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Les enjeux de la reconception multi-matériauxdes structures automobiles : contraintes et perspectives
Innov’Day10/12/2015
Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/20151
Sommaire
oIntroduction
oComment fait-on une voiture? Description du besoin
oComment fait-on une voiture? Les prestations
oComment fait-on une voiture? Les contraintes
oComment fait-on une voiture? La conception
oL’approche multi-matériaux
oBilan et perspectives
oConclusion
2Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
Introduction
La conception d’une voiture est toujours le résultat d’un fragile équilibre entre ce
qu’on aimerait faire et ce que l’on est capable de faire pour:
-pouvoir la produire, la vendre et en tirer du profit dans la durée
-la différencier de la concurrence pour donner envie aux clients
-respecter les souhaits et les besoins des clients de chaque plaque
-proposer un produit robuste et fiable
-respecter et anticiper les contextes réglementaires et consuméristes
-Et différencier nos trois marques pour en garantir l’attractivité et la
complémentarité
3Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
4Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
5Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
6Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
Comment fait-on une voiture: le besoin
7Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
S’il te plaît, dessineS’il te plaît, dessineS’il te plaît, dessineS’il te plaît, dessine----moi une voiture moi une voiture moi une voiture moi une voiture
Comment fait-on une voiture: le besoin
oUn compromis difficile: la convergence de visions souvent contradictoires
8Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
Le chef de projet marketing Le styliste L’aérodynamicien
L’ingénieur dynamique route L’ingénieur sécurité passiveL’ingénieur sécurité passive
Le responsable coût
Comment fait-on une voiture: le résultat?
9Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
Comment fait-on une voiture: les prestations
10Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oUn compromis difficile: gérer les conflits inter prestations et viser le meilleur équilibre possible
o L’architecture:
o Dimensions générales:
o Cotes hors tout: impact direct sur la trainée aérodynamique (SCx)
o Habitabilité et volume de chargement : 208 = 207 – 7cm mais coffre + 15l
o Visibilité
o Accessibilité
o Style esthétique:
o Pouvoir interpréter le rêve du styliste pour le
rendre faisable et rentable
207: SCx =0, 675 208: SCx = 0,61
Comment fait-on une voiture: les prestations
11Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oUn compromis difficile: gérer les conflits inter prestations et viser le meilleur équilibre possible
o Le comportement dynamique du véhicule:
o Freinage: son dimensionnement est directement induit par la masse du véhicule
o Performances dynamiques: dépendent à la fois des performances du GMP mais aussi de la masse du véhicule
o Accélération
o Changement d’allure
o Reprise
o Vmax
o Aptitude en côte
o Consommation / émissions: dépend de la masse et des frottements mécaniques et aérodynamiques du véhicule
o Tenue de route
o Agrément de conduite
o Capacité à remorquer: dimensionnant pour la structure du véhicule
Comment fait-on une voiture: les prestations
12Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oUn compromis difficile: gérer les conflits inter prestations et viser le meilleur équilibre possible
o Le confort et la vie à bord:
o Postural
o Acoustique
o Thermique
o La qualité de l’air
o Esthétique et bien-être à bord:
Choix des matériaux
o Tenue en service:
o Durabilité
o Fiabilité
o Entretien maintenance réparabilité
Concept Peugeot FRACTAL
Comment fait-on une voiture: les contraintes
13Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLes contraintes externes
o La réglementation, en particulier:
o Sécurité primaire
