Brevet FR2805611A1 — publié le 20010831

L'invention concerne une méthode de prévision des niveaux acoustique et vibratoire à l'intérieur d'un véhicule roulant sur un sol présentant un ou plusieurs obstacles ou sur un sol granulométrie donnée. L'inconfort perçu par le conducteur et les passagers d'un véhicule au cours d'un roulage sur un ou plusieurs obstacles (comme par exemple des bouches d'égout, des raccords de bitume, des joints divers, des graviers, etc.) revêt deux aspects distincts. Un premier aspect est de nature vibratoire et se manifeste par des vibrations du plancher du véhicule, des sièges, du volant. Un second aspect est de nature acoustique, et se manifeste par le bruit créé à l'intérieur du véhicule par les vibrations de différentes parties dudit véhicule. Le niveau d'inconfort ressenti par les occupants d'un véhicule dépend notamment de la caisse, du système mécanique de liaison au sol, de la vitesse de roulage et bien entendu du type d'obstacle sur la chaussée. Dans ce qui suit, on entend "performance confort" le niveau acoustique et/ou vibratoire mesurable à l'intérieur d'un véhicule roulant sur une chaussée (ou un moyen d'essai) pourvu d'au moins un obstacle de dimensions déterminées. Dans le présent document, on désigne par système de liaison au sol, un sous-ensemble d'éléments du véhicule assurant le lien entre la caisse du véhicule et une ou plusieurs des surfaces de contact entre le véhicule et le sol. Ce sous-ensemble est déterminé a priori et comprend exemple toutes les pièces mécaniques du véhicule situées entre au moins un point de fixation ' la caisse dudit véhicule et au moins une empreinte de chaque pneumatique équipant ledit véhicule; dans cet exemple, au moins un pneumatique est inclus dans le système de liaison au sol. système de liaison au sol d'un véhicule peut être défini comme étant constitué de l'ensemble donné des pièces assurant le lien entre l'ensemble donné des points de fixation à la caisse et l'ensemble donné des surfaces de contact du véhicule avec le sol (dans ce cas tous les pneumatiques font partie du système de liaison au sol considéré). En vue d'évaluer et optimiser la performance confort d'un véhicule équipé d'un nouveau système de liaison au sol, l'homme du métier peut mettre en #uvre une méthode expérimentale consistant à réaliser des mesures de bruit et de vibrations dans l'habitacle d'un véhicule roulant sur une portion de route ou de piste permettant de révéler un inconfort de nature vibratoire et/ou acoustique dans ledit véhicule, cette portion de route ou de piste comportant sur sa surface un plusieurs obstacles. Cette méthode nécessite toutefois de pouvoir disposer du véhicule pour évaluer différents systèmes de liaison au sol; en outre, elle ne peut être conduite que dans des conditions météorologiques favorables ce qui induit un temps d'immobilisation du véhicule parfois excessivement long et en conséquence un surcoût dans la phase de mise au point d'un système liaison au sol puisque de nombreuses itérations sont souvent nécessaires. Elle est en outre longue et fastidieuse pour l'opérateur et sujette à des grandes dispersions de mesure. L'objet de l'invention est une méthode de prévision de la performance confort d'un véhicule équipé de systèmes de liaison au sol ne présente pas les inconvénients des méthodes qui viennent d'être rappelées. Dans ce but, il est proposé une méthode de prédiction du bruit et des vibrations dans l'habitacle d'un véhicule équipé d'un système prototype de liaison au sol, ce véhicule roulant à une vitesse donnée V sur un sol pour-vu d'au moins obstacle de dimension prédéterminée. La méthode proposée comporte une première étape de détermination d'une fonction de transfert globale du véhicule équipé d'un système référence de liaison au sol et une deuxième étape dans laquelle on mesure des efforts aux points liaison avec la caisse du système prototype de liaison au sol. Ensuite, la méthode selon l'invention consiste à multiplier cette fonction de transfert globale du véhicule obtenue à la première étape par les efforts résultants aux points de liaison entre la caisse et le système prototype de liaison au sol, ledit système prototype de liaison au sol supportant en ses surfaces de contact avec le sol des charges identiques à celles mesurées sur le véhicule et roulant sur le même sol pourvu du/des même(s) obstacle(s). Par système référence de liaison au sol, entend un système de liaison