Utiliser Simcenter Amesim pour optimiser le freinage d'urgence des machines à vendanger

Défis liés aux systèmes hydrauliques

Les systèmes hydrauliques sont des éléments cruciaux dans la conception des dernières innovations technologiques. Il sont utilisés pour résoudre une grande variété de problèmes techniques et soutiennent les innovations pour (entre autres) améliorer le confort dans les systèmes de direction, le respect de l'environnement dans les rampes d'injection de carburant, la sécurité dans les systèmes antiblocage et les performances dans les systèmes de récupération de la chaleur.

Étant donné que la complexité des systèmes augmente avec l'électronique embarquée, les cycles de conception tendent à s'allonger et les coûts à augmenter. La mise en œuvre de la simulation de systèmes mécatroniques est désormais devenue une méthode standard pour maîtriser ces facteurs. Cependant, elle nécessite non seulement des connaissances en matière de logiciels, mais aussi une expertise en matière d'application. "Avec une solide expérience dans la fabrication de composants hydrauliques intelligents, Fluidesign a compris l'importance de la simulation pour maîtriser la complexité de l'ingénierie", déclare Vincent Moulin, directeur des ventes et du marketing de Fluidesign. "Nous avons commencé à utiliser Simcenter Amesim il y a des années et nous sommes maintenant devenus un partenaire privilégié pour les leaders du secteur qui recherchent des produits robustes et de pointe optimisés par la simulation."

C'est pourquoi New Holland Agriculture (New Holland) a fait appel à Fluidesign pour innover dans les systèmes hydrauliques de ses dernières machines à vendanger automotrices. Depuis plus de trois décennies, New Holland développe des machines spécialement conçues pour les vignobles, avec des innovations telles que les têtes de récolte pivotantes, le système de transport à noria, les systèmes de secouage SDC et les cabines plus confortables. Ces innovations ont construit la réputation de l'entreprise en termes de qualité, de sécurité, de performance et d'efficacité. Ses machines ont été largement reconnues, faisant de New Holland le leader incontesté du marché.

La réglementation européenne sur la réduction des émissions polluantes est devenue globale et concerne tous les véhicules équipés d'un moteur à combustion interne. Les machines à vendanger ne font pas exception et doivent se conformer à ces normes, qui encouragent la mise en œuvre de nouvelles technologies au niveau des moteurs, telles que la recirculation des gaz d'échappement et la réduction catalytique sélective. Toutefois, la réduction des émissions entraîne des coûts et un poids supplémentaires.

Compte tenu de ces problèmes, une solution consiste à augmenter le taux d'utilisation des machines à vendanger. Moins on passe de temps à transporter une machine vers et depuis une vigne, plus la machine est rentable. C'est pourquoi les machines à vendanger ont été équipées de moteurs plus puissants afin d'atteindre plus rapidement les champs de travail et d'optimiser le temps d'utilisation.

La conduite sur route goudronnée est également soumise à des règles de sécurité strictes, notamment en ce qui concerne la distance de freinage. La réglementation sur le freinage d'urgence définit une distance de freinage spécifique et des critères de certification clairs. Avec l'augmentation du poids total des machines de récolte, ces exigences deviennent de plus en plus difficiles à atteindre. Sans oublier que le non-respect de la réglementation peut être très coûteux, non seulement en termes d'amendes et de pénalités, mais aussi en termes de perte de parts de marché.

C'est pourquoi New Holland a confié à Fluidesign l'élaboration d'une solution technologique permettant de mettre en conformité sa machine à vendanger de type VN9040.

Modéliser l'ensemble du châssis

Pour évaluer le comportement dynamique et l'impact de la conception des valves sur le freinage d'urgence, Fluidesign utilise le logiciel Simcenter Amesim™, une solution de pointe pour la simulation physique des systèmes mécatroniques, qui fait partie du portefeuille Simcenter. Ses ingénieurs ont modélisé l'ensemble du système de châssis (y compris le châssis et la surface de contact des pneus sur une surface routière en 3D, ainsi que la transmission hydrostatique) à l'aide des bibliothèques Simcenter Amesim disponibles par défaut, notamment pour l'hydraulique, la conception de composants hydrauliques, la résistance hydraulique et la dynamique du véhicule.

