L’utilisation croissante des jumeaux numériques et des simulations avancées réduit le besoin de prototypage traditionnel.
L’industrie automobile repousse les limites de la conception des véhicules électriques (VE), propulsée par des avancées technologiques rapides et des besoins consommateurs en évolution. En particulier, les fabricants affrontent un tournant en ingénierie, où l’utilisation accrue des jumeaux numériques et des simulations avancées réduit de manière significative le besoin de prototypes physiques traditionnels, ce qui permet d’économiser du temps, de l’argent et des ressources.
Fabrication et assemblage de VE. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Adobe Stock
Le passage du processus traditionnel de prototypage et de test, lourd en ressources, vers une approche entièrement numérisée, appelée “prototypage zéro”, est une ambition à laquelle les fabricants travaillent depuis des années. En utilisant des simulations pour reproduire comment un VE se comportera dans différents scénarios, les fabricants peuvent éviter de plus en plus les phases de prototypage les plus coûteuses, économisant ainsi temps, argent et ressources. Dans d’autres domaines comme l’aérospatial, où le zéro-test est un objectif, les ingénieurs automobiles poussent vers un standard similaire, cherchant à valider des modèles numériques avec suffisamment de confiance pour négliger plusieurs séries de tests physiques. Nous disposons de la technologie nécessaire pour offrir un avenir sans prototypage, où tous les tests peuvent être réalisés virtuellement ; toutefois, les fabricants doivent continuer à s’informer sur leurs options et à développer davantage de confiance dans ces solutions.
Jumeaux Numériques et Simulations
Les jumeaux numériques reproduisent virtuellement des actifs, systèmes ou processus physiques. Ces modèles numériques permettent aux ingénieurs de simuler et d’analyser d’innombrables facteurs pour les VE, de l’efficacité du moteur à la gestion de la chaleur de la batterie, en passant par les défis de bruit, de vibration et de rugosité. Avec plusieurs jumeaux numériques, les fabricants peuvent reproduire le cycle de vie d’un VE, capturant des données en temps réel sur chaque aspect de performance, des profils de chaleur et de bruit à la consommation d’énergie sous différentes conditions de conduite.
Bien qu’il soit impossible de créer une réplique virtuelle de chaque environnement et scénario possible dans le monde physique, les fabricants constatent que les jumeaux numériques offrent une plateforme virtuelle pour tester une gamme beaucoup plus large de conditions, y compris les variations de pression, de température, de qualité de l’air et de forces d’impact. L’exécution de ces simulations leur permet de prédire et de prévenir les problèmes de performance de manière plus sûre et économique avant qu’ils ne surviennent dans des applications réelles. Les fabricants accélèrent l’ensemble du flux de travail de fabrication en intégrant des évaluations virtuelles dans leurs processus pour aider à minimiser les retards de production souvent causés par des erreurs coûteuses.
Un problème essentiel dans la conception des VE est la gestion thermique des batteries. L’énorme quantité d’énergie stockée dans les batteries des VE génère de la chaleur, qui, si elle n’est pas contrôlée, peut entraîner une usure prématurée de la batterie ou même des dangers pour la sécurité comme des incendies. Un jumeau numérique peut simuler la performance de la batterie sur diverses plages de température, identifiant les besoins de refroidissement et améliorant la gestion thermique. Cela réduit la nécessité de tests physiques, conduisant à des conceptions plus précises et à moins de prototypes physiques tout en atténuant les risques associés à une dépendance excessive aux simulations seules.
Pack de batterie de VE sur une ligne de production. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Adobe Stock https://stock.adobe.com/images/ev-battery-pack-automated-production-line-equipped-with-orange-robot-arms-modern-electric-car-smart-factory-row-of-advanced-robotic-arms-inside-bright-plant-assemble-battery-for-automotive-industry/661397600
Les fabricants de VE qui mettent en œuvre la technologie de simulation utilisent également des données provenant du comportement de conduite réel, comme les modèles de freinage et d’accélération, pour les réintégrer dans une simulation, fournissant des informations sur les pannes potentielles et informant la conception future et la maintenance prédictive. Par exemple, les ingénieurs peuvent prédire quand certaines pièces pourraient s’user et résoudre les problèmes avant qu’ils n’escaladent. Ces informations sont intégrées dans la conception générative, permettant aux ingénieurs de prendre des décisions plus éclairées sur les matériaux et les éléments de conception, améliorant la durabilité, l’efficacité et la sécurité des modèles suivants.
