Contribution à la compréhension du phénomène de bruit fantôme des dentures d'automobiles

Doctorant : Julien FINOT

Laboratoire INSA : LAMCOS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures

École doctorale : ED162 MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique

Au cours des dernières années, l'industrie automobile a entrepris une transformation majeure de ses groupes motopropulseurs afin de se conformer à des réglementations plus strictes concernant les émissions de CO2. Cela a conduit Stellantis à fabriquer des véhicules électriques qui sont plus silencieux que les véhicules à essence ou Diesel en raison de l'absence de ce type de groupe motopropulseur. La boîte de vitesses existe toujours, et le bruit d'engrènement, également appelé bruit de sirène, devient plus audible à l'intérieur de la voiture. De plus, un autre type de bruit, appelé bruit fantôme, peut apparaître et devenir insupportable pour les utilisateurs du véhicule. La manière dont ce bruit fantôme est créé est encore sujet à discussion, mais il est clairement lié au processus de superfinition des flancs des dents des roues dentées et en particulier au processus de rectification par génération des roues dentées. Comme il s'agit du processus de superfinition le plus rapide pour l'usinage des dents, il est impératif pour l'industrie automobile de maîtriser ce phénomène de bruit. Tout d'abord, une introduction à l'évolution de la fabrication des engrenages chez Citroën et de l'architecture des boîtes de vitesses est faite pour mettre en évidence la transformation constante de cette industrie. Ensuite, une revue de la littérature traitant du phénomène de bruit fantôme est réalisée, abordant plusieurs sujets tels que: - La mesure et l'analyse de la micro-géométrie. - Les causes racines du bruit fantôme. - La détection du bruit fantôme lors de !'engrènement. - La simulation de la rectification par génération des roues dentées... Ensuite, différentes méthodologies sont créées ou améliorées afin d'étudier l'effet des flancs de dents avec des défauts d'ondulations sur l'apparition du bruit fantôme : - Une nouvelle analyse de la micro-géométrie testée en production automobile ; - L'amélioration de la simulation de !'engrènement en prenant en compte des écarts d'ondulations sur les flancs des dents ; - La conception et la validation d'une machine de mesure de l'erreur de transmission sans charge pour corréler les résultats de la simulation
d'engrènement; - Une simulation cinématique de la rectification des dentures par génération avec la possibilité d'ajouter des défauts cinématiques et d'étudier leurs effets sur les flancs des dents usinées. Enfin, une importante campagne de tests réalisée avec un fabricant de machines de rectification de denture est présentée et les résultats sont construits en utilisant les méthodologies développées précédemment. Sur la base des résultats, des lignes directrices pour maîtriser le phénomène de bruit fantôme sont données.
 

Étude thermomécanique des émaux sur substrat verrier pour l'industrie automobile

Doctorant : Antoine LEJEUNE

Laboratoire INSA : MatéIS

École doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Les émaux sont des revêtements inorganiques déposés à la surface du verre dans le but d’apporter une fonction d’opacification au vitrage. Ces revêtements sont des matériaux multi-phasés constitués de fritte de verre, de pigments noirs inorganiques et dans certains cas de charges minérales. Les traitements thermiques appliqués au verre émaillé sont connus pour générer des défauts liés à la présence d’émail : fragilisation mécanique du substrat, genèse de défauts optiques. La compréhension des interactions physico- chimiques entre le substrat verrier et le revêtement d’émail est indispensable afin de limiter ces défauts. Dans ce sens, trois émaux chimiquement différents ont été sélectionnés. La combinaison d’une approche locale et globale des évolutions microstructurales de ces émaux, complémentée par une approche in-situ a été développée. L’analyse a mis en évidence la présence de différents systèmes de fritte verrière, dont un cristallisant en température, à l’origine de l’inhibition du frittage de la couche d’émail. Un protocole de mesure de la contrainte moyenne dans la couche d’émail déposée sur un substrat inerte de silicium a été développé. Cette méthode a montré que l’émail se comportait de manière viscoélastique au-dessus de sa transition vitreuse, au-delà de laquelle la contrainte moyenne dans le revêtement relaxe entièrement. Au refroidissement, les contraintes se régénèrent à une température qui dépend de la fraction volumique de phases rigides, fonction du taux de cristallisation. Ainsi, un réseau percolant se forme et domine l’écoulement visqueux de la matrice vitreuse. Finalement, les interactions chimiques ont été étudiées en déposant l’émail sur substrat verrier. Les résultats ont mis en évidence un échange Li↔Na dont la profondeur dans le verre est proportionnelle à la déformation du verre émaillé à iso-température. Ces travaux ont mis en évidence l’effet des transformations structurales et de la composition chimique de l’émail sur son comportement thermomécanique et rhéologique.