L'étude de la dynamique et du temps de réponse des différents éléments du système de transmission, tels que la commande hydraulique de la pompe à cylindrée variable, était essentielle pour cette étude. Après l'étalonnage du modèle sur la base de mesures, l'étude s'est concentrée sur l'impact de divers paramètres hydrauliques et de contrôle pour le freinage d'urgence. "L'utilisation de Simcenter Amesim a permis à New Holland d'identifier rapidement différents taux de transfert de charge et de couple," explique Frédéric Lagors, directeur technique de Fluidesign. "Sur la base de ces données, nous avons procédé à la modélisation et à la simulation des véhicules, en intégrant différentes nouvelles valves et en ajustant la distribution du couple et des charges, ainsi qu'en optimisant le freinage."

L'utilisation de Simcenter Amesim a permis à Fluidesign de valider les choix architecturaux et de lancer l'industrialisation de la valve hydraulique du circuit hydrostatique. Cette étude virtuelle a permis à New Holland d'identifier l'ensemble des paramètres idéaux pour atteindre ses objectifs de freinage optimal. De plus, elle a permis à l'entreprise de concevoir une valve spéciale d'assistance au freinage à mettre en place là où elle est la plus efficace dans le circuit hydraulique pour un freinage d'urgence optimisé. Ce régulateur de débit hydraulique est actionné (uniquement en cas d'urgence) à l'aide d'une unité de commande.

Fournir des informations sur ce qui fonctionne le mieux

"L'outil d'animation 3D Simcenter Amesim a permis de visualiser les résultats comme si les ingénieurs regardaient la machine réelle et de tirer le meilleur parti des puissants outils d'analyse", indique M. Lagors. "Cette capacité donne aux résultats une signification particulière et immédiate, en complément parfait des tracés et des graphiques. Différentes configurations de produits peuvent alors être rapidement testées dans le monde virtuel afin de sélectionner les plus pertinentes pour obtenir des informations plus approfondies."

L'utilisation de Simcenter Amesim a permis à Fluidesign de mieux comprendre la physique du châssis complet de la machine à vendanger et d'identifier les parties les plus importantes du circuit hydraulique ayant un impact sur le freinage d'urgence. Les ingénieurs ont pu acquérir une compréhension détaillée et observer précisément les phénomènes hydrauliques, tels que les débits, les pressions et les temps de réponse, qui sont généralement difficiles à mesurer directement sur la machine, mais qui permettent de concevoir des solutions pertinentes. "La plupart du temps, la solution requise est simple d'un point de vue technique", explique M. Moulin. "Lorsqu'elle n'est pas simple, le logiciel permet aux ingénieurs d'identifier les causes d'un problème. C'est ce que Simcenter Amesim fait de mieux : aider les ingénieurs à se concentrer sur leur expertise, et non sur les outils."

Par conséquent, il a été possible d'évaluer virtuellement les pires scénarios et les conditions extrêmes, ce qui n'aurait pas été le cas avec des essais en conditions réelles. Il s'agit d'une amélioration majeure de l'optimisation de la sécurité. "L'utilisation de Simcenter Amesim a été un véritable atout et a permis à New Holland d'éviter plusieurs mois d'études d'ingénierie sur ce projet d'optimisation de la sécurité", déclare M. Lagors.

Pour détecter les causes profondes des problèmes ou étudier des solutions techniques, les viticulteurs utilisent généralement la méthode plus traditionnelle qui consiste à effectuer des mesures réelles dans la cour. Mais cela peut s'avérer coûteux pour le récolteur en termes de frais de transport, de frais d'ingénierie et de matériel d'essai. De plus, les résultats sont incertains. Pionnier dans l'utilisation de la simulation de systèmes mécatroniques, New Holland a décidé d'investir dans les composants et l'expertise logicielle de Fluidesign pour rationaliser le processus de développement.

Le coût total du projet a été réduit de 25 % et, plus important encore, une solution robuste a été trouvée. En équipant ses machines à vendanger de la technologie la plus sûre en matière de freinage d'urgence, New Holland se positionne comme un leader technique dans ce domaine. Fournir aux clients des machines simples mais efficaces a toujours été la mission de New Holland, et l'association avec Fluidesign et Siemens Digital Industries Software a aidé l'entreprise à trouver des moyens plus intelligents, meilleurs et plus rapides de rendre la technologie accessible et facile à utiliser.