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Numéro d'ordre 95-08 Année 1995 THESE présentée pour obtenir le titre de DOCTEU

Numéro d'ordre 95-08 Année 1995 THESE présentée pour obtenir le titre de DOCTEUR Spécialité ACOUSTIQUE à L'ECOLE CENTRALE DE LYON par JEAN-PIERRE BOUDOT MODELISATION DES BRUITS DE FREINAGE DES VEHICULES INDUSTRIELS Soutenue le 25 avril 1995 devant la Commission d'Examen Jury : G. COMTE-BELLOT Président D. LE HOUEDEC Rapporteur S. SCAVARDA Rapporteur M. LEBRUN L. JEZEQUEL B. FAVRE A. CARNEIRO G. HENNEQUET ¶f6O' oU'. ri Numéro d'ordre: 95-08 Année 1995 THESE présentée pour obtenir le titre de DOCTEUR Spécialité ACOUSTIQUE à L'ECOLE CENTRALE DE LYON par JEAN-PIERRE BOUDOT MODELISATION DES BRUITS DE FREINAGE DES VEHICULES INDUSTRIELS Soutenue le 25 avril 1995 devant la Commission d'Examen Jury : G. COMTE-BELLOT Président D. LE HOUEDEC Rapporteur S. SCAVARDA Rapporteur M. LEBRUN L. JEZEQUEL B. FAVRE A. CARNEIRO G. HENNEQUET Je tiens à remercier Monsieur L. JEZEQUEL pour m'avoir intégré à l'équipe dynamique des structures du Département de Mécanique des Solides de l'Ecole Centrale de Lyon, et pour avoir assuré l'encadrement scientifique de cette étude. Tous mes remerciements à Monsieur L. WINOCQ, responsable du Département Etudes Liaisons au Sol de RENAULT v.i., à la Direction Etudes et Recherche, pour m'avoir accueilli, et pour le soutien permanent qu'il m'a apporté, accompagné de Monsieur A. CiIRo, tout au long de mon travail. Toute ma reconnaissance également à Monsieur G. HENNEQUET, de RENAULT, pour l'appui qu'il a pu fournir à l'étude. Merci également à Mademoiselle G. COMTE-BELLOT, présidente du jury, ainsi qu'à Messieurs D. LE HOUEDEC et S. SCARVADA pour avoir accepté d'assumer le rôle de rapporteur. Toute ma gratitude à tous les membres du jury, témoignant ainsi de l'intérêt qu'ils portent à ce travail: G. COMTE-BELLOT Professeur à l'Ecole Centrale de Lyon - Président D. LE HOUEDEC Professeur à l'Ecole Centrale de Nantes - Rapporteur S. SCAVARDA Professeur à l'INSA de Lyon - Rapporteur M. LEBRUN Maître de conférence à l'université Claude Bernard / Société IMAGiNE L. JEZEQUEL Professeur à l'Ecole Centrale de Lyon B. FAVRE Responsable de la recherche - DER / RENAULT V.1. A. CARNEIRO Ingénieur responsable du projet - DER / RENAULT V.1. G. HENNEQUET Section mécanique et hydraulique - DR / RENAULT Toute ma reconnaissance enfin à tout le personnel du Laboratoire de Mécanique des Solides de l'Ecole Centrale de Lyon, du Département Etudes Liaisons au Sol, atelier prototypes et Centre d'Essais Routier de RENAULT V.1., pour l'aide et la confiance qu'ils m'ont portées. ¡u HABILiTATIONS V / DEPARTEMENT NOM-PRENOM FONCTION ACOUSTIQUE COMTE-BELLOT Geneviève JUVE Daniel ROGER Michel GALLAND Marie-Annick BLANC-BENON Philippe SUNYACH Michel PROFESSEUR - - - - - - MAITRE DE CONFERENCES CHARGE DE RECHERCHE CNRS PROFESSEUR lUT LYON I ELECTRONIQUE LEAME BLANCHET Robert LE HELLEY Michel HELLOUIN Yves VIKTOROVITCH Pierre HOLLINGER Guy GENDRY Michel KRAWCZYK Stanislas TARDY Jacques PROFESSEUR - - - MAITRE DE CONFERENCES DIRECTEUR DE RECHERCHE CNRS - - - CHARGE DE RECHERCHE CNRS - - - - - - ELECTROTECHNIQUE CEGELY AURIOL Philippe NICOLAS Alain BEROUAL Abderrahmane ROJAT Gérard