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LES PERSPECTIVES TECHNIQUES Yvonnick GAZEAU Auto-innovations

LES PERSPECTIVES TECHNIQUES Yvonnick GAZEAU Auto-innovations. MATERALIA, 29 avril 2010. AUTO-INNOVATIONS. Site : www.auto-innovations.com Presse : revue « Ingénieurs de l’Automobile » Autres prestations liées à la technologie automobile :. dossiers de presse,

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LES PERSPECTIVES TECHNIQUES Yvonnick GAZEAU Auto-innovations

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

  2. AUTO-INNOVATIONS • Site : www.auto-innovations.com • Presse : revue « Ingénieurs de l’Automobile » • Autres prestations liées à la technologie automobile : • dossiers de presse, • argumentation de vente produits, • analyse comparative de technologies, • etc. • Yvonnick Gazeau MATERALIA, 29 avril 2010

  3. SOMMAIRE 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  4. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.1 - CONTRIBUTION CO2 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  5. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.1 - CONTRIBUTION CO2 L’allègement de l’automobile • Deux 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. MATERALIA, 29 avril 2010

  6. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.1 - CONTRIBUTION CO2 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 MPa MATERALIA, 29 avril 2010

  7. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.1 - CONTRIBUTION CO2 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 kg Jaguar XK Ce n’est pas encore une solution pour une production en volume MATERALIA, 29 avril 2010

  8. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.1 - CONTRIBUTION CO2 La caisse en blanc hybride acier/aluminium Quelques applications : BMW Série 5 (E60/2004) et Audi TT Audi TT : Gain de poids de 48% BMW Série 5 MATERALIA, 29 avril 2010

  9. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.1 - CONTRIBUTION CO2 Les grands éléments en aluminium • Les 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 PSA Train avant Audi A4 MATERALIA, 29 avril 2010

  10. 1 - CONTRIBUTION CO2 1.1 - 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  11. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.1 - CONTRIBUTION CO2 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 ! Concept car Hyundai QarmaQ MATERALIA, 29 avril 2010

  12. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.1 - CONTRIBUTION CO2 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  13. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.1 - CONTRIBUTION CO2 La construction allégée Intégration de fonctions Renforts Différentes insertions dans les profilés Mousse d’aluminium MATERALIA, 29 avril 2010

  14. SOMMAIRE 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  15. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.2 - CONTRIBUTION SECURITE La pression sur la sécurité • Besoin sociétal • Efficacité de l’organisme EuroNCap MATERALIA, 29 avril 2010

  16. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.2 - CONTRIBUTION SECURITE 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  17. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.2 - CONTRIBUTION SECURITE Zones à grande limite élastique • Contraintes des aciers UHLE: • Presses plus puissantes • Difficultés d’emboutissage (effet ressort) MATERALIA, 29 avril 2010

  18. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.2 - CONTRIBUTION SECURITE Zones d’absorption d’énergie • Faibles vitesses : Zone élastique constituée de pièces en polymère • Vitesse élevée : acier HLE et THLE, aluminium, mousse d’aluminium MATERALIA, 29 avril 2010

  19. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.2 - CONTRIBUTION SECURITE 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. MATERALIA, 29 avril 2010

  20. SOMMAIRE 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  21. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.3 - CONTRIBUTION PERFORMANCE La résistance à la température Downsizing moteur : des températures de plus en plus élevées • 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  22. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.3 - CONTRIBUTION PERFORMANCE La résistance à l’usure Le 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  23. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.3 - CONTRIBUTION PERFORMANCE 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  24. SOMMAIRE 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  25. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.4 - CONTRIBUTION COUT Le remplacement des matériaux • Métal -> 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  26. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.4 - CONTRIBUTION COUT Le remplacement des matériaux Intégration de fonctions • Réduction du nombre de pièces • Réduction des usinages et soudages • Réduction du temps de montage Module de porte Faurecia MATERALIA, 29 avril 2010

  27. SOMMAIRE 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  28. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.5 - CONTRIBUTION DEVELOPPEMENT DURABLE Le recyclage • Plastiques recyclés renforcés de fibres longues : • absorbeur de pare-chocs, • passage de roue, • panneau sous réservoir, • déflecteur sous caisse, • cache batterie, • etc. • Remarques : • Pièces non visibles • Pas recyclable : les thermoplastiques et les pièces de petites dimensions MATERALIA, 29 avril 2010