au sol équipant le véhicule et dont on dispose pour obtenir la fonction de transfert globale; par système prototype de liaison au sol, on entend un système de liaison au dont on cherche à prévoir l'incidence sur la performance confort sur le même véhicule équipé de ce système prototype au lieu du système référence sans pour autant disposer dudit véhicule. Par fonction de transfert globale, on entend une fonction qui comprend deux parties, une première partie concerne le bruit dans l'habitacle du véhicule et une seconde partie les vibrations en certains points prédéterminés dans le même habitacle. La détermination de la fonction de transfert globale résulte de la mise en #uvre d'une série de mesures sur le véhicule équipé d'un système référence de liaison au sol combinée avec une série de mesures sur ce système référence de liaison au sol fixé à un bâti en ses points de fixation à la caisse lorsqu'il est monté sur un véhicule. Les mesures sur véhicule comprennent les étapes suivantes a) on équipe le véhicule avec le système référence de liaison au sol, ledit système étant relié audit véhicule par des points de fixation; b) on dispose à l'intérieur du véhicule des moyens aptes à enregistrer bruit et les vibrations en des points préalablement déterminés dans l'habitacle; c) on place le véhicule de façon que le système référence de liaison sol soit en contact par l'intermédiaire de chaque pneumatique dudit système avec un moyen de roulage pourvu sur sa/ses surface(s) de roulage du/des obstacle(s); d) on met en rotation, à une vitesse V, le moyen de roulage et on fait l'acquisition des signaux bruit et vibration à l'intérieur de l'habitacle; Ensuite, on obtient les efforts résultants auxdits points de fixation pour système référence de liaison au sol en suivant les étapes suivantes : e) on relie mécaniquement le système référence de liaison au sol à un bâti par les mêmes points de fixation dudit système au véhicule, ledit bâti étant équipé en ces points de moyens de mesure des efforts résultants dans trois directions perpendiculaires; f) on applique ledit système référence de liaison au sol contre le moyen de roulage de l'étape c) pourvu du/des même(s) obstacle(s), de façon à ce que ledit système de liaison au sol supporte, en sa/ses surface(s) de contact avec le sol, des charges identiques aux charges supportées sur véhicule dans la position considérée; g) on met en rotation le moyen de roulage à la vitesse V et on fait l'acquisition des efforts résultants aux points de fixation au bâti du système référence de liaison au sol. La combinaison des valeurs mesurées, à la fois sur véhicule équipé du système référence de liaison au sol et sur le système référence de liaison au sol monté sur un bâti, permet d'obtenir la fonction de transfert globale dudit véhicule roulant sur un sol pourvu d'obstacle(s) identiques à ceux employés dans lesdites mesures. Il est envisageable de remplacer les mesures réalisées sur le système référence de liaison au (étapes e, f, g) par une simulation numérique à l'aide d'un modèle fonctionnel représentatif dudit système et permettant d'obtenir les efforts aux points de fixation à la caisse dans une configuration similaire de roulage sur obstacle. Après détermination de la fonction de transfert globale, on mesure les efforts aux points de fixation à la caisse d'un même véhicule d'un système prototype de liaison au sol en reproduisant à l'identique les étapes e), f), g) avec ledit système prototype de liaison au sol fixé au même bâti à la place du système référence de liaison au sol. Ces efforts mesurés aux points de fixation à la caisse du système prototype de liaison au sol sont alors multipliés par la fonction de transfert globale du véhicule pour obtenir les niveaux de bruit et de vibration à l'intérieur de l'habitacle et permettre ainsi de caractériser la performance confort du véhicule équipe du système prototype de liaison au sol. Comme pour système de référence, il est également envisageable de remplacer les mesures sur le système prototype de liaison au sol par une simulation numérique à l'aide du même modèle fonctionnel permettant d'obtenir les efforts au points de fixation du système prototype au bâti dans une configuration similaire de roulage sur obstacle. La méthode selon l'invention permet d'évaluer la performance confort d'un système de liaison au sol nouveau (prototype) équipant un véhicule initialement équipé avec un système de