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Introducing the 5 point tyre model for ACC!

« Présentation du modèle de pneu à 5 points pour ACC ! »

Dans l’informatique moderne, la détection des collisions est encore l’une des opérations les plus gourmandes en ressources qu’un moteur physique doit effectuer. Il doit être très rapide, très précis et peu gourmand en ressources, mais vous ne pouvez en choisir que deux à la fois… Ajoutez à l’équation qu’en AC et ACC les voitures roulent sur un maillage 3D de physique invisible avec des millions de polygones, dérivé du balayage laser du circuit réel, et il est clair qu’un compromis doit être fait. En plus de cela, AC et ACC utilisent la même physique de lecteur pour l’IA, ce qui nécessite encore plus de ressources.

La détection de collision d’une simulation doit être très rapide et très précise, sinon des choses étranges pourraient arriver à la simulation. Ainsi, afin de réduire les ressources nécessaires, le modèle de pneu de l’AC et de l’ACC utilise un seul point pour déterminer le contact du pneu avec le terrain, ce dernier étant un asphalte plat, des bosses sur l’asphalte, différents types de bordures, de l’herbe, etc.
Cette solution est un assez bon compromis pour avoir des performances décentes et une grande précision de simulation. Elle nous a permis de pousser fort et de faire évoluer le modèle de pneu, en y ajoutant de plus en plus de caractéristiques. En fait, le modèle de pneu ACC est l’un des plus évolués, complètement dynamique avec un large éventail de causes qui affectent et influencent l’adhérence et la réponse du pneu. Différents niveaux d’échauffement, différentes caractéristiques d’usure du pneu, différentes influences sur la rigidité et l’amortissement du pneu, un rapport de glissement et des angles complètement dynamiques, une résistance au roulement dynamique dans différentes situations, une simulation de vidange complète de l’eau etc. etc. la liste est très longue, très complexe, innovante et impliquant souvent des solutions complètement originales et révolutionnaires, dérivées de l’étude méticuleuse et du travail acharné de Stefano Casillo que vous ne trouverez dans aucun article scientifique, car il a dû construire de nouvelles équations par lui-même.
Malheureusement, bien qu’il soit encore acceptable en AC, le moteur physique plus avancé de l’ACC a mis en évidence les limites de la solution ci-dessus. Notre modèle de pneu a commencé à avoir des problèmes et un comportement carrément buggy dans certaines conditions sur les trottoirs. L’utilisation de circuits de balayage laser, ne laisse aucun doute sur les caractéristiques spécifiques des circuits. Si un trottoir est haut, a un angle spécifique, comporte des marches d’angle dangereuses ou toute autre caractéristique étrange, alors le balayage laser le montrera avec une précision millimétrique. D’autre part, la devise de notre entreprise est que nous ne prenons pas de raccourcis dans les choses dont nous sommes certains. Si une bordure est faite d’une manière spécifique, c’est ainsi que cette bordure sera mise en œuvre dans la simulation. Si cela signifie que notre modèle de pneu va en pâtir, alors soit, nous devrons travailler dur pour l’améliorer et il est certain que nous n’allons pas rendre le trottoir plus lisse juste pour « contourner » le problème. Analysons donc ce qui s’est exactement passé avec notre modèle de pneu dans de telles conditions.

Tout d’abord, voyons comment le modèle de pneu réagit à un trottoir haut mais lisse, comme les nombreux trottoirs du circuit de Spa Francorchamps. Comme vous pouvez le voir sur la capture d’écran, un trottoir comme celui-ci, bien qu’il ait une surface lisse, a un angle assez prononcé, souvent supérieur à 30°.

 

