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TRANSCRIPT
La mécatronique dans l’automobile
Enjeux et Défis
Franck Guillemard, PSA Peugeot Citroën
Journée Technique Automobile Lorraine/Champagne-Ardenne
25 juin 2013, Florange
25/06/2013
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2
Concurrence Normes
Couplage des technologiesComplexité croissante
Technologies électroniques et numériques
Systèmes mécatroniques
+
De tout temps
Depuis les années 90
Introduction Mécatronique & Automobile
Evolution et Défis
ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
Evolutions produit« Vers le véhicule autonome »
Evolutions outils de conception« Model Based Design »
Introduction
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3
Au début l’homme maîtrisait toute la machine
3
1
Le conducteur agit sur le véhicule sans assistance énergétique
Mécatronique & Automobile : Evolutions
Introduction Mécatronique & Automobile
Evolution et Défis
ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
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Puis l’automatique via l’hydraulique & l’électricité a commencé à envahir la machine pour réaliser des systèmes à réponses programmées.
4
2
Contrôle/CommandeAnalogique
Mécatronique & Automobile : Evolutions
Introduction Mécatronique & Automobile
Evolution et Défis
ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
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5
Dans les années 1990 c’est l’introduction de l’électronique avec une réponse
adaptative des organes.
5
3
4
Déferlement d’innovations électroniques:· Des composants
électromécaniques pilotés par électronique remplacent des composants mécaniques et hydrauliques
· Intégration en modules et systèmes indépendants
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Mécatronique & Automobile : Evolutions
Introduction Mécatronique & Automobile
Evolution et Défis
ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
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6
Puis c’est le règne de l’électronique avec une réponse adaptative des
systèmes..
6
Mécatronique & Automobile : Evolutions
4
Intégration et mise en réseau de l’électronique :· Multiplexage · Fonctions
distribuées· Structures de
pilotage hiérarchisées
Quelques défis :*Diminution de la consommation*Gestion de l’information à bord
SAC GONF.
CONDUCTE
UR
SATELLITE
FRONTAL D
SATELLITE FRONTAL G
SAC
GENOUX
PASSAGER
SAC
GENOUX
CONDUCTE
UR
SATELLITE
LATERAL
AVG SAC
LATERAL
ARG
PRETENSIONN
EUR ARG
CLEF
INHIB
PASSAGE
R
SATELLITE
LATERAL
ARD
SAC
LATERAL
ARD
PRETENSIONN
EUR ARD
PRETENSIONNEUR
CONDUCTEUR
PRETENSIONN
EUR
PASSAGER
BOITIER
RBGPlanc
he
de
bord
habita
cle
COM
2000
POINT DE
MASSE
N°40
POINT DE
MASSE
N°31
POINT DE
MASSE
N°54
FAISCEAU PORTE
ARDSATELLITE
LATERAL
AVD
POINT DE
MASSE
N°xy
B
SI
Bouclage
pass
vers BSI
SAC GONF.
PASSAGER
CAPTEUR
CHOC PIETON
D
1
2
3
1,2,3
CAPTEUR
CHOC PIETON
G
FIBRE
OPTIQUE
PIETON
ALLUMEUR
CAPOT ACTIF
G
ALLUMEUR
CAPOT ACTIF D
ARCEAU G
ARCEAU D
CAP
OT
ACTI
F
4
5
4
,5
CAPTEUR
PRECRASH
FRONTAL
CAPTEUR
PRECRASH
LATETAL G
ENROULEUR
REVERSIBLE
COND
FAISCEAU PORT E
ARG
ENROULEUR
REVERSIBLE PASS
CAPTEUR PRECRASH
LATETAL D
SAC
LATERAL PASSAGER
CAPTEUR
DE MASSEPASSAGER
CAPTEUR
GLISSIERE
PASSAGER
CO
V
NAPPES
D’ASSISSE ET
DORSALE F
A
IS
C
S
I
EG
E
P
A
SS
4
,
5
CAPTEUR
DE MASSECONDUCTE
UR
SAC LATERAL
CONDUCTEUR
CAPTEURGLISSIERE
CONDUCTE
UR
17
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CO
V
7 8 9
F
A
I
SC
S
I
E
GE
C
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N
D
NAPPES
D’ASSISSE ET
DORSALE
FAISCEAU HABITACLE
FA
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S
C
E
AU
P
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NC
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P
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L
FAISCEAU PLANCHE DE
BORD
SAC GONF.
