Mécatronique

Positionnement

L'organisation industrielle du secteur du transport conduit à décomposer le système "véhicule" en une arborescence de sous-systèmes et modules afin de structurer le développement autour de différents périmètres fonctionnels et organiques. L'intégration de ces différents sous-ensembles et la gestion de leurs interactions nécessitent des outils et méthodologies de dimensionnement qui permettent de relier efficacement les choix "locaux" aux objectifs "globaux". Ces solutions seront appelées à répondre aux grands enjeux sociétaux (les systèmes de transport, la mobilité des personnes...), mais aussi environnementaux (rejets de CO2, réduction des polluants...). Les nouveaux défis technologiques proposés seront larges et le développement des systèmes deviendra de plus en plus complexe. Cela ira de la réduction de la masse des systèmes, en passant par les contraintes thermiques ou encore électromagnétiques. Cette complexité sera traitée par l'apport de l'électronique dans l'intelligence des systèmes. Là où les systèmes deviendront multi-domaines, la Mécatronique sera alors une réponse. Le fondement de l'apporche mécatronique est d'aborder ces couplages multi-physiques dans la conception globale des systèmes, pour offrir des performances techniques et économiques encore plus élevées, source de valeur ajoutée.

L'amélioration de l'approche mécatronique s'appuie sur des travaux de recherche en ingénierie dans laquelle l'ESTACA s'investit pleinement et qui sont en particulier liés au domaine du transport. Pour pouvoir développer ces travaux, l'un des ensembles mécatroniques récurrents les plus présents dans le domaine du transport est la chaîne d'actionnement ou de conversion énergétique (chaîne de traction de véhicule électrique, traction ferroviaire, actionnement de commande de vol, récupérateur d'énergie embarquée...). Celle-ci permet de convertir une énergie embarquée en une énergie mécanique ou inversement. Pour maîtriser au mieux et améliorer la conception de ces types de système, la modélisation numérique couplée à de l'expérimentation sont deux approches nécessaires et indissociables. La modélisation peut se décliner en plusieurs niveaux d'abstraction suivant plusieurs domaines physiques. Toutefois, une modélisation numérique basée sur des équations algébriques complexes engendre une complexité rédhibitoire à une industrialisation rapide de produits. Il faut donc proposer des méthodologies de modélisation et de validation utilisant une chaîne d'outils logiciels et expérimentaux, permettant de maintenir un continuum dans la conception des systèmes.

Fort de ces constatations et évolutions, l'équipe Mécatronique a investi avec des industriels sur des thématiques portées dans le cadre de projets collaboratifs reconnus par des pôles de compétitivité. Ces thématiques se déclinent suivant trois axes :

• méthodologies de modélisation numérique ;
• optimisation de la source principale d'énergie embarquée en fonction du profil de mission lié à l'utilisation de la chaîne d'actionnement ;
• émulation temps réel de sous-parties de la chaîne d'actionnement pour l'amélioration de la commande et l'étude de grandeurs physiques vraies.

Les applications abordées touchent à la chaîne de propulsion et à la source d'énergie des véhicules hybrides ou électriques, l'intégration de nouveaux actionneurs et de leur convertisseur de puissance dans le domaine de l'aéronautique.

Cette équipe est basée à Laval.

Membres de l'équipe

Bertrand BARBEDETTE - Enseignant Chercheur (Responsable équipe)
Tél. : +33 (0)2 43 59 47 28
Fax : +33 (0)2 43 59 47 38
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Nassim RIZOUG - Enseignant Chercheur
Tél. : +33 (0)2 43 59 47 26
Fax : +33 (0)2 43 59 47 38
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Rabia SEHAB - Enseignant Chercheur
Tél. : +33 (0)2 43 59 47 27
Fax : +33 (0)2 43 59 47 38
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Redha SADOUN - Doctorant (thèse en cours, fin prévue en octobre 2012)
Tél. : +33 (0)2 43 59 47 00
Fax : +33 (0)2 43 59 47 38
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Tedjani MESBAHI - Doctorant (thèse en cours, fin prévue en janvier 2015)
Tél. : +33 (0)2 43 59 47 00
Fax : +33 (0)2 43 59 47 38
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Domaines d'expertise

• Architecture de chaîne de traction : prototypage temps réel de la chaîne de traction sur banc multi-machines et intégration des stratégies de récupération d'énergie ;
• Gestion du stockage d'énergie : stratégie d'hybridation des sources et étude comportemental de composants vis-à-vis de la sollicitation ;
• Etude et/ou intégration de composants mécatroniques : modélisation multiphysique OD/1D et 3D.

Moyens

Moyens numériques :

• MATLAB / SIMULINK et les boites à outils multiphysiques (Simscape, SimMechanics, SimPowerSystem) ;
• Générateur de code C pour simulation temps réel sur cible dspace ou processeur spécifique (DSP TI, Freescale MPC...) ;
• LMS IMAGINE (AMESIM) ;
• MapleSIM (calcul symbolique pour les systèmes) ;
• Modélisation électromagnétique et couplage multiphysique (mécanique, thermique) : JMAG/PSIM ;
• LABVIEW, LABVIEW RT, LABVIEW FPGA ;
• Modeleur mécanique et calculs associés : Solidworks et CATIA V5 ;
• Co-simulation entre les logiciels par l'intermédiaire de Matlab/Simulink.

Moyens expérimentaux :

• Bancs machines électriques pour émulation de chaîne d'actionnement (de 10W à 11kW) ;
• Banc de test d'éléments de batterie ou de super-condensateur ;
• Simulateur de source électrique : émulation d'élément de stockage à forte puissance et faible tension ;
• Banc HIL avec modèle automobile ;
• Matériel pour le prototypage rapide (carte DS1104, DS1103, FPGA, micro Autobox).