Un automate aux commandes

La célèbre maison de design automobile Pininfarina a choisi les solutions GE Intelligent Platforms pour automatiser sa soufflerie.

On ne présente plus Pininfarina S.p.A.: fondée en 1930, la société emploie aujourd'hui plus de 3600 personnes en Italie, France, Allemagne, Suisse, Maroc et Etats-Unis ; et représente l'un des fournisseurs de services les plus célèbres et les plus appréciés en matière de design, de recherche, d'ingénierie et de production dans le secteur automobile. De très nombreux constructeurs automobiles sont clients de Pininfarina et certains modèles, devenus de véritables objets de culte chez les passionnés, ont vu le jour au sein de l'entreprise. Comment oublier, par exemple, la Ferrari Testarossa, ou la récente Maserati Granturismo, ou bien encore l'Alfa Romeo 1600 Spider (Duetto) et son profil si caractéristique ? Le centre de recherche aérodynamique et aéroacoustique de Pininfarina réalise dans sa soufflerie des essais ; principalement sur des voitures mais également sur des avions et objets divers. Construite en 1972, cette soufflerie est améliorée en permanence pour satisfaire les exigences de test sur des voitures de plus en plus performantes... et pour conserver la suprématie technologique qui a toujours démarqué Pininfarina. Dernière touche en matière d'innovation, le tapis mobile T-Belt, breveté par Pininfarina, permet des analyses aérodynamiques spéciales. Pour une installation de ce type, les aspects les plus critiques sont la fiabilité, la précision et la vitesse des contrôles associés au tapis et aux hélices. S'ajoutent à ces problèmes de nature technique des exigences "commerciales" : pour rentabiliser au maximum l'installation, il est nécessaire d'effectuer un maximum de mesures dans un temps donné. Dans la soufflerie, l'air s'écoule le long d'un circuit divisé en deux sections : une section interne au tunnel et une section extérieure. Dans la section extérieure, l'air est repoussé par 13 ventilateurs vers l'intérieur de la salle où il est accéléré. Il s'écoule sur l'objet soumis au test puis est aspiré par une énorme hélice au fond de la salle et ainsi de suite. La vitesse maximale de l'air dans la soufflerie s'élève à 250 Km/h.

Un dispositif unique au monde
Un système de contrôle réalisé à l'aide d'un automate de la séries 90-30 de GE Intelligent Platforms régule la vitesse des hélices afin d'atteindre la vitesse désirée du vent. Pour assurer un contrôle à poursuite rapide, il est nécessaire de disposer d'un système matériel rapide et réactif, capable de gérer un fluide se déplaçant à 250 Km/h et, surtout, d'un logiciel flexible permettant d'effectuer efficacement et rapidement les réglages indispensables pour les différents tests. A l'intérieur du collecteur se trouve un dispositif unique au monde pour une soufflerie : le générateur de turbulence ou Turbolence Generation System (TGS), constitué de 5 couples d'ailes mobiles installées sur des élévateurs spéciaux disposés sous le niveau du sol. Ce dispositif permet d'effectuer, en plus des mesures standard dans des conditions de flux laminaire, de nouvelles mesures en présence de flux turbulents, en simulant les conditions du véhicule sur route à proximité d'autres véhicules et obstacles. Le temps de montée et de descente du TGS représente un "temps mort" qu'il convient de contenir autant que possible pour accélérer les tests au maximum. En moins de deux minutes, les ailes sont sorties et le système est prêt à les déplacer en fonction des séquences imposées par l'opérateur. Les déplacements du TGS sont pilotés grâce à un automate programmable GE Intelligent Platforms de la séries 90-30, doté de cartes de contrôle. Vitesse et précision sont exigées. La chambre d'essai est située en aval du collecteur. Le véhicule qui est à l'intérieur est positionné sur une "balance" qui le soutient et en permet la rotation, tout en isolant le système de simulation de l'effet de sol ou GESS (Ground Effect Simulation System). Première mondiale en 1995 : Pininfarina équipe sa soufflerie d'un tapis rotatif situé sous la voiture pour simuler l'effet de sol, avec des rouleaux pour le déplacement des roues. L'entreprise a ensuite apporté d'autres améliorations à cet équipement et introduit un système exclusif (T-Belt) breveté. Ce nouveau tapis long de 6,70 m s'étend jusqu'à l'arrière de la voiture. Il offre des avantages évidents en termes de précision de simulation et de calcul du coefficient aérodynamique. Dans la partie arrière, il est soutenu par deux tapis auxiliaires qui portent la largeur totale de la zone arrière à 2,50 m (lui conférant une forme caractéristique en T) ; cette modification permet la simulation de l'effet du sol pour les voitures dotées d'une aile arrière, typiquement les voitures de course.

