Audi optimise l’autonomie et la qualité acoustique de la nouvelle e-tron grâce aux solutions de Prototypage Virtuel d’ESI

Contrairement à la plupart des autres véhicules électriques, la nouvelle Audi e-tron, premier SUV 100 % électrique d’Audi, est conçue pour s’affranchir de la ville et s’aventurer pour de longs trajets, notamment sur autoroute.

En conduite urbaine, les voitures accélèrent et décélèrent constamment, et l’énergie utilisée par un véhicule électrique pour accélérer peut-être récupérée grâce au freinage régénératif. Ce n’est malheureusement pas le cas en conduite à vitesse constante. De fait, à partir d’environ 70 km/h, l’aérodynamique joue un rôle prépondérant dans la maîtrise de la consommation d’énergie, un rôle encore plus important que celui de la réduction de masse.

Pour les ingénieurs d’Audi, ces nouvelles exigences se traduisent par de sérieux défis et la nécessité d’élaborer des stratégies innovantes afin d’optimiser l’autonomie.

Pour le nouveau prototype e-tron, le département aérodynamique d’Audi a mis au point un concept innovant, avec notamment une calandre pleine assurant un écoulement de l’air, guidé depuis l’ensemble de la partie avant jusqu’à l’arrière via le soubassement. L’équipe a également conçu des rétroviseurs extérieurs virtuels, ce qui contribue à abaisser le coefficient de trainée du véhicule à 0,27 – une véritable prouesse sur le segment des SUV, qui affichent en général un Cx de 0,35 à 0,45 en raison de leur forme typiquement carrée.

Mais comment le département aérodynamique d’Audi a-t-il élaboré ces éléments innovants et comment les a-t-il testés avant la production ? Ou même avant d’avoir fabriqué le premier prototype de l’e-tron ? Les solutions de développement virtuel de véhicule ont largement contribué à faciliter la mise au point de nouveaux produits. Comme d’autres marques du groupe Volkswagen, Audi AG utilise la version du code open source de mécanique des fluides (CFD) OpenFOAM® d’ESI, qui a reçu une accréditation qualité, pour simuler l’aérodynamique extérieure, l’écoulement d’air sous le capot et la climatisation.

Le département aérodynamique d’Audi s’est engagé dans un projet au long cours avec l’équipe OpenFOAM d’ESI. Ces dernières années, les deux équipes ont travaillé en étroite collaboration pour qu’Audi puisse exploiter l’outil de manière optimale et l’industrialiser. Elles ont réussi à améliorer les flux de travail ainsi que la robustesse et la fiabilité des résultats. Aujourd’hui, OpenFOAM est le logiciel de CFD le plus utilisé dans le cluster HPC (calcul haute performance) d’Audi. Cet outil est devenu une véritable solution industrielle pour Audi, lui permettant de valider ses conceptions dans le respect des contraintes de temps de développement toujours plus réduits.

Outre son rapport coût-efficacité, sa transparence et sa compétitivité, c’est l’aptitude d’OpenFOAM à prendre en charge les personnalisations et adaptations nécessaires pour répondre aux besoins particuliers des applications CFD au sein d’Audi et du Groupe Volkswagen qui ont motivé le choix de l’outil. Les experts en CFD définissent OpenFOAM comme un outil précis, flexible, robuste et rapide.

OpenFOAM aide Audi à réduire les coûts de simulation, tout en apportant les réponses adéquates pour prendre les bonnes décisions de conception au bon moment.

Le département aérodynamique a été impliqué très tôt dans le développement du prototype e-tron : dès le concept initial, il a analysé les avant-projets aux côtés des concepteurs et testé les premiers modèles dans leur soufflerie virtuelle. En obtenant rapidement et à coût constant des prévisions précises des performances aérodynamiques, l’équipe a pu évaluer l’incidence de toutes les modifications de conception sur l’efficacité aérodynamique de la voiture très en amont dans le processus de développement produit.

Le recours à ces méthodes de développement virtuel pour l’aérodynamique permet à Audi à réduire le nombre d’essais en conditions réelles ainsi que le nombre de prototypes physiques nécessaires – avec à la clé des gains en matière de coût et de délai.

Pour Audi, la simulation numérique a facilité le développement de plusieurs accessoires aérodynamiques visant à réduire le coefficient de trainée et à accroître l’autonomie. Toujours plus sollicitées, les simulations vont devenir un pilier de l’innovation. Les développements futurs d’OpenFOAM bénéficieront du soutien d’ESI, d’Audi, ainsi que de la communauté OpenFOAM, en pleine croissance au sein du Groupe Volkswagen.

Audi utilise également d’autres solutions d’ESI pour numériser le développement produit. À titre d’exemple, l’équipe d’ingénierie d’Audi en charge des performances de la caisse en blanc et celle responsable du véhicule dans son ensemble ont amélioré la qualité acoustique des véhicules d’Audi à l’aide de VA One, la suite de simulation vibro-acoustique d’ESI, et de Virtual Performance Solution, la plateforme de développement automobile unique d’ESI.

Comme pour l’aérodynamique, la simulation vibro-acoustique permet aux ingénieurs de réaliser une analyse des trajets de transmission pour identifier les sources de bruit indésirables, qui sont nombreuses dans l’environnement silencieux d’un véhicule électrique. S’attaquer aux problèmes de bruit structurel et aérien tôt dans le processus de développement, par exemple en modifiant la conception des garnitures, contribue à éviter les boucles d’itération inutiles qui entraînent des coûts considérables si ces sujets sont traités à la dernière minute – lors de la réalisation des mesures physiques ou pire, au stade du prototype physique.

Les solutions ESI offrent aux ingénieurs d’Audi différentes options de modélisation numérique. Ils peuvent notamment réaliser une brève analyse statistique énergétique (SEA) pour obtenir des réponses rapides au meilleur coût afin d’ajuster les résultats de simulation physique. Ils peuvent également pratiquer une analyse précise par éléments finis (FE), ce qui leur permet de comprendre l’incidence des modifications de conception sur les performances globales du véhicule.

Le Groupe Audi, qui comprend les marques Audi, Ducati et Lamborghini, est l’un des constructeurs d’automobiles et de motos les plus prospères sur le segment premium. Présent sur plus de 100 marchés, il dispose de 19 sites de production répartis dans 12 pays. AUDI AG, c’est aussi les filiales Audi Sport GmbH (Neckarsulm, Allemagne), Automobili Lamborghini S.p.A. (Sant’Agata Bolognese, Italie) et Ducati Motor Holding S.p.A. (Bologne/Italie).

En 2020, le Groupe Audi a livré près de 1,693 million d’automobiles de marque Audi, 7 430 voitures de sport de marque Lamborghini et 48 042 motos de marque Ducati. Sur l’exercice 2020, AUDI AG a réalisé un chiffre d’affaires total de 50,0 milliards d’euros et a dégagé un résultat d’exploitation avant éléments spéciaux de 2,7 milliards d’euros. L’entreprise emploie aujourd'hui 87 000 personnes dans le monde, dont 60 000 en Allemagne. Avec ses nouveaux modèles, ses offres de mobilité innovantes et ses autres services attrayants, Audi s’affirme en tant que fournisseur de mobilité haut de gamme individuelle et durable.