Brevet FR3011328A1 — publié le 20150403

"EXCITATEUR POUR UN BANC DE TEST POUR COLONNES DE DIRECTION" [0001] La présente invention concerne un dispositif électrodynamique d'excitation pour un banc de test pour caractériser une colonne de direction en bruit et vibrations et un mode de fonctionnement de ce dispositif. [0002] Les véhicules automobiles doivent être à la fois sûrs et confortables. Une partie importante du confort que l'utilisateur du véhicule doit ressentir dépend du bruit que les différents éléments du véhicule font et des vibrations que ces éléments engendrent. Un de ces éléments est la colonne de direction. [0003] Aussi, il est un souci constant d'améliorer la qualité des colonnes de direction en bruit et en vibrations du volant ressentis par l'utilisateur du véhicule, les vibrations étant en partie fonction de la raideur de torsion dynamique des colonnes de direction. Ces améliorations sont recherchées pour différents types d'utilisation, par exemple pour roulage sur routes dégradées ou sur routes pavées. [0004] Le but de l'invention est de proposer un moyen qui permette d'évaluer la qualité d'une colonne de direction, notamment en ce qui concerne le bruit qu'elle fait et les vibrations qu'elle engendre. [0005] Le but de l'invention est atteint avec un dispositif électrodynamique d'excitation pour un banc de test pour caractériser une colonne de direction en bruit et en vibrations, le dispositif étant adapté pour stimuler la colonne de direction par une excitation en rotations alternées par l'une de deux extrémités opposées de la colonne de direction et comprenant des moyens électrodynamiques variables en fréquence d'excitation et en amplitude d'excitation pour actionner la colonne de direction et un microphone pour mesurer le bruit engendré par la colonne de direction lorsqu'elle est actionnée par les moyens électrodynamiques. [0006] Le but de l'invention est également atteint avec un banc de test pour caractériser une colonne de direction en bruit et en vibrations, stimulée par une excitation en rotations alternées de la colonne de direction, le banc de test comprenant un support rigide adapté pour fixer la colonne de direction à caractériser et un dispositif électrodynamique d'excitation avec des moyens électrodynamiques pour actionner la colonne de direction en rotation par l'une de deux extrémités opposées de la colonne de direction, les moyens électrodynamiques étant variables en fréquence d'excitation et en amplitude d'excitation, et avec un microphone pour mesurer le bruit engendré par la colonne de direction à caractériser. [0007] Selon le mode de réalisation choisi, le banc de test peut également avoir l'une au moins des caractéristiques supplémentaires suivantes : - il comprend un dispositif intermédiaire couplant les moyens électrodynamiques à la colonne de direction; - les moyens pour mesurer l'angle duquel la colonne de direction est actionnée en rotation par les moyens électrodynamiques comprennent un support accélérométrique avec deux bras s'étendant de part et d'autre d'un axe central, qui est destinée à être montée en position angulaire de rotation fixe par rapport à la colonne de direction et qui est pourvue de deux accéléromètres; - la longueur effective de chacun des deux bras du support accélérométrique est 57 mm. [0008] Le but de l'invention est également atteint avec un procédé d'évaluation d'une colonne de direction ayant au moins deux parties attachées entre elles par au moins un cardan, moyennant un dispositif électrodynamique d'excitation tel que défini ci-avant où la colonne de direction est excitée en rotations alternées avec l'un et/ou l'autre de deux niveaux d'excitation différents, le niveau inférieur permettant d'évaluer les vibrations engendrées en fonction d'un jeu entre les différentes parties de la colonne de direction et le niveau supérieur permettant d'évaluer le bruit engendré en fonction de l'usure du ou des cardans de la colonne de direction. [0009] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation d'un banc de test avec un excitateur selon