Les cinq défis de la conception et du développement de véhicules électriques

Nos experts en ingénierie automobile partagent leurs points de vue sur les défis de la conception et du développement des véhicules électriques.

---

Avez-vous envisagé d'acheter une voiture électrique ? Statistiquement, c'est probable. Malgré la crise économique, les marchés d'Amérique du Nord, d'Europe ou de Chine font face à une demande croissante de véhicules électriques. Et les constructeurs y répondent. Le choix de modèles et de marques de véhicules électriques est plus important que jamais. Les nouveaux venus sont en concurrence avec les constructeurs automobiles établis pour gagner des parts de marché.

Les cinq défis de la conception et du développement de véhicules électriques

L'électrification des véhicules a redéfini les règles du jeu. L'incroyable succès commercial de la marque Tesla démontre que le marché des véhicules électriques hybrides est un endroit où les rêves de mobilité deviennent possibles, mais difficiles. Pour réussir sur ce marché hautement concurrentiel, il faudra faire preuve de dévouement, de connaissances, d'imagination, de collaboration et de bien d'autres choses encore. Outre le déploiement d'une stratégie commerciale adéquate, les acteurs du marché devront repenser leurs méthodes et processus d'ingénierie et adopter un rythme d'innovation rapide.

Qu'est-ce que la tendance à l'électrification des véhicules change donc en termes d'ingénierie ? Quels défis les ingénieurs rencontrent-ils dans la conception et le développement des véhicules électriques ?

Nous avons posé la question à Steven Dom, directeur du développement commercial pour l'automobile, et à Warren Seeley, directeur du développement commercial pour le groupe motopropulseur. Ils ont identifié les cinq principaux défis que les ingénieurs automobiles doivent relever aujourd'hui. Découvrez leurs avis d'experts dans cet article et partagez les vôtres dans les commentaires ci-dessous.

Défi n° 1 : choisir la "bonne" architecture de véhicule

Steven Dom "Avec les véhicules électriques, il n'y a pas d'idée préconçue sur l'aspect du véhicule. Les véhicules conventionnels à moteur à combustion interne ont été conçus autour d'un élément central : le groupe motopropulseur. Les véhicules électriques laissent beaucoup plus de liberté aux ingénieurs concepteurs. La perspective est à la fois passionante et effrayante. D'une part, il est passionnant de constater la richesse des conceptions innovantes proposées par des entreprises nouvelles ou établies. Certaines conceptions ne sont possibles que grâce à la flexibilité des architectures des VE. D'autre part, elle transforme le travail de l'ingénieur concepteur et le rend plus exigeant que jamais.

Comment l'ingénieur peut-il avoir la certitude qu'il choisit l'architecture la plus appropriée, la mieux optimisée, en bref, la "meilleure" architecture qui répond à toutes les exigences de performance ? Il est impossible d'essayer toutes les options. Tout d'abord, parce qu'ellese sont tout simplement trop nombreuses. Ensuite, parce que le délai de commercialisation est également un sujet brûlant. L'ingénieur concepteur n'a pas seulement besoin de sélectionner la meilleure architecture, il doit aussi la sélectionner rapidement."

De la conception générative à l'optimisation de la conception, plusieurs outils sont disponibles pour aider les ingénieurs à explorer les territoires inexplorés de la conception des VE.

Défi n° 2 : adopter une approche de conception et d'ingénierie centrée sur l'homme

Steven Dom : "Réfléchissez à la manière dont les futurs moyens de transport électriques transformeront la vie des gens au-delà de la mobilité.  Depuis plus d'un siècle, les voitures représentent plus qu'un simple moyen de transport. Elles ont changé la donne en termes de mobilité personnelle. Elles ont redessiné le visage des habitations et des villes. Et elles ont fait le bonheur des passionnés de voitures et de sports mécaniques.

Les voitures ont certainement contribué à accélérer les transformations industrielles et économiques. Mais notre monde change. L'impact des émissions de carbone sur le changement climatique et la raréfaction des ressources fossiles entraînent un changement économique et sociétal. L'état d'esprit des gens évolue. Oui, les voitures puissantes étaient autrefois un symbole de réussite professionnelle et une source de fierté. Mais plutôt que d'apprécier le rugissement d'un moteur V12, les consommateurs attendent désormais des véhicules qui soient avant tout sûrs, confortables et respectueux de l'environnement."

