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Un modèle de pneumatique qui prend en compte la température
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Un modèle de pneumatique qui prend en compte la température

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Les constructeurs effectuent des tests virtuels sur le design du véhicule bien avant que la première voiture sorte de la ligne d’assemblage. Cependant, la simulation des pneumatiques est restée un défi. Le logiciel « CDTire/3D » des chercheurs de l’institut Fraunhofer cherche à modéliser les pneumatiques de façon réaliste. Le logiciel prend en compte la chaleur qui est générée par les pneus pendant la conduite et comment les propriétés de celui-ci changent.

Les véhicules évoluent souvent sur des routes irrégulières, roulent sur des pierres, dans des nids de poule, et glissent sur des routes gelées. Comment simuler toutes ces situations et savoir que le comportement opérationnel du véhicule sera identique ? Est-ce que la conception répond aux exigences ? Pour répondre à ces questions, les simulations offrent certains avantages : Différentes variantes d’un véhicule à moteur peuvent être essayées à une phase précoce de développement, que ce soit une automobile, un camion ou tracteur, et leur conception peut être optimisée sans prototypes.

La simulation des pneumatiques, un domaine complexe

La simulation du véhicule complet est bien comprise. Cependant, les pneus demeurent un défi parce qu’ils se comportent d’une manière non linéaire et complexe. Le calcul est soit très long, demandant beaucoup de ressources CPU, et ne peut pas être facilement intégré dans un modèle global, soit il fournit des résultats inexacts. Des chercheurs de l’Institut pour les mathématiques industrielles ITWM Fraunhofer à Kaiserslautern ont développé un outil de simulation appelé « CDTire/3D » qui tente de résoudre ce dilemme. « Nous utilisons nos technologies pour trouver un bon équilibre entre le temps de calcul et précision« , dit le Dr Manfred Backer, responsable de la simulation pneumatique et véhicule à ITWM. Les chercheurs présenteront le logiciel à l’exposition de Hanovre du 13 au 17 avril 2015

Les scientifiques ont cartographié les propriétés du pneumatique dans un modèle couches structurelles. « Au lieu de représenter le pneumatique comme un modèle volumétrique, nous le modélisons comme une coquillece qui réduit beaucoup le temps de simulation, tout en prenant toujours en compte toutes les propriétés », explique Bäcker. Tout d’abord, les chercheurs calculent des couches individuelles pour chaque couche fonctionnelle du pneumatique réel : un pour chaque plis de la ceinture en acier, un pour chaque plis de la carcasse, et ainsi de suite. Ils regroupent le tout dans une seule enveloppe. Quelle est sa particularité ? Le modèle prend également en compte le flanc. Dans les simulations habituelles, les constructeurs automobiles doivent complètement modifier les paramètres de simulation dès que la largeur ou la pression du pneu varie.

Modélisation de pneumatique par l'ITWM

« Nous avons complètement séparé la géométrie des propriétés des matériaux de sorte que nous puissions modifier la géométrie des pneus sans avoir à adapter le modèle. » Les constructeurs automobiles sont également intéressés puisque le logiciel est déjà utilisé dans l’industrie, notamment chez Toyota et Daimler.

En outre, les scientifiques intègrent désormais la température dans la simulation. C’est important parce que le pneumatique est déformé de façon dynamique lors de la conduite et parce que les freins émettent de la chaleur. En conséquence, le pneu se réchauffe – donc ses propriétés changent. Les chercheurs ont d’abord enregistré les résultats de CDTire/3D dans le modèle de température. Puis, à l’aide de ces calculs, ils ont simulé comment la chaleur se déplace dans le pneu, et finalement les résultats sont couplés dans le modèle structurel initial. Par ailleurs, l’écurie Suisse de Formule 1 Sauber va utiliser le modèle de température à l’avenir pour optimiser la vitesse de passage en courbes de ses monoplaces.

« Comme le système est modulaire, nous pouvons coupler le modèle de température à n’importe quel outil de simulation », dit le chercheur. En conséquence, il peut également être connecté à l’outil « CDTire/RealTime ». Ce logiciel peut également être utilisé lors de la conception d’un système de contrôle électronique comme l’ESP. Si un véhicule commence à perdre de la traction ou dérape, l’ESP applique de manière sélective les freins sur chaque roue. A l’avenir, CDTire/RealTime sera en mesure d’être embarqué sur les microcontrôleurs de la voiture pour augmenter la précision de l’ESP en temps réel. Bäcker pense qu’il faudra encore un à deux ans jusque-là.

Source : Fraunhofer ITWM

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