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La pneumatique est t un élément fondamental de la conception des véhicules. Pour économiser temps et argent lors de la conception et du développement de nouveaux véhicules, les constructeurs automobiles font généralement appel à des modèles pour simuler le rapport dynamique existant entre les pneumatiques et les revêtements routiers. Dans l’idéal, un modèle de pneumatique doit simuler avec exactitude la dynamique du système et permettre aux concepteurs d’en faire varier les paramètres, et en plus de tout cela, les simulations doivent s’exécuter rapidement.

Les modèles de pneumatique actuels présentent des inconvénients qui leur sont propres. Certains, comme le modèle de pneumatique Pacejka, reposent uniquement sur des données expérimentales. D’autres, comme les modèles à éléments finis, nécessitent énormément de ressources, tandis que d’autres encore représentent celui-ci par un objet physique, tel qu’une corde ou une brosse. Aucun de ces modèles n’atteint l’équilibre idéal entre précision et efficacité. Cependant, les chercheurs de l’Université de Waterloo adoptent une nouvelle approche en matière de modélisation de pneumatique avec pour objectif ultime de réaliser cet équilibre idéal.

L’équipe de recherche dirigée par le Dr John McPhee, Professeur d’ingénierie de la conception des systèmes, Systems Design Engineering, et le Dr. Joydeep Banerjee, chercheur principal, a utilisé MapleSim, l’outil de modélisation au niveau système de Maplesoft, pour développer et tester un modèle de pneumatique volumétrique « Le modèle de pneumatique volumétrique développé dans MapleSim offre deux avantages distincts par rapport aux modèles de pneumatiques existants », explique le Dr Banerjee. « Les moments étant calculés uniquement à l’aide de données cinématiques, le modèle peut facilement être programmé pour des simulations numériques. En outre, les couples résistifs sont évalués comme fonctions à la fois de charge et de vitesse angulaire normales de la roue ».

A l’aide de Maple, le moteur de calcul avancé de Maplesoft, les expressions symboliques pour la force normale et la résistance au roulement ont été dérivées en tant que fonction de la position et de l’orientation du pneumatique. Les forces de frottement réparties ont été symboliquement intégrées à la surface de contact du pneumatique pour calculer les forces de traction et les moments d’auto-alignement. Les chercheurs ont ensuite utilisé MapleSim pour développer le modèle à l’aide de composants personnalisés dérivés des expressions Maple.

Pour tester l’exactitude du modèle de pneumatique volumétrique, le modèle a été utilisé dans un test de chute simulé.. Un vrai test de chute a été réalisé sur un pneu MICHELIN® 195/65 R15 gonflé à 33 psi (2,3 bar environ). Le modèle de pneumatique était assemblé de façon à subir le même mouvement qu’avec le test de chute réel. A l’aide de MapleSim, la chute et le rebond du pneumatique ont été simulés. Un autre modèle de pneumatique disponible sur le marché, choisi dans la Bibliothèque Pneumatique étendue de MapleSim, a également servi à comparer les résultats. En comparant les résultats des deux modèles, le modèle de pneumatique volumétrique MapleSim donnait une estimation de la position de la roue légèrement plus précise.

D’après les premiers résultats, le modèle de pneumatique volumétrique est prometteur non seulement pour les pneus automobiles, mais aussi pour les pneus à angles de courbure plus élevés, comme ceux des vélos et des motos. Pour accroître la fidélité du modèle, les chercheurs envisagent de soumettre le modèle de pneumatique volumétrique à des tests complémentaires à l’aide de données issues d’un Système de mesure véhicule (VMS).. Le VMS fournira des informations sur la position, l’orientation et les charges placées sur le pneumatique lors de tests réels de conduite d’un véhicule.

« Les premiers résultats du modèle paraissant prometteurs, les données du VMS peuvent être utilisées pour affiner les paramètres du modèle de pneumatique », confie le Dr McPhee. « Avec MapleSim, nous pouvons pousser l’analyse plus loin en intégrant facilement le modèle de pneumatique dans les modèles de véhicule détaillés à des fins de simulations complètes de systèmes véhicule »..

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