Méthodes numériques pour la recherche et la conception d’architectures optimales de boîtes de vitesses

Scientific methods for research and design synthesis of gearboxes

• Auteur / Autrice : Steven Masfaraud
• Direction : Nicolas Vayatis, Florian de Vuyst
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance le 13/12/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques Hadamard (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mathématiques et de leurs applications (1990-2019 ; Cachan, Val-de-Marne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Fribourg
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Vayatis, Florian de Vuyst, Laurent Fribourg, Eric Florentin, Pierre Villon, Fabrice Danes, Jean-François Rameau, Khy Tan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Eric Florentin, Pierre Villon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse numérique

Optimisation mathématique

Automobiles -- Conception et construction

Mots clés libres

Optimisation

Architecture

Boite vitesses

Automobile

Optimal

Gearbox

Architecture

Automotive

Synthesis

Résumé

La conception d’une boîte de vitesses impose le choix initial d’une architecture, solution de principe de l’objet à concevoir. Ce choix s’avère très structurant et a un impact très fort sur les critères de performance de la boîte de vitesse sans que l’ingénieur ait une visibilité claire sur cet impact. Une fois l’architecture choisie, il est possible par des techniques d’optimisation continue d’optimiser les critères de performance et le respect de contraintes vis-à-vis d’un cahier des charges. Ce genre d’optimisation a pour but de déterminer de manière optimale des dimensions structurantes de la boîte de vitesses comme par exemple les positions des axes de lignes d’arbres dans l’espace ou les diamètres des pignons. L’objectif de cette thèse est d’apporter des techniques scientifiques permettant de choisir l’architecture optimale vis-à-vis de ce cahier des charges. Le développement d’une telle méthode vise à obtenir des boîtes plus performantes, mais également de réduire les temps de développement d’ingénierie en s’assurant par des méthodes scientifiques du respect des contraintes exprimées dans le cahier des charges, et ce dès le choix de l’architecture, chose faite par essais-erreurs dans le cycle de conception habituel.

In the design process of a new gearbox, a choice has to be made between several competing technical solutions referred to as architectures. The purpose of multicriteria architecture optimization is to define the best technical solution in order to meet some given specifications. In the case of automotive gearboxes, the number of technical solutions is so high that it is humanly impossible for an engineer to test every possibility.It is more convenient to computationally generate all the gearbox architectures and select them with an automated analysis of performance and viability for the main criterion. These viable architectures are at this step only described by their kinematic functions, and a second stage considers the discrete spatial positioning of components in order to determine the viable ones for each architecture. Then, the design engineercan compare the viable architectures according to their performance and select the most interesting one.This PhD. propose a novel framework for gearbox synthesis from kinematic specifications and engineering rules and knowledge, using a specific graph as model for gearbox architectures.