Application de la méthode de conception robuste "First desing" sur un train avant à carrossage piloté

par Estelle Koensgen

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Louis Jézéquel.

Soutenue en 2008

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    Dans le secteur concurrentiel de l'automobile, un constructeur cherche continuellement à satisfaire ses clients afin de maintenir et de gagner des parts de marché. Il est donc soumis sans cesse à un besoin d'innovation afin d'améliorer l'environnement, le confort, les performances et la sécurité des véhicules, tout en respectant ses objectifs de qualités, de coûts et de délais. C'est dans cette optique que depuis plus d'une décennie de nombreux systèmes pilotés ont été introduits dans l'automobile (ESP, AFS, ABS, airbags. . . ). Cependant, le contrôle du plan de roue, en particulier l'angle de carrossage, n'a jamais été totalement explicité pour des raisons de gains de prestations incertains, de coût, de difficultés d'adaptation à des technologies de trains existantes et d'intégration dans le véhicule. L'objectif de cette thèse est d'appliquer une méthode de conception robuste aux trains avant innovants. " Innovants " dans le sens où l'angle de carrossage est piloté sur une plage de variation large [-20° ; 20°]. L'angle de carrossage fait directement intervenir la roue. Le pneumatique est de toute évi- dence au coeur de la conception des organes de la liaison au sol. Une étude préliminaire sur le pneu et le carrossage est donc indispensable. Après une présentation générale du pneumatique et de ses différents paramètres influents, un état de l'art de la modélisation du pneu est proposé afin de trouver un modèle de pneu d'automobile dont le comportement est valide pour les grands angles de carrossage. Deux modèles se sont distingués. Ils ont été développés spécifiquement pour l'usage automobile et comparés entre eux. A ce stade, la méthode de conception " First Design " peut alors être appliquée. Dans une première phase, elle détermine à l'aide d'outils mathématiques les paramètres fonctionnels les plus influents sur la performance du comportement routier et sur sa robustesse vis-à-vis des incertitudes. La mise en place de modèles simplifiés et de la loi de pilotage de l'angle de carrossage permettent alors une optimisation robuste avant de déterminer les paramètres influents à l'ordre deux. Les paramètres ainsi obtenus vont alors être la cible de la deuxième partie de la méthode à savoir : l'optimisation des paramètres organiques. Alors que la partie fonctionnelle ne présupposait ni d'une architecture particulière de train, ni de solutions technologiques prédéfinies, la partie organique se base sur une technologique de train précise. La sélection du train s'est opérée à l'aide de la méthode de conception raisonnée " Rational design " et de la méthode d'analyse multicritère " Electre " pour s'assurer que le train puisse intégrer les variations de carrossage. Les optimisations des paramètres organiques, réalisées en utilisant des modèles simplifiés, ont fourni les caractéristiques détaillées des pièces garantissant ainsi un comportement optimal quelque soient les conditions d'utilisation. Finalement en plus d'avoir abouti à une solution de train innovant, le déploiement de la stratégie de conception robuste "First Design" a mis en avant des résultats complémentaires : - deux modèles de pneumatiques pour grand carrossage; dont un modèle physique qui permet de s'affranchir de l'identification des paramètres d'un pneumatique; - la conception d'un modèle physique de véhicule (modèle quatre roues roulis/lacet/dérive avec contribution du carrossage), qui fournit une bonne alternative par rapport au modèle complet (MADA ou Adams) ; - l'optimisation robuste des paramètres fonctionnels et organiques en utilisant des outils adaptés.


  • Résumé

    In the competing sector of automotive, a manufacturer has to continuously satisfy his customers in order to maintain and to gain market shares. Oneway is to invest in R\&D where innovations will help improving environment, comfort, performances, and safety of its vehicles; while respecting its objectives of quality, time and cost. Within this prospective, for more than one decade many controlled systems were introduced into car (ESP, AFS, ABS, airbags. . . ). However, the control of the wheel plane, especially the camber angle, has never been fully studied because of uncertain performance, improvement, cost, difficulties with adaptation to existing technologies of axles and vehicle integration. The goal of this dissertation is to study the conception of the front axle using robust analytical and numerical methods. This new axle must be able to allow a camber angle within the range [-20° ; 20°]. The camber angle is directly connected to the wheel and the tire; and the latter is part of the heart in the conception of "the ground connection". A preliminary study on the tire and on the camber is thus essential. Then, after a general presentation of the tire and its various influential parameters, a state of the art of tire modeling is proposed in order to find a suitable car tire model whose behavior is valid for the large camber angles. Two models are found appropriate. They were specifically developed for car use and then were compared together. After this introduction, the design method "First Design" can be applied. First, it allows to determine, using mathematical tools, the most influential parameters on the performance of the road behavior and its robust quality against uncertainties. Using simplified models and a control law on the camber angle, a robust optimization is set up before determining the influence of the second order parameters. These parameters are then the target of the second part of the method called "optimization of the organic parameters". Whereas the functional part presupposed neither a specific particular axle architecture, nor preset technological solutions, the organic part is based on specific axle technology. The conception method called "Rational Design" and the multi-criteria analysis called "Electre" are used to select the axle to make sure that the axle is able to accept the camber variations.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (200p;)
  • Notes : Thèse condidentielle jusqu'en 2013
  • Annexes : 108 références

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T2124
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T2124 mag
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