L'automne dernier, le pilote Ryan Preece a fait un tonneau dans la dernière ligne droite lors de la course de la NASCAR Cup Series à Daytona International Speedway. Les réactions dans les tribunes ont été des cris, des gémissements et des larmes, suivis de soupirs de soulagement et d'applaudissements lorsque Preece a réussi, avec de l'aide, à sortir de la fenêtre du côté conducteur et à se mettre en sécurité.

Au ralenti, on voit la voiture de Preece s'envoler, puis se retourner de manière incontrôlée dans l'herbe avant d'atterrir à l'envers. Pourtant, le lendemain, il a été autorisé à rentrer chez lui pour se reposer, avant de revenir sur la piste.

Pour beaucoup, la sortie saine et sauve de Preece n'était rien de moins qu'un miracle. Pourtant, ce sont les améliorations spectaculaires apportées par la NASCAR en matière de sécurité, notamment les dispositifs de retenue pour la tête et le cou, les ceintures de sécurité, la structure du cockpit et les filets de fenêtre, qui ont joué un rôle déterminant ce jour-là.

Découvrez comment la simulation permet à NASCAR de faire évoluer en permanence la conception de ses véhicules Next Gen afin de réduire les risques sur la piste.

Il ne fait aucun doute que les courses de stock-cars sont dangereuses. C'est pourquoi la NASCAR ne recule devant rien pour s'assurer que les pilotes s'en sortent sains et saufs. Dans l'épisode 8 de la série documentaire en ligne d'Ansys "Driven by Simulation", vous découvrirez comment la simulation permet à l'organisation de faire évoluer en permanence la conception de ses véhicules Next Gen afin de réduire les risques sur la piste.

NASCAR Refuses to Lose with Simulation

La NASCAR, en collaboration avec les pilotes, les équipes et les fabricants, a construit une nouvelle génération de voitures - la NASCAR Next Gen - destinée à réduire encore les coûts pour les équipes et à rendre les courses plus attrayantes que jamais pour les fans.

Une série de dessins et modèles sans faux pas

On a dit que la NASCAR était aux courses de stock-cars ce que la NFL est au football : toutes deux ont atteint une renommée extraordinaire dans leur sport respectif. La série Cup est l'épreuve reine de la NASCAR, avec son stock-car Next Gen construit à partir d'une plate-forme de pièces standardisées. Les pièces de la nouvelle voiture et la carrosserie en composite de carbone, plus souple et plus durable, sont fabriquées par un seul et même fournisseur. Les moteurs et le style des véhicules varient entre Chevrolet, Ford et Toyota, ressemblant respectivement aux voitures Camaro, Mustang et Camry.

La Gen-7 est la dernière itération de la voiture de la série Cup. Elle est équipée de deux moteurs V8, l'un développant 510 chevaux sur les Superspeedways et l'autre 670 chevaux sur les circuits intermédiaires. Tous deux sont couplés à une boîte de vitesses à cinq rapports qui offre un plus large éventail d'options que sa devancière à quatre rapports. Parmi les autres améliorations, citons un aileron arrière de 4 pouces (7 pouces pour les Superspeedways), un système de freinage amélioré et une suspension arrière indépendante avec des amortisseurs réglables aux quatre coins pour un réglage précis.

NASCAR Refuses to Lose with Simulation

Le Charlotte Motor Speedway est un "match à domicile" pour la plupart des équipes NASCAR. Il est situé au cœur du pays de la NASCAR, la plupart des équipes de course NASCAR ayant leur siège dans la région de Charlotte, en Caroline du Nord, ou dans les environs.

L'aspect le plus fascinant de l'histoire de la Gen-7, outre ces spécifications impressionnantes, est sans doute le moment choisi et l'ampleur de la refonte. En mettant de côté des décennies d'innovation, la NASCAR a construit une plate-forme entièrement nouvelle qui sera utilisée par toutes les équipes de course de la série Cup. L'abandon d'éléments de conception plus anciens (dont certains remontent aux années 1960) rendrait certainement la série plus pertinente pour les fabricants d'équipements d'origine (OEM) et les fans. Mais s'agissait-il d'une décision sûre pour la NASCAR ?

Oui, grâce à la simulation.

"Sur un circuit, les voitures peuvent s'écraser de multiples façons, dont certaines sont inimaginables", explique John Patalak, vice-président de l'ingénierie de la sécurité à la NASCAR. "Mais avec LS-DYNA, nous pouvons effectuer tous ces tests sans avoir à nous engager dans un essai physique pour avoir la certitude d'avoir une conception très robuste".

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L'exécution d'Ansys LS-DYNA dans Ansys Cloud Direct permet à l'équipe de développement de NASCAR de tester, d'ajuster et d'optimiser rapidement leurs conceptions dans les limites avant de les évaluer dans un centre d'essais de collision.

