Optimisation des mécanismes de boîte de vitesses

Les mécanismes de boîte de vitesses ont un effet sur la qualité et l’efficacité du passage des rapports. Cela a une influence sur la vitesse, l’accélération, l’efficacité énergétique du véhicule et donc aussi des effets importants sur ses performances.

L’utilisation d’outils spécialisés pour tester différentes plages de tolérance peut aider à améliorer la réactivité du véhicule et à réduire le coût global de fabrication.

Analyse de l’impact des variables de conception sur les composants assemblés

Les plages de tolérance de charge sur les composants proviennent des spécifications de conception. Néanmoins, lorsque les composants sont assemblés dans un mécanisme pour un actionnement spécifique, la précision joue un rôle crucial, car ces éléments peuvent avoir des mouvements relatifs le long de la chaîne cinématique, entraînant des déplacements inattendus (plus hauts ou plus bas).

 « En utilisant cette stratégie d’analyse, l’équipe a rapidement identifié les défaillances potentielles et ajusté les plages de tolérance. Cela a amélioré la réponse du mécanisme, ce qui a permis d’apporter des modifications pour réduire le coût global de fabrication. »

L’exigence de précision de mouvement attendue dans ce mécanisme dépend de la précision de fabrication de chaque composant, en tenant aussi compte d’une variation normale de ce processus.

Les assemblages ont des réponses différentes. Il est donc important de connaître l’influence de chaque variable de conception pour les modifier de façon à obtenir les caractéristiques de fonctionnement souhaitées au sein du système. Nous pouvons ainsi toujours garantir un bon fonctionnement de chaque mécanisme assemblé.

Optimisation de l’interaction des composants dans les systèmes de commande de boîte de vitesses

Nous avons utilisé un prototype virtuel pour déterminer la sensibilité des plages de tolérance sur une série de composants. Les éléments en question étaient un ensemble de paires cinématiques pour un mécanisme de mouvement conçu pour faire partie d’un système de commande de boîte de vitesses.

Le mouvement fluide et précis du mécanisme de commande et la vitesse de passage des rapports de la boîte de vitesses sont importants pour augmenter la qualité des voitures de sport hautes performances.

La Figure 1 montre deux composants. Le composant jaune dirige le composant bleu vers un emplacement précis pour obtenir la position de vitesse. Le mouvement résultant est dû au sous-ensemble du système de commande de changement de vitesse, qui est une chaîne cinématique de neuf composants avec un mouvement relatif entre eux.

Idéalement, lors du passage du septième au sixième rapport, le composant bleu doit suivre la trajectoire prévue.

Si le composant bleu dépasse l’extrémité du guide, le conducteur peut poursuivre le mouvement vers le sixième rapport. Ce phénomène est appelé « blocage partiel ».

Mais si le conducteur ne peut pas déplacer le levier de vitesses du septième au sixième rapport, on parle de « blocage total ». C’est le pire résultat. Pour terminer le passage des rapports, le conducteur doit effectuer un léger mouvement vers l’arrière afin d’empêcher le composant jaune de bloquer le bleu.

Figure 1. Blocage partiel et total et trajectoire prévue.

Figure 2. Procédure d’analyse générale

Le logiciel Adams nous permet d’examiner le comportement des mécanismes, de définir des objectifs de conception et d’exécuter des études préalables de plan d’expérience (DOE) avec Adams/Insight. Cela génère une matrice de données qui peut être utilisée comme entrée dans ODYSSEE CAE Lunar. Ce logiciel peut être utilisé pour un apprentissage à partir des données et la prédiction de nouveaux résultats pour de nouvelles variables de conception conformément aux spécifications correspondantes.

Il permet en plus d’assigner de nouvelles plages de variables à la dernière étape analytique du système si elles sont incluses dans les plages précédentes sélectionnées dans l’analyse Adams/Insight. Après l’intégration des résultats de sensibilité d’ODYSSEE CAE, un nouveau DOE avec de nouvelles plages de variables peut être créé pour obtenir une meilleure solution de réponse fonctionnelle à moindre coût.

Figure 3. Transmission (a) vue complète (b) structures intérieures (c) partie effective (d) surface extérieure.

Enfin, ce processus peut être répété pour créer de nouveaux prototypes et plans d’expérience (DOE) dans Adams, couvrant une plus grande plage de variables de conception et de DOE.

Les plages de tolérance de chaque mécanisme en mouvement sont définies avec précision. Les plages de tolérance sont minutieusement définies pour tous les mécanismes mobiles. Cependant, même si deux composants interagissent parfaitement de manière isolée, leur effet combiné dans une chaîne cinématique avec plusieurs paires peut s’amplifier et altérer le mouvement et la fonctionnalité dans son ensemble, provoquant des déplacements linéaires ou angulaires majeurs ou mineurs.

Figure 4. Résultats de sensibilité

Variations de tolérance globales : Optimisation de l’intégrité des chaînes cinématiques

Une étude de cas spécifique du mécanisme a été analysée pour déterminer l’impact des plages de tolérance lorsque l’effet individuel s’accumule le long de la chaîne cinématique, selon la procédure illustrée sur la Figure 2

La première simulation avec Adams/View a montré la fonctionnalité avec chaque composant dans les dimensions nominales.

La deuxième simulation, qui incluait les plages de tolérance dans un plan d’expérience utilisant Adams/Insight, a été mise en œuvre pour identifier les réponses le long des plages de tolérance de chacun des composants du mécanisme. Les résultats ont révélé quelques cas de dysfonctionnement.

Ces résultats ont été utilisés comme données d’entrée dans le logiciel ODYSSEE CAE Lunar pour montrer la réponse pour une combinaison de variables de conception. Ils ont montré les résultats de sensibilité pour chaque plage de tolérance ou variable de conception (Fig. 4).

À partir de ces résultats de sensibilité, il a été possible de créer un nouveau DOE dans ODYSSEE CAE. Trois plages de tolérance ont été réduites de 40 %, cinq augmentées de 33 % et quatre doublées.

Ces modifications ont permis de réduire de 8 % le blocage partiel par rapport à la conception d’origine.

Ces changements de tolérance diminuent également le coût de fabrication. Dans ce cas, cinq plages ont été augmentées de 33 % et quatre de 100 %. L’itération pour cette nouvelle analyse a pris moins de deux minutes, contrairement à l’itération avec Adams/Insight, dont la résolution a demandé environ 10 heures. La première itération a fourni les résultats sous forme de données d’entrée à ODYSSEE CAE, qui les a utilisées pour apprendre le comportement du mécanisme selon chaque plage de tolérance.

Cela a permis de prédire la réponse de nouvelles plages de tolérance, qui ont été définies dans un nouveau DOE dans ODYSSEE en fonction des résultats de sensibilité. Certaines plages de tolérance ont augmenté de valeur, montrant qu’elles avaient peu d’influence sur les réponses. D’autres ont diminué, montrant qu’elles avaient une certaine influence sur les réponses.

Obtenir une fonctionnalité optimale et réduire les coûts de fabrication

L’équipe a rapidement trouvé une solution, ce qui lui a permis de faire des itérations rapides à travers différentes études de cas en modifiant les plages de tolérance.

Cette stratégie d’analyse a conduit à une réduction du coût de fabrication. En effet, l’équipe a seulement augmenté les plages de tolérance qui avaient une influence minimale sur la réponse.

L’équipe a seulement réduit les plages de tolérance impliquées dans la réponse, affectant la fonctionnalité du mécanisme. Cela lui a permis de définir un mécanisme idéal pour une fonctionnalité optimale à faible coût.