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Solutions virtuelles

Une solution à la fois logicielle et matérielle permet aux ingénieurs d’essais de la Scuderia Ferrari de voir ce qui se passe en temps réel dans chaque banc d’essai moteur.

Par Claudia B Flisi Photos Getty Images, Kwok-Keung Cheng

Automobile Maintenance conditionnelle Services en ligne

En bref

Ferrari

Création : 1929 (historiquement), 1947 (construction automobile).

Direction : Sergio Marchionne, président ; Amedeo Felisa, administrateur délégué.

Situation géographique : Maranello, près de Modène, en Italie.

Propriétaire : Fiat Chrysler Automobiles (90 %) et Piero Ferrari (10 %).

Lignes de produits : voitures de course et de sport.

Production : > 7 000 unités.

Chiffre d’affaires : 2,5  milliards d’euros.

www.ferrari.com

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Laura Baracco, Laura.Baracco@skf.com

Un pur-sang peut gagner une course d’une encolure, mais les fougueux chevaux de la Scuderia Ferrari doivent faire mieux, surtout en ce moment. Les règles techniques des courses de Formule 1 ont changé radicalement avant la saison 2014 et la moindre fraction de seconde d’avantage est plus décisive que jamais pour assurer la victoire.

Ces modifications fondamentales ont ­incité l’écurie italienne à restructurer et à ­moderniser les bancs d’essai de ses moteurs à Maranello. Auparavant, ces bancs n’étaient pas tous équipés de systèmes dédiés pour contrôler en ­continu le comportement vibratoire des transmissions, pas plus qu’ils n’étaient intégrés à une unique plate­forme informatique. Seules les données basses fréquences étaient disponibles en ligne sur le système de télémétrie de Ferrari. La capacité de post-traitement en temps réel était limitée. « Il fallait se rendre dans chaque banc d’essai pour voir ce qui s’y passait, explique Mario Kuluridis, chef d’équipe aux installations d’essai développement mécanique et hydraulique au service essais unités de puissance à la Scuderia Ferrari. On ne pouvait pas vérifier sur ordinateur les données hautes fréquences en temps réel. La résolution des problèmes prenait trop de temps et on ne pouvait pas faire de prévisions sur la durée de vie des composants en se basant sur les tendances indiquées par les mesures. »

En 2011, ces défauts, en particulier le manque d’intégration, poussent l’équipe à chercher d’autres systèmes de surveillance. SKF est dans la boucle car les deux entreprises sont partenaires depuis 1947. Il s’agit d’une des plus anciennes alliances de l’histoire de la F1.

La Scuderia étudie les solutions disponibles sur le marché et les solutions développées en interne avant de décider que la plateforme SKF IMx, avec le logiciel SKF @ptitude Observer, représente un bon point de départ. SKF IMx est un système pour la surveillance continue, la protection des équipements et la planification de la maintenance en temps réel – caractéristiques recherchées par les ingénieurs de Maranello.

Toutefois, il faut l’adapter aux besoins particuliers de l’équipe. « Le fait que SKF est un partenaire et un sponsor officiel était un gage de l’accompagnement technique qu’il pouvait offrir pour adapter le système à nos besoins », souligne Mario Kuluridis.

L’ambition de l’écurie Ferrari est de disposer d’un système intégré et sans fil avec contrôle d’éléments individuels pendant les essais de détection des vibrations des moteurs sous hautes fréquences. La préparation du SKF IMx-T à cette fin est en cours lorsque la modification des règles techniques est annoncée en 2014, accélérant le besoin de moderniser les bancs d’essai et les complexifiant. Les moteurs deviennent des « unités de puissance » aux multiples composants, la technologie ERS (système de récupération de l’énergie) un facteur décisif, et la fiabilité extrêmement déterminante pour les performances globales.

La plateforme SKF IMx standard a été conçue notamment pour le secteur éolien, elle n’a pas été créée pour traiter le volume de données, le nombre de canaux et la somme de calculs à la vitesse demandée par Ferrari. Il faut donc mettre au point une nouvelle solution à la fois logicielle et matérielle.

Cette solution « virtuelle » ne serait pas autonome, mais plutôt un ajout au IMx-T, et complètement intégrée au logiciel SKF @ptitude Observer.

Aujourd’hui, la plateforme installée traite jusqu’à 100 000 observations par seconde. Elle est capable de gérer des analyses complexes et d’envoyer les résultats au système de télémétrie, permettant aux ingénieurs de développement de vérifier en ligne l’état des moteurs testés. La vitesse de calcul et du transfert des données est également vitale en raison du volume très conséquent d’informations. Le logiciel SKF @ptitude Observer résume les observations en résultats gérables 10 à 20 fois par seconde. Ceci respecte le souhait exprimé par l’équipe – « des résultats, pas des données » – fait remarquer Mario Kuluridis.