o Des exemples: visibilité , rétrovision, systèmes de sécurité active (ex: AFU, ESP,…)
o Sécurité secondaire: comportement aux chocs grande vitesse
o Les émissions: CAFE (CO2), Euro6 (NOX)
o La CEM
o Recyclage et revalorisation en fin de vie: 95% du véhicule au minimum
o Les recommandations, exemples:
o Réparabilité choc basse vitesse (organismes d’assurances: Danner)
o Tenue à l’effraction (organismes d’assurances: Thatcham)
Réglementation sur les émissions de CO2: CAFE
14Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
Comment fait-on une voiture: les contraintes
15Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLes contraintes externes
o Le consumérisme
En particulier pour PSA: L’EuroNCAP, le ChinaNCAP et le LatinNCAP
Comment fait-on une voiture: les contraintes
16Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLes contraintes externes
o Le consumérisme
o Par rapport aux exigences réglementaires en sécurité secondaire, il s’agit d’exigences supplémentaires imposées par des organismes de consommateurs, les tests sont sévérisés
Comment fait-on une voiture: les contraintes
17Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLes contraintes internes
o La fabrication:
o Politique plateforme de PSA
o Politique organes de PSA: GMP, organes mécaniques
o Politique modulaire de PSA
o Schéma industriel: usine de référence
o Points de passage obligé: le ferrage et la peinture
o Coûts de production maîtrisés
Nouvelle Plateforme EMP2
Comment fait-on une voiture: les contraintes
18Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLes contraintes internes
o Le schéma de développement: basé sur une tradition de conception acier
o Durée
o Intensité: prévision des dépenses ponctuelles
o Les référentiels de conception
o Pas de protos: on valide directement sur les préséries
o Le prix: objectifs de PRF drastiques pour assurer la rentabilité du projet
Comment fait-on une voiture: la conception
19Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLe cycle de développement
Comment fait-on une voiture: la conception
20Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oUne amélioration permanente en jouant sur tous les leviers
L’approche multimatériaux
21Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
L’approche multimatériaux
22Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLe point de départ
o La conception acier
Structure 308, environ 400 composants
L’approche multimatériaux
23Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLe point de départ
o Des performances que nous savons prédire en conception acier = référence
o Une approche globale sur un modèle complet
L’approche multimatériaux
24Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oUne approche sous-système totalement nouvelle pour PSA
L’approche multimatériaux
25Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oUne approche sous-système totalement nouvelle:
Le découpage de la bête…o En composants élémentaires, ex: renfort de porte, cuvette de
roue de secours, triangle de suspension, ressort
o Ou en sous-systèmes, ex: plancher composite, lame de suspension composite, jambe de force composite
Les interactions et la contribution avec le reste du véhicule sont à redéfinir
Cuvette de RS EMP2
Train lame composite
Jambe de force compositePlancher central composite
Ressort compositeRenfort de porte
Triangle composite
L’approche multimatériaux
26Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oUne approche sous-système totalement nouvelle:
Induit la nécessité d’isoler le sous-système et impose de…
o Définir les données d’entrée physiques:
o Valeurs d’efforts:
o Dynamique grande vitesse (chocs)
o Sollicitations en service, efforts exceptionnels,
endurance, fatigue
o Sollicitations acoustiques et vibratoires
o L’environnement: ambiance dans laquelle il est plongé (thermique, agressions, CEM…) sur véhicule et dans l’usine (passage en peinture O/N? Aspect classe A O/N?...)
