L’Interview : Le modèle de dynamique des véhicules CALLAS de SCANeR

Pouvez-vous vous présenter ?

Rémi Figueredo, depuis 3 ans, je suis ingénieur en recherche et développement chez AVSimulation, spécialisé dans la dynamique des véhicules. En tant que membre de la direction technique, je participe au développement du logiciel SCANeR et à son intégration dans les différents simulateurs et/ou bancs VIL et HIL. J’interviens également dans les études de dynamique des véhicules pour les clients, que ce soit en prestation de services ou en assistance/support.

Pouvez-vous expliquer ce qu’est la dynamique des véhicules ?

La dynamique des véhicules est un domaine industriel et scientifique qui décrit comment un véhicule réagit aux commandes du conducteur et à son environnement. Les réactions du véhicule incluent le mouvement du châssis, et sont influencées par les forces des pneus qui exercent une action sur la suspension, laquelle agit sur le châssis à travers une cinématique complexe. Il s’agit d’un modèle mathématique, basé sur les concepts et théories de la mécanique générale, mis en œuvre dans un logiciel qui simule le mouvement du véhicule. Le modèle inclut des composants pour tous les aspects d’un véhicule qui influencent son comportement : transmission, freinage, suspension, direction, répartition des masses, aérodynamique et pneus. C’est un outil technique pour un ingénieur qui permet de déterminer, dès la phase de conception préliminaire, l’architecture du véhicule et/ou de valider les systèmes/sous-systèmes du véhicule (calculs corrélés). Il peut être utilisé comme substitut à un véritable châssis et groupe motopropulseur lors de la simulation des interactions complexes d’un véhicule moderne, équipé de nombreux systèmes ADAS, avec des capteurs et des actionneurs, et avec son environnement.

Si je comprends bien, il existe plusieurs types de modélisation. Qu’est-ce qui caractérise CALLAS et quels sont les avantages pour les utilisateurs ?

En effet, il faut d’abord définir les niveaux de modélisation qui décrivent la complexité du modèle CALLAS.

• • Modélisation générale : le type (véhicule à roues, véhicule à chenilles ou un mélange des deux), le nombre d’essieux, la géométrie générale qui est symétrique ou non, la transmission mécanique, la transmission hydrostatique ou sans transmission (remorque), le moteur thermique, le moteur électrique ou hybride.
  • Modélisation par composant et/ou sous-système : les lois de direction/suspension/etc., qui peuvent être symétriques ou non. Chaque composant peut être modélisé de manière simplifiée ou détaillée.
  • Modélisation avec d’autres options d’aspects numériques : lecture volumétrique du sol simplifiée ou avancée.

On dit que CALLAS est un modèle paramétrique, c’est-à-dire que les paramètres d’entrée sont des caractéristiques fonctionnelles (courbes et/ou cartes des lois de variation des sous-systèmes). Par exemple, les courbes caractéristiques fonctionnelles des éléments de suspension (forces et variations cinématiques en fonction du déplacement de la roue) proviennent soit de mesures réelles du véhicule, soit de calculs cinématiques utilisant des modélisations multi-corps/conceptions avec un haut degré de complexité (MSC Adams, Modelica ou Catia). Ainsi, CALLAS permet l’analyse du comportement dynamique des véhicules en choisissant judicieusement la complexité du modèle en fonction des tests étudiés. Cette complexité est quantifiée par le nombre de degrés de liberté (DoF), qui varie de 16-17 DoF pour un véhicule conventionnel à plus de 100 pour un camion-remorque détaillé.

Qu’apporte CALLAS au Pack Dynamique des Véhicules ?

Rappel : Le Pack Dynamique des Véhicules permet à l’utilisateur de créer et de valider un modèle dynamique complet de véhicule. Inclus dans ce Pack, le modèle CALLAS s’ajuste aux paramètres d’entrée fournis par l’utilisateur (choix du niveau de modélisation en général et/ou par composant). Ainsi, CALLAS fournit toujours une solution pour la création et l’analyse. De plus, le Pack offre une bibliothèque de véhicules CALLAS de haute qualité avec SCANeR. Ces véhicules sont prêts à l’emploi ; l’utilisateur peut les utiliser et/ou les tester dans un simulateur, ou comme base de travail pour une étude dynamique spécifique à ses besoins.

Quels sont les modèles de dynamique des véhicules CALLAS existants ?

