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L e c o n f o r t m é c a n i q u e e t a c o u s t i q u e Le pneu Le confort

L e c o n f o r t m é c a n i q u e e t a c o u s t i q u e Le pneu Le confort mécanique & acoustique Le pneu Editeur : Société de Technologie Michelin 23, rue Breschet, 63000 Clermont-Ferrand © Société de Technologie Michelin, 2001 Réalisation Japa - Photos : photothèque Michelin, photothèque Japa Imprimé en France Toute reproduction, même partielle, toute traduction, toute représentation, toute adaptation, quel qu’en soit le support, est interdite sans autorisation préalable. Contact : Manufacture Française des Pneumatiques Michelin Service Groupe Communication/Technique Place des Carmes Déchaux, 63040 Clermont-Ferrand Cedex 09 7 Introduction 9 I Les vibrations 12 QU’EST-CE QU’UNE VIBRATION ? 13 QU’EST-CE QUE LE BRUIT ? 13 ■Qu’est-ce que le son ? 14 ■La pression sonore 14 ■Le décibel 14 ■Le niveau d’intensité acoustique 15 Pour en savoir plus… sur l’intensité acoustique 15 Pour en savoir plus… sur le niveau d’intensité acoustique 15 Pour en savoir plus… sur le niveau de pression sonore 15 ■Atténuation du niveau d’intensité en fonction de la distance 16 Pour en savoir plus… sur l’influence de la distance sur l’intensité acoustique 17 CARACTÉRISTIQUES D’UNE VIBRATION, UNITÉS ET NOTATIONS 17 ■Amplitude 17 Pour en savoir plus… sur l’expression en dB des niveaux d’accélération 18 ■Période et fréquence 18 ■Amortissement 19 VIBRATIONS SIMPLES,VIBRATIONS COMPLEXES 20 QU’EST-CE QU’UN MODE PROPRE ? 22 ■Les modes d’une corde tendue 24 Pour en savoir plus… sur les modes propres des milieux élastiques et homogènes 25 Pour en savoir plus… sur les modes propres d’une corde tendue 26 ●Les conditions aux limites 27 Les vibrations : ce qu’il faut retenir… 29 II La perception humaine 30 SENSIBILITÉ HUMAINE AUX VIBRATIONS … 30 ■… mécaniques 30 ■… acoustiques 31 INFLUENCE DE LA FRÉQUENCE SUR LA PERCEPTION HUMAINE DES VIBRATIONS 32 INFLUENCE DE L’AMPLITUDE SUR LA PERCEPTION HUMAINE DES VIBRATIONS… 32 ■… acoustiques 32 ■… mécaniques 33 SENSIBILITÉ DE L’HOMME AUX VIBRATIONS ACOUSTIQUES 33 ■Le champ de l’audition 33 ■Le décibel A ou dB(A) 34 ■Les émergences II.4 II.3 II.2 II.1 I.5 I.4 I.3 I.2 I.1 Page 3 Page 3 Le confort mécanique et acoustique S o m m a i r e L e p n e u b o it l’ o b s t a c l e 35 SENSIBILITÉ DE L’HOMME AUX VIBRATIONS MÉCANIQUES 37 Pour en savoir plus… sur les filtres et leur application au confort automobile 38 La perception humaine : ce qu’il faut retenir… 39 III Le pneu : un filtre à vibrations 41 LE PNEU : UN SYSTÈME DÉFORMABLE 41 ●Rigidités directionnelles 42 LE RÔLE DU PNEU DANS LE CONFORT 44 LES COMPORTEMENTS VIBRATOIRES DU PNEU 44 En-dessous de 30 Hz : comportement de type ressort 44 ■Caractérisation de la rigidité radiale du pneu au passage d’un obstacle 45 Entre 30 et 250 Hz : les modes propres du pneu 45 ■Mise en évidence des modes propres du pneu 46 ■Modes radiaux 46 ■Modes transverses 47 ■Modes entiers et demi-entiers 50 Au-delà de 250 Hz : vibrations de part et d’autre