ETAS: INCA croise à 80 noeuds

Par Salvatore Traniello, Isotta Fraschini Motori S.p.A., et Emanuele Alabastri, ETAS

Calibration de calculateurs dans une vedette diesel Common Rail
La coopération entre le motoriste italien Isotta Fraschini et les experts de l’injection diesel de Bosch Hallein et leurs collègues spécialistes des solutions système chez Bosch Engineering portait sur le développement d’un calculateur destiné aux moteurs diesel de vedettes.

L’objectif du projet était d’adapter le calculateur EDC7UC31 de Bosch à un moteur diesel Common Rail 6 cylindres. La commande des deux moteurs du bateau de course est assurée par deux calculateurs connectés selon une configuration maître-esclave.
Pendant toute la durée du projet, de la première définition de la spécification jusqu’au support in situ durant les tests en conditions réelles, son encadrement a été assuré par la succursale de vente ETAS de Turin.

En matière de calibration moteur, l’accent est mis généralement sur la réduction des émissions et de la consommation de carburant. Les applications hautes performances exigent en revanche qu’une puissance maximale soit délivrée en un temps très réduit. Le projet de coopération évoqué appartenait à cette dernière catégorie. Les exigences techniques ont été définies sur mesure en vue de remporter le prestigieux titre Evolution Class lors des championnats du monde UIM Powerboat P1. L’objectif déclaré, à savoir remporter la coupe durant la saison 2011, a permis de réunir le motoriste Isotta Fraschini et Marco Pennesi, pilote de P1 aguerri et propriétaire des chantiers navals italiens Metamarine. Avec 85 courses comptant pour la Coupe du Monde organisées dans 12 pays au cours des 8 dernières années, la série Powerboat P1 créée à l’initiative de l’Union Internationale Motonautique (UIM) est la série de courses bénéficiant du plus grand retentissement mondial.

Véritable vaisseau amiral des chantiers navals, la vedette rapide baptisée TNT 48 Corsa a été intégralement conçue et fabriquée en Italie. La coque doit son extraordinaire solidité à l’utilisation de fibres Kevlar et de panneaux sandwich stratifiés formés sous vide. Très aérodynamique, elle comporte à l’arrière deux étagements en V avec des volets assurant la ventilation de la cabine et réduisant la résistance à l’air.
La barre centrale agit sur deux gouvernails via des actionneurs hydrauliques connectés à un système électronique afin d’optimiser la vitesse et le cercle de braquage. En modifiant la sensibilité des gouvernails, le pilote peut adopter une conduite plus agressive ou plus souple.

L’entraînement comportant des hélices partiellement immergées est également fabriqué par Metamarine. Les deux moteurs d’Isotta Fraschini sont des turbo diesel Common Rail 6 cylindres de 11,3 litres, développant une puissance de 800 ch. à 2600 tours/min. La vedette mesure 15,00 m de long pour une largeur maximale de 2,80 m. Avec des réservoirs d’une capacité de 1200 l de gasoil, elle dispose d’une autonomie de plus de 450 km, pour une vitesse limitée à 80 noeuds, soit 148,4 km/h.

Pour une pression d’injection de 1600 bars, chacun des deux moteurs Common Rail 6 cylindres est commandé par un calculateur EDC7UC31 Bosch d’une tension de fonctionnement de 24 V. Le logiciel du calculateur provient du centre de développement Bosch de Hallein, en Autriche. Quant à l’adaptation par exemple de fonctions de sécurité ou d’interfaces avec l’ordinateur de bord, elle a été réalisée par Bosch Engineering, sur place à Bari, en Italie, en utilisant les bancs d’essai pour moteurs d’Isotta Fraschini.

Il a fallu 500 heures de travail pour obtenir la certification des moteurs selon la norme d’émissions Tier 2 de l’Agence américaine de protection de l’environnement EPA (équivalant à IMO Tier II). Et 100 heures supplémentaires ont été nécessaires pour valider la calibration selon des cycles de charge réalistes et pour garantir la sécurité à bord.

Pendant les travaux initiaux réalisés sur le banc d’essai pour moteurs, les ingénieurs de Bosch Engineering firent appel à l’outil INCA V6, en association avec des modules matériels ES590 et l’ETK-P parallèle, pour la calibration de base des fonctions moteur centrales et des émissions. Compacts et robustes, les modules ES410 et ES420 furent utilisés pour mesurer la pression d’huile dans le carter moteur et la température dans les cylindres. Le Drive Recorder ES715 avec une extension mémoire de 16 Go servit quant à lui à enregistrer les données durant le test d’endurance.

Le diagnostic des calculateurs a été calibré et testé à l’aide de l’add-on INCA V6.2.1 ODX-LINK V1.4, en utilisant le protocole KWP-on-CAN. A la demande du client, ETAS a fourni une configuration ODX particulière pour traduire les codes d’erreur propres au client et les données d’environnement s’y rapportant (Freeze Frames) en un format facile à manipuler. L’acquisition de toutes les informations est intervenue dans le cadre de l’expérimentation INCA déjà utilisée pour la calibration, avec à la clé une nette amélioration de la maniabilité et de la reproductibilité des données.

