ANNEXE 1 PROGRAMMES DES UNITÉS D ENSEIGNEMENT (UE) ET INTERVENANTS DANS LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS

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1 ANNEXE 1 PROGRAMMES DES UNITÉS D ENSEIGNEMENT (UE) ET INTERVENANTS DANS LES ÉLÉMENTS CONSTITUTIFS Nom de l UE1 : Introduction à la propulsion automobile et environnement Responsable : Philippe PIERRE Localisation: IFP School EPA-01 Objectifs : Introduire les besoins en énergie pour déplacer un véhicule, les notions de forces en mouvement, le fonctionnement des moteurs à combustion interne en donner leurs limitations intrinsèques, les principes de formation des émissions polluantes, et les moyens associés pour les limiter. Première partie : fondamentaux 12h 0 h 0h Bilan des forces en mouvement d'un véhicule Chaîne des rendements du véhicule et de la chaîne de traction Le moteur thermique et ses caractéristiques générales Prestations moteur thermique (remplissage, puissance, rendement) et ses limitations Les spécificités du moteur allumage commandé et Diesel Deuxième partie : Approfondissement 12h 0h 0h Pollution locale, contraintes réglementaires et cycles de conduite Pollution globale: émissions de CO2 (de la source à la roue) et gaz à effet de serre Carburants pour moteurs thermiques Le post-traitement des émissions Enseignants : Ph. Pierre (IFP- School) et intervenants IFP et PSA Prérequis : Aucun Contrôle des connaissances : Examen écrit ECTS : 2

2 Nom de l UE2 : Architecture de l'hybridation Responsable : F. BADIN Localisation: IFP School EPA-02 Objectifs : Comprendre l'intérêt et les apports de l'électrification en termes de performances véhicule, de consommation énergétique et d'impact environnemental local et global pour différentes architectures d'hybridation. Première partie : fondamentaux 12 h Définition de l hybridation Qu est ce qu un véhicule hybride? Les architectures hybrides thermique - électrique Degré d'hybridation (du micro hybride à l'hybride rechargeable jusqu'à l'électrique pur) Les situations de vie et les fonctionnalités des hybrides Hybrides série, hybrides parallèles, hybrides complexes Les architectures hybrides parallèles Les différentes fonctions d'optimisation énergétique: stop & start, choix du point de fonctionnement, récupération d'énergie au freinage, assistance électrique,... Législation et homologation: consommation énergétique et émissions polluantes Notions d'architecture des chaînes de traction alternatives au VEH: stockage inertiel, air comprimé, pile à combustible Évolution du marché des véhicules hybrides et électriques Deuxième partie : approfondissement Problématiques spécifiques aux véhicules hybrides: dépollution du moteur thermique, gestion thermique des composants et de l'habitacle (chauffage, climatisation), électrification des auxiliaires État de l'art des technologies VEH commercialisés ou à venir Étude de cas approfondie d'une technologie hybride commercialisée (Toyota Prius, Honda Insight,...) Fonctionnement d'une chaîne de traction hybride: TD étude de cas sur simulateur AMESIM 6 h 6 h Enseignants : F. Badin et intervenants IFP, PSA, VALEO Prérequis : UE 1 (UE obligatoire)

