HAL Id: tel-02592741
https://hal.inrae.fr/tel-02592741
Submitted on 15 May 2020
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Stabilité dynamique des véhicules légers tout-terrain.
Nouvelles solutions : application aux véhicules légers de type quad
N. Bouton
To cite this version:
N. Bouton. Stabilité dynamique des véhicules légers tout-terrain. Nouvelles solutions : application aux véhicules légers de type quad. Sciences de l’environnement. Doctorat Vision et Robotique, Université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand, 2009. Français. �tel-02592741�
o
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
LLT
LLT
LLT
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
h kr
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
•
•
•
•
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
m·ay
hT
mayhT=c
2(Fn2−Fn1)
mg
ay ≥ cg 2hT
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
ϕv h=OG hr=OQ hT=h+hr
may(hcos(ϕv)+hr)+mghsin(ϕv)=c
2(Fn2−Fn1)
ay ≥gc2−hsin(ϕv) (hcos(ϕv)+hr)
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
quad+pilote
CdGpilote
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
+
•
••
hT
SSF= c 2hT
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
ay
g= c2−hsinϕv
hcosϕv+hr
fr
P −m.ay
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
θ1 θ2
l1 l2 G
α
θ1 θ2
fr
α=min(θ1,θ2)·fr
fr l1 l2 fr fr
l1 l2 α
fr
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Ucrit
U T
2·h m
J ϕv
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
U=mg(h(cos(ϕv)+sin(ϕv)))
dϕdUv=0 ϕv=π/4
ϕv π/4
T=1
2(J+2mh2)˙ϕv2
E∆=Ucrit−(U+T)
DRM =1−U+T Ucrit
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL TCL=Fn1−Fn2
Fn1 Fn2
TCL TCL=Fn1−Fn2
Fn1+Fn2
TCL
TCL TCL |TCL|<0.8
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL
TCL TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
y
TCL
|TCL|<Rs Rs
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
0<Rs<1
δr
TCL
|TCL|> 0.9 δr=kr(|TCL|−0.9) kr δs
δs= kp·˙ϕv+kd·¨ϕv
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
+
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
+
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
•
•
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
•
•
•
TCL
•
••
•
•
•
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
km.h−1 kg
cm3 cm3
•
•
•
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
•
• cm3
•
•
•
•
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL Cem
OA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
cm3
cm3
kg m.s−1
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
• ψ˙
• v
• δ
◦
GHz
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
m.s−1
◦.s−1
◦.s−1 Cem
OA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
km.h−1
Hz
TCL
TCL
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL
TCL
v δ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0
5 10 15 2120.6 25
Temps (s) Vitesse (km.h−1 )
A
B C
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0
5 10 15 20 25
Temps (s)
Angle de braquage (°)
B
C
A
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
t=3s 6m.s−1=21.6km.h−1 t=7.5s
t=14.3s
TCL
t=9st=12s t=14s TCL t=14.3s
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
c hT L ay
TCL TCL
|TCL|≈2
c hTay
g
TCL
m m
TCL m TCL
m
m
m m
TCL
TCL
m m
TCL m
m
m
m m
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL
m
m TCL
TCL
TCL
TCL
