Développement d’architectures de commande sûres pour un véhicule terrestre autonome

  • Posted on: 11 March 2021
  • By: orjuela
  • Updated on: 11 March 2021
Type recrutement: 
Sujet de thèse
Section: 
61 (Génie informatique, automatique et traitement du signal)
Entité et lieu: 
Collaboration ONERA (Toulouse) et IRIMAS (Mulhouse)
Urgent ?: 
oui
Détails: 

De nombreuses phases de vol ont été automatisées sur les avions de transport civils. Cependant, après
l'atterrissage, le mouvement de l'avion reste généralement contrôlé manuellement par le pilote, et une étude a
montré que le nombre de sorties sur piste n'a pas diminué au cours des 20 dernières années. Malgré des
avancées récentes, il n’existe à l’heure actuelle pas d’architecture de commande intégrée globale permettant
des opérations totalement autonomes au sol, ce qui en fait une problématique d’actualité dans l’industrie et la
recherche aéronautique. L’objectif principal est de renforcer la sécurité en allégeant la charge de travail du
pilote, qui jouera à terme un rôle de supervision et sera capable de gérer l’appareil sans l’aide d’un copilote
(single pilot operations).

Cette problématique de contrôle des véhicules terrestres est naturellement une thématique de recherche
prépondérante dans le milieu automobile depuis plusieurs décennies, et elle semble promise à un bel avenir.
Le véhicule à délégation de conduite (autonome ou sans conducteur) est en effet devenu une réalité, et est
considéré aujourd'hui comme la forme la plus prometteuse pour le transport intelligent avec une prévision
d'utilisation de 75% d'ici à 2040. Cette nouvelle forme de mobilité ouvre des perspectives très intéressantes
en termes de mobilité pour tous, et en particulier pour les seniors et les personnes en situation de handicap.
Cependant, un nombre important de défis scientifiques et technologiques doivent encore être relevés avant
d'envisager une démocratisation de cette nouvelle technologie notamment en zone urbaine. Et comme dans
l’aéronautique, l’aspect sécurité représente un enjeu très important.

Afin de répondre à ces défis, de nombreux travaux de recherche sont menés au niveau international. L’institut
de recherche IRIMAS contribue depuis plus de 25 ans à ce champ d’application par le biais de travaux en
modélisation, observation, commande. Notamment, il développe de nouvelles architectures de commande
garantissant une navigation sûre : celles-ci traitent le guidage et la stabilisation du véhicule via le contrôle
global du châssis par allocation de commande. De son côté, l’ONERA développe depuis deux décennies des
architectures de commande sûres pour des drones à voilure fixe ou tournante, et dispose d’une flotte d’une
douzaine d’appareils. Il mène également depuis une quinzaine d’années des recherches sur la modélisation
et le contrôle de l’avion au sol, en collaboration avec les principaux industriels du secteur (Airbus, Safran...).
Un renforcement des collaborations entre le monde de l’automobile et celui de l’aéronautique apparait donc
naturel et bénéfique. La thèse proposée s’inscrit dans ce contexte, et les travaux envisagés se situent dans la
continuité des activités menées à l’IRIMAS et à l’ONERA via les thèses de Mohamed BOUDALI [1] et
Edouard SADIEN [2]. Ils visent à apporter une contribution originale en matière de conception et d'analyse de
stratégies de commande garantissant simultanément les objectifs de guidage et ceux de stabilisation du
véhicule en présence de défaillances ou de pertes d'efficacité des actionneurs ou des capteurs.
Actuellement, les systèmes de sécurité embarqués dans les véhicules terrestres sont conçus de façon
indépendante pour répondre à un.des objectif.s donnés (ABS, ESP pour l’automobile, anti-skid pour l’avion au
sol...). L'idée ici est de proposer et concevoir de nouvelles architectures de commande plus génériques,
permettant de s’adapter plus rapidement à la topologie du véhicule (nombre de roues motrices, directrices...).

Il s’agira de proposer de nouveaux algorithmes de coordination et de commande, structurés, qui répondent
aux situations de conduite rencontrées tout en gérant le.s conflit.s éventuel.s entre les actions de commande
générées. Pour cela, les techniques d’allocation de commande supervisées seront mises à profit afin de
répondre à ces objectifs de stabilité, de conflit possible avec les actionneurs... L'interaction entre le véhicule
et son environnement, ainsi que le couplage fortement non linéaire entre les dynamiques latérale et
longitudinale, représentent les principaux verrous scientifiques à lever dans le cadre de ces travaux de thèse.
Le développement d'outils théoriques pour l'analyse et la conception de stratégies d’allocation FTC (Fault
Tolerant Control) pour des systèmes non-linéaires sur-actionnés constitue quant à lui la principale
contribution théorique envisagée. Enfin, afin de rendre les architectures proposées exploitables dans un
contexte aéronautique, des contraintes fortes en termes de certification et d’embarquabilité devront être
prises en considération.

Une phase de validation expérimentale de certains résultats théoriques obtenus sera effectuée, dans un
premier temps sur des simulateurs réalistes d’automobile et d’avion au sol, puis à l'aide du véhicule d'essais
instrumenté de l’IRIMAS. Les travaux de recherche envisagés constituent ainsi un apport aussi bien sur un
plan théorique qu'applicatif.

[1] Mohamed Boudali. Contributions au guidage d'un véhicule autonome en situations non conventionnelles
de conduite. PhD Thesis, Université de Haute-Alsace, 2019.
[2] Edouard Sadien. Design of aircraft integrated ground control laws. PhD Thesis, Université de Haute-
Alsace, 2020.