Essais & Simulations n°122

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dossier automobile Dans le domaine de l’acoustique aussi les constructeurs se trouvent confrontés à de nouvelles problématiques, à commencer par le bruit du moteur, que ce soit à l’intérieur ou à l’extérieur du véhicule, mais aussi les bruits de portières ou l’écoulement de l’air sur la carrosserie. L’idée n’est pas de ne pas faire de bruit mais, dans une logique de « qualité perçue », de reproduire un son défini et parfaitement maîtrisé grâce à la simulation numérique. La solution Actran de MSC permet également d’étudier le niveau sonore pour le confort à l’intérieur de l’habitacle en intégrant grâce à la simulation de nouveaux matériaux dans le sol, les tapis, la planche de bord etc. afin de mieux en contrôler le bruit. Il en est de même pour l’acoustique externe liée à l’écoulement ou aux formes et l’aérodynamique ou encore le bruit généré à cause des rétroviseurs. Par ailleurs, l’arrivée sur le marché des véhicules électriques et hybrides présente certains dangers en raison de l’absence de bruit (ou du moins en présence d’un bruit peu familier pour le conducteur et les piétons) ;les constructeurs et les équipementiers travaillent donc aussi sur de nouveaux sons. Technologies Conception de radars fMCW pour des applications de sécurité active MSC Nastran :Stresses Torsional Load on Body In White Et au niveau de la gestion des données de simulation ;que propose MSC ? Assurer la traçabilité de volumes de plus enplus importants de données présente des contraintes fortespourles utilisateursde solutions desimulation, en particulier pour être certain que les données et les résultats sont bien connectés à la CAO, et en permanence. Demême, pour la gestion des données, ilest essentiel d’adopterdes solutions dédiées ;unlogicieldePLM n’est pas adapté. Notre solution SimManager permet d’automatiser les processus etdemettre en placedes méthodologies trèsdétaillées afin derécupérer automatiquement le fichier CAO, faire le maillage, gérerles outils et ainsi augmenter de façon drastique le nombre de simulations pour un même nombre d’utilisateurs. *Antoine Langlois est en charge de l’équipe technique chez MSC Software France Propos recueillis par Olivier Guillon Les constructeurs automobiles, les fournisseurs en électronique automobile et les universités cherchent à développer de nouveaux systèmes électroniques pour les systèmes ADAS (Advanced Driver Assistance System, système d’aide à la conduite).Les radars FMCW (Frequency-modulated continuous waveform, radars à ondes continues modulées en fréquence) répondent aux exigences des systèmes de sécurité active automobile en raison de leurs mesures précises à courte portée, leur faible sensibilité aux échos parasites et leur intégration facile. Dans l’industrie automobile, les radars FMCW sont trèslargement utilisés comme composant des systèmes ADAS. Dans la suite nous présentons une chaîne d’outils unique pour la modélisation et la simulation d’un système radar FMCW 77 GHz complet, et notamment la génération de formes d’ondes, la caractérisation de l’antenne, les interférences et le bruit du canal, ainsi que les algorithmes de traitement de signal numérique (DSP) pour la détermination de la distance et de la vitesse. La simulation et la modélisation de dégradations RF, telles que le bruit, la non-linéarité et les dépendances à la fréquence, nous permettent de tester le comportement de composants standards décrits par des paramètres de fiches techniques. Ces opérations nous fournissent des informations concernant les performances Essais & Simulations • SEptEmbrE 2015 • pAGE 58

