Le 22 Mai 2023

L'équipe de Formule E de TAG Heuer Porsche s'engage sur la voie de l'efficacité grâce à la simulation

Domaines

22 mai 2023

 

L'équipe de Formule E de TAG Heuer Porsche s'engage sur la voie de l'efficacité grâce à la simulation
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Alors que nous nous dirigeons vers un avenir automobile entièrement électrique, des équipementiers comme Porsche testent l'agilité de certains des véhicules les plus rapides et les plus légers jamais construits. Il n'y a qu'une seule compétition au monde où l'on peut voir des voitures électriques dévaler les rues de la ville pendant 45 minutes à une vitesse pouvant atteindre 200 miles à l'heure : le championnat du monde de Formule E ABB FIA. 

La course de Formule E n'est pas seulement une question de puissance ; il s'agit de savoir comment l'utiliser efficacement pour gagner une course. Ici, être le plus rapide coïncide avec être le plus efficace, et les pertes se mesurent non seulement en kilowatts, mais aussi en millisecondes. Pour relever ce défi du tout électrique, chaque aspect d'une voiture de course de Formule 1 a été repensé, redessiné et reconstruit en vue d'une course performante, efficace et durable.

Pour atteindre un niveau d'efficacité gagnant, les groupes motopropulseurs électriques Gen3 doivent être optimisés sur une large gamme de points de fonctionnement. Ces exigences de performance s'étendent à différents circuits sur plusieurs continents, sur des terrains variés, où une combinaison parfaite d'efficacité et de vitesse est déterminante.

 

L'optimisation continue conduit à une consommation d'énergie plus intelligente

Leonard Mengoni, de Porsche Motorsport, comprend les défis de la Formule E ABB FIA et l'impact que l'efficacité aura sur le développement des voitures de course électriques à l'avenir. Il est l'un des ingénieurs concepteurs impliqués dans l'optimisation continue du groupe motopropulseur électrique de la Porsche 99X Electric Gen3 Formula E racer. Il utilise la simulation comme point de repère en faisant intervenir un certain nombre de variables afin d'établir des références et de maintenir le niveau d'efficacité le plus élevé possible pendant une course.

"Au cours d'une course, il peut y avoir différents scénarios, comme une voiture de sécurité ou un jaune sur toute la ligne, qui entraînent des tours supplémentaires à effectuer", explique M. Mengoni. "Dès qu'un tel événement se produit, l'objectif de consommation d'énergie du pilote est adapté. Nous surveillons également nos concurrents afin d'évaluer la stratégie qu'ils utilisent et d'adapter la nôtre en conséquence."

L'équipe de Mengoni consulte régulièrement les modèles détaillés des composants du groupe motopropulseur pour identifier les possibilités d'optimisation et d'allègement de la machine électrique et de l'onduleur de la Porsche 99X Electric. À partir de là, l'équipe procède à des modifications progressives afin d'atteindre le niveau d'efficacité le plus élevé sur l'ensemble d'une course. Le fait de disposer d'un groupe motopropulseur efficace aide l'équipe TAG Heuer Porsche Formula E Team pendant la course, car elle peut utiliser la quantité d'énergie économisée grâce à l'optimisation pour dépasser ses concurrents.

"En comparant nos données de simulation avant l'événement avec les données que nous avons obtenues sur la piste pendant les séances d'entraînement, nous pouvons évaluer si nos estimations sur les conditions de la piste, telles que l'adhérence ou les températures, correspondent à la réalité ", explique Mengoni. "L'utilisation des données pour analyser ces différences et en déceler les causes nous permet d'améliorer nos modèles de simulation et d'adapter notre stratégie globale avant la course.

 

Ansys met à l'épreuve les concepts de groupe motopropulseur de Porsche

La dernière itération de la Porsche 99X Electric Gen3 s'éloigne considérablement de son prédécesseur. Elle est dotée d'un moteur plus puissant et d'un système de récupération d'énergie, mais la capacité de la batterie est moindre, ce qui a obligé l'équipe à trouver le bon équilibre entre densité de puissance et efficacité.

Avant le début des activités d'essai et de validation, les modifications matérielles et logicielles possibles du groupe motopropulseur sont simulées afin d'évaluer leur potentiel. C'est au cours de la phase de prédéveloppement que la simulation joue un rôle particulièrement important, car il existe de nombreuses technologies et topologies de groupes motopropulseurs parmi lesquelles choisir. Déterminer l'approche la plus prometteuse avant les essais permet à l'équipe d'utiliser le temps d'essai de la manière la plus efficace possible.

Avant la neuvième saison, l'équipe TAG Heuer Porsche Formula E s'est appuyée sur l'augmentation de la puissance de la voiture pour étudier un large éventail de concepts de groupes motopropulseurs. Après avoir analysé différentes variantes de groupes motopropulseurs, l'équipe n'a pas pu se décider sur la voie à suivre. C'est pourquoi, en revoyant leur analyse avec la simulation, ils ont consacré beaucoup de temps à approfondir les détails concernant la manière dont les pertes sont générées dans les composants et comment ces pertes peuvent être modélisées de la manière la plus efficace possible.

L'équipe de Formule E TAG Heuer Porsche a effectué un travail itératif en utilisant la simulation pour développer un groupe motopropulseur efficace dans pratiquement toutes les conditions. L'équipe utilise notamment Ansys Maxwell 2D et 3D pour la simulation de machines électriques, car elle offre de nombreux degrés de liberté et un grand nombre de paramètres dans le modèle qui sont estimés à partir des données. L'assistance des experts d'Ansys a permis à l'équipe de Formule E TAG Heuer Porsche d'intégrer des modèles de pertes supplémentaires et de prendre en compte les tensions de sortie commutées de l'onduleur.

Ansys Motor-CAD a également été utilisé pour évaluer les performances thermiques de la machine électrique, car l'équipe a constaté qu'il fournit des résultats rapides et précis. Pour l'onduleur, l'équipe s'est appuyée sur une combinaison de calculs analytiques et sur un modèle d'onduleur dans Ansys Twin Builder pour des calculs plus détaillés et la validation de ses conceptions.

 

Comment la simulation se mesure-t-elle lors de la validation ?

Dans un environnement de course, chaque simulation doit être validée par des mesures. Lorsque la simulation est utilisée pendant le pré-développement, l'équipe essaie de la valider aussi rapidement que possible pour s'assurer qu'elle inclut tous les effets physiques pertinents. Dans l'ensemble, une validation plus précise grâce à la simulation signifie que moins d'activités de mesure sont nécessaires à long terme, tant que la technologie et les matériaux étudiés se situent dans une certaine fourchette.

"Nous devons utiliser la simulation pour obtenir une évaluation précise du concept ou de la technologie les plus avantageux pour le nouveau groupe motopropulseur avant le début de la saison", explique M. Mengoni. "En comparant les résultats de nos simulations avec les données mesurées au banc d'essai et sur la piste, nous pouvons encore améliorer nos modèles. Il est important pour nous de bien comprendre quelles modifications sont nécessaires en amont, car pendant la saison, nous ne pourrons améliorer la voiture que par le biais de mises à jour logicielles."

La Formule E ABB FIA ouvre la voie à un avenir entièrement électrique.

 


Plus sur Ansys : www.ansys.com/fr-FR

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