3 Nom de l UE3 : Moteur à combustion interne Responsable : Philippe PIERRE Localisation: IFP School EPA-03 Objectifs : Connaître les fondements physico-chimiques des phénomènes de combustion et les principaux paramètres de construction d'un moteur permettant d'optimiser le rendement, les émissions de gaz à effet de serre ainsi que les émissions polluantes. Première partie : fondamentaux en combustion 12h Généralité, différents types de combustion Introduction générale, combustion d une bougie, combustion dans les brûleurs, combustion dans les moteurs d automobile, combustion dans les moteurs d avion, combustion dans les moteurs fusée, combustion dans les incinérateurs de déchets, incendies, combustion prémélangée, combustion non-prémélangée. État initial, état final Définitions, compositions de l état final, processus de combustion, état final, équilibre thermodynamique. Cinétique chimique Rappel des réactions chimiques, réactions d initiation, réactions de ramification, réactions de propagation, réactions de terminaison, combustion des mélanges H2/air, hydrocarbure/air, combustion de réacteurs homogènes. Flammes laminaires prémélangées et non prémélangées Exemples de flammes, structure d une flamme, définition de la vitesse de flamme, formulation théorique, épaisseur de flamme. Mécanismes de production de polluants Mécanisme thermique, mécanisme de Fenimore,, destruction de NOx par reburning, impact des polluants sur l atmosphère. Deuxième partie : approfondissement 12 h Moteur à allumage commandé Principe, caractéristiques, spécificités, évolutions récentes, potentiel d'améliorations Moteur Diesel: principe Principe, caractéristiques, spécificités, évolutions récentes, potentiel d'améliorations Nouveaux procédés de combustion (HCCI, CAI) Procédés de combustion à basse température par auto inflammation et très faibles émissions de polluants Carburants alternatifs Carburants liquides de synthèse, carburants gazeux, bio-carburants (1 ère et 2 ème générations), carburants pour moteurs HCCI et CAI... Enseignants : N. Darabiha (Pr ECP), Ph. Pierre (IFP School) et intervenants IFP Prérequis : Notions de mécaniques des fluides et de thermodynamique

4 Nom de l UE4 : Dimensionnement des composants mécaniques Responsable : Michel POSS EPA-04 type d UE : CM/TD Spécialité : Electrification et Propulsion Automobile Objectifs : Présenter les différents composants mécaniques permettant de transmettre et associer la puissance mécanique issues de différentes sources ; donner les techniques de dimensionnement associées. 12h 12h Première partie : fondamentaux (étude individuelle des composants) Accouplement, permanent ou temporaire, sans modification du rapport de transmission, Accouplement, permanent ou temporaire, avec modification du rapport de transmission (rapports unique ou multiples, discrètement ou continument variables) Trains épicyloïdaux Deuxième partie : Approfondissement (association des composants) Choix des composants permettant la transmission de puissance pour une architecture donnée Dimensionnement de chaines cinématiques associées à quelques architectures de véhicules hybrides Enseignants : F. Louf (MCF), M.Poss (SDEN) Prérequis : Notions de mécanique de base

5 Nom de l UE5 : Machines électriques Responsable : Mohamed GABSI EPA-05 Objectifs : Présenter les différents types de machines électriques et les différentes manières de les modéliser et de les commander. Étudier et dimensionner les machines embarquées. 12 h 12h Première partie : fondamentaux Notions de puissance et d énergie électriques Flux, énergie et co-énergie magnétiques Création d efforts et de couples électromagnétiques Introduction et principes de la conversion électromécanique Classification des machines électriques Structures de machines synchrones Modélisation dynamique des machines en vue de la commande Deuxième partie : Approfondissement Principes de la commande scalaire Principes de la commande vectorielle Fonctionnement sur une large plage de vitesse : principe du défluxage Comportement thermique Dimensionnement pour une application véhicule Enseignants : M. Gabsi (PU), JC Vannier (Pr SUPELEC), E. Hoang (Prag, ENS Cachan), G. Feld (Prag, ENS Cachan) Prérequis : Notions d électromagnétisme de base

6 Nom de l UE6 : Electronique de Puissance Responsable : Bertrand Revol EPA-06 Objectifs : Présenter les différents types de machines électriques et les différentes manières de les modéliser et de les commander. Étudier et dimensionner les machines embarquées. 16 h 8h Première partie : fondamentaux Les règles, principes et principales topologies de la conversion statique Technologie et dimensionnement des composants de l électronique de puissances pour l automobile (actifs et passifs) Technologie et dimensionnement des dissipateurs et échangeurs thermiques Notions de compatibilité électromagnétique en électronique de puissance. Deuxième partie : Approfondissement Structure dédiées à l automobile, convertisseurs DC/AC et DC/DC Etude des filtres CEM Modélisation dynamique des convertisseurs et du réseau en vue de la commande Modes de défaillance et notions de fiabilité des convertisseurs de puissance Enseignants : B. Revol (MCF, ENS CAchan), S. Lefèbvre (PU, CNAM), P. Lefranc (MCF, SUPELEC) Prérequis : Base de l'électricité (régime transitoires, puissances et pertes), composants passifs, automatique

