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Essais & Simulations n°118

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Le rôle des capteurs dans les essais

Dossier Fig. 11 :

Dossier Fig. 11 : Calibrations possibles du capteur flexible IRN-RC IRN8-C transmets ainsi les 8 données de température calibrées en 2 octets par voie avec une résolution de 0.1°C / bit, et avec un temps de réponse de 260 ms pleine échelle. Fig. 12 : exemple de montage avec mesure des températures du flanc et de la bande de roulement En outre Texys a développé son propre protocole de communication sur base CAN 2.0 A ou B. L’utilisateur peut au moyen d’un outil CAN (type CANalyser ou équivalent) changer lui-même les paramètres CAN et capteur : • Identifiant CAN du capteur, • Baud Rate CAN : de 125 à 1000 Kbps, • Fréquence d’émission : 1Hz, 10Hz, ou mode ‘’requête’’ à une trame CAN de réception spécifique (fréquence limitée Fig. 13 : exemple de montage pour pneu arrière de moto à 10Hz max dans ce cas), • Unités : °C ou °F, • Emissivité : en jouant sur le facteur de gain. Il s’agit d’un facteur de correction du capteur exprimé en millième (0.500 à 2.000). Il est utilisé pour corriger l’erreur due au changement d’émissivité de la cible ou à la distance de mesure. Par exemple si l’émissivité de la cible est de 0.8 alors le facteur de gain est de 1.250, • Temps de réponse : filtre numérique ajustable de 100 à 10000 ms, • Compensation dynamique : activation/ désactivation d’un mode de compensation spécifique pour les changements rapide de température ambiante. Ces performances n’ont pas empêché les concepteurs de Texys de réaliser un capteur aux dimensions tout à fait comparables aux capteurs simple voie (Fig. 9) et de masse identique : 15 g seulement. Ceci permet donc un installation aisée du capteur même s’il n’y a que peu de place disponible sur la monoplace comme le montre l’exemple d’implantation devant un pneu arrière sur la photo ci-dessous : le capteur est installé sur le haut du fond plat, derrière le ponton latéral, et intégré dans un capotage en forme de goutte d’eau pour minimiser les perturbations dans le flux aérodynamique (Fig. 10). Dans ces conditions, IRN8-C est également capable de supporter des températures ambiantes jusqu’à + 100°C, survivre à des décélérations brutales (choc à 500G) et continuer de fonctionner sous contraintes vibratoires (20 Gpp 5’). Côté maintenance, une fenêtre interchangeable en PEHD (Fig. 10 bis) est positionnée devant la lentille infrarouge pour la protéger des projections de poussières et de gomme. Cette fenêtre est facilement démontable par l’utilisateur et remplaçable par une neuve sans nécessité d’opération de recalibration du capteur. > IRN-RC : version flexible et ultraplate d’IRN8-C Pour certaines applications, le manque d’espace entre la surface du pneu et la position possible du capteur reste rédhibitoire pour que le capteur IRN8-C puisse couvrir toute la bande de roulement. C’est le cas notamment sur les voitures dites ‘’fermées’’ (Prototypes d’endurance, GT, voitures de tourisme) ou les motos. C’est la raison pour laquelle une version ‘’aplatie’’ d’IRN8C a vu le jour en 2012 : le capteur IRN-RC est composé de 3 à 8 cellules infrarouge avec pour chacune un champ de vision plus ou moins ouvert (45° ou 90° - Fig. 11) autorisant des distances cible / capteur très courtes (de 25 à 50mm) et de couvrir toutes largeurs de pneumatiques selon le nombre de cellules infrarouge retenues. En outre l’emploi d’un PCB flexible (collé sur une bande élastomère et renforcé par un lame inox) permet au capteur de se conformer à la forme du pneumatique et de relever également la température du flanc pneu (Fig. 12) ou de bien suivre le profil particulier d’un pneu de moto par exemple (Fig. 13). Intégration et miniaturisation de la technologie Wireless : genèse d’IRN8-W En parallèle et poussant toujours plus loin leurs exigences, les ingénieurs d’essais des équipes de F1 ont fait part aux équipes de Texys de leur souhait de simplification des faisceaux électriques et de rendre plus facile l’installation des capteurs sur leurs monoplaces où chaque espace disponible et non nécessaire doit être libéré au profit de la performance. Comme on peut le comprendre, l’intégration de tels capteurs à l’avant ou à Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 45