T-Belt et vitesse au sol
En fonctionnement normal, le tapis principal tend à se soulever en raison de l'effet de sol. Il est donc indispensable d'utiliser des aspirateurs positionnés sous les trois tapis pour empêcher ce phénomène, ainsi qu'un système de contrôle de traction pour éviter des mouvements latéraux indésirables. La longueur totale du tapis (il s'agit du plus long tapis au monde) et la vitesse élevée introduisent des complications pratiques notables. Le contrôle de traction doit être extrêmement réactif et le système d'aspiration très précis : une aspiration insuffisante provoquerait en effet des embardées potentiellement destructives, tandis qu'une aspiration excessive introduirait des frottements indésirables qui surchaufferaient les tapis jusqu'à les endommager irrémédiablement, en quelques secondes à peine. Pour le contrôle du TGS et du T-Belt, Pininfarina a également fait confiance aux produits GE Intelligent Platforms. Le choix s'est porté sur le Motion Controller DSM324i et 6 servomoteurs brushless Beta IS (deux pour chaque tapis). Le Motion Controller DSM324i constitue un choix idéal pour cette application, grâce à son intégration parfaite avec la famille d'automates programmables séries 90-30 et à sa haute résolution (précision garantie au µm, typique d'un CNC). En outre, la communication s'effectue sur un bus en fibre optique, assurant une immunité élevée aux perturbations et garantissant la vitesse de réponse requise pour le contrôle de traction : 100 ms. Pour le T-Belt uniquement, le DSM 324i gère environ 450 entrées-sorties. Pour la conception et la réalisation du TGS, du T-belt et des équipements complémentaires, Pininfarina a fait appel à Sacimex, une société turinoise spécialisée dans la conception et la réalisation de machines et appareils pour souffleries.

Un système de contrôle efficace et fiable
A l'intérieur de la salle de contrôle, les techniciens peuvent démarrer les simulations et vérifier les données recueillies par le réseau sophistiqué de capteurs positionnés dans le tunnel. L'application de contrôle est gérée par le logiciel Proficy HMI/SCADA Cimplicity de GE Intelligent Platforms, avec une fonction unique de surveillance permettant au client d'examiner les résultats des tests en temps réel. Les stations Cimplicity sont connectées à 8 contrôleurs logiques de séries 90-30 via un bus Ethernet. L'une d'entre elles gère non seulement le positionnement de la balance mais également les urgences. L'un des contrôleur est destiné exclusivement à la gestion du T-Belt. L'application compte au total 27 axes contrôlés, 450 entrées-sorties (E/S) sur le tapis mobile, 1800 E/S numériques et 200 E/S analogiques ; ainsi que 6000 autres balises gérées par Cimplicity. Un grand nombre d'entre elles ont des temps de mise à jour très brefs.Pour l'installation unique que représente sa soufflerie, Pininfarina dispose ainsi d'un système de contrôle efficace et extrêmement fiable, garantissant une disponibilité de la soufflerie très élevée, satisfaisant ses exigences primordiales.