Titre de la réunion / Cassette

Mi-parcours du Predit 4 : le Carrefour de la recherche et de l'innovation dans les transports terrestres
Mécatronique : l’intelligence dans les organes actifs
des véhicules
Gérard-Marie MARTIN, Fondation Mov’eotec
Stéphane FERON, PSA Peugeot Citroën
Alain DAURON, Renault
Guy CONVENANT, Expert Mécatronique, Valeo
Ky Lim TAN, Ingénieur Technologie, Valeo
Daniel RICHARD, Valeo
Denis BARBIER, Valeo
La mécatronique, intégration de l’électronique et de la mécanique, est une voie
d’évolution importante pour les véhicules, tant du point de vue des coûts que de la
dynamique d’électrification. L’atelier a pour but de faire le point sur les acquis et
perspectives de recherche dans ce domaine, en s’intéressant à son apport compétitif.
.I
Mécatronique et IHM (Stéphane FERON, PSA Peugeot Citroën)
La mécatronique désigne les systèmes alliant mécanique et électronique. Bien que les
véhicules soient fortement « électronisés » depuis une décennie, les utilisateurs
interagissent par des actions mécaniques. Des organes d’interface homme-machine
s’avèrent donc nécessaires, qui relèvent par nature de la mécatronique. Celle-ci soulève
de forts enjeux de qualité perçue, ainsi que d’enrichissement de l’expérience de
l’utilisateur et d’industrialisation (assemblage complexe). A ce stade, le projet conclut que
les pièces mécatroniques soulèvent des enjeux complexes tout en constituant un vecteur
de différenciation et d’attractivité client. La mise en place de simulations, avec du retour
haptique et un rendu photoréaliste, permettrait de renforcer la compétitivité des systèmes.
Par qui sont fabriquées les pièces et selon quels critères ?
Au niveau de l’assemblage, les pièces sont fabriquées par les équipementiers et doivent
répondre à des spécifications précises. Il est néanmoins difficile d’évaluer celles qui
ressortent du ressenti (exemple : un bruit mat et sourd) bien qu’elles alimentent l’image
du véhicule et la qualité perçue. L’apport de la réalité virtuelle – en spécification comme
en conception - est une voie riche de promesse, du point de vue de la recherche comme
de celui de la compétitivité.
.II
Mécatronique pour les véhicules électriques (Alain DAURON,
Adjoint au directeur DELT’A / Renault)
La volonté de produire en masse les véhicules électriques est nouvelle. Les inducteurs
principaux de ce marché sont le prix des carburants, la pression sur la réduction du CO2,
la baisse du coût de la batterie et des technologies de la chaine de traction comme des
auxiliaires, la disponibilité des infrastructures, l’évolution des usages clients et la
densification de l’habitat en ville. Pour le client, un véhicule électrique présente
aujourd’hui un avantage économique puisque les subventions du gouvernement
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compensent le surcoût à l’achat et que les coûts de maintenance sont plus faibles. Mais il
faudra introduire des ruptures dans les approches technologiques – mécatroniques – pour
réussir à effacer le besoin d’aide conjoncturel et à entrer dans une économie équilibrée
pour tous.
Appliquée à la traction des véhicules électriques, la mécatronique requiert des méthodes
et outils assurant robustesse et rapidité de développement, ainsi que des technologies
garantissant l’intégration et la réduction des coûts. La mécatronique permet de répondre à
des exigences de coût, de rendement, de poids, d’environnement et de qualité.
Développer un marché « de masse » des Véhicules Electriques implique de nouvelles
générations de groupes motopropulseurs (« High-tech/Low-cost »), adaptées aux usages
et contraintes automobiles, optimisées en coût Produit-Process, mais aussi des progrès
et des ruptures sur les solutions produit-process hors traction électrique ainsi que sur les
processus, méthodes et outils. De ce point de vue, la mécatronique joue le rôle de levier.
Quel choix fait Renault entre performance des matériaux et indépendance de
l’approvisionnement ?
La problématique de la compétitivité pose la question de l’indépendance de
l’approvisionnement et de la rentabilité des systèmes. A la performance des matériaux,
une entreprise peut préférer son autonomie. Les défis sont donc de plusieurs natures.
Les demandes variant selon la taille et la mission attribuée aux véhicules électriques, les
possibilités sont nombreuses. De ce point de vue, il reste à mener un travail de fond sur
des solutions compatibles.
Pouvez-vous préciser le prix d’un véhicule électrique ?
Sur la question du prix, le prix d’un véhicule électrique ne serait pas plus élevé à l’horizon
2016 que celui d’un véhicule thermique. Son modèle économique repose sur la location
de la batterie, ce qui pose la question de l’ajustement du prix de cette dernière. A ce
niveau, les risques sont pris par le constructeur.
.III
MENKAR « nouvelle filière mécatronique de puissance pour
l’automobile » (Guy CONVENANT – Expert Mécatronique – Valeo et
Ky Lim TAN – Ingénieur Technologie – Valeo)
Ce projet, achevé en 2010, avait pour objectif la mise en place d’une filière technologique
mécatronique de puissance pour la traction des véhicules décarbonés. Les travaux ont
porté sur la création d’un onduleur compact, assurant une bonne dissipation thermique et
ayant un rendement maximum. Ont été recherchés des matériaux et technologies
d’assemblage répondant aux exigences de la mécatronique de puissance. L’enjeu était de
proposer des architectures compétitives compactes industrialisables respectant les
normes environnementales. Le projet a permis de mettre au point de nouveaux matériaux
composites métalliques pour substrat améliorant la conductivité thermique et le CTE, ainsi
que de nouvelles technologies de connexions. Les efforts ont également porté sur la
réduction du coût de production, l’optimisation de la compacité du système avec son
système de refroidissement et l’amélioration de la performance du système module de
puissance.
