étude de cas

Création d'une série de moteurs électriques de nouvelle génération de 25 à 250 kW en cinq ans

Emotors utilise les outils de test NVH de Simcenter pour exceller dans l'ingénierie des moteurs électriques automobiles

Emotors

Fondée en 2018 et basée en France, Emotors est une coentreprise entre Stellantis et Nidec Leroy-Somer qui repose sur le travail de plus de 300 employés. Les employés combinent leur expertise, leur esprit pionnier et leur passion pour la fabrication durable afin de produire des moteurs électriques pour les grandes marques automobiles.

https://emotors.com/

Siège social:
Carrières-sous-Poissy, France
Produits:
Simcenter Testing Solutions
Domaine d'activité:
Automobile et Transports

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Nos ingénieurs chargés des tests NVH ont comparé tous les outils du marché, et il est apparu assez rapidement que les outils Siemens étaient les meilleurs.
Cédric Plasse, CTO, Emotors

Développement de la prochaine génération de moteurs électriques

La fabrication de véhicules électriques (VE) et de systèmes de propulsion électrique (e-drive) pose des problèmes divers et complexes, notamment en ce qui concerne l'approvisionnement en matières premières, l'autonomie, les performances, la longévité et la sécurité. Dans de nombreux cas, des questions se posent également concernant l'acceptation publique de la recharge et l'évolution des habitudes de conduite.

Basée en France, Emotors, créée en 2018 en tant que coentreprise entre Stellantis et Nidec Leroy-Somer, est un fabricant d'e-drive indépendant et innovant qui tente de relever ces défis.

"Une partie essentielle de nos connaissances ne concerne pas seulement le bon développement, c'est-à-dire le fait d'être capable de concevoir et de prototyper les moteurs électriques de la prochaine génération pour nos clients EV, mais aussi leur fabrication en masse", déclare Cédric Plasse, directeur de la technologie (CTO) chez Emotors. "C'est sur cet aspect précis que le développement de plateformes, une stratégie très connue dans l'automobile, nous aide à être compétitifs."

Afin de l'aider à surmonter ces défis et à atteindre ses objectifs, Emotors a fait appel à Siemens Digital Industries Software en adoptant son logiciel Simcenter™, qui fait partie de la plateforme commerciale Siemens Xcelerator, composée de logiciels, de matériel et de services.

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Surmonter les défis acoustiques pour le développement de moteurs électriques

L'un des nombreux défis auxquels sont confrontés les ingénieurs d'Emotors consiste à répondre à des spécifications strictes et en constante évolution, notamment en ce qui concerne les performances acoustiques en matière de bruit, de vibrations et de secousses (NVH). Les véhicules étant plus numérisés qu'auparavant, les tests NVH et l'acoustique des véhicules électriques peuvent sembler revêtir une importance moindre.

Cependant, il fut un temps où presque tous les conducteurs étaient habitués au bruit des moteurs à combustion interne (MCI). À cette époque, les techniques de moteur NVH étaient avancées et les ingénieurs acousticiens passaient beaucoup de temps à créer et à peaufiner des sons caractéristiques pour les marques des équipementiers (OEM).

Lorsque des véhicules électriques plus silencieux sont arrivés sur le marché, les consommateurs ont été sidérés et les spécialistes de l'acoustique se sont inquiétés de la modification des sons des véhicules, à savoir les bruits de la route et les tourbillons et bourdonnements, modifiés par la digitalisation. Une autre préoccupation s'est manifestée concernant la sécurité des piétons, car il était plus difficile d'entendre les véhicules électriques en marchant dans la rue.

Après près de vingt ans, les experts semblent mieux maîtriser l'environnement sonore des EV, en créant une gamme de sons pour les véhicules électriques, les groupes motopropulseurs électriques et les moteurs électriques, y compris des environnements sonores intérieurs et extérieurs personnalisés, des expériences de conduite silencieuse améliorées et des systèmes d'avertissement pour les piétons (PWS) ou des systèmes d'avertissement acoustiques pour les véhicules (AVAS).

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Prise en compte des NVH

Chaque système Emotors doit répondre aux spécifications en matière de sonorisation de la conduite électrique et d'intégration dans le véhicule. Bonaventure Ndong Gumedzoe, responsable des tests NVH chez Emotors, et son équipe du laboratoire de tets NVH contribuent à la réalisation de cette tâche.

