Brevet FR2967259A1 — publié le 20120511

L'invention concerne les tests tribologiques concernant les pneumatiques de roue. Un tribomètre sert classiquement à analyser le comportement d'un matériau lorsqu'il frotte contre un autre matériau. A cette fin, le tribomètre fait coulisser l'un contre l'autre les deux matériaux. On peut ainsi quantifier le frottement, l'usure ou l'élévation de température au contact des deux matériaux par exemple. Il est possible de mener ce type d'analyse pour étudier le comportement d'un pneumatique en glissement sur une surface représentant la chaussée. Toutefois, cela s'avère insuffisant pour étudier l'interaction entre un pneumatique et la chaussée. Un but de l'invention est d'améliorer la connaissance de cette interaction et de ce fait la conception des nouveaux pneumatiques. A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé de test tribologique relatif à un pneumatique, dans lequel on déplace un pain représentant une fraction isolée d'une bande de roulement d'un pneumatique suivant une trajectoire prédéterminée non rectiligne jusqu'à une surface de contact. Ainsi, le procédé permet d'analyser la cinématique de pose d'un pain de gomme sur le sol. Une telle étude permet d'examiner le comportement global du pain ainsi que celui de chacune de ses sculptures s'il en présente. En particulier, ce procédé permet de reproduire de manière expérimentale les mouvements de chaque fraction du pain, par exemple chaque sculpture, lorsqu'elle entre dans l'aire de contact avec le sol, sous une charge prédéterminée et avec une vitesse de glissement prédéterminée par rapport au sol éventuellement. Le procédé permet d'effectuer rapidement ces analyses. Le fait qu'on utilise seulement un pain formant une fraction isolée d'un pneumatique dispense de fabriquer une enveloppe complète formant un prototype du pneumatique, fabrication coûteuse en temps et en ressources. Le pain comprend toutefois avantageusement tous les constituants qu'il présenterait s'il avait été extrait effectivement d'un pneumatique. Il comprend ainsi de la gomme comportant un mélange d'élastomère naturel, d'élastomère synthétique, d'huile et d'adjuvants. Il peut comprendre en outre un ou plusieurs éléments solides de renfort et/ou de structure tels que des câbles, des armatures, etc. Le procédé permet donc de confronter rapidement différentes solutions de forme et/ou de matériau pour sélectionner la ou les meilleures d'entre elles et accélère de ce fait le développement de nouveaux produits pour réduire leur délai de mise sur le marché. Avantageusement, on déplace le pain de sorte qu'une vitesse du pain par 2967259 -2- rapport à la surface lors du contact présente une composante non nulle suivant une direction parallèle à la surface. Ainsi, on simule un glissement du pain sur le sol lors de la mise en contact. Dans un mode réalisation, la composante de vitesse est orientée dans un 5 sens de déplacement du pain sur sa trajectoire avant le contact. Cela correspond à une circonstance de freinage du véhicule. Dans un autre mode de réalisation, la composante de vitesse est orientée dans un sens opposé à un sens de déplacement du pain sur sa trajectoire avant le contact. 10 On se trouve dans un cas correspondant à une accélération du véhicule. De préférence, on fait glisser le pain contre la surface, Ainsi, le procédé permet non seulement de simuler l'interaction du pain avec le sol lors de leur mise en contact mutuelle mais aussi le comportement du pain lors de son glissement subséquent sur le sol. 15 Avantageusement, on presse le pain contre la surface. Ainsi, on simule une charge pesant sur le pneumatique lors de son contact avec le sol. On prévoit également selon l'invention un tribomètre qui comprend : - une bande flexible présentant deux extrémités longitudinales distantes l'une de 20 l'autre, - une surface de contact, et - des moyens aptes à rapprocher la bande de la surface suivant une trajectoire prédéterminée non rectiligne. La bande sert de support pour un pain isolé formant une fraction de 25 pneumatique. Lors du rapprochement de la bande par rapport à la surface, le pain vient en contact avec cette dernière comme indiqué plus haut. Le tribomètre pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - le tribomètre comprend un gabarit sur lequel la bande est en appui pour 30 déterminer sa trajectoire; - il comprend au moins une poulie supportant la bande, de préférence au moins deux poulies; - la poulie ou au moins l'une des poulies est libre à rotation; et - la poulie ou au moins l'une des poulies est apte à entraîner la bande. 