Brevet FR3077349A1 — publié le 20190802

ARBRE DE ROUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE PRESENTANT UNE RAIDEUR REDUITE La présente invention concerne un arbre de roue entraînant les roues d'un véhicule automobile, un procédé de fabrication de cet arbre de roue, ainsi qu'un véhicule automobile équipé de tels arbres de roue. Les véhicules automobiles comprenant un moteur thermique disposé transversalement, équipé d'une transmission fixée à son extrémité, 10 comportent deux arbres de roue reliant chacun la transmission à une des roues motrices. Un type d'arbre de roue connu, présenté notamment par le document FRAI -2796678, comporte un tube comprenant axialement une partie centrale avec un diamètre constant, et de chaque côté une partie avec un diamètre 15 réduit se terminant aux extrémités par des cannelures extérieures d'entraînement. L'arbre de roue tubulaire présentant une matière répartie sur un plus grand diamètre par rapport à un arbre plein, permet d'obtenir une résistance et une raideur en torsion plus élevées avec une masse réduite. 20 Par ailleurs le moteur thermique produit un couple comportant un acyclisme en rotation correspondant à chaque combustion dans un cylindre, qui génère une fréquence de pulsation vibratoire transmise à la transmission et aux arbres de roue. Lors du roulage du véhicule suivant la fréquence de pulsation générée 25 par le moteur thermique, dépendant de sa vitesse de rotation, on peut obtenir des accords entre cette fréquence et les fréquences propres d'oscillation en torsion axiale des arbres de roue du véhicule qui sont excitées, ce qui amplifie des vibrations et produit des bruits. Afin de réaliser un amortissement de la torsion axiale d'un arbre de roue 30 tubulaire, un dispositif d'amortissement connu, présenté notamment par le document FR-A1-2954426, comporte une tige axiale rigide placée à l'intérieur de l'arbre de roue, présentant à chaque extrémité un organe de couplage en 2 appui dans la paroi intérieure de cet arbre, réalisant un frottement sur cette paroi pour obtenir une dissipation d'énergie lors de la torsion du tube. Toutefois ce dispositif ajoute des composants dans l'arbre de roue ce qui présente une certaine complexité, et augmente la masse ainsi que le coût de 5 l'arbre complet. De plus l'efficacité de ce dispositif est limitée. En particulier avec une utilisation du moteur thermique à des vitesses de rotation plus faibles, notamment inférieures à 1300trs/mn, rendues nécessaires pour améliorer le rendement et réduire les émissions de gaz polluants, on obtient une fréquence d'excitation plus basse des arbres de roue. Dans ce cas, les arbres de roue couramment utilisés présentent une raideur en torsion axiale suffisamment élevée pour obtenir avec ces faibles vitesses de rotation du moteur thermique, des excitations de leurs fréquences propres en torsion générant des bruits dans le véhicule. Ce type d'oscillation en torsion est difficile à amortir avec le dispositif d'amortissement connu présenté ci-dessus. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces problèmes de l'art antérieur. Elle propose à cet effet un arbre de roue pour véhicule automobile, comportant axialement une partie centrale tubulaire présentant une section constante, remarquable en ce que la partie centrale tubulaire comprend à l'intérieur des rainures qui s'étendent longitudinalement, donnant une diminution de la raideur en torsion axiale de cette partie tubulaire. Un avantage de cet arbre de roue est qu'à partir d'un même lopin de métal pour la fabrication d'un arbre de roue existant, et en conservant des caractéristiques géométriques extérieures identiques permettant de standardiser le montage de cet arbre sur un véhicule, on obtient en retirant de la matière à l'intérieur une diminution de la raideur en torsion axiale, qui permet d'éloigner ses fréquences propres de torsion des fréquences d'excitation générées par le moteur thermique tournant à des faibles vitesses de rotation. On obtient dans certains cas de fonctionnement une diminution des vibrations et des émissions sonores du véhicule. 3 L'arbre de roue selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. En particulier, les rainures intérieures peuvent s'étendre longitudinalement en présentant un angle par rapport à l'axe. 5 En particulier, les rainures intérieures peuvent présenter des bords parallèles. Selon un mode de réalisation, les rainures intérieures s'arrêtent aux extrémités de sa partie centrale tubulaire. Selon un autre mode de réalisation, les rainures intérieures se prolongent 10 axialement sur les côtés de la partie centrale tubulaire, présentant un diamètre réduit. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un arbre de roue comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, remarquable en ce qu'il comporte une étape de brochage du diamètre intérieur 15 d'un lopin tubulaire pour former les rainures intérieures. En particulier, le brochage du diamètre intérieur peut être réalisé pendant la formation d'un diamètre réduit d'un côté de l'arbre, et avant d'avoir formé un diamètre réduit de l'autre côté de l'arbre. En particulier, chaque côté de l'arbre avec un diamètre réduit peut être 20 formé en insérant à l'intérieur d'un tube un mandrin cylindrique présentant un diamètre extérieur égal au diamètre intérieur souhaité, puis par un étirement de ce tube entre des mors qui se rapprochent sous l'effet d'un guidage extérieur. L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile comportant des 25 arbres de roue comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. En particulier, les arbres de roue peuvent présenter une raideur en torsion axiale inférieure à 90Nm/°. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages 30 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 4 - la figure 1 est un schéma présentant les raideurs d'un groupe motopropulseur disposé transversalement dans un véhicule ; - les figures 2 et 3 présentent en coupe axiale le tube d'un arbre de roue selon l'art antérieur ; 5 - la figure 4 présente l'intérieur de la partie centrale tubulaire d'un arbre de roue selon l'invention ; et - les figures 5 et 6 présentent deux procédés de fabrication de cet arbre de roue. La figure 1 présente un moteur thermique 2 délivrant un couple 4 avec 10 des acyclismes, à une transmission 12 par l'intermédiaire d'un embrayage 6 comportant un amortisseur en torsion équipé de ressorts 8, et en parallèle un dispositif de friction 10 qui dissipe une énergie de cet amortisseur. La transmission 12 comporte un arbre primaire d'entrée 14, qui entraîne par des engrenages suivant différents rapports de vitesse un arbre secondaire 15 parallèle 16, entraînant à son tour un différentiel de sortie 18 répartissant le mouvement vers les deux roues motrices 22, transmis de chaque côté par un arbre de roue 20. Chaque élément en rotation comporte une inertie, une flexibilité en torsion suivant son axe, et une certaine capacité d'amortissement qui dissipe 20 une énergie. On obtient suivant la fréquence d'excitation du moteur thermique 2 donnée par le nombre de cylindres et la vitesse de rotation, une certaine transmission de ces acyclismes aux différents composants du groupe motopropulseur, qui peuvent exciter des modes propres de vibration générant des bruits. 25 En particulier pour un moteur thermique 2 à quatre cylindres fonctionnant à moins de 1300trs/mn, on a constaté des émissions acoustiques venant du mode propre de torsion des arbres de roue 20, pour des arbres présentant une raideur supérieure à 120Nm/°. Les arbres de roue 20 selon l'invention comportent une raideur en torsion 30 diminuée, en particulier inférieur à 120Nm/° pour cet exemple, permettant de baisser la fréquence de leurs modes propres en torsion pour limiter les 5 interférences avec les fréquences des acyclismes émis par le moteur thermique 2. On notera que les arbres de roue 20 peuvent présenter des longueurs différentes à droite et à gauche, ce qui complique l'étude de diminution de la 5 raideur dans le cas où on veut garder une certaine standardisation des produits, notamment de leurs diamètres. En particulier pour une transmission disposée à gauche sur le véhicule, l'arbre de roue droit est plus long que l'arbre de roue gauche. La figure 2 présente un arbre de roue 20 comportant une partie centrale 10 tubulaire 30 de section constante, et de chaque côté une partie avec un diamètre réduit 32 se terminant à l'extrémité par des cannelures extérieures axiale 34 recevant les joints d'articulation de liaison à la transmission 12 ou aux roues 22. La partie centrale 30 comporte un grand diamètre avec une épaisseur 15 fine, comprenant un diamètre intérieur de 30mm et un diamètre extérieur de 36mm ce qui donne une section de 311mm2. Pour un exemple d'application sur un véhicule, un calcul pour un arbre de roue disposé à droite de ce véhicule donne une masse de 1,3kg et une raideur de 111Nm/°. 20 La figure 3 présente un arbre de roue 20 comportant une partie tubulaire 30 disposant d'une épaisseur plus importante qui s'étend sur toute la longueur, comprenant un diamètre intérieur de 16mm et un diamètre extérieur de 30mm ce qui donne une section de 396mm2. Dans ce cas un calcul pour un même exemple d'application avec un arbre 25 de roue disposé à droite, donne une masse de 1,84kg et une raideur de 120Nm/°. Par rapport à l'arbre de roue présenté figure 2, on obtient un arbre de roue présentant une raideur légèrement plus forte et une masse nettement plus élevée. On constate que différentes solutions faisant varier les diamètres, avec 30 une résistance suffisante pour transmettre le couple, ne donnent pas satisfaction pour obtenir une raideur plus faible attendue sans augmenter la masse, qui dans cet exemple doit être inférieure à 90Nm/°. 6 La figure 4 présente une partie centrale tubulaire 30 d'un arbre de roue 20, comportant des rainures intérieures 40 qui s'étendent longitudinalement dans cette partie centrale. Les rainures 40 peuvent être parallèles à l'axe, c qui simplifie la fabrication. 