Excitations de Roulement de Pneus et Leurs Impacts

La vibration et le bruit générés par les pneus pendant le roulement sont des domaines de recherche essentiels pour étudier les performances NVH (bruit, vibration et rugosité) des véhicules. La complexité de ces sources d'excitation détermine directement la diversité des chemins de transmission.

Rugosité de la surface de la route : la principale source d'excitation

La rugosité de la surface de la route, en tant que principale source d'excitation, englobe tout, des ondulations routières macroscopiques aux variations de texture microscopiques. Au niveau macro, les joints dans le revêtement en asphalte, les joints de dilatation dans le revêtement en béton et les nids-de-poule créent des impacts périodiques.

Lorsqu'un pneu roule sur un joint espacé de 10 mètres à 60 km/h, il subit 6,7 impulsions par seconde. Cette vibration à basse fréquence est transmise à la carrosserie du véhicule par le système de suspension, pouvant induire une résonance structurelle à 20-50 Hz.

Au niveau micro, les coins vifs et les indentations des granulats de pavage provoquent des rebonds à haute fréquence dans la bande de roulement du pneu. Surtout sur un pavé en béton rugueux, l'énergie de vibration de 100-500 Hz est rapidement transmise à travers les ceintures en acier dans la carcasse du pneu, devenant la principale source de bruit à haute fréquence à l'intérieur du véhicule.

L'impact des variations de fabrication des pneus

Les variations de fabrication des pneus ne sont également pas négligeables. Une répartition de masse inégale crée une excitation excentrique. Lorsqu'un pneu a une erreur d'équilibre dynamique de 50 g, il génère une pulsation de force centrifuge d'environ 80 N à une vitesse de 100 km/h. Cette charge cyclique est convertie en vibration à travers le roulement de moyeu de roue, entraînant un pic de bruit perceptible dans la plage de fréquences de 150-300 Hz.

L'inégalité de rigidité provient des variations dans le processus de collage des couches de flanc. La carcasse du pneu présente des "zones dures" et des "zones molles" alternées pendant le roulement, entraînant des fluctuations sinusoïdales de la rigidité radiale. Ces fluctuations, lorsqu'elles sont combinées avec l'excitation de la route, aggravent l'expansion et la contraction des ressorts de suspension, amplifiant ainsi les vibrations verticales de la carrosserie du véhicule.

Interaction dynamique entre le motif de bande de roulement et la surface de la route : une cause clé du bruit à fréquences moyennes et élevées

L'interaction dynamique entre le motif de bande de roulement et la surface de la route est une cause clé du bruit à fréquences moyennes et élevées. Les rainures de la bande de roulement longitudinale se compriment au contact et rebondissent rapidement en quittant la zone de contact, créant une impulsion d'air semblable à un son de "aspirateur". Ce bruit aérodynamique est particulièrement perceptible dans la plage de fréquence de 300-2000Hz et augmente proportionnellement au carré de la vitesse du véhicule.

La structure en forme de bloc de la bande de roulement transversale génère un impact à haute fréquence au contact de la route. La déformation de cisaillement des blocs de bande de roulement induit des vibrations de 1000-5000Hz, qui sont transmises au corps du pneu par l'élasticité du caoutchouc de la bande de roulement et se propagent finalement sous la forme d'un son de "sifflement" à l'intérieur du véhicule.

Vibration causée par la flexion localisée de la bande de roulement

Lorsqu'un pneu entre dans la zone de contact, la bande de roulement passe d'un arc circulaire à une surface plate. Cette flexion localisée produit un relâchement périodique des contraintes. L'hystérésis du caoutchouc de la bande de roulement fait que certains de l'énergie cinétique lors de la flexion se transforme en chaleur, mais 30%-40% de l'énergie est toujours transmise sous forme de vibration.

Le composant de vibration de 200 à 800 Hz est très susceptible de résonner avec le plancher du véhicule, générant un grondement basse fréquence à l'intérieur du véhicule. En même temps, la déformation élastique du flanc du pneu amplifie cette vibration. En raison de la fonction de transfert du système de suspension, l'énergie de vibration peut être amplifiée de 2 à 5 fois avant d'être transmise dans l'habitacle du véhicule.

Chemin de transfert d'énergie de vibration et son impact sur le confort de conduite

L'énergie de vibration générée par ces excitations présente un chemin d'amplification en plusieurs étapes :Lavibration du pneu est d'abord transmise au bras de suspension par le roulement du moyeu de roue. La vibration rigide du bras est atténuée de 10 % à 20 % par le silentbloc avant d'être transmise au pilier de carrosserie. La vibration du pilier excite le panneau de carrosserie à travers les soudures, ce qui propulse finalement l'air et génère du bruit intérieur.

Les recherches montrent qu'à une vitesse de 100 km/h, la rugosité de la surface routière contribue à environ 45 % du bruit intérieur, le motif de bande de roulement contribue à 30 %, et les facteurs structurels du pneu contribuent à 25 %. Les effets combinés de ces trois facteurs résultent en un spectre de bruit intérieur complexe et multi-pic, posant un défi significatif au confort de conduite.