Dossier l’arrière d’un véhicule, et encore plus d’une monoplace, pose de nombreuses difficultés : positionnement des capteurs nécessitant une longueur et un passage complexe voire impossible de faisceaux électriques dans le nez ou dans les pontons de la voiture, risque d’arrachement du même faisceau en cas d’accident, etc. C’est pourquoi l’équipe de R&D de Texys s’est lancée dans l’étude et la conception d’une version sans fil du capteur IRN8-C : le projet IRN8-W a démarré en 2012. L’architecture retenue dès le début des études est composée d’une cellule ‘’esclave’’ autoalimentée intégrant la partie capteur infrarouge 8 voies et un module d’émission RF qui transmet les informations de température vers un module de réception RF ‘’maître’’ qui va traiter les signaux pour les transférer en trame numérique sur bus CAN vers le système d’acquisition de donnée. > Développement d’une nouvelle brique technologique Fig. 14 : vue de détail de la batterie intégrée à la cellule infrarouge esclave (boîtier ouvert) Aucun des modules d’émission / réception sans fil du marché était suffisamment miniaturisé pour répondre aux exigences du monde des essais embarqués en compétition automobile. Il a donc fallu concevoir de A à Z un tel module tout en acquérant en parallèle les compétences nécessaires en hardware et en software pour maîtriser la technologie Wireless en interne. Ces travaux de R&D et les différents prototypes qui ont été testés à la fois en Fig. 15 : dimensions d’une cellule IRN8W-S à comparer à celles de IRN8C laboratoire et en réel sur véhicules ont abouti à un système capteur + émetteur/récepteur Wireless validé et lancé en commercialisation en 2014. > Développements et résultats obtenus Les études ont suivi quatre axes principaux : • Choix de la bande de fréquence d’émission RF, • Choix du protocole d’émission/réception, • Recherche des composants (circuits d’émission / réception, antennes, etc.), • Choix de la solution d’alimentation. Les bandes utilisées les plus appropriées à ce type d’application sont : 433 MHz, 868 MHz, 915 MHz et 2.4GHz. Compte-tenu des contraintes techniques imposées par la FIA (Fédération Internationale de l’Automobile) dans le Fig. 16 : détail de la face avant d’une cellule IRN8W-S règlement technique de la Formule 1, la bande de fréquence de 2.4 GHz est réservée et a donc dû être écartée. La bande 433 MHz, quant à elle, a été écartée pour des raisons de débit trop bas. Le système IRN8-W est donc fourni pour une utilisation au choix en 868 MHz ou 915MHz. La bande de 868 MHz est réservée pour les pays européens tandis que celle de 915 MHz est dédiée aux continents américains et d’Asie/ Océanie. Après diverses évaluations des protocoles RF présents sur le marché, aucun n’offrait les caractéristiques requises, notamment en termes de performance et de stabilité des communications RF, pour les applications aussi sévères qu’en courses automobiles. Il a donc été décidé de partir sur la conception d’un protocole propriétaire. Ce choix offre également l’avantage d’être autonome sur l’architecture du protocole et de permettre des évolutions ou modification rapides le cas échéant. Fig. 17 : système IRN8W La recherche des composants liés aux émissions/réceptions RF (microcircuits, antennes…) a été également un challenge important : il fallait trouver des composants à la fois miniaturisés et suffisamment puissants en terme d’émission, mais aussi consommant le moins possible. Les différents essais de nombreux composants ont permis de valider une solution technologique répondant à ces exigences. D’autre part, une approche sur les matériaux employés et leurs épaisseurs pour les boîtiers des capteurs et du module maître a également permis d’améliorer de façon notable la portée : de boîtiers mixtes en aluminium et couvercles plastiques pour le 1er prototype les ingénieurs ont finalement optés pour des boîtiers 100% en matière plastique Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 46

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