Probabilistic Metamodels to Assess Global NVH Performance of Electric Vehicles

Doctorant : Vinay PRAKASH

Laboratoire INSA : LVA

Ecole doctorale : ED162 MEGA

L'électromobilité pose de nouveaux défis en matière de conception et de développement des véhicules. Les caractéristiques de bruit, de vibration et de rudesse (NVH) d'un véhicule sont cruciales, car elles influencent à la fois le confort des passagers et les considérations environnementales. L'évolution rapide des véhicules électriques (VE) nécessite une prise de décision rapide de la part des concepteurs NVH dès les premières étapes du cycle de conception. L'évaluation des risques NVH devient encore plus difficile en raison de la présence de divers paramètres fonctionnels (par exemple, les conditions de fonctionnement, les paramètres de conception) et des différentes incertitudes qui y sont associées, par exemple, la connaissance partielle, la dispersion des données basées sur les mesures, etc. En conséquence, ce travail se concentre sur le développement de métamodèles probabilistes rapides et complets capables de quantifier de telles incertitudes reliant les paramètres fonctionnels aux indicateurs globaux de performance NVH. L'accent est mis en particulier sur l'évaluation des bruits tonaux à bande étroite provenant des groupes motopropulseurs électriques des VE à batterie, ainsi que sur les bruits de masquage à bande large résultant du vent aérodynamique et des effets de l'interaction pneu-chaussée. La méthodologie choisie utilise un cadre bayésien couplé à des techniques d'échantillonnage de Markov Chain Monte Carlo. Cette approche facilite l'incorporation de connaissances préalables (par exemple, d'experts du domaine automobile) et permet la propagation d'incertitudes à travers de multiples domaines physiques, qui sont estimés par des approches semi-analytiques enrichies par des bases de données expérimentales. Le cadre probabiliste développé est censé fournir un soutien inestimable aux concepteurs NVH en les aidant à déterminer/affiner les paramètres fonctionnels, à évaluer les niveaux acoustiques globaux à l'intérieur de la cabine passagers et à prendre des décisions éclairées dans la recherche d'améliorations des performances NVH des véhicules.

Mécanismes de corrosion fatigue : du fil d’acier perlitique à la nappe composite d’un pneumatique poids lourd.