Traiter différemment la conception des véhicules électriques

"Les véhicules électriques sont différents. Ils sont plus silencieux par nature. Le son d'une voiture électrique n'est pas déterminé par le bruit du moteur, le claquement des pistons, le bruit de l'admission d'air et de l'échappement. Il est possible d'ajouter des mélodies qui peuvent être soigneusement conçues par des artistes et des compositeurs de musique. L'objectif n'est pas seulement de répondre au besoin d'un système d'alerte pour les piétons, mais aussi d'exprimer la personnalité du modèle et de la marque.

Les carrosseries des véhicules électriques présentent également une multitude de designs innovants. Pour les limousines de luxe à long rayon d'action, la forme est souvent élégante et élancée, car la réduction de la traînée aérodynamique est plus importante que jamais. Et pour les solutions de mobilité urbaine, c'est l'espace intérieur qui compte, transformant les solutions de covoiturage en bureaux partagés ou en salons sur roues. En ce qui concerne le design, les possibilités semblent illimitées.  Comment les fabricants peuvent-ils tirer pleinement parti de l'opportunité que représente la conception ouverte ?"

Répondre aux préoccupations des consommateurs

Malgré l'acceptation croissante des consommateurs, l'adoption à grande échelle de la technologie des VE se heurte encore à des obstacles majeurs. Les constructeurs doivent repousser les barrières dans le seul but de proposer un véhicule qui réponde aux besoins des consommateurs. Ils doivent trouver un équilibre entre des caractéristiques telles que l'autonomie, les coûts, la capacité et le temps de charge de la batterie, etc. Dom et Seeley s'interrogent sur les attentes toujours plus grandes des consommateurs. Bien que de nombreux progrès aient été réalisés dans le domaine de la technologie des véhicules électriques, il semble qu'ils ne soient jamais suffisants. Les consommateurs seront-ils satisfaits de véhicules dont l'autonomie est égale ou supérieure à celle des véhicules à moteur à combustion interne ? La société de conseil Deloitte fait preuve d'un certain optimisme :

"Au cours des prochaines années, nous nous attendons à ce que certains obstacles soient complètement supprimés. L'autonomie des véhicules électriques est déjà comparable à celle des véhicules à moteur à combustion interne. Le prix a déjà atteint la parité, si l'on tient compte des subventions accordées sur les différents marchés et du coût total de possession. Enfin, le nombre de modèles disponibles augmente."

Source : Deloitte

Deloitte identifie le manque d'infrastructures de recharge comme la dernière priorité des consommateurs, ce qui montre qu'ils commencent à considérer les véhicules électriques comme une option réaliste et qu'ils envisagent maintenant les aspects pratiques de la possession d'un véhicule.

Dépasser les attentes des clients

Mais même si les fabricants parviennent à répondre aux préoccupations des futurs propriétaires ou utilisateurs, la question de la satisfaction des attentes tacites reste d'actualité. Le degré toujours plus élevé d'automatisation des véhicules oblige les ingénieurs NVH à repenser leur définition du confort. Malgré les avancées technologiques, les ingénieurs NVH sont plus que jamais mis au défi de répondre à cette seule question : comment créer l'expérience de conduite la plus confortable pour les conducteurs et les passagers ? Lorsque les humains interagiront avec les robots-taxis, ils s'attendront à un trajet sûr, confortable et agréable. Et si la sécurité est un critère assez objectif, auquel les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) s'attaquent activement, la notion de confort et de plaisir est plus difficile à définir.

Lisez l'article de blog Adoptez une approche centrée sur les personnes pour l'ingénierie sonore des véhicules électriques pour plus d'informations sur ce sujet.

Défi n° 3 : gérer les caractéristiques thermiques du véhicule

Warren Seeley : "Parlant de confort, abordons la question complexe du confort thermique. Avec les véhicules conventionnels, la réponse à cette question est simple : la chaleur générée par le moteur permet de réchauffer l'habitacle ou de dégivrer le pare-brise. Et comme l'autonomie n'a jamais été un problème, les batteries et les systèmes électriques pouvaient servir à chauffer les sièges ou à souffler de l'air froid en cas de besoin. Mais comment gérer le confort thermique dans un véhicule électrique sans sacrifier l'autonomie ? Et comment allez-vous assurer une excellente répartition de la chaleur, en veillant à ce que les batteries ne surchauffent pas tandis que les passagers grelottent ?"

Il est essentiel pour le succès de la marque d'aborder la question du comportement thermique dès le stade de la conception du véhicule. L'approche holistique du jumeau numérique de Siemens équilibre les caractéristiques énergétiques et thermiques ainsi que d'autres attributs essentiels de la performance des véhicules, tels que la durabilité, les NVH et la dynamique de conduite.

