Article Jumeau numérique dans l’automobile : comment les constructeurs optimisent leurs tests

L’industrie automobile est en pleine mutation. Confrontés aux défis de la transition énergétique, des véhicules autonomes, et de l’accélération du développement, les constructeurs ne peuvent plus se contenter des méthodes traditionnelles de conception et de tests. Au cœur de cette transformation se trouve le jumeau numérique (ou digital twin), une technologie qui redéfinit la manière dont les voitures sont imaginées, fabriquées et entretenues. Le jumeau numérique est la clé d’une simulation virtuelle plus rapide, moins coûteuse et incroyablement plus précise.

Qu’est-ce qu’un jumeau numérique appliqué à l’automobile ?

Le jumeau numérique dans l’automobile est une réplique virtuelle ultra-précise d’un objet, d’un processus, ou d’un système physique du monde réel, comme un modèle de véhicule, un moteur, une ligne d’assemblage ou même toute une usine.

Ce modèle numérique est dynamique : il ne s’agit pas d’une simple maquette 3D statique, mais d’un modèle équipé d’algorithmes et de lois de la physique capables de simuler le comportement réel. Il intègre en temps réel ou différé les données issues de son homologue physique, permettant aux ingénieurs de visualiser, d’analyser et de prédire son fonctionnement. Initialement créé par la numérisation de véhicules existants, le jumeau numérique devance désormais la fabrication de la version physique, devenant le point de départ de la conception.

Pourquoi les constructeurs adoptent massivement le digital twin ?

L’adoption massive du digital twin est motivée par la nécessité d’innover plus vite tout en maîtrisant les coûts et la qualité. Les bénéfices pour la R&D et le projet sont spectaculaires.

Réduction des prototypes physiques

Avant l’ère des jumeaux numériques, chaque itération de conception nécessitait la fabrication de pièces et de véhicules prototypes coûteux et longs à produire. Grâce au modèle virtuel, les constructeurs peuvent tester des milliers de variantes (matériaux, structure, électronique) sans toucher au monde physique. Renault Group, par exemple, utilise cette approche pour valider virtuellement l’architecture de ses futurs véhicules.

Tests virtuels accélérés

La simulation embarquée permet d’accélérer drastiquement la phase de tests. Là où les tests physiques prennent des semaines, les tests virtuels s’exécutent en quelques heures, voire minutes. Cela concerne l’aérodynamisme, la performance moteur, les systèmes de refroidissement, et surtout la validation des ADAS (Advanced Driver-Assistance Systèmes) et des fonctionnalités de conduite autonome. BMW valide ainsi les flux thermiques de ses batteries électriques et ses systèmes ADAS sans mobiliser de bancs d’essai.

Validation en conditions extrêmes

Il est difficile, coûteux et parfois dangereux de recréer des conditions réelles extrêmes pour les tests. Le jumeau numérique permet de simuler sans risque des scénarios de crash-tests, des températures extrêmes, ou des situations routières complexes impliquant des milliers d’autres véhicules (le jumeau d’environnement), offrant une validation virtuelle automobile complète. PSA Peugeot Citroën est un exemple de constructeur qui a historiquement exploité la simulation pour les conditions limites.

Types de jumeaux numériques dans l’ingénierie automobile

Le terme jumeau numérique ne désigne pas un seul objet, mais une série de modèles virtuels appliqués à différents niveaux de l’écosystème automobile.

Jumeau de système embarqué

Ces jumeaux se concentrent sur des systèmes spécifiques d’un véhicule : le moteur, la transmission, l’ECU (Unité de Contrôle Électronique) ou l’ensemble des logiciels ADAS. Ils sont essentiels pour la simulation du comportement virtuel des pièces électroniques et mécaniques en interaction. C’est l’essence même de l’ingénierie système appliquée au bureau d’études.

Jumeau du véhicule complet

Il s’agit de l’agrégation de tous les jumeaux de systèmes pour créer une réplique complète du véhicule. Ce modèle permet d’analyser les interactions globales, par exemple l’impact de l’aérodynamisme sur la consommation ou le comportement dynamique de la voiture lors de manœuvres complexes.

Jumeau d’environnement et de production

Ce type de jumeau numérique modélise l’environnement du véhicule (trafic routier, météo, infrastructures – crucial pour le développement autonome) ou le processus de fabrication et d’approvisionnement. Mercedes-Benz, en partenariat avec Siemens, a créé un jumeau énergétique pour optimiser la consommation de son usine vers le 100% renouvelable. L’optimisation de la chaîne de production est un gain majeur pour l’entreprise.

Rôle des données embarquées dans le jumeau numérique

Le cœur du jumeau numérique est son lien constant avec le monde réel. Il s’agit d’une boucle de rétroaction : le modèle virtuel prédit, le réel vérifie, puis enrichit le modèle.

Cette connexion est assurée par la data collectée via la télématique, les dataloggers, le bus CAN (Controller Area Network) et les multiples capteurs dont sont désormais équipés les véhicules.

• Pendant les tests physiques : Les données mesurées affinent la calibration du modèle virtuel, assurant que la simulation est un miroir parfait de la physique.
• Après la fabrication (durant la vie du véhicule) : Les données remontées du cloud par les voitures des clients servent à la maintenance prédictive. Le jumeau numérique de chaque véhicule en circulation est mis à jour, permettant aux fabricants de diagnostiquer des problèmes à distance, d’anticiper les défaillances de pièces et d’améliorer les futures conceptions. C’est une source d’innovation constante.

Comment créer un jumeau numérique performant ?

La création d’un jumeau numérique robuste est un processus structuré nécessitant des outils et une collaboration multidisciplinaire.

• Modélisation initiale : Utilisation d’outils de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) et de simulation pour créer la structure virtuelle de la voiture, des systèmes mécaniques et logiciels.
• Collecte de data et capteurs : Définition des données à collecter (télématique, capteurs ADAS, etc.) et mise en place d’une infrastructure cloud pour l’ingestion massive des données réelles.
• Calibration du modèle : Les premières données physiques servent à la calibration du modèle virtuel pour garantir sa fidélité au comportement réel. Cette étape est cruciale pour que la simulation soit exploitable.
• Tests et validation virtuelle : Le jumeau numérique est soumis à des milliers de scénarios de tests automatiques. C’est l’étape où les solutions de tests et validations virtuelles remplacent les essais physiques.
• Déploiement et vie du jumeau : Le modèle continue d’être alimenté par les données du monde réel tout au long de la vie du véhicule, supportant la maintenance et le développement continu des logiciels.

Le jumeau numérique n’est pas seulement un outil de simulation, c’est une philosophie de développement basée sur la data qui permet aux constructeurs automobiles de relever les défis de demain. En réduisant les coûts, les délais et en garantissant une meilleure qualité, il est indéniablement l’avenir de la conception et de la fabrication automobile.

DUNASYS : Votre partenaire pour concrétiser la puissance du jumeau numérique automobile

L’adoption du jumeau numérique dans l’automobile requiert des outils puissants et une expertise pointue en ingénierie système et gestion de la data. Pour les constructeurs et fabricants de pièces, transformer cette technologie prometteuse en gains métier et ROI concrets est le défi majeur.

Chez DUNASYS, nous sommes au cœur de cette innovation. Nous fournissons les solutions de tests et validations numériques qui permettent à nos clients de passer de la conception virtuelle à la fabrication réussie.