Doctorant : Jonathan QUIBEL

Laboratoire INSA : MATEIS
Ecole doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Dans les pneumatiques poids lourds, la nappe carcasse est un matériau composite dont le rôle principal est de soutenir les contraintes mécaniques issues de la pression de gonflage et de la masse du véhicule. Ce composite est formé d’une gomme (mélange caoutchoutique) et de renforts métalliques composés de fils d’acier perlitique tréfilés assemblés sous forme de câbles. Lors du roulage, la nappe carcasse est sollicitée en flexion cyclique sous tension. De plus, différentes espèces chimiques diffusent dans la gomme jusqu’au renfort métallique. Il peut en résulter un endommagement de corrosion fatigue (ECF) du composite. La démarche liée à la réduction de la consommation de carburant et donc des émissions de gaz à effet de serre peut passer par une diminution de la masse du pneumatique et donc du métal utilisé. Cependant, il est nécessaire de comprendre l’ECF pour garantir les mêmes performances du pneumatique. Pour cela, cette étude est réalisée à deux échelles : le fil de 180 µm de diamètre constitutif du câble et la nappe composite.
A l’échelle du fil, les essais instrumentés de flexion rotative en environnement aqueux contrôlé montrent que l’endommagement est la conséquence d’un amorçage de fissure de fatigue par dissolution et/ou d’une fragilisation par l’hydrogène du métal. Ils montrent également que la durée de vie des fils est conditionnée par la réactivité de surface des fils par rapport aux ions en solution.
Pour la nappe composite, des essais de flexion cyclique sous tension sont réalisés parallèlement à des simulations par éléments finis des câbles gommés (champs des contraintes mécaniques au sein des fils des câbles). En combinant les résultats expérimentaux et numériques, un mécanisme d’endommagement du composite sollicité en fatigue sous environnement est proposé. Le mécanisme montre l’effet synergique entre l’environnement agressif, la sollicitation de fatigue et la géométrie d’assemblage du renfort métallique.

Numerical and Experimental Analysis of the Tribological Performance of a Diamond-Like Carbon Coated Piston Ring Cylinder Liner Contact

Doctorant :  Thomas LUBRECHT

Laboratoire INSA : LaMCos

Ecole doctorale : ED162 : Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique de Lyon

Motivé par l’urgence climatique et les normes d’émissions de polluants, l’industrie automobile mondiale initie l’électrification de sa flotte de véhicules. Cependant, cette technologie est, en l’état, incapable de répondre aux challenges de la mondialisation. Pour cette raison, les moteurs à combustion interne seront toujours utilisés dans les années à venir. Ainsi, améliorer leur efficacité, fiabilité et réduire leurs émissions de polluants est aujourd’hui plus que nécessaire. Les revêtements de surface, tel que le Diamond-Like Carbon (DLC), peuvent par leurs excellentes propriétés tribologiques améliorer le rendement et la durée de vie d’un moteur. Leur application au contact primordial Segment-Piston-Chemise (SPC) a peu été étudiée, mais semble prometteur. Afin d’évaluer la pertinence d’une telle solution, une étude expérimentale et numérique du contact SPC revêtu DLC est menée. Un solveur semi-analytique, transitoire, linéique pour la résolution du contact lubrifié est développé. Contrairement aux habituelles théories stochastiques, cette méthode repose sur un calcul déterministe du contact entre rugosité à partir du relevé topographique de la surface. L’influence de la macro- géométrie des pièces sur le contact est pris en compte par l’implémentation de coefficients analytiques. Ainsi, le solveur permet l’estimation rapide des forces de frottement du contact tout en considérant les phénomènes de sous-alimentation et de transport d’huile. Le solveur est validé expérimentalement et numériquement. En parallèle, un moyen d’essai dit à « chemise-flottante » équipé de vraies pièces moteur est améliorer. La réalisation d’une étude vibratoire du banc d’essai à permit l‘obtention d’un meilleur ratio signal sur bruit mesuré. En outre, une méthode permettant de reproduire des conditions d’essai à hautes vitesses tout en fonctionnant à basses vitesses est présentée.
A partir des méthodes développées, d’excellentes performances tribologiques sont observées pour le contact SPC revêtu DLC. Une réduction significative du frottement ainsi qu’une excellente résistance à l’usure pour une variété de lubrifiant sont obtenues.

L’amélioration des performances des batteries, la réduction de leur coût (qui a été divisé par 5 entre 2013 et 2018), et leur grande polyvalence permettent de réaliser, sur une même technologie, des systèmes de quelques kW/kWh à des dizaines voire centaines de MW/MWh. Ces innovations ne laissent pas de doute sur l’importance que joueront de plus en plus ces systèmes de stockage dans les réseaux électriques de demain, et surtout, dans nos véhicules pour contribuer fortement à la décarbonation de l’énergie que nous utilisons pour la mobilité.

