Academic literature on the topic 'Transport – Commande automatique – Dispositifs de sécurité'

Dans le cadre d'un programme de recherche commun avec le GRRT et l'Inrets/Cresta nous présentons dans cette thèse une méthode de détection et d'intrusions d'obstacles en vue de la surveillance de zones bien délimitées. L'approche proposée s'appuie sur une technique de stéréovision à base de caméras linéaires. Chaque camera définit un plan de surveillance. Une barrière optique, constituée de deux plans de surveillance parallèles permet de déterminer la position, la taille ainsi qu'une approximation de la vitesse de passage des objets pénétrant dans la zone surveillée. L'analyse des séquences d'images ligne recueillies par les deux caméras est formalisée par un automate à états finis. Celui-ci réalise le suivi de l'évolution spatio-temporelle des objets évoluant à travers la barrière de surveillance. Il met en évidence les situations critiques pour lesquelles il génère une alarme. Les procédures logicielles orientées temps réel, implantées sur une machine de vision linéaire multiprocesseurs ont été testées sur une plateforme expérimentale. Les séquences d'image ligne obtenues montrent la validité de ce procédé de détection d'intrusions. Ce dispositif est envisagé pour la surveillance au niveau de l'interface quai-voie des systèmes de transports guidés

La maîtrise des processus physiques complexes nécessite l'application d'une stratégie complète de contrôle/commande. Les équipements de sécurité et d'agrément de conduite d'un véhicule automobile sont particulièrement concernés. Cette stratégie englobe la modélisation d'un système, l'analyse des moyens d'action sur un système et d'observation de son comportement, l'élaboration des lois de commande et les outils de conception. L'objectif des travaux consiste à formaliser et appliquer cette stratégie générale pour la conception de systèmes actifs de commande, en particulier une servovalve à commande directe. Cet appareil électrohydraulique est composé d'un moteur, pilotant directement le tiroir d'un distributeur, asservi électroniquement en position. Cette servovalve est un composant évolutif qui, associé à un actionneur, permet l'asservissement d'autres variables physiques. Une attention particulière a été apportée à la mise en œuvre d'un asservissement de pression, utilisé dans les principales applications automobiles telles que les systèmes de freinage ou la suspension active. Pour obtenir un appareil aussi performant, voire meilleur, que les servovalves conventionnelles à un prix considérablement réduit, il convient d'utiliser un outil d'aide à la conception. Cet outil est obtenu par l'association d'un formalisme graphique de modélisation, les Bond Graphs, et notre logiciel de simulation PROUESSE. Cet outil a permis l'analyse détaillée du fonctionnement de la servovalve et de mener efficacement l'ensemble des activités liées à sa conception. Ces activités concernent l'établissement du dossier de spécifications techniques et fonctionnelles de la servovalve, l'élaboration des correcteurs des asservissements de position et de pression, l'optimisation du rapport coût/performances. Les solutions techniques et algorithmiques, émanant de l'étude théorique et des résultats de simulation, ont été systématiquement vérifiées sur banc d'essai. De nombreux essais ont montré le très grand potentiel d'application de cette servovalve

Cette thèse présente l'analyse, la synthèse, l'optimisation, le design et la validation expérimentale de mécanismes de sécurité dans le contexte de l'interaction physique humain-robot. Afin d'améliorer la sécurité, une condition essentielle à la coexistence d'humains et de robots, une approche basée sur la conception de manipulateurs intrinsèquement sécuritaires est préférée à des systèmes d'évitement et de détection de collision, pour des raisons de fiabilité. La force maximale de contact survenant lors d'une collision est utilisée comme critère de sécurité pour sa simplicité et sa validité dans le contexte de la robotique. Pour les robots sériels, il est proposé de placer un limiteur de couple en série avec chaque actionneur tandis que pour les robots suspendus, on opte pour la séparation de la base et de l'effecteur par un mécanisme parallèle dont certains pivots sont remplacés par des limiteurs de couple --- formant ainsi un \emph{limiteur de force cartésien}. L'utilisation de ces mécanismes permet de réduire l'inertie effective du manipulateur lorsqu'une collision survient sans nuire aux performances du robot en situation normale. Un modèle est d'abord créé afin de comparer par simulation les gains de sécurité obtenus par des limiteurs de couple et d'autres mécanismes de sécurité articulaires utilisés seuls ou en combinaison avec d'autres dispositifs. Des méthodes de commande optimale des seuils de limiteurs de couple ajustables placés en série avec chaque actionneur d'un robot sériel sont ensuite développées. Un indice de performance cinématique est proposé afin d'optimiser la pose et l'architecture d'un tel robot. L'approche et les méthodes développées sont validées expérimentalement à l'aide de prototypes de limiteurs de couple ajustables basés sur la friction placés en série avec les actionneurs d'un robot sériel à quatre degrés de liberté. Finalement, des architectures de limiteurs de force cartésiens sont proposées et optimisées et leur efficacité dans le contexte des robots suspendus est validée expérimentalement.