Simulation Alimentée par l’IA pour Élargir les Tests
L’intelligence artificielle joue un rôle crucial dans l’avancement du prototypage zéro pour les VE. Les ingénieurs trouveraient peu pratique de simuler manuellement des milliers de scénarios réels. Cependant, en alimentant les données de simulation dans des algorithmes d’IA, les fabricants peuvent augmenter le nombre de scénarios de test. Les outils d’IA peuvent identifier des motifs, prédire des résultats et même simuler des scénarios qui n’auraient peut-être pas été initialement considérés. Par exemple, l’IA peut simuler l’usure sur des décennies de conduite en quelques minutes, révélant des informations sur la longévité des composants et l’impact environnemental.
Ce niveau de test dépasse de loin la capacité des prototypes physiques, permettant aux fabricants d’optimiser les conceptions pour des performances à long terme, l’efficacité énergétique et la sécurité dans un environnement virtuel.
Construire la Confiance dans la Technologie de Simulation
Le socle du prototypage zéro est la confiance dans les simulations exécutées avec des jumeaux numériques. Pour utiliser les jumeaux numériques et la technologie de simulation, il faut avoir confiance que les tests virtuels reflètent les conditions réelles. Cependant, atteindre une telle confiance n’est pas facile. Jusqu’à récemment, une puissance de calcul limitée et des logiciels de simulation basiques restreignaient ce que les ingénieurs pouvaient reproduire virtuellement. L’informatique haute performance (IHP) et les fermes de serveurs basées sur le cloud changent la donne. Des cœurs avancés permettent désormais d’exécuter des simulations à grande échelle et à vitesse ; par exemple, des tâches qui prenaient autrefois une journée à accomplir peuvent maintenant être réalisées en quelques minutes sur des serveurs avec des centaines de cœurs de traitement.
Les simulations doivent être rigoureusement validées pour garantir leur précision, ce qui signifie que la qualité de la simulation doit égaler la rigueur des tests physiques. Pour faire face aux complexités du monde réel des VE, les principaux fabricants investissent dans une précision computationnelle et explorent un spectre plus large de variables, des conditions météorologiques extrêmes aux conditions de conduite dynamiques. À mesure que la précision s’améliore et que les tests utilisant des prototypes virtuels deviennent plus courants, les fabricants automobiles deviennent de plus en plus à l’aise avec l’abandon des anciens processus et la réduction du nombre de tests physiques nécessaires.
Bien que l’exactitude des simulations s’améliore, un départ complet du test physique reste peu probable dans un avenir prévisible. Le gouvernement américain et les agences réglementaires mondiales exigent certains tests de collision physiques et contrôles de durabilité avant que les VE puissent être mis sur le marché. De plus, pour la gestion de haut niveau, le saut vers la confiance en un prototype entièrement virtuel sans validation physique peut être décourageant, en particulier pour les tests de produits finis. Bien que les jumeaux numériques puissent prédire le comportement des composants avec une précision impressionnante, obtenir la confiance pour l’ensemble du véhicule, qui intègre d’innombrables pièces et systèmes, reste un défi.
Pour combler ce fossé de confiance, les fabricants de VE adoptent souvent une approche hybride, complétant les simulations par un prototypage physique réduit. Au lieu de dix prototypes physiques, un fabricant pourrait s’appuyer sur trois à cinq, exploitant les informations des jumeaux numériques pour se concentrer sur les zones de plus grande préoccupation. Cette méthode facilite le processus d’approbation gouvernementale, car les régulateurs peuvent examiner les données de simulation exhaustives aux côtés des résultats des tests physiques.
Le Futur Durable des Écosystèmes de VE
Au-delà des performances et de la sécurité, le passage au prototypage zéro s’aligne sur des objectifs de durabilité. En réduisant le prototypage physique, les fabricants peuvent minimiser les déchets de matériaux et les émissions associées à la production et au transport de prototypes. Cela correspond à une poussée plus large pour réduire l’impact environnemental de la production de VE. De plus, les fabricants peuvent explorer plus efficacement les options de recyclage en fin de vie en s’appuyant sur des jumeaux numériques de durée de vie, contribuant à répondre au besoin croissant de solutions de disposition des batteries de VE.
Bien que le prototypage zéro reste un objectif aspirational, les technologies qui le propulsent accélèrent les progrès vers un modèle de production de VE plus durable, efficace et économique. Le chemin vers un processus de prototypage entièrement numérique sera progressif, avec des étapes incrémentielles pour bâtir la confiance dans les jumeaux numériques, obtenir l’acceptation réglementaire et intégrer des données du monde réel. Mais les fondations posées par l’IA, les jumeaux numériques et les technologies de simulation préparent le terrain pour une ère où les réalités numériques et physiques s’intègrent harmonieusement, redéfinissant ainsi l’avenir de la fabrication de VE.