FR3127908A1 - Roue de véhicule automobile munie d'un piège à vibrations - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur une roue de véhicule automobile comprenant: - une jante (11), - un pneu (12) définissant avec la jante (11) une cavité pneumatique (13) circonférentielle, et - un piège à vibrations (25) comprenant une pluralité de résonateurs structurels (26) disposés à l'extérieur de la cavité pneumatique (13) suivant tout ou partie d'une circonférence de la jante (11), - ces résonateurs structurels (26) présentant des variations de leurs caractéristiques mécaniques les uns par rapport aux autres, de sorte que leurs fréquences propres de résonance sont distribuées sur au moins une plage de fréquences. Figure 1
Description
La présente invention porte sur une roue de véhicule automobile munie d'un piège à vibrations. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, pour améliorer le confort acoustique des véhicules automobiles, en particulier les véhicules embarquant une motorisation électrique.
De façon connue en soi, des résonances vibratoires de la structure métallique de la roue ou d'un volume d'air contenu dans le pneu génèrent des bruits désagréables pour les passagers à l’intérieur du véhicule. Il est donc important de minimiser ces bruits dits de roulement lors de l’optimisation globale des prestations acoustiques des véhicules automobiles, notamment des véhicules à motorisations électriques plus silencieuses que les moteurs thermiques.
En particulier, des résonances dues à des modes propres localisés au niveau de la jante de la roue produisent des vibrations et un bruit qui se propagent dans l'habitacle du véhicule. L’ordre de grandeur des fréquences de résonance nuisibles est typiquement de 50Hz à quelques centaines de Hertz. Cette gamme de relativement basses fréquences est critique pour la maîtrise des bruits de roulement car la densité spectrale de puissance excitatrice de la roue (interaction pneu-route) y est élevée.
Parmi les différents modes propres directement liés et déterminés par la structure de la roue, on distingue notamment un ou plusieurs modes particuliers appelés "modes de basculement". Ce ou ces modes, qui peuvent être décrits spatialement par un mouvement oscillant « basculement » de la roue dans l’espace, font notamment travailler la souplesse de la liaison roue-roulement et produisent des résonances globalement en torsion autour du plan de la roue, notoirement dommageables pour le confort acoustique.
L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une roue de véhicule automobile comprenant:
- une jante,
- un pneu définissant avec la jante une cavité pneumatique circonférentielle, et
- un piège à vibrations comprenant une pluralité de résonateurs structurels disposés à l'extérieur de la cavité pneumatique suivant tout ou partie d'une circonférence de la jante,
- ces résonateurs structurels présentant des variations de leurs caractéristiques mécaniques les uns par rapport aux autres, de sorte que leurs fréquences propres de résonance sont distribuées sur au moins une plage de fréquences.
L'invention permet ainsi, grâce aux résonateurs structurels distribués dans le domaine fréquentiel et dans l'espace, de produire un effet d’amortissement de la structure de la roue et de ses modes vibratoires, en particulier du ou des modes de basculement. L'invention permet ainsi de diminuer le niveau des bruits néfastes perçus par le conducteur et les passagers à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. L’invention présente également un caractère économique, dans la mesure où elle consiste en un système passif réalisé à base de matériaux peu onéreux.
Selon une réalisation de l'invention, chaque résonateur structurel pris isolément est un système de type masse-ressort amorti et en ce que les variations de caractéristiques mécaniques concernent une masse et/ou une raideur des résonateurs structurels.
Selon une réalisation de l'invention, un résonateur structurel comporte un élément porteur élancé portant une masse à une première extrémité libre dudit élément porteur élancé.
Selon une réalisation de l'invention, une deuxième extrémité de l'élément porteur élancé est fixée sur la jante par l'intermédiaire d'un matériau amortissant apte à se déformer lorsque le résonateur vibre, tel qu'une colle organique, un élastomère adhérisé, une résine, un matériau à base de caoutchouc ou de silicone.
Selon une réalisation de l'invention, un amortissement individuel d’un résonateur structurel est compris entre 1% et 5%.
Selon une réalisation de l'invention, les résonateurs structurels présentent des éléments porteurs élancés de géométrie variable les unes par rapport aux autres et/ou des masses variables les unes par rapport aux autres.
Selon une réalisation de l'invention, les fréquences propres des résonateurs structurels sont distribuées sur au moins une plage de fréquences encadrant au moins une fréquence de résonance de basculement de la roue, notamment comprise entre 100Hz et 200Hz.
Selon une réalisation de l'invention, les fréquences propres des résonateurs structurels sont distribuées sur la plage de fréquences suivant un pas fréquentiel régulier.
Selon une réalisation de l'invention, une masse globale du piège à vibrations est comprise entre 1% et 10% d'une masse de la jante.
L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant une roue telle que précédemment définie.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d’une figure à l’autre.
