Le manufacturier de pneumatiques japonnais Toyo Tires vient d’annoncer qu’il a développé sa propre technologie de «mobilité aérodynamique» (simulation aérodynamique) grâce à l’application de simulations d’écoulement aérodynamique. La technologie sera efficace dans la conception de pneus ayant d’excellentes caractéristiques aérodynamiques requises pour réduire davantage la consommation de carburant et augmenter l’autonomie des véhicules électriques. Les caractéristiques aérodynamiques sont les attributs de la résistance à l’air et le débit d’air exercé sur un corps lorsqu’il se déplace dans l’air.
La nouvelle technologie «Mobility Aerodynamics» développée par Toyo Tires permet de prédire les caractéristiques aérodynamiques des pneus et des véhicules dans des conditions de contact sur le sol de pneus roulants, c’est à dire les conditions exercées lorsque le pneu roule sur une surface de route réelle (conditions au point de contact).
Pour cela, Toyo utilise des modèles réels de pneus afin de combiner les conditions d’utilisation des pneus lorsqu’un véhicule est en mouvement (principalement la charge des pneus et la vitesse du véhicule) avec des conditions de différentes formes de roues et de véhicules, après avoir considéré comment la forme du pneu se déforme dans ces conditions.
En combinant les différentes conditions, l’aérodynamique de la mobilité offrira à Toyo Tires un avantage en proposant des idées adaptées à la réalisation des caractéristiques aérodynamiques requises par les véhicules développés par les constructeurs automobiles afin d’obtenir une meilleure consommation de carburant et une autonomie accrue. Cette percée permet également de développer des pneus ayant d’excellentes caractéristiques aérodynamiques, basés sur des simulations de haute précision donnant des données numériques cohérentes avec les résultats des essais en soufflerie en utilisant des véhicules réels, afin de pouvoir proposer ces pneus sur le marché. Les champs d’écoulement des courants d’air invisibles à l’œil nu autour d’un véhicule réel sont rendus visibles et la résistance à l’air est mesurée quantitativement.
Les pneus complexes, y compris les sculptures individuelles, ont été combinés à ceux des véhicules et des roues. Les déformations des pneus causées par les différences de charge appliquée, de vitesse, d’angle d’assiette et d’autres facteurs ont été prises en compte afin de développer des techniques pour les simulations de caractéristiques aérodynamiques. La percée représente une avance jamais vue dans l’industrie auparavant.
Importance des caractéristiques aérodynamiques
La force de traction est la résistance à laquelle un véhicule est soumis lorsqu’il se déplace. Réduire cette force peut entraîner une amélioration du rendement énergétique. Sous la pression sociale pour améliorer la performance environnementale, les constructeurs automobiles s’efforcent de développer de nouveaux designs de véhicules qui se traduisent par de meilleures caractéristiques aérodynamiques. Pendant ce temps, les constructeurs de véhicules électriques ont dû relever le défi d’augmenter l’autonomie par charge, de sorte que l’amélioration des caractéristiques aérodynamiques est devenue un objectif important pour eux aussi.
Relation entre les pneumatiques et l’aérodynamique
Lorsqu’ils tournent, les pneus d’un véhicule en mouvement continuent de se déformer tout en supportant la charge. Un objet en rotation a un effet sur l’air qui l’entoure, modifiant les champs d’écoulement. Cela a un effet direct sur les caractéristiques aérodynamiques du véhicule. On estime que les pneus sont responsables d’environ 15% de la résistance totale de l’air rencontrée par un véhicule en mouvement.
Minimiser cet effet en optimisant le contour transversal d’un profil de pneu permettra de réduire la consommation de carburant. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d’analyser les champs d’écoulement générés autour des pneus en rotation, puis de développer des moyens de contrôler ces champs d’écoulement.
Harmonisation des normes mondiales pour la mesure de la consommation de carburant
En 2014, le Forum mondial des Nations Unies sur l’harmonisation des réglementations relatives aux véhicules (WP29) a adopté des règles techniques mondiales unifiées pour la mesure de la consommation de carburant et des émissions des véhicules de tourisme (la fameuse procédure d’essai WLTP – Worldwide-harmonized Light vehicles Test Procedure – entrant en vigueur en septembre 2018). Ceci a globalement normalisé les procédures de mesure et d’essai pour la consommation de carburant, la réglementation des émissions et la sécurité, qui jusqu’alors différaient selon les pays ou les régions. Le WLTP, qui impose des évaluations de la résistance des véhicules à moteur, comprend des essais en soufflerie pour déterminer la résistance de l’air des pneus, et cela aura une incidence directe sur les niveaux réglementés pour les caractéristiques aérodynamiques des pneus. Cela signifie que les efforts visant à améliorer les champs d’écoulement autour des pneus feront l’objet d’une grande attention.
En considération des trois points ci-dessus, en tant que fabricant de pneus, Toyo Tires reconnaît l’importance sociale et les avantages industriels de pouvoir démontrer plus concrètement comment élever les caractéristiques aérodynamiques à leur niveau optimal. Toyo espère obtenir un avantage grâce à ce type de développement de pneus. Ces objectifs pourront être atteint grâce à des techniques qui permettent une prédiction de haute précision.
Toyo Tires a développé des méthodes de simulation numérique en utilisant des supercalculateurs pour l’analyse des pneus, et leurs concepteurs de pneus utilisent ces méthodes pour concevoir des produits destinés au marché. Grâce à l’application de sa propre technologie de conception «T-mode», qui combine l’analyse des pneus avec des simulations de conduite, Toyo a pu réduire considérablement le temps de conception et atteindre un design de haute précision.
Cette nouvelle technologie d’aérodynamique de mobilité représente des avancées qui ont permis l’établissement d’approches dans des domaines inaccessibles par des recherches antérieures. Ainsi, par l’utilisation de diverses simulations numériques pour quantifier le mouvement et les conditions affectées par l’aérodynamique des véhicules en cours de mouvement et en combinant ces différents facteurs, le fabriquant de pneus a pu simuler et visualiser les champs d’écoulement autour des pneus et des véhicules en mouvement.
Photos : Toyo Tires
