Brevet FR3011329A1 — publié le 20150403

"BANC DE TEST POUR COLONNE DE DIRECTION" [0001] La présente invention concerne un banc de test pour caractériser une colonne de direction en bruit et en raideur de torsion dynamique. [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, et pour différentes influences, par exemple en excitation par un balourd de roue, c'est-à-dire par un mauvais équilibrage des roues. [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 banc de test pour caractériser une colonne de direction en bruit et en raideur de torsion dynamique, qui comprend un support rigide adapté pour fixer la colonne de direction à caractériser dans la position géométrique dans laquelle elle sera montée dans un véhicule auquel la colonne de direction est destinée, des moyens électrodynamiques pour actionner la colonne de direction en rotation par l'une de deux extrémités opposées de la colonne de direction, un volant d'inertie destiné à être monté à l'autre des deux extrémités opposées de la colonne de direction, des moyens pour mesurer l'angle duquel la colonne de direction est excitée en rotation par les moyens électrodynamiques, des moyens pour mesurer l'angle duquel le volant d'inertie est déplacé en rotation, un microphone pour mesurer le bruit engendré par la colonne de direction à caractériser. [0006] 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 le moyen électrodynamique à la colonne de direction ; - les moyens pour mesurer l'angle duquel le volant d'inertie est déplacé en rotation comprennent deux accéléromètres ; - les moyens pour mesurer l'angle duquel la colonne de direction est actionnée en rotation par les moyens électrodynamiques comprennent un support accélérométrique destinée à être montée en position angulaire de rotation fixe par rapport à la colonne de direction et deux accéléromètres. [0007] 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 selon l'invention. [0008] La description est faite en référence aux dessins dont : - la figure 1 est une vue en perspective d'un banc de test selon l'invention, - la figure 2 représente, en une vue de détail de la figure 1, des moyens d'excitation en torsion du banc de test de la figure 1, - les figures 3A et 3B représentent deux diagrammes de résultats d'évaluation en torsion d'une colonne de direction et - la figure 4 représente un diagramme de résultats d'évaluation phonique d'une colonne de direction. [0009] 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. [0010] 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. [0011] 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. [0012] 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. 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 fréquences. [0013] 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. [0014] 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. [0015] 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 alternée engendrée par les moyens électrodynamiques 3 en un mouvement de rotations alternées, que l'on peut également considérer comme des oscillations. [0016] 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. [0017] Les oscillations engendrées par les moyens électrodynamiques 3 sont mesurées par les moyens 5 qui comprennent un support accélérométrique 51 solidaire en rotation avec l'axe 71 du dispositif intermédiaire 7, et pourvue, 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. [0018] Cet angle étant imposé par les moyens électrodynamiques 3, la différence entre l'angle duquel la colonne de direction 1 est actionnée en rotation et l'angle duquel le volant d'inertie est déplacé en rotation permet de vérifier si, et le cas échéant dans quelle mesure, la colonne de direction 1 est sollicitée en torsion. Le rapport entre ces deux angles constitue la fonction de transfert de la colonne de direction 1. [0019] La figure 3A représente un exemple de résultats de mesures du rapport entre les deux angles mentionnés ci-avant, donc de la fonction de transfert de la colonne de direction 1 évaluée. Le rapport entre ces deux angles est mesuré pour une gamme de fréquences allant de 0Hz à 50Hz, dans le diagramme représenté jusqu'à environ 27 degrés. Dans l'exemple représenté, le rapport maximal entre les deux angles, c'est-à-dire la torsion maximale, a été constatée à environ 18Hz. [0020] La figure 3B représente la raideur dynamique de cette colonne