Le point de contact unique se rapproche de la bordure mais reste toujours dans la surface complètement horizontale de l’asphalte. Même si graphiquement le pneu commence à être « sur le trottoir », le point réel reste toujours en bas sur l’asphalte. Cela trompe également l’esprit du conducteur, car dans la vie réelle, si le bord du pneu touche la surface du trottoir, le conducteur entendra et sentira le pneu toucher le bord et prendra les mesures appropriées ou au moins il saura qu’il passe progressivement sur le trottoir. En ACC, cela n’arrivera pas. Par exemple, beaucoup de gens voient dans la vie réelle le trottoir intérieur gauche de l’Eau Rouge sale à cause des pneus et pensent que les vrais conducteurs abusent du trottoir. Ils essaient de le faire en ACC et obtiennent un tête-à-queue instantané. En réalité, il suffit de toucher un peu le trottoir pour le sentir et le salir. En ACC, le pilote pensera probablement qu’il a encore de la place et au prochain tour, il s’en approchera encore plus. Cela crée aussi une fausse impression au pilote sur les limites de la voiture et le pilote peut se surprendre à essayer de placer ses roues à des endroits qu’il ne devrait pas faire. A un moment donné, le point unique passera par-dessus le trottoir. Instantanément, il comprendra une inclinaison de 30° de la surface. C’est un changement extrêmement important au niveau du point de contact et une énorme pointe de charge, de vecteur, de résistance au roulement, etc. qui se traduit également par de grosses pointes de force et d’adhérence. Considérez la situation suivante :
Vous êtes à la limite de l’adhérence dans un virage. Les roues extérieures sont à la limite. Vous montez avec votre pneu intérieur avant sur un trottoir élevé. Cela signifie que vous surélevez l’avant intérieur de la voiture et que vous chargez évidemment le pneu arrière avec encore plus de charge. Le pneu, déjà à la limite de son adhérence, ne peut plus se permettre d’avoir plus de charge, alors il commence à glisser. En AC/ACC, le pneu intérieur avant va aussi prendre une grosse pointe de charge et de résistance au roulement, donc il freine un moment et envoie à la suspension plus de forces qu’il ne le devrait. Ces forces se répercutent sur la suspension arrière et le pneu par de grosses pointes et le pneu perd encore plus d’adhérence. Habituellement, sur les voitures de course très rigides, le pneu arrière intérieur peut même s’envoler en perdant toute adhérence et en forçant le différentiel (s’il est bloqué) à transférer encore plus de couple vers l´extérieur du pneu arrière .

Si pendant tout le processus, vous restez également sur l’accélérateur, vous aurez une situation où le pneu extérieur arrière pousse vers l’avant avec moins d’adhérence latérale tandis que le pneu intérieur avant pousse vers l’arrière. Pratiquement votre voiture se transforme en un réservoir avec des bandes de roulement qui se déplacent à des vitesses différentes.

C’est pourquoi en AC/ACC si vous modulez votre accélérateur le problème est pratiquement inexistant mais aussi pourquoi si vous restez sur l’accélérateur le comportement est exagéré.

Un autre exemple sont les bordures de trottoirs à gradins. Comme vous pouvez le voir dans la capture d’écran suivante d’une bordure Paul Ricard, les marches de la bordure ne sont pas égales d’un côté à l’autre, mais deviennent progressivement de plus en plus profondes (ou dans d’autres bordures, elles peuvent monter).

Les pneus d’une voiture GT3 sont assez larges, environ 30 cm de large. Cela signifie que souvent le pneu peut être sur le trottoir avec la partie extérieure passant sur la partie la moins profonde de la marche, et la partie intérieure passant sur la partie complètement plate du trottoir, laissant seulement le centre du pneu suspendu à travers la partie la plus profonde du trottoir en escalier. Le résultat dans la vie réelle est que, bien que vous sentirez les vibrations du trottoir, elles ne seront pas aussi importantes que la partie la plus profonde du trottoir. Encore une fois, malheureusement en AC/ACC, le point de contact unique au centre du pneu, va obtenir le pire état possible du trottoir en escalier, ce qui en réalité ne se produirait jamais. Donc, encore une fois en AC/ACC, le comportement est beaucoup plus dur et critique que dans la réalité.

Enfin, certains trottoirs ont une marche presque verticale sur leur bord extérieur.

Souvent, le conducteur roule et passe par-dessus le bord de ce trottoir, puis retourne lentement sur la route principale en allant presque parallèlement au trottoir. Le système ACC, en particulier, est extrêmement critique dans de telles situations. L’ajout d’une flexion 3D complète du point de contact (uniquement verticale dans la CA), a créé une condition critique dans le scénario ci-dessus. Le point de contact unique irait jusqu’à la marche latérale parallèle verticale et étant aussi haut et vertical, au lieu de passer par-dessus, il commencerait à fléchir vers l’extérieur, se coinçant pratiquement dans un rail. Le conducteur verrait que le wagon ne suivrait pas ses ordres pour rentrer et, à un moment donné, il déplacerait un peu plus le volant, créant ainsi une force latérale plus grande que celle qui est réellement nécessaire. Le point de contact du pneu avant grimpait sur la marche et avait alors un angle de glissement excessif qui dirigeait l’avant de la voiture très rapidement. En même temps, le pneu arrière serait dans le même état et toujours coincé, donc il ne pourra pas suivre la rotation de la voiture et continuera tout droit dans le rail, induisant pratiquement la voiture dans un spin très rapide.

