Cahier des charges provisoire

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1 Cahier des charges provisoire Projet VeHyB Historique du document VERSION DATE REDACTEUR(s) MODIFICATIONS 1 8 SEPTEMBRE 2011 Tous Création du document 2 15 SEPTEMBRE 2011 JM Mise en forme et mises à jour 3 29 SEPTEMBRE 2011 JM Mise à jour selon remarques de M.Bouquain 1

2 SOMMAIRE SOMMAIRE... 2 GENERALITES Description du projet Objectifs Positionnement du projet Organisation... 4 SPECIFICATIONS TECHNIQUES Description fonctionnelle du véhicule Description technique : Pôle Energie Description technique : Electronique et Informatique Industrielle Description fonctionnelle : Gestion de projet Communication

3 GENERALITES 1.1 Description du projet Ce projet a pour but le développement et la conception d un véhicule hybride. Il sera mené par différentes équipes appartenant à la promotion 2009 Génie Electrique par apprentissage de l école d ingénieurs UTBM. L enjeu ici est de créer une voiture hybride autonome à partir d un châssis fourni par la société Little Car, en mettant en œuvre différentes technologies : - Batteries Lithium Ion ; - Groupe Electrogène ; - Pile à combustible ; - Super condensateurs A la vue des délais accordés, à savoir la finalisation de la voiture pour mi-janvier 2012, voici les principaux travaux qui seront réalisés : - Gestion de l énergie hybride ; - Mise en place de l électronique embraquée ; - Dimensionnement et simulation du fonctionnement du véhicule ; - Gestion et dimensionnement des batteries ; - Choix et intégration d un groupe électrogène. Une équipe de gestion de projet et communication viendra s ajouter aux équipes techniques afin de veiller au respect des délais et de mettre en place l organisation nécessaire à sa réussite. 1.2 Objectifs L objectif de ce projet est d apporter une plus grande autonomie au véhicule électrique de base, en permettant la recharge des batteries via un groupe électrogène. Par la suite, le groupe électrogène devra céder sa place à différentes technologies, il s agit ici d un système de rack permettant un remplacement facile sans modifications sur la voiture tant au niveau de sa structure qu au niveau de la gestion de l énergie. 3

4 1.3 Positionnement du projet Ce projet s inscrit dans le contexte actuel de la recherche vers des systèmes moins polluants et économes en énergie. L énergie électrique est aujourd hui une énergie en plein développement qui devrait à long terme remplacer dans la mesure du possible les carburants d aujourd hui. Le projet VeHyB est un projet de fin d étude qui entre parfaitement dans le cadre d une formation d ingénieur. Il permettra à chacun des acteurs de développer son sens du travail en équipe, son autonomie ainsi que ses connaissances techniques. Ainsi il constituera à l avenir un exemple des missions qui peuvent être confiées à un ingénieur, et sera un exemple de la technologie qui fera partie de notre quotidien dans quelques années. 1.4 Organisation Trois pôles de compétences ont été mis en place afin de mener à bien ce projet. Selon son avancement, les personnes présentes dans chaque équipe projet seront amenées à travailler sur d autres sujets afin que la répartition du travail soit homogène. Energie Dimensionnement du groupe électrogène et du lot batterie Intègration des éléments mécaniques Gestion d'énergie Communication Gestion de projet Mise en place organisation projet Sponsoring Réalisation des différrents livrables Site internet Electronique Informatique industrielle Interfaçage Programmation Communication réseau Schématique électrique 4

5 Organigramme projet : 5

6 SPECIFICATIONS TECHNIQUES 2.1 Description fonctionnelle du véhicule L architecture du véhicule est une architecture hybride série, illustrée ci-dessous : Génératrice Moteur thermique Transmission Moteur électrique Convertisseur de puissance Batterie Le véhicule doit répondre à plusieurs modes fonctionnement dont les principaux sont décrits cidessous : Démarrage - Via les batteries Vitesse élevée ou forte accélération - Puissance apportée via batteries et le moteur thermique Vitesse stabilisée + Recharge - Le moteur tehermique alimente le moteur électrique et recharge les batteries Freinage récupératif - Le moteur thermique est coupé (ou mis au ralenti) - Le moteur de traction fonctionne en génératrice et recharge la batterie 6