référence. En outre, il est plus nécessaire de disposer du véhicule pour évaluer un nouveau système de liaison au sol différent du système référence de liaison au sol, dès lors que la fonction de transfert globale du véhicule a été établie avec un système référence sur un moyen de roulage et que ce même moyen de roulage est employé pour la mesure ou la simulation numérique des efforts aux points de fixation du système prototype de liaison au sol monté sur bâti. La méthode selon l'invention présente les avantages suivants par rapport aux méthodes présentées dans la littérature et utilisant des moyens d'excitation tels que des pots vibrants ou des marteaux dynamométriques : - les bruits d'impact du marteau dynamométrique, ou ceux produits par le fonctionnement du pot vibrant, quand bien même des dispositions sont prises pour les réduire, sont transmis par voie aérienne dans l'habitacle et s'ajoutent, au moins partiellement, au bruit que l'on souhaite enregistrer à l'intérieur de l'habitacle. - dans la méthode selon l'invention, les efforts impliqués dans la détermination de la fonction de transfert globale sont les efforts réellement transmis par le système référence de liaison au sol en situation de roulage sur l'obstacle choisi alors que ceux utilisés dans les méthodes d'excitation par pots vibrants ou marteaux dynamométriques sont en général non représentatifs de cette situation de roulage. Avec la méthode selon l'invention, il est aisé de prévoir la performance confort d'autant de systèmes prototypes de liaison au sol que l'on souhaite. Le coût de cette prévision sera, pour chaque système de liaison au sol, égal au coût d'une mesure d'efforts points de fixation à la caisse dudit système de liaison au sol, ou au coût de la simulation numérique desdits efforts. On voit, par exemple, tout l'intérêt que représente cette méthode pour la mise point d'un système de liaison au sol sur un véhicule prototype dont il n'est possible de disposer que pendant un temps bref Grâce à la méthode selon l'invention, on peut même envisager à terme, possibilité d'un échange de données entre un fabricant de systèmes de liaison au sol et un constructeur de véhicules sans le fabricant de systèmes de liaison au sol ait pu disposer du véhicule, le constructeur dudit véhicule s'occupant de réaliser l'essai sur le véhicule et de fournir ensuite la fonction de transfert globale dudit véhicule au fabricant de systèmes de liaison au sol et les conditions dans lesquelles celle ' été établie. Bien entendu la méthode selon l'invention est applicable à tout type véhicule comme notamment des véhicules de tourisme, des camionnettes ou des poids lourd pour lesquels la performance confort est importante. La méthode de prévision selon l'invention permet aisément d'adapter la taille et le nombre d'obstacles du moyen de roulage afin de simuler tel ou tel revêtement routier. Signalons enfin que, cumulée à l'information issue de la fonction de transfert centre-roue habitacle l'information issue de la fonction de transfert déterminée par la méthode selon l'invention permet d'améliorer efficacement la performance confort d'un système de liaison au sol. En effet ces deux informations permettent d'analyser d'une part le transfert des vibrations par le pneumatique et par véhicule, et d'autre part d'approfondir l'analyse du transfert des vibrations du véhicule en isolant le transfert des vibrations par la caisse et le transfert des vibrations par le système de liaison au sol. La méthode selon l'invention est illustrée par les -figures suivantes et selon lesquelles - la figure 1 montre un véhicule de tourisme, dont le pneumatique arrière gauche est placé sur un volant, - la figure 2 montre un système de liaison au sol monté sur un bâti et écrasé dans les mêmes conditions sur le même volant représenté à la figure 1; - la figure 3 montre le montage représenté à la figure 2 sous un autre angle de vue. Sur la figure 1, on distingue un véhicule de tourisme 1, dont le pneumatique arrière gauche 2 repose sur un volant 3 sur lequel est disposé un obstacle 4 de dimension prédéterminée. Des moyens non représentés sont prévus pour entreiner le volant 3 en rotation. Le véhicule est pourvu d'une caisse 50 à laquelle est fixé un système référence de liaison au sol de technologie "multi-bras". Dans l'exemple présenté au moyen des figures 1, 2, 3, le système de liaison au sol analysé comprend les éléments dont la liste suit : un