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Thèse Année : 2011

Application de techniques de commande avancées dans le domaine automobile

Résumé

This PhD work focus on the application of advanced control techniques to today's automotive challenges such as the electrical vehicle. The advanced control techniques applied lie on four fundamental theoretical fields: LTI H∞ synthesis, q-LPV H∞ synthesis, linearization feedback and metaheuristic optimization applied to control law synthesis and controller refinement. Three different problems are successively addressed: * Vehicle's trajectory control. A novel control structure has been designed by reinterpretation of a classic aeronautic control scheme known as GNC (Guidance, Navigation and Control). The proposed controller is composed of two closed loops: the inner loop, named control, which ensures that, as far as physics allow it, the references demanded by the outer loop are fulfilled; and the outer loop that takes into account the driver's wish and external measurements to build suitable speed references. Several controllers are detailed and their performances compared. * Internal combustion engine control. A new control scheme of turbocharged internal combustion engine is detailed. Based on a novel q-LPV formulation of the engine model, a self-scheduling controller is derived using PSO optimization algorithm to tune the synthesis parameters. Therefore, non-control specialists are able to tune the controller by simply choosing the optimization criteria. * Electrical vehicle braking control. Using the electrical machine to recover kinetic energy while braking is a smart way to increase overall transportation efficiency. However, unsuited braking controllers can significantly reduce comfort by generating longitudinal oscillations. Several solutions to this problem are proposed and compared. Each controller has its inherent energy recovery performance, and each controller has a different implementation complexity. Finally, a robustness analysis is performed to ensure that transmission shafts becoming old will not lead to closed loop instability. Throughout this PhD thesis, a special effort is carried out to address the purpose of making advanced control techniques available and affordable for an industrial application use. In all three different problems, several controllers each offering a different complexity versus performance ratio are synthesized and described in detail. Results show the interest and adequacy of advanced control techniques in order to overcome the challenges facing the automotive industry today.
Les travaux effectués lors de cette thèse se focalisent sur les applications des méthodes et techniques d'Automatique avancée à des problématiques actuelles de l'automobile. Les sujets abordés portent sur trois axes fondamentaux en s'appuyant sur des techniques telles que la synthèse H∞ LTI et q-LPV, la linéarisation par retour dynamique, la retouche de correcteurs de type PI en particulier et l'optimisation des pondérations des filtres nécessaires aux synthèses H∞ : * Contrôle de la trajectoire d'un véhicule automobile. La structure de commande proposée reprend une démarche classiquement mise en oeuvre dans le milieu aéronautique ou spatial. Cette architecture est organisée autour de deux boucles. La première boucle, la plus externe, est celle liée au guidage. Son but est de générer les consignes de vitesse longitudinale et de lacet en fonction des actions du conducteur et des mesures faites en temps réel sur le véhicule. La deuxième boucle, la plus interne et liée au pilotage, s'assure que les consignes sont correctement suivies et les perturbations parfaitement rejetées, dans la limite bien sûr, des caractéristiques physiques du système. * Contrôle de la chaîne d'air d'un moteur essence, turbocompressé. Une formulation novatrice de type q-LPV du modèle du moteur est proposée. Cette formulation d'un nouveau modèle de commande permet de synthétiser des correcteurs évolués à paramètres variables qui s'adaptent automatiquement au point de fonctionnement. * Contrôle du freinage d'un véhicule électrique. Utiliser la machine électrique pour récupérer de l'énergie au freinage est une solution technique qui permet d'augmenter l'efficacité globale des véhicules électriques. Cependant, une loi de commande mal adaptée peut engendrer des oscillations dans la chaîne de transmission, ressenties par le client dans l'habitacle. Plusieurs lois de commande sont développées pour répondre à cette problématique, permettant de résoudre le problème des à-coups de la chaîne de transmission. Une étude par mu-analyse est menée afin d'assurer la robustesse au vieillissement des différents composants de la chaîne de transmission. Tout au long de cette thèse, un effort particulier est prêté à rendre accessibles les méthodes de commande avancée, en particulier les méthodes de commande robuste de type H∞, afin de fournir une utilisation simple et de profiter de leurs avantages dans le cadre d'un contexte industriel. Dans toutes les applications, plusieurs solutions sont élaborées avec des compromis performance/complexité différents. Une attention particulière est toujours prêtée à l'applicabilité des solutions proposées. Les résultats obtenus pour chacune des problématiques abordées montrent l'intérêt d'appréhender des techniques d'automatique et d'optimisation avancées ainsi que les problématiques de commande dans les véhicules d'aujourd'hui et de demain.
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Dates et versions

tel-00591522 , version 1 (09-05-2011)
tel-00591522 , version 2 (02-07-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00591522 , version 1

Citer

Guillermo Pita Gil. Application de techniques de commande avancées dans le domaine automobile. Automatique / Robotique. Supélec, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00591522v1⟩

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