2.2 Commande bi-latérale
2.2.6 Commande hybride (LAG Renault)
θv θ˙r + + + + P
Fig. 2.18 –Structure classique de télémanipulation.
Passivité.
Un véhicule à direction découplée est un système téléopéré où un opérateur (le conducteur) interagit avec un environnement (la route). Il est alors important de garantir la sécurité de l’opérateur lors de ses interactions avec son environnement. La contrainte de passivité garantit la stabilité ainsi que la sécurité du système. Simplement, un système est dit passif s’il ne génère pas d’énergie, mais ne fait que la stocker, la dissiper ou encore la délivrer.
La passivité du système se traduit par la passivité du transfert Yt(K). Une propriété reliant le caractère SPR (strictement positif réel) et la passivité est alors utilisée pour formuler des conditions surYt(k).
Synthèse multi-objectifs.
La synthèse d’un contrôleur K satisfaisant les hypothèses de transparence et de passivité pour le système de direction Steer By Wire est un problème complexe, nécessitant la résolution la résolution du problème d’optimisation suivant:
Trouver K tq:
minkkYt(K)−Ydk∞ Yt(K) :F 7−→v SP R
Commentaires
Ce type d’approche semble séduisant à la base car comme tout problème d’optimisation, il propose de trouver une solution satisfaisant un certain nombre de critères, en l’occurrence la transparence et la passivité.
La transparence peut s’apparenter à un problème de Model-Matching, on cherche le contrôleur K
permettant de forcer le système à reproduire le comportement d’un modèle prédéfini. La passivité est là pour assurer d’une part, la stabilité du système en boucle fermée et, d’autre part, la sécurité du conducteur en limitant l’énergie transmise par le système.
Cependant, la résolution de ce problème d’optimisation est très complexe. En effet, la qualité de la solution dépend grandement du choix de Yd et un compromis doit être trouvé entre une bonne transparence et la passivité du système final. A noter enfin que le contrôleur obtenu à l’issu de l’op-timisation est d’ordre 4 alors que le système de direction ainsi que le modèle de comportement désiré sont modélisés par deux ordres 1.
2.2.6 Commande hybride (LAG Renault).
Une étude a été menée par Renault dans [Tor03] sur la mise en place d’une commande mixte pour le pilotage d’une direction déocuplée. La commande dite mixte reprend les principes la com-mande unilatérale dite comcom-mande en couple ([GS00]) et la comcom-mande bilatérale par télémanipulation
([dWBC+05]). Ce type de contrôle vise à faire cohabiter ces deux lois de commande pour n’en garder que les avantages:
• lacommande unilatérale est utilisée la majeure partie du temps;
• la commande bilatérale est utilisée quand les limites de la commande unilatérale sont atteintes
(pertes d’adhérence, roues en butée ...).
Le ressenti volant ainsi obtenu est censé fournir un agrément de conduite élevé, avec un filtrage complet des défauts de la route et autres phénomènes venant perturber la conduite d’un véhicule dans des conditions saines, tout en informant le conducteur sur le comportement du véhicule (pertes d’adhérence) afin qu’il puisse réagir à temps et garder le contrôle dans les situations extrêmes.
Cr´emaill`ere Moteur de braquage Contrˆoleur ˙ θv, θv ˙ θr, θr Volant Moteur de restitution Cartographie V ˆ δ
Fig. 2.19 – Schéma de contrôle.
Pilotage du système de restitution.
Les deux lois de commande présentées précédemment (télémanipulation et commande en couple) sont rappelées ci-dessous: uv = −Jv J h Kv(V) ˙θv+Kp(V, θv)θv+Csec(V, θv)sgn( ˙θv) i + (Jv J −1) Γh Jv J αv−1 Γh−βvJJvθ˙v−Jv J Fs
Afin de simplifier les notations, il est supposé que les deux commandes cherchent à imposer la même inertie fictive J ainsi que le même amortissement constantβv, soit:
Il est alors possible d’écrire: uv = (Jv J −1) Γh− βvJv J ˙ θv−Jv J Kv(V) ˙θv+Kp(V, θv)θv+Csec(V, θv)sgn( ˙θv) Fs En posant: F1=Kv(V) ˙θv+Kp(V, θv)θv+Csec(V, θv)sgn( ˙θv) F2=Fs
l’expression de lacommande hybride est finalement donnée par:
uv = (Jv J −1) Γh− βvJv J ˙ θv−Jv J [α F1+ (1−α)F2]
Le paramètre α est utilisé pour gérer les transitions entre les deux lois. Son rôle est de pondérer l’influence des deux commandes en fonction de la situation dans laquelle se trouve le véhicule.
Les algorithmes mis au point pour sélectionner le mode de fonctionnement ne sont pas décrits ici. Ils reposent sur une estimation de la dérive au centre de gravité δ du véhicule, la valeur instantanée du couple coordonnéFs et la vitesseV du véhicule.
Pilotage du système de braquage.
La stratégie de contrôle utilisée pour piloter le système de braquage reste identique à celle utilisée dans le cadre de la stratégie Renault par télémanipulation (cf. précédemment). Le système de braquage est modélisé de la manière suivante:
Jrθ˙r =Mz+ur
Jr est l’inertie équivalente du système de braquage ramenée au niveau des roues avant,θr représente l’angle de braquage des roues avant, Mz est le couple dû aux forces extérieures sur les roues avant et
ur est le couple fourni par l’actionneur de braquage, ramené aux roues avant. La commandeur mise en place est donnée par l’expression suivante:
ur =−βrθ˙r+Fs−αrMz
où Fs=ApR
( ˙θv−Nθ˙r)dt + Ad( ˙θv−Nθ˙r).
Ce type de commande revient en fait à asservir en position les roues avant du véhicule sur la posi-tion du volant, au facteur de démultiplicaposi-tionN près.
Commentaires
Cette approche semble cumuler les avantages des stratégies unilatérale et bilatérale. Dans les phases de comportement nominal du véhicule, les sensations fournies au conducteur sont calculées de manière à produire une direction confortable et à améliorer la maniabilité du véhicule.
Si le véhicule entre dans une phase dite non nominale, roues en butée, chute d’adhérence, les sen-sations fournies au conducteur sont censées reproduire les altérations du comportement du véhicule.
Il est important de remarquer que le terme utilisé pour reproduire les efforts d’interaction entre les roues avant et le sol risque de ne pas être valide (l’impédance du milieu n’est pas suffisamment grande). La restitution par télémanipulation perd alors tout son sens.
De même, le "switch" entre les deux lois est lié au calcul de α. Or, celui-ci fait appel à des estima-teurs (estimation de l’angle de dérive) dont la pertinence n’est pas toujours vérifiée. Le passage entre télémanipulation et couple modèle risque de manquer definesse et de se ressentir trop brutalement au volant.