This thesis presents the analysis, synthesis, optimization, design and experimental validation of safety mechanisms in the context of physical human-robot interaction. In order to improve safety, which is essential to allow the coexistence of humans and robots, an approach based on the design of intrinsically safe manipulators is preferred to collision avoidance and detection systems for reliability reasons. The maximum contact force occuring during a collision is used as a safety criterion due to its simplicity and validity in the context of robotics. For serial robots, it is proposed to place a torque limiter in series with each actuator whereas for suspended robots, it is preferable to separate the base and the effector with a parallel mechanism in which some joints are replaced with torque limiters --- thereby forming a \emph{Cartesian force limiting device}. The use of such mechanisms allows the reduction of the effective manipulator inertia during a collision without affecting the performances under normal conditions. A model is first created in order to compare --- using simulations --- the safety gains obtained with torque limiters with the ones obtained with other articular safety mechanisms when they are implemented alone or in combination with other safety devices. Methods to optimally control the thresholds of adjustable torque limiters placed in series with each actuator of a serial robot are developed. A kinematic performance index is proposed in order to optimize the pose and architecture of such a robot. The approach and the developed methods are experimentally validated using prototypes of adjustable torque limiters based on friction which are placed in series with each actuator of a four-degree-of-freedom robot. Finally, architectures of Cartesian force limiting devices are proposed and optimized and their effectiveness in the context of suspended robots is experimentally validated.

La présente thèse concerne l’étude structurelle pour le recouvrement du défaut par l’approche du bond graph. L'objectif est d'exploiter les propriétés structurelles et causales de l'outil bond graph, afin d’effectuer à la fois le diagnostic et l’analyse de la commande du système physique en présence du défaut. En effet, l’outil bond graph permet de vérifier les conditions structurelles de recouvrement de défauts pas seulement du point de vue de l’analyse de commande, mais aussi en considérant les informations issues de l’étape de diagnostic. Par conséquent, l’ensemble des défauts tolérés est obtenu en mode hors-ligne avant d’effectuer une implémentation réelle. En outre, en estimant le défaut comme une puissance perturbatrice fournie au système, ce qui permet d’étendre les résultats d’analyse structurelle pour le recouvrement du défaut à une compensation locale adaptative, directement à partir du modèle bond graph. Enfin, les résultats obtenus sont validés dans une application d’un véhicule autonome intelligent redondant
This work deals with structural fault recoverability analysis using the bond graph model. The objective is to exploit the structural and causal properties of the bond graph tool in order to perform both diagnosis and control analysis in the presence of faults. Indeed, the bond graph tool enables to verify the structural conditions of fault recoverability not only from a control perspective but also from a diagnosis one. In this way, the set of faults that can be recovered is obtained previous to industrial implementation. In addition, a novel way to estimate the fault by a disturbing power furnished to the system, enabled to extend the results of structural fault recoverability by performing a local adaptive compensation directly from the bond graph model. Finally, the obtained structural results are validated on a redundant intelligent autonomous vehicle

Cette thèse est consacrée à la planification robuste du matériel roulant ferroviaire dans un contexte de transport de voyageurs régional. Il s'agit de déterminer pour chaque engin une suite de trajets à réaliser sur une période donnée de façon à résister au mieux aux aléas pouvant apparaître en opérationnel. Dans ce but, nous proposons une définition et une caractérisation de la robustesse par des indicateurs propres au contexte d'étude. Nous abordons le problème par une approche structurelle différente des approches robustes classiques qui permet d'agir sur la structure d'une solution en fonction des indicateurs définis. Trois méthodes sont alors mises en œuvre dans le cadre de ce travail. Une résolution approchée par une heuristique gloutonne et une recherche locale permet d'obtenir des solutions rapidement. Une méthode de résolution approchée par génération de colonnes a été développée afin de prendre en compte plus de contraintes de façon intégrée. Une méthode basée sur un programme linéaire en nombres entiers résolu exactement traite un problème plus général. Afin de limiter le coût de la robustesse, ces méthodes sont basées sur un existant à SNCF répondant au problème de planification des ressources matérielles à coûts de production minimaux. Un outil de simulation du comportement des solutions en situation perturbée permet de comparer les solutions entre elles par évaluation des indicateurs de robustesse. Des expérimentations sur des instances réelles ont prouvé la pertinence des approches et ont mené à l'industrialisation d'un prototype
