Brevet FR2999987A1 — publié le 20140627

- 1 - P10-2984 FR DISPOSITIF STRUCTUREL DE RÉDUCTION DU BRUIT DE ROULAGE D'UN PNEU. Domaine de l'invention [0001] La présente invention concerne des pneumatiques comportant dans leur structure un dispositif pour atténuer le bruit généré par un pneu en roulage sur route. Art antérieur [0002] Dans de nombreux pays, des règlements ont été établis pour imposer une réduction sensible du bruit généré par les véhicules lors du roulage. Cette démarche a conduit les manufacturiers de pneus à chercher à réduire la part du bruit provenant des pneus équipant ces véhicules. Récemment, un système d'étiquetage a été introduit sur les pneus afin d'informer le consommateur des niveaux de performance et notamment du niveau de bruit en roulage. [0003] Un pneu pour véhicule de tourisme comprend en règle générale un sommet prolongé de part et d'autre par des flancs se terminant par des bourrelets prévus pour coopérer avec une jante de montage du pneu. Ce pneu une fois monté sur sa jante de montage délimite une cavité interne qui est soumise à une pression de gonflage ; ce pneu comprend une armature de carcasse ancrée à ses deux extrémités dans des bourrelets, cette armature s'étendant dans les flancs et dans le sommet du pneu. En outre, cette armature de carcasse est surmontée radialement à l'extérieur par une armature de sommet composée le plus souvent d'une pluralité de nappes de renforcement, cette armature de sommet étant elle-même surmontée par une bande de roulement destinée à venir en contact avec une route lors de l'utilisation du pneu. [0004] Il est connu qu'un pneu en roulage génère du bruit comprenant différentes composantes, parmi lesquelles on peut distinguer des composantes de bruit externe et des composantes de bruit interne au pneu. Parmi les composantes de bruit externe au pneu, on note un bruit de résonance de l'air circulant dans les rainures de la bande de roulement au cours du passage dans le contact. On note aussi un bruit externe généré par les - 2 - vibrations de l'air contenu dans le coin d'air formé entre la route et le pneu dans la partie avant du pneu. Il y a enfin une composante de bruit dans la partie externe au pneu du côté de ses flancs. Parmi les composantes de bruit interne, on note un bruit, dit « bruit de cavité » qui est lié à une résonance de l'air contenu sous pression dans la cavité interne délimitée par le pneu et sa jante de montage. Diverses solutions ont été proposées pour réduire l'une ou l'autre de ces composantes. [0005] L'objectif de la présente invention est de réduire davantage encore les composantes du bruit de roulage interne et/ou externe notamment le bruit externe généré dans les parties latérales par le pneu. Par parties latérales d'un pneu, on entend dans le présent document, les bourrelets et les flancs d'un pneu. [0006] Il est connu, pour réduire le bruit en roulage de former dans la structure du pneu au moins une cavité de dimension appropriée pour jouer le rôle d'un absorbeur de vibrations ou celui d'un résonateur de type de Helmholtz ou celui d'un résonateur de type quart d'onde, chaque cavité étant ou non en relation fluidique avec l'air extérieur environnant le pneu ou avec la cavité interne du pneu. [0007] Le document JP-A-2001071723 décrit un pneu ayant une armature de carcasse ancrée dans des bourrelets, chaque bourrelet étant destiné à coopérer avec une jante de montage. Cette jante de montage délimitant avec le pneu une cavité destinée à contenir la pression de gonflage du pneu en usage. Chaque bourrelet comprend une armature de renforcement circonférentiel autour de laquelle est ancrée par retournement l'armature de carcasse. Entre l'armature de carcasse et son retournement et radialement à l'extérieur de l'armature de renforcement circonférentiel on dispose une pluralité de cavités remplies avec un fluide, ces cavités étant réparties dans la direction circonférentielle et calibrées pour jouer le rôle d' absorbeur de vibrations génératrices de bruit en roulage du pneu. [0008] La demande de brevet publiée sous le numéro WO 2008/071422 décrit également un pneu comprenant dans sa structure au moins un tube relié par un passage fluidique vers l'intérieur de la cavité du pneu afin de réduire les bruits de résonance dus aux vibrations de l'air inclus dans ladite cavité. -3- 100091 Ce type de solution, bien que satisfaisant sur le plan de la réduction du bruit en roulage, présente un inconvénient majeur résultant de la modification sensible des rigidités du pneu et par voie de conséquence une réduction de ses performances. [0010] Il existe par ailleurs des solutions qui n'altèrent pas les rigidités du pneu en disposant des résonateurs de Helmholtz ou quart d'onde sur la jante de montage du pneu comme par exemple dans le