Modélisation des bruits de freinage des véhicules industriels

Heavy trucks brake noises modelling

• Auteur / Autrice : Jean-Pierre Boudot
• Direction : Louis Jézéquel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences. Acoustique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des solides (Ecully, Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théories non linéaires

Freins

Stabilité

Mots clés libres

Broutement

Bond-graph

Sprag-slip

Résumé

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 phènomènologie 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 géometrie 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 a 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'evaluer le risque de broutement en fonction des paramètres de conception du frein. Une étude experimentale permet de confronter les résultats de calcul a la réalité, et met en évidence une stabilisation du système par des effets non-linéaires. Le formalisme des bond-graphs utilisé dans cette etude 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.

Facing the customers'requests, manufactures 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 of judder 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 representing the whole front axle assembly is built, on the basis of a modal method, combined with sprag-slip. The model is linearized so that a frequential 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