This thesis deals with robust rolling-stock planning problems for passenger regional trains. It consists in building robust rolling-stock schedules to operate trains under technical constraints while anticipating operational disturbances that can occur. First of all, we define indicators to characterize robustness in context. We use these indicators to have an effect on solutions that we build. This structural approach is unusual compared to classical robust optimization approaches. We have implemented three methods to solve the problem. A sequential heuristic method enhanced by a local search gives solutions quickly. A column-generation method calculates approximate solutions.An integer linear program is solved exactly to obtain solutions to a global problem. These methods are based on an existing tool at SNCF that optimizes the rolling-stock planning problem to assure optimal production costs. A simulation tool evaluates robustness indicators to compare solutions. Tests on real instances have proved the relevance of the approaches and have lead to the use of a prototype in production

Les progrès technologiques et la mondialisation du transport font que le flux de voyageurs ne cesse d’augmenter. Cependant, dans le domaine de l’automobile, des problèmes techniques ou humains entrainent des accidents causant encore aujourd’hui des milliers de blessés et de décès par an. De ce fait, les instances gouvernementales et les constructeurs automobiles travaillent sur de nouvelles règlementations et des avancées techniques afin de garantir la sécurité́ de chaque usager de la route. Afin de garantir la diminution du nombre de décès, une voie de recherche intéressante consiste à fusionner les informations provenant du véhicule, du conducteur et de l’environnement afin de prévenir le conducteur du risque qu’il prend ou même d’agir directement sur le véhicule. Ainsi, après avoir défini le risque que nous considérons, nous nous intéressons ici à sa modélisation et son estimation en temps réel. Dans ce contexte, le cas d’usage de décélération du véhicule suivi est étudié et nous analysons et traitons les données par un réseau Bayésien afin d’évaluer le risque de télescopage qui sera partagé à travers une communication inter-véhiculaire de type VANet
Technological advances and the globalization of transport have led to an increase flow of passengers. However, in the automotive sector, technical or human problems lead to accidents that still cause thousands of injuries and deaths each year. As a result, government authorities and car manufacturers are working on new regulations and technical advances to ensure safety of every road user. To ensure that cut of deaths and injuries, an interesting research approach is to merge information from the vehicle, the driver and the environment in order to warn the driver of the risk he is taking or even to act directly on the vehicle. Thus, after defining the risk we consider, we are interested here in its modelling and estimation in real time. In this context, the deceleration of the leading vehicle is monitored and studied then we analyze and process the data through a Bayesian network in order to evaluate the rear-end risk that will be shared through vehicular communication thanks to VANet

La thématique étudiée dans ce mémoire est axée sur la préservation de la stabilité dynamique de véhicules évoluant en environnement naturel. En effet, la mobilité en milieu tout-terrain est une activité particulièrement pénible et dangereuse en raison de la nature difficile de l'environnement de conduite et de la reconfigurabilité des machines. Le caractère changeant et incertain des interactions rencontrées entre des véhicules à dynamique complexe et variable et leur environnement entraîne régulièrement des risques accrus de renversement et/ou de perte de contrôle (dévalement, dérapage déclenché par une perte soudaine d'adhérence) pour le conducteur. Une forte accidentalité mortelle est, en effet, recensée dans ce secteur, en particulier, dans le milieu agricole ou le renversement de véhicule est classé comme étant la première cause de mortalité au travail. A l'heure actuelle, les approches existantes sur la stabilité d'engins agricoles sont qualifiées à juste titre de passives car elles ne permettent pas d'éviter que les accidents ne se produisent. Par ailleurs, la transposition directe des solutions de sécurité active du secteur de l'automobile (ABS, ESP) s'est révélée inadaptée aux véhicules tout-terrain a cause des hypothèses simplificatrices (routes plates et homogènes, conditions d'adhérence constantes, etc.) dont souffre la conception de ces dispositifs. Ainsi, le développement de systèmes actifs de sécurité prenant en compte les spécificités de la conduite en milieu tout-terrain se révèle être la meilleure voie d'amélioration à suivre. Eu égard à ces circonstances, ce projet se propose d'adresser cette problématique en étudiant des métriques de stabilité pertinentes permettant d'estimer et d'anticiper en temps réel les risques afin de permettre des actions correctives pour la préservation de l'intégrité des machines tout-terrain. Afin de faciliter l'industrialisation du dispositif actif