ay=v·˙ψ=v2·tan(δ) L
|TCL|≈2 c
hTv2tan(δ) Lg
TCL v2tan(δ) L=1.28m L=1.35m
TCL v2tan(δ)
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
L=1.28m
=0.12 =
0.1205 L=1.35m =0.114
=0.112
TCL v2·tan(δ)
TCL
TCL
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL
quad+pilote
TCL TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
•
•
•
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
•C
•Cm
•Fl
•Ft
•Cf
•Ca
•Mg
•Rx
•Ry
•Rz
•ω CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
gl
gl = ω−RdynVx
max |ω|,|RdynVx |
Rdyn
ω Vx
gl [−1,1] gl
gl=1
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
α
V
α
α = arctan |VVyx|
Vx Vy V
gl gt
gt = tan(α) gt = (1−|gl|)tan(α)
g= gl2+gt2
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Fl Ft
l
L Kz
Fz δr
δr=Fz
Kz
Rnom
R2nom= L 2
2+(Rnom−δr)2
δr δr<<Rnom
L= 8Rnom Fz
Kz
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
P xp yp
Pmax
P(xp)=4Pmax
L xp(1−xp
L)
Fz= L
0P(xp)ldxp=2PmaxLl 3
P(xp)=6Fz
L2lxp(1−xp
L)
A xa (xp,yp)
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
µ
σg=µP(xp),xa<xp<L
σg=6µFz
L2lxp(1−xp
L),xa<xp<L γ σgx σgy
σgx =σgcos(γ) σgy =σgsin(γ)
γ cos(γ)=ggl
sin(γ)=ggt
σgx =6µFL2lzxp(1−xLp)ggl σgy =6µFL2lzxp(1−xLp)ggt
σax
σay ∆xp= glxp
∆yp=gtxp
σax(xp,gl) = Kxglxp, 0≤xp≤xa
σay(xp,gt) = Kygtxp, 0≤xp≤xa
Kx Ky
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
xa
(σax)2+(σay)2=σg2
xa=L 1− lL2
6µFz (Kxgl)2+(Kygt)2 (1/2)
xa
glc = K6µFxlLz2
gtc = KKxy (glc2−gl2)
Fx = L
0 l/2
−l/2(σax+σgx)dxpdyp
= Kxx22algl+µgglFz 1−3(xLa)2+2(xLa)3
Fy = L
0 l/2
−l/2(σay+σgy)dxpdyp
= Kylx22agt+µgtgFz 1−3(xLa)2+2(xLa)3
Fx =µxFz
Fy =µyFz
µx=µcos(γ) µy=µsin(γ)
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL
y x
y(x+Sh)=Dsin[Carctan(Bx−E(Bx−arctan(Bx)))]+Sv
Ft Fl
α gl
Fl(gl+Shx) = Dxsin[Cxarctan(Bxgl−Ex(Bxgl−arctan(Bxgl)))]+Svx
Ft(α+Shy) = Dysin[Cyarctan(Byα−Ey(Byα−arctan(Byα)))]+Svy
Dx Dy
Bx By Cx Cy
Ex Ey
SvxSvyShx
Shy
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
γ Fz
Fl = Ds in(Carctan(BΦ))
Φ = (1−E)gl+EBarctan(Bgl) D = a1Fz2+a2Fz
C = a0
B = a3CDeFz2+aa5Fz4Fz
E = a6Fz2+a7Fz+a8
Ft = Ds in(Carctan(BΦ))+∆Sv
Φ = (1−E)(α+∆Sh)+EBarctan(B(α+∆Sh)) D = a1Fz2+a2Fz
C = a0
B = (1−a12|γ|)a3sin(a4arctan(aCD 5Fz)) E = a6Fz2+a7Fz+a8
∆Sh = a9γ
∆Sc = (a10Fz2+a11Fz)
ai
•
ai
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
•
•
Fz
α∈[−4◦,4◦]
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
gl α
Fl = Cl.gl
Ft = Ct.α Cl,Ct>0
Cl Ct
ai
Cl Ct
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
•
•
•R0(x0,y0,z0)
•R1(x1,y1,z1)
•O
•O
•a
•b
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
•L
•R
•δ
•ψ R1 R0
•v ψ˙
ψ=˙ v·tan(δ) L
•u
•αfαr β
•Iz O
•m
•FlfFlrFf Fr
m ˙ucos(β)−u˙βsin(β)−u˙ψsin(β) = (Flr+Flfcos(δ)+Ffsin(δ)) m ˙usin(β)+u˙βcos(β)+u˙ψcos(β) = (−Fr+Flfsin(δ)−Ffcos(δ))
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Izψ =[bF¨ r+a(Flfsin(δ)−Ffcos(δ))]
β ψ˙ u
˙
u = m1[Flfcos(δ−β)+Flrcos(β)+Ffsin(δ−β)−Frsin(β)] β =˙ um1 [Flfsin(β−δ)−Ffcos(β−δ)−Frcos(β)−Flrsin(β)]− ˙ψ ψ =¨ I1z[bFr+a(Flfsin(δ)−Ffcos(δ))]
u = vcos(αcos(β)r)
αr = arctan tanβ−ucos(β)b˙ψ αf = arctan tanβ+ucos(β)a˙ψ −δ
αr = β−b˙uψ αf = β+a˙uψ−δ
˙
u = m1[Flfcos(δ−β)+Flrcos(β)+Cf(.)αfsin(δ−β)−Cr(.)αrsin(β)] β =˙ um1[Flfsin(δ−β)−Cf(.)αfcos(β−δ)−Cr(.)αrcos(β)−Flrsin(β)]− ˙ψ ψ =¨ I1z[bCr(.)αr+a(Flfsin(δ)−Cf(.)αfcos(δ))]
αr = β−b˙uψ αf = β+a˙uψ−δ
u = vcos(αcos(β)r)
Cf(.) Cr(.)
