Sur la commande robuste de suspensions automobiles en vue du contrôle global de châssis

On the robust control of automobile suspensions for global chassis control

• Auteur / Autrice : Alessandro Zin
• Direction : Olivier Sename, Luc Dugard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et productique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

Le contexte de la thèse est l'automatique dans le domaine automobile et plus précisément de la dynamique du véhicule, du contrôle de suspensions actives en vue du Contrôle Global de Châssis. Ce travail fait suite, d'une part à la thèse de Ramirez-Mendoza (1997) sur la modélisation et la commande de véhicule automobile, porta principalement sur le contrôle du comportement latéral du véhicule par le système de direction, et, d'autre part, à la thèse de Sammier (2001) sur la modélisation et la commande de suspension de véhicules automobiles, portant sur le contrôle du confort vertical et de la tenue de route du véhicule vis-à-vis des sollicitations verticales provoquées par le profil de sol. L'objectif est, ici, premièrement celui d'étudier l'influence qu'ont les suspensions sur la dynamique latérale du véhicule, et en deuxième lieu de les piloter pour contrôler (ou plutôt améliorer) en plus le comportement latéral du véhicule (faisant ainsi ce que l'on appelle du Contrôle Global de Châssis). La technique de commande sur laquelle nous nous appuierons est la commande Hinf appliquée aux systèmes LTI et LPV, qui est aujourd'hui un axe de recherche prédominant notamment parmi les techniques dites "robustes". Ce mémoire de thèse se décompose en trois chapitres: - le chapitre 1 expose d'abord les outils théoriques de la synthèse Hjnf appliquée aux systèmes L TI et LPV, puis les méthodes d'obtention des LFT et. Enfin les algorithmes de calcul de la valeur singulière mu permettant l'analyse de la robustesse en stabilité et en performance ; - le chapitre 2 présente les modèles de suspension quart de véhicule et de véhicule complet utilisés pour la synthèse de contrôleurs et pour leur analyse, ainsi que les spécifications de performance du confort vibratoire humain, de la tenue de route du véhicule et du compromis confort/sécurité ; - le chapitre 3 est consacré à la stratégie de contrôle "global" des suspensions. Celui ci est divisé en deux parties : la première est consacrée à la synthèse par retour dynamique de sortie d'un régulateur dont l'objectif est d'améliorer les prestations de la suspension vis à-vis des sollicitations verticales du profil de sol ; la seconde est dédiée à la formulation d'une stratégie d'anticipation dont le but est, d'un part celui de limiter les déplacements de la caisse lors d'une accélération ou décélération du véhicule, et, d'autre part, de choisir la répartition anti-roulis du châssis. Le chapitre se termine avec la proposition d'une stratégie de pilotage de la réparation anti-roulis et du compromis confort/sécurité. Pour chaque chapitre. Une bibliographie indépendante est présentée. Le lecteur adroit avec les outils théoriques du chapitre 1 peut passer directement à la lecture des deux autres chapitres. La lecture du chapitre 2 est nécessaire pour comprendre les notations employées dans les chapitres suivants et il explique comment interpréter les graphes reportés dans le chapitre 3.

The context of the thesis is the automatic in the automotive field and more precisely of the vehicle dynamics for the Global Chassis Control. This work makes continuation, on the one hand with the thesis of Ramirez-Mendoza (1997) on the modelling and the control of passenge vehicles, relating mainly to the control of the lateral dynamics of the vehicle by the steering system, and, on the other hand, with the thesi of Sammier (2001) on the modelling and the control of the automotive suspensions, bearing on the control of vertical comfort and the handling of the vehicle with respect to the vertical requests caused by the road profile. This thesis falls under the continuation of the two preceding theses : the objective is here, firstly to studied the influence which the suspensions have on the lateral vehicle dynamics, and in second place to pilot them to control (or rather to improve) the lateral vehicle dynamics (doing what one calls, the Global Chassis Control). The technique used here is the Hinf control applied to the L TI and LPV systems, which today is a prevailing research orientation field in particular among the techniques known as "robust". This thesis memory is divided into three chapters : the chapter 1 initially exposes the theoretical tools of the Hinf synthesis applied to the Linear Time Invariant and Linear Parameter Varyin systems, then the methods of construction of Linear Fractional Transformation models, finally the algorithms of computation of the singul value mu allowing the robust analysis in stability and in performance ; the chapter 2 presents the quarter suspension model and the full vehicle models used for the controller synthesis and for their analysis, a weil as the performance specifications of the human vibratory comfort, of the handling of the vehicle and of the compromise confort/security ; the chapter 3 is devoted to the strategy of a "global" control of the suspensions. This chapter is divided into two parts: the first one, is devoted to the synthesis of a dynamical output feedback controller which his objective is to improve the performances of the suspension with respect to the vertical road profile inputs; the second one is dedicated to the formulation of a feedforward strategy which his goal is, on the one hand to limit the displacements of the vehicle body during a vehicle acceleration or a braking situation, and, on the other hand, to choose the anti-roll distribution of the suspension system. The chapter finishes with the proposition of a regulation of the anti-roll distribution and of the adaptation of the compromise conforUsafety.