de sécurité conçu, l'une des contraintes sociétales et commerciales de ce projet a été l'utilisation de capteurs compatibles avec le coût des machines visées. L'objectif ambitieux de cette étude a été atteint par différentes voies. En premier lieu, une approche de modélisation multi-échelle a permis de caractériser l'évolution dynamique de véhicules en milieu tout-terrain. Cette approche à dynamique partielle a offert l'avantage de développer des modèles suffisamment précis pour être représentatifs du comportement réel de l'engin mais tout en présentant une structure relativement simple permettant la synthèse d'asservissements performants. Puis, une étude comparative des avantages et des inconvénients des trois grandes familles de métriques répertoriées dans la littérature a permis de mettre en exergue l'intérêt des métriques analytiques à modèle dynamique par rapport aux catégories de critères de stabilité dits statiques et empiriques. Enfin, l'analyse approfondie des métriques dynamiques a facilité le choix de trois indicateurs (Lateral and Longitudinal Load Transfer (LLT), Force Angle Stability Measurement (FASM) et Dynamic Energy Stability Measurement (DESM)) qui sont représentatifs d'un risque imminent de renversement du véhicule. La suite du mémoire s'appuie sur la théorie d'observation pour l'estimation en ligne des variables non directement mesurables en milieu tout-terrain telles que les rigidités de glissement et dérive du pneumatique. Jumelée aux différents modèles dynamiques du véhicule, la synthèse d'observateurs a permis donc d'estimer en temps réel les efforts d'interaction pneumatiques-sol nécessaires à l'évaluation des indicateurs d'instabilité. Le couplage de ces modèles multi-échelles à la théorie d'observation a ainsi constitué un positionnement original à même de briser la complexité de la caractérisation de la stabilité de véhicules à dynamiques complexes et incertaines. (...)
This work is focused on the thematic of the maintenance of the dynamic stability of off-road vehicles. Indeed, driving vehicles in off-road environment remains a dangerous and harsh activity because of the variable and bad grip conditions associated to a large diversity of terrains. Driving difficulties may be also encountered when considering huge machines with possible reconfiguration of their mechanical properties (changes in mass and centre of gravity height for instance). As a consequence, for the sole agriculture sector, several fatal injuries are reported per year in particular due to rollover situations. Passive protections (ROllover Protective Structure - ROPS) are installed on tractors to reduce accident consequences. However, protection capabilities of these structures are very limited and the latter cannot be embedded on bigger machines due to mechanical design limitations. Furthermore, driving assistance systems (such as ESP or ABS) have been deeply studied for on-road vehicles and successfully improve safety. These systems usually assume that the vehicle Center of Gravity (CG) height is low and that the vehicles are operating on smooth and level terrain. Since these assumptions are not satisfied when considering off-road vehicles with a high CG, such devices cannot be applied directly. Consequently, this work proposes to address this research problem by studying relevant stability metrics able to evaluate in real time the rollover risk in order to develop active safety devices dedicated to off-road vehicles. In order to keep a feasible industrialization of the conceived active safety device, the use of compatible sensors with the cost of the machines was one of the major commercial and societal requirements of the project. The ambitious goal of this study was achieved by different routes. First, a multi-scale modeling approach allowed to characterize the dynamic evolution of off-road vehicles. This partial dynamic approach has offered the advantage of developing sufficiently accurate models to be representative of the actual behavior of the machine but having a relatively simple structure for high-performance control systems. Then, a comparative study of the advantages and drawbacks of the three main families of metrics found in the literature has helped to highlight the interest of dynamic stability metrics at the expense to categories of so-called static and empirical stability criteria. Finally, a thorough analysis of dynamic metrics has facilitated the choice of three indicators (Longitudinal and Lateral Load Transfer (LLT), Force Angle Stability Measurement (FASM) and Dynamic Energy Stability Measurement (DESM)) that are representative of an imminent rollover risk. The following of the document is based on the observation theory for estimating online of variables which are not directly measurable in off-road environment such as slip and cornering stiffnesses. Coupled to the dynamic models of the vehicle, the theory of observers has helped therefore to estimate in real time the tire-soil interaction forces which are necessaries for evaluating indicators of instability. The coupling of these multiscale models to the observation theory has formed an original positioning capable to break the complexity of the characterization of the stability of vehicles having complex and uncertain dynamics. (...)

