Moyens exp´erimentaux

D’un point de vue exp´erimental, les difficult´es principales dans les montages reposent sur le contrˆole des excitations en acyclisme, ainsi que sur l’identification et la hi´erarchisation des ´el´ements de la boˆıte responsables du bruit.

1.3.3.1 Bancs d’essais par joint de Cardan : exemple du banc du LaMCoS

Une premi`ere possibilit´e de g´en´eration d’une excitation acyclique repose sur l’utilisation d’un joint de Cardan `a angle variable, dont un sch´ema de principe est donn´e en figure 1.10. L’amplitude de l’acyclisme d´epend alors de l’angle de d´esalignement entre l’arbre d’entr´ee et l’arbre de sortie. La vitesse angulaire de l’arbre de sortie ˙θ₂s’obtient, `a partir de l’´equation du mouvement de la liaison cardan, par [BAR 04] :

˙θ2=  cos(β) 1 − sin²(β). cos2(θ1)  .˙θ1 (1.2)

o`u ˙θ<sub>1</sub>est la vitesse angulaire de l’arbre d’entr´ee, θ<sub>1</sub> sa position et β l’angle de d´esalignement. Ce type de banc g´en`ere un acyclisme dont les harmoniques impairs sont tous nuls. Bien que seul l’harmonique H2 soit g´en´eralement consid´er´e, ses multiples (H4, H6,...) apparaissent dans des proportions variables en fonction de l’angle de d´esalignement : plus l’angle de d´esalignement augmente, plus le contenu fr´equentiel de l’acyclisme est riche.

FIGURE1.10: Sch´ema de principe d’un joint de Cardan `a angle variable.

Le banc du LaMCoS utilis´e lors de ces travaux est un exemple de banc d’acyclisme compos´e d’un joint de Cardan `a angle variable qui permet d’introduire un d´esalignement entre l’axe mo-teur et l’axe d’entr´ee de la boˆıte. Ce banc d’essais de chaˆıne cin´ematique permet de soumettre `a divers tests une boˆıte de vitesses dans les conditions de fonctionnement proches des condi-tions de fonctionnement r´eelles d’une automobile. Il est compos´e de trois parties distinctes : un g´en´erateur d’acyclisme, une chaˆıne cin´ematique et un ensemble de dissipation d’´energie et de freinage.

Le g´en´erateur d’acyclisme (figure 1.11 (a)) est constitu´e d’un moteur ´electrique `a courant continu asservi en vitesse de rotation. Une roue d’inertie rapport´ee sur l’axe du moteur empˆeche

Le bruit de grenaille : ´etat de l’art et objectifs

que les vibrations de torsion ne s’appliquent sur le moteur. L’ensemble repose sur un bˆati pou-vant pivoter de ± 16˚ par rapport au bˆati principal. La liaison entre l’axe du moteur et l’axe d’entr´ee de la boˆıte est r´ealis´ee `a l’aide d’un joint de Cardan v´erifiant la contrainte de fonction-nementvitesse de rotation × angle d’articulation6 20000.

La chaˆıne cin´ematique (figure 1.11 (b)) comprend, outre son dispositif de mesure, la boˆıte de vitesses fix´ee `a une ´equerre li´ee au bˆati, un arbre de transmission et une roue d’inertie ´equivalente `a une roue d’un v´ehicule. Les satellites du diff´erentiel de la boˆıte sont soud´es sur les deux plan´etaires, ce qui permet de transmettre l’int´egralit´e de la puissance via l’unique arbre de transmission.

L’ensemble de dissipation d’´energie et de freinage (figure 1.11 (c)) comprend un moteur `a courant continu asservi en couple et un filtre m´ecanique passe-bas compos´e d’un arbre de torsion de faible raideur et d’une roue d’inertie importante permettant d’isoler la chaˆıne cin´ematique des vibrations de l’ensemble du dispositif de freinage.

Le banc repose sur un chˆassis m´ecano-soud´e, isol´e du sol par six plots anti-vibratiles. L’annexe A rappelle le fonctionnement du banc et d´etaille les campagnes d’essais r´ealis´ees dans ces travaux.

(a) (b) (c)

FIGURE1.11: (a) : De droite `a gauche : roue d’inertie, joint de Cardan (en rouge), capteur de couple (en vert), ´equerre pour fixer la boˆıte de vitesses (en jaune). (b) : Boˆıte de vitesses et arbre de transmission. (c) : De gauche `a droite : filtre m´ecanique passe-bas (grande roue d’inertie et arbre), roue v´ehicule,

capteur de couple de sortie (en vert).

Ce banc a ´et´e conc¸u lors des travaux de th`ese de Couderc [COU 97], dont le manuscrit sur l’´etude th´eorique et exp´erimentale du comportement dynamique en torsion des chaˆınes cin´ematiques de transmission automobiles en donne une description plus compl`ete. Ce banc a ensuite ´et´e utilis´e pour l’´etude du bruit de grenaille dans le cadre des travaux de th`ese de Develay [DEV 00]. Les r´esultats exp´erimentaux ont permis de valider le mod`ele num´erique ´evoqu´e `a la section 1.3.2.

