LES PERSPECTIVES TECHNIQUES Yvonnick GAZEAU Auto-innovations MATERALIA, 29 avril 2010.

LES PERSPECTIVES TECHNIQUES

Yvonnick GAZEAU

Auto-innovations

MATERALIA, 29 avril 2010


AUTO-INNOVATIONS

• dossiers de presse,

• argumentation de vente produits,

• analyse comparative de technologies,

• etc.

Yvonnick Gazeau

• Site : www.auto-innovations.com

• Presse : revue « Ingénieurs de l’Automobile »

• Autres prestations liées à la technologie automobile :

1 - CONTRIBUTION DES MATERIAUX AUX DEFIS AUTOMOBILE

1.1 - CONTRIBUTION CO2

1.2 - CONTRIBUTION SECURITE

1.3 - CONTRIBUTION PERFORMANCE

1.4 - CONTRIBUTION COUTS

1.5 - CONTRIBUTION DEVELOPPEMENT DURABLE

2 – BILAN DES PIECES


SOMMAIRE


Rappel de la réglementation européenne :

130 g de CO2/km en 2015, moyenne ventes par constructeur

(Dès 2012 : 65 % des ventes devront atteindre 130 grammes)

Solutions :

• Propulsion : moteur, carburants, hybridation, traction électrique

• Réduction des résistances à l’avancement :

• frictions (transmission, pneumatiques)

• aérodynamisme

• allègement du véhicule

1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX





L’allègement de l’automobileDeux impacts :

• Energie à l’accélération

• Résistance au roulement des pneumatiques

Contraintes :

• Confort : besoin d’habitabilité et d’espace de chargement

• Sécurité : habitacle indéformable, airbags, médiatisation EuroNCap

Exemple : La remplaçante de la Peugeot 207 a un objectif d’allègement de 100 kg tout en maintenant ou augmentant

les prestations en termes de sécurité passive et active.




Les aciers UHLE

Développement des aciers pour réduire la masse :

Acier doux : 100 à 250 MPa.

Acier HLE (Haute Limite Élastique) : 300 à 500 MPa

Acier THLE (Très Haute Limite Élastique) : 500 à 800 MPa

Acier UHLE (Ultra Haute Limite Élastique) : 1300 à 1500 MPa, voire 1650 MPa64%

36%

0%0%

46%

31%

20%

3%

38%

32%

18%

12%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Volvo S401997

Volvo S402004

Audi A42009

UHLE

THLE

HLE

Acier doux



La caisse en blanc en aluminium

Solution réservée à quelques véhicules haut de gamme :

Audi A8 et R8, Jaguar XK et XJ, Ferrari 599 GTB, …

Gain de poids annoncé : entre 22% et 50%

Exemple de poids de la caisse en blanc :

• BMW Série 6 (caisse acier) : 370 kg

• Jaguar XK (caisse aluminium): 285 kgJaguar XK

Ce n’est pas encore une solution pour une production en volume




La caisse en blanc hybride acier/aluminium

Quelques applications : BMW Série 5 (E60/2004) et Audi TT

BMW Série 5

Audi TT :

Gain de poids de 48%




Les grands éléments en aluminiumLes plus courants :

• capot moteur

• jantes

• porte de coffre

Et parfois :

• Ailes avant

• Module de train arrière

• Triangles et bras de suspension

• Berceau moteur

• Renforts latéraux de caisse

• Traverse de chocs avant

Essieu arrière PSATrain avant Audi A4



1 - CONTRIBUTION CO2


Le magnésium

Magnésium : pièces non visibles

Exemple :

• poutre transversale de tableau de bord,

• support de levier de frein de stationnement,

• jante de volant,

• supports de siège

• carters

• toit escamotable,

• berceau moteur

• etc.Support de siège prototype

par Faurecia



Le verre

> Le verre représente près de 4% de la masse d’une voiture.

Solution d’allègement : réduction de son épaisseur, souvent en verre feuilleté

> Remplacement du verre par le polycarbonates.