pneumatique arrière gauche 2 monté sur une roue 5, d'un ensemble porte moyeu - moyeu - d'un système de freinage arrière gauche 6, d'un amortisseur arrière gauche 7, d'une attache supérieure 8 de l'amortisseur arrière gauche 7, d'un ressort arrière gauche 9, d'une pièce de filtrage 10 du ressort arrière gauche 9, d'un bras longitudinal arrière gauche 11, d'une articulation élastique 12 de connexion du bras longitudinal arrière gauche 11 à la caisse 50, d'un bras inférieur arrière gauche 13, d'une articulation élastique 14 de connexion du bras inférieur arrière gauche 13 à la caisse 50, d'un bras supérieur arrière gauche 15, d'une articulation élastique 16 de connexion du bras supérieur arrière gauche 15 à la caisse 50, d'une biellette de pince 28 arrière gauche, d'une rotule 29 assurant le lien entre la biellette 28 et la caisse 50, et de pièces secondaires non représentees sur la figure (vis, écrous, rotule, roulements, articulations élastiques, etc.). véhicule 1 est équipé à l'intérieur de son habitacle avec : - un microphone 17 localisé au niveau de l'oreille droite d'un conducteur du véhicule pour l'enregistrement du bruit; - un accéléromètre 18 tri-directionnel placé sur le volant de direction 19 du véhicule; - un accéléromètre 20 tri-directionnel placé sur ]'une des glissières du siège du conducteur. méthode selon l'invention permet de prévoir, pour une vitesse V choisie dans les conditions de roulage sur volant 3 pourvu d'un obstacle 4, la performance confort du véhicule 1 et d'analyser l'incidence sur cette performance du système de liaison au sol précédemment défini. Dans un premier temps, on réalise, dans cette position, les mesures de pression acoustique et de vibrations pour plusieurs vitesses d'entraînement du volant encadrant la vitesse de référence V. Par exemple, on propose des vitesses égales à 20% de la vitesse V. Les valeurs obtenues de bruit et de vibration sont les sorties du système qui permettent de déterminer une fonction de transfert globale du véhicule équipé de son système de liaison au sol de référence. Pour obtenir les entrées du système (ces entrées multipliées par la fonction de transfert globale devant fournir les données précédemment enregistrées), on procède, comme représenté sur la figure 2 et la figure 3, à des mesures d'efforts aux points de fixations à la caisse du système référence de liaison au sol comprenant les éléments précédemment énoncés, ledit système étant monté par ses points de fixation sur un bâti 21, le pneumatique 2 roulant sur le même volant 3 équipé du même obstacle 4. Sur les figures 2 et 3, on distingue le système référence de liaison sol fixé par ses points de fixation bâti 21 et supportant, en sa surface de contact du pneumatique 2 avec le volant, la charge supportée par ce système référence lorsqu'il est monté sur véhicule 1 tel que montré à la figure Le plan la figure 2 contient les directions les directions notées X et Z (la direction Y est perpendiculaire au plan de cette figure 2 et est parallèle à la direction de l'axe de rotation du volant 3 sur lequel est écrasé le pneumatique 2) tandis que le plan de la figure 3 contient les directions perpendiculaires Y et Z. Le bâti 21 est conçu de façon que sa première fréquence de résonance ne soit pas comprise dans la plage des fréquences de réalisation des mesures. Aux six points de fixation du système référence de liaison au sol au bati 21, sont placés des capteurs d'effort 22, 23, 24, 25, 26, 27 pour enregistrer en ces points les efforts selon trois directions perpendiculaires. Les mesures sur le système référence seul sont réalisées aux mêmes valeurs de vitesse que celles utilisées lors des mesures sur le véhicule 1 équipé du système référence de liaison au sol. En utilisant alors les valeurs mesurées sur le véhicule équipé du système référence de liaison au sol et les valeurs mesurées sur le système référence seul, on calcule, pour chaque vitesse encadrant la vitesse V, une fonction de transfert globale caractéristique du véhicule, c'est-à-dire une première fonction de transfert permettant, compte tenu des efforts aux points de fixation à la caisse, de déterminer la pression acoustique dans l'habitacle et une deuxième fonction de transfert permettant, compte tenu des mêmes efforts aux points de fixation à la caisse, d'obtenir les niveaux de vibration au volant et au plancher du véhicule. Enfin, une fonction de transfert globale du véhicule à la vitesse V est