Mai 2004 DPMO/CCEE La Mécatronique dans l’automobile Sous-titre, date,... Réflexions Y.Loubeyre.

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1 Mai 2004 DPMO/CCEE La Mécatronique dans l’automobile Sous-titre, date,... Réflexions Y.Loubeyre

2 2 DPMO/CCEE Le Contexte Automobile La mécatronique Les outils de la mécatronique Réflexion sur la Mécatronique

3 3 DPMO/CCEE Tendances Domaines Défis Le Contexte Automobile

4 4 DPMO/CCEE Le contexte automobile Tendances 3 4 Déferlement d’innovations électroniques :  Des composants électromécaniques pilotés par électronique remplacent des composants mécaniques et hydrauliques  Intégration en modules et systèmes indépendants 1 PRODUIT

5 5 DPMO/CCEE Le contexte automobile Tendances PRODUIT Déferlement d’innovations électroniques :  Des composants électromécaniques pilotés par électronique remplacent des composants mécaniques et hydrauliques  Intégration en modules et systèmes indépendants Intégration et mise en réseau de l’électronique :  Multiplexage  Fonctions distribuées  Structures de pilotage hiérarchisées 1 2

6 6 DPMO/CCEE Le contexte automobile Tendances Déferlement d’innovations électroniques :  Des composants électromécaniques pilotés par électronique remplacent des composants mécaniques et hydrauliques  Intégration en modules et systèmes indépendants Intégration et mise en réseau de l’électronique :  Multiplexage  Fonctions distribuées  Structures de pilotage hiérarchisées Intégration du véhicule dans son environnement :  Systèmes d’information  Diagnostics (OBD)  Aides à la Conduite 1 2 3 PRODUITUTILISATEUR

7 7 DPMO/CCEE Le contexte automobile Tendances Déferlement d’innovations électroniques :  Des composants électromécaniques pilotés par électronique remplacent des composants mécaniques et hydrauliques  Intégration en modules et systèmes indépendants Intégration et mise en réseau de l’électronique :  Multiplexage  Fonctions distribuées  Structures de pilotage hiérarchisées Intégration du véhicule dans son environnement :  Systèmes d’information  Diagnostics (OBD)  Aides à la Conduite Informatique intégrée au véhicule :  Applications télématiques  Continuité domicile– bureau– voiture  Auto PC 1 2 3 4 PRODUITUTILISATEUR

8 8 DPMO/CCEE Nombre de calculateurs en 2007 (marché européen) Pour 50% des voitures du segment M: 20 et plus Cette croissance atteint ses limites, d’où la nécessité d’optimiser l’architecture électronique. Intégration des fonctions: des systèmes autonomes aux systèmes intégrés sur un réseau Partage de certaines informations via un bus, Distribution et couplage des fonctions (ex: ESP, ACC…), Apparition des superviseurs (CGC…). Apparition de nouveaux réseaux Aujourd’hui 3 bus CAN (1 pour les organes mécaniques, 2 pour l’habitacle), Demain, des réseaux bas coûts (LIN), des réseaux sécurisés, des réseaux télématique et multimédia. Maîtrise de la diversité Sources: Surge 98 Le contexte automobile Tendances

9 9 DPMO/CCEE Tendances Domaines Défis Le Contexte Automobile

10 10 DPMO/CCEE Le contexte automobile Les domaines Le multi-média Beaucoup de données Des standards du marché Période de renouvellement 6 mois

11 11 DPMO/CCEE Le contexte automobile Les domaines La carrosserie Beaucoup de données Peu de calcul numérique Traitements logiques Peu de temps réel IHM et style Période de renouvellement 2 ans

12 12 DPMO/CCEE Le contexte automobile Les domaines Les organes Peu de données Sécuritaire Temps réel dur Traitements numériques Période de renouvellement 5 ans

13 13 DPMO/CCEE Tendances Domaines Défis Le Contexte Automobile

14 14 DPMO/CCEE Techniques de pilotage Technologie hybride Techniques de Développement Moteurs haut rendement et faibles émissions 200020052010 Commande en couple Soupapes EM Calibration auto Stop & Start Modèles autoadaptatifs BV pilotée FAP Catalyse DeNOx Turbo + IDE VVT Gestion électrique Thermo- management Freinage récupératif Codage automatique Power assist Télématique Simulation de roulage Modèles de combustion Contrôle bouclé Electrification des auxiliaires IDE stratifié Le contexte automobile Les défis