Daouda Teuw, ingénieur NVH chez Emotors, participe aux tests. Il s'agit notamment de configurer chaque test sur leur unité d'acquisition de données matérielles Simcenter SCADAS™ à 72 canaux. Les configurations en laboratoire comprennent le collage et le câblage des accéléromètres, l'installation du matériel Simcenter Qsources™ spécialisé sur le système Emotors, les tests à l'intérieur de la chambre anéchoïque, la surveillance des tests et l'analyse du bruit ou des réponses structurelles dans les logiciels Simcenter Testlab™ et Simcenter Testlab Neo.

Fatma Abid, ingénieur en conception NVH chez Emotors, explique le processus plus en détail. "Je travaille à la modélisation et à la simulation de systèmes de propulsion électrique qui garantissent le plus faible niveau de bruit acoustique en collaborant étroitement avec diverses équipes techniques, telles que les ingénieurs électromagnétiques, l'équipe de conception et l'équipe d'essai.

"Je fournis à l'équipe de tests la simulation initiale afin d'optimiser le maillage de leurs tests, puis ils me fournissent les résultats de l'essai afin que je puisse optimiser mon modèle pour qu'il soit plus prédictif. Il est important de disposer des modèles les plus prédictifs dès les premières étapes du projet, car nous devons trouver un équilibre entre les différentes sources de bruit, telles que le bruit électromagnétique, et le comportement structurel."

À l'aide de la simulation optimisée de l'équipe de conception NVH, Daouda Teuw cible des zones spécifiques sur le système Emotors et utilise des méthodes NVH classiques pour identifier les résonances structurelles. Daouda Teuw les associe ensuite à des attributs spécifiques, par exemple les harmoniques de force magnétique dans le jumeau numérique, afin de prédire le comportement des NVH.

"Pour répondre aux exigences de nos clients en matière de NVH, nous effectuons une analyse modale expérimentale classique dans Simcenter Testlab", explique Bonaventure Ndong Gumedzoe. "Nous extrayons les paramètres modaux, tels que la fréquence, la forme modale et l'amortissement, et fournissons ces informations à l'équipe de simulation pour prédire en toute confiance le comportement NVH de nos produits Emotors.

"L'utilisation de la solution de test Simcenter nous permet de réaliser facilement les principales tâches, étape par étape, depuis la configuration du canal jusqu'à l'analyse finale des mesures."

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Travailler et collaborer de manière holistique

Comme d'autres industries, Emotors sait qu'il est important de travailler en dehors du silo NVH.

"Nous devons travailler avec les ingénieurs électriciens, les ingénieurs en droit de la commande et les spécialistes en électromagnétisme pour comprendre les sources sonores de la transmission électrique et parvenir à un compromis sur le niveau de bruit acceptable", explique Bonaventure Ndong Gumedzoe.

En introduisant des données précises dans un jumeau numérique, l'entreprise peut procéder à des arbitrages dès le début du processus de conception. Grâce à Simcenter Testlab, l'équipe NVH peut confirmer, à l'aide de cartes en couleur, que les fréquences et les harmoniques sont correctes du point de vue des tests et du jumeau numérique.

"Notre principal défi consiste à tester minutieusement tous les aspects nécessaires pour améliorer le comportement NVH de notre produit", déclare Bonaventure Ndong Gumedzoe. "Nous travaillons en étroite collaboration avec l'équipe de simulation pour trouver la bonne solution qui corresponde aux exigences NVH et à d'autres domaines tels que l'électromagnétisme et la commande de la transmission électrique. Ensuite, avant de la mettre en œuvre, nous la réintroduisons dans la boucle pour vérifier si elle fonctionne aussi bien dans des conditions expérimentales que dans la simulation."

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Bien qu'elle soit plus récente, l'équipe NVH s'efforce d'examiner tous les aspects pour s'assurer que ses processus sont fonctionnels et efficaces. Pour y parvenir, Emotors s'appuie sur l'assistance technique de Siemens.

"Nous sommes très satisfaits de l'assistance technique de Siemens", déclare Daouda Teuw. "Nous faisons souvent appel à eux lorsque nous avons une nouvelle méthode de mesure à mettre en œuvre ou lorsque nous commençons à travailler avec un nouvel équipement comme le Simcenter Qsources pour notre prochaine campagne de test.

"Le matériel de test Simcenter est très facile à utiliser. Nous effectuons les tests très rapidement, même avec les 72 canaux."