CONDUCTE
UR
SATELLITE
FRONTAL D
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SAC
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PASSAGER
SAC
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SATELLITE
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POINT DE
MASSE
N°40
POINT DE
MASSE
N°40
POINT DE
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N°31
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N°54
POINT DE
MASSE
N°54
FAISCEAU PORTE
ARDSATELLITE
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D’ASSISSE ET
DORSALE F
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CAPTEUR
DE MASSECONDUCTE
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SAC LATERAL
CONDUCTEUR
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CONDUCTE
UR
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CO
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F
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NAPPES
D’ASSISSE ET
DORSALE
FAISCEAU HABITACLE
FA
I
S
C
E
AU
P
R
I
NC
I
P
A
L
FAISCEAU PLANCHE DE
BORD
Introduction Mécatronique & Automobile
Evolution et Défis
ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
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Aujourd’hui, c’est celui de l’informatique avec une réponse adaptative des
systèmes en tenant compte de l’environnement proche.
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Intégration du véhicule dans son environnement:· Systèmes
d’information· Diagnostics
(OBD)· Aides à la
Conduite
5 AFIL
Distance Alert
Détection obstacle
Basse vitesse
Mécatronique & Automobile : Evolutions
Quelques Défis:*Aide à la conduite dans toutes les situations *Interface homme machine appropriée*Extraction d’informations pertinentes à partir des images de l’environnement*Validation du système (diversité des situations de vie, flotte de véhicule , simulateur de conduite)*Impact lié à la présence de différentes catégories de véhicules
Radionavigation
Détection angle mort
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ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
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Puis celui de l’informatique avec une réponse adaptative des systèmes en
tenant compte de l’environnement lointain (anticipation).
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Informatique intégrée au véhicule :· Applications
télématiques· Continuité
domicile –bureau –voiture
· Auto PC
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ITS
Mécatronique & Automobile : Evolutions
Quelques Défis:*Organisation de l’information*Validation des fonctionnalités*Prise en compte des retards dans l’information*IHM approprié*Mobilité multimodale
Connects Apps
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ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
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Objectifs et Contraintes
pour les systèmes mécatroniques dans l’automobile
Quelques ordres de grandeur :•Calculateurs + Câblages + Boîtiers = 15 à 20% prix du véhicule (hors véhicules électrifiés)•Logiciel = 20% prix calculateur•Nombre moyen de calculateur sur un véhicule européen : 20 et au plus 60•Jusqu’à 250 capteurs , 40 types d’éclairage, 120 petits moteurs électriques
Complexité croissante liée à : *Diversité et Multiplicité des fonctions pilotées*Non linéarité des systèmes physiques*Pluri-actionnement des systèmes physiques*Gestion des compromis *Diversité des incertitudes*Diversité des perturbations
Objectifs pour les fonctions :*Performantes*Robustes*Fiables*Sures*Facilement calibrables*Facilement diversifiables*Viables économiquement
Charge
Hardware
Software
Calculateur
Source d’énergie
Réducteur/Actionneur
Consigneconducteur ou
Réseau
Modulateurde
puissance
Capteurs
Modulation de puissance Modulation de réduction
Chaîne d’actionnement
Charge
Hardware
Software
Calculateur
Hardware
Software
Calculateur
Source d’énergie
Source d’énergie
Réducteur/ActionneurRéducteur/Actionneur
Consigneconducteur ou
Réseau
Consigneconducteur ou
Réseau
Modulateurde
puissance
Modulateurde
puissance
CapteursCapteurs
Modulation de puissanceModulation de puissance Modulation de réductionModulation de réduction
Chaîne d’actionnement
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Evolution et Défis
ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
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Bilan des outils existants:
Outils logiciels de conception : 3 catégories
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CAO
Conception globaleénergétique et
dynamique
Logiciels Eléments finis
Conception géométrique
Conception localeénergétique et dynamique
Logiciels mécatroniques
Analyse déformations mécaniquesécoulement liquide et gaz, champs magnétiquechamps thermiques, ...
