L'électronique au service de la sécurité et de l'efficacité des véhicules électriques

Compte tenu de l'évolution de la technologie sur les batteries et les moteurs électriques au cours de ces dernières années, les fabricants ont commencé à produire davantage de véhicules électriques commerciaux, qu'il s'agisse de bus, de voitures ou de vélos. Mais si les ventes connaissent une croissance rapide, il existe toujours moins de 100 000 véhicules purement électriques sur les routes européennes, en comparaison avec plus de 250 millions de véhicules traditionnels, dont 90 % sont des voitures particulières.

Plusieurs facteurs entravent l'essor du marché des véhicules électriques, malgré ses promesses en matière de diminution des coûts de transport, du bruit, des importations de pétrole et des émissions de CO2 et d’autres polluants.

«La raison qui explique le plus clairement l'hésitation des consommateurs à choisir un véhicule électrique est son rapport coût-performance, qui en comparaison avec des véhicules traditionnels, est peu intéressant», affirme le Dr Volker Scheuch, chercheur au sein du groupe allemand d'électronique automobile Intedis. «L'un des désavantages sur le plan de la performance est la faible autonomie des véhicules électriques due à la technologie des batteries, qui en est encore à ses balbutiements, et les concepts de véhicule qui font encore appel à des idées remontant à l'époque où l'utilisation économe en ressources n'était pas d'actualité.»

La conception de nombreux composants de véhicules électriques emprunte encore souvent des caractéristiques de leurs prédécesseurs traditionnels qui ne sont pas forcément optimisés pour l'efficacité ou la sécurité des véhicules électriques. Mais il ne suffit pas d'optimiser chaque composant individuellement; l'architecture globale et l'interaction entre les composants doivent également être repensées pour que les VE réalisent tout leur potentiel.

Plusieurs nouveaux concepts de VE font usage de moteurs en parallèle, qui offrent non seulement une meilleure manoeuvrabilité et une performance accrue par rapport aux conceptions de moteur unique classiques, mais aussi un meilleur rendement énergétique. Toutefois, la commande simultanée de deux moteurs en toute sécurité pose un défi de taille, car elle demande une architecture de système novatrice et plusieurs dispositifs électroniques comprenant des capteurs et des blocs de commande.

Une équipe de chercheurs travaillant sous la direction du Dr Scheuch dans le cadre du projet EFUTURE («Safe and efficient electrical vehicle»), auquel la Commission européenne a octroyé un financement de 4 millions d'euros, s'attelle à ce problème. Son objectif est de préparer la prochaine génération de véhicules électriques en créant un logiciel intelligent qui minimise les besoins en énergie tout en ayant la capacité d'optimiser de manière dynamique les compromis entre efficacité et rendement énergétique.

«Les véhicules d'aujourd’hui ont un niveau élevé de sécurité opérationnelle qui doit être préservée dans la génération de véhicules électriques», avance le Dr. Scheuch. «De nouveaux défis surgissent lorsque l'on a plus d'un moteur pour entraîner les roues. C'est le problème auquel nous nous sommes attelés dans le cadre du projet EFUTURE afin de déterminer les exigences supplémentaires requises pour le fonctionnement en parallèle de deux moteurs avant et la manière dont un concept de sécurité des systèmes peut y répondre.»

Parmi d'autres innovations importantes, l'équipe a mis au point des unités centrales de décision permettant la redondance des commandes de moteur en cas de panne, sur la base du concept de «sécurité fonctionnelle», qui signifie que tout composant ou système doit pouvoir gérer de manière sûre toute erreur de l'opérateur, défaillance du matériel ou changement environnemental.

L'équipe a réussi à mettre au point un prototype de véhicule électrique à la fois sûr et efficace. Elle est donc parvenue à atteindre une autonomie potentiellement beaucoup plus longue que celle de la plupart des VE existants, essentiellement à l'aide de logiciels.