Gain de poids potentiel : jusqu’à 50%

Solutions courantes :

• Optiques

• Lunette arrière (ex : Honda Civic et Smart)

• Custode arrière (ex : Smart et Mercedes Classe A)

Solutions expérimentales :

• Toit panoramique

• Vitres latérales

• Pare-brise !




Les polymères Utilisation de polymères de qualité optimisée :

• Température élevée : tubage, habillage moteur,…

• Esthétisme : poignée de porte

• Résistance mécanique : carters, pignons,… (ex : Vitrex)

• Déformation programmée




La construction allégée

Différentes insertions dans les profilés

Renforts

Mousse d’aluminium

Intégration de fonctions










SOMMAIRE



La pression sur la sécurité• Besoin sociétal

• Efficacité de l’organisme EuroNCap




Zones à grande limite élastique

Développement des acier UHLE (Ultra Haute Limite Élastique) :

1300 à 1500 MPa, voire 1650 MPa

Exemple : la part des tôles en acier à haute et très haute résistance est passée de 6% à 43% entre les 2 dernières générations de la Mercedes Classe S




Zones à grande limite élastique

Contraintes des aciers UHLE:

• Presses plus puissantes

• Difficultés d’emboutissage (effet ressort)




Zones d’absorption d’énergie

• Faibles vitesses : Zone élastique constituée de pièces en polymère

• Vitesse élevée : acier HLE et THLE, aluminium, mousse d’aluminium




Zones d’absorption d’énergie

Exemple d’innovation :

Crash-box en mousse métallique en aluminium, alliages de cuivre ou d’acier

Les mousses métalliques :

• Absorbent de grandes quantités d’énergie,

• Supportent des efforts de flexion importants,

• Réduisent la masse.

Les mousses assurent leur fonction quelle que soit la direction du choc, contrairement à la plupart des crash-box actuels.










SOMMAIRE



La résistance à la température

• Plastiques 150°C : compartiment moteur (ex : habillage moteur)

• Plastiques 300°C : ligne d’échappement (ex : circuit EGR)

• Alliage à base de nickel 1050°C : turbocompresseur pour moteur à essence

• Céramique < 1200°C : isolation thermique à l’échappement

Downsizing moteur : des températures de plus en plus élevées




La résistance à l’usureLe revêtement DLC (Diamond-Like Carbon) :

Dureté supérieure au carbure ou du nitrure de Titane, jusqu'à 20 Gpa

Exemples d’application :

• Déjà commercialisés : poussoir, arbre à cames, linguet

• En évaluation : jupe de piston en aluminium et segment




Le cas particulier du pneumatique

Objectifs antinomiques :

• Réduction de la résistance au roulement

• Résistance à l’usure

• Adhérence sur sol sec et mouillé

• Suppression des huiles aromatiques

Solutions :

• Gomme : silice dernière génération en remplacement du noir de carbone, thermoplastique et nano-composites (Nanoprène)

• Nappes en polyester et polyamide










SOMMAIRE


1.4 - CONTRIBUTION COUT

Le remplacement des matériauxMétal -> Plastiques haute performance

• Élimination d’opérations secondaires (usinage, soudage, peinture)

• Coût de la matière

• Avantages additionnels : résistance à la corrosion, meilleure étanchéité, propriétés électriques, isolation thermique

Exemples :

Pompe à eau Cales latérales BVA Exp. : Aubes de turbocompresseur



1.4 - CONTRIBUTION COUT

Le remplacement des matériaux

Intégration de fonctions

Module de porteFaurecia

• Réduction du nombre de pièces

• Réduction des usinages et soudages

• Réduction du temps de montage










SOMMAIRE


Plastiques recyclés renforcés de fibres longues :

• absorbeur de pare-chocs,

• passage de roue,

• panneau sous réservoir,

• déflecteur sous caisse,

• cache batterie,

• etc.


Le recyclage

Remarques :

• Pièces non visibles

• Pas recyclable : les thermoplastiques et les pièces de petites dimensions



Fibres naturelles issues de coton, de lin, de kénaf, de chanvre, de sisal, de bois, de bambou, etc.