"Le matériel SCADAS de Simcenter offre une fréquence d'échantillonnage très élevée pour chaque canal", explique Bonaventure Ndong Gumedzoe. "Le niveau de précision de notre travail est idéal. Avec Simcenter Testlab, chaque étape est logique et facile à suivre. C'est une bonne chose que la géométrie soit proche de la configuration du canal. Daouda Teuw peut ainsi vérifier que tout se passe bien et corriger rapidement les éventuelles erreurs. Nous gagnons beaucoup de temps lors des préparations et des essais."

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Bénéfice des produits Simcenter

Grâce à l'expérience de Cédric Plasse, l'équipe d'Emotors a compris l'importance de la recherche et du développement (R&D) et de l'ingénierie avancée pour le développement précoce des produits. Grâce à ces connaissances et aux solutions de Siemens, Emotors a créé en cinq ans une série de moteurs électriques de nouvelle génération allant de 25 à 250 kilowatts (kW), qui sont utilisés par des marques de Stellantis telles que Peugeot, Opel, DS Automobile et Jeep. Cela a été possible grâce à l'intégration de la transmission électronique
dans le véhicule électrique, ainsi qu'à la modularité de la fabrication.

"Nous devons disposer de volumes importants dans notre usine et de pas trop de diversité, c'est pourquoi nous avons deux plateformes qui couvrent respectivement nos petits et nos plus gros moteurs", explique Cédric Plasse. "Ces deux plateformes peuvent couvrir de 25 à 250 kilowatts au sein d'un même processus de production. Nous développons des produits standardisés qui s'adaptent rapidement aux besoins de nos clients. Nous sommes très rapides à commercialiser grâce à notre processus de développement continu et à notre stratégie de fabrication de plateformes."

Après avoir utilisé les solutions de tests Simcenter pour l'analyse modale, l'équipe a découvert que Siemens disposait d'outils pour étudier la psychoacoustique afin de comprendre ce que le conducteur du véhicule électrique
et ses passagers percevaient pendant la conduite.

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"Un être humain n'est pas objectif, au même titre qu'une mesure d'harmoniques que l'on peut faire dans une salle anéchoïque", précise Cédric Plasse. "La solution Siemens était le seul outil que nous pouvions utiliser pour corréler avec succès le ressenti du conducteur avec les mesures que nous avons prises dans la chambre. En tant qu'ingénieurs, nous ne pouvons améliorer que ce que nous mesurons.

"Nous concevons beaucoup de choses par voie numérique, mais nous ne pouvons pas tout faire avec nos seuls modèles numériques. Pour une mise sur le marché rapide et précise, nous devons calibrer nos modèles à l'aide des données obtenues par les mesures des tests. Nos ingénieurs chargés des tests NVH ont comparé tous les outils du marché, et il est apparu assez rapidement que les outils Siemens étaient les meilleurs.

"Avec nos outils Siemens, en ce qui concerne l'acoustique, nous mesurons le bruit émis et nous calibrons ensuite notre modèle. Grâce à cela, nous pouvons cibler les meilleurs compromis entre le bruit, la performance et le coût pour nos clients."

Un autre avantage réside dans le fait de faire coïncider les facteurs humains rationnels et irrationnels.

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"Nous effectuons des tests en véhicule parce que nous avons actuellement de bons résultats sur nos bancs de test, mais pour les essais en véhicule, les résultats obtenus sont différents", explique Bonaventure Ndong Gumedzoe. "Nous avons déjà découvert le potentiel de quelques bons outils de Siemens, comme le Simcenter SCADAS XS et le casque binaural Simcenter SCADAS 3D. Ces outils fonctionnent avec une tablette, et c'est un tout petit équipement que nous pouvons apporter dans le véhicule pour réaliser les tests facilement."

L'équipe est constamment à la recherche de nouveaux moyens pour renforcer son engagement en faveur de l'excellence en matière d'ingénierie NVH et trouver des outils passionnants à ajouter à ses processus.

"Lorsque je parle avec mon équipe NVH, ils disent que le support de Siemens est très professionnel et qu'il y a une bonne communication", déclare Cédric Plasse. "Nous essayons d'utiliser les outils Siemens dans tous les domaines. C'est une bonne chose, car nous pouvons tirer parti du fait qu'un plus grand nombre de personnes des deux côtés, à savoir côté simulation et côté test, se parlent. C'est là un bon levier pour améliorer la communication. Nous allons capitaliser sur le succès de Siemens et d'Emotors
en lançant d'autres moteurs sur le marché à l'avenir."

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La solution Siemens était le seul outil que nous pouvions utiliser pour corréler avec succès le ressenti du conducteur avec les mesures que nous avons prises dans la chambre.
Cédric Plasse, CTO, Emotors