Optimisation d’un système poly-articulé imparfait : méthode numérique multi-physique d’aide à la convergence sur le design d’une vanne multivoie

Optimization of a multi-articulated imperfect system : multi-physics numerical method to help convergence in the design of a multi-way valve

• Auteur / Autrice : Montassar Khammassi
• Direction : Fethi Ben Ouezdou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance le 25/06/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles (LISV) - Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Bruneau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mickaël Cormerais, Bertrand Barbedette, Chérif Larouci, Judicaël Aubry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yannick Aoustin, Zohra Cherfi-Boulanger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Automobiles -- Moteurs -- Systèmes de refroidissement

Mécatronique

Automobiles -- Carburants -- Consommation

Pollution -- Lutte contre -- Appareils et matériel

Moteurs à combustion interne -- Combustion

Optimisation des structures

Mots clés libres

Modélisation multi-Physique

Validation expérimentale

Optimisation multiobjectifs

Gestion thermique du moteur

Matlab/Simscape

Jeu. usure et liaisons imparfaites

Multi-Physical modeling

Experimental validation

Multiobjectif optimization

Engine thermal management

Matlab/Simscape

Clearance. imperfect Joints and wear

Résumé

La maîtrise de la gestion thermique du moteur à combustion interne permet de répondre à des problématiques telles que la réduction de la consommation de carburant et des émissions de polluants. Cette gestion peut être réalisée par des systèmes mécatroniques, plus précisément grâce à une vanne électromécanique multivoie, appelée ACT valve (Active Cooling thermo-management valve), permettant de mettre en œuvre une stratégie de gestion thermique lors du contrôle des températures dans différentes branches du circuit de refroidissement du moteur thermique.L’objectif du travail est d’améliorer la robustesse du processus de conception de cette vanne en tenant compte des contraintes fonctionnelles multi-physiques telles que la déformation, l’usure, mais aussi de contraintes de fabrication et de tolérancement géométrique liées au processus d’injection des pièces thermoplastiques. Ces incertitudes doivent être prises en compte dès la phase de la conception pour assurer l'efficacité et la fiabilité de ces vannes jusqu'à la fin de leurs vies.Ces travaux de thèses proposent tout d’abord une nouvelle méthode de conception de ces vannes qui se base sur des modèles numériques multi-physiques permettant à tous les métiers d’avoir une base de données commune. Validés expérimentalement, Ces modèles ont permis de mettre en évidence la sensibilité de certains paramètres géométriques sur le couple développé par l’actionneur de la vanne et de s’assurer de la fiabilité du système par la prédiction de l’usure sur un des éléments clés de l’ACT valve.Bien que l’analyse de sensibilité nous ait permis de comprendre l’influence de certains paramètres sur le système, nous avons proposé une nouvelle technique d’identification des configurations optimales du design de cette vanne en utilisant une méthode d’optimisation méta-heuristique multi-objectifs. Les suggestions de conception offertes par cette méthode permettent de réduire le couple résistant sur l’actionneur de la vanne ainsi que l’encombrement global du système.

The thermal management of the internal combustion engine can solve issues related to fuel consumption reduction and pollutant emissions. This management can be applied using mechatronic systems, more precisely thanks to a multi-way electromechanical valve, called ACT valve (Active Cooling thermo-management valve), that presents a thermal management strategy when controlling temperatures in different branches of the engine cooling circuit.The aim of this work is to improve the robustness of the design process of this valve taking into account the multi-physical functional constraints such as deformation, wear, but also geometrical tolerances constraints related to the thermoplastic parts manufacturing process. These uncertainties must be taken into account in the first steps of the design phase to ensure the effectiveness and reliability of this valve over its lifetime.This work first proposes a new method of designing these valves, which is based on multi-physical modeling, allowing the product designers to have a common database. Experimentally validated, these models made it possible to highlight the sensitivity of certain geometrical parameters on the torque developed by the actuator of the valve and to make sure of the reliability of the system with wear prediction on one of the key elements of ACT valve.Although the sensitivity analysis allowed us to understand the influence of certain parameters on the system, we proposed a new technique for identifying optimal configuration configurations of this valve using a metaheuristic, multi-objective optimization method. The design suggestions offered by this method can reduce the resistive torque on the valve DC-actuator as well as the overall packaging.