Avant qu’une voiture ne quitte la chaîne de production, les constructeurs la testent virtuellement. La simulation de pneus est particulièrement difficile car ils sont soumis à des contraintes extrêmes lors de la conduite sur des nids-de-poule et des bosses. C'est là que CDTire entre en jeu. Le logiciel de modélisation de pneus développé par les chercheurs de Fraunhofer permet de créer des modèles de pneus réalistes et soutient l'industrie automobile dans un large éventail de scénarios d'analyse.
Manfred Bäcker et Christoph Burkhart de l'Institut Fraunhofer de mathématiques industrielles ITWM expliquent comment le nouveau logiciel permet également de réduire les coûts et de déplacer les essais routiers fastidieux de la piste d'essai réelle vers le simulateur de véhicule.
Pourquoi la simulation de pneus est-elle un tel défi ?
Bäcker : Parce que les pneus présentent un comportement complexe et non linéaire. La conduite génère de la chaleur, ce qui modifie les propriétés des pneus. Il est donc difficile de simuler leur comportement à la fois avec précision et rapidité. Il nous faut donc des modèles sophistiqués prenant en compte à la fois les effets thermiques et la dynamique non linéaire du pneu sur la route, ce qui nécessite beaucoup de puissance de calcul.
Comment parvenez-vous à trouver un équilibre entre temps de calcul et précision ?
Burkhart : CDTire est en fait une famille de modèles de pneus couvrant les modèles de carcasse, de flanc et de bande de roulement afin de trouver l'équilibre optimal entre précision et efficacité de calcul pour diverses applications. L’objectif est de créer une simulation réaliste nécessitant peu de temps de calcul. Cela inclut également des modèles en temps réel.
Comment CDTire pilote-t-il le développement de pneus virtuels ?
Bäcker : Dans l'industrie automobile, des modèles de pneus sont intégrés dans des simulations de véhicules pour tester et optimiser virtuellement le comportement de conduite. Ces simulations prennent en compte des facteurs complexes tels que le développement de chaleur, la déformation des pneus et les propriétés des matériaux, qui affectent tous le comportement de conduite. Les constructeurs automobiles utilisent des modèles de pneus dès le début du processus de développement pour obtenir des informations sur le confort, la durabilité structurelle et la dynamique de conduite pour une étape de développement spécifique.
Il y a une quinzaine d’années, les modèles de pneus n’offraient que des fonctionnalités limitées alors que les fabricants de pneus utilisaient déjà des modèles de pneus sophistiqués. Cependant, ceux-ci n’ont pas pu être inclus dans la simulation globale du véhicule en raison de leur temps de calcul élevé. CDTire a comblé le fossé entre les constructeurs de pneus et les constructeurs automobiles. Notre outil sert de format d’échange entre les deux industries. L’industrie du pneumatique l’utilise dès les premiers stades de développement, tandis que l’industrie automobile l’utilise dans le contexte global des véhicules. CDTire peut rapidement mettre en œuvre des adaptations pour les pneus d'origine (équipement d'origine), spécifiquement développés pour l'équipement d'origine d'un véhicule.
Le CDTire est donc devenu un modèle de pneu fréquemment utilisé ?
Bäcker : Oui. Presque tous les fabricants de véhicules et de pneus renommés sont nos clients. Étant donné que CDTire permet des essais virtuels dans des simulateurs de véhicules, les entreprises peuvent éviter de longs essais dans le monde réel et la production de prototypes de pneus coûteux pendant le développement. Selon l'application, nos modèles de pneus, qui calculent en temps réel, peuvent être intégrés au simulateur.
Cette évolution nous a permis de nous éloigner des essais routiers réels et de nous tourner vers des simulations de véhicules. Notre objectif est que les conducteurs d'essais professionnels évaluent les pneus principalement sur le simulateur de véhicule à l'aide de prototypes virtuels de pneus et de véhicules. La piste d’essai réelle ne serait alors nécessaire que pour l’approbation finale du prototype.
CDTire vous permet de cartographier l'ensemble du processus de développement des pneus. Comment ça marche ?
Burkhart : CDTire fournit aux ingénieurs de développement un modèle de pneu pour presque tous les scénarios d'analyse. Notre concentration sur la dynamique des carcasses et l'interaction avec les revêtements routiers 3D offre une bonne précision de prévision, même bien en dehors de la plage couverte par les mesures obtenues pour l'entrée des données du modèle. Lors de la simulation des pneus, le logiciel calcule les forces et couples du moyeu de roue sur chaque roue ainsi que les forces de contact sur la route.
Quelles améliorations ou fonctionnalités particulières la version actuelle du logiciel offre-t-elle ?
Bäcker : CDTire3D est un outil multiphysique qui peut, par exemple, simuler l'évolution de la température et, en intégrant un modèle dynamique de l'air interne, également l'air interne du pneu. Plus récemment, nous avons ajouté une fonctionnalité qui calcule également l’usure des pneus. Les vibrations internes de l'air sont transmises à l'habitacle du véhicule via le châssis du véhicule, provoquant la vibration du volant et du tableau de bord, ce qui réduit le confort des occupants.
Mais surtout, ces vibrations sont audibles. Dans les véhicules électriques en particulier, ils sont perçus comme gênants. De plus, notre nouveau modèle de jante flexible nous permet d'évaluer le pneu et la jante ensemble comme une roue complète, élargissant ainsi considérablement la portée et les possibilités du modèle.
Dans quelle mesure vos simulations jouent-elles également un rôle pour l’autonomie des véhicules électriques ?
Burkhart : CDTire nous permet désormais de simuler avec précision la résistance au roulement et de la prédire dans différentes conditions de conduite. La résistance au roulement d'un pneu est le résultat de pertes d'énergie. Il fait partie du label pneumatique européen, qui classe les pneus dans les classes d'efficacité de A à E. Une résistance au roulement plus faible améliore la consommation de carburant du véhicule et donc également son efficacité énergétique.
Mais dans la pratique, les choses sont différentes. Les pneus fonctionnent en dessous du seuil de la classe d'efficacité dans la vie quotidienne, car les gens parcourent de courtes distances avec des pneus froids. C’est un aspect particulièrement important pour les véhicules électriques car cela impacte leur autonomie. C'est pourquoi nous avons adapté CDTire pour inclure les pertes de friction internes. Le logiciel combine le frottement interne avec le modèle de température pour créer une simulation réaliste de la résistance au roulement.
Envisagez-vous de transférer votre technologie vers l’industrie ?
Bäcker : Oui. Nous lancerons notre spin-off Virtual Tire Technologies (VTT) à Kaiserslautern en 2026. Nous continuerons cependant à collaborer avec Fraunhofer ITWM et resterons en contact étroit.