SCANeR est fourni en standard avec une bibliothèque de plus de 20 véhicules CALLAS de différentes catégories et tailles : voitures (ville, berline, familiale en traction et/ou propulsion), pick-ups, 4×4, 2 véhicules électriques et un hybride, camions (avec plus de 2 essieux et roues jumelées), un bus, des remorques et 2 voitures de sport. De plus, un accès à des véhicules spéciaux, tels que des véhicules à chenilles ou à roues équipés d’une tourelle, est disponible sous licence. Pour adapter le véhicule à l’application du client, un éditeur GUI permet de modifier les caractéristiques et les attributs du véhicule. Ce service peut également être fourni.

Quels sont les points qui font de CALLAS l’un des meilleurs systèmes de dynamique des véhicules au monde ?

CALLAS s’adapte aux besoins des utilisateurs. La plupart des utilisateurs peuvent utiliser les modèles de référence CALLAS fournis pour leurs simulations, avec peu ou pas de modifications. Cependant, un ingénieur expert peut créer un véhicule à partir de zéro et saisir toutes les mesures réelles et/ou les caractéristiques détaillées des différents domaines transversaux de la dynamique des véhicules (tests/mesures réels, calculs cinématiques 3D/conceptions à partir de logiciels de multi-corps) pour obtenir un comportement de véhicule extrêmement précis et validé. CALLAS est un système rapide et ouvert. Il peut fonctionner à des fréquences de 2000 Hz à 8000 Hz sur du matériel PC standard avec une complexité similaire ou supérieure à celle des modèles concurrents (avec 17 DoF ou plus). Il peut être utilisé et supporté pour des applications de simulateur de conduite, des plateformes en temps réel HIL/SIL/VIL et des bancs d’essai, ainsi que pour des calculs plus rapides que le temps réel en cloud computing. Les clients peuvent intégrer leurs propres sous-systèmes dans CALLAS en utilisant les outils de leur choix : Simulink, FMI, C/C++, etc.

Pouvez-vous nous donner un exemple de projet récent où CALLAS a été utilisé ?

CALLAS est utilisé sur certains des plus grands simulateurs de mouvement au monde, comme KEX, pour la recherche et le développement de véhicules sportifs chez Alpine Automotive, ainsi que dans des applications militaires tant pour la recherche et le développement que pour la formation. CALLAS peut également être utilisé pour des études en tant que service par AVS :

• Étude sur la validation des configurations de camions avec semi-remorques (positionnement optimal des charges à bord), basée sur des critères de conformité et de sécurité.
• Modélisation d’un véhicule à partir de données d’acquisition réalisées sur un véritable véhicule sur un circuit d’essai.

Avez-vous des exemples du niveau de corrélation entre ce qui a été simulé avec CALLAS et ce qui a été mesuré physiquement ?

La corrélation du véhicule dépend de la quantité de données disponibles sur le véhicule. Ces données peuvent être mesurées sur un banc d’essai ou sur un circuit de test. Sur un modèle entièrement validé, le comportement peut être utilisé comme substitut au véhicule réel. Revenons aux deux études mentionnées :

• Concrètement, un modèle CALLAS représentant un camion-remorque a été créé. Toutes les caractéristiques et mesures fournies par le client ont été prises en compte. Les retours de tests réels (mesure de l’angle maximal à partir d’un test sur une table d’inclinaison) ont été utilisés comme référence. Nous avons ainsi affiné le modèle pour obtenir les mêmes résultats lors de la simulation du test sur table d’inclinaison. Cette étude supplémentaire nous permet d’être plus objectifs quant aux résultats attendus des autres simulations de conduite.

• Il s’agissait précisément d’une calibration globale d’un modèle CALLAS à partir de nombreux tests réels variés (virage établi, roue à braquage sinusoïdal, manœuvres d’évitement). Nous avons obtenu une bonne correspondance (< 10%) sur presque tous les objectifs (trajectoire, régime moteur, roulis, angle de dérive, accélération latérale), et sur d’autres, la correspondance était moins bonne (< 25%) ce qui a nécessité de passer à des niveaux plus réalistes de sous-modèles.

Avez-vous quelque chose à ajouter en conclusion ?

CALLAS est léger et rapide tout en étant détaillé et valide. Il est livré prêt à l’emploi pour une grande variété d’applications et peut être utilisé pour des simulateurs, la validation HIL, la recherche et le développement en dynamique des véhicules, ainsi que pour le cloud computing. Il n’y a pas de verrouillage propriétaire ; SCANeR est une plateforme ouverte qui supporte CALLAS ainsi que les packages concurrents de dynamique des véhicules au même niveau.