35 Avantageusement, le tribomètre comprend au moins un tensionneur, tel qu'un vérin, relié à une extrémité de la bande. Ainsi, on maintient la bande avec un niveau de tension lui permettant d'être 2967259 -3- appliquée convenablement contre le ou les organes du tribomètre qui la supportent. De préférence, le tribomètre comprend des moyens pour déplacer la bande suivant une trajectoire rectiligne parallèle à la surface. 5 De préférence, le tribomètre comprend des moyens pour solliciter la bande en direction de la surface durant son déplacement parallèle à la surface. Avantageusement, le tribomètre comporte: - un équipage comprenant la bande et les moyens de rapprochement, et - des moyens pour déplacer l'équipage par rapport à la surface avec une vitesse 10 prédéterminée. On peut ainsi mettre le pain en contact avec la surface en le faisant glisser par rapport à celle-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non 15 limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 et 2 sont deux vues en élévation d'un tribomètre selon l'invention montrant deux étapes de mise en ceuvre du procédé de l'invention ; et - les figures 3 et 4 illustrent à plus grande échelle la zone du tribomètre comprenant le pain lors de la mise en contact de ce dernier avec le sol, dans 20 deux circonstances d'utilisation. Nous allons décrire en référence aux figures 1 et 2 un tribomètre 2 selon l'invention. Le tribomètre sert ici à l'analyse d'un pain 4 formant une fraction isolée d'une bande de roulement d'un pneumatique de véhicule. Le véhicule est par exemple un véhicule de tourisme, un véhicule utilitaire, un véhicule de type léger, 25 un véhicule de type poids lourd ou encore une engin de génie civil. Le pain comprend de la gomme et éventuellement un ou plusieurs éléments de structure ou de renfort. Le pain a par exemple une forme générale de parallélépipède et présente deux faces principales supérieure 6 et inférieure 8, illustrées à la figure 3 et opposées l'une à l'autre. En l'espèce, le pain a été 30 obtenu en le fabriquant directement sous forme isolée et non en l'extrayant d'un pneumatique. La tribomètre 2 comporte un bâti 10 comprenant notamment dans le présent exemple un mât vertical 12 et un longeron horizontal 14 perpendiculaire au mât et fixé au sommet de ce dernier. 35 On utilise dans la suite le repère X, Z illustré sur les figures et dans lequel la direction X est horizontale et parallèle au longeron 14 tandis que la direction Z est verticale et parallèle au mât 12. 2967259 -4- Le tribomètre comprend un substrat 16 sous la forme d'un bloc en forme générale de parallélépipède rectangle, présentant une face supérieure plane horizontale 18. Cette face simule la chaussée avec laquelle le pneumatique est destiné à venir en contact pour y rouler. 5 Le tribomètre 2 comprend un équipage 16 monté mobile à coulissement sur le longeron 14 et par rapport à ce dernier suivant la direction X, par l'intermédiaire d'un chariot 20. Le chariot 20 comprend une motorisation permettant le déplacement de l'équipage 16 pour ce coulissement. Le tribomètre 2 comprend en outre des moyens de commande 22 aptes notamment à commander le 10 coulissement de l'équipage 16 avec une vitesse prédéterminée réglable VX par rapport à la surface 18. L'équipage 16 comprend un organe de mise en charge 24 tel qu'un chariot fixé rigidement au chariot 20 au moyen d'un bras 26. L'équipage comprend une armature 28 montée mobile à coulissement dans le chariot 24 suivant la direction 15 verticale, par rapport à ce dernier. Le chariot 24 comprend également une motorisation apte à manceuvrer dans les deux sens l'armature 28 pour la rapprocher ou l'éloigner de la face 18. Les moyens de commande 22 sont aptes à commander ce mouvement. L'armature 28 porte deux poulies respectivement 30 et 32 montées mobiles à 20 rotation par rapport à l'armature autour d'axes horizontaux respectifs 34, 36 parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction X. La poulie 32 est libre à rotation. La poulie 30 est motrice et associée à une motorisation commandée par les moyens 22. Le tribomètre comprend une bande flexible 40, en l'espèce réalisée en métal. 25 II s'agit d'une bande allongée rectiligne présentant deux extrémités distantes l'une de l'autre. L'extrémité avant inférieure 42 de la bande est rigidement fixée au pourtour de la poulie 30 afin que cette dernière puisse mettre la bande en tension et que la bande s'enroule partiellement contre la circonférence de la poulie. L'autre extrémité supérieure arrière 44 de la bande est fixée à un tensionneur 46 30 réalisé ici sous la forme d'un vérin. Le corps du vérin est rigidement fixé à l'armature 28 tandis que son piston est relié à la bande afin de tendre celle-ci en coopération avec la poulie 30, ces deux organes générant des forces de tension localement en sens opposés sur la bande. L'armature 28 porte un patin 50 présentant une semelle inférieure plane 35 horizontale 52 s'étendant parallèlement à la surface 18 et au tronçon de bande s'étendant de l'une à l'autre des deux poulies. Ce tronçon est interposé suivant la direction Z entre la semelle 52 et la surface 18. 