La montre une vue en coupe d’une roue 10 comportant une jante 11 réalisée généralement dans un matériau métallique. Un pneu 12 définit avec la jante 11 une cavité pneumatique 13 circonférentielle. À cet effet, le pneu 12 vient s’accrocher au niveau d'épaulements placés aux bords de la jante 11.
La roue 10 est destinée à être fixée sur le véhicule par l'intermédiaire d'un système de fixation 15 muni d’un pivot de roue 16 appartenant à un train de roues. La roue 10 coopère avec le pivot de roue 16 par l’intermédiaire d’un roulement 17.
La roue 10 est également équipée d’un système de freinage 19 comportant un étrier 22 destiné à serrer un disque 23 lié en rotation avec la jante 11 pour appliquer un couple de freinage.
Un piège à vibrations 25 visible sur les figures 1 et 2 comprend une pluralité de résonateurs structurels 26. Par résonateurs structurels 26, on entend des résonateurs réalisés avec des matériaux solides par opposition à des résonateurs acoustiques également dits de Helmholtz par des hommes de l’art.
Afin d’éviter d’interférer avec le procédé de montage de la roue 10, les résonateurs structurels 26 sont disposés préférentiellement à l'extérieur de la cavité pneumatique 13 circonférentielle suivant tout ou partie d'une circonférence de la jante 11. Avantageusement, les éléments structurels 26 sont également disposés en dehors d'un volume occupé par le système de fixation 15 de la roue 10 et le système de freinage 19. Dans l’exemple représenté, les résonateurs structurels 26 sont disposés suivant une circonférence d’une face interne d’une portion cylindrique de la jante 11 opposée à la face externe de la portion cylindrique de la jante 11 tournée vers le pneu 12.
Les résonateurs structurels 26 présentent des variations de leurs caractéristiques mécaniques les uns par rapport aux autres de sorte que leurs fréquences propres de résonance sont distribuées dans une plage de fréquence. Avantageusement, les fréquences propres des résonateurs structurels 26 sont distribuées sur au moins une plage de fréquences encadrant au moins une fréquence de résonance de basculement de la roue 10. La fréquence de résonance de basculement de la roue 10 est comprise entre 100Hz et 200 Hz. Cette valeur dépend de l’architecture de la roue et évolue avec sa vitesse de rotation au cours de son utilisation dans le véhicule.
Plus précisément, chaque résonateur structurel 26 pris isolément est un système de type masse-ressort amorti et les variations de caractéristiques mécaniques concernent une masse et/ou une raideur des résonateurs structurels 26.
À cet effet, un résonateur structurel 26 comporte un élément porteur élancé 27, tel qu'une lame, portant une masse 28 à une première extrémité libre de ladite lame 27. Une deuxième extrémité de la lame 27 est fixée sur la jante 11 par l'intermédiaire d'un matériau amortissant 30 apte à se déformer lorsque le résonateur vibre donc que la structure porteuse vibre avec sa masse rapportée.
Le matériau amortissant 30 pourra être choisi parmi: une colle organique, un élastomère adhérisé, une résine, un matériau à base de caoutchouc ou de silicone. Cela permet de réaliser à la fois la fonction de raideur et la fonction d’amortissement de chaque résonateur structurel 26. Le matériau choisi est de préférence apte à durer au cours du temps, entre autres à supporter un grand nombre de cycles de déformations, et à supporter les conditions thermiques environnantes, entre autres des variations de température élevées. L’amortissement nécessaire dans la présente invention pour un résonateur est relativement faible (mais non nul), de l’ordre de quelques pourcents. En pratique, cet amortissement présente une valeur comprise entre 1% et 5%.
Comme on peut le voir sur la , la deuxième extrémité d'une lame 27 et le matériau amortissant 30 pourront être disposés à l’intérieur d’une gorge circonférentielle 31. La gorge 31 est définie par une portion de la jante 11 et une patte 32 issue de cette portion. Comme cela est illustré par la , des griffes et/ou des bourrelets 33 pourront être prévus du côté de l'extrémité libre de la patte 32 de façon à retenir les résonateurs 26 à l’intérieur de la gorge 31, qui sont par ailleurs soumis à une force centrifuge importante lors de la rotation de la roue 10.
Les résonateurs structurels 26 pourront être des éléments rapportés fixés sur la jante 11. Les résonateurs structurels 26 pourront être obtenus par usinage d'une feuille de tôle 35, tel que cela est montré sur la . La feuille de tôle 35 pourra ensuite être mise en forme pour épouser la forme circulaire de la jante 11, tel que cela est illustré par la , par exemple rebouclée sur elle-même.
En variante, les résonateurs structurels 26 pourront être obtenus par usinage de la structure métallique de la jante 11. Quel que soit le mode de réalisation choisi, les résonateurs structurels 26 sont de préférence disposés suivant la circonférence de la roue 10 de façon à minimiser voire à annuler un balourd de la roue 10.
