"MyCam" Episode 2 : L'instant électronique

Mobilité

Optimisations électroniques - Accès à la configuration du moteur.

Dans l’épisode précédent, nous avons introduit le sujet et modifié « simplement » deux composants de la voiture : le système d’admission d’air et la ligne d’échappement. Deux modifications mineures avec des composants de milieu de gamme (surtout pour le système d’admission, c’est loin d’être le plus performant).

Nous verrons par la suite que ces modifications mineures ont malgré tout un impact sur le fonctionnement du moteur – et qu’il est nécessaire de changer son comportement.

OutilsComment ? Nul besoin d’une caisse à outils ou d’un pont élévateur pour modifier le moteur – juste… d’un ordinateur ! Et oui, la Camaro en boîte mécanique possède deux boitiers électroniques : le PCM (Powertrain Control Module) et le BCM (Body Control Module) qui contrôlent respectivement la gestion du moteur et le reste des accessoires de la voiture (ABS, Airbags, vitres électriques…).

Les versions automatiques en ont un troisième, en charge de la gestion de la boîte automatique, le TCM (Transmission Control Module).

Le PCM est mis régulièrement à jour par les techniciens lors d’une révision (enfin normalement…). Pour ce faire ils utilisent la fameuse « valise », l’outil « tech2 » généralement pour la Camaro.

La connexion au véhicule se fait par l’intermédiaire d’un connecteur standardisé OBD-II (On-board Diagnostic). Le tech2 est un outil relativement simple, qui permet d’appliquer les mises à jour du PCM / BCM avec les firmwares fournis par le constructeur. L’outil permet également de remonter les codes d’erreur OBD-II et donc de diagnostiquer les pannes. Enfin, il permet d’ajouter ou de supprimer des fonctionnalités.

En revanche, il ne permet pas de modifier les paramètres de réglage du moteur (la « cartographie »).

PCM

Pour accéder à l’intégralité des paramètres du PCM, nous allons recourir à un ordinateur équipé d’un logiciel (HPtuners) et d’une interface OBD-II spécialisés. Ce qui nous donnera accès à l’intégralité de la cartographie et à tous les paramètres moteur.

Quels sont les réglages à peaufiner sur notre Camaro modifiée ? A minima il faudra revoir :

- Le mélange air / essence (« Air / Fuel Ratio » ou AFR)

- L’avance à l’allumage

- D’autres trucs « fun »…mais potentiellement dangereux :)

Le premier élément intéressant sur le plan de la sécurité c’est que le paramétrage du PCM est accessible sans aucune protection. Toutes les données sont accessibles en lecture / écriture sans problème – il suffit de disposer du logiciel et de l’interface OBD-II « qui vont bien ».

Il est possible de protéger l’accès en écriture au PCM, mais cette protection ne vaut rien car il suffit de flasher intégralement la configuration pour écraser l’ancienne et revenir dans une configuration où la lecture / écriture est possible (au prix de la perte de la configuration écrasée).

Reconfiguration de la cartographie moteur

Le spécialiste que j’ai rencontré m’a expliqué que sur une Camaro la performance optimale du moteur est obtenue avec AFR=12.5 (1 volume d’essence pour 12,5 volume d’air) – or ce n’est pas le réglage d’origine de la Camaro.

Cartographie moteurPar ailleurs, suite à la modification sur l’admission d’air (voir épisode 1), la cartographie du moteur n’est plus bonne. En effet, le débitmètre trompe le PCM et appauvrit le mélange.

L’augmentation de réactivité que j’ai constatée était réelle, mais elle était plus liée à une fausse lecture du débitmètre, qui a pour conséquence d’obtenir un mélange plus pauvre que ce qui est commandé par le PCM. Ainsi, si le PCM ordonne un AFR=12,5, il n’y aura pas 12,5 réellement.

Et je rappelle qu’aucun gain de performance n’a été constaté suite aux modifications précédentes – juste une amélioration de la réactivité de la voiture. Il faut donc recalibrer le mélange et sur toute la plage d’utilisation du moteur (pas uniquement en plein gaz comme le font beaucoup de charlatans).

Cette recalibration implique :

  • Une recalibration du débitmètre mesurant le volume d’air entrant
  • La mise à jour du modèle VE (Volumetric Efficiency) de la Camaro : en fonction de la pression dans la pipe d’admission et du régime moteur. Il s’agit de la modélisation de l’air entrant dans le moteur à chaque cycle

Voilà pour le mélange air essence, en version extrêmement simplifiée. J’invite le lecteur curieux à lire l’excellent post qui traite du sujet de la reprogrammation du PCM sur Camaro : http://www.corvetteforumfrance.com/t7775-reprogrammation-moteur-camaro-sujet-global.