Compoundage : tablette arrière, tablier et tapis de coffre, panneaux insonorisants

injection : bouchons de réservoir de liquide de lave-glace en PP/chanvre, habillages en PP/bois (70%/30%) ou supports de haut parleur


Les biomatériaux



Polyols végétaux : intégration de bio-polymère dans la mousse de polyuréthane


Les biomatériaux

• mousses de siège,

• accoudoirs,

• appuie-têtes,

• pavillons,

• pommeaux de levier de vitesse,

• insonorisants : plancher, coffre, moteur, etc.




2.1 - VEHICULES ELECTRIQUES

2.2 - VEHICULES FAIBLES CO2

2.3 - LOW COST

2.4 - AIDES A LA CONDUITE / SECURITE


SOMMAIRE


2 - BILAN DES PIECES


Nouvelles pièces :

• Câbles haute tension haute intensité (cuivre)

• Moteurs électriques (néodyme : force magnétique = 10 x ferrite)

• Batterie lithium-ion (lithium, cuivre, cobalt, manganèse, néodyme)

• Convertisseur CC/CC, onduleur, autres électroniques de puissance

• Bruiteur ?



Moteur thermique


Moteur électrique

Mais :

• Voiture électrique : estimation 3 à 10% du marché en 2025

• VE à prolongateur thermique d’autonomie

Chevrolet VoltOpel Ampera



Boîte de vitesses

(Volant double masse, embrayage, synchroniseurs, 6 rapports, marche arrière, etc.)


Boîtier de transmission simple

(peut-être 2 rapports à l’avenir)



Vitres en verre


Vitre en polycarbonates

Radiateur de chauffage d’habitacle

• Chauffage électrique

• Pompe à chaleur

Compresseur de climatisation Pompe à chaleur inversée

Circuit de freinage conventionnel • Circuit de freinage conventionnel avec pompe à vide électrique

• Circuit de freinage électrique

Éclairage halogène Éclairage à LED

Mitsubishi i-MiEV




Particularités de la voiture hybride :

• Batterie NiMH : technologie suffisante car capacité faible de stockage d’énergie

• Boîte de vitesses pilotée plutôt que BVA (hydraulique ou double embrayage)

• Coût inférieur à BVA

• Rupture de couple au changement de rapport compensée par la traction électrique





2.3 - LOW COST



SOMMAIRE



Boîte de vitesses automatique


Boîte de vitesses à double embrayage

Pneumatiques conventionnels Pneumatiques à faible résistance au roulement

Acier : capot moteur, hayon arrière, panneaux de porte, toit

Aluminium,

Voire fibres de carbone (MegaCity)

Métal : module avant, banquette arrière

Polymère ou composites




Adieu moteurs V6 et V8 !

• moteurs 2 et 3 cylindres

• moteurs suralimentés : turbocompresseurs, compresseur, compresseur électrique, turbosuralimentation séquentielle, intercooler air ou eau, volant bimasse, EGR, injection directe, capteurs de combustion, pistons en acier, etc.

Fiat bicylindre TWIN-AIR





2.3 - LOW COST



SOMMAIRE



2.3 - VEHICULES LOW COST

Frein sur les nouvelles technologies

• Prestations CO2 et sécurité inférieures

• Marché croissant

• Réduction du nombre de pièces (nouvelles technologies)

• Peu d’acier UHLE et d’aluminium

• Technologies issues du 2-roues

• Peu d’amortissement et d’insonorisants

• Retour du frein à tambour





2.3 - LOW COST



SOMMAIRE




Radars courtes et longues portées :

• Régulateur de vitesse automatique

• Avertissement de collision

• Freinage automatique

Capteurs à ultrasons latéraux:

• Assistance au stationnement en bataille,

• Assistance aux manœuvres pour quitter une place de parking

• Manœuvre de stationnement entièrement automatique,

• Avertisseur de risque de collision latérale,




Caméra :

• Alerte de dépassement de ligne blanche

• Lecture de panneaux : limitation de vitesse, stop, etc.

• Détection de présence de piéton sur la trajectoire

• Eclairage : code/phare automatique, plein phare adaptatif

• Aide à la vision nocturne

• Freinage automatique

• Aide au stationnement

• Vue panoramique

• Capteur de pluie

• etc.Audi A8

Merci de votre attention


SOMMAIRE

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