Simulation, maîtrise et réduction des vibrations et des bruits dans les boîtes de transmission des voitures électriques

Les architectures actuelles des motorisations hybrides ou électriques des véhicules automobiles incluent des transmissions par engrenages en sortie du moteur électrique, pour adapter la vitesse de rotation à celle des roues du véhicule. Ces engrenages sont la source de vibrations qui se propagent par voie solidienne jusqu'au carter du système, qui se retrouve être la sources acoustique du bruit rayonné. Ces bruits affectent le confort de l'utilisateur, notamment car ils ne sont pas masqués par le bruit du moteur électrique, très différent de celui d'un moteur thermique classique. La maîtrise de ces bruits est ainsi un enjeu majeur pour les constructeurs automobile actuels. Les sources de vibration dans les transmissions de puissance par engrenages sont nombreuses. On peut citer par exemple l'acyclisme du couple de sortie du moteur qui entraîne des fluctuations de la vitesse de rotation ou encore des phénomènes de variation périodique de la raideur d'engrènement sous couple, qui produisent une excitation vibratoire dite paramétrique, qui produit un bruit caractéristique de sirènement (whining noise en anglais). Dans ce contexte, plusieurs industriels se penchent actuellement sur la modélisation des vibrations dans les chaînes de transmission par engrenages, dans le but de prédire l'apparition des différents bruits et éventuellement d'ajuster la conception du système en conséquence. Le but de cette thèse est de mettre en place des modèles numériques afin de représenter le comportement vibratoire des systèmes d'engrenage. Dans ce contexte, plusieurs points ont été abordés: une étude paramétrique réalisée sur l'équation différentielle de l'interaction entre les engrenages permettant d'analyser et de prédire leur comportement dynamique. En parallèle, une méthode de calcul des vibrations dues à l'engrennement en utilisant la méthodes d'équilibrage des harmoniques (HBM) est proporséee. Enfin, une méthode de calcul d'un modèle réduit d'une boi te de transmission sous excitation de l'engrennement est présentée.The current architectures of hybrid or electric motorizations of motor vehicles include transmissions by gears at the electric motor's output to adapt the speed of rotation to that of the vehicle wheels. These gears are the source of vibrations that propagate through the solid state to the system housing, the acoustic source of radiated noise. These noises affect the user's comfort, mainly because they are not masked by the noise of the electric motor, which is very different from that of a conventional combustion engine. Therefore, controlling this noise is a significant challenge for today's car manufacturers. There are many sources of vibration in geared power transmissions. For example, the engine's output torque's acyclic nature leads to rotational speed fluctuations, and periodic variations in the meshing stiffness under torque produce a so-called parametric vibration excitation, which produces a characteristic whining noise. In this context, several manufacturers are currently studying the modeling of vibrations in gear transmission systems, intending to predict the appearance of the various noises and possibly adjust the system's design accordingly. This thesis aims to set up numerical models to represent the vibratory behavior of gear systems from the understanding of the interaction between mating gears, to the dynamic presentation of a complete gearbox. Several points have been addressed in this context: a parametric study is performed on the differential equation of the interaction between gears to analyze and predict their dynamic behavior. In parallel, a method for calculating the vibrations due to the meshing process using the harmonic balancing method (HBM) is proposed. Finally, a method for calculating a reduced gearbox model under gear excitation is presented