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Aérodynamique active pour des performances dans les environnements polyvalents et difficiles

Les ingénieurs d'Angst+Pfister sortent le grand jeu pour le prototypage lorsqu'il faut développer rapidement de nouveaux composants dans la meilleure qualité et en masse – et c'est exactement ce qu'ils ont fait avec les joints d'une application en aérodynamique active pour Mirror Controls International. Ces joints étaient destinés au dernier tout-terrain de Ford, un modèle à la pointe de la technologie.

« Grâce à une étroite collaboration dès le début du processus de conception, nous avons pu développer des composants de grande qualité à un prix intéressant. Ils ont été un soutien incomparable pour l'introduction réussie d'un tout nouveau dispositif aérodynamique actif du fournisseur Tier One System Flex-N-Gate dans le pick-up le plus vendu au monde », explique Marius Brand Manager Produit Aérodynamique Active chez Mirror Controls International. L'entreprise (MCi en abrégé) est un fournisseur de l'industrie automobile et leader du marché du contrôle des rétroviseurs extérieurs. Elle produit également des systèmes de surveillance par caméra et, bien sûr, des commandes pour les dispositifs aérodynamiques actifs. MCi livre plus de 80 millions d'appareils chaque année. Avec environ 1 200 employés, MCi fournit les principaux clients du secteur et représente un partenaire important du développement. 
La collaboration avec Angst+Pfister concernait un élément de contrôle pour le système aérodynamique du Ford F-150, le pickup « le plus robuste, le plus innovant et le plus polyvalent » qui ait jamais quitté la chaîne de production, selon son fabricant. Pour augmenter l'aérodynamisme, à partir d'une certaine vitesse, le barrage d'air (air dam) est prolongé sous le pare-chocs avant du tout-terrain, et ces éléments sont conçus pour rediriger les flux d'air de manière optimale (voir illustration). La diminution de la traînée qui en résulte permet une amélioration du rendement énergétique. Par le passé, cette fonction était obtenue avec un élément statique – un compromis entre une résistance optimale au vent à des vitesses plus élevées et un dégagement maximal pour des conditions tout-terrain plus lentes. Le nouveau dispositif aérodynamique actif, avec le barrage d'air rétracté, offre un maximum de liberté en terrain difficile – ou réduit la consommation de carburant sur l'asphalte lisse. 

Trois composants pour une aérodynamique innovante

MCi a contacté Angst+Pfister pour la conception, la production et la livraison de deux joints d'arbres radiaux et un soufflet à ressort pour le petit moteur électrique contrôlant l'aérodynamique active. Les joints sont installés dans l'unité d'actionnement du système, tandis que le soufflet à ressort protège la tige qui déplace le barrage d'air (voir illustration). « Ce projet a été très intéressant pour nous, car nous avons pu démontrer nos points forts : la conception en interne, l'analyse par éléments finis, la rapidité du prototypage, l'échantillonnage, la logistique sur trois continents et les volumes de production de masse – et tout cela dans une qualité exceptionnelle », raconte Jan Boomsma, Ingénieur d'Application Produit en technologie de l'étanchéité chez Angst+Pfister aux Pays-Bas. 

Le système d'aérodynamique active doit être résistant dans le temps et exceptionnellement fiable – même pour de grandes différences de température de moins 40 à plus 85 degrés Celsius. Le barrage d'air se déploie et se rétracte environ 300 000 fois. Le système doit également être étanche lorsqu'il est dans l'eau. Ceci nécessite des classes de protection IP67 et IP69K. En d'autres termes, il doit être complètement étanche à la poussière et capable de résister à une pression d'eau élevée. Le dispositif de contrôle aérodynamique est produit en quantité annuelle de 1,6 million de pièces. Il doit être conforme à la norme PHPP (Processus d'Homologation des Pièces de Production) de l'industrie automobile. Il s'agit d'une procédure d'acceptation par laquelle les pièces fabriquées en série doivent être exactement comme stipulé par les dessins. MCi avait besoin d'une qualité de 50 PPM – à partir d'un million de pièces produites, seulement cinquante pièces peuvent être rejetées. Pour les joints d'Angst+Pfister, il fallait donc effectivement mesurer 100 % des pièces lors du contrôle de qualité avec une machine de tri entièrement automatisée.