β =˙ um1 [−Ffcos(δ−β)−Frcos(β)]− ˙ψ ψ =¨ I1zz[bFr−aFfcos(δ)]
αr = β−b˙uψ αf = β+a˙uψ−δ
u = vcos(αcos(β)r)
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
ψ =¨ I1z(−aCf(.)αf+bCr(.)αr) β = −˙ um1(Cf(.)αf+Cr(.)αr)− ˙ψ αr = β−b˙uψ
αf = β+a˙uψ−δ u ≈ v
a b L
m Iz
Cf(.) Cr(.)
ψ˙ β
TCL
TCL
•• z2y2 x2z2
R2(x2,y2,z2)
IG/R2 =
Ix 0 0 0 Iy 0 0 0 Iz
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
•ϕv
•G m
•h
•c
•P=mg g
•Fn1
•Fn2
•Fa
TCL
ϕv
Fa kr br
−→ Fa=1
h(krϕv+brϕ˙v)−→y2
h kr
m−→aG·−y→1= −→ P+−→
Fa+−→
Fn1+−→
Fn2 ·−y→1
m−→aG·−z→1= −P+→ −F→a+−→Fn1+−→Fn2 ·−z→1
−−−→∆G/R2·−x→2= −−−−→MG,Fn1+−−−−→MG,Fn2 ·−x→2
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
−→aG
G −−−→∆G/R2 G R2(x2,y2,z2) −−−−→MG,Fn1
−−−−→
MG,Fn2
−→Fn1 −→Fn2
G ϕ¨v Fn1 Fn2
¨
ϕv= 1
hcos(ϕv)h˙ϕv2sin(ϕv)+h˙ψ2sin(ϕv)+v˙ψ+b¨ψ− krϕv+brϕ˙v
mh cos(ϕv) Fn1+Fn2=m −h¨ϕvsin(ϕv)−h˙ϕv2cos(ϕv)+g− krϕv+brϕ˙v
mh sin(ϕv) Fn1−Fn2=2
cIxϕ¨v+(Iz−Iy) ˙ψ2cos(ϕv)sin(ϕv)−hsin(ϕv)(Fn1+Fn2)
Ix Iy
Iz TCL
TCL ϕv
TCL TCLpermanent=
−2c (Iz−Iy) ˙ψ2cos(ϕv)sin(ϕv)−hsin(ϕv)(Fn1+Fn2) Fn1+Fn2
(Iz−Iy) ˙ψ2cos(ϕv)sin(ϕv) [hsin(ϕv)(Fn1+Fn2)]
TCLpermanent=2
c(hsin(ϕv)) hsin(ϕv)
TCLpermanent hsin(ϕv) =2c
ϕv sin(ϕv)≈ϕv cos(ϕv)≈1 h˙ψ2sin(ϕv)<<v˙ψ h˙ψ2sin(ϕv)<<kmhrϕvcos(ϕv)
0=v˙ψ− krϕv
mh v˙ψ=aG,y1
|TCLpermanent|≈2
c h2aG,y1 kr
m
TCLpermanent
|TCLpermanent|≈2
c hTaG,y1
g
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
hT
h2
kr
m
=hT
g
hT=mh2g kr
TCL
¨
ϕv = 1
hcos(ϕv)[h˙ϕv2sin(ϕv)+h˙ψ2sin(ϕv)+u˙ψcos(β)+˙usin(β) +u˙βcos(β)− krϕv+brϕ˙v
mh cos(ϕv)]
β
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Gq
Gp
G quad+pilote
Mp
Mq
hp Gq Gp
h1 Gq
h2 Gq G
h2= Mp
Mp+Mq hp
h3 G
ϕx quad+pilote
ϕv quad+pilote
z z=ϕx−ϕv
αp
TCL quad+pilote
αp
h3 z TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
hidentifie
h h1
h1=hidentifie−h2=hidentifie− Mp
Mp+Mq hp
ϕv
αp=0 h3=hidentifie
αp h3
quad+pilote
h3= h21+h22−2h1h2cos(π−αp)
z=cos−1 h23+h21−h22 2h3h1
ϕx = ϕv+sign(αp)z
¨
ϕx = ¨ϕv
˙
ϕx = ˙ϕv
Fn1 Fn2
ϕx ϕv
quad+pilote h3
TCL
αp
αp
αp
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
d
d= Mp
Mp+Mq hpsin(αp) αp
αp=sin−1(NKδ)
K N =+1
N =−1 N =0
d= Mp