7 2.2 Description technique : Pôle Energie Solution choisie pour le Groupe Electrogène: Groupe électrogène avec convertisseur AC/DC Figure 1 : Synoptique en 3D Equipements du G.E. : 1 bac de rétention (3mm d épaisseur) 1 plaque d aluminium (5 mm d épaisseur) 2 glissières forte charge 2 prises harting 1 groupe électrogène 1 convertisseur AC/DC Figure 2 : Synoptique vue de face Descriptif partie Groupe Electrogène : Le groupe électrogène sera recouvert d un caisson antibruit, afin de respecter l arrêté du 13 avril 1972 relatif au bruit des véhicules automobiles. Le groupe et son caisson seront placés dans un bac de rétention, lui-même fixé sur une plaque de support en aluminium de 5 mm d épaisseur. Deux glissières forte charge seront fixées sur une plaque en aluminium, elle-même fixée au-dessus du composite du véhicule. Ces glissières permettront de retirer la plaque de support où se trouve le groupe électrogène pour la maintenance ou toutes autres raisons, comme le remplacement de ce tiroir énergétiquement par un autre (Pile à Combustible par exemple). Les glissières doivent sortir quasi complètement pour permettre de retirer la plaque du groupe électrogène avec ses composants annexes. Une glissière en butée sera choisie en dernier recours. 7

8 Afin de simplifier la maintenance sur le groupe, une prise de connexion de type harting de situera entre le groupe et l électronique de puissance. Dans cette même optique, une seconde prise sera positionnée entre l électronique de puissance et les batteries du véhicule. Des protections thermiques seront mises en place pour le groupe électrogène, les câbles et le convertisseur. Les câbles seront dimensionnés selon l intensité à laquelle ils seront soumis. Tous les conducteurs actifs seront isolés (double isolation car U>60 Vdc) afin de répondre aux normes de sécurité. La carrosserie du véhicule sera sujette à des modifications afin de répondre au futur besoin de maintenance du groupe électrogène (voir figure 3). Figure 3 : Nouvelle carrosserie Caractéristiques du G.E. : Alimentation : 240 VAC ou 120 VAC (sera redressée par nos soins) Puissance : min 6 kw, max 7,5 kw Démarrage : électrique Niveau sonore max : 74 dba Carburant : essence (de préférence) Autonomie minimum : 2 heures Dimensions max : L 100 x l 110 x h 85 (cm) Poids max : 160 kg (réservoir compris) Descriptif partie Batteries : Les batteries devront alimenter le moteur de traction, puis via un convertisseur DC/DC les microcontrôleurs et les différents équipements de la voiture (feux, clignotants, etc.). Un système de 8

9 gestion de batterie (BMS) sera connecté aux batteries afin de gérer les divers paramètres permettant de prolonger la durée de vie des batteries et d assurer un fonctionnement sécuritaire. Grâce à ce système, les batteries seront bien équilibrées lors de la charge, afin qu elles atteignent toutes la même tension en fin de charge. Des protections seront mise en place pour les batteries, les câbles et le convertisseur. Les câbles seront dimensionnés selon l intensité à laquelle ils seront soumis. Tous les conducteurs actifs seront isolés afin de répondre aux normes de sécurité. Equipements pour les Batteries: L ensemble de batterie Lithium Fer ; Un chargeur de batterie réseau (Plug in) ; Un système de contrôle : BMS (Batteries Management Système), permettant en toute sécurité, d optimiser la charge des cellules ; Un contacteur, des protections électriques et interrupteur sectionneur ; Un convertisseur statique DC/DC permettant d alimenter l électronique correspondant aux auxiliaires du véhicule en 12V DC ; L ensemble des raccordements sur le bus continu. Caractéristiques des Batteries : Autonomie minimum : 30 min Informations récupérées par le BMS : Tension et courant du bus continu au niveau de la batterie ; Températures des cellules ; Informations TOR : sécurité tension batteries (<2.5V) Normes : Norme européenne d'émission Euro 4 ; Arrêté du 13 avril 1972 relatif au bruit des véhicules automobiles. 9

10 Liaison série RS232 Liaison SPI E/S TOR et analogique E/S TOR et analogique Bus CANopen Projet VeHyB 2.3 Description technique : Electronique et Informatique Industrielle L organisation structurelle des périphériques est proche de celle d une voiture moderne en utilisant le principe du réseau multiplexé multi-maitre. Chaque microcontrôleur est chargé de gérer indépendamment un certain nombre d organes. Le PIC Master intégrera quelques fonctions logiques qui nécessitent de prendre en compte les informations présentes dans plusieurs autres contrôleurs. Cela étant dit il est aussi possible que tous les contrôleurs soient libres de décision en fonction des informations reçues par tous les autres contrôleurs. Onduleur Conv AC/DC GE BMS GPS PC Liaison série RS232 Liaison HF CANopen <-> CAN 120Ω IHM PIC18 GE PIC18 BMS PIC18 GPS PIC18 Master Liaison série RS Ω Bus CAN - 125kb/s Figure 4 Nouvelle organisation structurelle des éléments pilotant Description de l avancement par Lot/Organe Interface CanOpen pour l onduleur Il a été décidé d utiliser une interface CanOpen-Can au lieu d une Can-RS232. L intérêt est de pouvoir l insérer sur le bus CAN et ainsi supprimer une liaison RS232. Les personnes chargées de mettre en place l interface sont B. Christophe et Fabien. H. IHM Le groupe a reçu la documentation sur l afficheur 7 sur bus CAN qui sera utilisé. La personne chargée de le mettre en place est H. Fabien. Dans un premier temps l afficheur sera développé en simulation sur PC. 10

11 Lot GE et Convertisseur Une platine PIC 18F de TP sera mise en place pour contrôler le GE et les convertisseurs. Aucune étude n a encore été faite concernant la partie électronique mise à part l interfaçage pour la mise en place de la platine PIC sur bus CAN (identique à interface carte maitre PIC32). A fortiori, une carte fille sera à réaliser comprenant quelques composants, un SUB-D9 pour bus CAN et des relais de pilotage de GE. Lot Batterie BMS Après entretien avec Thibaud Lejeune (groupe Energie) il a été convenu qu il se chargera de la recherche du matériel (BMS, batterie, câblage, platine contrôleur si possible). Benoit W. est en chargé de fournir une aide pour la partie contrôleur maître BMS. La gestion et l étude des batteries restent à la charge du groupe Energie. L équipe BMS n a pas été en mesure ne nous affirmer avec certitude s il est nécessaire de réaliser la carte maître BMS ou si elle sera fournie. Dans se dernier cas, seul une retouche du programme pour intégrer la carte aux réseaux CAN est à prévoir. GPS (rôle secondaire) Dans un premier temps le GPS sera connecté via RS232 à une platine TP PIC18F afin de l interfacer sur le bus CAN. Dans un second temps le PIC32 maitre sera en charge de l accueillir. Responsable : Benoit W. Master BUS CAN Le choix d une platine de développement explorer 16 et d un PIC32MX795 est toujours d actualité. Cette platine comporte un afficheur 2x16 caractères, 4 boutons, 6 leds et un potentiomètre. Le PIC32 permet d utiliser un environnement multitâche temps réel développé par la société de David B. en charge de cette partie. Une carte fille est à réaliser comportant des interfaces RS232 et CAN. Un programmateur type ICD3 ou PIC-KIT3 est à commander. Liaison HF (rôle secondaire) Nomenclature des composants et étude sommaire réalisées. Responsable : Benoit W. Supervision PC Afin de faciliter la réalisation d une supervision sur un PC il a été décidé d utiliser le logiciel Labview. Julie M. c est proposé de réaliser cette partie en collaboration avec Benoit W. Le master PIC 32 communiquera via RS232 avec le PC (via aussi la liaison HF). Planning provisoire Les temps peuvent facilement être multipliés par deux. S38 Benoit : réalisation nomenclature matérielle. David : réalisation nomenclature matérielle. Fabien : Afficheur sur CAN, commande interface CANOpen Christophe : Etude Interface CANOpen ; étude carte PIC18F pour lot GE S39 Benoit : réalisation nomenclature matérielle / Etude BMS David : réalisation nomenclature matérielle. / Etude Master PIC 32 Fabien : Afficheur sur CAN Christophe : étude carte PIC18F pour lot GE 11

