Capteurs et actionneurs pour applications automobiles

27/08/2017
Publication REE REE 2006-9
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2006-9:19664
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Capteurs et actionneurs pour applications automobiles

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            <title>Capteurs et actionneurs pour applications automobiles</title></titles>
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	    <date dateType="Created">Sun 27 Aug 2017</date>
	    <date dateType="Updated">Sun 27 Aug 2017</date>
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J -11 -, - 0 i/t /,1 " * 1, - " CAPTEURS ET ACTIONNEURS POUR APPLICATIONS AUTOMOBILES Jean-Paul VILLEPELET Me ;7!&re 'e ;'i7eMembre Émérite de la SEE 1993 Membre dzr Comité de Pziblication de la REE Les désirs des très nombreux utilisateurs de l'automobile en ce qui concerne la perfonnance, le plaisir de conduite, le confort, la fiabi- lité, la qualité et la baisse des coûts, ont conduit les constructeurs à introduire de plus en plus d'électronique pour gérer et contrôler la plu- part des fonctions automobiles, comme le contrôle moteur (allumage, carburation), le freinage (ABS), la direction assistée, la transmission (boîte de vitesse automatique), la suspension, le tableau de bord (visua- lisation), la climatisation automatique... Les constructeurs devront également faire appel à l'électronique pour répondre aux exigences de directives européennes concernant le contrôle des gaz d'échappement, la forte réduction des émissions de C02 et l'introduction d'un disposi- tif d'alerte destiné à assurer la sécurité des piétons. La commande électronique d'un dispositif nécessite obligatoire- ment l'emploi d'un capteur mesurant la grandeur à réguler (température à l'intérieur de l'habitacle par exemple). Lorsque le dispositif est méca- nique (boîte de vitesse par exemple), l'électronique (de puissance) com- mande le déplacement de l'organe mobile par l'intermédiaire d'un actionneur et contrôle ce déplacement par l'intermédiaire d'un capteur de position. Le congrès européen qui s'est tenu les 7 et 8 décembre 2005 à Noisy-le-Grand à l'ESIEE sous l'égide de la SIA (Société des Ingénieurs de l'Automobile) a réuni des chercheurs de l'industrie auto- mobile, de centres de recherche et d'écoles d'ingénieurs. Il avait pour but de faire le point des avancéesrécentesdans le domaine de l'automo- bile et particulièrement dans celui de la mécatronique (mécanique com- mandée et contrôlée par l'électronique). Le présent dossier présente quatre de ces avancées,dont on trouve ci-après une courte synthèse. Apport des machines synchrones à double excita- tion pour la traction automobile : application aux véhi- cules électriques ou hybrides Les machines synchrones utilisées pour la traction des véhicules électriques ou hybrides sont le plus souvent dimensionnées pour fonc- tionner dans la zone de pleine charge de la caractéristique couple - vitesse, ce qui rend difficile l'obtention d'un rendement maximum dans la zone du plan couple - vitesse la plus sollicitée qui est le plus souvent une zone de charge partielle. L'article de Lionel VIDO (SATIE, UMR CNRS 8029) présente une étude de l'apport des machines synchrones à double excitation (MSDE) dont le flux d'excitation est créé par deux sources : une partie du flux (d'amplitude fixe) est produite par des aimants permanents, l'autre par- tie (d'amplitude variable) est obtenue à partir de bobines d'excitation On peut utiliser ce flux d'excitation variable pour renforcer ou affaiblir le tlux créé par les aimants permanents. Ce degré de liberté suppiémen- taire, par rapport aux machines synchrones à aimants pennanents (MSAP), permet de dimensionner les MSDE pour mieux satisfaire aux spécifications imposées pour la traction des véhicules électriques ou hybrides. Un modèle de type circuit d'une MSDE fonctionnant en régime permanent pennet de simuler le comportement de la machine dans le domaine couple - vitesse pour différentes sollicitations et ainsi de mieux comprendre les mécanismes régissant son fonctionnement. Ce modèle dont les entrées sont normalisées afin de pouvoir simuler toute MSDE, est établi dans le repère de PARK (axe direct et axe en quadrature) et prend en compte les pertes Joules et les pertes fer. Il permet de calculer le rendement de la machine et ensuite d'optimiser ce rendement dans la zone la plus sollicitée du plan couple - vitesse. Les simulations de deux MSDE différentes montrent que dans la zone la plus sollicitée le couple doit être produit uniquement par les aimants permanents de manière à minimiser les pertes Joules totales, et qu'à pleine charge le couple doit être produit par la combinaison des aimants permanents et de l'excitation bobinée. Mesure directe du carrossage d'un véhicule routier avec des capteurs de distance laser L'optimisation des prestations du véhicule, telles que confort, sécu- rité, consommation et tiabilité exige la connaissance du modèle global du comportement dynamique du véhicule auquel doit nécessairement être intégré un modèle décrivant son interaction avec le sol dont l'une des principales entrées est l'angle de carrossage : angle entre le plan de la jante et un plan perpendiculaire à la route. Après une présentation critique de trois méthodes déjà proposées pour mesurer directement ou indirectement l'angle de carrossage, l'ar- ticle de Guillaume GIRARDIN (Laboratoire MIPS de l'lJniversité de Haute Alsace) présente une méthode précise de mesure directe de cet angle par un dispositif monté sur une roue avant du véhicule. Sur une plaque fixée parallèlement à la jante par l'intermédiaire d'un roulement à billes sont montés trois capteurs de distance laser. Les rayons laser inclinés