• 18h Accueil – Introduction par Patrick Leclerc, Président du Groupe Régional SEE Rhône Alpes Auvergne Lyon
• Présentation du Club Stockage et Nouveaux Moyens de Production et ses activités - Claire Lajoie-Mazenc - Présidente du Club Technique SMP
• Technologies de stockage par batterie : état de lieux et perspectives - Jean Vergnet CRE
• Comment tirer le meilleur du stockage par un pilotage intelligent – Stéphane Lascaud – EDF Store and Forecast
• Des batteries pour nos véhicules de demain : VERKOR s'installe en Auvergne Rhône-Alpes– Gilles Moreau – VERKOR
• 19h30 - Table Ronde et échanges avec la salle

 

L'association de sport mécanique de l’INSA recrute !

Mécasport est l'association INSA Lyon qui regroupe les passionnés du sport automobile et de la mécanique. Grand passionné du sport auto ou juste curieux de découvrir ce domaine, venez rencontrer les membres à l'occasion de l'assemblée générale de rentrée.

De nombreux évènements sont organisés tout au long de l'année : sorties karting, visites de salons d'autos, courses, etc...

Association étudiante historique, le Proto INSA Club (PIC) conçoit et fabrique depuis 28 ans, des prototypes roulants à très basse consommation de carburant. Cet été, toute l’équipe s’est rendue en Angleterre pour participer au Shell éco-marathon, compétition automobile réunissant plus de 200 équipes étudiantes. Le challenge ? Réaliser la plus grande distance avec un seul et unique litre de carburant. L’équipe du Proto INSA Club s’est hissée sur la 11e marche du podium, avec leur dernier prototype, « Icare », qui a été capable de rouler 1143 km avec un litre de carburant.

Le cadet de la famille PIC
Trente-sept kilos d’éléments entourés par un manteau de carbone, Icare est le dernier véhicule du Proto INSA Club. Et il est entièrement « fait-maison ». 
« Le moteur d’Icare est plus petit que celui d’un scooter : 32 cc ! Les pièces de notre véhicule ont été désignées et fabriquées sur-mesure à l’INSA et certaines parties du moteur ont été conçues avec l’aide de nos professeurs. Il faut savoir que nous travaillons pendant plusieurs saisons sur le même prototype, et c’est durant les premières années que nous gagnons en performance. Notre objectif avec Icare est de se rapprocher au plus près de la barrière des 30 kilos car les circuits automobiles se complexifient avec l’ajout de virages supplémentaires notamment : chaque gramme compte ! », explique Lucas Rey, élève-ingénieur en 4^e année de Génie Mécanique et président du Proto INSA Club.

Du local du PIC au circuit automobile
Si les membres du Proto INSA Club travaillent aussi dur, c’est pour défier leurs homologues européens lors de compétitions automobiles comme en juillet dernier à Weybridge lors du « Shell éco-marathon 2019 ».
« Cette année, nous avons fait courir Icare. Cela fait deux ans que nous travaillons sur ce véhicule et nous sommes fiers de sa première performance : 1143 km avec un litre d’essence, ce qui nous a placé en 11^e position sur 45 participants », annonce Jean-Baptiste Charrié, étudiant en 4^e année de Génie Civil et Urbanisme et responsable technique et stratégie de course au sein de l’association. 

Une semaine de compétition dont trois jours d’épreuves : les prototypes concourant au Shell éco-marathon s’affrontent sur une soixantaine de kilomètres répartie en quatre sessions de course. 
« Tout est pris en compte pour rendre la compétition la plus juste possible : mêmes les conditions indépendantes du véhicule comme la pression de l’air ou température extérieure. Quand on cherche la performance, chaque détail est important. Notre équipe a tout donné pendant la semaine. D’ailleurs, mention spéciale pour notre conducteur, qui a fait du bon travail ! Car on peut avoir le meilleur des prototypes, quand le conducteur n’est pas assez entraîné, le véhicule n’est pas au maximum de ses capacités ! » ajoute Jean-Baptiste. 

