Les changements de vitesse doivent être effectués en toute sécurité et le plus rapidement possible. Comment vous assurez-vous que tout va bien pendant ces quelques microsecondes ? Il s'agit d'une tâche pour un simulateur qui permet de réaliser des tests à grande vitesse sur 24 h et de gagner énormément de temps en termes de développement.
Pour améliorer l'efficacité énergétique et réduire l'utilisation de substances dangereuses pour l'environnement, Aisin Corporation se tourne de plus en plus vers l'électrification. La société a développé un système de changement de vitesse électromécanique intégré qui inclut des actionneurs (dans le cas présent, des moteurs électriques), des réducteurs, des unités de commande et des capteurs pour accroître l’efficacité des opérations de changement de vitesse. Avec le changement de vitesse à commande électrique, les modes de transmission d’un véhicule peuvent être activés par des commandes électroniques sans liaison mécanique entre le levier de changement de vitesse et la transmission. Cela permet d’économiser du poids et de l’espace, tout en accélérant sensiblement les changements de vitesse. Avec l’essor de l’automatisation de la technologie automobile, la technologie à commande électrique est devenue indispensable. Le système de changement de vitesse à commande électrique idéal d'Aisin est la réalisation de changements rapides et précis comme valeur fonctionnelle et l'intégration électromécanique comme valeur de sécurité.
« Nous voulions tester la nouvelle technologie le plus tôt possible pendant le développement afin d’investir moins de temps dans les étapes en aval », explique Atsuto Ogino, Directeur général de la Chassis and Vehicle Safety System Company chez Aisin. « L’un de nos plus grands défis était d’introduire des défauts dans le système à commande électrique à des intervalles de l’ordre de la microseconde afin de tester complètement les pièces critiques de l’actionneur ou du système de commande à moteur électrique. Une initiative qui nous a fait passer des nuits blanches en raison de la complexité et de la précision requises. »
Le logiciel d'abord pour un développement plus précis et plus rapide
Les logiciels prennent une place de plus en plus importante non seulement dans les véhicules, mais aussi dans le domaine du développement des systèmes de contrôle. Il existe une approche « le logiciel d'abord » qui sépare le logiciel du matériel et donne la priorité au développement logiciel. Les développements qui se font par évaluations et perfectionnements répétés des modèles traditionnels, qui ont souvent posé problème lorsque les processus ne fonctionnaient pas comme prévu, relèvent donc de plus en plus du passé. Aujourd’hui, on préfère s'assurer que les informations obtenues par des simulations dans des environnements virtuels sont intégrées au développement au plus tôt. Sur la base de cette expérience, les produits réels peuvent ensuite être mis en œuvre beaucoup plus précisément et rapidement.
Les processus peuvent être élaborés à l'avance par simulation, de sorte que les spécifications ne doivent pas nécessairement terminer le débogage. Les revues de conception basées sur les résultats de simulation permettent également d’éliminer les spécifications ambiguës. La base de ce travail est l’amélioration continue des environnements et des outils de test. Ces améliorations permettent d’utiliser des modèles pour évaluer les logiciels dans des environnements virtuels plutôt que dans des véhicules et machines réels.
Dans les systèmes à commande électrique, les performances d’évacuation sont significativement affectées si le fonctionnement est interrompu en raison d’un défaut. Il est, par conséquent, essentiel d’effectuer l’opération dans un état sûr en tant que concept à sûreté intégrée. Parallèlement, la notion de sécurité intrinsèque impose une réduction du nombre de pièces. Ainsi, Aisin Corporation a développé un actionneur électrique à commande électrique hautement fiable avec une meilleure performance de conduite d'évacuation grâce à la mise en œuvre d'un système électrique/électronique (E/E) intégré, indépendant et redondant comme actionneur électromécanique intégré tout en réduisant le nombre de pièces.
Dépannage complet et reproductible grâce aux simulations HIL
Aisin Corporation a estimé que la simulation HIL était appropriée pour la vérification de changement de vitesse à commande électrique car ce système est un produit électromécanique intégré. La simulation HIL permet de vérifier facilement le produit pendant le processus de développement sans avoir de prototype électromécanique intégré.
Les simulations Hardware-In-the-Loop (HIL) peuvent entre autres servir à injecter des défauts difficiles à injecter et à reproduire sur des véhicules réels. En outre, la gestion des schémas d’essai dans une base de données garantit la réutilisabilité, ce qui signifie que les schémas peuvent ensuite être utilisés pour des évaluations sur banc d’essai et véhicules réels.
