Conception d’une architecture système pour le rétrofit électrique de véhicules post-2018

Contexte et objectifs

La conversion de véhicules thermiques en véhicules électriques (rétrofit)* soulève de nouveaux défis techniques et scientifiques, en particulier liés à l’adaptation des architectures électroniques embarquées (E/E) existantes. Ces architectures, souvent complexes et distribuées, intègrent des fonctions critiques telles que les systèmes d’aide à la conduite (ADAS), la communication inter-modules (bus CAN, Ethernet TSN), et des unités de contrôle (ECU) étroitement liées à la motorisation d’origine.

L’objectif de cette thèse est de concevoir une architecture système embarquée modulaire et temps réel, capable de maintenir les fonctionnalités critiques d’un véhicule lors de sa conversion à une motorisation électrique. Il s’agira notamment de :

• Identifier les dépendances entre les unités de contrôle et le groupe motopropulseur initial ;
• Modéliser et analyser l’architecture embarquée du véhicule (topologie réseau, ordonnancement des tâches, contraintes temps réel) ;
• Proposer une nouvelle architecture logicielle et matérielle compatible avec la motorisation électrique, tout en garantissant la continuité fonctionnelle, la sûreté de fonctionnement et le respect des contraintes temps réel ;
• Valider cette architecture par simulation, en conditions normales et dégradées ;
• Explorer l’apport de l’intelligence artificielle pour la détection de défaillances dans un système embarqué rétrofité.

La thèse est réalisée dans le cadre d’un partenariat industriel-académique, avec un fort ancrage applicatif, et une volonté d’aboutir à des résultats exploitables sur des cas concrets.

Verrous scientifiques

Cette thèse s’attaque à plusieurs verrous scientifiques majeurs liés à l’adaptation des systèmes embarqués automobiles dans un contexte de rétrofit électrique :

• Absence de spécifications complètes sur l’architecture embarquée des véhicules modernes, rendant complexe l’identification des dépendances critiques entre les modules.
• Maintien des fonctionnalités ADAS et du comportement attendu des ECUs, sans la présence du moteur thermique d’origine.
• Garantie des propriétés temps réel dans un système embarqué hétérogène, distribué et soumis à des contraintes strictes (ordonnancement, latences, priorités, communication critique).
• Validation fonctionnelle et temporelle par simulation, en l’absence de documentation constructeur, nécessitant la reconstruction de modèles réalistes.
• Évaluation de l’intégration de solutions à base d’IA (détection d’anomalies, surveillance) dans un système contraint en ressources et en sûreté de fonctionnement.

Caractère innovant

Cette thèse propose une approche inédite pour adapter une architecture embarquée automobile à une motorisation électrique, tout en préservant les fonctions critiques (ADAS, sécurité) dans un contexte temps réel.

Elle se distingue par l’analyse fine des dépendances ECU/motorisation, la modélisation sans accès aux spécifications constructeur, et l’exploration de l’IA pour la détection de défaillances dans un système rétrofité.

Résultats attendus et valorisation

Cette thèse a pour ambition de produire à la fois des résultats scientifiques originaux et des retombées concrètes pour l’industrie du rétrofit électrique.

Les résultats attendus incluent :

• La conception d’une architecture système embarquée, modulaire et temps réel, compatible avec une motorisation électrique et capable de maintenir les fonctions critiques du véhicule, telles que les systèmes ADAS, les communications et la sécurité.
• La modélisation fine des flux de données, des tâches logicielles et des contraintes temporelles dans un système embarqué rétrofité.
• Le développement d’outils de simulation pour évaluer la robustesse, la réactivité et la fiabilité de l’architecture, y compris dans des scénarios dégradés.
• Une étude exploratoire sur l’intégration de méthodes d’intelligence artificielle pour la détection de défaillances dans des systèmes embarqués soumis à des contraintes fortes.

La valorisation des travaux reposera sur :

La publication des résultats dans des conférences et revues scientifiques internationales de référence dans les domaines des systèmes embarqués, du temps réel et de l’architecture automobile (RTSS, RTNS, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Real-Time Systems Journal).

Encadrement de la thèse

La thèse sera dirigée par le Professeur Abderrezak Rachedi, en collaboration avec Mourad Dridi, co-encadrant académique, et l’entreprise SANCEV, partenaire industriel du projet.

Mourad Dridi est enseignant-chercheur à ESIEE Paris (Université Gustave Eiffel) et membre de l’équipe LRT du laboratoire LIGM. Ses travaux de recherche portent principalement sur l’analyse et l’ordonnancement des systèmes temps réel déployés sur architectures multiprocesseurs, ainsi que sur l’intégration de l’intelligence artificielle dans les systèmes embarqués.

