Par Dino Florjančič

Directeur général de MonoDAQ et ex-Capitaine de l’équipe Formula Student

Des étudiants en ingénierie du monde entier développent et produisent des voitures de course et s'affrontent sur les circuits les plus célèbres. Les systèmes d'acquisition de données Dewesoft aident les étudiants slovènes à mieux comprendre leurs voitures de course et à résoudre des problèmes techniques... permettant également à Dewesoft de trouver et recruter des ingénieurs motivés.

Formula student UNI Maribor GPE racing car 2013La voiture de course GPE de l’UNI de Maribor 2013, masse 178 kg, puissance max 35 kW, châssis en tube aluminium, moteur KTM 450 SX-F, boite de vitesse séquentielle avec une synchronisation de changement de vitesse de 75 ms, roues OZ racing 13″, accélération 0 à 100km/h en 3,7 sec.

Saviez-vous que la Slovénie a une équipe de jeunes ingénieurs qui développent en toute autonomie des voitures de course puissantes pour concourir sur les circuits les plus célèbres du monde ?

Les étudiants de l’Université de Maribor rejoignent l’UNI Maribor Grand Prix Engineering et utilisent leurs créations via le Formula Student pour se frayer un chemin dans l’élite de l’ingénierie automobile. La première équipe UNI Maribor Grand Prix Engineering de 30 étudiants a été formée en 2011 et depuis, 9 voitures de course ont été construites et des jeunes ingénieurs travaillent actuellement sur la voiture de l'année 2020.

The full student formula team of the University of Maribor Grand Prix Engineering (UNI Maribor GPE) 2013L’équipe au complet Formula Student de l’université de Maribor Grand Prix Engineering (UNI Maribor GPE) 2013.

Formula Student

Le Formula Student est un concours de conception technique - le plus grand au monde pour les étudiants en sciences de l'ingénieur. Chaque année, grâce à leurs connaissances, leurs expériences et avec l'aide d'universités et de leurs sponsors, ils rivalisent dans la fabrication de voitures de course et dans les différentes étapes sur circuit. Les étudiants acquièrent une expérience pratique précieuse en participant à la conception, à la production, à la mise au point et aux essais, mais aussi en préparant un business plan, et un rapport sur les coûts.

Le concept derrière le Formula Student est qu'une entreprise de fabrication fictive a engagé une équipe de conception étudiante pour développer une petite voiture de course de style Formula. Le prototype de voiture de course doit être évalué pour son potentiel en tant qu'élément de production.

Chaque équipe d'étudiants conçoit, construit et teste un prototype basé sur une série de règles, dont le but est à la fois d'assurer la sécurité sur la piste - les voitures sont conduites par les étudiants eux-mêmes - et de promouvoir une résolution intelligente des problèmes.

Formula student action

Dans le monde, plusieurs centaines d'équipes universitaires participent chaque année à plus de 40 compétitions organisées sur divers circuits du monde entier. Les organisateurs du concours sont des associations professionnelles d'ingénieurs, avec l'aide des plus grandes entreprises de l'industrie automobile, telles que Porsche, Daimler, Audi, Jaguar et autres - l'initiative vise également à former leur futur personnel d'ingénierie.

Connexion à Dewesoft

Notre équipe de l'Université de Maribor Grand Prix Engineering (UNI Maribor GPE) a rencontré Dewesoft lorsque nous recherchions un système d'acquisition de données pour notre voiture de course.

Nous avons d'abord demandé le parrainage du bureau local de National Instruments et ils étaient bien disposés à nous soutenir en mettant à notre disposition gratuitement du matériel et des logiciels. Cependant, ils nous ont informé que nous aurions besoin de programmer une application dans leur logiciel pour pouvoir mesurer les données des capteurs de notre voiture. Ils pourraient le faire pour nous, mais cette partie ne serait ni gratuite ni sponsorisée. Nous n'avions ni ressources internes ni connaissances pour créer une application de mesure, ce n'était donc pas vraiment une option viable.

Heureusement, l'un des membres de notre équipe avait été parrainé par Dewesoft pour son projet précédent et a suggéré de contacter cette entreprise. Nous avons visité le siège de cette société basé à Trbovlje et Dewesoft nous a offert du matériel et des logiciels gratuits - et nous n'avons pas eu besoin de développer l'application nous-mêmes !