« Chez Aisin, le développement HIL joue un rôle important », explique M. Ogino. « Le développement HIL associe commandes, circuits, moteurs et vitesses. Cela nous permet de répondre de manière flexible dans des simulations au niveau communication, signal, électrique et mécanique. À un stade très précoce du développement, un modèle de moteur électrique détaillé basé sur le niveau de conception mécanique, a été créé à l’aide d’un outil logiciel pour la conception électromécanique : JMAG Designer. Outre les propriétés matérielles, les propriétés géométriques exactes du stator, du rotor et des aimants permanents ont été définies dans ce modèle. En utilisant des points réseau définis, une simulation par éléments finis (FEM) a été réalisée sur plusieurs jours dont les résultats ont été sauvegardés sous la forme d’un fichier de durée totale de cycle (RTT). Avec ces résultats, nous avons pu terminer la conception du contrôleur grâce à la simulation MIL (Model-In-the-Loop) ou HIL avant même la fabrication du véritable moteur électrique. »
M. Ogino d’ajouter : « En temps de Covid-19, il était difficile pour les ingénieurs de tests d’être sur site pour tous les tests. Chez Aisin, le système HIL de dSPACE était donc connecté de telle sorte qu’il était également disponible en télétravail. Pour ce faire, les ingénieurs de tests ont chargé les données de test dans un cloud. Ensuite, un PC de la société a récupéré ces données, a effectué un test en conjonction avec les solutions dSPACE, et a renvoyé un rapport de test sur le cloud. Cela a parfaitement fonctionné. »
Injection de données et évaluation à des intervalles de l’ordre de la microseconde
Un système HIL de dSPACE a ouvert de nouvelles possibilités aux ingénieurs pour résoudre le problème de l'injection et de l'évaluation de défauts de vitesse, de taille et de portée variables liés aux pièces critiques du système de commande du moteur. M. Ogino explique : « Depuis que nous avons utilisé un système temps réel SCALEXIO équipé d’une carte FPGA (Field-Programmable Gate Array) très rapide, nous avons pu simuler un modèle de moteur électrique haute précision (basé sur FEM), rapide et à faible latence à l’aide de la bibliothèque de composants électriques XSG flexible de dSPACE et de JMAG Addon-Lib. Nous avons également pu évaluer nos tests de balayage 24h/24, 7j/7 sur ce système.
« Généralement, les défauts sont injectés à intervalles réguliers, mais il y a eu des cas où ils ne se sont produits que dans un intervalle de test spécifique de 10 ms entre 213 ms et 223 ms. Cela a été la principale difficulté à laquelle on a dû faire face", a déclaré M. Ogino. « Pour la surmonter, nous avons injecté des défauts sélectionnés à des endroits précisément prédéfinis dans la plage de la µs à la ns. Avec ces défauts, nous avons soigneusement testé et évalué le système de contrôle. Cela a fonctionné sans problème grâce au système HIL de dSPACE. Nous n'avons pas non plus eu à consacrer du temps aux évaluations des tests, car le reste des tâches a été effectué automatiquement après examen et ajustements. »
Les évaluations ont été automatiquement mises en œuvre pendant la nuit et les rapports complétés ont été immédiatement transmis aux parties concernées. Il a également été possible de convertir les schémas d’essai créés pour les simulations HIL et de les utiliser pour les simulations MIL et vice versa. Les deux méthodes de test (MIL et HIL) sont utilisées avec succès chez Aisin pour des véhicules et des machines réels.
Mission accomplie !
Sur la base des données obtenues via les simulations HIL, Aisin a développé une transmission à commande électrique qui offre un comportement de changements de vitesse avec une grande précision de position et une grande réactivité. En outre, grâce à son engrenage hélicoïdal à forte décélération et haut rendement avec un petit nombre de dents, le nouveau système est facile à installer.
Le changement de vitesse à commande électrique sera utilisé dans une grande variété de véhicules à l'avenir. C’est un pilier essentiel de l’électrification croissante et de la progression de la conduite autonome.
dSPACE MAGAZINE, PUBLIÉ EN JANVIER 2023
À propos d'AISIN
AISIN CORPORATION est un équipementier automobile japonais spécialisé dans le développement et la production de composants pour l’industrie automobile. L'objectif de l’entreprise étant de réduire à zéro le nombre d’accidents de la route mortels, Aisin fournit des produits système qui permettent un contrôle avancé de « la conduite, de la gestion des virages et de l’arrêt », ainsi que des produits qui améliorent le plaisir et le confort de conduite. La Chassis and Vehicle Safety System Company, dont Atsuto Ogino est le directeur général, se concentre sur le développement de systèmes de surveillance périphérique, de stationnement automatique et de surveillance du conducteur. Son axe principal est la simulation des mouvements du véhicule et le développement du système et du contrôle.
