Analysis and reconstruction of powered two wheeled (PTW) vehicles dynamics and limit lean angle detection

The world of Powered Two Wheeled (PTW) vehicles has changed considerably in quality and performance. These vehicles have taken an important place in our live, whether for transportation or leisure, which contributed to the increasing and diversity of their park. However, the safety of users has become a concern of road institutions and research organizations, given the increasing number of accidents and vulnerability at which they are faced. Our research fall within the thematic study of modeling, observation and dynamic limit analysis of the PTW vehicles. The main objective is to design tools needed to establish safety systems, of preventive kind, dedicated to enhance driver safety and improve his conduct. The main tool is a good device simulation, given the constraints encountered in the practical realization of tests, such as driver safety, cost, etc. For this, a synthesis of three non-linear dynamic models of one body, two bodies and five bodies, is proposed. A risk function relative to the maximum roll angle of the vehicle is established. Its variation according to the inertial and geometric parameters of the whole vehicle and driver, their dynamics and infrastructure, has been subject of extensive study. The difficulty of implementing many sensors has led us to develop methods to reconstruct the important dynamics for the implementation of safety systems. To do this, we reconstructed quantities contributing to the lateral dynamics by applying the Proportional Two Integral (P2I) observer. The last part of the manuscript is devoted to the work carried out about the instrumentationof the Scooter prototype, available at our laboratory. The analysis of the recorded data on the test track and the validation of the observers developed are detailed.Le monde des Véhicules à Deux Roues Motorisés (VDRM) a changé considérablement,en matière de qualité et de performances. Ces véhicules ont pris une place importante dans notre vie quotidienne, que ce soit pour les déplacements ou les loisirs, ce qui a contribué à l’augmentation et à la diversité du parc. Néanmoins, la sécurité des usagers est devenue une des préoccupations des institutions routières et des organismes de recherche, vu le nombre croissant des accidents et la vulnérabilité à laquelle sont confrontés. Nos travaux de recherche s’inscrivent dans la thématique d’étude (modélisation et observation) et d’analyse de la dynamique limite des VDRM. L’objectif étant la conception des outils nécessaires à l’établissement de systèmes d’aide à la conduite, de type préventif, dédiés à renforcer la sécurité du conducteur et à améliorer sa conduite. Le principal outil est un bon dispositif de simulation, vu les contraintesrencontrées pour la réalisation en pratique des tests, tel que la sécurité du pilote, le coût, etc. C’est ainsi, qu’une synthèse de trois modèles dynamiques non linéaires, àun corps, à deux corps et à cinq corps, est proposée. Une fonction de risque, relativeà l’angle de roulis du véhicule maximal, est établie. Sa variation en fonction desparamètres inertiels et géométriques de l’ensemble véhicule et conducteur, de leursdynamiques et de l’infrastructure, a fait l’objet d’une étude approfondie. La difficultéd’implémentation de nombreux capteurs, nous a conduit à concevoir des méthodesd’observation des dynamiques importantes pour la mise en pratique des systèmesde sécurité. Pour ce faire, nous avons reconstruit les grandeurs, contribuant à la dynamique latérale, par l’application de l’observateur Proportionnel Double Intégral(P2I) sur deux cas de modèles (3DDL et 4 DDL). La dernière partie du mémoire, est consacrée aux travaux réalisés sur l’instrumentation du prototype Scooter dont dispose le laboratoire. L’analyse des données enregistrées sur piste et la validation des techniques d’observation développées y sont détaillées