5 En option comme présenté sur la figure 4, les rainures intérieures peuvent former un petit angle par rapport à l'axe d'environ 10° avec une forme légèrement hélicoïdale, qui donne une meilleure résistance à l'arbre de roue. La figure 4 présente une trentaine de rainures 40 disposant de bords parallèles, comprenant une largeur comprise entre une à deux fois sa hauteur, 10 qui est dans cet exemple d'environ une fois et demi la hauteur. Le nombre de rainures 40, la forme et les dimensions peuvent varier pour obtenir une optimisation de la raideur en torsion. La figure 5 présente une première étape d'un procédé de fabrication de l'arbre de roue 20 suivant l'invention, à partir d'un lopin 50 formant un tube 15 avec au départ la section de la partie centrale 30. Chaque côté avec un diamètre réduit 32 est formé en insérant à l'intérieur un mandrin cylindrique 52 présentant un diamètre extérieur égal au diamètre intérieur souhaité, puis par un étirement de ce tube entre des mors 54 qui se rapprochent sous l'effet d'un guidage extérieur 56 légèrement conique. 20 Avant de former la réduction de diamètre du deuxième côté 32, la figure 6 présente une opération de brochage comprenant une traction sur un arbre de brochage 58, disposant à son extrémité d'un outil réalisant l'usinage des rainures 40. Après cette opération de brochage, on réalise le deuxième côté de diamètre réduit 32. 25 En variante à partir d'un lopin 50 formant un tube présentant la section de la partie centrale 30, on peut commencer par faire le rainurage intérieur sur toute la longueur de ce lopin, et réaliser ensuite par étirement les deux côtés présentant un diamètre réduit 32. En particulier pour des arbres de roue 20 présentant des longueurs 30 différentes de chaque côté du véhicule, on peut réaliser un rainurage différent suivant le côté afin d'obtenir une raideur plus faible par unité de longueur sur l'arbre plus court. Cette raideur ajustée par unité de longueur permet de 7 compenser la différence de longueur des deux arbres de roue 20, afin d'obtenir des raideurs finales pour les deux arbres qui sont équivalentes. Les arbres de roue 20 selon l'invention peuvent être réalisés en acier, mais aussi dans d'autres matériaux métalliques ou non afin de réduire la 5 masse. On notera que la modification du profil intérieur des arbres de roue 20 se fait en conservant une forme extérieure identique, ce qui permet de réaliser des arbres présentant une raideur diminuée qui sont entièrement interchangeables avec des arbres existants, sans modifier le véhicule. En 10 particulier les éléments de protection et d'étanchéité montés sur l'arbre 20, comprenant des soufflets et des colliers fixés dans des gorges circulaires, REVENDICATIONS1 - Arbre de roue pour véhicule automobile, comportant axialement une partie centrale tubulaire (30) présentant une section constante, caractérisé en ce que la partie centrale tubulaire (30) comprend à l'intérieur des rainures (40) qui s'étendent longitudinalement, donnant une diminution de la raideur en torsion axiale de cette partie tubulaire (30). 2 - Arbre de roue selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures intérieures (40) s'étendent longitudinalement en présentant un angle par rapport à l'axe. 3 - Arbre de roue selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les rainures intérieures (40) présentent des bords parallèles. 4 - Arbre de roue selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les rainures intérieures (40) s'arrêtent aux extrémités de sa partie centrale tubulaire (30). 5 - Arbre de roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les rainures intérieures (40) se prolongent axialement sur les côtés (32) de la partie centrale tubulaire (30), présentant un diamètre réduit. 6 - Procédé de fabrication d'un arbre de roue (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de brochage du diamètre intérieur d'un lopin tubulaire (50) pour former les rainures intérieures (40). 7 - Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que le brochage du diamètre intérieur est réalisé pendant la formation d'un diamètre réduit d'un côté de l'arbre (32), et avant d'avoir formé un diamètre réduit de l'autre côté de l'arbre (32). 8 - Procédé de fabrication selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que chaque côté de l'arbre (32) avec un diamètre réduit est formé en insérant à l'intérieur d'un tube un mandrin cylindrique (52) présentant un diamètre extérieur égal au diamètre intérieur souhaité, puis par un étirement 9 de ce tube entre des mors (54) qui se rapprochent sous l'effet d'un guidage extérieur (56). 9 - Véhicule automobile comportant des arbres de roue (20), caractérisé 5 en ce que ces arbres de roue (20) sont selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 10 - Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce que les arbres de roue (20) présentent une raideur en torsion axiale inférieure à 90Nm/°. 10