Le sujet est complet, rien à ajouter.

Optimisations électroniques – Un peu plus de puissance pure

On passe maintenant aux réglages entraînant des « effets épatants ».

Le premier consiste à revoir « l’avance à l’allumage ». Pour qu’un moteur soit performant, il faut que l’étincelle provoque l’inflammation du mélange air / essence à un moment précis. L’explosion doit avoir lieu juste avant que le piston arrive au point mort haut dans le cylindre. Ce point dépend, entre autres facteurs, de l’indice d’octane du carburant. Aux Etats-Unis, les Camaros sont prévues pour fonctionner au SP95 – alors qu’en France nous avons la chance d’avoir du SP98. Dans la cartographie d’origine, la camaro 2013 EU est réglée pour le SP95 – Nous allons donc revoir le paramétrage pour l’optimiser pour le SP98, il faut donc revoir l’avance à l’allumage.

L’avance à l’allumage doit être maximale sur toute la plage d’utilisation afin d’avoir un maximum de performance… mais attention à ne pas mettre trop d’avance car si l’explosion a lieu trop tard (notamment si le piston est en phase descendante) :
Avance a l'allumage

  • On perd de la puissance
  • Un phénomène de cliquetis apparait (résonnance lors de l’explosion) provoquant une augmentation de la température du moteur et à terme ça peut endommager les pistons

La Camaro est équipée de capteurs de cliquetis : il s’agit de micros qui détectent les fréquences significatives du phénomène de cliquetis. Lorsqu’une détection à lieu elle réduit l’avance à l’allumage de manière « violente » : -10 degrés (l’explosion a lieu 10° avant la position optimale). Cela provoque une perte de puissance importante mais permet de préserver le moteur.

Afin d’optimiser les performances, l’avance à l’allumage a été augmentée au maximum, jusqu’à déclencher du cliquetis. Il a ensuite suffit de définir une valeur d’avance 1° en dessous du seul maximal et de modifier le fonctionnement des capteurs de cliquetis :

  • Si du cliquetis est détecté, on réduit l’avance de 4° et non plus de 10°
  • On préserve toujours le moteur en cas de cliquetis mais on perd moins de puissance

Il est intéressant de constater que les capteurs de cliquetis génèrent des faux positifs à haut régime – ce qui provoque une perte de puissance inutile. Nous avons donc reprogrammé les seuils de déclenchement des capteurs afin de diminuer leur sensibilité.

Optimisations électroniques – Un peu plus de fun

CamaroSur la Camaro, le constructeur a bridé électroniquement le couple moteur afin de rendre la voiture moins brutale (et aussi pour ménager le pont arrière) en dessous des 3,000 tours.

En désactivant cette limite, on gagne immédiatement 25% à 30% de puissance supplémentaire à bas régime.

Autre réglage intéressant : Sur les voitures modernes, la pédale d’accélérateur ne commande plus le papillon des gaz via un câble : Tout est géré électroniquement.

Nous pouvons donc paramétrer le PCM pour lui dire de prendre certaines actions en fonction de la position de l’accélérateur, comme par exemple désactiver la climatisation si on détecte que la pédale est écrasée à plus de 80% (en phase d’accélération donc : pas de puissance à perdre dans la clim – on la réactivera lorsque la pédale repassera sous la barre des 70%).

Dernier élément intéressant : Pour refroidir le pot catalytique, la cartographie d’origine sur Camaro 2013 augmente la richesse du mélange air / essence. En d’autres mots on se sert du carburant pour refroidir les pots catalytiques (c’est un raccourci mais l’image est bonne) ! N’habitant pas dans le désert, les réglages ont été modifiés pour augmenter la température de déclenchement… et pour économiser quelques précieux litres à long terme.

Fin des optimisations électronique – Le bilan

En effectuant des « RUN » en ligne droite (on se met à 1500 tours par minute en troisième, on écrase l’accélérateur et on monte dans les tours jusqu’au rupteur) on constate un gain de presque 30 chevaux entre la cartographie d’origine et la nouvelle ! Chose hallucinante, la consommation a baissé d’environ un litre au 100km (mesure faite à vitesse stabilisée avant / après, dans les mêmes conditions de température). J’ai une nouvelle voiture !

