Karma Automotive redonne vie à un véhicule électrique emblématique grâce aux solutions de Siemens

L'émergence des voitures de sport électriques

L'époque où les voitures électriques étaient considérées comme faisant partie d'un avenir lointain et exotique (en raison de notre capacité technologique limitée ou de la domination perçue du pétrole) est révolue depuis longtemps. Il y a un peu plus de vingt ans, l'emblématique Prius a sérieusement changé la donne. Aujourd'hui, plus de 12 millions de voitures hybrides ou électriques ont été vendues dans le monde et les chiffres ne cessent d'augmenter : non seulement l'électrification est désormais considérée comme l'une des plus grandes révolutions de l'industrie automobile, mais l'humanité a commencé à concevoir un avenir sans essence ni combustion.

Les voitures électriques ou hybrides n'ont pas encore envahi les routes pour un certain nombre de raisons, notamment leur prix élevé et leur autonomie encore limitée. En outre, bien que beaucoup considèrent que la véritable beauté réside à l'intérieur, l'un des principaux facteurs de différenciation pour les personnes qui choisissent une nouvelle voiture reste son apparence. Tesla a été le premier à le comprendre en lançant sa Model S sur le marché en 2012. Grâce à elle, Tesla a réussi à atteindre un segment de marché distinct qui avait été exclu du jeu de l'électrification : les clients qui préféraient un design luxueux et sportif.

Entre-temps, de nombreux équipementiers ont ajouté au moins une voiture hybride ou électrique de luxe haut de gamme à leur flotte. Citons par exemple la Honda NSX, la Lexus LC500h, la BMW i8, la Jaguar I-Pace et la Porsche Panamera.

De nombreuses start-up tentent leur chance sur ce segment (Tesla a également commencé petit). Si de nombreuses entreprises sont mortes ou ont été dévorées en cours de route, certaines ont émergé en tant que nouvelles marques électroniques respectables, prêtes à confronter leurs prototypes à l'establishment.

Karma Automotive : l'histoire d'un phénix

L'une de ces start-up est Karma Automotive, un constructeur automobile basé en Californie qui est rené des cendres (ou plutôt des actifs) de Fisker Automotive en 2014. Dans le processus de résurrection, Karma a réussi à préserver le bon et à surmonter le mauvais : l'entreprise a conservé le beau design italien de ses voitures, qui attirait beaucoup de clients, mais elle a considérablement amélioré la technologie. Le résultat est une berline hybride électrique de luxe qui conserve une grande partie de l'extérieur et de l'intérieur d'origine de la Fisker Karma, mais intègre une batterie A123, un chargeur et des commandes électriques. C'est "la voiture que vous conduisez quand vous voulez être vu", explique Bob Kruse, directeur technique de Karma Automotive.

En tant que start-up, Karma a dû faire face à certaines des conséquences typiques des ressources limitées. D'une part, le temps est bien plus précieux pour les start-ups que pour les acteurs établis. De plus, il n'y a que peu de secondes chances, voire aucune. En conséquence, la digitalisation est véritablement devenue une question de vie ou de mort. "Il est aujourd'hui plus essentiel que jamais que les modèles et les analyses reproduisent correctement ce qui se passe dans le monde physique, de sorte que lorsque nous revenons au véhicule réel, les solutions obtenues virtuellement s'adaptent avec un degré élevé de confiance et fonctionnent réellement", confirme M. Kruse.

Karma vise l'excellence en matière de NVH

Avec une voiture de sport hybride-électrique, le bruit du moteur est un attribut de performance clé à gérer tout au long du processus de développement. Le bruit du moteur doit être spécifique à la marque. Ce n'est pas une tâche facile, car "il n'existe pas d'historique du son que devrait produire un moteur de voiture de sport électrique", explique Jud Knittel, ingénieur NVH (bruit, vibration et secousses) en chef chez Karma Automotive.

