Étude aérodynamique indépendante du modèle 3 de Tesla par des performances débranchées – Ou louer une Tesla Modele 3 Performance

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Unplugged Performance a embauché une société d'ingénierie privée possédant une expertise dans les plus hauts niveaux d'étude CFD du sport automobile et de développement de produits aérodynamiques. Cette société s’est rendue au siège de Unthugged Performance à Hawthorne avec son équipement pour examiner une Tesla modèle 3. Le modèle 3 a été inspecté physiquement selon une configuration standard, puis numérisé en 3D. La numérisation 3D englobait tout l’extérieur du véhicule, y compris le soubassement, et les roues enlevées pour balayer les passages de roue. Le véhicule a été numérisé avec et sans éléments optionnels tels que le becquet de coffre optionnel de l’usine Tesla (de série sur la Tesla Model 3 Performance).

Le véhicule a été surfacé dans CAD et importé dans le logiciel ANSYS CFD pour des simulations. Le premier objectif était d'établir une base de référence avec la voiture d'usine avant d'évaluer toute modification apportée au véhicule. Les valeurs de mesure spécifiques ciblées pour optimiser les résultats de développement de produit sont les suivantes:

  • Drag (kgf)
  • CD
  • Force d'appui avant
  • Force d'appui arrière

Les points de données ci-dessus ont ensuite été étudiés à différentes simulations de la vitesse de l'air.

Il est important de noter que CFD ne comporte pas de variables externes qui biaisent les résultats trouvés dans les tests en situation réelle. Les tests de conduite, par exemple, ont un angle de lacet incohérent en raison de variables non contrôlables; Les souffleries ont d’autres problèmes avec la variabilité de l’étalonnage. Le point clé est que la précision reste élevée lorsque vous testez des variations dans un système fermé. Par conséquent, l’étude portait sur le changement des résultats mesurés dans un système fermé, toutes les autres valeurs restant constantes autres que les variables de produit spécifiques à l’étude. Comparer, par exemple, un point de données dans CFD à un point de données situé dans une soufflerie différente introduirait une imprécision entre les systèmes. Cependant, la comparaison des données dans une étude CFD fermée est précise à un niveau de détail impossible à atteindre avec de nombreuses autres méthodes.

Robert Palin, aérodynamicien en chef de Tesla, Robert Palin, a bien exposé la méthodologie de l'utilisation de CFD pour résoudre le problème de l'efficacité réelle dans un journal 2015 de la SAE intitulé «Application des conditions de vent du monde réel à l'évaluation de la traînée aérodynamique pour la prévision de la portée sur route. ",

«Une tendance générale à l'augmentation de la puissance avec un angle de lacet croissant était évidente, bien que le niveau de dispersion dans les données ait empêché la prédiction du coefficient de traînée avec un niveau de précision disponible via les tests en soufflerie ou la simulation CFD. Cependant, une analyse plus poussée des données a montré une tendance entre le niveau d'intensité de turbulence (calculé à l'aide des valeurs d'écart-type mesurées) et la traînée. L’augmentation des turbulences a eu pour effet de diminuer la sensibilité du véhicule à la traînée en tangage, mais elle a également augmenté le niveau de traînée. Dans la gamme d'angles de lacet typiques vus par un véhicule roulant à la vitesse de la route, des niveaux de turbulence accrus servent à augmenter la puissance requise pour maintenir une vitesse. La méthodologie de simulation CFD pour reproduire l'environnement réel a été explorée avec des résultats positifs. »(Palin, Application des conditions de vent du monde réel à l'évaluation de la traînée aérodynamique pour la prévision de la portée sur route, 2015)1

L’évaluation des théories précédemment discutées et des produits existants pour mesurer leur impact numérique sur les propriétés aérodynamiques des véhicules a constitué un intérêt pour le test. Par exemple, Elon Musk, président-directeur général de Tesla, a été mentionné pour expliquer que la suppression des rétroviseurs sur une Tesla Roadster pouvait entraîner une réduction de la traînée de près de 5% à la vitesse sur autoroute. (Lambert, 2018)2

En tant que telle, l’étude teste le retrait du miroir sur le modèle 3 en tant qu’étude de cas pour déterminer l’impact sur la traînée à différentes vitesses allant de 75 mph à 150 mph.

L'intention supplémentaire était de déterminer si de nouveaux produits supplémentaires pourraient être fabriqués qui créeraient un avantage similaire ou supérieur à la réduction de la traînée, sans la limitation des restrictions de sécurité et de légalité associées au retrait des rétroviseurs. Il convient de noter que le retrait des miroirs implique généralement le remplacement des tiges minces qui abritent les caméras. Pour les tests effectués, les miroirs ont été complètement retirés et n'ont pas été remplacés par des tiges, ce qui aurait théoriquement un impact sur les économies de traînée (en fonction de la conception, de la position et de la taille de la caméra).

Un autre exemple d’intérêt est la discussion publique fréquente selon laquelle la vitesse maximale du Model 3 est limitée sur les voitures de versions non-Performance en raison de l’absence de becquet arrière Performance optionnel de l’usine Tesla. Une théorie sous-jacente est que l'aileron arrière augmente la force d'appui vers l'arrière, contribuant ainsi à la stabilité à grande vitesse et permettant une vitesse maximale plus sûre. L'étude a testé les déflecteurs arrière à 150 mph pour explorer ce sujet.

La simulation CFD a été utilisée comme méthode d’exploration et d’optimisation de la conception d’un nouveau spoiler de coffre arrière Unplugged Performance. Une série de plus de 100 tests CFD a été réalisée pour évaluer les micro-ajustements de la forme et de l'impact de ces modifications sur la traînée et la force d'appui.

En fin de compte, après plusieurs semaines de calcul et 143 simulations de CFD, deux résultats ciblés spécifiques ont été atteints. Un des résultats a été un nouveau design de spoiler de coffre qui surpasse le design de spoiler de coffre d'usine en termes de réduction de la traînée pour un gain d'efficacité maximum. Le deuxième résultat est un spoiler de coffre qui surpasse celui de l'usine, avec une plus grande force d'appui arrière pour une stabilité maximisée à grande vitesse. Au cours des 143 simulations, il était probable que deux conceptions de spoiler arrière très différentes seraient nécessaires pour atteindre ces deux objectifs spécifiques. Au cours du processus CFD, plus de 100 spoilers arrière différents ont été créés, dont la conception variait considérablement. Cependant, le résultat a été une conception qui a atteint les deux objectifs en même temps, combinant une réduction plus importante de la traînée et une augmentation plus importante de la force d'appui vers le bas dans un seul design de spoiler de coffre utilisant un élément optionnel pouvant être fixé. L'élément amovible et amovible est un volet à roulettes qui ajoute de la modularité à l'aileron de coffre. Grâce à l’attache facile du volet à roulettes, il convertit le spoiler principal en spoiler à haute efficacité en spoiler à haute résistance.

CFD a également permis d’étudier les offres de suspension Unplugged Performance existantes. De nombreux utilisateurs de ressorts d'abaissement linéaire à double débit et performances unplugged ont indépendamment signalé une augmentation significative de la portée1 (Discussion, 2018).3.

Cela a incité à étudier plus avant l'impact de la hauteur de caisse sur la traînée et le Cd du modèle 3. Une attention particulière a été accordée à la mesure de la variation de la traînée spécifique à la hauteur du véhicule et à l'évaluation de sa corrélation directe avec le jeu de ressorts à double taux linéaire le plus populaire de Unplugged Performance «Modéré», ce qui correspond à une réduction de hauteur moyenne de 1,5 po.

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