Évaluation de l’adhérence mobilisable et de la résistance au ......Reconstruction de la résistance au roulement. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-700-600-500-400-300-200-100 Temps

Évaluation de l’adhérence mobilisable et de la résistance au roulement d’un PL

(modèles et simulations numériques)

Auteur : Mohamed Bouteldja/Cerema-CE/[email protected]

AIPCR 2016« Route du futur et évolutions des pneumatiques »

Michelin, Clermont-Ferrand 15 Dec. 2006

Pourquoi s’intéresser au contact pneu/sol

� Adhérence

� Constat :

- Phénomène physique qui s'oppose au roulement(mouvement), il s'apparente aux frottements, mais estde nature différente dû à la déformation élastique despneumatiques.

- Liée à la déformation du pneumatique,- En lien directe avec la dissipation d’énergie,…

� Résistance au roulement

� Indépendances (méthodes et paramètres mesurés, politiques de mesure, …).

15/12/2016 – Mohamed Bouteldja Séminaire 2016 AIPCR

…..Elle est le seul lien entre le véhicule et la rou te.

Bien que la surface de contact est petite ….

- Capacité à mobiliser les forces de contact pneu-chaussée sous l’effet des sollicitation engendrées parla conduite du véhicule.

- Liée à la déformation de la surface de contact,- En lien directe avec le risque d’accident,…

Facteurs d’influence

� Facteurs principaux qui influencent : adhérence & r ésistance au roulement


II faut donc maximiser l’adhérence et minimiser la résistance au roulement

� Compromis optimal afin de concilier ces deux performances

• SECURITÉ– tenue de route (meilleure adhérence quelque soit les

conditions de conduite),– stabilité du véhicule (notamment en courbe),– distance de freinage,– visibilité (nuit, pluie, ...).

• CONFORT– surface « roulante »,– peu bruyante,– faible résistance au roulement (consommation de carburant).

Enjeux et attentes de l’usager

Risques

Economie d’énergie


• 1er étape

� modélisation fine du contact pneumatique/chaussée;� développement d’un estimateur de l’adhérence mobilisable et de la force de résistance au roulement,� validation par simulation numérique.

• 2ème étape

� validation expérimentale de l’approche développée;� développement d’un système prédictif d’aide à la conduite embarqué de « sécurité et d’économie d’énergie»

� Compromis « Sécurité/Consommation » � fonction de la situation de conduite

Actions engagées


� Modèle du véhicule

( ) ( ) ( )],,,,,,[

,

sttfsttt yyxq

qGqqqCqqM

ββψψ=Γ=++ &&&&

� Les actions des couples appliqués : braquage des roues

� Forces externes : pneumatiques.

� Forces internes : suspensions, frottements.

: Vecteur des forces (internes et appliquées)Γ

� Véhicule de type Tracteur semi-remorque

� Formalisme de Lagrange : calcul des équations dynamiques.

� Langage de calcul symbolique (Maple).

� M : matrice d’inertie, C : matrice de coriolis et centrifugeet G : la matrice de gravitation.

Modélisation du véhicule

xu

ψf

lt

ψ

l

Fxt

Fyt

Ffx

δ

Fry

Frx

Fyar

β1

β2

ay-t

ay-st


* Travail réalisé en collaboration avec Prof. R. Merzouki (LAGIS)

Modélisation multi-physique du contact pneumatique/chaussée

� Modèle du pneumatique

� Approche bond graph : calcul des équations dynamiques.

� Langage de calcul : logiciel Symbols@/Matlab.Environment

0.:

s

h

η

Road

way

Lin

ear velocity

xF

Wave front

C: k

0

1g

T

S&

TF

RS

1

0

IF

sFCF

RSF

sx&

Tire gum (longitudinal)

Tire tube

Wheel

Angular velocity

I: M

1

1

C: ke R: Re

: -r

Sf: ω

Sf

L:x&

Roadway

1x& R:RN

10

1

C:KN

FN

I: M

2-x&Sf:

0

1

R: R1

C

T

S&

Two ports element

TF

( )32

..

. 13

lπ −

Se: T0

0 0S T&

GYhF

MSf:

Tire gum

(vertical)

sx&

Environment

0.:

s

h

η

Road

way

Lin

ear velocity

xF

Wave front

C: k

0

1g

T

S&

TF

RS

1

0

IF

sFCF

RSF

sx&

Tire gum (longitudinal)

Tire tube

Wheel

Angular velocity

I: M

1

1

C: ke R: Re

: -r

Sf: ω

Sf

L:x&

Roadway

1x& R:RN

10

1

C:KN

FN

I: M

2-x&Sf:

0

1

R: R1

C

T

S&

Two ports element

TF

( )32

..

. 13

lπ −

Se: T0

0 0S T&

GYhF

MSf:

Tire gum

(vertical)

sx&

xF

ZF

Actionhydrolique

Actions pneumatique et

thermique

Action mécanique

Action mécanique

Action mécanique

Action environnement


� Adhérence mobilisable pour l’ensemble tracteur semi-remorque

� Résistance au roulement pour l’ensemble tracteur semi-remorque

ΣΣ

=

ΣΣ=

)cos(,

,

fz

yymob

z

xxmob

F

F

F

F

ψµ

µ v

• Estimation de la dynamique du véhicule,• Estimation des forces de contact

pneumatique/chaussée.

zrrRR FCF ⋅=

Force de résistance au

roulement

Coefficient de résistance au

roulement

Force de verticale

Évaluation de l’adhérence et de la résistance au roulement


nombre d’états mesurés par des capteurs < nombre d’états d’un système

Définition :Un observateur est un capteur informatique ou logiciel permettant desuivre l’évolution de l’état d’un système (Reconstituer le vecteur d’état) àpartir de la connaissance :

Solution � Utilisation d’observateurs

Pour des raisons de coût et de faisabilité technique

�

� des sorties capteurs (mesures).