A la réflexion, on peut quand même s’étonner que les constructeurs ne protègent pas davantage (pas du tout) le micrologiciel présent dans les voitures : Pas certain qu’il y ait des enjeux forts en terme de confidentialité des cartographies moteurs, mais quel serait l’impact d’une modification malicieuse d’un boitier électronique dans une voiture ? Ces boîtiers présentent des risques réels, notamment en cas de bug : http://www.edn.com/design/automotive/4423428/Toyota-s-killer-firmware--Bad-design-and-its-consequences

brake torque managementIl également concevable d’imaginer des scénarios malveillants. Par exemple, il suffirait de reprogrammer la gestion de l’accélération (si on effleure l’accélérateur on envoi 100% de puissance) tout en désactivant les limites de couple lorsque la pédale de frein est enfoncée.

Ce qui pourrait, au mieux, endommager la voiture. Au pire, provoquer un accident en la rendant incontrôlable (même si théoriquement la puissance de freinage reste supérieure au couple moteur).

Pas de « connecté » sans « connexion » : Le système multimédia

Allons droit au but avec un petit avant / après :

Avant-apres

 

Rien de véritablement palpitant dans la mise en place du nouveau système, juste une suggestion d’amélioration pour nos amis industriels :

  • Franchement, à l’ère du « 2.0 », pourquoi tant de câbles !?
  • USB, Bluetooth, HDMI… n’est-ce pas envisageable en standard ?

Mon fer à souder à rendu l’âme après cette longue étape de raccordement du boitier multimédia au faisceau électrique. L’identification des câbles dans le faisceau d’origine a également été laborieuse – notamment en ce qui concerne le retour de la caméra de recul.

CableTableau de bordAutre suggestion pour les constructeurs : Accélérer votre passage aux standards ouverts et interopérables (certains le font…).
Sans aller jusqu’à parler d’« Open Source » sur certains composants de la voiture, mais  l’idée est là :)

Il a ensuite fallut créer un câble « custom » pour la caméra puis identifier le bon connecteur pour le raccorder côté voiture.

Enfin bref, assez tard dans la nuit ou tôt le matin je ne sais plus, l’image de la porte de garage apparait enfin dans l’affichage central.

Le système installé disposant d’une entrée vidéo « accessible », nous pourrons capitaliser dessus pour les projets à venir. Il est à noter que le système installé est temporaire compte-tenu de l’incertitude du projet à ce stade.

ClarionPour information, on trouve aujourd’hui des autoradios tactiles similaires à celui installé, mais fonctionnant sous Android.

Cela ouvre des perspectives intéressantes par la suite : Les informations collectées et manipulées dans l’environnement du véhicule pourront être traitées par le système d’exploitation embarqué dans la console centrale.

J’aurai donc fort probablement l’occasion de revenir sur le sujet, avec une version 2 du système multimédia.

Ce n’est pas indispensable à ce stade du projet. Pour la suite de l’aventure, nous utiliserons un PC embarqué dans la voiture et profiterons de l’écran installé pour l’affichage et l’interaction avec le système.

Architecture générale du système embarqué

Afin d’améliorer la portabilité et la réutilisabilité de la solution technique (et ne sachant pas encore à ce stade où sera restitué l’affichage des données : HUD ? Console centrale ? Smartphone ?), j’ai opté pour l’intégration d’un ordinateur dans la voiture. Cet ordinateur centralisera toutes les informations en provenance des capteurs à venir – et sera connecté à Internet pour les remontées d’informations (probablement dans un Cloud dédié aux objets connectés, nous verrons cela dans un prochain épisode).

Les tests préliminaires sur la reconnaissance d’objets via le Raspberry Pi ayant montré des limites en terme de performance – mon choix s’est porté sur un PC classique, plus puissant, fonctionnant sous Linux Debian. Le schéma de principe est le suivant :

Schema systeme embarque

En complément, une vidéo est disponible ici qui vous présentera les changements effectués.

Voilà pour le second épisode, j’ai essayé de simplifier au maximum et j’espère ne pas vous avoir perdu en chemin. Dans le prochain épisode, je présenterai rapidement l’installation de l’ordinateur de bord puis nous verrons comment traiter en temps réel les informations en provenance du PCM et des différents capteurs du moteur. Nous utiliserons l’interface OBD-II pour collecter ces informations et développerons une application pour les visualiser.

A bientôt !

Pour lire l'épisode 1, cliquez ici.

Jérémie Jourdin, Responsable R&D, Advens