l'invention. [0010] La description est faite en référence aux dessins dont : - la figure 1 est une vue en perspective d'un banc de test dans lequel sont intégrés des moyens d'excitation selon l'invention, - la figure 2 représente, en une vue de détail de la figure 1, les moyens d'excitation du banc de test de la figure 1, - la figure 3 représente, en une vue de dessus, des moyens pour transformer des mouvements en translation en des mouvements en rotation et - la figure 4 représente deux diagrammes de niveaux d'excitation différents d'une colonne de direction. [0011] La figure 1 est une vue en perspective sur un banc de test selon l'invention pour une colonne de direction 1. Le banc de test comprend un support rigide 2 avec un plateau de base 21 sur lequel sont montés verticalement deux profilés en U 22, 23 reliés entre eux par deux barres horizontales 24, 25. La stabilité des deux profilés 22, 23 est assurée par des équerres 26, 27 fixées respectivement aux profilés en U 22, 23 et au plateau de base 21. [0012] La colonne de direction 1 qui doit être caractérisée, est fixée sur le support rigide 2 dans la même position géométrique que celle dans laquelle elle sera montée dans un véhicule auquel la colonne de direction est destinée. La colonne de direction 1 étant réalisée en au moins deux parties avec un cardan intermédiaire, la position angulaire des deux parties l'une par rapport à l'autre et notamment le comportement du cardan au fil des années d'utilisation du véhicule sont d'au moins pour partie influencés par cette position angulaire entre les deux parties. [0013] Dans l'exemple de réalisation représenté, la colonne de direction 1 comporte une partie supérieure 11 incluant un boîtier support avec des éléments de fixation à la structure du véhicule et avec des éléments de commande tels que les commandes des clignotants et des essuie-glaces. Souvent, la partie supérieure 11 comprend également des moyens de réglage permettant au conducteur du véhicule de changer la hauteur du volant et la longueur de la colonne de direction. La colonne de direction 1 comprend en outre un cardan supérieur 12, une partie inférieure 13 et un cardan inférieur 14 par lequel la colonne de direction 1 sera reliée au mécanisme de direction du véhicule. Lorsque la colonne de direction 1 est montée sur le banc de test de l'invention, le cardan inférieur 14 est connecté à des moyens électrodynamiques 3 par lesquels la colonne de direction 1 est actionnée en rotation. Les moyens électrodynamiques 3 sont réglables en amplitude et en fréquence, c'est-à-dire ils peuvent mettre la colonne de direction 1 en rotation avec différents angles de rotation dans un sens et dans l'autre et avec des changements de direction plus ou moins fréquents. [0014] L'extrémité libre de la partie supérieure 11 de la colonne de direction 1 est pourvue d'un volant d'inertie 4 qui représente la masse d'un volant de véhicule automobile tout en étant conçu de manière pratique pour pouvoir y placer des capteurs. En effet, le volant d'inertie 4 comprend un plateau circulaire 41 sur lequel sont placés deux accéléromètres 42, 43 montés tête-bêche et permettant ainsi de mesurer le déplacement angulaire de la colonne de direction 1 à la suite d'un actionnement de celle-ci par les moyens électrodynamiques 3. Le banc de test de l'invention comprend par ailleurs des moyens 5 pour mesurer l'angle duquel la colonne de direction 1 est actionnée en rotation par les moyens électrodynamiques 3, ainsi qu'un microphone 6 pour mesurer les bruits engendrés par la colonne de direction 1, tel que, par exemple, le claquement du cardan supérieur 12 lorsque la colonne de direction commence à être usée, et un dispositif intermédiaire 7 par lequel les moyens électrodynamiques 3 sont couplés à la colonne de direction 1 et plus précisément au cardan inférieur 14 de la colonne de direction 1, comme cela sera décrit en référence à la figure 2. [0015] La figure 2 représente les détails du dispositif intermédiaire 7 par lequel la colonne de direction 1 est couplée aux moyens électrodynamiques 3 et