Vers une empreinte écologique encore plus légère
Depuis sa première performance en 1992 avec le véhicule « Envol » qui avait réalisé 227 km/L, le Proto INSA Club ne cesse de progresser sur le plan de l’efficacité énergétique. Dans cette démarche, les membres actifs souhaitent aller vers une empreinte écologique moindre.
« Notre association nous permet de participer à des gros projets techniques tout en mettant en application les théories que nous étudions en cours. D’ailleurs, nous accueillons des étudiants de toutes les spécialités de formation de l’INSA pour améliorer notre véhicule. Cette année, nous souhaiterions mettre à profit les compétences en génie électrique de certains de nos membres pour envisager la conception d’un moteur électrique », conclut le président de l’association.

Ils sont encore élèves-ingénieurs à l’INSA Lyon et lancent la première école de pilotage de voitures de courses vintage. Entre bonne étoile, rencontres déterminantes et signes du destin : retour sur l’aventure hors du commun que vivent Julien Chaffard et Morgan Pezzo.

Quand Morgan Pezzo débarque à l’INSA Lyon après un DUT Génie Mécanique, il est passionné d’automobile mais ne sait pas encore de quoi son avenir sera fait. En 3ème année au département Génie Mécanique de l’INSA Lyon, il se rapproche de la vie associative et choisit de rejoindre le PIC, Proto INSA Club, pour participer à la fabrication d’un engin à moteur à faible consommation d’essence et gagner des compétitions. C’est là qu’il fait réellement la connaissance de Julien Chaffard, de la même promotion que lui, et vice-président du PIC. Les deux étudiants s’apprécient et développent chacun leurs propres compétences, sans imaginer que quelques mois plus tard, elles feront une excellente combinaison.

La saison des stages arrive. Morgan part en Suisse chez Rolex, Julien rejoint AGS Formule 1 sur le circuit du Luc au Nord de Saint-Tropez. Entre luxe et belles carrosseries, les deux passionnés se jalousent tout en mesurant la qualité de leurs opportunités respectives.

« Sur un concours de circonstances, je me retrouve pendant ce stage à conduire des voitures et à les mettre au point pour les clients. L’écurie était remplie de Formule 1 rutilantes très attirantes pour les clients, et dans l’entrée, sur la gauche, étaient discrètement exposés 3 modèles de plus petites monoplaces anciennes, sur lesquelles les visiteurs finissaient toujours par s’attarder » raconte Julien.

Le jeune élève-ingénieur fait sa petite prospection et mesure un intérêt réel pour ces vieux engins à moteur, qui ont connu leurs heures de gloire dans les années 70.

« Je sens un engouement certain pour ces véhicules à la ligne épurée, de faible puissance, qui permettent la maîtrise et l’exploitation totale par leur propriétaire à faible coût d’entretien… Je suis séduit aussi » poursuit Julien.

Hasard ou coïncidence, il fait la connaissance sur le circuit de Bruno Gardien, un client intéressé par son parcours d’étudiant. Les hommes parlent rêve et écurie de courses et Bruno laisse sa carte à Julien, comme on jette une bouteille à la mer.

Les stages s’achèvent, Morgan reste à l’INSA Lyon et se lance dans le montage du premier salon des transports innovants tout en prenant la suite de Julien au PIC. Julien, lui, part pour l’année au Canada et découvre Entrepreneuriat Laval, l’un des premiers accélérateurs d’entreprises au monde. Quand Morgan explose le carnet d’adresses et ramène 12 sponsors au PIC, Julien développe sa culture entrepreneuriale et commence à croire à un projet d’école de pilotage de voitures anciennes, à l’image des modèles exposés sur son lieu de stage.

