Analyse du comportement vibroacoustique et tribologique d'un motoréducteur de lève-vitre automobile

Analysis of the vibroacoustic response and tribological behavior of an electric window-lift gear motor

• Auteur / Autrice : Sarah Isabelle Dibor Diop
• Direction : Emmanuel Rigaud, Pierre-Henri Cornuault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 07/06/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-) - Laboratoire de tribologie et de dynamique des systèmes
• Jury : Président / Présidente : Didier Rémond
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Rigaud, Pierre-Henri Cornuault, Emeline Reboul
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Luc Dion, Hamid Zaïdi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tribologie (technologie)

Automobiles -- Bruit

Mots clés libres

Confort acoustique

Motoréducteur de lève-vitre

Acoustic comfort

Window lift gear motor

Résumé

Comme d'autres performances offertes par un véhicule automobile telles que la sécurité et l'économie de carburant, le confort acoustique au sein de l'habitacle doit être considéré dans le processus de conception. Au cours des dernières décennies, des efforts ont été constamment faits pour réduire considérablement les émissions de bruit du groupe motopropulseur. Par conséquent, les nuisances provenant des accessoires motorisés du véhicule ont maintenant un impact important sur le bruit perçu à l'intérieur de l'intérieur de l'automobile. L’objet des travaux de recherche présentés dans ce manuscrit est d'identifier les sources d’excitation générées par le fonctionnement d’un motoréducteur de lève-vitre électrique de type NGM, de comprendre les phénomènes physiques qui régissent les bruits générés, de hiérarchiser ceux-ci et de proposer des solutions permettant d’améliorer la qualité du produit en terme de comportement vibroacoustique. Deux approches différentes mais complémentaires sont utilisées : une approche expérimentale et une approche numérique. La campagne expérimentale est mise en oeuvre pour caractériser la réponse en accélération de l’enveloppe du système, en pression acoustique émise et en efforts transmis à la structure d’accueil. L'influence de la vitesse de fonctionnement, du couple appliqué et du déséquilibre mécanique est évaluée et la dispersion des résultats en raison de la fabrication, de l'assemblage des composants et de la température de fonctionnement est mise en évidence. Une configuration modifiée du banc d’essais utilisant un moteur brushless externe permet de discriminer certaines sources d'excitation associées au contact entre les balais et le collecteur en les supprimant les unes après les autres. A ce titre, le poids respectif du frottement, les chocs mécaniques, du passage du courant électrique et des arcs de commutation se produisant conjointement à l'interface balais/ collecteur est évalué. L’approche numérique est mise en oeuvre pour évaluer l’effet des sources d’excitation modélisées préalablement, telles que le balourd, les fluctuations du couple électromagnétique, des pressions de Maxwell, de l’erreur statique de transmission et de la raideur d’engrènement générées par le système roue/vis sans fin, ainsi que l’excentricité de la roue dentée. Pour cela, une modélisation par éléments finis du motoréducteur permet d’obtenir une base modale recalée expérimentalement, sur laquelle on projette la réponse dynamique issue de la résolution des équations de mouvement paramétriques par une méthode spectrale itérative.Pour approfondir l’étude des contacts entre balais et collecteur, un tribomètre est développé et instrumenté au laboratoire dans le but de tisser des liens entre les comportements triboélectrique et vibroacoustique de ces contacts. Un modèle qualitatif numérique de contact développé à l’aide du code de calcul Ra3D permet également d’observer l’évolution temporelle de la distribution spatiale des spots de contact et de la force de contact globale.

Like other performance offered by a motor vehicle such as safety and fuel economy, acoustic comfort within the passenger compartment should be considered in the design process. Over the past few decades, efforts have been continuously made to significantly reduce powertrain noise emissions. As a result, nuisances from motorized vehicle accessories now have a significant impact on perceived noise inside the interior of the car.The object of the research presented in this manuscript is to identify the excitation sources generated by the operation of the NGM-type electric window lift gear motor, to understand the physical phenomena that govern the noise generated, and to propose solutions to improve the quality of the product in terms of vibroacoustic behavior. Two different but complementary approaches are used: an experimental approach and a numerical approach.The experimental campaign is used to characterize the acceleration response of the system envelope, the acoustic pressure emitted and the forces transmitted to the host structure. The influence of the operating speed, the applied torque and the mechanical imbalance is evaluated and the dispersion of the results due to the manufacture, the assembly of the components and the operating temperature is highlighted. A modified configuration of the test bench using an external brushless motor makes it possible to discriminate certain excitation sources associated with the contact between the brushes and the collector by removing them one after the other. As a result, the respective weight of the friction, the mechanical shocks, of the current flow and of the switching arcs occurring together with the brush / collector interface is evaluated.A numerical approach is used to evaluate the effect of previously modeled excitation sources, such as unbalance, fluctuations in electromagnetic torque, Maxwell pressures, static transmission error and meshing stiffness generated by the worm / worm system, as well as the eccentricity of the toothed wheel. For this purpose, a finite element modeling of the motor reducer allows to obtain an experimentally reassigned modal base, on which the dynamic response resulting from the resolution of the parametric motion equations is projected by an iterative spectral method.To investigate the contacts between the brushes and the collector, a tribometer is developed and instrumented in the laboratory with the aim of forging links between the triboelectric and vibroacoustic behavior of these contacts. A qualitative numerical model of contact developed using the calculation code Ra3D also allows to observe the temporal evolution of the spatial distribution of the contact spots and of the global contact force.