sollicitée en rotation et la disposition des moyens 5 pour mesurer l'angle duquel la colonne de direction 1 est actionnée par les moyens électrodynamiques 3. [0016] Le dispositif intermédiaire 7 comprend un axe 71 logé dans deux paliers 72, 73 et engagé dans le cardan inférieur 14 de la colonne de direction 1 à évaluer, ainsi qu'un corps cylindrique 74 solidaire en rotation de l'axe 71. Le corps cylindrique 74 est pourvu d'une rotule 75 recevant une tige d'excitation 31 des moyens électrodynamiques 3. Grâce à cette disposition, le dispositif intermédiaire 7 transforme l'excitation linéaire alternante engendrée par les moyens électrodynamiques 3 en un mouvement de rotations alternées, que l'on peut également considérer comme des oscillations. [0017] Les moyens électrodynamiques 3 étant réglables en amplitude et en fréquence, le banc de test de l'invention permet de générer un signal d'excitation pouvant simuler les mouvements du mécanisme de direction rencontrés lors de roulages sur des routes dégradées ainsi que les excitations liées au balourd de roue pour des fréquences allant de 0 Hz à 50 Hz. [0018] Les oscillations engendrées par les moyens électrodynamiques 3 sont mesurées par les moyens 5 représentés en détails sur la figure 3 et qui comprennent un support accélérométrique 51 solidaire en rotation avec l'axe 71 du dispositif intermédiaire 7, et pourvu, à chacune de ses deux extrémités opposées, d'un accéléromètre référencé respectivement 52, 53, ces deux accéléromètres étant montés tête-bêche. Cet agencement des moyens 5 permet de mesurer à la fois l'angle duquel la colonne de direction 1 est déplacée en rotation et la fréquence avec laquelle les changements du sens de la rotation sont effectués. [0019] La figure 3 représente les moyens 5 pour mesurer l'amplitude et la fréquence des oscillations octroyées à la colonne de direction 1 en une vue de dessus. Le support accélérométique 51 comprend deux bras 511, 512 s'étendant de part et d'autre d'un axe central 54, aux extrémités desquels bras sont disposés les accéléromètres 52, 53. L'axe central 54 est constitué de préférence par un moyeu par lequel le support accélérométrique est enfilé sur l'axe 71 du dispositif intermédiaire 7. [0020] La figure 3 permet de déterminer la longueur effective du support accélérométrique 51 lorsqu'une rotation de un degré doit être obtenue avec une translation de un mm de la tige d'excitation 31. La longueur effective, référencée en b, est la distance entre le milieu du support accélérométrique 51 et l'axe de symétrie respectivement de l'un ou de l'autre des deux accéléromètres 52, 53. Pour déterminer cette longueur, on part du fait que la rotation de la colonne de direction est de l'ordre de un ou deux degrés et qu'elle dépasse rarement trois degrés. Cela signifie pour la relation géométrique entre la longueur effective b du support accélérométrique 51 et le déplacement d des accéléromètres 52, 53 montés aux extrémités opposées du support accélérométrique 51 que l'on peut bénéficier de l'approximation tan a a rad. Ainsi, pour obtenir une rotation de la colonne de direction de 1 degré par une translation de la tige d'excitation 31 de 1 mm, chacun des deux bras du support accélérométrique 51 doit avoir une longueur effective b de 1 / 1 rad = 1 / 0,01746 = 57,273 mm, donc en pratique une longueur effective b de 57 mm. [0021] L'excitation de la colonne de direction 1 en rotation alternée est effectuée successivement avec deux amplitudes différentes pour évaluer la colonne de direction 1 par rapport à deux caractéristiques différentes. En effet, il a été constaté que l'excitation avec une faible amplitude permet d'évaluer le niveau de vibrations engendrées par le jeu entre les différentes parties de la colonne de direction 1 alors qu'une excitation avec une amplitude plus grande permet d'évaluer le bruit de claquement engendré en fonction de l'usure des cardans de la colonne de direction. [0022] La figure 4 représente deux niveaux d'excitation différents, exprimés en PSD (Power Spectral Density ; Densité spectrale de puissance), pour