Exploration en conception mécanique préliminaire des compromis entre contraintes architecturales véhicule et performances vibro-acoustiques agrégées

In this thesis, we propose, for the preliminary design stage of automotive vehicle, a methodological framework to achieve a compromise between the architectural constraints of the mechanical subsystems and their contribution to reduce the noise inside the vehicle compartment. Using the methodology, we make possible to engage trade-offs between automobile architects and mechanical engineers about the respect or the non-respect of architectural constraints and the fulfillment of noise performance targets. The proposed methodological framework consists of five stages: (1) modeling the design problem, including (a) noise performances modeling and (b) architectural constraints modeling, (2) metamodeling the resulting design problem with kriging metamodels, (3) formulating the design problem as a Multi-Objective Optimization Problem, (4) generating with the use of the already generated metamodels the Pareto frontier of the Multi-Objective Optimization Problem with the Normalized Normal Constraint Method, and finally (5) leading negotiations based on the Pareto frontier representation in order to obtain a design compromise between architectural constraints and mechanical design performances of the subsystem.To deal with the architectural constraints in the preliminary design stage, we introduce an architecture criterion that expresses the respect or the non-respect of the geometrical constraints. The originality of the method consists in shifting the incorporation of the stage of the volume allocation from the CAD environment to CAE environment using FEM models.We introduce also a method of aggregating noise performances into a single real value criterion. The technique enables an efficient reduction of the high dimensionality of the design problem inherent to to the multiple noise performances of a mechanical subsystem.The application of the methodology to an automotive case study has revealed its efficiency to improve the NVH performances of a car Body in White while respecting the tight architectural constraints in the neighborhood of the volume envelope allocated to the vehicle powertrain.Finally, with this methodological framework, the negotiations between architects and design engineers are no longer based on qualitative judgments but they are, now, based on quantitative criteria for both of the architectural constraints and the mechanical performancesDans cette thèse, nous proposons un cadre méthodologique en phase de conception préliminaire dans l'industrie automobile, afin de gérer le compromis entre, d'une part, les contraintes d'architecture auxquelles est soumis un sous-système mécanique, et d'autre part une contribution satisfaisante du sous-système à la minimisation du bruit dans l'habitacle véhicule. La méthodologie proposée, nous permet d'engager des négociations entre les architectes de l'automobile et les ingénieurs mécaniciens sur le respect ou le non-respect de contraintes d'architecture d'un sous-système ou d'un organe, ainsi que sur l'atteinte des cibles du cahier des charges en ce qui concerne les performances vibro-acoustiques.Le cadre méthodologique proposé se compose de cinq étapes : (1) la modélisation du problème de conception, comprenant (a) la modélisation des performances vibro-acoustiques et (b) la modélisation des contraintes d'architecture (2) la métamodélisation (approximation mathématique) du problème de conception résultant en utilisant les métamodèles de type kriging, (3) la formulation du problème de conception sous la forme d'un problème d'optimisation multi-objectifs, (4) la génération grâce au métamodèle de la frontière de Pareto de ce problème d'optimisation multi-objectif par la méthode des contraintes normales et normalisées, (5) une étape de négociation entre les contraintes d'architecture et les performances du sous-système mécanique.Pour gérer le problème des contraintes d'architecture, dans la phase de conception préliminaire, nous introduisons une méthode pour exprimer, par un critère dit d'architecture, le respect ou le non-respect des contraintes géométriques. L'originalité de cette méthode consiste dans le fait de migrer l'étape de l'allocation de volumes enveloppes sous un système de CAO vers un système d'IAO plus accessible aux ingénieurs puisque c'est dans ce système qu'ils gèrent leurs modèles éléments finis.Nous introduisons, en outre, une méthode d'agrégation des performances vibro-acoustiques d'un sous-système mécanique en un seul critère (indicateur) à valeur réelle. Cette technique permet une réduction efficace de la dimension importante d'un problème de conception lié à l'étude d'un sous-système mécanique avec des multiples performances vibro-acoustiques.L'application de la méthodologie à un cas d'étude, dans le domaine automobile, a permis de démontrer son efficacité à améliorer sensiblement les performances vibro-acoustiques d'une caisse en blanc (caisse nue d'une automobile) tout en respectant des contraintes d'architecture serrées à cause d'un volume enveloppe alloué au groupe motopropulseur du véhicule.Finalement, avec ce cadre méthodologique, les négociations entre les architectes et les ingénieurs ne sont plus fondées sur des jugements qualitatifs, mais elles sont à présent fondées sur des critères quantitatifs à la fois pour les contraintes d'architecture et les performances mécaniques