7 Nom de l UE7 : Stockage embarqué d'énergie EPA-07 Responsable : G. Coquery Localisation: IFP School Objectifs : Présenter les différents types de stockage d'énergie, notamment les technologies de stockage d'énergie électrique et les différentes contraintes liées à un usage embarqué dans un véhicule. Étudier leurs performances respectives et savoir les modéliser. Première partie : 12 h Électrochimie appliquée aux batteries Éléments et matériaux des batteries Technologie des batteries et performances Li Ion - NiMh Pb Acide - NiCd - Li-Polymère.../.. Piles à Combustibles. Deuxième partie : approfondissement Conditionnement / gestion des problématiques thermiques spécifiques États de charge et de décharge / état de santé de la batterie Contraintes de sécurité liées aux batteries Évolution des performances technico-économiques Super condensateur : technologie, problématiques, intégration dans la chaîne de traction et gestion de l'énergie,... Durée de vie, mode de défaillance et maintenance prédictive des éléments critiques Autres systèmes de stockage: inertiels, pneumatiques, alimentation (H2) pour pile à combustible Modélisation et simulation des batteries Système de gestion énergétiques des batteries 9 h 3 h Enseignants : G. Coquery (INRETS), P. Guillemot (Pole Mov'eo), F. Badin et V. Sauvant Moynot (IFP) Prérequis : Notions d'électrochimie de base

8 Nom de l UE8 : Transferts Thermiques Responsable : Franck ENGUEHARD EPA-08 Objectifs : Cours de base en transferts thermiques, abordant de façon pragmatique tous les modes de transfert avec deux objectifs : maîtrise des oncepts de base; approche méthodologique d'in problème concret. Contenu des enseignements (avec nb d heures) Première partie : fondamentaux Introduction aux 3 modes de transfert - 1 e bilan d'énergie en régime stationnaire - analogie électrique et limitations- ailettes les bases du rayonnement thermique ; propriétés radiatives des corps opaques et transfert radiatif conduction thermique instationnaire - physique de la diffusion analyse dimensionnelle en convection forcée externe analyse dimensionnelle en convection forcée interne analyse dimensionnelle en convection naturelle externe, éléments sur la convection naturelle interne Cours 12 h TD 12h TP Le cours s'appuie d'abord sur des exercices d'application immédiate. Le support d'enseignement est l'ouvrage : J. Taine, E. Iacona, J.P. Petit, transferts Thermiques, 4ème édition, Dunod Deuxième partie : Approfondissement La fin de l'u.e. est consacrée à des études de cas réels impliquant tous les modes de transfert, en grande partie consacrés à l'automobile Enseignants : Franck ENGUEHARD Prérequis : notions de thermodynamique (premier principe) Contrôle des connaissances : écrit

9 Nom de l UE9 : Systèmes GMP et intégration des sous systèmes Responsable : Antonio SCIARETTA Localisation: IFP School EPA-09 Objectifs : Être capable, suivant un cahier des charges d'un véhicule électrique ou hybride donné, de prédimensionner et choisir les sous systèmes et de les intégrer dans la chaîne de traction. Contenu des enseignements (avec nb d heures) Première partie : fondamentaux Méthodologie de dimensionnement et d'optimisation Modélisation et outils de simulation (nécessaires au projet) Cours TD TP 6 h Deuxième partie : approfondissement sous forme de projet 18 h A partir d'un cahier des charges (composants, prestation et cible véhicule) et d'outils de simulation système des véhicules, réalisation d'un projet complet de dimensionnement d'une chaîne de traction hybride automobile et de sa validation par itérations successives: prédimensionnement des composants par rapport aux prestations choix des composants (avec étude des technologies disponibles) élaboration de la gestion (contrôle) du système validation des prestations par rapport aux objectifs Enseignants : A. Sciarretta (IFP) et autres intervenants IFP, B. Hauet (Renault) Prérequis : UE 1 et UE 2 (obligatoires), Simulink Contrôle des connaissances : Rapport écrit et soutenance orale (en groupe d'élèves)