Le principal problème des voitures hybrides-électriques est que l'absence d'effet de masquage du bruit d'un moteur à combustion rend de nombreux autres sons plus apparents, comme le bruit de la route ou du système de chauffage et de climatisation. Des efforts beaucoup plus importants doivent être déployés pour réduire ces sources de bruit que pour les voitures traditionnelles. ces sources de bruit que pour les voitures traditionnelles. De plus, les efforts visant à optimiser les NVH peuvent en réalité devenir contre-productifs s'ils ont un impact négatif sur d'autres attributs tels que le poids, la résistance, la durabilité et le confort de conduite.

L'utilisation de tests et de simulations (parfois simultanément) est essentielle pour maintenir cet équilibre. Karma l'a compris dès le tout début du projet de développement.

Un tandem bien huilé de simulation et de test

"Lorsque nous avons entrepris ce projet, il ne s'agissait pas seulement du développement du produit, mais aussi du processus que nous construisions chez Karma", explique Erik Keipper, directeur de l'intégration des véhicules chez Karma Automotive. "Le partenariat que nous avons établi avec Siemens a vraiment permis une interaction transparente entre les responsables de programme, les ingénieurs et les techniciens."

L'une des clés du succès d'un programme de développement de véhicule aussi global, qui comprend non seulement le produit mais aussi le processus, est de prioriser autant que possible la phase de définition de la conception du véhicule, de sorte que les coûteuses corrections de dernière minute dans la phase de validation puissent être réduites à leur strict minimum, voire évitées. Karma a choisi le logiciel Simcenter™ 3D pour cette tâche. Combinant toutes les solutions et solveurs haut de gamme nécessaires, Simcenter 3D permet également l'optimisation de différents attributs, avec les meilleures capacités de pré et post-traitement d'ingénierie assistée par ordinateur (IAO) et l'environnement unique intégré et géré par CAO du logiciel. En particulier, Karma a utilisé la méthode de modélisation hybride de Simcenter 3D pour concentrer l'effort global d'optimisation du véhicule sur plusieurs attributs de performance. Avec cette approche, les composants en cours de développement sont modélisés avec l'IAO 3D et les composants existants avec des représentations réduites précises dérivées des résultats des tests, tels que les fonctions de réponse en fréquence (FRF) et les modes.

En plus du logiciel d'IAO 3D Simcenter, le logiciel Simcenter Testlab™ et le matériel SCADAS Simcenter ont été sélectionnés pour effectuer des tests NVH. La combinaison transparente de ces outils permet de couvrir un large éventail de capacités de test telles que l'analyse modale expérimentale, la collecte de données opérationnelles et l'évaluation de la qualité sonore. Outre l'acquisition rapide et précise des données et les résultats des tests, le logiciel Simcenter Testlab fournit également beaucoup de savoir-faire en matière d'ingénierie et de conseils aux utilisateurs. Karma a particulièrement apprécié la façon dont les capacités de visualisation et d'affichage intelligents des données du logiciel ont permis à l'entreprise d'examiner les mêmes données sous plusieurs angles. "Nous avons un grand nombre de fonctionnalités que nous devons parcourir pour le même ensemble de données, et toutes sont disponibles en un clic de souris dans Simcenter Testlab", confirme M. Knittel.

Les tests ne sont pas seulement importants pendant la phase d'analyse comparative, d'établissement d'objectifs et de validation des performances du prototype. Ils jouent également un rôle essentiel dans l'exploitation de la simulation à son plein potentiel. En particulier dans des cas comme celui de Karma, où certains composants sont encore en cours de développement et d'exploration dans Simcenter 3D, et où d'autres pièces existent déjà en tant que prototypes, la validation basée sur les tests via les FRF et les modes dans Simcenter Testlab est d'une importance capitale pour le succès du processus de développement du véhicule dans son ensemble, en termes de vitesse et de précision.

Comme de nombreux OEM, Karma se rend compte que la simulation ne peut pas remplacer entièrement les tests physiques, mais le personnel de Karma est convaincu qu'elle les aide à obtenir de meilleures performances NVH en moins de temps. Une bonne combinaison de test et de simulation permet aux ingénieurs de déterminer si un modèle de simulation représente la réalité le plus fidèlement possible. Mais elle fournit également des informations plus détaillées, telles que la façon d'inclure l'amortissement dans le modèle, ou la façon de gérer les approches dites hybrides.