Des approches innovantes pour des coûts raisonnables

« Bien sûr, le prix a joué un rôle. Cela a rendu la conception un peu plus compliquée pour nous », se souvient Jan Boomsma. Angst+Pfister a d'abord proposé un joint en caoutchouc pur sans renfort métallique pour réduire les coûts ; les joints initiaux disposaient d'un renfort en acier inoxydable. Cependant, Jan Boomsma et son équipe ont pensé à une solution supplémentaire et intégré un renforcement en acier au carbone. « Cela a été possible grâce à une conception spéciale dans laquelle le caoutchouc recouvre toutes les parties métalliques pour empêcher la corrosion », explique Jan Boomsma. De cette façon, Angst+Pfister a rempli toutes les exigences de qualité pour un coût moindre. En tant que client, Marius Brand a été impressionné par cette approche : « Nous disposons désormais d'une solution intégrée avec deux fonctions en un seul composant. Le joint supérieur fonctionne à la fois pour l'étanchéité et la précontrainte. De cette manière, toute autre pièce est devenue superflue. »

Pour le soufflet à ressort, les ingénieurs ont utilisé un EPDM qui résiste aux basses températures. Afin de garantir la fiabilité, le design devait compenser la forte force de flexion due à la compression et à la dilatation du soufflet. En même temps, une certaine rugosité de la surface supérieure était nécessaire pour éviter qu'elle ne colle lorsqu'elle est comprimée. 

 

«Ce projet a été très intéressant pour nous, car nous avons pu démontrer nos points forts : la conception en interne, l'analyse par éléments finis, la rapidité du prototypage, l'échantillonnage, la logistique sur trois continents et les volumes de production de masse – et tout cela dans une qualité exceptionnelle.»

Jan Boomsma, Product Application Engineer Sealing Technology, Angst+Pfister Netherlands

 

Prototypage rapide

Les prototypes devaient être disponibles très rapidement. « En temps normal, il faut dix semaines, nous avons livré en quatre », raconte Enrico Koggel, Ingénieur d'Application Vente chez Angst+Pfister aux Pays-Bas. Le fait que tous les designs aient été conçus en interne a été un avantage indéniable pour les ingénieurs d'Angst+Pfister. Après les premiers tests, la conception a été affinée pour améliorer la durabilité face à la température. Puis, les outils pour les prototypes ont pu être réalisés directement en utilisant la plateforme de production interne. MCi les a soumis à des tests rigoureux de durabilité et d'installation. Après une nouvelle optimisation, le travail sur le moule de production pour le PAPP a pu démarrer. Dès que la pièce a été approuvée, plus rien n'a empêché la suite de la production en série. Enrico Koggel ajoute: «Angst+Pfister dispose de plusieurs plateformes de production sur plusieurs continents, de sorte que lorsque les choses se compliquent, d'autres installations de production peuvent être mises à contribution. Malgré la crise de la Covid-19, cela n'a heureusement pas été nécessaire. » 

Marius Brand de MCi ajoute également: «Le calendrier de prototypage était vraiment serré, mais nous sommes très satisfaits de la qualité du travail et des produits réalisés. Ils remplissent toutes les conditions requises et ont passé avec succès toute la gamme des tests de validation. » MCi a grandement apprécié l'assistance technique sur site d'Angst+Pfister aux Pays-Bas. Cela inclut, dans les différentes phases du projet, la possibilité d'effectuer des calculs et des simulations avec les prototypes, de réagir aux tests et d'adapter les conceptions correctement, précise Marius Brand. 

Les joints (verts) se trouvent à l'intérieur du
boîtier d'entraînement (beige). Le soufflet
(noir) protège la tige (blanche). Celle-ci
déplace les clapets d'air (rouge).

 

Plus d'informations sur notre Joints et soufflets à ressort pour l'aérodynamique

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published: 8 mars 2022 à 14:38:00  by: Angst+Pfister Magazin2022