Le logiciel Dewesoft X3 était déjà une application prête à l'emploi en soi. Nous devions simplement connecter les périphériques USB (SIRIUS and DEWE-43A) au PC (SBOX), puis connecter les capteurs pour visualiser sur l’écran les différentes données collectées.

Acquisition de données des voitures de course

L'acquisition de données des voitures de course est une tâche assez complexe pour un système de mesure car elle nécessite de nombreuses techniques différentes. Les valeurs mesurées typiques comprennent :

Mesures Capteur Conditionnement des signaux /Type de données 
Force verticale de la roue Jauge de déformation/cellule de force sur les triangles de suspension Quart de pont / demi-pont / pont complet
Débatementd des suspensions Potentiomètre linéaire Entrée analogique 10 V
Vitesse des roues Capteur à induction ou effet hall sur roue dentée Entrée compteur
Position du volant Encodeur magnétique Entrée compteur
Pression des freins Capteur de pression Entrée tension
Accélération de la carrosserie et vitesse de rotation Centrale inertielle Port de communication COM
Position du véhicule GPS  Interface GPS NMEA 
Séquence vidéo à bord Caméra Interface vidéo
Paramètres moteurs    Communication CAN

Les systèmes d’acquisition Dewesoft offrent tous les types de conditionnement de signal nécessaires pour les entrées analogiques inclus dans le tableau ainsi que des entrées compteur. Nous avons utilisé un SIRIUS-STG à 8 entrées pour connecter des jauges de déformation et des potentiomètres à pont complet sur chacune des quatre roues. Un DEWE-43 a fourni 8 entrées analogiques et 8 compteurs supplémentaires.

Les entrées compteur étaient utilisées pour les capteurs de vitesse des roues et le codeur du volant, tandis que les entrées analogiques du DEWE-43A étaient utilisées pour la mesure de pression des freins et d'autres capteurs auxiliaires. Le SIRIUS et le DEWE-43A fournissent également une interface CAN que nous avons utilisée pour se connecter à l'ECU MoTeC pour lire les paramètres du moteur : le régime, la position de la vanne papillon, les températures de l’huile et de l'eau.

Dewesoft nous a également fourni une centrale inertielle (IMU et GPS - DS-IMU-2) qui était connectée au PC via un port COM et interfacée avec le logiciel Dewesoft X. Il en va de même pour une caméra vidéo haute vitesse que nous avons connectée via Ethernet (GigE).

Welding on the formula student car frameSoudage du châssis de la voiture formula student.

Dewesoft – Simple et efficace

L'intégration de tous ces signaux était transparente dans Dewesoft : vous configurez les entrées analogiques dans le menu « Analogique », les entrées compteur dans le menu « Compteurs », le GPS dans son propre menu, et il y a un plugin dédié pour la configuration de la centrale inertielle (DS-IMU), le menu du bus CAN possède son propre outil de décodage CAN facile à utiliser.

Même si le matériel se compose de plusieurs capteurs et de périphériques différents, l'utilisateur n’éprouve aucune complexité lorsqu'il travaille avec l'interface graphique du logiciel Dewesoft X. Les signaux temporels peuvent tous être stockés et/ou utilisés dans des voies mathématiques. Tous les signaux de Dewesoft sont également synchronisés, quel que soit le type (analogique, numérique, GPS, vidéo).

Nous n'avions pas beaucoup d'expérience avec la technologie de mesure car l'équipe comprenait principalement des ingénieurs en mécanique. Dewesoft nous a facilité la vie car le système est de type « plug & play ». Prenons comme exemple les jauges de déformation, les schémas de câblage sont donnés de façon claire dans la configuration des voies. Si vous avez permuté les fils d'entrée plus et moins, il vous suffit d'appuyer sur le bouton +/- dans la configuration et le signal permute dans la bonne direction.