2967259 -5- La bande présente donc les tronçons suivants à la suite les uns des autres à partir de l'extrémité supérieure arrière 44 jusqu'à l'extrémité inférieure avant 42 : - un tronçon vertical entre le tensionneur 46 et la poulie libre 32, - un tronçon courbe appliqué sur une fraction de la circonférence de la poulie 5 libre, - un tronçon rectiligne horizontal de l'une à l'autre des deux poulies, - voire en outre un tronçon courbe appliqué sur une fraction du pourtour de la poulie motrice 30. Le tensionneur 46 et la poulie 30 assurent la tension permanente de la bande 10 quelle que soit la position du pain au cours de la mise en ceuvre du procédé. Le patin 50 garantit la planéité du tronçon de bande s'étendant de l'une à l'autre des poulies. La poulie libre 32 forme un gabarit et est dimensionnée en fonction du pneumatique soumis à l'étude via le pain 4 qui en représente une fraction. Plus 15 précisément, la poulie 32 présente un rayon dans le plan X, Z qui est égal au rayon de Koutny de l'enveloppe du pneumatique correspondant. Le pain est muni d'un ou plusieurs capteurs permettant d'effectuer les relevés souhaités, par exemple un ou plusieurs capteurs de température et/ou un ou plusieurs capteurs de force. Ces capteurs sont reliés à des moyens informatiques 20 d'enregistrement et de traitement des données, formés par exemple par les moyens 22, comprenant au moins un ordinateur. Le procédé est mis en ceuvre de la façon suivante. La figure 1 illustre le début du procédé. Le vérin 46 a son piston en position haute rentrée, le piston et l'extrémité 44 de la bande occupant leur position la plus 25 haute. L'extrémité avant 42 de la bande s'étend sous la poulie 30, aucune partie de la bande n'étant enroulée sur cette dernière. L'ensemble des pièces du tribomètre est alors à l'arrêt. On fixe, par exemple par collage, un pain 4 sur une face externe de la bande opposée à sa face interne venant en contact avec les poulies et le 30 patin 50. C'est par exemple la face 6 du pain qui est collée à la bande. Le collage a lieu par exemple sur un tronçon de la bande appliqué contre la poulie 32, sans que le pain soit en contact avec la surface 18. Dans une étape suivante, les moyens 22 commandent le coulissement de l'équipage 16 avec une vitesse VX suivant la direction horizontale, vers la droite 35 sur la figure. Simultanément, les moyens 22 commandent la rotation de la poulie motrice 30 de sorte que le pain 4 présente une vitesse linéaire Ve illustrée à la figure 3. Au cours de ce mouvement, la poulie 30 et le vérin 46 maintiennent la 2967259 -6- bande en tension. De la sorte, la bande est appliquée contre la poulie 32 si bien que le pain 4 suit, par rapport à l'armature 28 et au sein de celle-ci, une trajectoire 54 qui le rapproche de la surface 18 jusqu'à le mettre en contact avec cette dernière. Compte tenu du fait que la poulie 32 est dimensionnée avec le 5 rayon de Koutny, cette trajectoire est la même que si le pain était intégré à la bande de roulement du pneumatique considéré et que ce dernier, monté sur un véhicule, roulait sur la chaussée. Le pain se déplace donc le long du pourtour de la poulie 32 jusqu'à venir en contact avec la surface 18 sous la poulie. La trajectoire 54 est comprise dans un 10 plan parallèle aux directions X et Z. Il s'agit d'une trajectoire convexe en arc de cercle centrée sur l'axe 36 et tangente à la surface 18 pour les points de la face externe inférieure 8 du pain. Les vitesses VX et Ve ont été choisies de façon à reproduire une situation de glissement prédéterminée entre le pain 4 et le bloc 16. On peut quantifier ce 15 glissement par la valeur g telle que g = ( VX -Ve) / VX. Si g est négatif, on se trouve dans un cas correspondant à une accélération du véhicule. Si g est positif, cela correspond à une circonstance de freinage. Ces deux situations ont été illustrées respectivement aux figures 3 et 4. On a illustré par Vp la composante de la vitesse de déplacement du pain par rapport à la 20 surface 18 qui est parallèle à cette surface 18. En l'espèce, Vp= VX - Ve et cette composante constitue à elle seule cette vitesse. Dans le premier cas, la vitesse est orientée dans un sens opposé à un sens de déplacement du pain sur la trajectoire 54. Dans le deuxième cas, elle est orientée dans le même sens que le sens de déplacement du pain sur la trajectoire 54. 