12 S40 Benoit : réalisation nomenclature matérielle / Etude BMS David : réalisation nomenclature matérielle. / Etude Master PIC 32 Fabien : Afficheur sur CAN Christophe : étude carte PIC18F pour lot GE / Teste de mise en place interface CANOpen S41 Benoit : réalisation cartes filles/gps/hf/bms David : réalisation carte filles Master PIC32 Fabien : Afficheur sur CAN Christophe : réalisation carte fille pour GE S42 Tous : Programmation 2.4 Description fonctionnelle : Gestion de projet Communication Présenter la section à travers un projet qui est un véhicule hybride Servir de relais entre les différentes équipes Réaliser la promotion du projet (interne/externe) Réduire les coûts globaux du projet grâce au sponsoring Présenter les équipes de réalisation Avoir un moyen de communication entre les membres projet Les cibles : L équipe L ensemble des étudiants/enseignants de l UTBM/CFAI Les sponsors Nos entreprises Ouverture vers les particuliers à travers le site internet L équipe : L équipe est composée 3 personnes, selon les charges de travail, pour sa réalisation : Geoffrey Goetz, Nicolas Marra et Thomas Deschler. L équipe sera en constante relation avec le chef de projet Julie Mantion pour une bonne réalisation ainsi qu avec le reste de l équipe pour pouvoir partager un maximum d informations. Les lieux de diffusion : Sur les sites de l UTBM/CFAI Nos entreprises Les sites des sponsors Un site web 12

13 Les principaux éléments à réaliser : Logo Flyers Plaquette de présentation Design des tee-shirts Sponsoring Vidéo de présentation Communication interne et externe Site internet Création du logo Le logo peut être composé soit de texte, soit de texte et d images. Le but est de représenter le plus fidèlement possible notre projet et notre section. Le nom du projet devra apparaître dans le logo sous forme entière ou abrégée. Le choix des couleurs et du format est indéterminé mais le logo doit être attractif et dynamique. Réalisation des flyers Au total 2 flyers différents seront réalisés : Pour les sponsors Pour la présentation du projet Les flyers devront contenir : les dates du projet les renseignements utiles les contacts l adresse du site web les différents logos des partenaires Ces flyers sont destinés à la communication externe avec pour objectif de présenter le projet et de susciter l intérêt et la curiosité. Le format reste encore à définir. Conception de la plaquette de présentation La plaquette de présentation a pour but d illustrer et d accompagner le véhicule. Elle devra posséder plusieurs éléments afin de mettre en valeur le projet. On y trouve une photo finale du projet permettant de le visualiser, une description sommaire et les objectifs visés. Différents logos seront également présents. Le support reste encore à déterminer mais sera certainement de type A1. Design des tee-shirts La réalisation de tee-shirts floqués pour les membres de l équipe s installe dans une démarche de marketing. L objectif est de promouvoir le projet et donc d en faire la publicité. Le tee-shirt sera floqué du nom de l équipe, du nom du projet ainsi que du logo. Le design et la coupe sont encore indéfinis. Sponsoring Il s agit de rechercher des sponsors. La première étape étant de démarcher directement les entreprises des apprentis. On pourra également mettre en place un sponsoring via nos fournisseurs. En effet contre des réductions sur le matériel commandé nous pourrons leurs réservé un emplacement pour leurs logos sur le véhicule hybride et la plaquette de présentation. La dernière phase consiste à solliciter les entreprise locales, telle que PSA, GE ou Alstom. 13