Nous avons mis à l'échelle les jauges de déformation positionnées sur les triangles de suspension en soulevant la voiture et en utilisant quatre valeurs de poids différents. Nous avons utilisé l'étalonnage en deux points de Dewesoft : entrez les valeurs de poids avec une voiture vide, puis demandez à un conducteur lourd de s'asseoir dans la voiture et entrez les nouvelles valeurs de poids. Les paramètres ont été enregistrés dans une puce TEDS placée dans le connecteur SUBD9, ce qui permet de retrouver les paramètres du capteur indépendamment de l’entrée analogique sur laquelle il est connecté.

Formula student racing

Le module Dewesoft X Math a été particulièrement utile pour analyser le comportement des voitures. Pour observer l'accélération latérale dans les virages, nous avons appliqué un filtre passe-bas à environ 5 Hz sur les voies d'accélération. Les valeurs de déplacement des bras de suspension ont été utilisées dans les équations pour le calcul du tangage et du roulis. Les données vidéo et GPS ont été extrêmement utiles en post-traitement pour référencer l'emplacement sur la piste de course. Le plugin Polygon a également été utilisé pour l'affichage de la piste de course et de la voiture.

Le but de l'acquisition de données était de comprendre le comportement de la voiture et d'améliorer ses caractéristiques. Nous avons pu voir les accélérations maximales et les charges appliquées aux roues qui se produisent sur la piste. Nous avons pu ainsi les comparer aux valeurs simulées ce qui nous a permis de valider notre conception et de l’améliorer pour la voiture de l'année prochaine.

Formula Student - UNI Maribor Grand Prix Engineering (GPE) - Voitures
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Compétitions ·  FS Germany 2011
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Masse 242 kg 211 kg 178 kg
Puissance max  60 kW 62 kW 35 kW
Châssis Tube aluminum  Tube aluminum  Tube aluminum 
Moteur Honda CBR 600 RR PC40 Honda CBR 600 RR PC40 KTM 450 SX-F
Boîte de vitesse Séquentielle avec une synchronisation de changement de vitesse de 100 ms Séquentielle avec une synchronisation de changement de vitesse de 100 ms Séquentielle avec une synchronisation de changement de vitesse de 75 ms
Roues Keizer OZ racing 13″ OZ racing 13″
Accéleration 0-100km/h: 3,5 s 0-100km/h: 3,4 s 0-100km/h: 3,7 s

Problème - Roues décollées du sol

Un problème particulier est survenu lors des premiers essais de la voiture GPE12. Il a été résolu en utilisant les données acquises : la voiture a soudainement décollé du sol les deux roues intérieures dans l'une des courbes et seule une réaction rapide du pilote l'a empêchée de se retourner. On ne pouvait pas vraiment comprendre ce phénomène car la combinaison du passage des roues (1200 mm) et de la hauteur du centre de gravité (270 mm) permettait une accélération latérale maximale de 2,2 g pour que les roues intérieures restent au sol.

Les données enregistrées dans Dewesoft ont montré des valeurs d'accélération latérale maximum de 1,7 à 1,8 g sur le tarmac de l'aéroport très adhérent que nous avons utilisé comme piste d'essai. En théorie, cela ne représentait pas une force suffisante pour décoller les roues intérieures. Alors, que s'est-il réellement passé ? Les données ont également montré que l’accélération latérale maximale n’était pas plus élevée que lors des tours précédents.

Puisque la charge n'augmente pas, l'augmentation de l'angle de roulis ne peut être causée que par une rigidité au roulis ou un amortissement au roulis plus faible. Nous avons examiné les barres anti-roulis et découvert qu'un jeu augmentait dans ses roulements. Les barres anti-roulis n'offraient simplement aucune résistance au roulis en raison de ce jeu. Cela a permis au châssis de prendre de l'élan de roulement au début de l'accélération, ce qui a fait basculer la voiture.

Le calcul de l'accélération latérale maximale de 2,2 g était basé sur une hypothèse quasi-statique et ne prenait pas en compte l'inertie en roulis du châssis, surtout pas avec les barres anti-roulis défectueuses ! Enfin, notre système de mesure nous a aidé à identifier le problème et même à le résoudre le jour même où il s'est produit.

Données Dewesoft X pris avec les systèmes d'acquisition Dewesoft lors des tests de la voiture de course formula student.