25 Après cette mise en contact, le déplacement du chariot et du pain se poursuivent avec les mêmes vitesses linéaires VX et Ve. A partir du contact, le pain suit une trajectoire rectiligne parallèle à la surface 18 qui correspond au passage du tronçon de bande portant le pain de l'une à l'autre des poulies 30 et 32. Au cours de ce passage, le patin 50 maintient le pain convenablement appliqué 30 contre la surface 18 pour garantir que sa trajectoire est rectiligne par rapport au bloc 16. De plus, il exerce une sollicitation produite par le chariot 24 et simulant une charge verticale sur le pain. A cette fin, le chariot 24 applique l'armature 28 avec un effort prédéterminé contre le bloc 16. A la fin de la mise en ceuvre du procédé, l'extrémité avant 42 de la bande se 35 trouve en partie haute de la poulie 30, par exemple au sommet de cette dernière comme illustré à la figure 2. L'invention permet donc de reproduire de manière expérimentale l'arrivée du 2967259 -7- pain dans l'aire de contact du pneumatique avec le sol puis son glissement sur le sol. Naturellement, on peut prévoir que les modules des vitesses VX et Ve sont égaux de sorte que ce glissement est nul. Le tribomètre permet de contrôler de nombreux paramètres du test tels que 5 la température du pain, le niveau de charge appliqué par l'organe 24, le module de glissement choisi et le profil de mise à plat procuré par la poulie 32. Il peut être adapté pour contrôler en outre la température de la piste 16 ou une hauteur d'eau éventuelle sur la face 18. On peut aussi choisir le matériau de la piste et l'état de surface de la face 18. 10 La tension appliquée par le vérin 46 est par exemple de 275 daN. Les poulies 30 et 32 ont par exemple des diamètres respectifs de 200 et 300 mm avec un entre-axe de 300 mm. On peut prévoir que le vérin 46 a une course de 300 mm. Toutes ces valeurs, bien entendu, ne sont pas limitatives et peuvent être augmentées ou réduites. 15 Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. Il est envisageable que le pain servant au test soit effectivement obtenu par découpe dans un pneumatique. REVENDICATIONS1. Procédé de test tribologique relatif à un pneumatique, caractérisé en ce qu'on déplace un pain (4) représentant une fraction isolée d'une bande de roulement d'un pneumatique suivant une trajectoire prédéterminée non rectiligne (54) jusqu'à une surface de contact (18). 2. Procédé selon la revendication précédente dans lequel on déplace le pain (4) de sorte qu'une vitesse (Ve) du pain par rapport à la surface lors du contact présente une composante non nulle suivant une direction parallèle à la surface. 3. Procédé selon la revendication précédente dans lequel la composante de vitesse est orientée dans un sens de déplacement du pain sur sa trajectoire (54) avant le contact. 4. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la composante de vitesse est orientée dans un sens opposé à un sens de déplacement du pain sur sa trajectoire (54) avant le contact. 5. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on fait glisser le pain (4) contre la surface, 6. Procédé selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on presse le pain (4) contre la surface. 7. Tribomètre (2) caractérisé en ce qu'il comprend : - une bande flexible (40) présentant deux extrémités longitudinales (42, 44) distantes l'une de l'autre, - une surface de contact (18), et - des moyens (32) aptes à rapprocher la bande de la surface suivant une trajectoire prédéterminée non rectiligne (54). 8. Tribomètre selon la revendication précédente qui comprend un gabarit (32) sur lequel la bande est en appui pour déterminer sa trajectoire. 9. Tribomètre selon au moins l'une quelconque des revendications 7 à 8 qui comprend au moins une poulie (30, 32) supportant la bande, de préférence au moins deux poulies. 10. Tribomètre selon la revendication précédente dans lequel la poulie ou au moins l'une (32) des poulies est libre à rotation. 11. Tribomètre selon au moins l'une quelconque des revendications 9 à 10 dans lequel la poulie ou au moins l'une (30) des poulies est apte à entraîner la bande. 12. Tribomètre selon au moins l'une quelconque des revendications 7 à 11, qui comprend au moins un tensionneur (46), tel qu'un vérin, relié à une extrémité(44) de la bande. 13. Tribomètre selon au moins l'une quelconque des revendications 7 à 12 qui comprend des moyens (20, 30) pour déplacer la bande suivant une trajectoire rectiligne parallèle à la surface. 14. Tribomètre selon la revendications précédente qui comprend des moyens (24) pour solliciter la bande en direction de la surface (18) durant son déplacement parallèle à la surface. 15. Tribomètre selon au moins l'une quelconque des revendications 7 à 14 qui comporte: - un équipage (16) comprenant la bande et les moyens de rapprochement, et - des moyens (20) pour déplacer l'équipage par rapport à la surface avec une vitesse prédéterminée (VX).