Si vous avez besoin d'éléments prouvant que les véhicules électriques peuvent fonctionner dans des conditions extrêmes, regardez la rediffusion de ce webinaire : Validez rapidement les performances des systèmes à l'aide de techniques de simulation et de modélisation à ordre réduit.  Il aborde, entre autres, les aspects de la gestion thermique des véhicules électriques dans les conditions extrêmes du soleil brûlant de la vallée de la mort californienne.

Défi n° 4 : maîtriser la conception et l'intégration des batteries

Warren Seeley : "Les fabricants de véhicules électriques doivent-ils maîtriser la technologie des batteries ou s'en remettre à l'expertise des fournisseurs ? La question reste ouverte. La plupart des fabricants de VE s'appuient largement sur des fournisseurs pour les différentes pièces du véhicule et agissent principalement en tant qu'intégrateurs. Et si cette tendance tend à s'inverser, les constructeurs cherchant à s'approprier la conception et le développement d'une plus grande partie du véhicule, la conception et le développement des batteries restent le fief des fournisseurs spécialisés."

Lors d'une récente discussion avec Ed Bernardon, vice-président chargé des initiatives stratégiques dans le secteur automobile, Henrik Fisker, fondateur, président et directeur général de Fisker Inc. explique : "Pour moi, cette fois-ci, il n'était pas important de prouver à qui que ce soit que je peux fabriquer une voiture. Nous serons propriétaires d'une grande partie des technologies que nous jugeons importantes. [...] Je n'ai pas besoin de posséder le développement d'un système de climatisation, c'est une marchandise.

Pour l'instant, nous avons fait beaucoup de recherches sur les batteries et nous avons schématisé qu'il n'y a pas de technologie de batterie à l'état solide au coin de la rue, c'est trop difficile, trop ardu à mettre à l'échelle. Nous savons donc que nous allons vivre avec des batteries lithium-ion pendant longtemps, et nous n'avons pas besoin de posséder la technologie de fabrication des cellules. Je préfère être ouvert aux différentes technologies de batteries lorsqu'elles s'amélioreront légèrement et être en mesure de regrouper mes batteries, de sorte que si un fabricant de batteries ne peut pas en fournir suffisamment, je puisse faire appel à un autre fabricant."

Là encore, l'intégration des composants, et en particulier des batteries, est la clé du succès. Le jumeau numérique permet d'évaluer et de comparer les performances de la batterie dans de multiples installations et configurations, dès le début.

Écoutez l'intégralité du podcast avec Henrik Fisker et Ed Bernardon ici.

Défi n° 5 : s'adapter à l'évolution de la chaîne d'approvisionnement

Steven Dom : "L'ingénierie et la fabrication d'un véhicule électrique modifient radicalement la relation entre l'équipementier et le fournisseur. Tout d'abord, un moteur électrique ne comporte qu'environ 200 composants individuels, alors qu'un moteur à combustion interne en compte au moins 4 000. Cette réduction drastique du nombre de pièces présente de nombreux avantages pour les fabricants. D'une part, cela peut conduire à une réduction significative des coûts. Non seulement l'achat des pièces est moins coûteux, mais la production de véhicules électriques permet également de réaliser des économies d'échelle, les équipementiers s'approvisionnant auprès d'un nombre réduit de fournisseurs. Le fait d'avoir moins de pièces a également des implications en termes de maintenance et de coût global de possession. Il devient beaucoup plus facile de remplacer un seul composant.

Pour les fournisseurs, l'inconvénient est qu'ils sont plus étroitement liés à l'équipementier. Par exemple, la question de l'intégration des batteries, abordée par Warren, est essentielle. L'approche du jumeau numérique conduit ou oriente les décisions des fournisseurs. Ils sont également presque obligés de s'appuyer sur les mêmes outils de simulation que les équipementiers. En résumé, l'intégration est plus importante aujourd'hui que jamais."

Bien entendu, il n'existe pas de solution unique pour relever tous ces défis. Mais chez Siemens, nous sommes certains que l'adoption d'une approche holistique du jumeau numérique permettra d'aborder l'avenir de la mobilité. Le partenariat avec Siemens, l'appui sur les services d'ingénierie pour le transfert de technologie et le déploiement de la méthodologie du jumeau numérique constituent un pas vers la réussite.

Relever les défis de la conception et du développement des véhicules électriques

Découvrez comment mettre en œuvre une approche de jumeau numérique dans votre processus de conception et d'ingénierie des véhicules électriques en lisant le livre blanc complet : "S'appuyer sur un jumeau numérique complet -
Utiliser Simcenter pour maîtriser la complexité de l'ingénierie de la performance des véhicules électrifiés"