Défis courants en ingénierie de conception pour le transport

Électronique embarquée : Enjeux de conception dans le transport

L'électronique embarquée est un aspect crucial de l'ingénierie de conception pour le transport. Bus, camions, motos et bien sûr voitures possèdent de multiples composants qui interagissent simultanément pour fournir données et énergie dans tout le véhicule. Les véhicules modernes utilisent des données en temps réel pour fonctionner correctement. Ces systèmes incluent la direction, le freinage, la climatisation, la gestion moteur, et bien plus. La conception de ces systèmes demande une grande attention aux détails, de nombreux développeurs ayant des formes d'ingénierie concurrentes nécessitant plusieurs parties pour concevoir et fabriquer les composants séparément. Examinons les opérations qu'un ingénieur automobile doit gérer lors de la mise en place et de la conception du placement électronique, et comment cela peut être amélioré.

Vue d'ensemble de l'électronique intérieure et extérieure

Le système électrique automobile externe se rapporte généralement à deux types : les systèmes dédiés à la fonctionnalité et ceux dédiés à la sécurité. Les systèmes de fonctionnalité permettent au véhicule de rouler correctement.

• Système d'allumage (bobine d'allumage, rampes de bobines, bougies et fils)
• Gestion moteur (injection carburant, système de refroidissement, contrôle papillon, etc.)
• Électronique de transmission (passage de vitesses automatique)
• Électronique de châssis (ABS, ASR, EBD, ESP)
• Électronique d'aide à la conduite (essuie-glaces, rétroviseurs réglables, feux indicateurs)

Les véhicules modernes ont un capteur pour tout : de la pression des pneus à la tension de la batterie. L'électronique interne concerne généralement le confort des passagers, l'aide à la conduite et le divertissement. Radio, commandes de climatisation, tableau de bord, commandes du conducteur en font partie. Si vous avez déjà conduit, ces composants vous sont familiers. L'ère des systèmes purement mécaniques s'éloigne et les véhicules modernes requièrent un effort considérable pour faire fonctionner ces systèmes électroniques correctement. Examinons les problèmes que rencontrent ingénieurs et fabricants lors de la connexion de ces dispositifs.

Espace et dégagement limités

Avec l'essor des véhicules économes en carburant, la demande pour des véhicules légers à haute autonomie augmente. Les entreprises deviennent de plus en plus compétitives pour proposer des véhicules légers nécessitant un minimum de carburant. Cela signifie généralement que les composants et structures deviennent plus compacts et l'espace de stockage interne pour le placement des composants est limité.

Les systèmes électroniques sont placés soit selon un emplacement standard (feux, essuie-glaces) soit selon la disponibilité d'un emplacement (batteries et boîtiers de relais). Ces systèmes doivent fonctionner simultanément ou indépendamment, et sont connectés aux autres via une source d'alimentation commune. Avoir des fils traversant tout le véhicule est courant et peut s'avérer difficile pour les ingénieurs électriciens.

En pratique, il existe quatre types courants de problèmes de dégagement pour le câblage :

• Dégagement pour l'installation
• Dégagement pour le câblage
• Dégagement pour le fonctionnement
• Dégagement pour la maintenance

Examinons plus en détail ces dégagements rencontrés dans les véhicules modernes et les questions à se poser lors de la conception.

Dégagement pour l'installation

C'est une question d'espace. Y a-t-il assez de place pour le composant à l'endroit prévu ? Y a-t-il des obstructions ? Les portes, capot et autres éléments mobiles peuvent-ils opérer sur leur amplitude de mouvement sans interférence ? Les composants doivent-ils être installés avant ou après un autre pour éviter les interférences lors de l'installation ?

Dégagement pour le câblage

Une fois le composant installé, peut-on y acheminer le câblage associé ? Y a-t-il assez de place pour les connecteurs ? Pour la maintenance ? Pour le faisceau de câbles une fois les connecteurs installés ? Y a-t-il de l'espace pour les courbures du faisceau ?

Dégagement pour le fonctionnement

Si le composant est un interrupteur ou un bouton, peut-on l'atteindre depuis une position de conduite normale ? Les composants adjacents causent-ils des interférences lors de l'opération ? Peut-on l'actionner avec des gants ? Les opérations d'un composant interfèrent-elles avec d'autres ?

Dégagement pour la maintenance

Si un composant tombe en panne, est-il possible de le remplacer ? Y a-t-il de l'espace autour pour faire des ajustements ? Pour débrancher les connecteurs pour tests ?

Le dégagement nécessite considération

Il y a beaucoup de réflexion dans la désignation de l'emplacement des connecteurs et faisceaux. S'assurer que le placement n'interfère pas avec d'autres conceptions est important, tout comme la fonctionnalité du dispositif. La maintenabilité, la maintenance et l'interaction personnelle ont toutes leur place dans l'emplacement des composants.

