Renault (GREEN)
Automotive & Transportation Simcenter Simcenter Amesim
Renault (GREEN)

Renault rationalise le développement de ses futurs véhicules hybrides et électriques grâce à LMS Imagine.Lab Amesim

Boulogne-Billancourt , France

Automotive & Transportation Simcenter Simcenter Amesim

Renault rationalise le développement de ses futurs véhicules hybrides et électriques grâce à LMS Imagine.Lab Amesim

Boulogne-Billancourt , France
quotation marks Nous utiliserons la plate-forme GREEN développée à l’aide de LMS Amesim pour procéder à la conception virtuelle et aux analyses de gestion de l’énergie de nos futurs véhicules hybrides, deux domaines qui constituent l’un des principaux défis de l’Alliance Renault-Nissan en matière d’ingénierie. Eric Chauvelier, Responsable des méthodes et de la simulation, Systèmes hybrides et électriques, Service Test & Digital, Alliance Engineering Renault
DÉFIS
  • Gérer l’ingénierie complexe des véhicules hybrides
  • Évaluer rapidement différentes architectures de motorisation hybride
  • Prendre rapidement les meilleures décisions dès les premiers stades du cycle de conception
LES CLÉS DU SUCCÈS
  • Faciliter la communication et la prise de décisions grâce à une plate-forme commune
  • Mettre en oeuvre une plateforme collaborative pour évaluer la synthèse énergétique des configurations hybrides
  • S’appuyer sur le savoir-faire et les compétences en ingénierie des partenaires
RÉSULTATS
  • Livraison d’un produit de haute qualité dans le délai imparti et pour un coût maîtrisé
  • Création d’une plate-forme de développement souple capable de supporter les projets futurs
  • Réduction des délais de commercialisation

Renault (GREEN)

Fondé en 1899, Renault est un constructeur automobile français d’envergure internationale qui produit une gamme complète de voitures et d’utilitaires. Présent dans 125 pays, le groupe emploie plus de 117 000 personnes et a vendu 2 712 432 véhicules en 2014.

http://www.renault.com

quotation marks Nous utiliserons la plate-forme GREEN développée à l’aide de LMS Amesim pour procéder à la conception virtuelle et aux analyses de gestion de l’énergie de nos futurs véhicules hybrides, deux domaines qui constituent l’un des principaux défis de l’Alliance Renault-Nissan en matière d’ingénierie. Eric Chauvelier, Responsable des méthodes et de la simulation, Systèmes hybrides et électriques, Service Test & Digital, Alliance Engineering Renault

Véhicules hybrides : un développement complexe

Réduire les émissions de CO2 est un défi permanent. Il est devenu indispensable que tous les pays s’alignent sur les niveaux définis en commun, et cela deviendra d’ailleurs obligatoire en 2026. En vue du respect des futures normes d’émissions, il est essentiel d’électrifier les véhicules. De ce fait, pour tous les constructeurs automobiles, développer des véhicules hybrides a cessé d’être un simple plus, pour devenir une obligation.

Les motorisations hybrides sont beaucoup plus complexes que celles des véhicules équipés d’une seule source d’énergie, tels que les voitures conventionnelles ou électriques, et ce principalement en raison du grand nombre de combinaisons d’architectures possibles. Par exemple, dans les véhicules à motorisation hybride parallèle, plusieurs sources de propulsion peuvent être combinées ou utilisées indépendamment. Dans les véhicules à motorisation hybride série, seul le moteur électrique assure la propulsion, mais l’énergie électrique provient d’une autre source embarquée, telle qu’un moteur thermique.

En raison du caractère pluridisciplinaire des motorisations hybrides, les ingénieurs doivent équilibrer la puissance qui est exigée de chaque source d’énergie étudier l’incidence des autres choix de systèmes (tels que les systèmes de transmission et de refroidissement) sur les performances énergétiques du véhicule et valider les options optimales. Ce travail nécessite l’étude de nombreuses combinaisons et impose aux ingénieurs de décrire de façon détaillée les stratégies de contrôle appropriées.

Il est donc très important de pouvoir évaluer rapidement différentes architectures de motorisation hybride et de sélectionner les plus efficientes, de comparer les caractéristiques des composants, et d’évaluer leurs performances avec différents modes de conduite. La conception d’une motorisation hybride fait appel à plusieurs domaines de la physique et nécessite la collaboration de différents experts – architectes de systèmes, chefs de projets et spécialistes des applications – pendant toute la durée du processus. Pour innover, ces experts doivent surmonter la complexité et gérer les risques. Pour pouvoir gérer la complexité des produits – c’est-à-dire la complexité de leurs processus de création et celle des interactions entre tous les acteurs impliqués dans le développement et la livraison de ces produits –, il faut savoir répondre à une question simple : comment réintroduire de la simplicité dans cette complexité et livrer des produits de haute qualité dans le délai imparti et pour un coût raisonnable ?