A ce stade, plusieurs perspectives se dégagent, dont l’industrialisation du nouveau
substrat à pont thermique (Griset) et la recherche autour de nouveaux process
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d’assemblage double face semi-conducteur/ packaging pour la mécatronique de
puissance (Valeo). Ainsi, le projet Menkar est une première brique technologique
innovante pour futures recherches (Thor, E3car..) destinées aux VE et VHE.
La fabrication du module est-elle externalisée auprès de fabricants d’électronique ?
Le cas échéant, qui détient les brevets et droits intellectuels ?
Valeo a mis en place des propres chaines de production pour la mécatronique, et a réussi
à le faire en France, rapatriant ainsi une partie du packaging de semi-conducteurs fait
jusqu’alors en extrême orient. C’est donc tout à fait une stratégie de compétitivité du
territoire français qui a pu se mettre en place. Valeo définit ce qui constitue son cœur de
métier et le gère. Le constructeur pose les brevets sur l’architecture et la stratégie. Pour
l’interface, des brevets communs sont déposés.
.IV
Mécatronique pour la compétitivité
.1 Passage de StARS à i-StARS (Daniel RICHARD, Valeo)
Le passage de StARS (système de première génération d’alterno-démarreur pour une
fonction de Stop/Start de haute performance) à i-StARS (système de deuxième
génération) propose un exemple industriel de mécatronique. Le défi du produit consistait
à allier des exigences de compacité et de coûts alors que les technologies étaient
indisponibles sur le marché. Un ensemble mécatronique innovant a été développé, tant
en termes d’architecture, que de modules de contrôle, de puissance et de connectique.
Une grande diversité de technologies est à mettre en œuvre, soit connues mais
complexes, soit nouvelles et à développer (Mosfet, IML). Pour créer une industrie, un
savoir- faire unique et des emplois dans la production des véhicules hybrides, une
complémentarité exemplaire de financements privés et publics est requise, ainsi qu’un
réseau de compétences industrielles. A l’issue de ces premiers résultats, il reste à gagner
en coûts, à développer des composants nouveaux ainsi que des technologies
d’assemblage et des puissances de calculs et de simulations. O2M en est un exemple.
.2 O2M « Outil de Modélisation Mécatronique » (Denis BARBIER, Valeo, et Daniel
Marson, Dassault Systèmes)
02M est un projet d’outils de modélisation et de conception de produits mécatroniques,
initialisé dans le cadre du pôle de compétitivité Mov’eo, par le DAS «Mécatronique»,
soutenu par le Pôle System@tic, dans le cadre de son domaine d’activité OCDS (Outils
de Conception et Développement Systèmes) et réunissant 32 partenaires. L’objectif est
de créer une plateforme commune de conception et de simulation de la mécatronique,
basée sur la V6 de Dassault Systèmes, mais associant aussi d’autres éditeurs.
O2M est organisé en sous-projets relatifs aux sujets suivants : infrastructure, analyse de
robustesse et optimisation multi-physique, pré-dimensionnement multi domaine –
architecture produit, compatibilité électromagnétique, conception électronique 3D
intégrée, interconnexion électrique/électronique – câblage et base de données matériaux
et comportements. 150 cas d’utilisation représentatifs de 5 scénarios métiers ont été
étudiés en mobilisant 40 comités de pilotage et plus de 400 réunions techniques. Il s’est
avéré nécessaire de renouveler les scénarios pour une meilleure mobilisation des équipes
et une plus grande transversalité, notamment sur la chaîne de traction du véhicule
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électrique. Les résultats sont des logiciels mais aussi du contenu. Les résultats sont
satisfaisants, tant du point de vue scientifique qu’au niveau de la formation, des livrables,
de la communication et de l’emploi. Le bilan fait état d’un esprit d’équipe « élargi », d’un
véritable projet collaboratif dans le souci d’une réussite partagée, au profit de tous.
Il est clair que ces résultats d’O2M forme l’ossature d’une chaine de conception
numérique mécatronique. Il faudra aller plus loin pour que cette chaine devienne
exploitable sur l’ensemble du cycle en V, pouvant prendre en charge le véhicule complet
décarboné et communiquant d’une part, et d’autre part pouvant offrir une vitesse de calcul
suffisante pour traiter toute la complexité de ces véhicules.
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.V
Conclusion (Gérard-Marie MARTIN, Fondation Mov’eotec)
Devant le travail restant à accomplir pour trouver des solutions techniques convergentes
et réduire les coûts, l’industrie automobile a compris qu’il était nécessaire de se
rassembler. Des leaders du marché et de grands équipementiers se sont ainsi regroupés
pour accélérer le développement de bases technologiques communes à travers la
création de l’institut VeDeCom, présenté à l’Etat en tant qu’initiative d’excellence. Ainsi,
cette initiative met en évidence le fait que l’électro-mobilité se fonde sur la réunion
d’industriels œuvrant dans le même sens. La reconnaissance des pouvoirs publics
encouragerait le développement de technologies telles que la mécatronique.
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