Tomoko Harada
This post is also available in: Italiano (Italien) Deutsch (Allemand) 日本語 (Japonais) English (Anglais)
L’Institut central de recherche ISUZU utilise la conception générative dans Autodesk Fusion pour optimiser les structures d’engrenages des moteurs diesel, dans le but de réduire le bruit de cliquetis tout en améliorant le rendement énergétique.
D’ici 2050, la population mondiale devrait atteindre 9,7 milliards d’habitants, dont les deux tiers vivront dans des zones urbaines. Comme les villes s’étendent de plus en plus, le maintien d’un environnement urbain confortable dépendra d’un développement urbain sûr, sécurisé et durable, stimulé par la gérance de l’environnement, l’amélioration des infrastructures et des réglementations plus strictes.
En réponse à cet avenir imminent, le laboratoire de recherche ISUZU mène des recherches avancées sur les véhicules utilitaires et les technologies de moteurs diesel, afin d’anticiper les futurs produits ISUZU Motors. En décembre 2024, le laboratoire a publié un article intitulé « Optimisation de la structure des engrenages des moteurs diesel à l’aide de la conception générative », qui présente une solution révolutionnaire au bruit de cliquetis des engrenages (le bruit caractéristique du « claquement des dents » qui se produit lors des fluctuations et de l’inversion du couple) généré par le moteur du camion léger « ELF ». Leur approche consiste à développer un nouvel engrenage nettement plus léger.
Répondre aux exigences croissantes grâce à l’automatisation de la conception
« Les automobiles ont d’innombrables composants, et il y a maintenant d’autres facteurs à prendre en compte, tels que l’utilisation de matériaux recyclés pour parvenir à une économie circulaire », explique Seiya Yamagishi, chercheur en chef au laboratoire de recherche ISUZU. « Pour répondre à diverses demandes sociales et réglementations, nous avons besoin d’outils qui permettent une exploration approfondie. Nous nous efforçons de suivre le rythme grâce à l’automatisation de la conception. »
Dans le moteur Elf, une série d’engrenages transmet la puissance du vilebrequin à l’arbre à cames. Un engrenage à ciseaux (deux engrenages qui se chevauchent reliés par des ressorts) réduit le bruit de cliquetis en prenant en sandwich l’engrenage d’accouplement. Cependant, cette solution augmente également le nombre de pièces et la main-d’œuvre nécessaire à l’assemblage, ce qui accroît les coûts de fabrication (en raison de l’augmentation du nombre de pièces et du temps d’installation) et pose des problèmes tels qu’une plus grande friction, une baisse de l’efficacité énergétique et l’usure.
Cherchant à éliminer ces compromis et à éviter une réduction de l’efficacité énergétique, l’équipe a utilisé des simulations et a constaté que la réduction du poids de l’engrenage était une solution potentielle. « Cependant, pour égaler l’efficacité de l’engrenage à ciseaux, nous devions réduire le poids de 30 à 40 % », note Seiya Yamagishi. « Comme nous avions déjà essayé d’alléger les engrenages en perçant des perçages, nous craignions qu’il ne reste plus beaucoup de matière à enlever. »
Tirer parti de la conception générative dans Autodesk Fusion
La conception générative dans Autodesk Fusion utilise l’IA et le cloud computing pour générer rapidement diverses idées de conception en fonction de paramètres clés (matériaux, méthodes de fabrication et exigences de performance). Elle offre ainsi des solutions créatives que les concepteurs n’auraient probablement jamais imaginées. « Il n’existait pas d’exemples d’application de la conception générative aux engrenages, mais après avoir consulté Autodesk, nous avons appris que c’était faisable en spécifiant des charges de surface », se souvient Seiya Yamagishi. Après deux mois de perfectionnement de la conception, le prototype sélectionné a obtenu une réduction de poids exceptionnelle de 43 %.
« Nous avons pu créer des formes adaptées à l’usinage. L’équipement n’étant pas visible de l’extérieur, l’esthétique n’était pas une priorité, ce qui nous a permis d’accélérer le prototypage », poursuit-elle. « En mars 2022, l’autorisation d’allumage du moteur n’avait pas encore été accordée, de sorte que l’évaluation initiale reposait sur des tests de conduite sans combustion de carburant.
Résultats et prochaines étapes
Une fois que la vérification post-test a confirmé l’absence de problème, la conception a fait l’objet d’un examen plus approfondi et est entrée en service réel en novembre de la même année. « Le remplacement de deux engrenages par des prototypes a permis d’obtenir le même niveau de réduction du bruit que les engrenages à ciseaux, ainsi qu’une amélioration de 0,5 % de la consommation de carburant », rapporte Seiya Yamagishi.
« Nous avons mené une étude accélérée, mais nous avons pu procéder en très peu de temps de l’examen à la création effective d’une forme. La prise en compte de la fabricabilité au stade du prototype a également été un avantage majeur », explique Seiya Yamagishi.
Seiya Yamagishi se prépare à une production de masse. « Les véhicules utilitaires sont utilisés depuis assez longtemps, et ils nécessitent des tests à grande échelle pour maintenir le moteur en marche. Nous aimerions donc les inclure dans ces tests d’endurance. Les engrenages qui ne sont qu’en surface sont faciles à considérer, mais nous commençons également à envisager des formes plus complexes. »
Un nouvel état d’esprit pour la prochaine génération de designers
Ces nouvelles technologies suscitent également l’intérêt des jeunes concepteurs. Réfléchissant à sa propre expérience, Seiya Yamagishi note : « Quand j’étais à l’université et plus tard en laboratoire, l’idée était qu’il suffisait de maîtriser profondément un domaine. Vous pouviez bâtir une carrière en vous appuyant uniquement sur une expertise spécialisée. »
« Aujourd’hui, avec les outils d’IA, en particulier l’IA générative comme ChatGPT, l’information est instantanément accessible. L’obstacle à l’acquisition de connaissances a considérablement diminué. Mais à cause de cela, se concentrer sur un seul domaine ne suffit plus. Les jeunes concepteurs d’aujourd’hui ont besoin de construire une base de connaissances plus large. La conception générative, en particulier, nécessite un état d’esprit très différent : il ne s’agit pas de dessiner des plans traditionnels, mais plutôt de penser en termes de simulation. Le plus important est de commencer à expérimenter et à apprendre par le biais d’une utilisation pratique. »