document WO 2005/068223. Ce type de solution présente toutefois plusieurs inconvénients : la nécessité d'intervenir sur la jante de montage et la difficulté de montage du pneu sur la jante. Par ailleurs, ce type de résonateur ne permet pas de diminuer les bruits en roulage générés par les parties latérales du pneu avec l'air environnant. [0011] Définitions : [0012] Par direction radiale, on entend dans le présent document une direction qui est perpendiculaire à l'axe de rotation du pneu (cette direction correspond à la direction de l'épaisseur de la bande de roulement). [0013] Par direction transversale ou axiale, on entend une direction parallèle à l'axe de rotation du pneu. [0014] Par direction circonférentielle, on entend une direction qui est tangente à tout cercle centré sur l'axe de rotation. Cette direction est perpendiculaire à la fois à la direction axiale et à une direction radiale. [0015] Par axialement vers l'extérieur, on entend une direction qui est orientée vers l'extérieur de la cavité interne du pneu. [0016] Plan équatorial : plan perpendiculaire à l'axe de rotation et passant par les points du pneu axialement les plus à l'extérieur, ce plan équatorial divisant virtuellement la bande de roulement du pneu en deux moitiés de largeurs sensiblement égales. [0017] Les conditions usuelles de roulage du pneu ou conditions d'utilisation sont celles qui sont définies par la norme E.T.R.T.O. ; ces conditions d'utilisation précisent la pression de gonflage de référence correspondant à la capacité de charge du pneu indiquée par son indice de charge et son code vitesse. Ces conditions d'utilisation peuvent aussi être dites "conditions nominales" ou "conditions d'usage". - 4 - Description de l'invention [0018] L'objet de l'invention est de proposer une solution permettant une réduction des composantes externes et internes du bruit en roulage d'un pneu, et plus particulièrement du bruit dans les fréquences allant de 500 Hz à 2000 Hz, tout en conservant au pneu un niveau de rigidité approprié permettant l'obtention de bonnes performances en roulage. [0019] Dans ce but, l'invention concerne un pneu destiné à être monté sur une jante de montage, ce pneu comprenant un sommet prolongé de part et d'autre par des parties latérales comprenant chacune un flanc se terminant par un bourrelet prévu pour coopérer avec la jante de montage du pneu. Chaque bourrelet comprend au moins une armature de renforcement circonférentiel. Ce pneu comprend une armature de carcasse ancrée à chacune de ses deux extrémités dans un bourrelet par retournement autour de l'armature de renforcement circonférentiel pour former un retournement. Cette armature de carcasse s'étend dans les flancs et dans le sommet du pneu. Elle est surmontée radialement vers l'extérieur par une armature de sommet (7). [0020] Ce pneu comprend dans l'une au moins de ses parties latérales, au moins une cavité en liaison fluidique avec l'extérieur du pneu, chaque cavité ayant un volume approprié pour former un résonateur calibré apte à atténuer au moins en partie le bruit dans une gamme de fréquences comprises entre 500 et 2000 Hz. Ce pneu est caractérisé en ce que chaque cavité formant résonateur dans l'une au moins des parties latérales du pneu est disposée dans la direction circonférentielle et est remplie avec un matériau cellulaire à cellules ouvertes. [0021] Par liaison fluidique avec l'extérieur du pneu, on entend que chaque cavité peut être ouverte sur la cavité interne du pneu ou sur l'air ambiant environnant le pneu. Dans le premier cas, la pression qui s'établie dans chaque cavité est la pression atmosphérique tandis que dans le deuxième cas c'est la pression de la cavité interne qui s'établie. [0022] Cette disposition permet une atténuation de l'amplitude voire la suppression du bruit dans une plage de fréquences choisie au préalable en fonction du résultat recherché. [0023] Dans une variante particulièrement intéressante, le matériau employé est un matériau cellulaire de type mousse métallique dont l'intérêt est d'être à la fois léger et 2 99998 7 - 5 - suffisamment rigide pour permettre un bon fonctionnement une fois incorporé dans la structure du pneu. [0024] Ce matériau cellulaire de type mousse métallique est choisi parmi les mousses formées à partir de métaux ayant des points de fusion inférieurs à 2000 °Celsius comme 5 l'étain, le zinc, le magnésium, l'aluminium, l'argent, le cuivre, le manganèse, le silicium, le nickel, le cobalt, le fer, le titane, le zirconium, le vanadium. [0025] Préférentiellement, on choisit parmi les mousses métalliques à base de magnésium, aluminium, cuivre, silicium, titane, nickel, cobalt ou fer. Ces matériaux présentent l'avantage d'offrir sous forme de mousse des propriétés mécaniques adaptées 10 pour la présente application en tant que matériau de remplissage des résonateurs. [0026] Préférentiellement la densité apparente du matériau de type mousse métallique est au moins égale à 0.5 et au plus égale à 1.8. Cette plage de densités correspond à la plage d'expansion - 400% à 600% - qu'il est possible d'atteindre grâce au procédé d'obtention de telles mousses (un tel procédé est décrit dans le brevet US 4713277). 