Mp+Mq hpNKδ
TCL
v ψ˙
δ h kr br
h kr TCL
br
TCLTCL
h kr
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL h kr
TCL
+
Y = Φ(X,ξ)
X Y ξ
Ypm m
J(ξ) ξ
J(ξ)=1 2
M m=1
(Ypm−Φ(Xm,ξ))2
Xm m M
J ∇J(ξ) J
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
ξ0 ξ1 ξ2
ξn+1=ξn−γn∇J(ξn), n≥0
γn ξn
ξ ξ0
J J
J ξ0
ξ
rm rm(ξ)=Ypm−Φ(Xm,ξ)
rm ξ
rm(ξ)≈rm(ξn)+∇mr(ξ)δξ
δξ=ξ−ξ ∇mr(ξ) rm(ξ) ξ
rm(ξ)=0 δξ
δξ=−∇mr(ξ)+rm(ξ)
∇mr(ξ)+ ∇mr(ξ)
ξ0 ξn
ξn+1=ξn−∇mr(ξn)+rm(ξn)
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
ξ
δξ λ
(∇mr(ξn)t∇mr(ξn)+λI)δξ=∇mr(ξn)trm(ξn)
∇mr(ξ) λ
λ
h k
rh kr TCL
Ypm TCL
Y =Φ(Xm,ξ) TCL X
ξ=(h,kr)
TCL
sin(ϕv)≈ϕv,cos(ϕv)≈1 TCL TCL
TCLpermanent = −2 c
(Iz−Iy)˙ψ2ϕv−h(Fn1+Fn2)ϕv
Fn1+Fn2
ϕv = mhv˙ψ kr−mh2ψ˙2 Fn1+Fn2 = mg−krϕ2v
h
ξ ξ
rm(ξ)=TCLpermanent(Xm,ξ)−TCLmesure(Xm) TCLpermanent(Xm,ξ)
h kr
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
ξ=(1000h,kr)
λ
ξn+1=ξn+λ·δξ, λ<1
h kr
TCL
250kg Ix Iy Iz 45110130kg.m2
ab 0.580.7m c 0.95m
TCL
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
h kr TCL δ=4◦ v m.s−1
h=1.2475m kr=5900N.m.rad−1 TCL
TCL
TCL
TCL
TCL
TCL
TCL
h kr hT
m m
cm
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
h kr
◦ ◦ ◦
h kr TCL
δ=4.8◦ h=1.32m kr=8600N.m.rad−1 TCL
quad+pilote 0.65m
TCL TCL TCL
km.h−1 ◦ 1 2 3 TCL1 TCL2
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
• TCL TCL
•
•
TCL TCL
h kr
h kr hT
m m
◦ ◦ ◦ ◦
h kr TCL
δ=6◦ h=1.14m kr=8100N.m.rad−1
TCL quad+pilote 0.64m
h kr hT
m m
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL TCL TCL
km.h−1 ◦ 1 2 3 TCL1 TCL2
TCL
TCL
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
X Y u f(X,u)
X = AX+Bu˙ Y = CX+Du
X n×1 Y m×1
u (l×1 A B C
D n×n n×lm×n m×l
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
X Y u
Oobs
Oobs=
CAC
. . CAn−1
X = AX+Bu+L(Y−Y)˙ Y = CX+Du
Y−Y L n×m
X
X =AX+Bu+L(Y−CX−Du)˙ X =(A−LC)X+(B−LD)u+LY˙
X =X−X X =(A−LC)X˙ X(0)=X(0)−X(0)
X(t)=exp[(A−LC)(t)]X(0) A−LC
L
L
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
TCL
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref
ψ˙ v δ
ψ˙ β
Ce
Ce=C0
Ce<C0
ψ v δ˙
CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref