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Dans l'industrie automobile moderne, les outils de simulation sont devenus indispensables pour prédire et optimiser le comportement dynamique des véhicules.Ces plates-formes logicielles sophistiquées permettent aux ingénieurs d'analyser, de tester et de perfectionner les caractéristiques de performance des véhicules dans les environnements virtuels avant de s'engager dans des prototypes physiques coûteux.Les outils de simulation jouent un rôle crucial dans le développement des logiciels des véhicules en fournissant un environnement sûr, évolutif et rentable pour tester et affiner les algorithmes, en aidant les équipes à modéliser et simuler des scénarios de conduite complexes et des interactions de capteurs qui sont peu pratiques ou risqués pour tester dans des conditions réelles.

Le rôle critique de la simulation dans le développement moderne des véhicules

Les programmes automobiles d'aujourd'hui sont confrontés à des défis sans précédent, notamment des cycles de développement plus courts, avec une pression croissante pour mettre les produits sur le marché plus rapidement, une complexité croissante de l'électrification, du SAAD et des véhicules définis par logiciel, ajoutant de nouvelles couches d'intégration, et moins de prototypes en raison de coûts croissants exigeant une validation virtuelle plus poussée et moins de constructions physiques.

Avec vingt ans de validation réelle par des ingénieurs automobiles, les outils de simulation modernes sont universellement préférés pour analyser la dynamique des véhicules, développer des contrôleurs actifs, calculer les caractéristiques de performance et ingénierie des systèmes de sécurité actifs de nouvelle génération, offrant une suite intuitive d'outils qui permet aux ingénieurs d'évaluer efficacement des véhicules complets, des sous-systèmes et des contrôleurs actifs dans des scénarios de conduite complexes et simulés.

Avantages globaux de la simulation dynamique du véhicule

Cycles de développement accélérés et réduction des coûts

Un modèle dynamique en temps réel qui supporte les systèmes MiL, SiL, HiL et DiL pour l'intégration concept-à-sign-off peut réduire le temps de mise en marché en valideant plus tôt et plus rapidement tout en réduisant les coûts en réduisant la dépendance des prototypes. Les approches traditionnelles de développement qui reposent fortement sur des prototypes physiques exigent un investissement important en temps et en argent pour chaque itération.

Grâce à la simulation de la dynamique multicorps, les ingénieurs peuvent prendre des décisions éclairées pour des changements rapides de conception et étudier des sous-systèmes et des systèmes complets, réduire le nombre de prototypes, éviter des changements coûteux de dernière minute et accélérer le commercialisation. Cette capacité est particulièrement précieuse sur le marché automobile concurrentiel d'aujourd'hui, où être le premier à commercialiser des caractéristiques innovantes peut offrir des avantages commerciaux importants.

Amélioration de la prévision et de l'optimisation des performances

Les ingénieurs peuvent équilibrer des caractéristiques de performance conflictuelles comme le confort et la manutention, mais aussi la stabilité, l'agilité, la divulgabilité et l'économie de carburant. Cette capacité d'analyse complète permet d'optimiser les paramètres du véhicule qui seraient extrêmement difficiles ou impossibles à atteindre par des essais physiques seuls.

Les ingénieurs peuvent évaluer les performances des algorithmes de contrôle du châssis et caractériser les performances de conduite et de manutention du véhicule lors des manœuvres de conduite, y compris les changements à double voies et les essais de freinage à mus divisé. La capacité de simuler des scénarios extrêmes ou dangereux en toute sécurité est particulièrement précieuse pour développer des systèmes de sécurité avancés et valider le comportement du véhicule dans des conditions qui seraient trop risquées ou coûteuses à reproduire lors des essais physiques.

Identification précoce des problèmes et atténuation des risques

La simulation de produits mécaniques dans différents scénarios aide à identifier les risques et risques potentiels pour la sécurité, et avec la simulation multicorps, les ingénieurs peuvent concevoir des caractéristiques et des mécanismes de sécurité pour atténuer ces risques, jouant un rôle clé dans la réduction du coût du développement, car elle aide les développeurs de produits à identifier et à corriger les conceptions erronées. Cette approche proactive de la résolution de problèmes représente un changement fondamental de la résolution de problèmes réactifs à l'ingénierie prédictive.

Le logiciel de dynamique multicorps apporte des réponses avant que des problèmes ne surviennent, et en créant une Twin Virtuelle haute fidélité, les ingénieurs peuvent prédire des problèmes potentiels au début du processus de conception, de l'analyse modale, de la défaillance du roulement et de la rupture du vilebrequin à l'analyse NVH. Cette capacité prédictive est inestimable pour garantir que les véhicules répondent aux objectifs de performance, de sécurité et de durabilité avant le début de la production.

Amélioration de la collaboration et du partage des connaissances

Les outils de simulation améliorent la collaboration entre les équipes et les fournisseurs mondiaux, permettant des véhicules plus sûrs, plus intelligents et plus efficaces grâce à la prise de décisions fondées sur les données. Dans l'industrie automobile mondialisée d'aujourd'hui, les équipes de développement sont souvent réparties entre plusieurs endroits et fuseaux horaires.

Types d'outils de simulation pour la dynamique du véhicule

L'industrie automobile utilise une gamme variée d'outils de simulation, conçus chacun pour aborder des aspects spécifiques de la dynamique et des performances du véhicule. Comprendre les capacités et les applications des différentes approches de simulation est essentiel pour choisir les outils appropriés pour des défis techniques spécifiques.

Logiciel de simulation de dynamique multicorps

La dynamique multicorps (MBD) est un sous-ensemble de simulation numérique qui modélise le comportement dynamique des systèmes mécaniques constitués de pièces interconnectées, tenant compte de l'élan, du contact et de l'accélération. Cette approche de simulation est fondamentale pour l'analyse de la dynamique du véhicule, car elle permet aux ingénieurs de modéliser les interactions complexes entre les composants du véhicule tels que les systèmes de suspension, les mécanismes de direction et les structures du châssis.

Les ingénieurs automobiles ont été parmi les premiers à utiliser l'approche de simulation multicorps, et les suspensions automobiles, avec des liaisons complexes contenant des ressorts et des amortisseurs conçus pour absorber et adoucir les charges dynamiques de conduite sur les routes rugueuses, sont idéales pour la dynamique multicorps, ce type de simulation devenant une partie essentielle des études sur le bruit, les vibrations et la dureté de l'automobile (NVH) pour offrir une expérience agréable aux conducteurs et aux passagers.

Aujourd'hui, les calculs de simulation font partie intégrante de la conception des véhicules, voitures de voyageurs et camions de toutes catégories, avec ces analyses de simulation basées sur la création d'un modèle multicorps dans certains logiciels commerciaux, et un tel modèle multicorps peut être de complexité variable selon les demandes des utilisateurs, consistant en corps rigides ou éventuellement déformables interconnectés par des éléments sans masse. Cette flexibilité permet aux ingénieurs d'équilibrer la complexité du modèle avec l'efficacité computationnelle, en utilisant des modèles plus simples pour l'exploration de conception en début de phase et des modèles plus détaillés pour la validation finale.

Les principales plateformes de dynamique multicorps comprennent des solutions de sociétés comme Mechanical Simulation Corporation[, Siemens, Dassault Systèmes et Hexagon. CarSim, TruckSim et BikeSim sont des produits VehicleSim qui fournissent les prévisions les plus précises et réalistes possibles, sous une forme qui peut être facilement utilisée par la plupart des ingénieurs et du personnel technique.Ces outils ont été validés au fil des décennies d'utilisation dans l'industrie automobile et continuent d'évoluer pour relever les défis émergents.

Outils d'analyse des éléments finis (AFE)

L'analyse des éléments finis représente une autre catégorie critique d'outils de simulation utilisés de façon intensive dans les applications de dynamique du véhicule. Bien que la dynamique multicorps soit axée sur le mouvement et l'interaction des corps rigides ou semi-rigides, la FEA excelle dans l'analyse détaillée des contraintes, des contraintes et des comportements de déformation des composants et des structures individuels.

La rigidité de la structure du corps d'une automobile a une forte relation avec ses caractéristiques de bruit, de vibration et de dureté (NVH), et l'effet de la rigidité de la structure du corps sur la qualité de la conduite est discuté avec la dynamique multicorps flexible, où la déformation élastique locale du véhicule a été décrite traditionnellement avec les fonctions de forme modale. L'intégration de FEA avec la simulation de la dynamique multicorps permet aux ingénieurs de tenir compte de la flexibilité structurelle dans leurs modèles de dynamique du véhicule, fournissant des prédictions plus précises du comportement réel.

Les flux de travail modernes de simulation combinent souvent la FEA et la dynamique multicorps pour créer des modèles complets qui saisissent à la fois les caractéristiques de mouvement brut et les réponses structurelles détaillées des systèmes de véhicules.

Programmes de dynamique des fluides informatiques (DFC)

Les outils CFD permettent aux ingénieurs de prédire comment l'air circule autour du véhicule et à travers celui-ci, de calculer les forces de traînée, les forces de levage et les moments aérodynamiques qui influent de façon significative sur la manutention à grande vitesse et le rendement énergétique.

L'intégration du CFD à la simulation dynamique du véhicule est particulièrement importante pour les véhicules de haute performance, les camions commerciaux et les véhicules conçus pour fonctionner à grande vitesse. Les forces aérodynamiques peuvent avoir des effets importants sur la stabilité du véhicule, la réponse à la direction et les performances de freinage, en particulier aux vitesses sur route.

Les plates-formes de simulation avancées soutiennent désormais des approches de co-simulation qui permettent de raccorder en temps réel les résolveurs CFD et les modèles de dynamique du véhicule. MBDyn simule le comportement de systèmes mécaniques et aéroservoélastiques hétérogènes basés sur les équations de principes premiers, et peut être facilement couplé à des résolveurs externes pour la co-simulation de problèmes multiphysiques, y compris la dynamique des fluides calculateurs (CFD), la terradynamique et les résolveurs de blocs-diagrammes comme Scicos, Scicoslab et Simulink, en utilisant une API simple côté pair C, C++ ou Python.

Plateformes dynamiques intégrées des véhicules

Le développement moderne des véhicules repose de plus en plus sur des plates-formes de simulation intégrées qui combinent plusieurs capacités d'analyse dans un environnement unifié. Le Véhicule Dynamics Blockset fournit des applications de référence préassemblées pour la dynamique des véhicules automobiles pour les voitures particulières, les camions et les deux roues, y compris une bibliothèque de composants pour la propulsion, la direction, la suspension, la carrosserie du véhicule, les freins, les pneus et les modèles de conducteur, ainsi que des contrôleurs de composants et de supervision.

Simcenter propose une approche intégrée pour développer un véhicule et ses composants de châssis qui répondent à la nature multidisciplinaire de tous ces systèmes mécatroniques grâce à une intégration et une co-simulation sans failles avec les modèles de contrôleurs, avec l'approche de simulation du système permettant aux ingénieurs de prendre des décisions de conception de chargement avant pour les composants de châssis et leurs mises en page et fournissant des solutions évolutives tout au long du processus de conception et de validation, du modèle en boucle (MiL), du logiciel en boucle (SiL) au matériel en boucle (HiL).

ASM Vehicle Dynamics est un modèle ouvert de simulation en temps réel du comportement dynamique du véhicule, utilisé généralement sur un simulateur/SCALEXIO dSPACE pour effectuer des tests de matériel dans la boucle sur les unités de commande électronique (ECUs) ou pendant la phase de conception des algorithmes de contrôleur pour une validation précoce par simulation hors ligne. La capacité d'utiliser les mêmes modèles de simulation tout au long du processus de développement, des premières études de concepts aux essais de matériel dans la boucle, fournit la cohérence et la traçabilité tout en réduisant les efforts nécessaires pour maintenir plusieurs versions de modèles.

Principales applications dans l'optimisation de la dynamique des véhicules

Conception et réglage du système de suspension

Les systèmes de suspension représentent l'un des domaines les plus critiques où les outils de simulation apportent une valeur substantielle. Pour que la manipulation d'une voiture soit fluide, le système de suspension repose sur l'effort concerté de divers amortisseurs et stabilisateurs, et la simulation de dynamique multicorps peut modéliser toutes les parties interdépendantes d'un système de suspension pour optimiser les performances.

Une méthode de conception et d'accordage des suspensions, avec l'aide de simulations dynamiques du véhicule, est basée sur les modèles de simulation automobile (ASM), qui ont été étendus pour ce cas d'utilisation, avec les ASM supportant les ingénieurs de conception à toutes les phases, de la création d'un prototype virtuel jusqu'à l'accordage fin en phase d'essai.

Les ingénieurs peuvent analyser la réponse de la suspension à l'aide de données d'essai Kinematics & Compliance (K&C) ou d'un modèle Simscape Multibody détaillé. Cette capacité permet aux ingénieurs de prédire comment les changements de géométrie de suspension affectent l'alignement des roues, le comportement des dispositifs de contact avec les pneus et, en fin de compte, les caractéristiques de manutention du véhicule.

Modélisation et caractérisation des pneus

Les pneus représentent l'interface critique entre le véhicule et la surface de la route, et une modélisation précise des pneus est essentielle pour une simulation réaliste de la dynamique du véhicule. Les ingénieurs doivent représenter avec précision le comportement des pneus tout au long du processus de conception du véhicule.

Les plates-formes de simulation modernes intègrent des modèles de pneus sophistiqués qui tiennent compte de divers phénomènes, notamment la production de force latérale et longitudinale, le comportement combiné de glissement, la sensibilité à la charge et les effets de température. Ces modèles sont généralement basés sur des données empiriques issues des essais de pneus, des formulations mathématiques telles que la formule magique ou des modèles physiques qui représentent la structure des pneus et les propriétés du caoutchouc.

La précision des modèles de pneus a un impact profond sur la fidélité des simulations de dynamique du véhicule. Les ingénieurs doivent valider soigneusement les modèles de pneus en fonction des données d'essai pour s'assurer que les prévisions de simulation reflètent fidèlement le comportement réel du véhicule.

Dynamique et intégration du groupe motopropulseur

La simulation de dynamique multicorps peut être utilisée pour améliorer la conception et le comportement des composants du groupe motopropulseur, comme le moteur, la transmission et le groupe motopropulseur, pour une meilleure performance, efficacité et durabilité.

L'optimisation du NVH et de la durabilité des systèmes de motorisation nécessite une compréhension précise de leur comportement dynamique, avec EXCITE M permettant aux ingénieurs de modéliser, simuler et analyser la dynamique complexe des composants de motorisation avec une précision exceptionnelle, de gérer le comportement réel des corps flexibles qui se déplacent, se déforment et interagissent avec des contacts tels que des engrenages et roulements à rouleaux ou des contacts lubrifiés, tels que des roulements à film d'huile et par interaction électromécanique et signal.

L'intégration de la simulation du groupe motopropulseur aux modèles dynamiques du véhicule permet aux ingénieurs d'analyser des phénomènes tels que les vibrations de la ligne d'entraînement, la dynamique de l'embrayage et les effets des systèmes de montage du groupe motopropulseur sur les caractéristiques NVH du véhicule.

Analyse du bruit, des vibrations et de la gravité (NVH)

Le contrôle du bruit, des vibrations et de la dureté (NVH) dans un véhicule est essentiel au confort des passagers et à l'expérience globale. En utilisant la simulation de dynamique multicorps, les ingénieurs automobiles peuvent identifier les sources de vibrations et d'émission sonore de toutes les parties d'une voiture et déterminer les meilleures façons de les traiter.

Les outils de simulation permettent aux ingénieurs de prédire le comportement NVH au début du processus de développement, lorsque les changements de conception sont encore relativement peu coûteux à mettre en œuvre. En analysant les voies de transmission du bruit à l'origine de la structure et de l'air, les ingénieurs peuvent identifier des possibilités de réduire le bruit et les vibrations par des modifications à la conception des composants, à la sélection des matériaux ou aux systèmes de montage.

La transition vers les véhicules électriques a rendu l'analyse NVH encore plus critique, car l'absence de bruit moteur rend les autres sources de bruit plus visibles pour les occupants. L'élimination de l'effet de masque causé par le moteur à combustion et la tendance vers les essieux électriques à grande vitesse font du NVH un aspect central du développement des véhicules.

Développement du système de contrôle de la châssis

Les véhicules modernes intègrent de plus en plus des systèmes de commande de châssis actifs tels que le contrôle de stabilité électronique, la suspension active, le vecteur de couple et les systèmes avancés d'assistance au conducteur. L'intégration croissante des commandes actives, ainsi que l'utilisation de systèmes de châssis électrifiés, rendent les activités d'ingénierie encore plus complexes, avec Simcenter fournissant une approche intégrée pour développer un véhicule et ses composants de châssis qui répondent à la nature multidisciplinaire de tous ces systèmes mécatroniques grâce à des capacités d'intégration et de co-simulation sans faille avec les modèles de contrôleur.

CarSim comprend des contrôleurs intégrés pour imiter le comportement du conducteur, y compris le suivi du chemin, la commande de vitesse et d'accélération, le changement de vitesse et la commande mécanique d'embrayage, et prend en charge le logiciel dans la boucle, le modèle dans la boucle, le matériel dans la boucle et le pilote dans la boucle.

Le développement de systèmes avancés d'assistance au conducteur (ADAS) et de capacités de conduite autonome a encore accru l'importance de la simulation dans le développement de systèmes de commande du châssis.Ces dernières années, les simulations ont été étendues à des terrains complexes, à d'autres «acteurs» tels que les véhicules de circulation, les piétons, les signaux et signaux de circulation, et à des capteurs intégrés nécessaires pour les scénarios de simulation des systèmes d'assistance automatique au conducteur (ADAS) et des véhicules autonomes (AV), qui permettent aux ingénieurs d'essayer des systèmes de commande dans des scénarios complexes et réalistes qui seraient difficiles ou impossibles à reproduire lors des essais physiques.

Manipulation et optimisation de la stabilité du véhicule

Les outils de simulation permettent aux ingénieurs de prédire comment les véhicules réagiront aux entrées des conducteurs et aux perturbations externes dans une large gamme de conditions de fonctionnement. En analysant le comportement des véhicules dans des manœuvres simulées comme le virage en état d'équilibre, les essais de manipulation transitoires et les conditions limites de stabilité, les ingénieurs peuvent identifier des possibilités d'améliorer l'équilibre de la manutention, la réactivité et les marges de stabilité.

Les ingénieurs peuvent accélérer la conception de composants et de sous-systèmes robustes comme la direction et le freinage, les amortisseurs, les barres de stabilisation active du roulis et tout système mécatronique lié au châssis, avec une plateforme de modélisation multidisciplinaire évolutive et ses modèles hors-sol permettant d'évaluer les risques technologiques résultant de l'électrification du châssis, et d'utiliser le niveau de détail le plus approprié selon les besoins de simulation et les paramètres disponibles, avec Simcenter aidant à intégrer ces systèmes au sein du véhicule, et valider les stratégies de contrôle.

Les outils de simulation permettent également aux ingénieurs d'explorer les compromis entre différents objectifs de performance. Par exemple, les réglages de suspension qui améliorent le confort de conduite peuvent compromettre la réactivité de la manipulation, tandis que les réglages agressifs de la manipulation peuvent entraîner une conduite difficile.

Techniques et méthodes de simulation avancées

Simulation en temps réel et essais du matériel dans la boucle

La simulation en temps réel représente une capacité critique pour le développement moderne des véhicules, permettant des essais sur le matériel dans la boucle (HIL) où les unités de commande physique interagissent avec des modèles de véhicules simulés. veDYNA est un outil de simulation de la dynamique du véhicule éprouvé et polyvalent basé sur un modèle de véhicule de haute précision, qui est également adapté à la simulation de voitures particulières, de véhicules tout-roue sport et de voitures de course de Formule 1, avec des applications allant du développement conceptuel du véhicule au PC par rapport aux essais sur composants dans des plates-formes virtuelles ou physiques jusqu'au développement fonctionnel et aux essais sur les contrôleurs de la dynamique du véhicule dans des environnements logiciels dans la boucle et du matériel dans la boucle.

La simulation en temps réel nécessite des modèles qui peuvent s'exécuter assez rapidement pour maintenir la synchronisation avec le temps réel, exigeant généralement des taux de mise à jour de 1000 Hz ou plus pour une représentation précise de la dynamique du véhicule. Pour satisfaire à ces exigences de performance, il faut souvent optimiser soigneusement le modèle et utiliser du matériel informatique spécialisé en temps réel.

Grâce à la dynamique multicorps en temps réel, les clients peuvent découvrir leurs produits dans différents types de simulateurs tels que les simulateurs de conduite. La simulation de conducteur en boucle fournit des informations précieuses sur les caractéristiques subjectives du véhicule et permet d'évaluer les interfaces homme-machine dans des scénarios de conduite réalistes.

Intégration de la cosimulation et de la multiphysique

Les véhicules modernes sont des systèmes mécatroniques complexes qui intègrent des sous-systèmes mécaniques, électriques, hydrauliques et thermiques. La prédiction précise du comportement du véhicule nécessite des outils de simulation qui peuvent modéliser ces interactions multiphysiques. Les ingénieurs peuvent intégrer des systèmes hydrauliques, électriques, pneumatiques et autres systèmes physiques dans leur modèle en utilisant des composants de la gamme de produits Simscape.

Par exemple, une simulation dynamique du véhicule peut être couplée à un modèle de moteur électrique détaillé, une simulation de gestion thermique de la batterie et un modèle électronique de puissance pour créer une représentation complète d'un groupe motopropulseur électrique. L'architecture de modèle ouverte et modulaire mise en œuvre dans MATLAB et Simulink permet une intégration facile et simple de composants de modèles spécifiques à l'utilisateur et de contrôleurs externes de véhicules, avec toutes les fonctionnalités de MATLAB et Simulink disponibles pour le contrôle de simulation et le post-traitement des résultats. Cette flexibilité permet aux ingénieurs de tirer parti d'outils spécialisés tout en maintenant un environnement de simulation intégré.

Technologie numérique jumelée

La technologie numérique à double usage représente un paradigme émergent dans la simulation de véhicules, où des modèles virtuels de haute fidélité sont maintenus tout au long du cycle de vie du véhicule et continuellement mis à jour avec les données des véhicules physiques. Les ingénieurs peuvent automatiquement convertir des conceptions CAO pour créer un jumeau numérique du système. Ces jumeaux numériques servent de représentations vivantes des véhicules physiques, permettant la maintenance prédictive, l'optimisation des performances et l'amélioration continue basée sur des données d'exploitation réelles.

Le développement de jumelles numériques nécessite l'intégration de modèles de simulation avec des systèmes d'acquisition de données, une infrastructure de calcul en nuage et des outils d'analyse. À mesure que les véhicules deviennent de plus en plus connectés et génèrent de grandes quantités de données opérationnelles, les jumelles numériques fournissent un cadre pour exploiter ces données afin d'améliorer la performance, la fiabilité et la satisfaction des clients.

Optimisation et conception de l'exploration spatiale

Les ingénieurs utilisent leurs modèles pour optimiser l'efficacité du système, ajuster les paramètres d'entrée et la géométrie pour augmenter le débit. Plutôt que de se fier à l'intuition ou à des approches d'essai et d'erreur, les ingénieurs peuvent utiliser des techniques d'optimisation mathématique pour identifier les conceptions qui répondent le mieux aux objectifs de performance spécifiés tout en satisfaisant aux contraintes.

Les méthodes d'optimisation modernes peuvent répondre simultanément à plusieurs objectifs, permettant aux ingénieurs d'explorer les compromis entre des objectifs de performance concurrents. Par exemple, une étude d'optimisation pourrait chercher à minimiser la masse du véhicule tout en maintenant des objectifs de rigidité structurelle et en satisfaisant aux contraintes d'emballage.

Les différentes étapes du développement de produits posent des défis variés et nécessitent des méthodes de simulation adaptées.Dans les premiers temps, avant que de nombreux éléments ne soient fixés, les ingénieurs doivent explorer l'espace de conception et comprendre l'impact des décisions qu'ils prennent.

Développement et validation de modèles de simulation

Construction de modèles et paramétrisation

L'élaboration de modèles de simulation précis exige une attention particulière à la structure du modèle, à l'identification des paramètres et à la validation.L'application Virtual Vehicle Composer offre l'application pour configurer et paramétrer les modèles, ainsi que des workflows préconstruits pour la cinématique et la conformité (K&C) testant et étalonnant les modèles à partir des données d'essai.

La paramétrisation du modèle consiste à déterminer les valeurs numériques des paramètres du modèle tels que les masses, les inerties, les rigidités et les coefficients d'amortissement. Certains paramètres peuvent être mesurés directement ou obtenus à partir de modèles CAO, tandis que d'autres doivent être identifiés par des procédures d'essai ou d'estimation.

Les ingénieurs peuvent importer des assemblages CAO complets, incluant toutes les masses, inerties, articulations, contraintes et géométrie 3D, dans leur modèle, avec une animation 3D générée automatiquement leur permettant de visualiser la dynamique du système. Cette capacité à tirer parti des données CAO directement dans les modèles de simulation réduit l'effort nécessaire pour le développement des modèles et contribue à assurer la cohérence entre les modèles de conception et d'analyse.

Validation et corrélation du modèle

La validation est une étape critique du processus de simulation, assurant que les modèles prédisent avec précision le comportement réel du véhicule. La validation du modèle consiste généralement à comparer les prévisions de simulation avec les mesures des essais physiques, à identifier les écarts et à affiner les modèles pour améliorer la corrélation.

Les modèles utilisés pour l'exploration des modèles en début de conception peuvent exiger une validation qualitative seulement, confirmant qu'ils reflètent les tendances correctes et les effets relatifs des changements de conception. En revanche, les modèles utilisés pour la validation finale des performances ou la conformité réglementaire doivent démontrer une précision quantitative, avec des prévisions de simulation qui correspondent étroitement aux réponses mesurées du véhicule.

Lors de la signature d'une conception finale, des analyses précises sont essentielles pour saisir les performances du système en tenant compte de la fabrication et des tolérances, et tout au long du processus, il faut combiner les approches système, sous-système et composants, avec des outils de simulation de la dynamique du système qui doivent soutenir diverses fidélités et contraintes du modèle, comme le calcul en temps réel, et un lien avec d'autres outils du processus.

Analyse quantitative et robuste de l'incertitude

Les outils de simulation intègrent de plus en plus des techniques de quantification de l'incertitude qui permettent aux ingénieurs d'évaluer comment les variations des paramètres affectent les performances du véhicule. En effectuant des simulations Monte Carlo ou d'autres analyses statistiques, les ingénieurs peuvent prédire la gamme de performances qui seront observées dans une population de véhicules et identifier des conceptions qui sont robustes aux variations des paramètres.

L'analyse de la robustesse est particulièrement importante pour les systèmes critiques en matière de sécurité, où les performances doivent être maintenues dans un large éventail de conditions de fonctionnement et en présence de variations de composants. L'analyse de la robustesse basée sur la simulation permet aux ingénieurs d'identifier les modes de défaillance potentiels et les systèmes de conception avec des marges de sécurité adéquates.

Tendances de l'industrie et évolution future

Simulation d'électrification et de mobilité électronique

La transition de l'industrie automobile vers les véhicules électriques présente de nouveaux défis et opportunités en matière de simulation.Les motorisations électriques présentent des caractéristiques dynamiques fondamentalement différentes par rapport aux moteurs à combustion interne conventionnels, nécessitant de nouvelles approches de modélisation et de méthodes de validation.Les moteurs E et hybrides fonctionnent souvent dans des conditions transitoires avec des charges et des vitesses changeantes, et il est essentiel de tenir compte des effets dynamiques de ces conditions lors de l'évaluation de leur durabilité et de leur NVH.

Les véhicules électriques présentent également des défis uniques en matière de dynamique du véhicule, notamment les effets de la masse de la batterie et de l'emballage sur la répartition du poids, le potentiel de rotation du couple grâce à des moteurs de roues indépendants et l'intégration du freinage régénératif aux freins à friction conventionnels.

Développement autonome des véhicules

Le développement de véhicules autonomes repose fortement sur la simulation pour les essais et la validation. Une plate-forme de développement complète ADAS et AD comprend généralement la simulation, la validation et l'outillage de gestion des données, ces composants travaillant ensemble pour permettre le développement rapide, les essais et le déploiement de logiciels ADAS et AD. Le nombre quasi infini de scénarios que les véhicules autonomes doivent gérer rend les essais physiques seuls impossibles, nécessitant une utilisation intensive de la simulation pour la production, les essais et la validation de scénarios.

SimCreator comprend des bibliothèques complètes de manœuvres de base, de modèles de dynamique de véhicule, de scènes, d'environnements de conduite, et des centaines de véhicules, animaux, piétons, bâtiments et autres objets statiques. Ces environnements de simulation complets permettent de tester des systèmes autonomes dans des scénarios divers et réalistes qui couvrent toute la gamme des conditions que les véhicules rencontreront dans le monde réel.

Intelligence artificielle et intégration de l'apprentissage automatique

L'intelligence artificielle et l'apprentissage machine sont de plus en plus intégrés dans les flux de travail de simulation de véhicules. L'IA permet aux véhicules de prendre des décisions en temps réel, d'apprendre de diverses conditions environnementales et d'améliorer leur fonctionnement grâce à des modèles d'apprentissage machine, ce qui améliore la capacité de gérer des situations routières complexes et dynamiques.

Des techniques d'IA sont également appliquées pour automatiser certains aspects du processus de simulation, comme la production de scénarios pour les essais autonomes sur véhicule, l'identification des paramètres pour l'étalonnage des modèles et la détection d'anomalies dans les résultats de simulation.

Simulation et scalabilité basées sur le cloud

Le Cloud computing transforme la simulation de véhicule en fournissant des ressources calculatrices pratiquement illimitées pour des campagnes de simulation à grande échelle. Les outils d'Intuition Applied pour l'intelligence de véhicule sont conçus pour l'ingestion, la curation et le traitement à l'échelle des petaoctets dans les parcs et les programmes à long terme, avec une orchestration fiable, une exécution à coûts-concept et une lignage reproductible permettant de maintenir les flux de travail stables à mesure que le volume de données et la complexité des modèles augmentent.

L'évolutivité fournie par le cloud computing est particulièrement utile pour des applications telles que la validation autonome des véhicules, où des millions de simulations peuvent être nécessaires pour atteindre une couverture d'essai adéquate.

Pratiques exemplaires pour une simulation efficace

Définition d'objectifs clairs et de besoins clairs

L'utilisation efficace de la simulation commence par une définition claire des objectifs et des exigences de chaque étude de simulation. Les ingénieurs doivent déterminer les questions précises auxquelles la simulation est censée répondre, les mesures de rendement qui seront utilisées pour évaluer les résultats et le niveau d'exactitude requis pour l'application.

Les études de conception en phase initiale peuvent prioriser la vitesse et la flexibilité par rapport à la précision absolue, ce qui permet d'explorer rapidement les solutions de rechange. Les études de validation en phase ultérieure nécessitent des modèles de fidélité plus élevés et une validation plus rigoureuse pour s'assurer que les prévisions de simulation reflètent fidèlement le comportement réel du véhicule.

Maintien de la qualité et de la documentation du modèle

Les modèles de simulation représentent une propriété intellectuelle précieuse qui doit souvent être maintenue et utilisée pendant de longues périodes. Le maintien de la qualité du modèle exige une attention particulière à la documentation, au contrôle des versions et à la gestion de la configuration.

Tous les blocs Simulink du modèle sont visibles, il est donc facile d'ajouter ou de remplacer des composants par des modèles personnalisés pour adapter les propriétés du véhicule parfaitement aux projets individuels, avec les interfaces standardisées des ASM permettant d'élargir facilement le modèle dynamique du véhicule pour répondre à des exigences spécifiques ou même créer un véhicule virtuel. Cette ouverture et modularité facilitent la maintenance et la personnalisation du modèle, mais nécessitent également une gestion soigneuse pour s'assurer que les modifications sont correctement documentées et validées.

Intégration de la simulation aux tests physiques

Bien que la simulation offre une valeur énorme, elle devrait être considérée comme complémentaire à l'essai physique plutôt qu'à un remplacement complet. Les programmes de développement du véhicule les plus efficaces intègrent la simulation et les essais de manière synergique, en utilisant la simulation pour guider la planification des essais, réduire le nombre d'essais physiques requis et interpréter les résultats des essais.

La relation entre la simulation et les essais devrait être itérative, les données d'essai servant à valider et à affiner les modèles de simulation et la simulation servant à planifier des essais plus efficaces et plus informatifs. Cette approche intégrée tire parti des forces de la simulation et des essais tout en atténuant leurs limites respectives.

Développer l'expertise et les capacités en simulation

L'utilisation efficace des outils de simulation nécessite une expertise considérable en dynamique des véhicules, en méthodes numériques et en outils de simulation spécifiques utilisés. Les organisations devraient investir dans la formation et le développement pour développer et maintenir des capacités de simulation, ce qui comprend non seulement la formation sur des outils logiciels spécifiques, mais aussi la compréhension fondamentale des principes de dynamique des véhicules, des méthodes de simulation et des pratiques exemplaires pour l'élaboration et la validation des modèles.

Les organisations devraient établir des communautés de pratique, encourager le partage des connaissances et maintenir des liens avec la communauté de simulation en général en participant à des conférences, des ateliers et des organisations professionnelles. Ces activités permettent aux équipes d'ingénierie de demeurer à jour avec les dernières techniques de simulation et de tirer parti de nouvelles capacités dès qu'elles sont disponibles.

Conclusion

Des dynamiques multicorps et de l'analyse d'éléments finis à la dynamique informatique des fluides et aux plates-formes intégrées de dynamique des véhicules, ces outils permettent aux ingénieurs d'analyser, de tester et d'affiner les performances des véhicules dans les environnements virtuels avant de s'engager dans des prototypes physiques coûteux. Les avantages de la simulation incluent des cycles de développement accélérés, des coûts réduits, une meilleure prévision des performances, une identification précoce des problèmes et une meilleure collaboration entre les équipes d'ingénierie distribuées.

Alors que l'industrie automobile continue d'évoluer avec l'électrification, la conduite autonome et la complexité croissante des véhicules, les outils de simulation joueront un rôle encore plus crucial dans le développement des véhicules. Les technologies émergentes comme les jumelles numériques, l'intelligence artificielle et l'informatique en nuage promettent d'améliorer encore les capacités de simulation et de permettre de nouvelles approches de l'ingénierie des véhicules.

La réussite avec la simulation dynamique de véhicule exige plus que l'accès à des outils logiciels sophistiqués. Il exige des objectifs clairs, une fidélité appropriée au modèle, une validation rigoureuse, une intégration avec des essais physiques et un investissement soutenu dans la construction et le maintien d'une expertise de simulation.

Pour les ingénieurs et les organisations qui cherchent à améliorer leurs capacités de simulation de la dynamique des véhicules, de nombreuses ressources sont disponibles, y compris les fournisseurs de logiciels, les programmes de formation, les services de consultation et les communautés professionnelles. En exploitant ces ressources et en s'engageant à améliorer continuellement les processus et les capacités de simulation, les ingénieurs automobiles peuvent exploiter toute la puissance de la simulation pour relever les défis complexes du développement moderne des véhicules et fournir des véhicules qui dépassent les attentes des clients en matière de performance, de sécurité et de qualité.