Le projet bénéficie du soutien actif de SANCEV, entreprise innovante spécialisée dans le rétrofit électrique, qui assure le financement de la thèse dans le cadre d’un contrat CIFRE. Ce dispositif permet une collaboration étroite entre le monde académique et industriel, en garantissant la transférabilité et l’exploitation concrète des résultats sur des cas d’usage réels.

Le doctorant bénéficiera d’un encadrement scientifique partagé entre le laboratoire et l’entreprise. Les Work Packages (WP) sont répartis entre les deux entités selon leur expertise respective.

Les WP orientés modélisation, simulation, et validation temps réel seront encadrés par l’équipe académique.

Les WP à forte dimension terrain, architecture véhicule, et instrumentation seront encadrés par un référent dédié côté entreprise, désigné comme encadrant industriel, qui assurera un suivi régulier du doctorant sur ces aspects.

Le doctorant effectuera des séjours réguliers au sein du laboratoire pour les phases scientifiques, et disposera d’un accès aux plateformes techniques de SANCEV pour les expérimentations nécessaires au projet.

Cette organisation garantit un encadrement équilibré, structuré et appliqué, propice à la réussite du projet et à la valorisation des résultats dans les deux sphères, académique et industrielle

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* Le rétrofit électrique désigne la conversion d’un véhicule thermique (essence ou diesel) en véhicule 100 % électrique, en remplaçant le moteur à combustion et ses composants associés (réservoir, échappement, etc.) par un groupe motopropulseur électrique (moteur électrique, batteries, convertisseurs…). L’objectif est de prolonger la durée de vie des véhicules existants tout en réduisant leur impact environnemental, en conformité avec les objectifs de transition énergétique et les restrictions de circulation en zones urbaines.

UNIVERSITÉ GUSTAVE EIFFEL

Le Laboratoire d’informatique Gaspard-Monge (LIGM) est une unité mixte de recherche (UMR 8049) du CNRS, de l’Université Gustave Eiffel et de l’École des Ponts ParisTech, localisé sur le campus de la cité Descartes à Champs-sur-Marne (bâtiment Copernic, bâtiment ESIEE et bâtiment Coriolis).

Le LGIM a un effectif de personnel permanent d’une centaine de personnes et non permanent d’une soixantaine de personnes.

Le laboratoire est structuré en 6 équipes de recherche : A3SI (Algorithmes, architectures, analyse et synthèse d’images), ADA (Algorithmique discrète et applications), BAAM (Bases de données, automates, analyse d’algorithmes et modèles), COMBI (Combinatoire algébrique et calcul symbolique), LRT (Logiciels, réseaux et temps réel), et MMSID (Méthodes et modèles pour le signal, l’image et les données).

Les membres du LIGM s’impliquent dans les enseignements d’informatique de l’Institut Gaspard-Monge, de l’IUT de Marne-la-Vallée, d’ESIEE Paris et de l’École des Ponts ParisTech.

De préférence titulaire ou en voie d’obtention en 2024-2025 d’un diplôme d’ingénieur ou d’un Master II (BAC+5) en Systèmes embarqués, Systèmes intelligents automobiles, Électronique embarquée, ou Informatique temps réel.

Le ou la candidate devra démontrer un fort intérêt pour les systèmes embarqués critiques, l’architecture des véhicules intelligents, ainsi que la transition énergétique dans le secteur automobile. Une bonne compréhension (ou une appétence marquée) pour les architectures ADAS des véhicules récents, les réseaux de communication embarqués (bus CAN, Ethernet TSN), et les contraintes temps réel est attendue.

Une capacité à travailler de manière autonome, tout en collaborant efficacement avec une équipe pluridisciplinaire (académique et industrielle), sera essentielle.

Des compétences en modélisation de systèmes temps réel distribués, en architectures réseau embarquées, ainsi qu’en validation et évaluation par simulation seront particulièrement appréciées.

Une expérience préalable (projet, stage) dans l’un des domaines suivants constituera un atout :

• Systèmes ADAS ou véhicules intelligents,
• Diagnostic automobile (ex : OBD-II, trames CAN),
• Conception de systèmes temps réel distribués.

Le ou la doctorant(e) sera amené(e) à publier en anglais dans des conférences et revues internationales sur les thématiques suivantes : architecture embarquée automobile, rétrofit électrique, ordonnancement temps réel, et sûreté de fonctionnement.

Parmi les événements et revues visés : RTSS, RTNS, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Real-Time Systems Journal, Journal of Systems Architecture.

Période de la thèse CIFRE: Novembre 2025- Novembre 2028