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RÉSUMÉ
Le bruit et les vibrations du moteur perçu dans l’habitacle d’un véhicule passe par différents éléments, principalement par les tampons de suspension moteur (voie haute) et par les transmissions latérales (voie basse).L'essentiel de ces bruits et vibrations sont représentés par un bourdonnement, un grondement ou une présence. Leur diminution peut se faire soit par le traitement à la source (moteur), soit par le traitement des voies de transfert (supports moteur, transmissions latérales, caisse). Dans le cas des transmissions latérales, les leviers d’amélioration consistent à optimiser le dessin des arbres de liaison ou à installer un batteur sur ces derniers.
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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 Châssis - Renault Automobiles Guyancourt, France
INTRODUCTION
Les phénomènes vibro-acoustiques liés aux transmissions latérales 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 des phénomènes liés aux forces générées par les joints homocinétiques ;
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Rôle mixte : 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 ;
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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.
Les phénomènes dont la source se situe au niveau des transmissions sont traités en détail dans l’article [BM 2 596]. Dans cet article, on traite la catégorie « rôle indirect », plus précisément, les phénomènes vibro-acoustiques ressentis dans l’habitacle dont la source est le moteur et qui passent principalement par les tampons de suspension (voie haute) et par les transmissions latérales (voie basse).
En général, dans les véhicules équipés de moteurs à combustion interne, le bourdonnement, le grondement et la présence moteur représentent l’essentiel du bruit et des vibrations provenant de la source moteur.
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Bourdonnement moteur : c’est un bruit basse fréquence (20-200 Hz) qui s’apparente au bruit du vol d’un bourdon. Il provient directement de la combustion dans les cylindres et des forces d’inertie liées au mouvement de l’attelage mobile. Sa fréquence correspond à l’harmonique 2 de rotation-vilebrequin dans un moteur à 4 cylindres et à l’harmonique 1,5 de rotation vilebrequin dans un moteur à 3 cylindres. En général, le bourdonnement est la composante la plus forte en termes de niveau de vibration ;
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Grondement et présence moteur : ce sont des bruits ou vibrations de moyenne fréquence (200-800 Hz). Plus précisément, le grondement et la présence représentent respectivement les niveaux dans les octaves 250 Hz et 500 Hz, qui correspondent aux niveaux des harmoniques moteur supérieurs à ceux du bourdonnement.
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3. Grondement et présence moteur
Le grondement et la présence désignent des vibrations moteur dont les fréquences sont supérieures à celle du bourdonnement.
Grondement : vibrations moteur dans l’octave 250 Hz (175-352 Hz) ;
Présence : vibrations moteur dans l’octave 500 Hz (353-707 Hz).
Sur la figure 22 sont présentés les niveaux de vibration d’un moteur de combustion à 4 cylindres en ligne dans un diagramme fréquence-régime moteur (diagramme de Campbell). On y voit clairement que les vibrations moteur ne sont pas limitées dans la zone de bourdonnement (harmonique 2). Dans les octaves 250 Hz et 500 Hz, les niveaux de vibration peuvent être aussi très forts.
Les sources du grondement et de la présence sont similaires à celles du bourdonnement (bas régime et haut régime). Grondement et présence sont aussi engendrés par les excitations liées d’une part aux forces d’inertie de l’attelage mobile, d’autre part à la combustion dans le moteur, et plus précisément par les harmoniques supérieurs de ces excitations, qui sont plus ou moins amplifiés par les modes de structure dans ces plages de fréquence. Il faut en effet préciser que la structure de base du GMP (tronc moteur, attelage mobile, chaîne cinématique) présente des modes dans l’octave 250 Hz et au-delà. Dans l’octave 500 Hz, les modes de supports GMP sont plus contributeurs. En ce qui concerne les transmissions latérales, le 1er mode de flexion se situe en général dans l’octave 250 Hz, et le 2e mode de flexion ainsi que le 1er mode de torsion se situent dans l’octave 500 Hz.
3.1 Contribution de l’arbre de transmission
Une transmission latérale peut amplifier le grondement et la présence moteur du fait de son 1er mode de flexion qui peut croiser les harmoniques moteur supérieurs à H2 et de son 2e mode de flexion qui peut croiser les harmoniques moteur supérieurs à H4. En pratique, avec les contraintes de conception sur un véhicule automobile, il n’est pas possible d’éviter le croisement entre ces modes de transmission et les harmoniques supérieurs moteur. En revanche, il est possible de positionner les modes des transmissions pour éviter le croisement avec des harmoniques moteur dans des zones critiques (excitations...
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Grondement et présence moteur
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - VENIZELOS (G.) - Vibrations des structures. - Ellipses (2002).
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(2) - RAO (S.S.) - Mechanical vibrations. - Prentice Hall (2011).
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(3) - GRAHAM KELLY (S.) - Mechanical vibrations. - Cengage Learning (2012).
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(4) - WINKLER (K.) - Guidelines for optimizing vibration mass dampers. - SAE paper 880076 (1988).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Acyclisme des moteurs thermiques – Forces, couples et moments appliqués au moteur monocylindre.
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Acyclisme des moteurs thermiques – Moteur à 4 cylindres et acyclisme en multicylindres.
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Acyclisme des moteurs thermiques – Moteur à 3 cylindres et comparaison 3/4 cylindres.
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Acyclisme des moteurs thermiques – Modélisation linéaire de la chaîne cinématique.
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Phénomènes fondamentaux des vibrations des moteurs d’automobile.
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