la mécatronique dans l’automobile jta 250613x · analogique mécatronique & automobile : ......

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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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Page 1: La mécatronique dans l’automobile JTA 250613x · Analogique Mécatronique & Automobile : ... Dans les années 1990 c’est l’introduction de l’électronique avec une réponse

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

Page 2: La mécatronique dans l’automobile JTA 250613x · Analogique Mécatronique & Automobile : ... Dans les années 1990 c’est l’introduction de l’électronique avec une réponse

00806_13_00010

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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00806_13_00010

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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4

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

3

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

8

9

CO

V

7 8 9

F

A

I

SC

S

I

E

GE

C

O

N

D

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

SAC GONF.

CONDUCTE

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SATELLITE

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SAC

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2000

POINT DE

MASSE

N°40

POINT DE

MASSE

N°40

POINT DE

MASSE

N°31

POINT DE

MASSE

N°54

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

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1,2,3

CAPTEUR

CHOC PIETON

G

FIBRE

OPTIQUE

PIETON

ALLUMEUR

CAPOT ACTIF

G

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CAPOT ACTIF D

ARCEAU G

ARCEAU D

CAP

OT

ACTI

F

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CAPTEUR

PRECRASH

FRONTAL

CAPTEUR

PRECRASH

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REVERSIBLE

COND

FAISCEAU PORT E

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CAPTEUR PRECRASH

LATETAL D

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CAPTEUR

DE MASSEPASSAGER

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D’ASSISSE ET

DORSALE F

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I

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,

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CAPTEUR

DE MASSECONDUCTE

UR

SAC LATERAL

CONDUCTEUR

CAPTEURGLISSIERE

CONDUCTE

UR

17

8

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CO

V

7 8 9

F

A

I

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I

E

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NAPPES

D’ASSISSE ET

DORSALE

FAISCEAU HABITACLE

FA

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S

C

E

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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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7

Aujourd’hui, c’est celui de l’informatique avec une réponse adaptative des

systèmes en tenant compte de l’environnement proche.

7

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

Introduction Mécatronique & Automobile

Evolution et Défis

ConclusionsMécatronique & Outils

Evolution et Défis

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8

Puis celui de l’informatique avec une réponse adaptative des systèmes en

tenant compte de l’environnement lointain (anticipation).

8

Informatique intégrée au véhicule :· Applications

télématiques· Continuité

domicile –bureau –voiture

· Auto PC

6

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

Introduction Mécatronique & Automobile

Evolution et Défis

ConclusionsMécatronique & Outils

Evolution et Défis

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9

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

Introduction Mécatronique & Automobile

Evolution et Défis

ConclusionsMécatronique & Outils

Evolution et Défis

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Bilan des outils existants:

Outils logiciels de conception : 3 catégories

10

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

Introduction Mécatronique & Automobile

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

Introduction Mécatronique & Automobile

Evolution et Défis

ConclusionsMécatronique & Outils

Evolution et Défis

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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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Introduction Mécatronique & Automobile

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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Introduction Mécatronique & Automobile

Evolution et Défis

ConclusionsMécatronique & Outils

Evolution et Défis