� d’un modèle du système.

Principe d’estimation de l’adhérence et de la résistance au roulement


Modèles

État dynamiqueVariablesmesurées

VariableNon mesurées

ObservateursEstimateurs

Connaissance de l’état global et des forces de

contact pneumatique/chaussée

Capteurs logiciels basés sur la théorie de la dynamique des systèmes

• Modèle du système

• Observateur

termes correcteurs

Structure de l’observateur/estimateur

Principe d’estimation de l’adhérence et de la résistance au roulement

Obs.3

Obs.1

Obs.2

Obs.4

Cal.3

ya

xa

xvfψψ ,

ya

iww ,

fψψ ,

iΓ

iyF,

ˆ

iyF,

ˆ

ixF ,ˆ

ixF ,ˆ

izF ,ˆ

xa

xv

fψ̂mobµ

RRF

iiyv β̂,ˆ ,

fψ̂


Résultats de Simulation

Observateurs d’état & forces

Résultats d’observation & d’estimation

Estimateurs

0 100 200 300 400 500 600-50

-40

-30

-20

-10

0

10

Position du CdG/XE en [m]

Pos

ition

du

CdG

/YE

en [m

]

Position du CdG du tracteur

Position du CdG de la semi-remorque

0 100 200 300 400 500 600-50

-40

-30

-20

-10

0

10

Position du CdG/XE en [m]

Pos

ition

du

CdG

/YE

en [m

]

Position du CdG du tracteur

Position du CdG de la semi-remorque

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-6

-4

-2

0

2

4

6

Temps en [s]

Ang

le d

e br

aqua

ge d

es r

oues

en

[°]

Roue avant gauche du tracteur

Roue avant droite du tracteur

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-6

-4

-2

0

2

4

6

Temps en [s]

Ang

le d

e br

aqua

ge d

es r

oues

en

[°]

Roue avant gauche du tracteur

Roue avant droite du tracteurC

omm

ande

con

duct

eur

Paramètres d’observateur

� Conditions de simulation : vitesse constante et chaussée sec.

L1= 1.02 e1= 2.64

L2= 1.04 e2= 2.61

L3= 1.11 e3= 4.13

L4= 1.08 e3= 0.27


0 5 10 15 20 25 30 35 40 4548.5

49

49.5

50

50.5

Temps en [s]

Vite

sse

de C

dGen

[m/s

]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-1

-0.5

0

0.5

1

Temps en [s]

Vite

sse

de la

cet d

u tr

acte

ur e

n [°

/s]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-6

-4

-2

0

2

4

Temps en [s]

Vite

sse

de la

cet r

elat

if en

[°/s

]

Estimée/observateur

Simulée/Prosper


Simulée/Prosper


Simulée/Prosper

(a)

(b)

(c)


0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-4

-2

0

2x 10

4

Temps en [s]

Fy,

av e

n [N

]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-4

-2

0

2x 10

4

Temps en [s]

Fy,

ar e

n [N

]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-1

-0.5

0

0.5

1x 10

4

Temps en [s]

Fy,

t en

[N]


Simulée/Prosper


Simulée/Prosper


Simulée/Prosper

(d)

� Reconstruction de l’état dynamique du PL ainsi que les forces latérales.


max, µµ ≤=z

yymob F

F

� Reconstruction de l’adhérence mobilisée.

Note : Adhérence maximale disponible sur la route est mesurée par l’appareil SCRIM.



0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Temps [s]

Adh

éren

ce m

obili

sabl

e

Roue Av du tracteur

Roue Ar du tracteurRoue de la semi-remorque



� Reconstruction de la résistance au roulement.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-700

-600

-500

-400

-300

-200

-100

Temps [s]

For

ce d

e ré

sist

ance

au

roul

emen

t [N

]

Roue Av du tracteur

Roue Ar du tracteur

Roue de la semi-remorque

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-1560

-1540

-1520

-1500

-1480

-1460

Frr

tot

ale

du t

ract

eur

[N]

Résistance au roulemet total du tracteur

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-1750

-1700

-1650

-1600

-1550

Temps [s]

Frr

tot

ale

de la

sei

m-r

emor

que

[N] Résistance au roulemet total de la semi-remorque



� Reconstruction du coefficient de résistance au roulement et distribution de l’erreur d’estimation.

Conclusions et perspectives

• Validation expérimentale,

• Élargir le problème d’estimation au modèle du véhicule global.

• Développement d’un système « sécuritaire et économique » embarqué.

�Perspectives

�Conclusions

• Modélisation nominale d’un véhicule articulé (tracteur semi-remorque),

• Modélisation du contact pneumatique/chaussée pas l’approche bond graph,

• Définition d’un observateur (reconstruction de l’état dynamique et des forces

pneumatique/chaussée),

• Reconstruction d’adhérence mobilisée et de la résistance au roulement,

• Validation pas simulation numérique.


Merci de votre attention

Mohamed BOUTELDJA

Département Laboratoire de Lyon25, avenue François Mitterrand, 69674 Bron cedex

Tel : 04.72.14.33.27 [email protected]

Contact

Documents

Évaluation de l’adhérence mobilisable et de la résistance au ......Reconstruction de la résistance au roulement. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-700-600-500-400-300-200-100 Temps