Ce travail aborde le problème de l’autorité de contrôle partagée entre les conducteurs et système de conduite autonome sans retour haptique utilisant la fusion des entrées de conduite. Le développement d’une autorité de contrôle partagée est divisé en différentes étapes : cadre de contrôle partagé, évaluation des facteurs de conduite, prévision du comportement de conduite, processus de fusion, etc. La résolution des conflits est la stratégie de haut niveau introduite dans le cadre permettant de réaliser la fusion. Les entrées de conduite sont évaluées en fonction de différents facteurs tels que le risque de collision, la limitation de vitesse, la prévention de voie / départ, etc., sous la forme d’un degré de confiance dans l’admissibilité d’une entrée de conduite à l’aide de données de capteur. La résolution de conflit est ciblée pour un horizon temporel particulier dans le futur en utilisant une prédiction d’entrée de conduite basée sur un capteur utilisant des réseaux de neurones. Un jeu non coopératif à deux joueurs (comprenant l’admissibilité et l’intention de conduite) est défini comme représentant la résolution du conflit comme un problème de négociation. L’entrée motrice finale est calculée en utilisant l’équilibre de Nash. La stratégie de contrôle partagé est validée à l’aide d’un banc d’essai intégré aux logiciels Simulink et IPG CarMaker. Divers aspects de la stratégie de contrôle partagé, tels que l’accent mis sur l’homme, la prévention des collisions, l’absence de toute information sur la conduite, l’affinement de la conduite manuelle, etc., ont été inclus dans le processus de validation
Road traffic accidents have always been a concern to the driving community which has led to various research developments for improving the way we drive the vehicles. Since human error causes most of the road accidents, introducing automation in the vehicle is an efficient way to address this issue thus making the vehicles intelligent. This approach has led to the development of ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) functionalities. The process of introducing automation in the vehicle is continuously evolving. Currently the research in this field has targeted full autonomy of the vehicle with the aim to tackle the road safety to its fullest potential. The gap between ADAS and full autonomy is not narrow. One of the approach to bridge this gap is to introduce collaboration between human driver and autonomous system. There have been different methodologies such as haptic feedback, cooperative driving where the autonomous system adapts according to the human driving inputs/intention for the corrective action each having their own limitations. This work addresses the problem of shared control authority between human driver and autonomous driving system without haptic feedback using the fusion of driving inputs. The development of shared control authority is broadly divided into different stages i.e. shared control framework, driving input assessment, driving behavior prediction, fusion process etc. Conflict resolution is the high level strategy introduced in the framework for achieving the fusion. The driving inputs are assessed with respect to different factors such as collision risk, speed limitation,lane/road departure prevention etc in the form of degree of belief in the driving input admissibility using sensor data. The conflict resolution is targeted for a particular time horizon in the future using a sensor based driving input prediction using neural networks. A two player non-cooperative game (incorporating admissibility and driving intention) is defined to represent the conflict resolution as a bargaining problem. The final driving input is computed using the Nash equilibrium. The shared control strategy is validated using a test rig integrated with the software Simulink and IPG CarMaker. Various aspects of shared control strategy such as human-centered, collision avoidance, absence of any driving input, manual driving refinement etc were included in the validation process