ystérésis pro vien t du frottemen t sec en tre les lames. Nous étudions le lien en tre notre mo dèle et le mo dèle discret comm unémen t utilisé dans le monde industriel p our l'étude du ressort à lames. Nous prop osons une métho de p our estimer les paramètres du mo dèle à partir de mesures sur un v éhicule roulan t. Concernan t la butée de c ho c, ce son t les déformations plastiques des macromolécules qui créen t l'h ystérésis. L'élasticité non linéaire engendrée par les fortes déformations a joute une di culté supplémen taire à la mo délisation et à l'iden ti cation. Nous v o y ons commen t la métho de d'iden ti cation p eut être adaptée p our mener l'iden ti cation des paramètres ph ysiques du mo dèle non linéaire obten u. Les résultats exp érimen taux v aliden t le mo dèle et la métho de d'iden ti cation don t les principaux a v an tages son t la robustesse, la rapidité des calculs et son application à des cas d'étude très div ers. Abstract The increasing use of sim ulation to ols in v ehicle dev elopmen t and v alidation requires relev an t mo dels for the dynamic b eha viour of the whole v ehicle or of some particular comp onen t. The mo delling and iden ti cation of h ysteretic systems is one of the main di culties encoun tered, b ecause of its nonlinear c haracteristic. W e prop ose a nonlinear con tin uous-time dynamic mo del for suc h systems. This mo del can b e linearized exactly b y a c hange of v ariable so as to b e expressed in space instead of the usual time. It k eeps its dissipativit y and rate-indep enden t prop erties. The linearit y is used so as to c hec k the iden ti abilit y of the parameters, to nd an optimal input and to pro ceed to the iden ti cation with the Prediction Error Metho d (PEM). As applications, w e study a leaf spring system found mainly in susp ensions of hea vy v ehicles and a rubb er bump-stop system used to limit the mo v emen t of sho c k-absorb er. In the leaf spring, h ysteresis is created b y the dry friction b et w een the lea v es. W e study the relationship b et w een our mo del and a discrete-time mo del widely used b y the hea vy v ehicle industry . W e prop ose a metho d for parameter estimation based on data obtained with an on-road v ehicle. The bump-stop h ysteretic b eha vior is due to the plastic deformation of rubb er ma- cromolecules. The nonlinear elasticit y created during large deformations adds another di cult y to mo delling and to iden ti cation. W e presen t solutions to adapt the iden ti ca- tion pro cedure to the sp eci c non linear mo del. The exp erimen tal results v alidate the mo del and the iden ti cation metho d. Their main adv an tages are robustness, computational e ciency and the abilit y to b e applied to a broad v ariet y of case studies. T able des matières In tro duction 8 I Etude bibliographique : Mo délisation et iden ti cation de sys- tèmes a v ec frottemen t sec 12 1 Mo dèles de frottemen t 13 1.1 Ph ysique du frottemen t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.1 Du microscopique au macroscopique . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.1.2 Principales caractéristiques du frottemen t sec . . . . . . . . . . . . 14 1.2 Théorie des mo dèles d'h ystérésis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.3 Mo dèles de frottemen t sec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.1 Mo dèle de Coulom b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.3.2 Le mo dèle de Dahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.3.3 Le mo dèle LSIDH de Bliman-Sorine . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.3.4 Autre mo dèle de t yp e Dahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . uploads/Geographie/ clavel.pdf