de direction telle qu'elle ressort de ladite fonction de transfert pour une inertie donnée du volant 4, ici pour l'inertie I de 0,023 kgm2 représentant l'inertie du volant, soit 5 Nm. Cette raideur est calculée, à partir de la fréquence mesurée par la fonction de transfert, selon la formule C = (21-rf)2. I avec C raideur de torsion exprimée en N-m f fréquence Hz I Inertie kg-m2 [0021] Le traitement du signal associé à la mesure de la fonction du transfert est le suivant : - Mesure accélérométrique relevé en valeur crête - Bande d'analyse 0-256Hz - Fréquence d'échantillonnage 512Hz -Af0.25Hz - Mesure de la fonction de transfert FRF (Fonction de réponse en fréquence) - Fenêtrage Hanning (Application d'une fenêtre de Hanning) - Overlap 75% - Nombre de moyennes 250 - Moyennage Linéaire [0022] Indépendamment de la caractérisation de la colonne de direction 1, le banc de test selon l'invention permet de simuler le comportement des véhicules qui adopteront la colonne de direction 1 testée et d'obtenir une meilleure synthèse de la colonne de direction 1 avec les éléments du véhicule tel que le train avant, le berceau, le mécanisme de direction et bien d'autres éléments. [0023] Le banc de test de l'invention servant également à évaluer la bruyance de la colonne de direction 1 en condition de fonctionnement réel, le positionnement du microphone 6 est déterminé selon la criticité sur véhicule (claquement de cardan, jeu du cardan, bruit au niveau du roulement intérieur, supérieur...), par exemple proche du cardan supérieur 12 comme dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, ou à toute autre place judicieusement définie. Le spectre du niveau de bruit peut être représenté en tiers d'octave sur la gamme complète des fréquences théoriquement audibles, c'est-à-dire entre 20Hz et 20.000Hz. Les résultats de l'analyse représentés sur la figure 4 font état d'une analyse des fréquences en tiers d'octave. [0024] Le traitement du signal associé à la mesure de bruit est le suivant : - Mesure microphonique relevée en valeur RMS (Root mean square ; moyenne 5 quadratique) - Bande d'analyse 0-16384Hz - Fréquence d'échantillonage 32768Hz -Af2Hz - Autopower ramené en linéaire RMS (moyenne quadratique) 10 - Fenêtrage Hanning (Application d'une fenêtre de Hanning) - Overlap 75% - Nombre de moyennes 250 - Moyennage Linéraire - Pondération en dB(A) 15 [0025] 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. 20 [0026] Avec le banc de test 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, 25 - réduire les temps de validation pour les différentes phases d'un projet et, - limiter les coûts de validation prototype sur moyens roulants. REVENDICATIONS1. Banc de test pour caractériser une colonne de direction (1) en bruit et en raideur de torsion dynamique, caractérisé en ce qu'il comprend un support rigide (2) adapté pour fixer la colonne de direction (1) à caractériser dans la position géométrique dans laquelle elle sera montée dans un véhicule auquel la colonne de direction (1) est destinée, des moyens électrodynamiques (3) pour actionner la colonne de direction (1) en rotation par l'une (11) de deux extrémités opposées (11, 12) de la colonne de direction (1), un volant d'inertie (4) destiné à être monté à l'autre (12) des deux extrémités opposées (11, 12) de la colonne de direction (1), des moyens (5) pour mesurer l'angle duquel la colonne de direction (1) est actionnée en rotation par les moyens électrodynamiques (3), des moyens (42, 43) pour mesurer l'angle duquel le volant d'inertie (4) est déplacé en rotation, un microphone (6) pour mesurer le bruit engendré par la colonne de direction (1) à caractériser. 2. Banc de test selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif intermédiaire (7) couplant les moyens électrodynamiques (3) à la colonne de direction (1). 3. Banc de test selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer l'angle duquel le volant d'inertie (4) est déplacé en rotation comprennent deux accéléromètres (42, 43). 4. Banc de test selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens (5) pour mesurer l'angle duquel la colonne de direction (1) est actionnée en rotation par les moyens électrodynamiques (3) comprennent un support accélérométrique (51) destinée à être monté en position angulaire de rotation fixe par rapport à la colonne de direction (1) et deux accéléromètres (52, 53).