Impact environnemental

Les véhicules produisent de grandes quantités de chaleur et peuvent endommager le câblage et les composants si le placement n'est pas soigné. Il n'est pas nouveau qu'un véhicule doive fonctionner avec l'aide du système de gestion moteur sous le capot. Les capteurs pour freins, suspension et transmission subissent d'immenses mouvements qui peuvent casser câblage et composants sous charge minimale. Concevoir des systèmes pour accommoder ces scénarios est crucial pour maintenir l'intégrité du système.

Génération thermique du moteur

La chaleur générée par le moteur peut fondre l'isolation et les connecteurs plastiques en quelques secondes par contact direct. La température d'un moteur peut facilement dépasser le point de fusion des connecteurs plastiques. Concevoir l'emplacement des composants à une distance sûre du moteur est crucial, d'autant que l'espace de câblage est limité sous le capot. L'emplacement de montage des connecteurs doit presque exister dans un état semi-statique. Là où le mouvement du câblage est limité par des attaches de montage installées sur des composants ou emplacements subissant un transfert de chaleur minimal du moteur.

Défaillance de composants par mouvement mécanique

"Les roues du bus tournent et tournent" : cette phrase n'est pas qu'une comptine, elle reflète la réalité du mouvement de rotation produit par les roues. Les capteurs sont positionnés près ou dans la jante pour déterminer la vitesse de rotation qui informe le conducteur de la vitesse du véhicule. Ces petits dispositifs fragiles doivent être positionnés pour éviter les collisions et dommages.

Les systèmes d'amortissement étaient purement mécaniques et fonctionnaient sans assistance électronique. Aujourd'hui, les systèmes ressort-amortisseur utilisent un retour dynamique des conditions de route que les capteurs surveillent et ajustent l'amortissement selon les réglages personnels et conditions de conduite. Le système d'amortissement nécessite une grande amplitude de déplacement pour les composants et le câblage. Une longueur de fil appropriée, l'absence d'interférence entre pièces et une conception de qualité sont requises pour maintenir l'intégrité du système et éviter les composants endommagés.

Comment faciliter le travail des ingénieurs

Zuken est leader sur le marché automobile pour le développement et l'intégration de composants embarqués, du génie électrique au mécanique. E3.series est une plateforme d'ingénierie qui fusionne les deux disciplines en un programme commun. Intégration de la conception mécanique du véhicule avec les systèmes électriques pour produire un modèle combinant le meilleur des deux mondes. Le processus de conception automatisé aide à concevoir et modéliser de meilleurs véhicules. Les projets de conception contiennent des données du schéma à la création de faisceau jusqu'à la nomenclature et au format de production. L'architecture orientée objet instantanée assure que tous les éléments de conception, attributs et modifications sont immédiatement répercutés jusqu'à la production.

E3.Cable : Conception et documentation

E3.cable sert à concevoir et documenter les plans de câbles et agencements de faisceaux. Les conducteurs individuels sont combinés dans la conception pour développer de nouveaux câbles et faisceaux. Le blindage et les structures en paires torsadées peuvent être ajoutés aux câbles et rapportés automatiquement dans la conception schématique.

E3.3D Routing Bridge

Pour viser l'excellence en conception, Zuken a développé des liens entre E3.series et tous les principaux fournisseurs de MCAD, permettant la création de modèles de conception entièrement intégrés. En utilisant E3.3D Routing Bridge, les informations schématiques et de connexion d'E3.series peuvent être interfacées avec tous les principaux systèmes MCAD. Fonctionnalités :

• Transfert d'informations de composants vers MCAD (connecteurs, broches, épissures)
• Transfert de données vers/depuis MCAD
• Vérification de collision ou détection d'interférence dans MCAD
• Vérification du rayon de courbure des fils
• Calcul automatique de la longueur des fils et segments dans MCAD
• Création automatique de documentation de fabrication dans E3.Formboard

Pas besoin de changer votre plateforme de modélisation solide actuelle, elle s'intègre aisément avec :

• CATIA V5
• SolidWorks
• PTC Creo (Pro/Engineering)
• Autodesk Inventor
• Siemens NX
• Solid Edge
• NX I-deas

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Le système électrique embarqué nécessite une réflexion approfondie lors de la conception et du développement pour la fabrication. Prendre les mesures pour bien comprendre les avantages et inconvénients du placement des dispositifs et du câblage aidera à déterminer le succès des futurs projets. Avoir les meilleurs outils pour vos ingénieurs est toujours un atout et développer la meilleure qualité pour les consommateurs reste l'objectif principal.

Le routage du câblage dans votre conception a-t-il été un casse-tête ? Partagez vos difficultés en commentaire.

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