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Républ iqu e Alg éri enne Démo cr ati qu e et Po pul air e Ministère de l'Ensei

Républ iqu e Alg éri enne Démo cr ati qu e et Po pul air e Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique _____________________________________ Universit é Dr. Tahar Moulay de Saïda Faculté de la Technologie Département d’Electrotechnique Mémoire de Fin d’Etudes En vue de l’obtention du diplôme de Master (LMD) Spécialité : AUTOMATIQUE ET SYSTEMES Filière : AUTOMATIQUE Intitulé : Modèle cybernétique de conducteur pour le contrôle latéral partagé d’un véhicule Présenté par : ALLAM MOHAMED BENAOUMEUR MOHAMED Devant le jury composé de : Soutenu le …./07/2019 Promotion 2018-2019 Président : Encadreur : Dr. MERAH Abdelkader Examinateur : Dr. Mostefai Lotfi Examinateur : Pr. Miloudi Abdallah Remerciements Nous tenons à exprimer nos remerciements les plus vifs à notre encadreur Dr. Abdelkader Merah, qui a su nous guider et nous aider dans ce travail avec beaucoup de tact et de gentillesse et qui nous a permis de découvrir un domaine très intéressant celui des systèmes d’aide à la conduite. Qu'il trouve ici notre estime et notre profond respect. Nous tenons également à remercier toutes les personnes qui ont participé, à titre professionnel ou personnel à la réalisation de ce travail. Nos remerciements iront également vers tous ceux qui ont accepté avec bienveillance de participer au jury de ce mémoire. Dédicace Je dédie ce modeste travail à mes parents, mes frères et mes sœurs qui sans leur soutien, je ne serai pas la aujourd’hui à tous ceux qui nous ont aidé, soit de près ou de loin dans nos recherches, mes amis, ainsi qu’à toute la promotion de Automatique et Systèmes. ALLAM MOHAMED Dédicace Je dédier ce modeste travail à mon très cher père, qui m’a toujours soutenu dans ma vie, et que je dois tous mes respects. A ma très chère mère pour son aide précieuse, ainsi que tous les conseils qu’elle ma apportés, pour son amour et sa compréhension ; A mes frères et mes sœurs; A mes amis, qui resteront à jamais présents dans mes pensées. BENAOUMEUR MOHAMED Résumé Afin de faciliter la conduite et prévenir les accidents de collision et par sortie de voie, ce travail porte sur le développement d’un dispositif d’assistance au contrôle latéral d’un véhicule. Pour maintenir le véhicule dans la voie et faciliter la tâche de conducteur, un loi de commande a été conçu et évalué en simulation. Ce dernier se repose sur un principe similaire à celui des assistantes LKS commercialisées à ce jour. Sa conception repose sur une conception tenant compte a priori des modalités et enjeux du partage de la conduite avec le conducteur par l’utilisation d’un modèle cybernétique de conducteur. La commande LQR a été choisie pour ce qu’elle permet la prise en compte de la connaissance anticipée de la courbure de la route et la définition de critères de performance pertinents. Des critères innovants ont été utilisés pour évaluer le risque de sortie de voie, le niveau de partage des actions entre le conducteur et l’assistance au contrôle latéral, ainsi que son caractère coopératif ou contradictoire. Mots Clé : Dynamique latérale et longitudinale du véhicule, Commande linéaire quadratique, Assistance préventive, LKS, LDA, Contrôle latéral partagé, Copilote électronique, modèle cybernétique de conducteur. Sommaire Introduction générale......................................................................................................... 13 Chapitre I Etat de l’art sur les systèmes d’aide à la conduite I.1 Introduction .................................................................................................................. 15 I.2 Problématiques ............................................................................................................. 15 I.3. Progression de l’intrusion de l’aide au guidage latéral .............................................. 16 I.4 Le contrôle latéral ......................................................................................................... 18 I.4.1 Vers l’assistance au contrôle latéral .......................................................................... 18 I.4.2 Les systèmes de sécurité préventive .......................................................................... 20 I.5 Conclusion ..................................................................................................................... 23 Chapitre II Modélisation du véhicule et de son environnement II.1 Introduction................................................................................................................. 25 II.2 Mouvements et organes du véhicule ........................................................................... 25 II.2.1 Les mouvements du véhicule................................................................................... 25 II.2.2 Les or0ganes du véhicule ........................................................................................ 26 Figure II.2 : Les organes du véhicule. ........................................................................ 26 II.3 les forces de résistance à l’avancement de véhicule ................................................... 28 II.3.1 Force de résistance aérodynamique w F .................................................................... 28 II.3.2 Force de résistance au roulement roul F ...................................................................... 28 II.3.3 Force de gravité grav F ........................................................................................... 29 II.3.4 La force d’inertie..................................................................................................... 29 II.3.5 La Frottements internes ........................................................................................... 29 II.4 Modélisation de véhicule ............................................................................................. 29 II.5 Modélisation du contact roue-sol ................................................................................ 32 II.5.1 Angle de dérive ....................................................................................................... 32 II.5.2 Le glissement .......................................................................................................... 33 II.5.3 Adhérence ............................................................................................................... 34 II.5.3.1 Modèle de karchoo ........................................................................................... 34 II.5.3.2 Modèle de Pacejka ............................................................................................ 35 II.6 Modèle mécanique en vue de la simulation du véhicule ............................................ 