de l’aire de contact 50 ■Mise en évidence de la réponse du pneu 51 LES CHEMINS DE PROPAGATION 51 ■Propagation solidienne vers les passagers 52 ■Propagation solidienne vers les riverains 52 ■Propagation aérienne vers les passagers et les riverains 53 Le pneu : un filtre à vibrations : ce qu’il faut retenir… 55 IV Les mécanismes générateurs de gêne vibratoire 56 LES SECOUSSES SUR ROUTES BOSSELÉES 56 ■Fréquences d’excitation 57 ■Modes propres des véhicules équipés d’une suspension 58 ●Le tangage et le pompage 59 ■Influence du pneumatique sur les niveaux de vibration 60 Pour en savoir plus… sur la fréquence propre des masses suspendues et non-suspendues 61 LES IMPACTS SUR OBSTACLES ISOLÉS 61 ■Le mécanisme 62 ■La réponse forcée 63 ●Le pneu boit l’obstacle 63 ■En roulage : la réponse du pneumatique 64 ■Influence du pneumatique sur les niveaux de vibration 65 LES NON-UNIFORMITÉS DE L’ENSEMBLE MONTÉ 65 ■Non-uniformités de masse 66 ●Le principe de l’équilibrage 67 ■Non-uniformités de forme IV.3 IV.2 IV.1 III.4 III.3.3 III.3.2 III.3.1 III.3 III.2 III.1 II.5 Page 4 68 ■Non-uniformités de rigidité 69 ■Fréquences de sollicitation 70 Pour en savoir plus… sur le battement 71 ■Les causes de non-uniformités 71 ●Le flat spot 72 Pour en savoir plus… sur le matching, ou appariement 73 LE CONFORT MÉCANIQUE DES VÉHICULES SANS SUSPENSION 73 ■Engins de génie civil 75 ■Engins agricoles 76 Les mécanismes générateurs de gêne vibratoire : ce qu’il faut retenir… 77 V Les mécanismes générateurs de gêne acoustique 79 BRUIT INTÉRIEUR - BRUIT EXTÉRIEUR 80 EXCITATION PAR LE REVÊTEMENT ROUTIER 80 Bruit d’impact sur obstacles isolés 80 ■Potentiels de gain sur le bruit d’impact perçu à l’intérieur de l’habitacle 80 Bruit de macrorugosité 81 Pour en savoir plus… sur la rugosité des sols 82 ■Vibration de la structure du pneu 83 ■Potentiels de gain sur le bruit de macrorugosité perçu à l’intérieur de l’habitacle 83 Pour en savoir plus… sur le bruit de macrorugosité à l’intérieur de l’habitacle 84 ■Vibration de l’air de gonflage 85 EXCITATION PAR LA SCULPTURE 85 Impact des pains de gomme sur le sol 85 Pour en savoir plus… sur les vibrations subies par la ceinture du pneu à l’entrée de l’aire de contact 86 ■Le sirènement 88 ●Le bouclage 89 ■La modulation d’amplitude, ou battement 90 ■Sirènement et battement : l’art de l’arrangement 91 ■Niveau acoustique 93 Bruit de frottement de la gomme sur le sol 93 ■Le chuintement 93 ■Le crissement 95 Le pompage d’air 95 Les phénomènes amplificateurs 95 ■Le tuyau d’orgue 96 ■L’effet porte-voix 97 EFFET DE LA SCULPTURE, DE LA LARGEUR DU PNEU ET DE SON ARCHITECTURE SUR LE NIVEAU DE BRUIT EXTÉRIEUR 98 INFLUENCE DU REVÊTEMENT ROUTIER SUR LE BRUIT EXTÉRIEUR 99 Les mécanismes générateurs de gêne acoustique : ce qu’il faut retenir… V.5 V.4 V.3.4 V.3.3 V.3.2 V.3.1 V.3 V.2.2 V.2.1 V.2 V.1 IV.4 Page 5 S o m m a i r e 101 VI Les essais de confort mécanique et acoustique 103 TESTS SUR MACHINES ANALYTIQUES 103 ■Tests d’impact sur obstacles isolés (confort mécanique et acoustique) 104 ■Mesure de la fonction de transfert d’un