DPMOCCEE La Mcatronique dans lautomobile Soustitre date Rflexions

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

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

DPMO/CCEE Le Contexte Automobile Tendances Domaines Défis 3

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

DPMO/CCEE Le contexte automobile 1 Tendances 2 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 PRODUIT 5

DPMO/CCEE Le contexte automobile Tendances 3 1 2 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 PRODUIT 6 Intégration du véhicule dans son environnement: · Systèmes d’information · Diagnostics (OBD) · Aides à la Conduite UTILISATEUR

DPMO/CCEE Le contexte automobile Tendances 3 1 2 Déferlement d’innovations électroniques: · Des composants électromécaniques pilotés par électronique remplacent des composants mécaniques et hydrauliques · Intégration en modules et systèmes indépendants 7 4 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

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

DPMO/CCEE Le Contexte Automobile Tendances Domaines Défis 9

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

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

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

DPMO/CCEE Le Contexte Automobile Tendances Domaines Défis 13

DPMO/CCEE Le contexte automobile Les défis Techniques de Développement Techniques de pilotage Codage automatique Commande en couple Technologie hybride Electrification des auxiliaires Gestion électrique 14 2000 Freinage récupératif Contrôle bouclé Simulation de roulage Télématique VVT BV pilotée IDE stratifié FAP Calibration auto Modèles autoadaptatifs Power assist Stop & Start Moteurs haut rendement et faibles émissions Modèles de combustion Thermo- Catalyse management De. NOx 2005 Turbo + IDE Soupapes EM 2010

DPMO/CCEE Le contexte automobile Les défis Évolution du marché mondial des équipements électriques et électroniques (EE) pour l’automobile: l EE / Logiciel Marché mondial (Mrd €) Par véhicule (€ ) l 15 2002 2010 125 / 25 270 / 100 2250 / 450 3870 / 1450 En 2007, les équipements EE représenteront l 35% de la valeur du véhicule (22% en 2002) l le logiciel 13% (4, 4% en 2002). Sources: Mercer 2002

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

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

DPMO/CCEE La mécatronique Quelques exemples connus 18

DPMO/CCEE La mécatronique Quelques exemples connus 19

DPMO/CCEE La mécatronique Quelques exemples connus 20

DPMO/CCEE La mécatronique Quelques exemples connus 21

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

DPMO/CCEE La mécatronique Le choc des cultures l Alliances de technologies l Mécanique l Informatique l Hydraulique l Electronique Ø 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 23

DPMO/CCEE La mécatronique Une démarche spécifique l Ingénierie système l Démarche progressive prenant en compte l’ensemble des activités et visant à acquérir la définition qualité du véhicule. l l 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. 24

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

DPMO/CCEE l d. SPACE l 36 Avec Control. Desk Les outils de la mécatronique Simulation

DPMO/CCEE Les outils de la mécatronique Maquettage l Des moyens de maquettage l 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). l 37 Utilisation d’autobox

DPMO/CCEE Les outils de la mécatronique Prototypage l Des moyens de prototypage l Il correspond plus aux préoccupations que l’on aura lorsque le système mécatronique sera produit en série. l 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. 38

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

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

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