Ansys LS-DYNA donne le feu vert à la sécurité de la génération 7

La conduite à grande vitesse exige des temps de réaction plus courts. Lorsque 40 voitures se suivent à 200 km/h pendant plus de 200 tours, il y a forcément des problèmes. Une fois que vous avez pris votre rythme, il suffit d'une fraction de seconde et d'un seul faux pas pour provoquer un carambolage. Les ingénieurs de la NASCAR en sont parfaitement conscients, c'est pourquoi ils s'appuient sur la simulation pour développer et affiner leur plate-forme de véhicules "Gen-7" Next Gen en termes de performances et de sécurité.

L'introduction du logiciel Ansys dans le mélange s'est avéré être un moment décisif. Pour la première fois dans l'histoire de la NASCAR, l'essentiel des essais de collision serait effectué par simulation. Le maillage et la construction d'un modèle complet de voiture Ansys LS-DYNA ont permis à l'équipe d'évaluer immédiatement tous les différents modes de collision auxquels les voitures de course NASCAR sont confrontées, notamment les collisions frontales, les collisions avec le toit, les impacts latéraux, les impacts arrière et les impacts obliques.

"Nous avons la possibilité d'utiliser LS-DYNA", explique M. Patalak. "Nous pouvons effectuer des centaines ou des milliers de simulations pour évaluer tous les détails et toutes les nuances de la façon dont nous voulons que la voiture se comporte avant de nous engager à dépenser ces sommes pour les voitures de course."

L'exécution de LS-DYNA dans Ansys Cloud Direct permet à l'équipe de développement de NASCAR de tester, d'ajuster et d'optimiser rapidement leurs conceptions dans certaines limites avant de les évaluer dans un centre d'essais de collision. Si l'on considère le coût des crash-tests physiques (environ 500 000 dollars par test), les économies peuvent vraiment s'accumuler. Dans le cas présent, les gains ont été considérables. Après plus de 5 000 simulations de crash test LS-DYNA, il a suffi de quelques crash tests physiques pour vérifier et valider la conception Next-Gen de NASCAR.

Les mannequins d'essai du numérique débloquent Crash Test Insights

L'un des facteurs les plus importants pour l'équipe lors de l'évaluation de la conception est la réaction des occupants dans l'environnement de course.

Alors, si vous demandiez à un mannequin d'essai de choc de vous parler de son expérience après des mois d'essais sur le traîneau, que dirait-il ? Rien, bien sûr. Cependant, lorsque vous regardez de multiples simulations d'impacts impliquant des mannequins d'essai de collision dans un environnement virtuel, il est facile de voir les effets qu'un accident aura sur eux dans le siège du conducteur s'ils heurtent une barrière à un certain angle et à une certaine vitesse, par exemple.

"Nous utilisons des modèles avancés de substitution du corps humain dans l'environnement des sièges NASCAR pour évaluer le système de retenue, les systèmes de sécurité et les différents systèmes d'atténuation des blessures dont nous disposons dans notre voiture", explique le Dr Sayak Mukherjee, ingénieur en simulation, sécurité chez NASCAR. "L'idée sous-jacente est de réduire les blessures du conducteur en cas d'incident sur la piste".

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La modélisation des conducteurs dans un environnement virtuel permet à l'équipe d'étudier la réaction des occupants dans différents scénarios d'essais de collision, d'examiner différentes mesures des blessures et d'essayer d'incorporer les systèmes de sécurité ou d'atténuation qui peuvent réduire le risque de blessure afin de s'assurer que tout le monde s'en sort indemne.

C'est une pratique qui a commencé très tôt dans le processus de conception de la Next Gen. Elemance, une société d'ingénierie spécialisée dans la conception centrée sur l'homme, a utilisé un modèle de corps humain virtuel développé par le Global Human Body Models Consortium (GHBMC) et a effectué des tests pour NASCAR à l'aide d'Ansys LS-OPT, un progiciel d'optimisation de la conception et d'analyse probabiliste.

À l'époque, des milliers de simulations de pare-chocs ont été effectuées à l'aide de LS-OPT, avec des résultats positifs. La NASCAR était tellement satisfaite des résultats qu'elle s'est engagée à faire fabriquer ces pièces avant d'obtenir les données des essais de collision physiques, ce qui, bien sûr, a permis de réaliser des économies considérables. Quoi qu'il en soit, l'objectif final de la NASCAR sur la piste est la sécurité.

"La simulation est très, très rentable, mais de mon point de vue, je mesure vraiment l'importance de l'outil et les améliorations qu'il peut apporter à la conception et la confiance qu'il nous donne dans cette conception", déclare M. Patalak. "Les dollars sont vraiment secondaires lorsqu'il s'agit de sécurité pour nous, mais nous pouvons vraiment effectuer un test et ne pas être surpris par ce qui se passe grâce au travail de simulation."

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Il est temps de passer à la vitesse supérieure

Ne manquez pas l'épisode 9 de notre série documentaire en ligne "Driven by Simulation". Nous passerons à la vitesse supérieure pour examiner comment les équipementiers automobiles APTIV et Infineon utilisent la simulation pour développer les systèmes logiciels et les ceux qui définiront nos déplacements à l'avenir.