15 [0027] Il a été observé que la taille des cellules de la mousse métallique devait préférentiellement être comprise entre 1 i.tm et 3 mm, et encore plus préférentiellement entre 5 i.tm et 2 mm et encore plus préférentiellement entre 10 i.tm et 1 mm. La taille d'une cellule est définie comme la plus grande des dimensions de ladite cellule. Si la taille des cellules est inférieure à 1 lm, il n'est pas certain que le résonateur puisse encore 20 jouer son rôle de résonateur, les cellules pouvant être fermées. Au-delà de 3 mm, la résistance mécanique des mousses métalliques peut devenir insuffisante. [0028] Dans une variante avantageuse, le pneu selon l'invention est caractérisé en ce que au moins une cavité est formée dans ou au voisinage d'un bourrelet, cette cavité ayant une section vue dans un plan de coupe contenant l'axe de rotation du pneu qui est de forme 25 allongée. Cette forme allongée est choisie parmi les formes ovales, rectangulaires ou triangulaires. Cette forme allongée dans la direction radiale est favorable pour assurer un bon fonctionnement mécanique des bourrelets lors du roulage compte tenu des flexions répétées à chaque tour de roue. [0029] Dans une autre variante avantageuse, et pour accroître encore la souplesse de flexion à chaque tour de roue, le pneu selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est - 6 - formé une pluralité de cavités disjointes les unes des autres dans la direction circonférentielle, ces cavités étant remplies avec un matériau cellulaire s'ouvrant à l'extérieur du pneu. [0030] Cette disposition présente l'intérêt de faciliter la flexion du pneu dans la direction transversale. [0031] De façon préférentielle, chaque cavité forme un résonateur de Helmholtz, ce type de résonateur étant relativement simple et aisé à calibrer en fonction des fréquences sonores que l'on souhaite réduire. [0032] Pour réduire encore le bruit en roulage, il est possible de combiner dans un pneu comprenant des résonateurs dans l'une au moins des parois latérales du pneu la présence d'au moins un résonateur du même type dans le sommet du pneu. Chaque résonateur dans le sommet est formé par au moins une cavité en liaison fluidique avec l'atmosphère environnant le pneu lorsque celui-ci est monté sur sa jante, chaque cavité ayant un volume approprié pour former un résonateur calibré pour atténuer au moins en partie le bruit dans une gamme de fréquences comprises entre 500 et 2000 Hz. Chaque cavité ainsi formée dans le sommet du pneu est arrangée dans la direction circonférentielle et est remplie avec un matériau cellulaire à cellules ouvertes. Préférentiellement, ces cavités sont localisées radialement sous la partie de la bande de roulement prévue pour être usée en roulage afin de ne pas entrer en contact avec la chaussée lors du roulage. [0033] Ces cavités formées dans le sommet sont comme celles formées dans les parois latérales du pneu remplies avec un matériau cellulaire de type mousse métallique dont l'intérêt est d'être à la fois léger et suffisamment rigide pour permettre un bon fonctionnement une fois incorporé dans la structure du sommet du pneu. [0034] Dans une variante avantageuse, le pneu selon l'invention est tel que sa bande de roulement comprend une pluralité de rainures dont au moins une rainure est orientée circonférentiellement, chaque rainure étant délimitée par des parois, ces parois étant reliées entre elles par un fond de rainure, et en ce que les cavités remplies avec un matériau cellulaire à cellules ouvertes sont formées radialement à l'intérieur des fonds de rainure, chaque cavité étant prévue pour s'ouvrir dans au moins une rainure. -7- 100351 Cette disposition présente l'intérêt de faciliter la flexion du pneu dans la direction circonférentielle. [0036] Dans une autre variante avantageuse, et pour accroître encore la souplesse de mise à plat, le pneu selon l'invention est tel qu'il est formé une pluralité de cavités disjointes les unes des autres dans la direction circonférentielle, chaque cavité s'étendant sensiblement d'un bord à l'autre de la bande de roulement, ces cavités remplies avec un matériau cellulaire s'ouvrant dans au moins une rainure. [0037] Dans une autre variante avantageuse, le pneu selon l'invention comprend une pluralité de cavités disjointes les unes des autres dans la direction transversale, chaque cavité faisant un tour complet