La plateforme est en service dans les bancs d’essai moteurs de la Scuderia depuis 2013. Ses avantages sont nombreux, estiment les ­ingénieurs d’essai. Son intégration permet à chacun de voir sur un terminal ce qui se passe en temps réel dans chaque banc. En développant des procédures d’analyse et des diagnostics dédiés, elle est capable d’identifier et de régler des problèmes potentiels avant qu’ils ne se transforment en pannes coûteuses. Les temps d’arrêt ont été réduits.

Tout dommage pouvant provoquer la défaillance de composants de la transmission ou, dans le pire des cas, du moteur testé, l’anticipation des problèmes améliore l’efficacité. « Nous pouvons intervenir avant qu’un dommage survienne. Il nous suffit de changer la pièce qui pose problème et de reprendre immédiatement. Cela réduit les temps d’arrêt et les dommages. Notre efficacité s’est améliorée de manière quantifiable. »

@ptitude est une marque déposée du Groupe SKF.


Le nouveau règlement technique 2014 de la F1

Le journaliste sportif de la BBC Andrew Benson estime que 2014 a été marquée par « la modification du règlement la plus radicale de toute l’histoire de la F1 ». Ces changements portent sur le déroulement de la course, la conception des voitures et leur technologie. Dans ce dernier cas, le moteur V8 atmosphérique de 2,4 l adopté en 2006 est remplacé par un moteur à turbocompresseur V6 de 1,6 l.

Le terme « moteur » est remplacé par « unité de puissance » (power unit). Chaque écurie ne pourra disposer que de cinq moteurs par saison et chacun devra rouler au moins 4 000 km. Le carburant est limité à 100 kg par course (soit environ 130 litres) et le débit est plafonné à 100 litres l’heure à plus de 12 000 tr/min. Par contraste, les écuries consommaient environ 150 kg de carburant par course en 2013, quand le débit ou la consommation n’étaient pas restreints.

Ces limites sont plus que compensées par la technologie ERS (système de récupération de l’énergie). Celle-ci n’est pas nouvelle. Depuis des années, le système KERS installé sur l’essieu arrière récupère l’énergie cinétique générée par le freinage. Stockée dans des batteries, cette énergie peut être réutilisée pendant l’accélération et apporter un supplément de puissance de 120 kW pendant 30 secondes par tour. Cette allocation est le double de celle en vigueur avant 2014, soit 60 kW et pendant 6,7 secondes par tour.

Autre nouveauté 2014, le deuxième moteur électrique directement lié au turbo : il récupère l’énergie qui, sinon, se dissiperait sous forme de chaleur. Aucune limite n’est imposée et l’énergie peut être stockée dans des batteries ou utilisée en phase d’accélération.


La solution « virtuelle »  SKF

SKF a mis au point une solution « virtuelle » pour gérer le volume et la vitesse des données transitant par la plateforme SKF IMx chez la Scuderia Ferrari (le terme « virtuelle » n’est pas tout à fait adapté étant donné que la solution est tout autant matérielle que logicielle). L’écurie italienne souhaitait acquérir un équipement qui serait intégré au matériel déjà en place de la plateforme et commandé par le même logiciel.

La solution est « virtuelle » car l’opérateur n’a pas à ouvrir un second logiciel ou entrer des instructions sur un deuxième appareil pour configurer les mesures et afficher les résultats. Ferrari voulait éviter cette complication supplémentaire.

La plateforme standard SKF IMx intègre 16 capteurs et algorithmes basés sur des cycles de six mois ou d’un an. La Scuderia était à la recherche d’un système évolutif avec mises à jour hebdomadaires ou bimensuelles, intégrant jusqu’à 30 capteurs supplémentaires et capable de gérer des calculs de routine dans des délais très courts.

L’information récoltée permet à l’écurie d’intervenir si elle pressent des problèmes et de modifier un composant avant la survenue d’une avarie.

Le pilote allemand Sebastian Vettel et sa Ferrari pendant les derniers essais du Grand Prix de Bahreïn en avril 2015.  Le Finlandais Kimi Räikkönen au volant pendant un changement de pneumatiques aux essais d’hiver sur le circuit de Barcelone-Catalogne à Montmeló, en Espagne. Sebastian Vettel jubilant à l’approche du paddock après sa victoire au Grand Prix de Hongrie au Hungaroring près de Budapest le 26 juillet 2015. Mario Kuluridis, chef d’équipe aux installations d’essai développement mécanique et hydraulique au service essais unités de puissance à la Scuderia Ferrari.

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