dossier automobile atteignables dans une configuration de composants spécifique, ainsi que sur les coûts associés. Les radars FMCW deviennent de plus en plus populaires, tout particulièrement dans les applications automobiles telles que la régulation adaptative de la vitesse (ACC). L’émetteur-récepteur d’un système FMCW transmet un balayage haute fréquence large bande. Le signal émis atteint la cible et est réfléchi vers les récepteurs avec un temps de retard et un décalage de sa fréquence qui dépend de la distance avec la cible et de la vitesse relative. En associant les signaux émis et reçus, le temps de retard correspond à une différence de fréquence qui génère une fréquence de battement. Ceci permet d’estimer de manière très précise et fiable la distance à la cible [1]. Souvent, plusieurs antennes sont utilisées pour la formation de faisceaux et le traitement spatial afin derendre la détection plus fiable ou dans le but de créer un système directionnel, comme décrit dans la figure 1. Figure 1. Structure d’un système radar FMCW Lors de la conception, de la modélisation et de la simulation d’un radar FMCW, le concepteur ne doit pas seulement prendre en compte le comportement nominal. Après avoir utilisé l’équation du radar afin dedéterminer les paramètres de conception fondamentaux, le concepteur doit analyser l’impact des imperfections provenant du circuit frontal RF.Lanon-linéarité,le bruit, la sélectivité en fréquence et les inadéquations entre les composants fonctionnant sur une bande passante très large réduisent la plage dynamique réelle du signal détectable. En modélisant avec précision le circuit frontal RF, les concepteurs peuvent effectuer des compromis de complexité entre l’architecture matérielle et les algorithmes de traitement numérique du signal. Ils peuvent par ailleurs déterminer si les précédentes implémentations peuvent être utilisées pour reconfigurer le radar suivant des spécifications techniques plus poussées, ou bien si les composants standard peuvent être utilisés directement pour l’implémentation ducircuit frontal RF. détermination de la forme d’onde fMCW Lors de la conception d’un nouveau système radar, nous devons d’abord déterminer les paramètres du balayage en fréquence triangulaire de façon à obtenir la résolution souhaitée avec la bande passante spécifiée. Nous considérons ici un radar automobile longue portée utilisé pour le régulateur de vitesse automatique qui occupe généralement la bande autour de 77 GHz [2, 3]. Comme indiqué sur la figure 2, le signal reçu est une copie atténuée et retardée dusignal émis où le retard Δt est lié à la distance de la cible. Étant donné que le signal balaie toujours une bande de fréquence, la différence de fréquence fb, appelée communément fréquence de battement, entre le signal émis et le signal reçu est toujours constante lors du balayage. Le balayage étant linéaire, il est possible de dériver le retard par rapport à la fréquence de battement, puis la distance de la cible par rapport au retard. Figure 2. Formes d’ondes des signaux émis et reçus Grâce aux fonctionnalités de Matlab et de Phased Array System Toolbox, nous pouvons facilement déterminer les paramètres fondamentaux de forme d’onde pour un radar fonctionnant à 77 GHz, notamment la bande passante et la pente de balayage, la fréquence de battement maximale et la fréquence d’échantillonnagebaséesur la résolution en distance et la vitesse maximale définies par l’utilisateur, comme indiqué sur la figure 3. Figure 3. Détermination des paramètres du balayage en fréquence FMCW Modélisation des composants, bruit et non-linéaritérf Une fois les paramètres du balayage de fréquences déterminés, nous pouvons passer à la modélisation de l’émetteur-récepteur du système radar. Le circuit frontal RF du système radar comprend l’émetteur,lerécepteur et l’antenne. Ces modèles sont fournis dans la Toolbox.Nous paramétrons ces modèles avec les valeurs souhaitées, comme le bruit de phaseetlebruit thermique. Nous pouvons également modéliser l’émetteur et le récepteur à l’aide de composants RF fournis dans Simulink en utilisant SimRF pour modéliser les effets du bruit, dela non-linéarité et de la sélection de fréquence au niveau des composants. La figure 4montre comment nous avons modélisé le circuit frontal RF en utilisant des blocs SimRF. Cette bibliothèque fournit un solveur circuit enveloppe pour simulerrapidement les systèmes et composants RF, tels que les amplificateurs, les mélangeursetles paramètres S. Figure 4. Éléments RF modélisés dans Simulink en utilisant les blocs circuit enveloppe SimRF Nous pouvons décrire en détail l’architecture de l’émetteur-récepteur et utiliser les paramètres de fiche technique pour chacun des éléments du circuit Essais & Simulations • SEptEmbrE 2015 • pAGE 59