Il s’agit d’une des situations les plus connues et les plus rapportées de l’ACC et qui a grand besoin d’une solution.

Paradoxalement, en essayant parfois de rendre le modèle de pneu encore plus précis, détaillé et réaliste à conduire, on se retrouve dans des situations extrêmes si critiques et avec des résultats secondaires si mauvais que l’on peut pratiquement détruire toutes les bonnes intentions et les efforts pour offrir une simulation encore meilleure.
Fernando a travaillé dur sur notre modèle de pneu. Avec l’aide de Stefano pour qu’il puisse comprendre le code sous-jacent et s’assurer que nous n’ayons pas de gros impact sur les performances. Une optimisation supplémentaire des performances du code de Fabio était également la bienvenue. Ainsi, à partir de la version 1.0.7, l’ACC dispose désormais d’un modèle de contact en 5 points ! Nous mettons en place 2 points de contact à l’avant de l’empreinte du pneu, 1 au milieu de l’empreinte et 2 autres points de contact à l’arrière de l’empreinte. Chaque point se déplace et fléchit indépendamment en réagissant aux forces et au contact de la surface, mais aussi, de manière prévisible, aux forces pour déplacer les autres points ensemble, en faisant la moyenne des forces et des vecteurs résultants, ce qui donne une bien meilleure représentation de ce que ferait un pneu réel.
En examinant à nouveau les 3 exemples ci-dessus, nous pouvons observer des améliorations massives de la façon dont le nouveau modèle de pneu réagit.
Sur la première situation en courbe haute lisse, les avantages sont multiples. Tout d’abord, lorsque le bord du pneu touche le trottoir, il active le son et déplace correctement le volant FFB, communiquant ainsi au conducteur la largeur et la position correctes du pneu. En outre, les points de contact au bord du pneu, obtiennent le pic de l’angle raide du trottoir, mais leurs forces sont moyennées au reste des points de contact qui sont encore sur une surface plane. Le pneu « grimpe » en fait sur le trottoir, au lieu de se retrouver instantanément sur celui-ci. Il n’y a plus de pointes de charge et d’angle, sauf les changements de charge réalistes.

Donc évidemment si vous êtes trop agressif le pneu arrière perdra de l’adhérence et peut toujours provoquer un patinage, mais le résultat n’est plus exagéré donc il n’y a plus d’excuses pour une mauvaise conduite 😉

Sur le deuxième exemple, les points de contact incluent maintenant toute la largeur du pneu et si c’est le cas, on réussit à garder le milieu du pneu en l’air tout en étant réparti longitudinalement dans la longueur de l’empreinte. Il y a toujours un point de contact qui touche la surface à l’avant ou à l’arrière de l’empreinte même si le pneu roule sur les marches. De plus, les points supplémentaires contrôlent les pics de charge et évitent les situations de résistance au roulement excessive ou les vecteurs qui pointent vers l’arrière du mouvement de la voiture.

Cela améliore considérablement l’accélération sur les trottoirs en escalier, comme par exemple à la sortie des virages, que les conducteurs évitaient auparavant pour ne pas nuire à leur accélération.

Enfin, sur le troisième exemple le plus important, comme expliqué clairement précédemment, les multiples points permettent maintenant au pneu de  » grimper  » par-dessus les obstacles. Ainsi, lorsque le bord du pneu heurte la marche verticale du bord du trottoir, ces points de contact commencent à fléchir et à devenir parallèles « en entrant dans le rail », mais le reste des points de contact, continuent à pousser dans la direction et poussent également les points de bord pour grimper le bord. Le conducteur n’a rien à faire avec le volant, et le pneu passe simplement par-dessus le bord du trottoir sans aucune situation dramatique.

