Titre du sujet de thèse: Sécurité des deux roues électriques : modélisation et synthèse de trajectoires optimales
Mots clés
Modélisation, Véhicule deux-roues électriques/hybrides, Trajectoire de sécurité.
Établissement : Université Paris-Saclay
École doctorale: Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication
Spécialité: Automatique
Unités de recherche
• IBISC – Informatique, BioInformatique, Systèmes Complexes (1)
• SATIE – MOSS – Systèmes et Applications des Technologies de l’Information et de l’Énergie – Méthodes et Outils pour les Signaux et Systèmes (2)
CNU de thèse : 61 – Génie informatique, automatique et traitement du signal
Encadrement de la thèse
- Hichem Arioui(1), directeur de thèse
- Stéphane Espié(2), codirection de thèse
- Lamri Nehaoua(1), encadrant
Problématique
La thèse traitera les deux aspects complémentaires que sont : la modélisation dynamique des motocyclettes électriques et la génération de trajectoire de sécurité en ligne.
La sécurité routière en France est en constante amélioration. Les dernières statistiques annuelles pour l’année 2020, selon l’Observatoire National Interministériel de la Sécurité Routière, montrent une baisse de 21,5% de mortalité par rapport à 2019. Le constat est le même, pour les accidents corporels, en baisse de 16,3%. En ce qui concerne les motocyclettes, le nombre de décès est en baisse de 17,3% et le nombre d’accidents corporels de 12,9% par rapport à 2019. Ces chiffres positifs sont toutefois à modérer, car ils ont été fortement impactés par la pandémie de COVID-19 et les mesures de confinement mises en place en France en 2020.
Il est important de noter que les accidents de deux-roues motorisés, même en baisse, représentent une part considérable des accidents de la route en France. Les conducteurs de véhicules deux-roues motorisés sont des usagers particulièrement vulnérables en cas d’accident, et il est donc important de prendre des mesures pour améliorer leur sécurité sur la route.
Dans ce contexte, un effort conséquent de recherche et de développement a été déployé, depuis une vingtaine d’années, pour améliorer leur sécurité, leur efficacité énergétique et leur intégration dans l’écosystème de mobilité urbaine. Toutefois, l’électrification progressive des véhicules deux-roues, pose encore des défis scientifiques à surmonter.
La dynamique d’une moto électrique et d’une moto à combustion est différente, ce lié à plusieurs critères : les moteurs électriques peuvent par exemple être intégrés aux roues ; les motos électriques ont généralement un centre de masse plus bas que les motocyclettes thermiques du fait de leur batterie; Enfin, le couple maximal produit par le moteur est instantané pour la motorisation électrique alors que ce dernier est atteint pour des régimes pouvant être élevés pour les motorisations thermiques. De manière générale, les motos électriques peuvent atteindre des accélérations impressionnantes et des vitesses de pointe comparables ou même supérieures à celles des motos à essence. À titre d’exemple, la moto électrique Zéro SR/F a une puissance de pointe de 110 chevaux, un couple maximum de 190 nm, et peut accélérer de 0 à 100 Km/h en moins de 3,5 secondes avec une vitesse de pointe d’environ 200 Km/h.
La modélisation de la dynamique des motos électriques est un domaine de recherche relativement nouveau. Dans l’ensemble, les recherches récentes visent à améliorer la compréhension du comportement des motos électriques et à optimiser leurs performances, leurs efficacités et leurs autonomies. Certaines de ces recherches portent sur la modélisation de la batterie, ce pour quantifier les performances et l’autonomie. La modélisation du moteur est un autre thème de recherche important pour la modélisation de la dynamique des motos électriques. Les travaux récents se concentrent sur l’efficacité, le couple et la puissance de sortie. Des recherches récentes se sont focalisées sur le développement de modèles plus précis de systèmes de freinage régénératif, qui tiennent compte de facteurs tels que l’efficacité du système et l’impact du freinage sur la stabilité de la moto.
Un deuxième aspect à prendre en compte pour améliorer la sécurité de déplacement en deux-roues concerne la définition de la trajectoire optimale en virage. Le plus important dans l’approche d’un virage est le regard (la recherche du point de visé). En effet, il faut regarder le point cible où on veut aller, plutôt que de se concentrer sur la route juste devant la moto. Cela aide à mettre en place une stratégie d’anticipation et à maintenir une trajectoire fluide. Le point de regard est donc très important dans la construction d’une trajectoire sûre, fiable et fluide. Il est aussi à noter que les motards expérimentés utilisent l’accélérateur et le frein pour contrôler leur vitesse et la trajectoire de la moto en courbe. La trajectoire optimale d’une moto dans une courbe est donc une trajectoire contrôlée qui maximise la traction et la stabilité tout en maintenant une vitesse sûre et appropriée aux conditions de la route.
Il est à noter qu’il n’existe pas une seule trajectoire optimale dans un virage, mais plusieurs. On parle donc d’enveloppe de trajectoire de sécurité. Cette enveloppe est la région de l’espace routier qu’une moto peut utiliser en toute sécurité en virage. Il est défini par les limites
physiques de la moto, par la traction disponible et par les conditions routières (infrastructure et trafic).
Le projet scientifique de la thèse proposée concerne deux problématiques essentielles : (1) la caractérisation de la dynamique des véhicules deux-roues électriques, et (2) les trajectoires de sécurité dans un virage en prenant en compte le point de regard. On cherche à étendre les
résultats obtenus dans des travaux antérieurs pour des véhicules deux-roues thermiques et
étudier leur transposition aux véhicules deux-roues électriques. Les objectifs de cette thèse sont résumés comme suit :
- Dynamique des véhicules deux-roues électriques : réaliser un état de l’art sur la modélisation des véhicules deux-roues électriques. Il s’agit d’étudier:
- la chaîne d’actionnement électrique de la batterie jusqu’à la roue ;
- les courbes de couple/puissance d’un moteur électrique par rapport à un moteur à combustion ;
- les deux types de transmission : par arbre/chaîne/courroie ou actionneur embarqué dans roue ;
- les dynamiques au démarrage et aux faibles vitesses ;
- Et de participer aux études expérimentales afin de valider les modèles dynamiques.
- Enveloppe de sécurité pour les trajectoires en courbe : il s’agit de caractériser des enveloppes de sécurité permettant de proposer des trajectoires plus sûres en prenant en compte la vitesse du véhicule à l’entrée de virage, l’adhérence de la chaussée, l’accélération du véhicule en sortie de virage et la position de la tête du conducteur par rapport à l’inclinaison du V2RM afin d’adapter un module d’alerte de danger préexistant.
- Freinage et accélération optimale : il s’agit de proposer un système de traction/freinage actif permettant au conducteur de négocier les virages en toute sécurité.
- Date de l’appel : 22/03/2023
- Date limite d’envoi de candidature: 26/05/2023
- Début de thèse prévu: 01/10/2023
- Statut de l’appel : Non pourvu
- Contacts : Hichem ARIOUI (MCF HDR Univ. Évry, IBISC équipe SIAM), hichemDOTariouiATuniv-evryDOTfr
- Sujet de thèse disponible sur ADUM
- Web équipe SIAM
