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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/331904068 Mémoire doctorant 1ère année 2013 - 2014, laboratoire AMPERE, INSA Lyon : Contribution à la modélisation directe et inverse par approche Multi-Bond Graph appliquée à la dynamique d... Chapter · June 2014 CITATIONS 0 READS 401 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Amesim Vehicle System Dynamics Solution View project MODRIO View project Julien Lagnier Institut National des Sciences Appliquées de Lyon 13 PUBLICATIONS 7 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Julien Lagnier on 20 March 2019. The user has requested enhancement of the downloaded file. Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon – Université Claude Bernard Lyon 1 LABORATOIRE AMPERE Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005 Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie environnementale et Applications Ref : 20140607_Mémoire_1ère_Année_Julien_Lagnier_Ampère_v2.0.doc page 1 of 55 Laboratoire Ampère – Ecole Centrale de Lyon – 36, avenue Guy de Collongue - 69134 Ecully cedex – France Tél : +33 (0) 4 72 18 60 99 Fax : +33 (0) 4 78 43 37 17 http://www.ampere-lab.fr Mémoire doctorant 1ère année 2013 -2014 Nom - Prénom LAGNIER – Julien Titre de la thèse Contribution à la modélisation directe et inverse par approche Multi-Bond Graph appliquée à la dynamique du véhicule pour le dimensionnement d’actuateur châssis et l’identification paramétrique Directeur de thèse M. Didier REMOND, Professeur – INSA (LaMCos) Co- encadrants M. Wilfrid MARQUIS-FAVRE, Professeur – INSA (Ampère) Dpt. de rattachement LaMCoS Date début des travaux Décembre 2013 Type de financement Société LMS Imagine S.A. Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon – Université Claude Bernard Lyon 1 Laboratoire Ampère Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005 Ref : 20140607_Mémoire_1ère_Année_Julien_Lagnier_Ampère_v2.0.doc page 2 of 55 M é m o i r e d e p r é s e n t a t i o n d e s p r e m i e r s t r a va u x d e t h è s e ( 1 è r e a n n é e , j u i n 2 0 1 4 ) Auteur : Julien Lagnier Date de création : Juin 10, 2014 Version: 2.0 Dernière date d’enregistrement : juin 21, 2014 Nom du document: 20140607_Mémoire_1ère_Année_Julien_Lagnier_Amp ère_v2.0 Table des matières : 1. Résumé ........................................................................................................................ 4 1.1 Intitulé du sujet de thèse ......................................................................................... 4 1.2 Résumé .................................................................................................................. 4 2. Introduction ................................................................................................................... 6 3. Positionnement de l’etude et des outils de conception ................................................. 9 4. Bibliographie ............................................................................................................... 11 4.1 Introduction ........................................................................................................... 11 4.2 Dynamique du véhicule et étude du comportement routier .................................. 11 4.3 Conception châssis et liaison au sol : Topologie de modèles par niveau de développement............................................................................................................... 12 4.4 Le formalisme Bond Graph appliqué à la mécanique et ses déclinaisons pour la modélisation du châssis ................................................................................................. 18 4.5 Le dimensionnement par modèle Bond Graph inverse ......................................... 19 4.6 Positionnement des approches proposées dans un cadre industriel, contraintes logicielles de langage et d’implémentation pour des applications pérennes .................. 20 5. Modèles Bond Graph Multicorps Avancés pour la modélisation dynamique véhicule fonctionnelle ...................................................................................................................... 20 5.1 Introduction ........................................................................................................... 20 5.2 Modèle de châssis avancé ................................................................................... 20 5.3 Topologies de modèle proposées dans cette étude ............................................. 21 5.4 Validation .............................................................................................................. 22 5.5 Conclusion ............................................................................................................ 22 6. Contribution à la conception chassis par approche inverse ........................................ 22 6.1 Introduction ........................................................................................................... 22 6.2 Modèle de châssis avancé ................................................................................... 22 6.3 Topologies de modèle proposées dans cette étude ............................................. 24 6.4 Conclusion ............................................................................................................ 24 7. Conclusions et Perspectives ...................................................................................... 26 Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon – Université Claude Bernard Lyon 1 Laboratoire Ampère Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005 Ref : 20140607_Mémoire_1ère_Année_Julien_Lagnier_Ampère_v2.0.doc page 3 of 55 8. Bibliographie Personnelle ........................................................................................... 27 8.1 Congrès ................................................................................................................ 27 8.2 Rapport d’études .................................................................................................. 27 8.3 Tutorat Stage de fin d’études ................................................................................ 28 8.4 Synthèse de la thèse en cours ............................................................................. 28 9. Bibliographie ............................................................................................................... 28 9.1 Mécanique Générale ............................................................................................ 28 9.2 Dynamique du véhicule ........................................................................................ 28 9.3 Simulation numérique ........................................................................................... 29 9.4 Bond Graph .......................................................................................................... 