par rapport à la plaque, mesurent trois distances de la plaque à la route qui sont utilisées pour estimer l'angle de carrossage. REE NI 10 Novembre2006 1 Dossîer PRÉSENTATION Un banc de mesure et des appareils calibrés ont servi à déterminer la précision avec laquelle les capteurs doivent être positionnés sur la plaque ainsi que la précision de l'inclinaison des rayons laser pour que l'angle de carrossage soit mesuré avec la précision nécessaire. La gra- nulométrie de la route ayant pour effet de bruiter les mesures de dis- tance, l'inclinaison des rayons laser est choisie de manière à réduire ce bruit, un tiltrage éliminant le reste. Des essais dynamiques effectués sur un véhicule en évolution sur une route plate ont mis en évidence la bonne précision de mesure de l'angle de carrossage (de l'ordre de 0,4 degré), cela dès que le véhicule a atteint et conserve une vitesse suffisante pour que le filtrage de la gra- nularité de la route soit efficace. Le montage réalisé a fait preuve d'une grande robustesse aux différents mouvements de perturbation de la roue (vibrations, braquage et enroulement). De nouveaux actionneurs linéaires au service du contrôle automobile Les capteurs et actionneurs linéaires sont aujourd'hui de plus en plus utilisés dans les véhicules automobiles pour la commande d'orga- nes mécaniques mobiles. L'article d'Olivier ANDRIEU (Société Electricfil Automotive) montre que des synergies peuvent être gagnées entre actionneur et capteur de position à la condition que ces deux dis- positifs bénéficient des progrès de la technologie permettant d'amétio- rer la sécurité de leur performance et de leur comportement, de faciliter leur intégration et de réduire leurs coûts. Les actionneurs de type électromagnétique sont à réluctance fixe - leur pièce mobile est un aimant. Cette structure a été choisie de préfé- rence à celle plus répandue des actionneurs électromagnétiques à réluc- tance variable dont la pièce mobile est métallique, en raison d'une meil- leure facilité de commande : l'effort développé par l'actionneur à réluc- tance fixe est proportionnel au champ magnétique généré par les bobi- nes et par conséquent à l'intensité du courant de commande. Le capteur de position devant être placé au plus près de l'organe mobile de l'actionneur, les technologies de mesure sans contact s'impo- sent, ce qui conduit à adopter soit des capteurs linéaires à effet Hall, soit la solution plus précise des capteurs inductifs appelés ILDS (Inductive Linear Displacement Sensor) qui fonctionnent sur le principe des transfonnateurs. Une famille d'actionneurs de caractéristiques différentes (effort et déplacement) et des capteurs de position de différentes précisions per- mettent, complétés par une électronique de commande, de concevoir un produit adapté aux différentes applications dans l'automobile, depuis celles qui exigent dans l'habitacle un faib) e effort, jusqu'à) a commande des organes mobiles de la boite de vitesse. Conception et modélisation d'un dispositif de contrôle de déplacement utilisant un matériau à magnétostriction géante L'article de Nicolas GALOPIN (Laboratoire de Génie Electrique de Paris-Supetec) présente un dispositif original de contrôle de déplace- ment basé sur l'utilisation du Terfeno) -D, matériau à magnétostriction géante, qui permet d'actionner des déplacements micrométriques. Ce matériau possède des propriétés magnétiques et mécaniques fortement couplées qui font qu'un changement du chargement magnétique entraîne une modification du comportement mécanique (effet direct), tandis qu'une modification du chargement mécanique induit un change- ment du comportement magnétique (effet inverse). Ce dispositif développé pour l'activation de pompe hydraulique, peut être utilisé par exemple pour réaliser le micro-positionnement d'un miroir pour des mesures optiques de précision. Il est constitué par un barreau cylindrique de Terfenol-D autour duquel un bobinage crée l'ex- citation magnétique. Un corps élastique en acier de forme torique ellip- soïdale canalise le champ magnétique et exerce une forte précontrainte sur le barreau de Terfenol-D. L'excitation magnétique relâchant cette contrainte a pour effet de défonner le corps élastique et de générer ainsi un micro-déptacement qui peut atteindre quelques micromètres Une analyse par éléments finis associée à des lois de comportement approprié dont les effets direct et inverse du phénomène de magnétos- trictiou, a permis de dimensionner le dispositif étudié en fonction des propriétés des matériaux utilisés. Sommaire Dossier Présentation Par Jean-Poiil Villepelet................................................-..............-............................................................................ Apport des machines synchrones à double excitation pour la traction automobile : application aux véhicules électriques ou hybrides Par Lioiiel Vido, Yaciiie Aiiîai,a, Mohai ; ied Gabsi, Eiiiiiiantiel Hoaiig, Michel Leci-ivaiii....................................... Mesure directe du carrossage d'un vehicule routier avec des capteurs de distance laser Par Gtrillaume Girardin, Michel Basset, Gérard Gissinger ; Bruno Dupzris, Pierre Roiiiieii.................................. De nouveaux actionneurs linéaires au service du contrôle moteur automobile Par Olivier Andriezr, Laurent Dt four......................................................................................................................... Conception et modélisation d'un dispositif de contrôle de déplacement utilisant un matériau à magnétostriction géant Par Nicolas Galolii7, Ka-iiii Azot (iii, Mondhei- Besbes, Fi-édéiie Boitilloi (It, Laiii-eiit Daiiet............................. . p. 23 p. 25 . p. 33 .p. 40 . P. 44 1 REE NI ic Novembre 2006