NICOLAS Laurent PROFESSEUR MAITRE DE CONFERENCES - - - CHARGE DE RECHERCHE CNRS MACHINES THERMIQUES ARQUES Philippe BRUN Maurice CHAMPOUSSIN Jean-Claude PROFESSEUR - - - - - - ECOLE CENTRALE DE LYON MM DU 5 mai 1995 LISTE DES PERSONNES HABILITEES A ENCADRER DES THESES A. du 30.03.82 Art. et A. du 23.11.88 Dir.ct.ur EtI.nn. PASCAUD Dir.ct.ur Adjoint : Uo VINCENT Dir.ct.ur dii Etud.. : Jun ROZINOER DIr.ct.ur Admnstr.tIon di I. R.ch.rch. : Franci. LEBOEUF Habilitations vi MATERIAUX MECANIQUE PHYSIQUE GUIRALDENQ Pierre TREH EUX Daniel VANNES Bernard VINCENT Léo BLANC-BENON Jean BRUGIRARD Jean NGUYEN Du FAYEULLE Serge JUVE Denyse PROFESSEUR - - - - - - - - PROFESSEUR LYON I - - - MAITRE DE CONFERENCES CHARGE DE RECHERCHE CNRS INGENIEUR D'ETUDES MATHEMATIQUES INFORMATIQUE SYSTEMES DAVID Bertrand MARION Martine MAITRE Jean-François MOUSSAOUI Mohand Arezki THOMAS Gérard MUSY François ROZINOER Jean PROFESSEUR - - - - - - - - - - - - MAITRE DE CONFERENCES - - - MECANIQUE DES FLUIDES MATHIEU Jean ALCARAZ Emilio JEANDEL Denis LEBOEUF Francis SCOTT Jean BATAILLE Jean GAY Bernard GENCE Jean-Noël LANCE Michel BEN HADID Hamda BUFFAT Marc HAMADICHE Mahmoud MOREL Robert CAMBON Claude BERTOGLIO Jean-Pierre ESCUDIE Dany FERRAN D Pascal HENRY Daniel PROFESSEUR EMERITE PROFESSEUR - - - - - - - - - PROFESSEUR LYON I - - - - - - - - - MAITRE DE CONFERENCES LYON I - - - - - - PROFESSEUR INSA DIRECTEUR DE RECHERCHE CNRS CHARGE DE RECHERCHE CNRS - - - -. - - - vu / MECANIQUE DES SOLIDES CAMBOU Bernard JEZEQUEL Louis SIDOROFF Français SURRY Claude PROFESSEUR - - - - - - PROFESSEUR ENISE PHYSICOCHIMIE DES INTERFACES CLECHET Paul JOSEPH Jacques MARTELET Claude MARTIN Jean-René PORTE Louis ROBACH Yves STREMSDOERFER Guy JAFFREZIC Nicole SOUTEYRAND Elyane PROFESSEUR - - - - - - - - - - - - MAITRE DE CONFERENCES - - - DIRECTEUR DE RECHERCHE CNRS CHARGE DE RECHERCHE CNRS PHOTOCATALYSE - PICHAT Pierre HERRMANN Jean-Marie HOANG-VAN Can DIRECTEUR DE RECHERCHE CNRS - - - - - - TRIBOLOGIE ET DYNAMIQUE DES SYSTEMES GEORGES Jean-Marie SABOT Jean MARTIN Jean-Michel DONNET Christophe MATHIA Thomas KAPSA Philippe LOUBET Jean-Luc MAZUYER Denis LE BOSSE Jean-Claude LOPEZ Jacques ROUSSEAU Jacques PROFESSEUR - - - - - - MAITRE DE CONFERENCES DIRECTEUR DE RECHERCHE CNRS - - - CHARGE DE RECHERCHE CNRS - - - MAITRE DE CONFERENCES INSA MAITRE DE CONFERENCES UCB PROFESSEUR ENISE vu, RESUME Face à la demande de la clientèle, les industriels deviennent sensibles au dimensionnement dynamique de leurs produits, et devant l'intégration croissante des composants, il est même question d'optimisation des comportements dynamiques de chacun de ces éléments. Parmi ces phénomènes sensibilisants, figurent les problèmes de bruit de freinage des véhicules roulants qui nuisent au confort acoustique et vibratoire des utilisateurs, et parfois même à leur sécurité. Le broutement des poids lourds, par exemple, illustre la globalité du problème puisqu'il fait intervenir les caractéristiques dynamiques de tout le train avant, même si la source du phénomène est localisée sur le frein. Ce comportement global est d'autant plus difficile à aborder qu'il dépend de l'architecture du véhicule. C'est pourquoi la modélisation s'est orientée vers une phénoménologie structurale. La