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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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Symboles
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6. Glossaire
angle de brisure nominal
Angle entre l’axe de l’arbre de liaison et l’axe du joint coulissant ou l’axe du joint fixe (braquage nul) (figure 52). Il faut noter que cet angle varie dynamiquement autour de sa valeur nominale (influence du braquage, des mouvements de suspension…).
battement
Modulation périodique d’un signal constitué de la superposition de deux signaux de fréquences proches. Dans le domaine automobile, cette condition de proximité entre le H2 (moteur) et le R6 (transmission) se produit lorsque le rapport de démultiplication global entre le moteur et la roue est proche de 3.
groupe motopropulseur (GMP)
Ensemble des éléments qui participent à la motricité du véhicule. Pour un véhicule à moteur thermique, le GMP regroupe le moteur et ses accessoires, la boîte de vitesses, le différentiel et les transmissions latérales. S’il s’agit d’un moteur électrique, le GMP est constitué du moteur électrique, du réducteur et de l’électronique de puissance.
inertance
Grandeur permettant de caractériser en fonction de la fréquence la réponse vibratoire (γ en m/s2) d’une structure à une sollicitation en effort (F en N). C’est le rapport de l’accélération résultante en un point de la structure sur la force d’excitation appliquée au même point de cette même structure :
joint coulissant
Joint homocinétique (ou quasi-homocinétique) installé côté différentiel permettant de transmettre la puissance sous angle de brisure moyen tout en autorisant le débattement dynamique de la roue.
joint fixe
Joint homocinétique installé côté roue permettant de transmettre la puissance sous angle de brisure moyen tout en autorisant le braquage de la roue.
joint homocinétique
Système permettant de transmettre un mouvement de rotation, d’un arbre menant à un arbre mené, sans décalage angulaire quel que soit l’angle de brisure entre ces deux arbres et quelle que soit la variation de celui-ci.
martèlement
Vibration latérale du véhicule basse fréquence lors d’un démarrage...
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Glossaire
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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