10 Nom de l UE10 : Comportement dynamique longitudinale du véhicule Responsable : François LOUF EPA-10 type d UE : CM/TD/TP Objectifs : Être capable de prédire le comportement dynamique longitudinal du véhicule à partir d une modélisation 1D et d outils de simulation numérique. Première partie : fondamentaux 12h Modélisation 1D du comportement dynamique Lois d évolution 1D (lois de commandes données) Deuxième partie : Approfondissement Méthodes numériques de résolution Résolution numérique à partir de logiciels type AMESIM ou SIMULINK (couplage avec l UE «Système» au niveau des TP) 4h 8h Enseignants : F. Louf (MCF), M.Poss (SDEN), F. Vangraefschepe (IFP), P. Villoslada (PSA) Prérequis : Notions de mécanique de base

11 Nom de l UE11 : Contrôle avancé du flux d'énergie dans le véhicule Responsable : Antonio SCIARETTA Localisation: IFP School EPA-11 type d UE : CM/TD/TP Objectifs : Présenter les problématiques liées à la gestion de l'énergie dans un groupe motopropulseur complexe, les techniques de synthèse et validation, les outils logiciels de développement de lois de contrôle de gestion. Première partie : Fondamentaux (problèmes et techniques) 10h 2h 3h Contrôle du groupe motopropulseur et architectures de gestion de l'énergie Méthodes d'automatique Modélisation systémique Gestionnaires de l'énergie heuristiques (+TP) Commande optimale : application hors ligne et techniques numériques Gestionnaires de l'énergie optimisés Contrôle des composants : contrôle moteur thermique, contrôle machines électriques, gestion du pack batterie, contrôle de la transmission (+TD) Deuxième partie : Approfondissement (outils) Outils logiciels pour l'optimisation hors ligne (TD) Outils logiciels pour la synthèse des lois de gestion et contrôle (TP) 3h 6h Enseignants : A. Sciarretta et intervenants IFP, Y. Chamaillard (Polytech Orléans) Prérequis : UE 9 (obligatoire), Notions d'automatique de base

12 Nom de l UE12 : Intégration véhicule Responsable : Jean LE GUEN EPA-12 Objectifs : Être capable d intégrer les composants indispensables au fonctionnement du véhicule hybride et électrique (contraintes liées à l architecture et la répartition des masses vis à vis du comportement dynamique du véhicule). Première partie : Fondamentaux Intégration des nouveaux composants, Architectures de ce type de véhicules, Comportement dynamique du véhicule et technologies de liaisons au sol existantes, Impact vis-à-vis de ces prestations et de ces technologies. 12h Deuxième partie : Approfondissement Impact des nouvelles motorisations : pour les prestations dynamiques transversales et verticales avec mise en œuvre numérique (logiciel de simulation type SIMULINK) pour les nouvelles architectures de liaison au sol avec mise en œuvre numérique (logiciel de simulation type ADAMS ou Virtual Lab) 6h 6h Enseignants : M. Chauvin, S. Gillet et J. Le Guen (ESTACA) Prérequis : Notions de mécanique de base

