Améliorer le confort acoustique des véhicules électriques en combinant la simulation du groupe motopropulseur électrique et du modèle de véhicule

Relever le défi des véhicules électriques

Hyundai Motor Group (HMG) s'est imposé comme un leader sur le marché des véhicules électriques (VE) avec des voitures populaires telles que la Ioniq 5. Mais pour maintenir sa position, l'entreprise doit s'efforcer continuellement d'améliorer les performances avec chaque nouveau produit qu'elle développe.

Les ingénieurs de HMG utilisent la simulation depuis de nombreuses années comme un élément clé du développement de véhicules à moteur à combustion interne (ICE), mais l'utilisation de la simulation pour améliorer les performances des véhicules électriques présente de nouveaux défis.

Le bruit, les vibrations et les secousses (NVH) sont des éléments clés pour améliorer les performances, car ils font une différence significative dans l'expérience globale de l'utilisateur. Les moteurs à combustion interne masquent de nombreux bruits de véhicules, mais comme les moteurs électriques sont beaucoup plus silencieux, même les bruits les plus légers peuvent devenir perceptibles et embêtants. Les véhicules électriques produisent également des sons à différentes fréquences qui ne seraient pas toujours captés par les méthodes de simulation traditionnelles. Par conséquent, les techniques de simulation doivent être adaptées pour prédire avec précision tous les bruits afin que la conception des composants et des véhicules puisse être modifiée pour les éliminer.

Pour relever ce défi, HMG s'est tourné vers les services de conseil et d'ingénierie Simcenter de Siemens Digital Industries Software (Siemens Engineering Services), le logiciel Simcenter™ 3D, le logiciel Simcenter Testlab™ et Simcenter Nastran. Simcenter fait partie de la plateforme Siemens Xcelerator, qui comprend des logiciels, du matériel et des services.

Un modèle EF d'une structure modifiée structurellement.

Prédire le bruit du groupe motopropulseur à haute fréquence

Ji Woo Yoo, ingénieur de recherche principal au sein de l'équipe de développement virtuel du confort de conduite de HMG, explique qu'un problème acoustique particulier associé aux véhicules électriques est un sifflement ou un grincement à haute fréquence. Bien qu'il soit beaucoup plus silencieux que le bruit de la route, l'absence de moteur à combustion interne pour le masquer signifie qu'une fois qu'il est capté par un occupant du véhicule, il devient impossible de l'ignorer. Pour que la simulation soit efficace dans le développement, elle doit prédire avec précision ce bruit à haute fréquence.

"Par le passé, la simulation a été utilisée pour prédire les sons à haute fréquence comme le bruit du vent", explique Ji Woo. "Mais prédire ce nouveau son unique du groupe motopropulseur électrique est un nouveau défi. L'aspect le plus compliqué consiste à combiner le modèle de groupe motopropulseur électrique avec le modèle de véhicule pour prédire exactement le bruit ressenti à l'intérieur de l'habitacle. Cela nécessite des calculs approfondis, qui prendraient énormément de temps, voire ne seraient tout simplement pas possibles avec les méthodes précédentes."

Cependant, en utilisant Simcenter 3D et Simcenter Testlab, les ingénieurs de HMG ont pu obtenir chaque réponse séparément, ce qui a permis de gagner du temps de calcul et d'économiser des ressources informatiques.

Un modèle EF d'une cavité acoustique.

Simuler des bruits de structure et aériens

La complexité provient non seulement de la haute fréquence du son, mais aussi du fait qu'il est véhiculé par la structure et aéroporté. En règle générale, les logiciels de prédiction du bruit sont spécialisés dans l'un ou l'autre, de sorte qu'une méthode de simulation ne peut pas prédire les deux simultanément.

Pour surmonter ce problème, HMG a travaillé avec les services d'ingénierie Simcenter pour développer une méthode capable de calculer efficacement les deux sources de bruit. Pour les bruits de structure, les équipes ont travaillé ensemble pour modéliser la carrosserie relimitée du véhicule dans Simcenter Nastran à l'aide de la méthode d'éléments finis (FEM). Le résultat prévoyait un bruit pouvant atteindre jusqu'à 1,5 kilohertz (kHz).

Une fois que le bruit de structure a été entièrement compris, l'équipe a pu apporter des modifications à la conception pour en réduire l'effet. Il s'agissait d'ajuster la rigidité du support entre le groupe motopropulseur électrique et le véhicule, ainsi que de modifier les caractéristiques des panneaux de plancher.

Les principaux panneaux de chargement de pression extérieure sont illustrés.

La simulation du bruit aérien est plus compliquée. La méthode par éléments finis a de nouveau été utilisée pour prédire le rayonnement acoustique du groupe motopropulseur électrique et l'excitation acoustique des panneaux extérieurs du véhicule. Pour obtenir une prédiction précise, il était important de modéliser également les ensembles sonores fixés à l'extérieur du véhicule : isolateur de capot, enjoliveurs de roue et sous-capots. Cependant, le véhicule était trop imposant et aurait nécessité une puissance de calcul bien trop importante pour être modélisé avec la FEM. Au lieu de cela, HMG a travaillé avec les experts des services d'ingénierie Simcenter pour appliquer un modèle de simulation énergétique statistique. Il s'agit d'une méthode conçue pour résoudre les sons à haute fréquence ; dans ce cas, elle prévoyait un bruit atteignant jusqu'à 8 kHz.

Le bruit a été divisé en sources, chemins et récepteurs pour quantifier la force de chacun d'entre eux, un processus connu sous le nom de cascade cible. En simulant cela dans Simcenter 3D, l'équipe a pu améliorer le son de chaque source beaucoup plus efficacement qu'avec les processus de test traditionnels.

Utilisation de l'encapsulation pour atténuer le panneau principal du groupe motopropulseur électrique.

Collaboration étroite et amélioration continue

"L'équipe Simcenter Engineering Services a travaillé en étroite collaboration avec nous tout au long du projet", déclare Ji Woo. "Nous leur avons expliqué ce que nous devions accomplir, et ils nous ont montré comment tirer le meilleur parti du logiciel Simcenter. Sans leur expertise, je ne pense pas que nous aurions pu obtenir les résultats que nous avons obtenus."

Il souhaite également continuer à améliorer les nouvelles techniques de simulation afin d'obtenir davantage d'avantages pour HMG. "Rationaliser davantage le processus nous rendrait plus efficaces", déclare Ji Woo. "L'un des avantages des outils Simcenter est qu'il n'est pas nécessaire d'être un expert en simulation pour les utiliser. Ainsi, une fois que nous avons normalisé nos processus et nos données sur Simcenter, nous pouvons les présenter à davantage d'ingénieurs, ce qui libérera nos experts en simulation pour de nouveaux projets."