Prendre des décisions techniques éclairées très tôt dans la phase de conception

Quatrième constructeur automobile mondial, Renault-Nissan cherche en permanence à innover et à se démarquer de ses concurrents. L’un de ses éléments différenciateurs est sa capacité à produire des véhicules écologiques pour un coût raisonnable. Le groupe Alliance Renault- Nissan s’est engagé à réduire l’impact environnemental de ses activités, ainsi que celui de ses produits pendant tout leur cycle de vie, de leur conception à leur recyclage. L’Alliance représente déjà près de 70 % des ventes mondiales de véhicules électriques, avec des voitures 100 % électriques telles que la Renault Zoe et la Nissan Leaf, et travaille à enrichir sa gamme en développant des architectures hybrides avancées.

Le prototype EOLAB constitue un premier pas dans cette direction. Compact et abordable, ce nouvel hybride rechargeable ultra-basse consommation affiche zéro émissions sur les trajets de moins de 60 kilomètres effectués à une vitesse maximum de 120 km/h. Ce véhicule hybride « Zéro Émissions » viendra compléter la gamme électrique de Renault dans les prochaines années.

Pour développer cette technologie d’avenir, l’Alliance Renault-Nissan met actuellement en oeuvre des outils et des méthodologies de conception dédiés. La société a ainsi créé un nouveau service, baptisé Test and Digital Engineering (ingénierie numérique et tests), dont la mission est de fournir au groupe les méthodes et modèles numériques d’IAO (ingénierie assistée par ordinateur) qui lui permettront de continuer à innover. L’une des équipes de ce service, forte de douze membres, est chargée de simplifier le travail des ingénieurs en mécatronique. Les exigences de ces derniers sont claires : ils ont besoin d’une plate-forme collaborative permettant d’évaluer la synthèse énergétique de n’importe quelle configuration hybride, afin de faciliter la prise de décisions lors de la phase de préconception avec boucles de validation.

Les ingénieurs doivent rapidement valider les objectifs de consommation de carburant, établir les feuilles de route du projet et dimensionner les différents sous-systèmes. Ils ont besoin d’un environnement de simulation multiphysique simple d’emploi, qui facilitera l’optimisation de l’architecture hybride choisie. Les spécialistes utiliseront la plate-forme pour la personnalisation, et les non spécialistes, pour tester rapidement différentes combinaisons de paramètres. Pour répondre à ces besoins, Renault a développé une plate-forme de simulation de la synthèse énergétique, baptisée GREEN (pour Global and Rational Energy EfficieNcy), avec l’aide des outils et des experts de Siemens PLM Software, le spécialiste mondial du PLM (gestion du cycle de vie des produits).

Une plate-forme collaborative de conception virtuelle

Développée par le service Test and Digital Engineering, la plate-forme GREEN est une interface utilisateur graphique spécialisée reliée au logiciel LMS Imagine.Lab Amesim™, aux environnements MATLAB® et Simulink® ainsi qu’à un référentiel de feuilles de calcul Excel®. Avec GREEN, les ingénieurs peuvent rapidement paramétrer les modèles, exécuter les simulations et post-traiter les résultats. La plate-forme comporte un configurateur de véhicule hybride prédéfini tout en étant exaustif. Il permet aux utilisateurs de choisir entre plusieurs architectures hybrides. Le service a aussi développé une architecture de modèle physique générique composée de sous-systèmes « paramétrables » pouvant être activés et désactivés individuellement.

Ce modèle a été créé à l’aide du logiciel LMS Amesim de Siemens PLM Software. Les stratégies de gestion de l’énergie et de contrôle de haut niveau sont prises en charge par Simulink. L’utilisateur dispose de plusieurs options : il peut notamment créer des véhicules hybrides équipés d’une boîte de vitesse manuelle, automatique, robotisée ou à double embrayage, et placer le moteur électrique sur l’essieu avant ou arrière, et avant ou après l’embrayage. Une fois l’architecture définie, les sous-systèmes peuvent être dimensionnés : par exemple, il est possible d’opter pour un moteur électrique de 30 kW ou de 50 kW, un moteur diesel de 1,6 l ou de 2 l, etc. N’importe quelle combinaison peut ainsi être facilement configurée.

Les ingénieurs peuvent ensuite définir et optimiser la stratégie de contrôle de l’énergie, en définissant quand le moteur à combustion doit démarrer, à quel niveau de couple, et quand et comment le moteur électrique doit se substituer au moteur thermique. En fonction de l’architecture qui a été définie et des sous-systèmes choisis, la fonction de post-traitement de la plate-forme GREEN optimise automatiquement les stratégies de gestion de l’énergie d’après l’architecture mécatronique sélectionnée et les paramètres des composants.