37 II.7 Le différentiel mécanique ........................................................................................... 38 II.8 La colonne de direction assistée électrique ................................................................. 40 II.9 conclusion .................................................................................................................... 42 Chapitre III Synthèse des lois de commande III.1. Introduction : ............................................................................................................ 44 III.2 Linéarisation de système ........................................................................................... 44 III.2.1. La linéarisation de la force latérale ........................................................................ 47 III.3 Élaboration du modèle global véhicule-route (VR) .................................................. 49 III.4 Contrôle partagé entre copilote et conducteur ......................................................... 50 III.5 Partage en vue de la coopération homme-machine .................................................. 51 III.5.1 Développement d’un modèle cybernétique du conducteur ..................................... 53 III.5.2 Historique de la cybernétique ................................................................................. 53 III.5.3 La pertinence de l’approche cybernétique pour la modélisation .............................. 54 III.5.4 Modèle cybernétique du conducteur ....................................................................... 54 III.5.6 Mise en équation du modèle ................................................................................... 58 III.5.7 Observation de l’état du conducteur ....................................................................... 60 III.6 Élaboration du modèle global CVR .......................................................................... 62 III.7 Contrôle partagé entre copilote et conducteur ......................................................... 63 III.7.1 Synthèse de la commande optimale LQR .............................................................. 64 III.7.1.1 Régulateur linéaire quadratique ...................................................................... 64 III.7.1.2 Choix des matrices de pondération .................................................................. 65 III.8 Application pour l’assistance au suivi de voie ......................................................... 66 II.9 Conclusion ................................................................................................................... 69 Chapitre IV Simulation et interprétation des résultats III.1. Introduction .............................................................................................................. 71 IV.2. Simulation et interprétations des résultats .............................................................. 71 IV.3 Conclusion .................................................................................................................. 78 Conclusion générale ........................................................................................................... 80 Bibliographie ...................................................................................................................... 81 Symboles Θ :Angle de tangage. Φ :Angle de roulis. Ψ :Angle de cap. δf :Angle de braquage. CG :Centre de gravité. r :La vitesse de l’acet. Vx :La vitesse longitudinale. Vy :La vitesse latérale. ρref :La courbure de la route. R :Le rayon de la courbure. Fyf, Fyr :Les forces de contacts pneumatique-chaussée appliquées à la roue avant et arrière respectivement. Jv :L’inertie de véhicule Cyf :Coefficient de raideur des pneus avant Cyr :Coefficient de raideur des pneus arrière :Angle de glissement des pneus avant. Lf :Angle de glissement des pneus arrière δf :Angle de volant Mv :La masse du véhicule. Fw :Force de vent. L :La longueur entre les deux trains avant et arrière Lf :La longueur entre le train avant et le centre de gravité Lr :La longueur entre le train arrière et le centre de gravité Hcg :L’hauteur du centre de gravité D :La moitié de la longueur de train arrière Sf :Section frontale du véhicule P :La densité volumique de l’air Cpx :Coefficient de pénétration de l’air Fx :La force longitudinale Fy :La force latérale λ :Le coefficient de glissement longitudinal Μ :L’adhérence B :Coefficient de raideur C :Facteur de forme D :La valeur maximale E :La courbure qui permet un contrôle des abscisses pour lesquelles les valeurs maximales des courbes sont atteintes Sh :Décalage à l’origine en horizontal Sd :Décalage à l’origine en verticale uti :Les vitesses linéaires Cc :Le couple de conducteur Ca :Le couple d’assistance Cat :Le couple d’auto-alignement nt :La chasse géométrique Rs :Le rapport de réduction de la direction Is :L’inertie de la colonne de direction Km :Le gain de direction manuelle δd : Angle de braquage de volant. αi :Angle de dérive des roues. ΨL :L’erreur sur l’angle de cap. Ψd :L’angle de la route. YL :L’écart latéral du véhicule par rapport au centre de voie, mesuré à une distance lsen avant du véhicule. Acronymes VR :Modèle Véhicule-Route. ESP :Electronic Stability Program ABS :Anti-lock breaking System. LKS :Lane Keeping System. LDA :Lane Departure Avoidance TLC :Time to line crossing Liste des figures Chapitre I Figure I.1 électrique installé sur la colonne de direction 21 Figure I.2 Caméra en vision frontale 22 Figure I.3 Systems.LKS/LDA [Mer-16] 22 Figure I.4 Systèmes LKS/LDA 23 Chapitre II Figure II.1 Les mouvements du véhicule 25 Figure II.2 Les organes du véhicule. 26 Figure II.3 Les forces de résistance à l’avancement de véhicule 28 Figure II.4 Mouvement du véhicule dans le système d’axes (X, Y) 30 Figure II.5 Forces au niveau des roues du véhicule, dans le plan (x, y) 31 Figure II.6 Glissement latérale de la roue 33 Figure II.7 (a) Courbe caractéristique selon le modèle de Pacejka, (b) Courbe de l’adhérence pour différent revêtement de la route 35 Figure II.8 agissant sur un véhicule dans un cas général de mouvement 38 Figure II.9 Différentiel mécanique 39 Figure II.10 Géométrie de véhicule en virage 40 Figure II.11 Modèle réduit de la colonne de direction 40 Figure II.12 Modèle de la colonne de direction pour la synthèse des lois de commande 41 Chapitre III Figure III.1 Les différents mouvements de véhicule 44 Figure III.2 Modèle bicyclette 45 Figure III.3 Forces au niveau du contact pneu/chaussée 46 Figure III.4 Forme de la courbe d’adhérence 46 Figure III.5 Architecteur de Contrôle partagé conçu à base de modèle véhicule-route (VR) 50 Figure III.6 Architecture d’assistance 52 Figure III.7 Architecteur de modèle conducteur [Lou-12] uploads/Geographie/ modele-cybernetique-de-conducteur-pour-le-controle-lateral-partage-d-x27-un-vehicule.pdf