Contribution à la modélisation et la commande du trafic routier : approches par Bond Graph et commande par platitude

Contribution to the road traffic modelling and control : Bond graph approaches and flatness-based control

• Auteur / Autrice : Violina Iordanova
• Direction : Daniel Jolly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie automatique et informatique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Artois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Graphes de lien

Commande automatique

Modèles mathématiques

Transports routiers

Résumé

Les travaux présentés dans cette thèse concernent la modélisation et la commande du flux de trafic autoroutier. L’objectif est d’apporter une réponse efficace aux problèmes de congestions dont les enjeux socio-économiques sont très importants. La résolution proposée est abordée en deux étapes. La première concerne la modélisation du trafic. Dans cette optique, notre contribution porte sur l’introduction d’un nouveau point de vue pour enrichir les modèles macroscopiques existants. L’approche proposée assimile le flux à un ensemble de volumes élémentaires en écoulement dans les sections routières. Cette démarche est enrichie par l’emploi du formalisme graphique des bond graph pour mieux représenter les comportements qui régissent le trafic et de déduire systématiquement les équations dynamiques. La seconde étape s’attache à l’aspect commande. Dans ce contexte, notre contribution repose sur l’introduction du concept relativement récent de la platitude différentielle afin de réguler le flux de véhicules circulant sur les autoroutes. La principale caractéristique de cette commande réside dans sa capacité à assurer la génération et le suivi de trajectoires sans intégration d’aucune équation différentielle du modèle étudié. Enfin, l’association des modèles bond graphs et la platitude est efficacement appliquée pour la commande intégrée du trafic mettant en jeu la régulation par rampe d’accès et à l’aide de la limitation dynamique du flux d’entrée. Les résultats de simulation valident la pertinence des approches proposées et ouvrent la voie à plusieurs perspectives d’amélioration et de généralisation de la commande de flux de trafic dans des réseaux routiers plus complexes.

The works presented in this thesis deal with the modelling and traffic flow control in motorways. The main objective is to bring an effective response to the congestions problems whose socio-economic impacts are very significant. The proposed resolution is approached in two stages: the first, relates to the traffic flow modelling. Accordingly, our contribution aims at introducing a new point of view to enrich the existing macroscopic models. The suggested approach assimilates the traffic flow to a set of elementary volumes in circulation in the motorway sections. This approach is enriched by the use of the Bond Graph graphical formalism which allows to better represent the behaviours which govern the traffic and to deduce systematically the dynamical equations. The second step concerns the traffic flow control. In this context, our contribution rests on the introduction of the relatively recent concept called “differential flatness” to control the vehicles flow circulating in the motorways. The main characteristic of this control strategy lies in its capacity to ensure the trajectories generations and tracking without integration of any differential equations of the studied model. Finally, the association of the Bond Graph models and flatness based control are efficiently applied for the integrated traffic flow control bringing into play the ramp metering approach and the main traffic flow dynamic limitation. The simulation results validate the relevance of the suggested approaches and open some further perspectives for improvement and generalization of the traffic flow control for more complex motorways networks.