13 Nom de l UE13 : Ecoconception Responsable : Bernard YANNOU EPA-13 type d UE : CM/TD Objectifs : Définir les fondamentaux d une pratique d éco-conception (normes, démarche ACV, outils d évaluation environnementale) puis étendre le point de vue à la fois vers le système industriel (chaine logistique, filières de recyclage) et les clients/usagers (nouveaux modèles économiques, éco-usages) et à la fois aux technologies de l automobile (cas des composants électriques). Contenu des enseignements (avec nb d heures) Première partie : fondamentaux : Démarche, outils, contraintes, problématiques de l automobile - Les grandes pistes pour éco-innover - Les directives européennes environnementales concernant le transport : VHU, REACH, celles en préparation - La démarche d Analyse de Cycle de Vie (normes ISO 14xxx), les outils qualitatifs et quantitatifs d évaluation environnementale - Logiciels d ACV et bases de données spécialisées - Qu est-ce que l éco-conception? Quelques voies prometteuses dans l automobile. - La chaine logistique d un constructeur automobile et les filières de recyclage automobiles - Changer de modèle économique pour les constructeurs automobiles, passer du produit aux services - Notions d éco-usages dans le transport - Notion d éco-robustesse d un moyen de transport, éco-conduite, transport et éco-citoyen Deuxième partie : Approfondissement : Eco-conception de composants électriques Deuxième partie : - Les ressources énergétiques, couts et matières premières dans le contexte du génie électrique,... - Le principe de dimensionnement/optimisation des actionneurs/générateurs électromagnétiques - Application de l'éco-conception aux systèmes électromécaniques - Exemples applicatifs (sous forme de TD ou TP) Cour s TD TP 9 h 3 h h 9 h 3 h h Enseignants : Bernard YANNOU (Pr ECP) et Hamid BEN AHMED (MC HdR ENS Cahan/Ker Lann) Prérequis : Contrôle des connaissances :

14 Nom de l UE : Bureaux d études et logiciels Responsable : F. Louf EPA-14 type d UE : CM/TD/TP Spécialité : Electrification et Propulsion Automobile Objectifs : Etre capable de dimensionner à l aide d outils numériques classiques les principaux composants utilisés dans un véhicule hybride Première partie : Méthode des éléments finis 6h 6h Présentation de la méthode des éléments finis Application à la mécanique (exemples académiques) Application à la thermique (exemples académiques) Application à l électromagnétisme Deuxième partie : Mise en œuvre au niveau industriel Utilisation de codes industriels (Ansys par exemple) Etudes de cas réels complexes en mécanique Etudes de cas réels complexes en thermique Etudes de cas réels complexes en électromagnétisme 12h Enseignants : F. Louf (MC ENS Cachan), E. Hoang (Prag ENS Cachan) Prérequis : Notions de mécanique et thermique des milieux continus ; notions d électromagnétisme

15 Nom de l UE 15 : Réseaux d énergie électrique embarqués Responsable : Marc Petit EPA-15 type d UE : CM/TD Objectifs : Première partie : fondamentaux 9 h 3 h Architecture d un système embarqué pour le véhicule hydride et tout électrique Câblage : échauffement, dimensionnement et choix de solutions Gestion énergétique pour (i) le véhicule hydride et (2) tout électrique Qualité de l énergie : harmoniques, chutes de tension Deuxième partie : Approfondissement Problèmes de CEM sur un système embarqué : description et solutions possibles Stabilité de la tension des réseaux DC (réseau basse tension et de traction) Protection du réseau : méthodes de détection, organes de coupures (relais, SmartMos, fusibles) 9h 3h Enseignants : Marc Petit (SUPELEC), Prérequis : Bases d électricité, UE électronique de puissance

16 Nom de l UE16 : Réseaux de communication Responsables : R. Kocik (ESIEE), N. Pernet (IFP) EPA-16 Objectifs : - Comprendre la problématique des systèmes temps réel - Maîtriser les mécanismes fondamentaux permettant la programmation multi-tâches en temps réel - Savoir analyser le comportement temporel avec les méthodes d'ordonnancement temps réel. 20 h h 4h 1. Introduction aux systèmes temps réel (2h de cours) 2. Programmation concurrente et interactions avec l'environnement (6h cours et 4h de TP) - hors ligne - en ligne, tests de faisabilité - prise en compte des interactions entre tâches - éventuellement : extension aux systèmes distribués et/ou systèmes multimédia. 3. Algorithmes d'ordonnancement (4h de cours) Architecture pour les applications temps réels (4h) (DSP et/ou microcontrôleurs) 4. Réseaux Temps Réel (CAN et Flexray) (4h) Enseignants : R. Kocik (ESIEE), N. Pernet (IFP), R. Hamouche(ESIEE), A. Réama ESIEE), G. Pradel (ENS Cachan) et P. Varoqui (ENS Cachan) Prérequis : Contrôle des connaissances :