du pneu et s'ouvrant dans au moins une rainure. [0038] Cette disposition présente l'intérêt de faciliter la flexion du pneu dans la direction transversale. [0039] Dans une autre variante avantageuse, on combine une meilleure flexibilité circonférentielle et transversale en pourvoyant le pneu selon l'invention avec une pluralité de cavités disjointes les unes des autres dans la direction circonférentielle et dans la direction transversale, ces cavités étant uniformément réparties dans le sommet du pneu à la fois dans la direction circonférentielle et dans la direction transversale, chaque cavité remplie avec un matériau cellulaire s'ouvrant dans au moins une rainure. Brève description des dessins [0040] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. [0041] La figure 1 montre une vue partielle d'un pneu selon une première variante de l'invention ; [0042] La figure 2 montre une vue partielle d'un pneu selon une deuxième variante de l'invention ; [0043] La figure 3 montre une vue en coupe méridienne d'une partie d'un pneu selon une troisième variante de l'invention. -8 Description détaillée de l'invention [0044] Pour faciliter la lecture des figures, des mêmes signes de référence peuvent être employés pour la description de variantes de l'invention dès lors que ces signes de référence renvoient à des éléments d'une même nature qu'elle soit structurelle ou bien fonctionnelle. [0045] La figure 1 montre une vue partielle d'un pneu selon une première variante de l'invention. Selon cette première variante, un pneu comprend une armature de carcasse [0046] Dans cette première variante, un pneu 1 de dimension 205/55 R 16 comprend un sommet 2 prolongé à ses extrémités axiales par des flancs 3 se terminant par des bourrelets 4 prévus pour coopérer avec une jante de montage du pneu. Ce pneu 1 comprend une armature de carcasse 5 ancrée à ses deux extrémités dans les bourrelets 4 en faisant le tour d'une armature de renforcement circonférentiel 6. Cette armature de carcasse 5 s'étend dans les flancs 3 et dans le sommet 2 du pneu. [0047] L'armature de carcasse 5 est surmontée radialement à l'extérieur par une armature de sommet 7 composée de deux nappes de travail 71, 72 dont les renforts sont croisés d'une nappe à la suivante, cette armature de sommet 7 étant surmontée par une bande de roulement 20 destinée à venir en contact avec la route lors de l'utilisation du pneu. [0048] Dans chaque bourrelet 4, l'armature de carcasse est retournée pour former un retournement 51. Entre le retournement 51 et l'armature de carcasse 5, il est formée une cavité 8 continue circonférentiellement. Cette cavité 8 s'étend radialement au-delà de l'extrémité radialement la plus à l'extérieur du retournement et a un profil vu en coupe qui est courbe afin de suivre au mieux le profil de l'armature de carcasse. Cette cavité se termine radialement à l'intérieur à proximité de l'armature de renforcement de bourrelet 6. La cavité 8 est en communication fluidique avec la cavité interne du pneu destinée à contenir la pression de gonflage du pneu grâce à la présence, dans le cas présent, d'une pluralité d'orifices traversant l'armature de carcasse pour former un résonateur réduisant de façon sensible le bruit généré par les vibrations de l'air de gonflage. Dans une variante non représentée, un seul orifice peut suffire. [0049] En outre, la cavité 8 est remplie avec une mousse métallique à base de nickel commercialisée sous l'appellation « Celmet4 » par « Sumitomo Electric Industries Co ». - 9 - La taille moyenne des cellules ouvertes de la mousse métallique est égale à 1 mm. La mise en place de cette mousse métallique est réalisée durant la phase de fabrication du pneu à l'état d'ébauche ; le moulage du pneu et sa vulcanisation solidarise la mousse métallique au pneu. La cavité remplie de mousse métallique permet d'obtenir un dispositif réducteur de bruit efficace tout en conservant à la structure de bourrelet du pneu une résistance appropriée. [0050] La figure 2 montre une vue partielle d'un pneu 1 selon une deuxième variante de l'invention. Selon cette deuxième variante, une cavité 8' remplie de mousse métallique est formée sur chaque côté du pneu afin de réduire le bruit généré latéralement aux flancs par les mouvements de flexion que subissent lesdits flancs lors du roulage. [0051] Chaque cavité 8' est formée radialement et axialement à l'extérieur de l'armature de carcasse 5 et dans une région prolongeant axialement vers l'extérieur l'armature de sommet 7. Cette cavité 8' est remplie avec une mousse métallique à cellules ouvertes et est ouverte vers l'extérieur du pneu par l'intermédiaire d'une rainure circonférentielle. Cette rainure n'est pas destinée à venir en contact avec la chaussée lors du roulage. [0052] La figure 3 montre une