Accroître l'autonomie et l'attrait des VE

«Nous avons donc démontré qu'il était possible de créer un «extenseur virtuel d'autonomie», qui n'est associé à aucun matériel, en utilisant de nouvelles fonctions d'assistance à la conduite reposant sur une architecture «allégée» tout en maintenant un niveau élevé de sécurité opérationnelle», explique le Dr Scheuch.

Les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS, «Advanced driver assistance systems») mis au point par l'équipe du projet EFUTURE comprennent un régulateur de vitesse à contrôle de distance écologique (ACC, «Autonomous cruise control») qui ajuste automatiquement la vitesse des véhicules en fonction de la circulation et de l'état des routes tout en améliorant leur efficacité, et un «mode ECO» qui incite le conducteur à acquérir des habitudes de conduite qui utilisent moins d'énergie.

Parmi les innovations du projet EFUTURE moins visibles par les conducteurs, mais tout aussi importantes, citons un capteur automatique («Vehicle Observer») qui améliore la sécurité du véhicule et une fonction de vecteur de couple qui accroît la stabilité de la conduite et le confort. Le vecteur de couple étend également les fonctions de freinage antiblocage (ABS) et de contrôle électronique de la stabilité (ESC) à la conduite normale, prolongeant ainsi l'autonomie dynamique du véhicule.

«Il existe également des fonctions qui ne sont pas visibles par le conducteur, à l'instar du système de gestion de l'énergie du véhicule et des unités de décision qui définissent la trajectoire et la commande des servomoteurs, contribuant également à l'efficacité générale», affirme le Dr Scheuch.

Le chef de projet explique que l'un des plus gros défis que l'équipe a relevés consistait à adapter un véhicule électrique de première génération en fonction des exigences du projet, ce qui témoigne du problème de l'utilisation de composants existants reposant sur des systèmes utilisés sur des voitures classiques.

«Pour transposer notre concept d'architecture sur le plan matériel, nous avons remplacé les composants essentiels par de nouveaux composants: le bloc de commande du véhicule, le bloc de commande de la batterie, la batterie et les moteurs. En outre, nous avons ajouté un système complet consacré à la fonctionnalité des systèmes ADAS (caméras et radar) et avons intégré de nouveaux logiciels de commande pour tous les composants. En bref, nous avons converti un véhicule de base en une voiture sophistiquée équipée de fonctions novatrices», affirme le Dr Scheuch.

Les nouveaux concepts et systèmes mis au point par les partenaires du projet, qui comprennent le Centre technique européen de Tata Motors, devraient faire leur chemin dans l'élaboration des prochaines générations de VE.

«Bon nombre des idées d'EFUTURE se retrouveront dans les futurs produits et services des partenaires. L'architecture de domaine du dispositif de commande du véhicule, les algorithmes, les systèmes avancés et écologiques d'aide à la conduite, les concepts de sécurité et de nombreux autres éléments feront partie de nouveaux projets de recherche ou sont déjà intégrés dans les nouveaux composants matériels de futurs véhicules», affirme le chef de projet.

«Plus il existe de concepts novateurs en matière de conduite efficace, plus fort sera leur impact sur le marché des véhicules en Europe, et le projet EFUTURE participe à ces efforts. Sur le plan économique, nous avons démontré qu'il était possible de parvenir à une plus grande autonomie des véhicules électriques, renforçant ainsi l'acceptation par les consommateurs des voitures électriques, car ils en auront plus pour leur argent.

Le projet EFUTURE a bénéficié d'un financement de la recherche au titre du septième programme-cadre (7e PC) de l'Union européenne.

Lien au projet sur CORDIS:

- le 7e PC sur CORDIS
- Fiche d'informations du projet EFUTURE sur CORDIS

Lien au site web du projet:

- Site web «Safe and efficient electrical vehicle»

Autres liens:

- Site web de la stratégie numérique de la Commission européenne