15 15 DPMO/CCEE Le contexte automobile Les défis Évolution du marché mondial des équipements électriques et électroniques (EE) pour l’automobile: Sources: Mercer 2002 EE / Logiciel20022010 Marché mondial (Mrd €) 125 / 25270 / 100 Par véhicule (€ ) 2250 / 4503870 / 1450 En 2007, les équipements EE représenteront 35% de la valeur du véhicule (22% en 2002) le logiciel 13% (4,4% en 2002).

16 16 DPMO/CCEE Des exemples Une démarche spécifique Les compétences La mécatronique

17 17 DPMO/CCEE La mécatronique Des exemples Contrôle moteur Injection Turbocompresseur EGR (recyclage gaz échappement) Climatisation Refroidissement moteur Contrôle Freinage ABS Assistance au freinage d’urgence Contrôle Suspension amortisseur piloté suspension hydractive suspension Activa suspension hydraulique Contrôle Direction Direction à assistance électrique Contrôle Boite de vitesse Boite automatique ou robotisée Contrôle Habitacle Airbag

18 18 DPMO/CCEE La mécatronique Quelques exemples connus

19 19 DPMO/CCEE La mécatronique Quelques exemples connus

20 20 DPMO/CCEE La mécatronique Quelques exemples connus

21 21 DPMO/CCEE La mécatronique Quelques exemples connus

22 22 DPMO/CCEE Des exemples Une démarche spécifique Les compétences La mécatronique

23 23 DPMO/CCEE La mécatronique Le choc des cultures Alliances de technologies Mécanique Informatique Hydraulique Electronique  Ceci implique la connaissance non seulement des limites de sa propre discipline mais aussi des limites et des connaissances de celles des autres. Sources: Surge 98

24 24 DPMO/CCEE La mécatronique Une démarche spécifique Ingénierie système Démarche progressive prenant en compte l’ensemble des activités et visant à acquérir la définition qualité du véhicule. de conception à l’intégration de planification (organisation des tâches) de pilotage et de contrôle (gestion documentaire, assurance qualité, management) Basée sur le cycle en V Afin de concevoir des systèmes plus performants, plus compacts et plus économiques.

25 25 DPMO/CCEE Tests en conception, qui prouvent que les composants réalisés sont conformes à leurs spécifications techniques. Dossier de validation (composants) Réalisation Ensemble des opérations concourant à la concrétisation des pièces, conformément aux spécifications techniques de réalisation. Plan de tests STR STB Conception Intégration Actionneurs STG Composants : Prestations automobiles : Formalisation des prestations clients en un ensemble de fonctions traduites, au niveau du véhicule, et perceptibles par l’utilisateur, et ce, pour chaque situation de vie du véhicule. Plan de tests Validation des prestations automobiles : Ensemble des tests physiques organisés par le plan de tests en conception, qui prouvent qu’en intégrant tous les organes validés, les prestations automobiles sont conformes aux prestations clients. Dossier de validation automobile Validation des prestations physiques : Ensemble des tests physiques organisés par le plan de tests en conception, qui prouvent qu’en intégrant des organes et composants validés, les prestations physiques sont conformes à leurs spécifications techniques. Dossier de validation (prestations physiques) Validation des organes : Tests physiques qui prouvent qu'en intégrant les composants validés, les organes sont conformes à leurs spécifications. Dossier de validation (organes) Validation des composants Prestations physiques : Caractérisation des fonctions au niveau du véhicule par des grandeurs physiques à maîtriser STD Organes : Définition des organes respectant les fonctions définies précédemment et leurs niveaux de performances. Définition des composants respectant les fonctions et les niveaux de performances issus de la définition des organes. Elaboration de la STB Elaboration de la STG Élaboration de la STD Élaboration de la STR.