obtenir les résultats d'évaluation évoqués, à savoir une faible amplitude d'excitation (courbe A), donc le niveau d'excitation inférieur, pour mesurer des vibrations et une amplitude d'excitation plus grande (courbe B), donc le niveau d'excitation supérieur, pour mesurer le bruit de claquement. Le bruit est mesuré à l'aide du microphone 6. [0023] Les signaux provenant des différents accéléromètres et du microphone sont acheminés vers des moyens pour traiter les angles et le bruit mesurés. A cette fin, les accéléromètres et le microphone sont pourvus de câbles non représentés dans les dessins, par lesquels ils sont connectés auxdits moyens de traitement. [0024] Avec le banc de test et l'excitateur de l'invention, on peut obtenir les avantages suivants : - améliorer la qualité perçue des véhicules, - anticiper des éventuelles faiblesses de conception avant montage sur véhicule, - réaliser des gains économiques en limitant par le côté prédictif les coûts de validation prototype des moyens roulants, - réduire les temps de validation pour les différentes phases d'un projet et, - limiter les coûts de validation prototype sur moyens roulants.20 REVENDICATIONS1. Dispositif électrodynamique d'excitation pour un banc de test pour caractériser une colonne de direction (1) en bruit et en vibrations, le dispositif étant adapté pour stimuler la colonne de direction (1) par une excitation en rotations alternées par l'une (14) de deux extrémités opposées (11, 14) de la colonne de direction (1), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens électrodynamiques (3) variables en fréquence d'excitation et en amplitude d'excitation pour actionner la colonne de direction (1) et un microphone (6) pour mesurer le bruit engendré par la colonne de direction (1) lorsqu'elle est actionnée par les moyens électrodynamiques (3). 2. Banc de test pour caractériser une colonne de direction (1) en bruit et en vibrations, stimulée par une excitation en rotations alternées de la colonne de direction (1), le banc de test comprenant un support rigide (2) adapté pour fixer la colonne de direction (1) à caractériser, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif électrodynamique d'excitation avec des moyens électrodynamiques (3) pour actionner la colonne de direction (1) en rotation par l'une (14) de deux extrémités opposées (11, 14) de la colonne de direction (1), les moyens électrodynamiques (3) étant variables en fréquence d'excitation et en amplitude d'excitation, et avec un microphone (6) pour mesurer le bruit engendré par la colonne de direction (1) à caractériser. 3. Banc de test selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif intermédiaire (7) couplant les moyens électrodynamiques (3) à la colonne de direction (1). 4. Banc de test selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (5) pour mesurer l'angle duquel la colonne de direction (1) est actionnée en rotation par les moyens électrodynamiques (3), ces moyens (5) comprenant un support accélérométrique (51) avec deux bras (511, 512) s'étendant de part et d'autre d'un axe central (54), qui est destinée à être montée en position angulaire de rotation fixe par rapport à la colonne de direction (1) et qui est pourvue de deux accéléromètres (52, 53). 5. Banc de test selon la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur effective (b) de chacun des deux bras (511, 512) du support accélérométrique (51) est 57 mm. 6. Procédé d'évaluation d'une colonne de direction (1) ayant au moins deux parties attachées entre elles par au moins un cardan, moyennant un dispositif électrodynamique d'excitation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colonne de direction (1) est excitée en rotations alternées avec l'un et/ou l'autre de deux niveaux d'excitation différents (A, B), le niveau inférieur (A) permettant d'évaluer les vibrations engendrées en fonction d'un jeu entre les différentes parties de la colonne de direction (1) et le niveau supérieur (B) permettant d'évaluer le bruit engendré en fonction de l'usure du ou des cardans de la colonne de direction (1).