Services d'ingénierie et de conseil Simcenter

Le projet impliquait le développement d'un processus autant que d'un produit. Pour cette raison, le logiciel Simcenter et les services d'ingénierie et de conseil Simcenter™ se sont avérés être parfaitement adaptés. Le personnel de Simcenter était sur place pendant la majeure partie du développement, aidant à l'analyse comparative et à l'établissement des objectifs du projet, ainsi qu'à l'analyse et à la validation des cibles par IAO et test. Ce sont les services spécialisés qui ont permis à Karma "d'utiliser les mathématiques et les sciences, plutôt que essais à tâtons, pour bien faire les choses avec un minimum d'itérations", explique M. Kruse.

En plus de la technologie et du logiciel, Karma a apprécié les connaissances approfondies des consultants de Simcenter. "Ils ont également fourni le savoir-faire et l'expertise nécessaires pour permettre à Karma de poursuivre le processus et l'analyse par elle-même", explique M. Knittel. "Ce sont eux qui ont non seulement facilité le bon fonctionnement du logiciel utilisé, mais aussi l'interaction entre les responsables de programme et les techniciens. Ils nous ont fourni l'expertise dont nous avions besoin, afin que nous puissions poursuivre les processus et les analyses à l'avenir."

Les connaissances spécialisées, la collaboration et le transfert de technologie sont les piliers forts sur lesquels les services d'ingénierie de Simcenter ont été construits et fonctionnent aujourd'hui. Tous les trois sont essentiels dans les processus de développement de véhicules complets comme celui de Karma.

L'avantage supplémentaire de Polarion

La gestion de nombreuses fonctionnalités logicielles couvrant plusieurs attributs, divisions et équipes nécessite un puissant outil de suivi et de gestion des données. Le logiciel Polarion ALM™, une autre solution du vaste portefeuille de Siemens Digital Industries Software, relève le défi. "Polarion est un outil de suivi qui permet de descendre en cascade les cibles du niveau du véhicule jusqu'au niveau des composants, puis de remonter pour valider la voiture à chacun des niveaux intermédiaires et complet du véhicule", explique Garren Salibian, responsable de l'intégration des véhicules chez Karma. "Il a beaucoup plus de profondeur qu'une feuille de calcul ordinaire qui coche des cases. Vous pouvez vous plonger à chaque niveau et avoir accès à toutes les données et analyses requises. Polarion vous permet d'avoir un contrôle total sur l'ensemble du cycle de vie de votre application, sans rien perdre de l'agilité souvent requise au sein d'équipes distinctes." Faisant partie de la grande famille de logiciels Siemens, Polarion fonctionne de manière transparente avec le logiciel Simcenter qui a été utilisé pour l'optimisation NVH et la campagne d'équilibrage multi-attributs par Karma.

Aller au-delà des attentes

"En utilisant les services de conseil et les outils logiciels de Siemens, nous avons pu faire les choses correctement avec un minimum d'itérations", explique M. Kruse. "D'un point de vue technique, les objectifs ont non seulement été atteints, mais dépassés."

Il peut être audacieux, mais peut-être juste, de dire que Karma a réussi là où Fisker a échoué : sur le plan purement commercial. Avec la Karma Revero, un design supérieur rencontre non seulement l'économie, mais d'une manière respectueuse de l'environnement et acoustiquement agréable. Ces caractéristiques sont considérées comme l'un des paramètres de succès les plus importants du 21e siècle.

En utilisant les outils et les services Simcenter depuis plus de quatre ans, Karma est allé au-delà de l'optimisation des NVH pour optimiser son processus de développement global. La combinaison des tests et de la simulation sur une seule plateforme permet une collaboration unique entre les équipes et les divisions avec un échange de données rationalisé.

"Maintenant que nous avons mis en place un processus chez Karma et que nous avons réussi à mettre notre projet sur le marché en utilisant ce processus, nous nous réjouissons à l'idée de relever le prochain défi", conclut M. Keipper. "Bientôt, espérons-le, toute une série de produits et de véhicules électriques rempliront la concession."