Le principal défi pour la solution ETAS fut sans nul doute le test in situ dans l’eau. Le client Isotta Fraschini avait proposé d’utiliser une boîte avec un enregistreur de données, afin d’enregistrer les conditions de fonctionnement du moteur pendant toute la durée de l’essai de conduite. (En raison du manque de place et des conditions extrêmes, les ingénieurs d’application n’ont pas pu participer à l’essai de conduite avec leurs PC INCA.)
La solution idéale proposée au client consistait en un boîtier métallique étanche à l’eau et appartenant à la classe de protection IP67, avec des modules d’interface calculateur ES590 intégrés et un Drive Recorder ES715. L’ensemble a été intégré dans le cockpit, puis soumis à des conditions extrêmes comme des températures ambiantes de l’ordre de 60 °C ou des accélérations de 6 g. ETAS Application Engineering Services (AES) s’est chargé du boîtier d’enregistrement des données. Le Fraunhofer Institut en Allemagne a pour ce faire procédé à des tests de sollicitations mécaniques dans les conditions prédéfinies pour l’accélération. Les tests ont été réalisés sur la base du profil d’accélération prédéfini par Isotta Fraschini.

Le boîtier d’enregistrement des données a enregistré les signaux CAN/CCP des deux calculateurs et les signaux XCP-on-Ethernet des modules de mesure ES4xx situés à l’arrière de la vedette. Les voies CAN ont été connectées par les modules ETAS. Deux appareils CAN d’Isotta Fraschini, à savoir l’affichage au tableau de bord et les alarmes, étaient également connectés au bus CAN, qui mesurait environ 8 mètres de long.
Les modules de mesure compacts de la série ES400 étaient tout à fait adaptés à cette application : grâce à l’étanchéité du boîtier et à la possibilité de relier plusieurs modules, les signaux du manocontact de pression d’huile du carter et des thermocouples fixés sur les culasses pouvaient être enregistrés à proximité directe des capteurs, en dehors de l’étroit cockpit.

Selon le souhait du client, les données de mesure ont été enregistrées sur l’eau à l’aide du Drive Recorder ES715, en faisant appel à des conditions de déclenchement spécifiques. Un bouton a par ailleurs été installé dans le cockpit afin de pouvoir lancer les mesures en manuel.
A l’issue du test sur l’eau, Isotta Fraschini a analysé les données de mesure à l’aide de l’analyseur V6.3, en étroite collaboration avec les spécialistes de Bosch Engineering, qui se sont chargés du réglage fin et de la validation des données de calibration.

Après le bateau de course TNT 48 Corsa, Metamarine envisage de fabriquer un bateau de plaisance au design similaire, le TNT 48 Replica. Replica se distinguera de l’original par son aménagement intérieur et son équipement, qui sera conçu pour des trajets plus longs. Metamarine n’équipera les deux modèles que de composants mécaniques exclusifs et d’éléments de sa propre fabrication.

Grâce à l’extraordinaire implication de tous les participants, le projet s’est achevé avec succès à la mi-décembre 2010. Le calendrier a été parfaitement respecté, tout comme l’ensemble des exigences en matière de performance et de sécurité.

Un grand merci à tous les collègues du support INCA, ainsi qu’à Jürgen Meyer et Markus Kasper d’ETAS GmbH à Stuttgart pour leur coopération sans faille.

ENJEU

L’objectif du projet était d’adapter le calculateur EDC7UC31 de Bosch à un moteur diesel Common Rail 6 cylindres. La commande des deux moteurs du bateau de course est assurée par deux calculateurs connectés selon une configuration maître-esclave.

SOLUTION
L’outil INCA V6 a été utilisé en association avec des modules matériels ES590 et l’ETK-P parallèle pour réaliser la calibration de base des fonctions moteur centrales et des émissions. Compacts et robustes, les modules ES410 et ES420 furent utilisés pour mesurer la pression d’huile dans le carter moteur et la température dans les cylindres. Le Drive Recorder ES715 servit quant à lui à enregistrer les données durant le test d’endurance.

AVANTAGES
Un boîtier métallique étanche à l’eau appartenant à la classe de protection IP67 a été fourni au client, avec des modules d’interface calculateur ES590 intégrés et un Drive Recorder ES715. L’ensemble a été intégré directement dans le cockpit, puis soumis à des conditions extrêmes comme des températures ambiantes de l’ordre de 60 °C ou des accélérations de 6 g. Grâce à l’étanchéité du boîtier et à la possibilité de relier plusieurs modules, les signaux pouvaient être enregistrés à proximité directe des capteurs, en dehors de l’étroit cockpit.

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