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RÉSUMÉ
Les transmissions latérales d’une automobile, qui comprennent un joint homocinétique côté boîte de vitesses (joint coulissant), un joint homocinétique côté roue (joint fixe) et un arbre de liaison entre les deux, peuvent être liées à des phénomènes acoustiques et vibratoires gênants pour les passagers. Dans cet article, on détaille trois de ces phénomènes ; le martèlement, le battement H2/R6 et le roucoulement. Pour chacun d’eux, la perception subjective et les conditions d’apparition sont décrites, et les raisons physiques ou mécaniques également explicitées. Un cas réel illustre chaque phénomène grâce à du calcul ou à des mesures sur véhicule ou sur banc d’essais. Des solutions correctives sont évaluées et des cahiers des charges sont proposés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Elian BARON : Ingénieur-docteur, expert Chaîne Cinématique, - Renault Automobiles, Guyancourt, France
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Shanjin WANG : Ingénieur-docteur, expert Acoustique et Vibrations GMP, - Renault Automobiles, Lardy, France
INTRODUCTION
La réduction des bruits et vibrations constitue l’un des axes de recherche prioritaire des constructeurs automobiles, car cela répond à une demande affirmée de la clientèle. Dans ce contexte, il est bien évident que les équipementiers poursuivent les mêmes objectifs, notamment dans le domaine de la chaîne cinématique, qui rassemble les organes allant du volant moteur jusqu’aux roues.
Cet article est focalisé sur les transmissions latérales (ou arbres de roues), car celles-ci sont liées dans certains cas à des phénomènes acoustiques ou vibratoires (on parle de phénomènes NVH, Noise Vibration and Harshness) ressentis par l’utilisateur.
Ces phénomènes peuvent être classés en trois catégories, selon que le rôle de la transmission est direct, indirect ou les deux à la fois :
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rôle direct : l’excitation acoustique ou vibratoire se situe au niveau de la transmission elle-même. C’est le cas notamment du phénomène de martèlement, directement lié aux forces engendrées par le joint coulissant ;
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rôle indirect : l’excitation n’est plus située au niveau de la transmission, mais provient d’une autre source. C’est le cas par exemple du phénomène de bourdonnement, lorsqu’une fréquence propre du demi-arbre de roue vient amplifier une excitation moteur ;
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rôle direct et indirect : les excitations proviennent d’une part de la transmission et d’autre part d’une autre source, le moteur par exemple. C’est la combinaison de ces diverses excitations qui crée une gêne acoustique ou vibratoire. Le cas typique est celui du battement H2/R6, entre deux fréquences proches, l’une provenant du moteur et l’autre d’un joint de roue. Un autre exemple est celui du roucoulement, modulation d’une excitation moteur par un balourd ou un décentrage du joint coulissant côté boîte de vitesses.
Cet article décrit précisément tous ces phénomènes sous les aspects :
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subjectif, en traduisant au mieux les sensations des utilisateurs ;
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mesure, en définissant et en quantifiant les paramètres physiques les plus en rapport avec les sensations subjectives ;
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modélisation, le but étant d’expliquer les phénomènes par une traduction physique et mathématique la plus didactique possible.
Par cette démarche, il est possible de tirer des enseignements sur les phénomènes acoustique et vibratoires liés à la transmission, à la fois sous l’aspect manifestations physiques dans le véhicule et sous l’aspect compréhension.
On met aussi en évidence l’étroite relation existant entre mesure et modélisation, qui permet d’utiliser les moyens de calcul en termes de conception, d’optimisation, ainsi que de simulation.
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MOTS-CLÉS
transmission automobile joint homocinétique joint fixe joint coulissant martèlement battement roucoulement
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2. Martèlement
Pour ce phénomène, la transmission joue un rôle direct, puisque les excitations vibratoires se situent au niveau du joint coulissant .
2.1 Perception subjective
Le martèlement (shudder en anglais) peut se ressentir dans certains véhicules comme une vibration latérale basse fréquence lors d’un démarrage rapide. Il peut aussi survenir à des vitesses assez élevées (environ 140 km/h).
HAUT DE PAGE2.2 Mesures sur véhicule
La vibration étant ressentie comme purement latérale (figure 4), il est logique de faire une mesure accélérométrique au plus près du conducteur, dans une direction perpendiculaire à l’axe longitudinal du véhicule.
La mesure est effectuée au niveau du rail guidant le siège du conducteur. En parallèle, on mesure la vitesse du véhicule, le couple dans la transmission, ainsi que l’angle d’inclinaison de celle-ci par rapport à l’axe du joint coulissant. La figure 5 montre un exemple de mesure effectuée avec un véhicule équipé de joints coulissants tripodes standards. On constate en analysant les mesures qu’à un tour de roue correspondent trois périodes du signal accélérométrique. Les seules excitations que l’on peut incriminer sont les forces axiales de période 2π/3 générées par les joints coulissants. Par ailleurs, le martèlement est d’autant plus sensible que le couple est élevé et que l’angle d’installation des transmissions latérales est élevé (l’angle de brisure des joints coulissants augmente encore en dynamique, dû au cabrage de la voiture). Lors de l’essai pris en exemple, la prestation est jugée inacceptable par l’essayeur entre 1,5 et 4,5 s (voir nota et tableau 2). De 5 à 7 s, l’angle d’inclinaison des transmissions...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GIRGUIS (S.), SANKEY (I.G.), SCHÜLER (V.), GUIMBRETIÈRE (P.) - Constant Velocity Joints and their Applications. - SIA 780098 (1978).
-
(2) - WAGNER (E.R.), COONEY (C.E.) et coll - Universal Joint and Driveshaft Design Manual. - Advances in Engineering Series n° 7, SAE (1979).
-
(3) - SEHERR-THOSS (H.C.), SCHMELZ (F.), AUCKTOR (E.) - Universal Joints and Driveshafts. - Springer (2006).
-
(4) - BARON (E.) - NVH phenomena in constant-velocity joints – a 3-fold approach. - Fisita Technical Paper 925189 (C389/277), IMechE (1992).
-
(5) - K’NEVEZ (J.-Y.) - Étude cinématique et dynamique d’une transmission automobile à joints tripodes. - Thèse de Doctorat, Université du Maine (2000).
-
(6) - STALL (E.), BENSINGER (J.),...
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