30 9.5 Divers ................................................................................................................... 32 9.6 Bibliographie sélectionnée (à lire) ......................................................................... 32 10. Annexes #1 : Niveau de représentativité des modèles fonctionnels par application châssis ............................................................................................................................... 33 11. Annexes #2 : Paramètres influents en dynamique route ......................................... 34 12. Annexes #3 : Notes personnelles sur Article Pacejka (1986) ................................. 37 12.1 Thématique / Sujet ............................................................................................ 37 12.2 Notes personnelles ............................................................................................ 38 13. Annexes #4 : Implémentation de modèles de pneumatiques simplifiés dans le logiciel AMESim ................................................................................................................. 43 13.1 Modèle de Rocard/Brossard [Brossard 2006] ................................................... 43 13.2 Modèle de Dugoff [Dugoff 1970]........................................................................ 43 14. Annexes #5 : Implémentation de modèles de châssis simplifiés dans le logiciel AMESim ............................................................................................................................. 44 14.1 Modèle Lacet/Dérive [Brossard 2006] ............................................................... 44 14.2 Modèle Lacet/Dérive/Roulis [Brossard 2006] .................................................... 44 14.3 Modèle Lacet/Dérive/Roulis non linéaire [Brossard 2006] ................................. 44 15. Annexes #6 : modèles Bond Graph de châssis avances (exemple du 15 ddl) ....... 45 16. Annexes #7 : Implémentation de modèles de châssis avancés dans le logiciel AMESim ............................................................................................................................. 47 17. Annexes #8 : Cas d’étude pour l’inversion .............................................................. 48 17.1 Détails des cas d’application pour la thèse ....................................................... 48 17.1.1 Cas « simples » pour appréhender les problématiques .............................. 48 17.1.2 Cas « intermédiaires » pour appréhender lever les problématiques futures 52 17.1.3 Cas industriels ............................................................................................ 55 Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon – Université Claude Bernard Lyon 1 Laboratoire Ampère Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005 Ref : 20140607_Mémoire_1ère_Année_Julien_Lagnier_Ampère_v2.0.doc page 4 of 55 1. RESUME 1.1 Intitulé du sujet de thèse « Contribution à la modélisation directe et inverse par approche Multi-Bond Graph appliquée à la dynamique du véhicule pour le dimensionnement d’actuateur châssis et l’identification paramétrique ». Mots clés : Modélisation, Mécanique multi-corps, Modèle directe, Modèle inverse, Multi- Bond Graph, Dynamique véhicule, Dimensionnement d’actuateur, Direction Assistée Electrique (EPS / Park Assist), Identification (profile de route, paramètres véhicule), Analyse Structurelle, Non linéarité. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une VAE (« Validation des acquis de l’expérience »), comprenant une première phase de valorisation de travaux ayant été effectués entre 2004 et 2014 et une seconde phase, réalisée actuellement en cotutelle entre les laboratoires LaMCoS et Ampère de l’INSA de Lyon. Ces deux phases sont distinctes dans le résumé suivant et unifiées dans les travaux et le présent mémoire. 1.2 Résumé Dans une première phase, l’étude a pour but d’utiliser le formalisme multi-Bond Graph pour proposer différents niveaux de modélisation d’un véhicule. Cette approche (directe) permettra d’une part une gradation et une hiérarchisation dans la complexité des modèles mais également une structure de modèle Bond Graph claire, concise et modulaire pour l’analyse avancée des chemins de puissance (flux/efforts). La structure visée offrira la possibilité de découpler les différents phénomènes énergétiques fondamentaux influençant la dynamique du véhicule : effets quasi-statiques (effets Broulhiet, jacking effect, centre de roulis) - liés en partie à la cinématique des trains et aux épures de suspensions - , efforts internes de liaison du mécanisme des trains ou multiplicateurs de Lagrange, engendrant la déformation des trains sous efforts (ou « élastocinématique des trains ») et effets dynamiques (effets gyroscopiques généralisés des masses non suspendues) pour traiter des phénomènes avancés comme le balourd de roue en virage. En termes de topologie, le niveau de complexité le plus avancé est celui usuellement qualifié de multi-corps fonctionnel à 15 degrés de liberté. On emploie la qualification « fonctionnelle » pour définir le type de modélisation des trains de suspensions, définit par une fonction mathématique (tabulée, interpolé, polynomiale,…). En termes de Bond Graph, cette « fonction mathématique » est un transformateur généralisé modulé (MTF) permettant le calcul des mouvements contraints du train en fonctions de l’état des degrés de liberté du système. Il est à rappeler que le modèle dit « à 15 degrés de liberté » est un mécanisme multi-corps (10 corps, avec liaisons cinématiques), dont le nombre de degré de liberté originel (60) a été réduit (à 15, en intégrant les contraintes cinématiques au système d’équation, i.e. passant d’un système algébro-différentiel à un système aux équations différentielles ordinaires) pour répondre à la topologie nécessaire à la spécification fonctionnelle, design fonctionnelle et validation fonctionnelle (y compris sur Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon – Université Claude Bernard Lyon 1 Laboratoire Ampère Unité Mixte de Recherche du CNRS - UMR 5005 Ref : 20140607_Mémoire_1ère_Année_Julien_Lagnier_Ampère_v2.0.doc page 5 of 55 banc temps réel et sur simulateur de conduite). Il est important de noter que c’est la structure et la manipulation du modèle Bond Graph qui permettra cette réduction. La validité de l’approche et de son implémentation sera montrée sur des campagnes de validation simulation/essais sur véhicule. Cette approche structurée permettra également d’enrichir la modélisation châssis originelle pour la prise en compte de la torsion et flexion de caisse (18 ddl), la modélisation de véhicule avec remorque (22 ddl) et ou la modularisation complète du modèle – sous hypothèses simplificatrices – pour l’approche multi-essieux (n essieux). Dans une deuxième phase, le spectre de uploads/Litterature/ mmoire-1re-anne-julien-lagnier-ampre-v2-0.pdf