Estimation and dynamic longitudinal control of an electric vehicle with in-wheel electric motors

L'objectif principal de cette these est l'etude de l'exploitation de systemes moteurs-roues (machines electriques integrees a la roue) pour le controle de la dynamique vehicule. Cette these est issue d'un co-financement (numero 186-654, 2010-2013) entre le Laboratoire des Signaux et Systemes (CNRS) et l'Institut Francais du Petrole et Energies Nouvelles (IFPEN). Les avantages apportes par l'utilisation du moteur electrique sont averes et de nouvelles techniques de controle sont developpees pour optimiser son utilisation. Les lois de controle basent generalement sur la grandeur principale du moteur electrique: le couple transmis, qui peut etre mesure via le courant consomme. Une autre caracteristique importante du moteur electrique est son temps de reponse, avec le fait qu'il peut produire des couples negatifs, pour ralentir le vehicule, tout en stockant l'energie. La nouveaute du present travail est de considerer le moteur-roue electrique comme seul signal de controle dans des phases d'acceleration et des phases de ralentissement, simplifiant l'architecture de la conception du vehicule et des lois de controle. Pour repondre a la demande conducteur tout en preservant un comportement sain du vehicule, des strategies d'estimation de la limite d'adherence seront presentees. En fonction de cette adherence maximale disponible entre la route et les pneus, un couple adequat sera calcule pour assurer un comportement stable dans des phases d'acceleration aussi bien que de freinage. L'aspect critique etudie dans ce travail est la non-linearite des caracteristiques d'interaction entre la route et le pneu et la complexite de son estimation dans des conditions variables. La strategie d'estimation devra detecter tous les changements d'adherence de route et la loi de controle calculee devra maintenir la stabilite vehicule meme lorsque la friction maximale change. Certaines formes de perturbation et de bruit seront egalement prises en compte afin de tester la robustesse des approches d'estimation et de controle proposes. Parmi les systemes de securite active les plus importants en phase d'acceleration, le systeme de controle de traction (TCS) retablit la traction si les roues commencent a patiner et le programme de stabilite electronique (ESP) intervient pour prevenir une perte menacante du controle lateral du vehicule. Dans le cas du freinage, le systeme decisif est le systeme d'antiblocage (ou ABS), qui empeche le blocage des roues. On peut trouver d'autres systemes embarques, comme le systeme de distribution de force de freinage electronique (EBD), qui assure une distribution optimale de la force de freinage transmise aux roues, pour eviter de deraper et assure un ralentissement stable du vehicule. Les systemes embarques qui fournissent les estimations doivent etre robustes aux bruits de mesure et aux perturbations. A fortiori, ces calculs doivent etre faits en temps reel, donc une complexite reduite et une reponse rapide de la loi de controle sont necessaires. Enfin, l'environnement dans lequel le vehicule fonctionne est dynamique, les caracteristiques d'adherence peuvent varier en fonction de l'etat de la route et de la meteo. Ainsi, on ne peut prevoir les reactions du conducteur pouvant influencer la reponse globale du vehicule dans des situations d'urgence. Le controleur devrait prendre en compte tous ces aspects pour preserver un comportement stable du vehicule. Bien que le controle lateral du vehicule presente une importance majeure dans la stabilite globale du vehicule, le present travail est concentre sur le controle longitudinal du vehicule, puisqu'il represente le point de depart de la dynamique vehicule.