théorie, le sprag-slip, s'appuie sur les couplages dynamiques induits par l'arc-boutement. Il est possible de l'implanter aussi bien sur une géométrie de frein à tambour, que de frein à disque. Enfin, elle est capable de rendre compte de la sensibilité de l'instabilité qu'elle génère vis à vis des données structurales du véhicule. Une modélisation du train avant complet est proposée, sur la base d'une méthode modale, combinée au sprag-slip. Une approche linéaire autorise des études fréquentielles qui permettent d'évaluer le risque de broutement en fonction des paramètres de conception du frein. Une étude expérimentale permet de confronter les résultats de calcul à la réalité, et met en évidence une stabilisation du système par des effets non-linéaires. Le formalisme des bond-graphs utilisé dans cette étude permet d'introduire aisément ces effets et d'en constater les effets sur des simulations temporelles. Il est ensuite proposé une approche théorique en non-linéaire afin de prédire, dans le cas d'instabilités, l'amplitude des cycles stationnaires stables, qui définissent la gravité de la situation. Le contexte industriel a amené finalement au développement d'outils informatiques spécifiques. Ils entrent maintenant dans une démarche de conception des trains avant. ABSTRACT Facing the customers' requests, manufacturers become sensitive to the dynamic design of their products. And moreover the increasing integration of the components induces to consider the optimisation of all elements. Brakes noises, which are prejudicial to the users' acoustic and vibratory comfort, and even sometimes to their safety, belongs to those sensitive phenomena. Heavy trucks judder is an example of a global problem, since the dynamic characteristics of the whole front axle assembly is concerned, even if the source ofjudder is located in the brake system. This global behaviour is particularly hard since it depends on the geometry of the assembly. That's why the modelling uses a structural phenomenon. The theory, called sprag-slip, is based on dynamic coupling due to buttressing. Such a theory can be implemented on a drum brake or on a disk brake model. These models generate instabilities which are sensitive to the geometrical design of the vehicle. A model rèpresenting the whole front axle assembly is built, on the basis of a modal method, combined with sprag-slip. The model is linearized so that afrequential approach is possible, which permits to evaluate the risk of judder versus the design parameters. Theoretical results are compared with some experiments, which show that a stabilisation of the system occurs, due to non-linear effects. With the bond-graph method used here, it is easy to introduce some non-linear effects, and numerical simulations are performed. Finally a theoretical approach takes non-linear effects into account in order to be able to compute, in case of an instability, the magnitude of the stationary cycles, which is a criterion of the instability's seriousness. In the industrial context this work brings me to develop some specific computer tools. They are used now in a practical process to design front axles. ix Sommaire X SOMMAIRE uploads/Science et Technologie/ th-t1601-jpboudot.pdf