vue en coupe méridienne d'une partie d'un pneu selon une troisième variante de l'invention. [0053] Dans cette troisième variante, le pneu 1 comprend dans sa bande de roulement une pluralité de rainures principales 9 d'orientation générale circonférentielle. [0054] En outre, il est formé radialement à l'extérieur de l'armature de sommet 7, une cavité 8" s'étendant sur sensiblement toute la largeur de ladite armature de sommet 7 et dans la direction circonférentielle. Par ailleurs, cette cavité 8" s'ouvre à la fois axialement de part et d'autre dans chacun des flancs 3 par des rainures 82" et également dans les rainures principales 9 de la bande de roulement. [0055] Ainsi il est possible de réduire à la fois le bruit de résonance dans les rainures principales et dans le coin d'air à l'avant du pneu ainsi que le bruit généré latéralement au pneu entre les flancs du pneu et la chaussée. REVENDICATIONS1- Pneu (1) comprenant un sommet (2) surmonté radialement à l'extérieur par une bande de roulement (20) et prolongé de part et d'autre par des parties latérales comprenant chacune un flanc (3) se terminant par un bourrelet (4) prévu pour coopérer avec une jante de montage du pneu, chaque bourrelet (4) comprenant au moins une armature de renforcement circonférentiel (6), ce pneu comprenant une armature de carcasse (5) ancrée à chacune de ses deux extrémités dans un bourrelet par retournement autour de l'armature de renforcement circonférentiel (6) pour former un retournement (51), cette armature de carcasse (5) s'étendant dans les flancs (3) et dans le sommet (2) du pneu et étant surmontée radialement vers l'extérieur par une armature de sommet (7), ce pneu comprenant dans l'une au moins de ses parties latérales, au moins une cavité (8, 8', 8") en liaison fluidique avec l'extérieur du pneu, chaque cavité (8, 8', 8") ayant un volume approprié pour former un résonateur calibré apte à atténuer au moins en partie le bruit dans une gamme de fréquences comprises entre 500 et 2000 Hz, ce pneu étant caractérisé en ce que chaque cavité (8, 8', 8") formant résonateur dans l'une au moins des parties latérales du pneu est disposée dans la direction circonférentielle et est remplie avec un matériau cellulaire à cellules ouvertes. 2- Pneu selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins une cavité (8) est formée dans ou au voisinage d'un bourrelet (4), cette cavité (8) ayant une section qui est, vue dans un plan de coupe contenant l'axe de rotation du pneu, de forme allongée dans la direction radiale et choisie parmi les formes ovales, rectangulaires ou triangulaires. 3- Pneu selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins une cavité (8') est formée radialement et axialement à l'extérieur de l'armature de carcasse (5) et au voisinage de l'extrémité axiale de l'armature de sommet (7), cette cavité (8') s'ouvrant dans l'un des flancs (3) par une rainure d'orientation circonférentielle. 4- Pneu selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il est formé une pluralité de cavités (8, 8', 8") disjointes les unes des autres dans la direction circonférentielle.-11- 5- Pneu selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce qu'au moins une cavité (8) remplie de mousse s'ouvre à l'intérieur de la cavité interne du pneu destinée à contenir la pression de gonflage du pneu. 6- Pneu selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rainure principale (9) d'orientation générale circonférentielle et en ce qu'au moins une cavité (8") remplie de mousse métallique pour former un résonateur est disposée radialement à l'extérieur de l'armature de sommet (7) du pneu, cette cavité s'ouvrant à la fois de part et d'autre dans chacun des flancs (3) et dans au moins une rainure principale de la bande de roulement. 7- Pneu selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le matériau employé pour remplir les cavités est un matériau cellulaire de type mousse métallique. 8- Pneu selon la revendication 7 caractérisé en ce que le matériau cellulaire de type mousse métallique est choisi parmi les mousses formées à partir de métaux ayant des points de fusion inférieurs à 2000 °Celsius comme l'étain, le zinc, le magnésium, l'aluminium, l'argent, le cuivre, le manganèse, le silicium, le nickel, le cobalt, le fer, le titane, le zirconium, le vanadium. 9- Pneu selon l'une des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que la densité apparente du matériau de type mousse métallique est au moins égale à 0.5 et au plus égale à 1.8. 10- Pneu selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 caractérisé en ce que la taille des cellules de la mousse métallique est comprise entre 1 i.tm et 3 mm, et plus préférentiellement entre 5 i.tm et 2 mm et encore plus préférentiellement entre 10 i.tm et 1 mm.30