En prime, nous avons également ajouté une nouvelle caractéristique dynamique au comportement du pneu en flexion. Comme vous le savez, l’empreinte de notre modèle de pneu est désormais en trois dimensions. En allant encore plus loin dans la simulation de pneu, la flexion latérale provoque un abaissement du profil du pneu. Cela signifie que plus le pneu fléchit latéralement, plus la hauteur de conduite s’abaisse. Bien entendu, la modification de la hauteur de caisse est minime, mais dans une voiture dont l’aérodynamique est correctement simulée, nous savons que même un millimètre est important pour la tenue de route et l’équilibre, et cette nouvelle caractéristique du modèle de pneu joue donc un rôle important dans la tenue de route de la voiture. Vous remarquerez peut-être un sous-virage un peu moins important à la sortie de puissance avec certaines voitures à moteur arrière et central, puisque la flexion latérale du pneu amènera le nez très légèrement plus bas. Cela donne un peu plus de contrôle à l’avant de la voiture.

Le nouveau modèle de pneu est encore plus précis à la conduite, ce qui permet de placer la voiture avec plus de précision et d’absorber les bosses et les ondulations avec plus de prévisibilité. Tout cela est maintenant possible sans aucun accroc en termes de performances, ce qui est pratiquement un miracle et une situation gagnante pour nous tous. Au moment où j’écris cet article, nous travaillons très dur pour équilibrer les différentes valeurs et tester les performances et la tenue de route, afin que les temps au tour restent plus ou moins égaux et que l’équilibre général des voitures et vos réglages ne changent pas, sauf peut-être pour une meilleure précision, stabilité et prévisibilité des pneus sur et en dehors des virages.

Encore une chose…
Dans notre recherche incessante pour plus de réalisme, nous savions que nous devions améliorer nos systèmes de contrôle de la traction. Avec les règles strictes de la série Blancpain et le BoP en place, il n’y a pas beaucoup de performances à trouver en termes d’aérodynamique, de châssis, de moteur et de suspension. Mais l’électronique, bien que réglementée, reste un grand champ ouvert et les constructeurs automobiles consacrent une grande partie de leur budget à l’amélioration de ces systèmes.
Dans les voitures de route, le contrôle de traction s’enclenche sur l’ouverture de l’accélérateur (drive by wire), sur le calage de l’allumage du moteur, sur la coupure de l’allumage du moteur et sur les freins. Avec une combinaison de toutes ces commandes, l’engagement de la CT peut être doux et très efficace.
Dans les voitures de course GT3, le contrôle de l’accélérateur et de l’activation des freins est interdit par le règlement. La CT peut  » seulement  » modifier le calage de l’allumage qui abaisse jusqu’à un certain point la puissance du moteur et si cela n’est pas suffisant, elle commencera à couper totalement l’allumage à haute fréquence, ce qui entraînera le cliquetis et les vibrations caractéristiques du moteur.
Il est très important de pouvoir diminuer le calage de l’allumage avant de couper totalement l’allumage, car cela permet une distribution plus progressive de la puissance et un contrôle plus précis au début d’une glissade, donnant au conducteur la possibilité de moduler l’application de l’accélérateur ou de travailler autour de la glissade avec les commandes de direction.
Pour mieux contrôler l’engagement de la CT, le calculateur essaie non seulement d’estimer le glissement et le patinage des pneus, mais il utilise maintenant aussi des gyroscopes qui mesurent la rotation en lacet de la voiture, des capteurs sur le volant, et beaucoup d’autres paramètres afin de pouvoir calculer avec précision l’accélération de la rotation en lacet de la voiture et comprendre et prédire si elle est contrôlable par le conducteur ou si elle doit intervenir pour ralentir cette rotation et donner au conducteur le temps de réagir.
Tout ce qui précède est maintenant simulé dans l’ACC, offrant une intervention plus avancée de TC qui peut non seulement vous rendre plus rapide et plus sûr, mais aussi, incroyablement, rendre la conduite de la voiture plus agréable même au-delà de la limite ! Honnêtement, je n’aurais jamais pensé dire cela pour un système électronique…

Tout ce qui précède, n’était pas une mince affaire, loin de là. Il a fallu résoudre des problèmes difficiles, analyser, tester sans cesse et équilibrer. Nous sommes très fiers des résultats car nous pensons qu’ils poussent le réalisme de la simulation encore plus loin et nous sommes persuadés que vous apprécierez tous encore plus ACC et que vous apprécierez les efforts déployés pour ne pas vous livrer un jeu de course comme les autres, mais pour repousser vraiment les limites de la simulation. Comme pour des systèmes aussi complexes, nous espérons que tout fonctionnera parfaitement, mais si vous rencontrez des problèmes, veuillez tout signaler sur nos forums de support et nous ferons de notre mieux pour les résoudre.

Source
L´ARTICLE ORIGINAL EN ANGLAIS ICI
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