Ces possibilités permettent aux ingénieurs de sélectionner une architecture, puis de gérer et visualiser les paramètres et divers scénarios de roulage à l’aide d’un flux de travail intégré et convivial, sans devoir créer la stratégie de gestion de l’énergie. Si nécessaire, les utilisateurs plus expérimentés peuvent tester de nouvelles stratégies de gestion de l’énergie et de contrôle pour étudier des cas particuliers.

La souplesse et la puissance de la plateforme GREEN permettent aux ingénieurs de définir et valider en seulement quelques heures une architecture, ses sous-systèmes sélectionnés ainsi que les lois régissant la gestion de l’énergie. La plate-forme assure l’interconnexion entre les différents domaines de compétence et ingénieurs d’applications mobilisés pour un même projet. Grâce à l’utilisation d’un langage commun, elle facilite la communication et la prise de décisions.

« Basée sur LMS Amesim, la plate-forme GREEN a pour but de fédérer plusieurs domaines de compétence et des ingénieurs systèmes d’horizons différents. Elle permet à des équipes qui n’ont jamais travaillé ensemble de se rencontrer pour discuter de leurs problèmes d’ingénierie et y apporter des solutions communes. », commente Éric Chauvelier, responsable des méthodes et de la simulation pour les systèmes hybrides et électriques au sein du service Test and Digital. La plate-forme fournit des résultats dans les domaines de la consommation de carburant et d’énergie, des performances, des points de fonctionnement du groupe de propulsion, et du flux de l’énergie dans toute la transmission. L’outil permet aussi de réaliser facilement des études de sensibilité portant sur des caractéristiques physiques ou des paramètres de contrôle.

La puissance de LMS Amesim

La nouvelle interface utilisateur de la solution GREEN a été développée sur la base de LMS Amesim. « La plate-forme de simulation de système mécatronique de Siemens PLM Software propose des composants validés standards mais personnalisables, qui permettent de construire des architectures de véhicules complètes, depuis les sous-systèmes jusqu’à l’intégration des systèmes, ajoute Éric Chauvelier. LMS Amesim est une base souple mais robuste. Son approche étant multiniveau, elle fournit des composants adaptés pour toutes les étapes de la conception : cela va des composants de plan pour la définition initiale de l’architecture, aux modèles plus détaillés et aux dispositifs d’actionnement pour l’ingénierie avancée, pour permettre l’optimisation des sous-systèmes et des composants. De par sa nature multidomaine, elle nous permet non seulement de modéliser différents composants de la chaîne cinématique, tels que les moteurs électriques ou thermiques et les systèmes de transmission, mais aussi d’équilibrer les caractéristiques du véhicule, telles que sa consommation de carburant, ses émissions, ses performances et sa facilité de conduite. »

Pour le développement des outils GREEN, Renault s’est beaucoup appuyé sur les ingénieurs de Siemens PLM Software. La disponibilité et le savoir-faire de l’équipe se sont révélés très utiles pour le constructeur et l’ont aidé à résoudre des problèmes majeurs pendant le développement de la plate-forme. Non seulement les ingénieurs de LMS comprennent très bien les problèmes d’ingénierie de leur client, mais ils maîtrisent aussi parfaitement les techniques de simulation numérique.

LMS Amesim a également été choisi pour sa flexibilité et son évolutivité, qui permettra de faire évoluer la plate-forme GREEN pour qu’elle réponde aux futures exigences en matière de développement de véhicules. Le caractère ouvert de LMS Amesim permet une évolution rationalisée des modèles, ainsi qu’une interaction avec les commandes embarquées et les autres plate-formes ou modèles.

LMS Amesim est une plate-forme très souple, permettant la co-simulation avec MATLAB et Simulink pour une meilleure lisibilité des commandes et davantage d’interactivité avec le code embarqué. Grâce à la possibilité de créer des scripts avec le langage de programmation opensource Python et le langage de calcul de haut niveau MATLAB directement dans LMS Amesim, les ingénieurs peuvent contrôler le flux de traitement d’une étude de synthèse énergétique (données, calcul, lancement de la simulation, cas d’utilisation, analyse et synthèse), ce qui permet une exécution parfaite des modèles complexes.

La souplesse de LMS Amesim permet déjà d’anticiper les évolution de la plate-forme GREEN afin d’étendre les analyses aux motorisations classiques. Il est ainsi possible d’analyser les compromis entre leur consommation de carburant et leurs performances dans d’autres domaines clés, tels que le confort thermique, la gestion de l’énergie du réseau de bord, la facilité de conduite, les émissions, etc.

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