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HAMZE Sandra

Model-based System Engineering for Powertrain Systems Optimization

 

Directeur de thèse :     Emmanuel WITRANT

École doctorale : Electronique, electrotechnique, automatique, traitement du signal (EEATS)

Spécialité : Automatique et productique

Structure de rattachement : Autre

Établissement d'origine : UGA - Université Grenoble Alpes

Financement(s) : CIFRE ; contrat à durée déterminée

 

Date d'entrée en thèse : 01/12/2015

Date de soutenance : 05/11/2019

 

Composition du jury :
Rapporteur : Sorin OLARU - CentraleSupélec
Rapporteur : Yann CHAMAILLARD - Université d'Orléans
Président et Examinateur : Michel DAMBRINE - UVHC-Ensiame
Directeur : Emmanuel WITRANT - GIPSA-lab
Encadrants : Delphine BRESCH-PIETRI - CAS-MINES ParisTech
Vincent TALON - Renault s.a.s

 

Résumé : L'optimisation des systèmes de groupes motopropulseurs (GMP) dans les automobiles modernes repose sur l'ingénierie des systèmes basée sur des modèles pour faire face à la complexité croissante des systèmes automobiles et aux exigences de conception des commandes. Deux prérequis à l'optimisation du GMP basée sur le modèle sont le simulateur de GMP et la conception des commandes, qui assurent un fonctionnement satisfaisant du GMP pendant les cycles de conduite. Cette thèse s'articule autour de ces deux prérequis et fait donc partie de la phase de model-in-the-loop du cycle de développement du contrôle commande. Il vise d'abord à identifier les modèles de systèmes de GMP orientés commande, en particulier les modèles linéaires de boîtes noires en raison des avantages qu'ils présentent en termes d'accessibilité à la conception de la commande linéaire et de facilité d'intégration des modifications dans la définition technique du système de GMP. Elle vise également à identifier et à contrôler les systèmes de GMP à retard de transport car l'intégration du retard dans le modèle et la conception des commandes est cruciale pour la précision du modèle et l'optimalité de son contrôle. En se basant sur ces prémisses, nous abordons le GMP du point de vue de la chaîne d'air du moteur. Nous identifions d'abord un modèle linéaire de boîte noire type state-space (SS) de la chaîne d'air d'un moteur essence, en utilisant un algorithme d'identification basé sur les méthodes subspace. Différents ordres de modèles et paramètres d'algorithmes sont testés et ceux qui donnent les meilleurs résultats d'identification et de validation sont mis en évidence, ce qui conduit à un gain de temps de 85% pour des identifications futures similaires. Bien que cette partie considère la chaîne d'air dans son ensemble, le reste du travail se concentre sur des composants spécifiques de la chaîne d'air, notamment le papillon électrique, l'échangeur de chaleur et la recirculation des gaz d'échappement (EGR). En ce qui concerne le papillon électrique, nous nous inspirons des lois physiques régissant le fonctionnement de ce dernier pour construire un modèle mathématique lineaire à paramètres variables (LPV) type SS, qui sert à définir la structure vectorielle de régression du modèle LPV boîte noire type ARX, qui est représentatif d'un banc d'essais du papillon électrique et reflète ses nonlinéarités et discontinuités en variant entres ses zones fonctionnelles. Pour traiter les questions des délais de transport de chaleur et de transport de masse dans la chaîne d'air du moteur, nous nous référons respectivement à l'échangeur de chaleur et à l'EGR. La refonte des équations aux dérivées partielles hyperboliques (EDP) à dimensions infinies, décrivant ces phénomènes de transport, sous la forme d'un système à retard, facilite l'identification du système adjoint et la conception du contrôle. Pour ce faire, une technique de moyennage spatiale et la méthode des caractéristiques sont utilisées pour découpler les EDP hyperboliques décrivant les flux advectifs dans un échangeur de chaleur et pour les reformuler en un système à retard temporel. Réduire l'erreur entre la température de sortie du modèle et celle d'un banc d'essai d'échangeur de chaleur, c'est ce que recherche la méthode à descente de gradient utilisée pour identifier les paramètres du système à retard, qui dépasse les EDP en termes de précision d'identification et de temps de calcul. D'autre part, l'EGR est abordé sous l'angle du contrôle et les EDP décrivant le phénomène du transport de masse dans sa structure tubulaire sont refondus en un système SS soumis à un retard de sortie. Pour réguler le rapport de gaz brûlé dans le gaz d'admission, la quantité de gaz recirculé est contrôlée à l'aide de deux approches de contrôle optimale indirecte qui prennent en compte la nature infinie du modèle. Ces méthodes sont accompagnées de la méthode du Lagrangien Augmenté et la méthode d'Uzawa pour garantir le respect des contraintes d'entrée et d'état, permettant ainsi d'obtenir un contrôleur plus performant que le PID initialement existant. D'une manière générale, cette thèse se situe à mi-chemin entre le secteur académique et le secteur industriel. En évaluant l'éligibilité de l'intégration des théories d'identification et de contrôle des systèmes existants dans des applications automobiles réelles, elle met en évidence les avantages et les inconvénients de ces théories et ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine de l'optimisation des systèmes du GMP basée sur les modèles.


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