véhicule 105 ■Mesures intensimétriques de bruit 106 MESURES SUR PISTES AVEC VÉHICULES INSTRUMENTÉS 106 ■Mesures simplifiées de secousses sur route bosselée 106 Pour en savoir plus… sur le calcul des index RMS et RSS 107 ■Mesure de bruit à l’intérieur de l’habitacle : bruit de macrorugosité et bruit de sculpture 108 ÉVALUATION DE LA GÊNE VIBRATOIRE ET ACOUSTIQUE PAR ESSAYEUR 109 ●L’étalonnage de la perception des essayeurs 110 RÉGLEMENTATION EN MATIÈRE DE BRUIT ÉMIS PAR LES VÉHICULES 110 ■Mesures du bruit en pleine accélération : la directive européenne 92/97 113 ■Mesures en accélération à l’aide de véhicules insonorisés 115 ■Projets de mesures de bruit des véhicules en pleine accélération et à vitesse stabilisée 115 ■Mesures du bruit moteur coupé : la nouvelle directive européenne 2001/43/CE 116 Pour en savoir plus… sur le calcul du niveau sonore pneu-chaussée moteur coupé 116 Pour en savoir plus… sur la correction en température 117 VII Le prototypage virtuel 121 Annexe Les contrôles d’uniformité en fabrication 123 Index 128 Bibliographie VI.4 VI.3 VI.2 VI.1 A, B, C… Page 6 Page 7 S’il ne pleuvait jamais, on pourrait construire des routes parfaitement lisses et des pneus sans sculpture. Le roulage des pneumatiques sur la chaussée produirait beaucoup moins de bruit et de vibrations. A l’origine de la gêne Seulement voilà, l'adhérence sur sols mouillés exige des routes "rugueuses" et des pneus sculptés pour évacuer l'eau et retrouver un contact sec avec le revêtement routier. Par ailleurs, les routes présentent toujours certains obstacles, comme des bosses, des bouches d'égouts, des joints de revêtement ou des ralentisseurs. De son côté, le pneu est un objet souple, qui n'est jamais parfaitement rond et qui doit se déformer pour épouser le sol. Dans l'aire de contact, toutes ces déformations et irrégularités agissent comme autant de petits chocs qui peuvent faire vibrer le pneu, le véhicule et l'air environnant, produisant des vibrations mécaniques et acoustiques. Lorsqu'elles se propagent jusqu'aux occupants des véhicules et aux riverains, ces vibrations peuvent être sources de gêne et de fatigue. Améliorer le confort consiste donc à concevoir des pneus qui absorbent les irrégularités du sol et qui produisent moins de bruit, afin de diminuer la gêne des passagers et des riverains, de donner plus d'agré- ment de conduite aux conducteurs et, en diminuant la fatigue, d'améliorer la sécurité. Le confort est aujourd'hui tellement intégré dans notre vie quotidienne qu'on a parfois du mal à ima- giner la complexité de la notion même de confort. Pourtant, comprendre les causes d’une gêne, puis imaginer des solutions techniques et prévoir ce qui sera ressenti par le corps humain fait appel à des connaissances multiples, comme celles de la phy- sique, de la physiologie, de la psycho-acoustique, ou de la modélisation. Lorsqu'on parle de confort routier, trois acteurs sont en présence : le pneu, la route et le véhicule. Le confort routier est donc un uploads/Litterature/ le-confort-mecanique-et-acoustique-michelin.pdf