établie en réalisant une moyenne des différentes fonction de transfert globales obtenues pour chaque vitesse. Ayant alors obtenu la fonction de transfert globale d'un véhicule équipé du système référence de liaison au sol, il est aisé de prévoir, pour ce même véhicule, le niveau de performance confort d'un système prototype différent du système référence. Pour cela, il suffit de reprendre les opérations précédemment décrites pour le système référence monté sur le bâti de mesure 21 comme montré à la figure 2 afin de déterminer, par exemple par la mesure, les efforts points de fixation au bâti sur lequel est monté le système prototype dont on cherche à caractériser le niveau de performance sur le véhicule. Ces efforts sont traités de la même manière que les efforts obtenus avec le système référence et sont ensuite multipliés par la fonction de transfert globale du véhicule précédemment déterminée. En utilisant la méthode selon l'invention, on peut ainsi aisément modifier tel ou tel élément formant le système de liaison au sol d'un véhicule et prévoir l'incidence de ce changement sur la performance confort dudit véhicule. REVENDICATIONS 1 - Méthode de prévision de la performance confort (bruit, vibrations) dans l'habitacle d'un véhicule (1) équipé d'un système prototype de liaison au sol, ledit véhicule roulant à une vitesse donnée V sur un moyen de roulage (3) comportant au moins un obstacle (4) de dimension prédéterminée sur sa surface de roulage, cette méthode de détermination consistant : - dans un premier temps, à obtenir une fonction de transfert globale du vehicule équipé d'un système référence de liaison au sol en mesurant les niveaux de bruit et/ou de vibration à l'intérieur du véhicule lorsque celui-ci roule sur le moyen de roulage pourvu du/des obstacle(s) et en mesurant où en calculant à l'aide d'un modèle numérique fonctionnel les efforts aux points de fixation à la caisse du même système référence de liaison au soi au cours d'un roulage à la même vitesse V sur le même moyen de roulage pourvu du/des obstacle(s), - dans un deuxième temps, à mesurer où à calculer à l'aide d'un modèle numérique fonctionnel les efforts aux points de fixation à la caisse du système prototype de liaison au dans les mêmes conditions de roulage que celles employées précédemment pour le système référence de liaison au sol; - dans un dernier temps, en calculant les sorties bruit et/ou vibrations dans le véhicule en multipliant la fonction de transfert globale du véhicule par les efforts aux points de fixation à la caisse du système prototype de liaison au sol. 2 - Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que, pour déterminer la fonction de transfert globale, il est procédé à des mesures sur le véhicule (1) selon les étapes suivantes : a) on équipe le véhicule avec le système référence de liaison au sol, b) on dispose à l'intérieur du véhicule de moyens (17, 18, 20) aptes à enregistrer le bruit et les vibrations en des points préalablement déterminés dans l'habitacle; c) on place au ledit système référence de liaison au sol sur un moyen de roulage (3) pourvu sur sa surface de roulage du/des obstacle(s) (4); d) on met en rotation, à la vitesse V, le moyen de roulage et on fait l'acquisition ZD des signaux bruit et vibration à l'intérieur de l'habitacle; et est procédé à des mesures sur ledit système référence de liaison sol selon les étapes suivantes: f) en ses points de fixation à la caisse, on fixe le système référence de liaison au soi à bâti (21) équipé en ces points de moyens (22, 23, 24, 25, 26, 27) de mesure des efforts exercés dans trois directions perpendiculaires, g) on écrase ledit système référence de liaison au sol contre le moyen de roulage de C Petape d) pourvu du/des même(s) obstacle(s), de façon à ce que ledit système de liaison au sol supporte, en sa/ses surfaces de contact avec le sol, des charges identiques aux charges supportées sur le véhicule dans la position considérée; h) on fait rouler le moyen de roulage à la vitesse V et on fait l'acquisition des efforts résultants aux points de fixation au bâti du système référence de liaison au sol, 3 - Méthode selon la revendication 2 caractérisée en ce que l'obtention de la fonction de transfert g a lobale se fait en réitérant les mesures décrites aux étapes a) à h) pour au moins deux autres vitesses encadrant la vitesse V et en faisant une moyenne des fonctions de transfert obtenues pour toutes ces vitesses.