Employés par Dewesoft – Le Gang GPE

L'expérience de travail avec les solutions Dewesoft (matériel et logiciel) et avec l'équipe Dewesoft ont convaincu plusieurs membres de l'équipe UNI MB GPE de rejoindre Dewesoft peu après leurs études. Il y a maintenant un « gang GPE » de cinq personnes dans l'entreprise.

Bojan Čontala a été le premier membre à rejoindre Dewesoft juste après avoir terminé ses fonctions GPE en tant que capitaine d'équipe en 2013. Avant de prendre le poste de capitaine d'équipe en 2012, il était responsable du DAQ et de l'électronique et a travaillé avec le système Dewesoft en tant qu'ingénieur mécatronique. Il a conduit seul le van de l'équipe pendant 26 heures directement de Maribor à Silverstone, au Royaume-Uni. Aujourd'hui en tant que directeur régional des ventes pour l'Europe chez Dewesoft, il continue son épopée.

Deux ans plus tard, trois autres anciens membres du GPE ont rejoint Dewesoft : Luka Jerman, Aleksander Klemenčič et moi-même. Luka a joué de nombreux rôles techniques importants dans l'équipe du GPE dès ses débuts en 2011, travaillant dans la simulation et la conception de composites (2012) puis dans la simulation de la dynamique des véhicules et la conception de la suspension (2013) et enfin en tant que directeur technique (2014). Aujourd'hui, Luka est un développeur de logiciels pour les applications automobiles chez Dewesoft.

The Dewesoft GPE Gang - from left to right: Luka Jerman, Primož Gorenšek, Dino Florjančič, Aleksander Klemenčič (in the car), and Bojan Čontala.Le gang Dewesoft GPE – de gauche à droite : Luka Jerman, Primož Gorenšek, Dino Florjančič, Aleksander Klemenčič (dans la voiture), and Bojan Čontala.

Alex était déjà un homme à tout faire et maître de nombreux autres à l'époque. Il a travaillé sur le mécanisme de changement de vitesse séquentiel, l'électronique, le réglage du moteur et a même soudé de l'aluminium de 0.5 mm. En 2012, nous avons eu un grand lancement de voiture dans le centre de Maribor en présence du ministre slovène de l'Éducation. Le moteur n'a pas démarré une demi-heure avant l'événement. Alors que tout le monde perdait espoir, Alex a ouvert l'ECU MoTeC et a soudé un fil sur le PCB qui a résolu le problème. Aujourd'hui en tant que développeur clé axé sur une gamme de périphériques DAQ, il poursuit l’aventure.

J'ai co-fondé l'équipe du GPE en 2011 et j'ai été capitaine de l'équipe pendant les deux premières saisons. Ce fut une course inoubliable, concevoir la voiture, chercher des sponsors, courir à travers l'Europe contre des concurrents du monde entier. Ce n'est pas si différent aujourd'hui dans mon rôle de directeur général de MonoDAQ.

Peu de temps après, Primož Gorenšek nous a rejoint. Je pense que le projet du GPE n’aurait pas duré plus d’un an sans Primož, il était le seul gars de notre première année à être capable de travailler avec le moteur et son électronique - et de le faire fonctionner. Eh bien, il en a détruit quelques-uns également, vous pouvez toujours trouver des soupapes et des pistons cassés dans l'atelier du GPE à Maribor. Primož est maintenant ingénieur d'applications automobile et combustion chez Dewesoft et travaille toujours en étroite collaboration avec Bojan et Luka.

Conclusions

«Formula Student est la meilleure école d'ingénieurs au monde», a déclaré Claude Rouelle dans une interview, fondateur et président du groupe international de consultants en dynamique automobile OptimumG, «Le succès de Formula Student ne consiste pas seulement à concevoir de bonnes voitures, mais à concevoir de bonnes équipes ".

C’est ce que nous avons réalisé en Slovénie, une bonne voiture et une bonne équipe. Le GPE a pleinement rempli son objectif pour notre part - il a ajouté l'expérience pratique à la théorie qui nous permet de contribuer à une société électronique de pointe fournissant l'industrie automobile dans le monde entier. L'équipe UNI Maribor Grand Prix Engineering recrute à nouveau en mars 2020 !