26 26 DPMO/CCEE Des exemples Une démarche spécifique Les compétences La mécatronique

27 27 DPMO/CCEE C 0 Assurance Qualité C 1 Pilotage d’un développement C 2 Architecture et interface C 3 Automatique (Modélisation et Maquettage) C 4 Logiciel C 5 Matériel électronique C 6 Matériel électrotechnique C 7 Implantation véhicule C 8 Essais et Intégration C 9 Synthèse technique La mécatronique Maîtriser les compétences clefs

28 28 DPMO/CCEE Qualités humainesRelationnel, négociation Rigueur, synthèse Pilotage d ’affairesGestion qualité, coût, délai (RL) Maîtrise techniqueAutomatique linéaire et non linéaire Modélisation, Simulation, Identification Conception (synthèse) des régulateurs Connaissance des systèmes automobiles Connaissance des domaines physiques Traitement du signal Intérêt : Vital, Maîtrise : Autorité reconnue 0 51234 Evaluation : 1 : connaissances générales; 2 : connaît le référentiel; 3 : expérimenté; 4 : spécialiste; 5 : expert cible La mécatronique Maîtriser les compétences clefs: (C3)

29 29 DPMO/CCEE Sécurité Deux tendances font de la sécurité une préoccupation majeure: Le développement des systèmes d’assistance à la conduite (DAE, ESP, ACC, CGC…) qui agissent directement sur la dynamique du véhicule, L’émergence des systèmes à commandes électriques (X by Wire) qui assurent des fonctions de sécurité (direction, couple moteur, freinage…) sans lien mécanique. Ces nouveaux systèmes sont à logiciel prépondérant et doivent au minimum assurer la sécurité en cas de défaillance (fail safe). Certification Un signe avant coureur pour les systèmes automobiles critiques Annexe 18 règlement 13 UNECE Systèmes de freinage Une référence, l’avionique (DO 178B). La mécatronique Maîtriser les compétences clefs

30 30 DPMO/CCEE Pour obtenir un système mécatronique qui doit impérativement répondre à trois critères : Sécuritaire Fiable Disponible La mécatronique Maîtriser les compétences clefs

31 31 DPMO/CCEE Modèle de connaissance Modèle de conception Simulation, maquettage, prototypage Les outils de la Mécatronique

32 32 DPMO/CCEE Les outils de la mécatronique Modèle de connaissance Etude Macroscopique L’utilisation du bond-graph permet la modélisation des échanges de puissance en respectant la théorie de la conservation d’énergie Utilisation d’éléments passifs, actifs et de jonction C’est une première approche qui nous évite les erreurs grossières. F M S RsRs CsCs Suspension monoroue

33 33 DPMO/CCEE Modèle de connaissance Modèle de conception Simulation, maquettage, prototypage Les outils de la Mécatronique

34 34 DPMO/CCEE Les outils de la mécatronique Modèle de conception Schéma-bloc Machine à Etats MATLAB/SIMULINK Avec Stateflow, RTW, RTI

35 35 DPMO/CCEE Modèle de connaissance Modèle de conception Simulation, maquettage, prototypage Les outils de la Mécatronique

36 36 DPMO/CCEE Les outils de la mécatronique Simulation dSPACE Avec ControlDesk

37 37 DPMO/CCEE Les outils de la mécatronique Maquettage Des moyens de maquettage Représente un ensemble hard/soft capable d’assurer les fonctionnalités souhaitées sans se soucier de la représentativité physique (taille boîtier, ressources logiciels, puissance de calcul). Utilisation d’autobox

38 38 DPMO/CCEE Les outils de la mécatronique Prototypage Des moyens de prototypage Il correspond plus aux préoccupations que l’on aura lorsque le système mécatronique sera produit en série. Il a une vraie représentativité de ce qui se fera en série et peut être conçu à plusieurs exemplaires, pour valider une flotte de véhicules, par exemple.

39 39 DPMO/CCEE Un grand défit pour l’industrie automobile Conclusion

40 40 DPMO/CCEE Conclusions Le maître mot de la mécatronique est pluridisciplinarité Elle requiert des acteurs imprégnés d’une forte culture système et aptes à coopérer efficacement avec des spécialistes de tous les domaines La modélisation est au cœur des activités correspondantes Disposer de telles compétences est un enjeu majeur pour l’industrie automobile des prochaines années.

41 41 DPMO/CCEE Merci de votre patience Merci de votre attention