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(1)

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�

(2)

o

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(3)

CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

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CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

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CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

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TCL

TCL

TCL

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(7)

TCL

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CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(9)

LLT

LLT

LLT

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CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

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CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(13)

h kr

TCL

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(14)

TCL

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

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CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

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CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

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CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

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TCL

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(20)

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(21)

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(22)

m·ay

hT

mayhT=c

2(Fn2−Fn1)

mg

ay ≥ cg 2hT

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(23)

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)

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(24)

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(25)

quad+pilote

CdGpilote

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(26)

+

••

hT

SSF= c 2hT

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(27)

ay

g= c2−hsinϕv

hcosϕv+hr

fr

P −m.ay

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(28)

θ1 θ2

l1 l2 G

α

θ1 θ2

fr

α=min(θ12)·fr

fr l1 l2 fr fr

l1 l2 α

fr

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(29)

Ucrit

U T

2·h m

J ϕv

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(30)

U=mg(h(cos(ϕv)+sin(ϕv)))

dUv=0 ϕv=π/4

ϕv π/4

T=1

2(J+2mh2)˙ϕv2

E=Ucrit−(U+T)

DRM =1−U+T Ucrit

TCL

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(31)

TCL

TCL TCL=Fn1−Fn2

Fn1 Fn2

TCL TCL=Fn1−Fn2

Fn1+Fn2

TCL

TCL TCL |TCL|<0.8

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(32)

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(33)

TCL

TCL

TCL TCL

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(34)

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(35)

TCL

TCL

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(36)

y

TCL

|TCL|<Rs Rs

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(37)

0<Rs<1

δr

TCL

|TCL|> 0.9 δr=kr(|TCL|−0.9) kr δs

δs= kp·˙ϕv+kd·¨ϕv

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(38)

+

TCL

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(39)

TCL

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(40)

+

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(41)

TCL

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(42)

TCL

••

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(43)

km.h−1 kg

cm3 cm3

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(44)

• cm3

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(45)

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(46)

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(47)

TCL

TCL Cem

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(48)

cm3

cm3

kg m.s−1

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(49)

TCL

• ψ˙

• v

• δ

GHz

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(50)

m.s−1

.s−1

.s−1 Cem

OA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(51)

km.h−1

Hz

TCL

TCL

TCL

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(52)

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

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(53)

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

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(54)

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

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(55)

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

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(56)

L=1.28m

=0.12 =

0.1205 L=1.35m =0.114

=0.112

TCL v2·tan(δ)

TCL

TCL

TCL

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(57)

TCL

TCL

quad+pilote

TCL TCL

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(58)

TCL

TCL

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(59)

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(60)

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(61)

TCL

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(62)

•C

•Cm

•Fl

•Ft

•Cf

•Ca

•Mg

•Rx

•Ry

•Rz

•ω CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(63)

gl

gl = ω−RdynVx

max |ω|,|RdynVx |

Rdyn

ω Vx

gl [−1,1] gl

gl=1

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(64)

α

V

α

α = arctan |VVyx|

Vx Vy V

gl gt

gt = tan(α) gt = (1−|gl|)tan(α)

g= gl2+gt2

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(65)

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

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(66)

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)

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(67)

µ

σg=µP(xp),xa<xp<L

σg=6µFz

L2lxp(1−xp

L),xa<xp<L γ σgx σgy

σgxgcos(γ) σgygsin(γ)

γ cos(γ)=ggl

sin(γ)=ggt

σgx =6µFL2lzxp(1−xLp)ggl σgy =6µFL2lzxp(1−xLp)ggt

σax

σayxp= glxp

yp=gtxp

σax(xp,gl) = Kxglxp, 0≤xp≤xa

σay(xp,gt) = Kygtxp, 0≤xp≤xa

Kx Ky

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(68)

xa

ax)2+(σay)2g2

xa=L 1− lL2

6µFz (Kxgl)2+(Kygt)2 (1/2)

xa

glc = K6µFxlLz2

gtc = KKxy (glc2−gl2)





Fx = L

0 l/2

−l/2axgx)dxpdyp

= Kxx22algl+µgglFz 1−3(xLa)2+2(xLa)3





Fy = L

0 l/2

−l/2aygy)dxpdyp

= Kylx22agt+µgtgFz 1−3(xLa)2+2(xLa)3

FxxFz

FyyFz

µx=µcos(γ) µy=µsin(γ)

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(69)

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

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(70)

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

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(71)

Fz

α∈[−4,4]

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(72)

gl α



Fl = Cl.gl

Ft = Ct.α Cl,Ct>0

Cl Ct

ai

Cl Ct

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(73)

TCL

•R0(x0,y0,z0)

•R1(x1,y1,z1)

•O

•O

•a

•b

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(74)

•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))

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(75)

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)ψ αf = arctan tanβ+ucos(β)ψ −δ

αr = β−uψ αf = β+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−uψ αf = β+uψ−δ

u = vcos(αcos(β)r)

Cf(.) Cr(.)















β =˙ um1 [−Ffcos(δ−β)−Frcos(β)]− ˙ψ ψ =¨ I1zz[bFr−aFfcos(δ)]

αr = β−uψ αf = β+uψ−δ

u = vcos(αcos(β)r)

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(76)













ψ =¨ I1z(−aCf(.)αf+bCr(.)αr) β = −˙ um1(Cf(.)αf+Cr(.)αr)− ˙ψ αr = β−uψ

αf = β+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

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(77)

•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

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(78)

−→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

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(79)

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

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(80)

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

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(81)

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

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(82)

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

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(83)

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

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(84)

ξ0 ξ1 ξ2

ξn+1n−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)≈rmn)+∇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+1n−∇mrn)+rmn)

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(85)

ξ

δξ λ

(∇mrn)tmrn)+λI)δξ=∇mrn)trmn)

mr(ξ) λ

λ

h k

r

h 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+Fn2v

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

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(86)

ξ=(1000h,kr)

λ

ξn+1n+λ·δξ, λ<1

h kr

TCL

250kg Ix Iy Iz 45110130kg.m2

ab 0.580.7m c 0.95m

TCL

TCL

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(87)

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

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(88)

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

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(89)

• 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

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(90)

TCL TCL TCL

km.h−1 1 2 3 TCL1 TCL2

TCL

TCL

TCL

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(91)

CemOA: archive ouverte d'Irstea / Cemagref

(92)

TCL

TCL

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(93)

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

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(94)

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

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(95)

TCL

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(96)

ψ˙ v δ

ψ˙ β

Ce

Ce=C0

Ce<C0

ψ v δ˙

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