3.6 Conception des essais objectifs
3.6.4 Concevoir et implanter un robot de conduite
Sans pilote professionnel, il est très di cile de remplir les exigences de précision nécessaire pour réaliser des essais valides. La conception et l'utilisation d'un robot de conduite est une alternative viable.
Le robot de conduite doit contrôler à la fois la vitesse longitudinale ainsi que la position du volant suivant les exigences des essais normalisés.
Les connaissances du partenaire industriel ont été sollicités pour cette partie du projet. L'équipe de développement avait déjà converti des unités de direction assistée en action- neur pour plusieurs montages. Ces connaissances ont directement été réinvesties dans le cadre de ce projet.
Dé nir les consignes pour chaque essai avec toutes leurs variations
Toutes les consignes de vitesse et de position de colonne de direction sont dérivées des dé nitions des normes qui ont été adaptées pour leur utilisation avec de petits véhicules hors route [18] [22] [19]. Un simple script MATLAB est utilisé pour générer les commandes de position de colonne de direction nécessaire pour contrôler le véhicule en boucle ouverte. L'actionneur utilisé est une unité de direction assistée du partenaire industriel qui est accompagné d'un port de communication CAN. De plus, l'équipe a déjà un pilote pro- grammé pour contrôler l'unité avec des consignes de position, vitesse ou accélération. Il est donc simple d'utiliser ce module pour convertir les positions désirées en consignes pour l'actionneur.
Concevoir et implanter un montage mécanique pour remplir les exigences des consignes pour les essais
La conception du robot de conduite a débuté par l'utilisation de l'unité de direction assistée du partenaire industriel comme actionneur de la colonne de direction du véhicule. Le montage mécanique du robot devait prévoir les capteurs nécessaires pour l'acquisition, soit l'encodeur optique et le transducteur de couple.
Les exigences pour l'actionneur de système de direction du véhicule sont simples. Le couple
maximum qu'un utilisateur doit fournir lors de la conduite normale est de 30 Nm22 et la
vitesse maximale est d'un peu plus de 6.6 rad · s−123. L'actionneur utilisé pour le projet
développe 30 Nm et une vitesse maximale de 13 rad · s−1 (puissance d'environ 400 W ).
Le moteur est su samment puissant pour l'application demandée.
L'actionneur génére su samment de couple et de vitesse pour être relié à la colonne de direction avec un ratio 1:1. Ceci simpli e la conversion des consignes. Une chaîne est choisie pour transmettre la puissance du moteur à la colonne de direction a n d'assurer un minimum de décalage (dû à l'élongation) entre la position de l'actionneur et de la colonne
22Des essais ont été faits sur plusieurs surfaces de conduites (sable, gravier compact et asphalte) avec
le véhicule d'essais pour déterminer le couple maximum qu'un conducteur doit fournir sans assistance mécanique, le résultat le plus élevé (véhicule à 0 km/h sur de l'asphalte) était de 26 Nm
23La valeur est obtenue via la recommandation du partenaire industriel. Des essais ont été faits et cette
vitesse n'a pas été atteinte lors de conduites. De plus, aucun des essais normalisés ne demande plus de vitesse angulaire.
3.6. CONCEPTION DES ESSAIS OBJECTIFS 59
Figure 3.17 Schéma bloc du robot de conduite
de direction. De plus, comme le véhicule peut être exposé à des intempéries, l'utilisation d'une courroie aurait pu causer des problèmes. Le délai de temps moyen entre l'actionneur de colonne de direction et le capteur de position est de 0.002 s (max 0.004 s). Lors de l'installation de la chaîne, deux tensionneurs sont ajoutés pour garantir qu'il y a toujours une tension su sante sur la chaine pour minimiser le jeu potentiel.
Figure 3.18 Robot de conduite
Le montage du moteur et du train d'engrenage doit se supporter de lui-même pour ne pas appliquer d'autres eorts que le couple voulu sur la colonne et le transducteur de couple. Ceci est accompli en liant le moteur et le train d'engrenage sur une plaque de support
Tableau 3.4 Éléments du robot de conduite des gures 3.18 et 3.19 Identi ant Nom
A Moteur
B Support rigide
C Encodeur optique, transducteur de couple etjoint universel
D Potentiomètre
E Interface de remplacement de la pédale
F Cran de sécurité de la pédale
G Arrêt d'urgence
H Carte NI
I Carte USB-CAN
J Transducteur de couple
K Joint universel
L Adaptateur pour colonne de direction
ajustable et en reliant le transducteur de couple et la colonne de direction du véhicule au train d'engrenage à travers un joint universel. L'encodeur optique est assemblé sur l'engrenage de sortie, voir la gure 3.19.
Toute la puissance nécessaire pour le robot de conduite et le système d'acquisition est fournie par deux systèmes de batteries indépendants du véhicule a n de s'assurer que les demandes en énergie du système n'interviennent pas avec le fonctionnement habituel du système électrique du véhicule. Les batteries additionnelles du véhicule sont rechargées après chaque sortie.
Pour être en mesure de contrôler la vitesse du véhicule, un remplacement de l'accélérateur a été mis au point. La première partie du système est un potentiomètre 0-5 V relié à une carte NiDAQ. Le programme LabVIEW convertissait la valeur du potentiomètre en signal électrique convenable pour le véhicule. La dernière modi cation a été l'ajout d'un dispositif relié à la pédale qui s'assure que le système ne démarre pas lorsque la pédale de gaz n'est pas enfoncée. Le dispositif couple directement le signal envoyé au système électrique en plus d'être détecté par le programme de contrôle du robot de conduite, ajoutant ainsi un niveau de sécurité supplémentaire.
Un simple bouton poussoir est utilisé pour démarrer les essais. C'est le même bouton qui est utilisé pour le système d'acquisition. Le système de conduite et le système d'acquisition démarrent sur le front montant du signal électrique et arrêtent sur un front descendant. Ceci augmente la sécurité du système, car le programme LabVIEW arrête si le bouton n'est pas enfoncé (par exemple, si le conducteur fait une chute).
3.6. CONCEPTION DES ESSAIS OBJECTIFS 61
Figure 3.19 Traducteur de couple et joint universel
La dernière partie du robot est l'interrupteur de sécurité de l'ensemble du système. Cet interrupteur coupe toute l'alimentation électrique au moteur qui contrôle la direction ainsi que l'alimentation du signal de la pédale. Ainsi lorsque l'interrupteur est actionné, tous les systèmes automatisés du robot sont sans alimentation électrique.
Le montage, tel qu'illustré à la gue 3.17, utilise un programme LabVIEW pour gérer tous les aspects de l'actionnement (position de volant et vitesse longitudinale). Un essai se déroule comme suit:
1. Brancher le l USB pour la communication avec la carte d'acquisition NI USB-6211. 2. Brancher le l USB pour la communication CAN avec le véhicule et l'actionneur en
utilisant une carte IXXAT.
3. Ouvrir le programme LabVIEW et s'assurer que la communication avec la carte d'acquisition et l'actionneur fonctionne.
4. Charger les consignes de position de la colonne de direction dans le programme LabView.
5. Ajuster le potentiomètre à la bonne position pour la vitesse exigée pour l'essai. 6. Véri er que la piste d'essai est libre.
Figure 3.20 Interface du programme LabVIEW
8. Enfoncer le bouton de démarrage pour lancer l'acquisition, envoyer les consignes au pilote de l'actionneur et envoyer le signal de vitesse au contrôle électronique du véhicule.
9. Faire l'essai trois fois pour chaque direction (gauche et droite).
10. Extraire les données du module d'acquisition et les sauvegarder dans l'ordinateur.