En vue de réaliser des variations des fréquences propres, des variations de raideur des résonateurs structurels 26 peuvent être obtenues par variation de la quantité, volume, agencement et caractéristiques mécaniques du matériau 30 liant la lame 27 porteuse à la jante 11, et/ou des variations de masse, typiquement via le volume de matière et/ou le matériau employé pour réaliser les lames 27 ou les masses 28. Les matériaux pourront par exemple être choisi parmi l’acier ou le plomb ou tout autre matériau adapté à l’application. La géométrie des lames 27 pourra également varier.
Du fait de la distribution fréquentielle des fréquences propres des résonateurs, ces derniers interfèrent pour produire l’effet de piège à vibrations 25 efficace de type particulier de piège aussi appelé « MTMD » pour "Multiple Tuned Mass Damper" en anglais.
De préférence, la distribution fréquentielle des fréquences propres des résonateurs structurels 26 est linéaire dans la plage de fréquences cible. En outre, le pas fréquentiel entre deux fréquences propres successives des résonateurs 26 est de préférence régulier. En variante, la distribution fréquentielle des résonateurs structurels 26 peut ne pas être linéaire et/ou le pas fréquentiel peut ne pas être régulier dans certaines applications.
La masse globale du piège à vibrations 25 pourra être adaptée en fonction du niveau d’efficacité souhaité et de la masse ajoutée à la roue 10 résultant de la mise en œuvre de l’invention qu’on souhaite ne pas dépasser. La masse globale du piège à vibrations 25 est de préférence comprise entre 1% et 10% de la masse de la jante 11 de façon à limiter l'impact du piège à vibrations sur la dynamique globale de la liaison au sol du véhicule automobile.
Pour une masse globale fixée du piège à vibrations 25, il est plus favorable d'utiliser un grand nombre plutôt qu'un nombre réduit de résonateurs structurels 26. À titre d’exemple, on pourra utiliser un nombre de résonateurs structurels 26 compris entre 10 et 100, voire plus. Avantageusement, le nombre de résonateurs structurels 26 est compris entre 20 et 50 résonateurs.
La est un diagramme fréquentiel mettant en évidence que, par rapport à une roue de véhicule dépourvue de piège à vibration (cf. courbe C1), la roue 10 selon l'invention intégrant un piège à vibrations 25 permet d'atténuer l'amplitude des vibrations dans une plage de fréquence P située autour d'au moins une fréquence de résonance de basculement de la roue, notamment comprise entre 100Hz et 200Hz (cf. courbe C2).
Claims (10)
- Roue (10) de véhicule automobile comprenant:
- une jante (11),
- un pneu (12) définissant avec la jante (11) une cavité pneumatique (13) circonférentielle, et
- un piège à vibrations (25),
caractérisée en ce que ledit piège à vibrations (25) comprend une pluralité de résonateurs structurels (26) disposés à l'extérieur de la cavité pneumatique (13) suivant tout ou partie d'une circonférence de la jante (11),
- ces résonateurs structurels (26) présentant des variations de leurs caractéristiques mécaniques les uns par rapport aux autres, de sorte que leurs fréquences propres de résonance sont distribuées sur au moins une plage de fréquences. - Roue selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque résonateur structurel (26) pris isolément est un système de type masse-ressort amorti et en ce que les variations de caractéristiques mécaniques concernent une masse et/ou une raideur des résonateurs structurels (26).
- Roue selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un résonateur structurel (26) comporte un élément porteur élancé (27) portant une masse (28) à une première extrémité libre dudit élément porteur élancé (27).
- Roue selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une deuxième extrémité de l'élément porteur élancé (27) est fixée sur la jante (11) par l'intermédiaire d'un matériau amortissant (30) apte à se déformer lorsque le résonateur vibre, tel qu'une colle organique, un élastomère adhérisé, une résine, un matériau à base de caoutchouc ou de silicone.
- Roue selon la revendication 4, caractérisée en ce qu’un amortissement individuel d’un résonateur structurel (26) est compris entre 1% et 5%.
- Roue selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les résonateurs structurels (26) présentent des éléments porteurs élancés (27) de géométrie variable les unes par rapport aux autres et/ou des masses (28) variables les unes par rapport aux autres.
- Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les fréquences propres des résonateurs structurels (26) sont distribuées sur au moins une plage de fréquences encadrant au moins une fréquence de résonance de basculement de la roue (10), notamment comprise entre 100Hz et 200Hz.
- Roue selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les fréquences propres des résonateurs structurels (26) sont distribuées sur la plage de fréquences suivant un pas fréquentiel régulier.
- Roue selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu’une masse globale du piège à vibrations (25) est comprise entre 1% et 10% d'une masse de la jante (11).
- Véhicule automobile comportant une roue (10) telle que définie selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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2021
- 2021-10-12 FR FR2110775A patent/FR3127908B1/fr active Active
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Also Published As
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