Banc d’endurance train
Plancher composite véhicule 2L/100
Démonstrateurs 2L/100 (Mondial de Paris 2014)
L’approche multimatériaux
27Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
Cas de
chargement
Modèle
numérique
Modèle
physique
oUne approche sous-système totalement nouvelle:
Induit la nécessité d’isoler le sous-système …
o Définir les interfaces fonctionnelles avec le reste du véhicule:
o En partant de l’existant
o En interprétant et en adaptant
o En tenant compte des interactions qui changent
(ex: dilatation différentielle, réponses acoustiques…)
En résumé il s’agit de définir le CDC fonctionnel du sous-système
L’approche multimatériaux
28Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oUne approche sous-système totalement nouvelle:
Induit la nécessité de maîtriser la conception et la modélisation du sous-système…
o Définir les données d’entrée matériaux:
o Cartes matériaux
o Conception, modélisation, simulation
o Construire les modèles
o Corréler essais calculs
Choc poteau
oUne approche sous-système totalement nouvelle:
et impose de…
o Définir les interfaces techniques:
o Mode(s) d’assemblage(s)
o Conditions d’assemblage avec l’environnement, fixations des organes et composants (ex: sièges)
o Evaluer l’impact sur le process industriel:
o Introduction en ligne: au ferrage, au montage
o Technologie d’assemblage
En résumé il s’agit de définir un nouveau schéma industriel
L’approche multimatériaux
29Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
Assemblage
Collage vissage du plancher
Bilan et perspectives
30Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLes prérequis
o Pouvoir disposer des premiers couples matrice-renfort bien identifiés en termes de faisabilité produit-process
o Nécessité de disposer des cartes matériaux en paramètres RADIOSS en statique ETen dynamique
o Avoir des procédés d’assemblage validés
Bilan et perspectives
31Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oUn plan de travail engagé depuis plus de six ans:
o Sur les trois axes:
o Matériaux, procédés, assemblages
o Conception, simulation
o Industriel
o Une démarche progressive et sur plusieurs échelles de temps:
o Études de solutions plug and play, ex: le renfort de porte développé avec la
matière DuPont. Etude entièrement menée en interne
o Solutions de substitution imposées par le respect du process, ex: le plancher
composite développé avec PO. Il s’agit d’une reconception composite
approfondie
o Travaux de reconception en rupture, ex: le train lame composite avec
HUTCHINSON
o Les projets: en tant qu’acteur ou partenaire, ex: FASTLITE (ex: COMPOFAST,…),
IRTs
Bilan et perspectives
32Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oPour amorcer la démarche, nous avons volontairement écarté
o La dissipation d’énergie par ruine:
o On ne sait pas encore la modéliser
o On ne sait pas en prédire la robustesse
o En cas de choc, notre stratégie est encore de préserver l’intégrité de la structure
o Pas de classe A en carrosserie
o Nous avons ciblé des zones non visibles en nous concentrant sur l’étude d’éléments et de sous-systèmes structuraux de la caisse et des ouvrants
o Passage en peinture trop coûteux
Bilan et perspectives
33Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLes acquis: des avancées importantes
o Dans la connaissance des stratifiés: les chimies, les renforts, les procédés
o Dans la compréhension des comportements
o Dans la conception la modélisation et le dimensionnement
o Sélection des technologies de référence à coût maîtrisé: SMC, thermo estampage, RTM TD et TP, pultrusion TD et TP (y/c réactive)
oMais il y encore beaucoup de travail
o Pour améliorer la prédictibilité des modèles (produit et procédé)
o Pour couvrir toutes les prestations (ex: acoustique, CEM)
o Pour sélectionner et valider les technologies d’assemblage
o Pour sélectionner les 3 ou 4 solutions de référence
o Pour délivrer une filière numérique adaptée à l’automobile
o Pour identifier les applications sur véhicule les plus favorables
Bilan et Perspectives
34Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
Conclusion
35Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
oLa révolution culturelle est amorcée
oNous avons besoin d’intégrer dans nos référentiels des solutions génériques et robustes :
o Indépendantes de la solution « stratifié » retenue
o S’appuyant sur les outils numériques industrialisés chez PSA
o Confrontées au meilleur état de l’art
oNous devons nous préparer aux échéances réglementaires de 2020 et surtout 2025 où la réduction de la masse restera un levier essentiel
o D’ici 2020 le composite restera une alternative à l’aluminium. Il faut en profiter pour se préparer à une intégration progressive
o En 2025, dans les hypothèses actuelles, il faudra à nouveau réduire la masse d’au moins 100kg. A partir de cette date les applications composites, y/c avec de la fibre de carbone, deviendront incontournables
Merci de votre attention
36Charles Leroux - PSA PEUGEOT CITROEN - 10/12/2015