  29. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.5 - CONTRIBUTION DEVELOPPEMENT DURABLE Les biomatériaux • 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  30. 1 – CONTRIBUTION DES MATERIAUX 1.5 - CONTRIBUTION DEVELOPPEMENT DURABLE Les biomatériaux Polyols végétaux : intégration de bio-polymère dans la mousse de polyuréthane • mousses de siège, • accoudoirs, • appuie-têtes, • pavillons, • pommeaux de levier de vitesse, • insonorisants : plancher, coffre, moteur, etc. MATERALIA, 29 avril 2010

  31. SOMMAIRE 1 - CONTRIBUTION DES MATERIAUX AUX DEFIS AUTOMOBILE 2 – BILAN DES PIECES 2.1 - VEHICULESELECTRIQUES 2.2 - VEHICULES FAIBLES CO2 2.3 - LOW COST 2.4 - AIDES A LA CONDUITE / SECURITE MATERALIA, 29 avril 2010

  32. 2 - BILAN DES PIECES 2.1 - VEHICULESELECTRIQUES • 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 ? MATERALIA, 29 avril 2010

  33. 2 - BILAN DES PIECES 2.1 - VEHICULESELECTRIQUES Moteur électrique Moteur thermique • Mais : • Voiture électrique : estimation 3 à 10% du marché en 2025 • VE à prolongateur thermique d’autonomie Chevrolet Volt Opel Ampera MATERALIA, 29 avril 2010

  34. 2 - BILAN DES PIECES 2.1 - VEHICULESELECTRIQUES Boîtier de transmission simple (peut-être 2 rapports à l’avenir) Boîte de vitesses (Volant double masse, embrayage, synchroniseurs, 6 rapports, marche arrière, etc.) MATERALIA, 29 avril 2010

  35. 2 - BILAN DES PIECES 2.1 - VEHICULESELECTRIQUES Vitre en polycarbonates Vitres en verre • Chauffage électrique • Pompe à chaleur Radiateur de chauffage d’habitacle Pompe à chaleur inversée Compresseur de climatisation • Circuit de freinage conventionnel avec pompe à vide électrique • Circuit de freinage électrique Circuit de freinage conventionnel Éclairage à LED Éclairage halogène Mitsubishi i-MiEV MATERALIA, 29 avril 2010

  36. 2 - BILAN DES PIECES 2.1 - VEHICULESELECTRIQUES • 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  37. SOMMAIRE 1 - CONTRIBUTION DES MATERIAUX AUX DEFIS AUTOMOBILE 2 – BILAN DES PIECES 2.1 - VEHICULESELECTRIQUES 2.2 - VEHICULES FAIBLES CO2 2.3 - LOW COST 2.4 - AIDES A LA CONDUITE / SECURITE MATERALIA, 29 avril 2010

  38. 2 - BILAN DES PIECES 2.2 - VEHICULES FAIBLES CO2 Boîte de vitesses automatique Boîte de vitesses à double embrayage Pneumatiques à faible résistance au roulement Pneumatiques conventionnels Aluminium, Voire fibres de carbone (MegaCity) Acier : capot moteur, hayon arrière, panneaux de porte, toit Polymère ou composites Métal : module avant, banquette arrière MATERALIA, 29 avril 2010

  39. 2 - BILAN DES PIECES 2.2 - VEHICULES FAIBLES CO2 • 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  40. SOMMAIRE 1 - CONTRIBUTION DES MATERIAUX AUX DEFIS AUTOMOBILE 2 – BILAN DES PIECES 2.1 - VEHICULESELECTRIQUES 2.2 - VEHICULES FAIBLES CO2 2.3 - LOW COST 2.4 - AIDES A LA CONDUITE / SECURITE MATERALIA, 29 avril 2010

  41. 2 - BILAN DES PIECES 2.3 - VEHICULES LOW COST • Prestations CO2 et sécurité inférieures • Marché croissant Frein sur les nouvelles technologies • 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  42. SOMMAIRE 1 - CONTRIBUTION DES MATERIAUX AUX DEFIS AUTOMOBILE 2 – BILAN DES PIECES 2.1 - VEHICULESELECTRIQUES 2.2 - VEHICULES FAIBLES CO2 2.3 - LOW COST 2.4 - AIDES A LA CONDUITE / SECURITE MATERALIA, 29 avril 2010

  43. 2 - BILAN DES PIECES 2.4 - AIDES A LA CONDUITE / SECURITE • 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, MATERALIA, 29 avril 2010

  44. 2 - BILAN DES PIECES 2.4 - AIDES A LA CONDUITE / SECURITE • 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 MATERALIA, 29 avril 2010

  45. SOMMAIRE Merci de votre attention MATERALIA, 29 avril 2010

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