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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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Automotive driveshafts, which include two constant velocity joints (a plunging joint at gearbox side and a fixed joint at wheel side) and a connecting shaft between the two, can be related to annoying acoustic and vibration phenomena for passengers. This paper details three of these phenomena : shudder, H2/R6 beat noise and growl noise. For each of them, the subjective perception and the conditions of appearance are described, the physical or mechanical reasons being also explained. A real case illustrates each phenomenon through calculation or measurements on vehicles or test benches.Corrective solutions are evaluated and specifications are proposed.
Auteur(s)
-
Elian BARON : Ingénieur-docteur, expert Chaîne Cinématique, - Renault Automobiles, Guyancourt, France
-
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 :
-
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 ;
-
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 ;
-
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 :
-
subjectif, en traduisant au mieux les sensations des utilisateurs ;
-
mesure, en définissant et en quantifiant les paramètres physiques les plus en rapport avec les sensations subjectives ;
-
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.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.
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MOTS-CLÉS
transmission automobile joint homocinétique joint fixe joint coulissant martèlement battement roucoulement
KEYWORDS
automotive driveshaft | constant-velocity joint | fixed joint | plunging joint | shudder | beat noise | growl noise
DOI (Digital Object Identifier)
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5. Conclusion
Les transmissions latérales avant (et/ou arrière) sont des éléments importants de la mise au point acoustique et vibratoire d’une automobile. Elles peuvent en effet transmettre, voire amplifier, les vibrations générées par le moteur. Elles peuvent aussi, sous certaines conditions, être elles-mêmes à l’origine de bruits ou de vibrations.
Ce dernier aspect fait l’objet de cet article. On y détaille trois phénomènes acoustiques et/ou vibratoires principaux qui peuvent créer des nuisances pour l’utilisateur du véhicule et sur lesquels le concepteur, mais aussi le metteur au point, portent une attention toute particulière ; le martèlement, le battement H2/R6 et le roucoulement.
Le martèlement peut se ressentir dans certains véhicules comme une vibration latérale basse fréquence lors d’un démarrage rapide ou à vitesses stabilisée. Il est d’autant plus sensible que le couple transitant dans les transmissions est important et que l’angle d’installation de ces dernières est élevé. Le martèlement trouve son origine dans les forces axiales générées par les frottements galets-pistes des joints coulissants. Même s’il ne constitue pas une parade infaillible, il existe un cahier des charges qui stipule que l’angle de brisure du joint doit être inférieur à 3° ou 4° (selon les constructeurs). Et s’il est impossible de respecter ce cahier des charges, on peut utiliser des joints coulissants rotulés, plus coûteux que les joints coulissants standards, mais qui éliminent le martèlement.
Le battement H2/R6 se manifeste par un bruit modulé potentiellement gênant pour les occupants du véhicule, car il intervient dans une plage d’utilisation courante, par exemple en régime de croisière sur autoroute à 130 km/h. Ce bruit modulé résulte de la proximité en fréquence du H2 moteur et du R6 transmission, lequel est lié aux frottements cycliques (6 fois par tour de roue) entre les galets et les tourillons des joints fixes tripodes. Ces frottements existent aussi aux interfaces billes-pistes des joints fixes à billes, mais dans une moindre mesure. C’est la raison pour laquelle les joints fixes tripodes ont été abandonnés au profit des joints fixes à billes. La condition de proximité en fréquence entre le H2 et le R6 se réalise lorsque le rapport de démultiplication global entre le moteur et la roue est proche de 3 (ce qui peut être le cas en...
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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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