« L’idée avait germé à force d’en parler autour de moi et d’avoir des réactions très positives. Je décide de rappeler Bruno Gardien » explique Julien.

Les deux hommes pactisent et en excellent mentor, Bruno relit les plans d’affaires, corrige les premiers contrats, apprend à sa jeune pousse l’attitude d’un business man, et le met en garde contre les pièges du marché. Paré, Julien enchaîne les démarches et contacte constructeurs automobiles et circuits de course.

« Le constructeur Crosslé Car Company avait une vieille Formule Ford dans son usine d’Irlande du Nord, et le directeur du circuit de Charade, légendaire pour le sport automobile en France dans les années 70, est séduit par mon projet » confie Julien, qui, de retour du Canada en mai 2016, rencontre enfin tous les acteurs avec qui il échangeait à distance.

Depuis mars 2016, Morgan a décidé de le suivre dans l’aventure.

« J’ai accepté, parce que j’avais suivi toutes les étapes de sa réflexion. Je venais d’ailleurs de m’engager aux côtés de Vincent Beltoise, pilote de course et élève sportif de haut niveau à l’INSA pour m’occuper de ses partenaires et le suivre sur les circuits. Il aura en fait lui aussi un rôle à jouer dans l’aventure » ajoute Morgan.

Les deux insaliens s’envolent alors pour l’Irlande du Nord à la rencontre de Paul McMorran, directeur de Crosslé Car Company. Et là encore, le projet va prendre une autre dimension.

« On ne voulait pas juste acheter une voiture, on voulait lui expliquer pourquoi. Et on découvre qu’il possède encore tout le savoir-faire et l’outillage pour fabriquer ces anciennes voitures ! On lui propose un deal : on conserve le châssis, la ligne, l’esprit et les sensations de vieux modèles, mais on change le moteur pour que les normes de bruits des circuits soient respectées et on permet l’adaptabilité du pilote » précise Julien.

Avec Morgan, ils achètent la Crosslé 16F d’un ancien pilote irlandais, Tommy Reid, et passent une commande de 7 voitures neuves au PDG de Crosslé Car Company. C’est décidé : l’école de pilotage ouvrira ses portes en juin 2017.

« Une poignée de main a suffi. Paul McMorran ne nous a pas demandé d’acompte, a lancé la production et nous a proposé un échéancier. C’était incroyable ! » se souviennent les deux étudiants.

La Classic Racing School est sur les starting-blocks avec une offre de service très simple : des monoplaces rétro, des locaux aménagés au look vintage, et une vraie expérience haut de gamme aux airs de voyage dans les années 1970. Concernant les voitures, il s’agit là de proposer un produit plaisir à des clients passionnés qui leur permet d’accéder à un réseau de contacts et qui par la même occasion aident deux jeunes entrepreneurs passionnés d’automobile à monter leur école de pilotage.

« L’idée est de rendre un acheteur propriétaire d’un des 7 exemplaires de Crosslé uniques au monde, de stocker et assurer l’entretien de sa voiture sur le circuit de Charade, de lui organiser des journées circuit en totale prise en charge, et de proposer son véhicule à nos clients de l’école de pilotage, encadrés par des pilotes comme Vincent Beltoise ou des instructeurs » résume Julien.

4 acheteurs se sont déjà portés acquéreurs et pourront découvrir comme le grand public le modèle construit par Crosslé Car Company le jeudi 23 février 2017 à Londres, lors du festival Historic Motosport International 2017.

En attendant, Julien et Morgan ont obtenu le statut d’étudiant entrepreneur et bénéficient du soutien de l’incubateur lyonnais Beelys. Ils se consacrent à 100% à leur société depuis la fin du mois de janvier 2016 et font figure d’ambassadeurs de la filière créée sur la base de leur profil : la filière entrepreneuriat qui s’adresse aux étudiants créateurs d’entreprise pendant leurs études. Ils seront ingénieurs diplômés l’an prochain de l’INSA Lyon.