Thèse Année : 2025

Contribution to structural analysis and a design methodology using the bond graph approach : Application to road vehicle steering systems

Contribution à l'analyse structurelle et à une méthodologie de conception par approche bond graph : Application aux systèmes de direction des véhicules routiers

Amine Laaribi
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1659697
  • IdRef : 293397589

Résumé

This thesis is part of the VOLVO Research Chair ‘Solutions for the Future of Road Freight Transport', in partnership with INSA Lyon and the Ampère Laboratory. It addresses the challenges of road vehicle electrification, which render certain systems inherited from combustion engine vehicles unsuitable. In this context, the thesis focuses on hybrid electro-hydraulic steering systems, combining electric and hydraulic assistance, which represent a particularly rich field of study for exploring innovative solutions to the problems of over- or under-actuation. The design and sizing methodology applied builds on work developed at the Ampère laboratory. Based on model inversion and using bond graph formalism, it allows the specifications, generally expressed in terms of outputs, to be directly exploited to determine the unknowns of the problem. Its main originality lies in the structural analysis phase, which makes it possible to verify the invertibility of the models, the mathematical properties of the specifications, and identify structural properties that are independent of the numerical values of the parameters. Three objectives drive this work. The first, theoretical, is the demonstration of the calculation of the determinants of the matrix pencil and the system matrix derived from a bond graph model without resorting to digraph/bond graph correspondence, thanks to an approach based on the permutation group. The second concerns the study of the finite structure of regular linear systems, proposing a method for determining the generic number of finite poles and zeros, in particular through the introduction of the concept of separators. The third objective, application-oriented, consists of implementing the sizing methodology in an industrial context, namely the design of steering systems for road vehicles. To this end, a bond graph model of the road vehicle, specifically its chassis and steering subsystems, was first developed and validated by comparison with an industrial reference model used by VOLVO. This model then served as the basis for applying the methodology, in particular for the sizing of the steering system's assistance subsystems.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la chaire de recherche VOLVO « Solutions for the future of Road Freight Transport », en partenariat avec l'INSA Lyon et le laboratoire Ampère. Elle vise à répondre aux défis de l'électrification des véhicules routiers, qui rend certains systèmes hérités des véhicules thermiques inadaptés. Dans ce contexte, la thèse se concentre sur les systèmes de direction électrohydrauliques hybrides, combinant assistance électrique et hydraulique, représentant un terrain d'étude particulièrement riche pour explorer des solutions innovantes face aux problématiques de sur- ou sous-actionnement. La méthodologie de conception et de dimensionnement mobilisée s'appuie sur les travaux développés au laboratoire Ampère. Basée sur l'inversion de modèles et utilisant le formalisme bond graph, elle permet d'exploiter directement les spécifications du cahier des charges, généralement exprimées sur les sorties, pour déterminer les inconnues du problème. Sa principale originalité réside dans la phase d'analyse structurelle, qui permet de vérifier l'inversibilité des modèles, les propriétés mathématiques des spécifications et d'identifier des propriétés structurelles indépendantes des valeurs numériques des paramètres. Trois objectifs guident ce travail. Le premier, théorique, concerne la démonstration du calcul des déterminants du faisceau matriciel et de la matrice système issus d'un modèle bond graph sans recours au digraphe, grâce à une approche basée sur le groupe de permutations. Le deuxième approfondit l'étude de la structure finie des systèmes linéaires réguliers, en proposant une méthode de détermination du nombre générique des pôles et zéros finis, notamment via l'introduction de la notion de séparateurs. Le troisième objectif, applicatif, consiste à mettre en œuvre la méthodologie de dimensionnement dans un cadre industriel, à savoir la conception des systèmes de direction pour véhicules routiers. Pour ce faire, un modèle bond graph du véhicule routier, et plus particulièrement de son châssis et de ses sous-systèmes de direction, a d'abord été développé et validé par comparaison avec un modèle de référence industriel utilisé par VOLVO. Ce modèle a ensuite servi de support à l'application de la méthodologie, en particulier pour le dimensionnement des sous-systèmes d'assistance du système de direction.

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Dates et versions

tel-05558792 , version 1 (19-03-2026)

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  • HAL Id : tel-05558792 , version 1

Citer

Amine Laaribi. Contribution à l'analyse structurelle et à une méthodologie de conception par approche bond graph : Application aux systèmes de direction des véhicules routiers. Automatique. INSA de Lyon, 2025. Français. ⟨NNT : 2025ISAL0118⟩. ⟨tel-05558792⟩
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