1.3.3.2 Excitateur ´electrodynamique de translation

Barthod souligne que les bancs d’excitation en acyclisme par joint de Cardan ne permettent pas de maˆıtriser le contenu fr´equentiel de l’excitation, en particulier l’amplitude et la phase

des harmoniques H4, H6, H8... Un moyen d’essais conc¸u pour ´etudier pr´ecis´ement l’influence des harmoniques est d´etaill´e dans les r´ef´erences [BAR 04] et [BAR 07]. Pour s’affranchir de la composante continue du couple d’excitation, le choix est fait de travailler au point mort et l’acyclisme est alors impos´e sous forme d’oscillations angulaires `a l’arbre primaire de la boˆıte. Un excitateur ´electrodynamique de translation reli´e `a la boˆıte par un bras de levier est utilis´e. Avec ce type de configuration les arbres ne sont pas en rotation donc tous les ph´enom`enes dynamiques li´es sont perdus.

Un banc d’exp´erimentation similaire est utilis´e dans les travaux de Dion et al. [DIO 09] pour l’´etude du choc point mort ; la figure 1.12 (a) en donne une repr´esentation sch´ematique. Seul un couple d’engrenage est conserv´e. Des r´esultats de simulation d’un mod`ele non-lin´eaire `a un degr´e de libert´e en rotation sont bien corr´el´es avec les r´esultats exp´erimentaux ; les deux approches mettent en ´evidence des cas d’impacts simples et des cas de rebonds en fonction du niveau de l’excitation (figure 1.12 (b)).

(a) (b)

FIGURE1.12: (a) Repr´esentation sch´ematique de l’architecture du dispositif exp´erimental avec excita-teur ´electrodynamique. (b) Exemple de comparaison de r´esultats calcul/essais. [DIO 09]

1.3.3.3 Banc BACY d´evelopp´e par RENAULT

RENAULT dispose d’un banc d’acyclisme nomm´e BACY qui permet de mettre une boˆıte de vitesses dans des conditions repr´esentatives de leur fonctionnement sur v´ehicule et bien contrˆol´ees (figure 1.13 (a)). Le moteur thermique est remplac´e par une g´en´eratrice ´electrique qui permet d’imposer des excitations dont l’acyclisme est bien maˆıtris´e.

Dans ses travaux de th`ese [KAD 11a], Kadmiri a impos´e par la g´en´eratrice une loi en vi-tesse reproduisant un acyclisme purement harmonique, de la forme Ω(t) = Ω + A sin(ωt) avec ω= 2Ω<sup>2π</sup><sub>60</sub>, o`u Ω correspond `a la vitesse de rotation de l’arbre moteur. Ses essais sont effectu´es pour un r´egime stationnaire de ralenti `a Ω= 750 tr/min et pour des amplitudes d’acyclisme A allant de 50 `a 125 tr/min. Ces essais ont pour objectif de pouvoir valider et recaler les param`etres

Le bruit de grenaille : ´etat de l’art et objectifs

du mod`ele de type vibro-impact pr´esent´e `a la partie 1.3.2. Deux codeurs optiques incr´ementaux `a arbre creux de r´esolution 2048 tops par tour sont ainsi utilis´es : l’un est plac´e en bout d’arbre primaire et l’autre est positionn´e sur le pignon fou du rapport de 2<sup>e</sup>situ´e sur l’arbre secondaire (figure 1.13 (b)). L’instrumentation par codeurs optiques permet ici d’estimer les vitesses angu-laires du pignon menant et du pignon fou du rapport de 2<sup>e</sup> et de d´eterminer la vitesse relative entre ces pignons. La figure 1.14 (a) pr´esente les vitesses angulaires des pignons menant et fou pour Ω= 750 tr/min et A = 50 tr/min. La mesure synchrone des vitesses angulaires du pignon menant et du pignon fou permet de d´eterminer directement la vitesse relative entre ces pignons, qui correspond `a la diff´erence entre la vitesse angulaire du pignon menant et la vitesse angu-laire du pignon fou raport´ee `a celle du pignon menant (figure 1.14 (b)). Cette vitesse relative permet de d´etecter la pr´esence effective des chocs. En fonction de l’amplitude de l’acyclisme appliqu´ee en entr´ee de boˆıte, les diff´erentes configurations classiques d’apparition de chocs sont observ´ees, telles qu’une alternance entre des chocs flancs actifs et r´etros `a la p´eriodicit´e de quatre chocs par tour du pignon menant, jusqu’`a une configuration de rebonds sur chacun des flancs. A partir des instants d’impulsion d´etect´es par les codeurs optiques, Kadmiri utilise des acc´el´erom`etres plac´es sur le carter de boˆıte pour identifier la fonction de transfert entre une impulsion et la r´eponse vibratoire du carter, sous l’hypoth`ese que la r´eponse vibratoire du car-ter est amortie avant le choc suivant. Les r´esultats exp´erimentaux confirment le caract`ere large bande du bruit g´en´er´e par les impacts, avec une excitation ´etendue jusqu’`a 8 kHz.

(a) (b)

FIGURE1.13: (a) Repr´esentation sch´ematique de l’architecture du BACY. (b) Boˆıte instrument´ee avec codeurs optiques sur le banc sp´ecifique de Renault. [KAD 11a]

(a) (b)

FIGURE 1.14: (a) Vitesses angulaires du pignon menant (bleu) et du pignon fou (rouge) pour Ω= 750 tr/min et A=50 tr/min. (b) Vitesse relative entre le pignon menant et le pignon fou. la p´eriode T

correspond `a un tour du pignon menant. [KAD 11a]