14 Vidéo de présentation du projet La vidéo de présentation du projet sera disponible sur le site internet. Sa réalisation se fera tout au long de l avancement du projet. Elle devra présenter : Le projet dans son ensemble Les différentes équipes du projet Le déroulement du projet La formation par alternance Communication interne/externe Une communication interne hebdomadaire sera faite via un support écrit et le site internet. Elle est destiné à tenir informer les apprentis de l avancement de chaque groupe et des dernières recommandations. La communication externe sera faite via les différents supports exposés précédemment. Le site web Spécifications générales du site web Interface Le site web devra garder sur chacune de ses pages une présentation identique. L interface graphique sera ainsi plus lisible et gardera les mêmes liens au même endroit sur chaque page. La structure de cette interface sera ainsi : Selon les quantités d informations à partager, le nombre de zones de navigations sera de 1 ou 2. Dans le cas où une seule zone est conservée, le choix de celle de gauche ou de droite n est pas encore défini. 14

15 Organisation du contenu Présentation du projet Introduction du projet But du projet Présentation détaillée du projet Résultats obtenus Les caractéristiques techniques Présentation des équipes Organigramme de l équipe Présentation de chaque équipe avec photos Travaux effectués par chaque équipe Présentation de l école Présentation de l UTBM Présentation du CFAI Présentation de la formation Les partenaires Logos des partenaires du projet Newsletter Les comptes rendus des réunions Les résultats de la semaine réalisée Les objectifs de la semaine à venir Avancement du projet Album Photos Vidéo Création d un album photos Vidéo de présentation Contact Zone pour pouvoir contacter les gérants du site pour des renseignements ou des questions Forum Forum de discutions réservé aux membres pour pouvoir exposer les problèmes rencontrés et s entraider Compteur de visite Compteur de visite pour le suivi et l évolution du site Planning Planning prévisionnel général du projet Planning prévisionnel par équipe Téléchargement Zone de téléchargement pour les membres 15

16 Utilisation du site internet Présentation par type d utilisateur Présentation des accès pour les différents types de personnes accédant au site. Non Membre Membre Admin Exploration du site Contact par mail Accès au téléchargement Forum Photos - Vidéos NewsLetter Modifier le planning Visualisation du planning Gérer les contenus Gérer les mises à jour Créer des messages Consulter les statistiques Gestion de la section membres Accès et protection Le site doit être protégé et sécurisé pour éviter tout risque de piratage et/ou d intrusion. Une sauvegarde devra être prévue de manière hebdomadaire pour éviter les pertes de données importantes en cas de problème au niveau du site, de l hébergeur ou autre. Les accès aux différentes informations seront définis par groupe de travail. Chaque utilisateur se verra attribué des droits afin de pouvoir modifier certains éléments du site. L administration de ces droits sera dépendant des fonctions de la personne et du rôle qu il devra avoir sur le site. Le site devra être accessible avec les différents navigateurs internet, soit Internet Explorer, Mozilla Firefox, Google Chrome, Opera et Safari. Hébergement Le site sera hébergé sur le domaine free. L hébergeur gratuit permet un espace de 10 Go avec la possibilité de développement en PHP4 et 5 et une base de données MYSQL ou PostgreSQL. Outil de réalisation Le site sera réalisé à l aide de l outil Guppy. Il s agit d un portail web relativement simple sans base de données. Les codes utilisés sont en PHP. 16

17 Planning prévisionnelle «Communication» Rédaction CdC Logo Flyers Plaquette de présentation tee-shirts Sponsoring Vidéo de présentation Site internet septembre octobre novembre décembre janvier S 36 S 37 S 38 S 39 S 40 S 41 S 42 S 43 S 44 S 45 S 46 S 47 S 48 S 49 S 50 S 51 S 52 S 1 S 2 S 3 17