Systèmes Paramètres Distribués
Systèmes Paramètres Localisés
*Analyse performances énergétiques et dynamiques (rapidité, stabilité, robustesse)
*Système multiphysique et C/C
Tendance vers le multiphysique
Bénéfices : Validation virtuelle du système, diminution du nombre d’essais réels, Coûts et délais de réalisation réduits
GEO
MET
RIE
DYN
AM
IQU
E
*Modèles complets de synthèse du système mécatronique (charge , chaîne d’actionnement et système de pilotage)*Outils conviviaux, faciles d’emploi , munis de nombreuses bibliothèques mathématique, physique et technologiques facilitant la construction des modèles*Rôle central de l’outil Matlab/Simulink
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Evolution et Défis
ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
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Approche Model Based Design(MBD)
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Utilisation du modèle dans toutes les phases de conception
Modélisation de la connaissanceDimensionnement Énergétique / Optimisation
Contrôle/Commande
Charge
Hardware
Software
Calculateur
Source d’énergie
Réducteur/Actionneur
Modulateurde
puissance
Capteurs
Modulation de puissance
Chaîne d’actionnement
Réseau
Modélisation de la connaissanceModélisation de la connaissanceDimensionnement Énergétique / OptimisationDimensionnement Énergétique / Optimisation
Contrôle/CommandeContrôle/Commande
Charge
Hardware
Software
Calculateur
Hardware
Software
Calculateur
Source d’énergie
Source d’énergie
Réducteur/ActionneurRéducteur/Actionneur
Modulateurde
puissance
Modulateurde
puissance
CapteursCapteurs
Modulation de puissanceModulation de puissance
Chaîne d’actionnementChaîne d’actionnement
RéseauRéseau
*Mise au point du modèle de la charge*Prototypage rapide / système d’acquisition pour comparaison essais modèle *Technique d’Identification
*Mise au point des modèles de composants de la chaîne d’actionnement *Prototypage rapide pour comparer les essais et le modèle*Technique d’identification*Dimensionnement de la chaîne d’actionnement en simulation. Validation sur banc en utilisant le prototypage rapide
*Conception et validation du système C/C en simulation*Prototypage rapide dans les premières phases de conception pour tester le C/C*HIL dans les phases terminales pour tester le logiciel final en utilisant le modèle TEMPS REELS du système physique
Prototypage Rapide HIL
Philosophie Bond Graph
Cycle en V
Logiciels modélisation mécatronique
…
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Evolution et Défis
ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
Défis à relever dans les outils
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Modélisation de la connaissanceDimensionnement Énergétique / Optimisation
Contrôle/Commande
Charge
Hardware
Software
Calculateur
Source d’énergie
Réducteur/Actionneur
Modulateurde
puissance
Capteurs
Modulation de puissance
Chaîne d’actionnement
Réseau
Modélisation de la connaissanceModélisation de la connaissanceDimensionnement Énergétique / OptimisationDimensionnement Énergétique / Optimisation
Contrôle/CommandeContrôle/Commande
Charge
Hardware
Software
Calculateur
Hardware
Software
Calculateur
Source d’énergie
Source d’énergie
Réducteur/ActionneurRéducteur/Actionneur
Modulateurde
puissance
Modulateurde
puissance
CapteursCapteurs
Modulation de puissanceModulation de puissance
Chaîne d’actionnementChaîne d’actionnement
RéseauRéseau
Prototypage Rapide HIL
Philosophie Bond Graph
Cycle en V
Logiciels modélisation mécatronique
…
Contrôle/Commande hybride*Méthode de synthèse architecture fonctionnelle et dysfonctionnelle*Validation exhaustive et rapide des scénarii menant aux évènements redoutés
Outil de pré-dimensionnement :définir l’architecture du système et son paramétrage à partir d’un premier cahier des charges et des divers retours expériences acquis pour lever les principaux risques avant le prototypage
Outil d’analyse de sensibilité:Outil rapide d’analyse de sensibilité, fournissant des résultats précis. Intégration systématique de l’incertitude dans toute simulation
Langage commun de conception :Formation aux BondGraph dans toutes les écoles d’ingénieur & universités
Environnement collaboratif de conception :*Outil de gestion de configuration de modèle.*Bibliothèque maintenue de modèles*Guide de gestion des modèles dans un projet (construction, exploitation, échange, capitalisation)*Base de données unique de paramétrage
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Evolution et Défis
ConclusionsMécatronique & Outils
Evolution et Défis
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Aujourd’hui La majorité des fonctions du véhicule sont mécatroniques, ce qui a permis la réalisation de fonctions irréalisables auparavant sans électronique numérique (les voitures ne seraient plus homologables sans mécatronique ! ).
Des défis importants à relever sur le véhicule de demain (réduction de la consommation, aide à la conduite généralisée) avec un rôle central du pilotage.
Systèmes mécatroniques automobiles = systèmes complexes
Nombreux critères à prendre en compte : PERFORMANCE, ROBUSTESSE, FIABILITE, SURETE DE FONCTIONNEMENT, FACILITE DE REGLABLE, MODULARITE, COÛT.
Dans la conception des systèmes mécatroniques automobile, le modèle et la simulation ont un rôle central
Des théories et/ou les outils associés (car sans outils, pas de propagations de théories) sur les architectures de puissance et de commande sont encore nécessaires pour permettre une synthèse amont des systèmes complexes :
Mélange discret et continu Conception simultanée système passif et actifFonctionnel et dysfonctionnelPrise en compte systématique de l’incertitudeDimensionnement des chaînes d’actionnement
Un espace collaboratif multidisciplinaire de conception facilitant l’intégration physique et l’intégration fonctionnelle est également nécessaire.
Espace de couplage des outils CAO + maillage + mécatroniqueEspace d’assemblage, d’échange, de gestion de modèles mécatroniques à l’image de ce qui existe pour la CA0.
A la clef :Amélioration qualité – coûts – délaisRationalisation du processus de conceptionNormalisation
Conclusions
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