Mise au point aéroacoustique des véhicules chez PSA

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1 Mise au pint aéracustique des véhicules chez PSA Vehicles aeracustic perfecting at PSA par L. Burgade P.SA. Peuget Citrën 1 INTRODUCTION.1.2 Znes du véhicule impliquées dans l'aéracustique 1.1 imprtance du bruit aérdynamique Les bruits d'rigine aérdynamique ccupent une place de plus en plus imprtante dans le cnfrt acustique des véhicules. Cela s'explique par les raisns suivantes: - l'exigence crissante de la clientèle en termes de cnfrt acustique, - la réductin des bruits d'rigine mteur, - l'usage autrutier de plus en plus fréquent en Eurpe et l'améliratin de la qualité du revêtement des rutes. Le bruit des véhicules prvient de tris surces principales: le mteur, le cntact sl-pneumatique (rulement) et l'éculement de l'air autur de la viture (aérdynamique). On cnstate que les bruits d'rigine aérdynamique snt subjectivement présents à partir de 100 kmlh et deviennent prédminants à partir de 140 km/h si n cnsidère le rulage sur un revêtement rutier acceptable. Sur un revêtement du type enrbé drainant, les bruits de rulement snt bien plus faibles, et les bruits aérdynamiques prédminants dès 100 km/h Le bruit aérdynamique représente ainsi une part majritaire du niveau snre en usage autrutier. Il a beaucup d'imprtance sur l'évlutin de la vigilance et de la fatigue lrs de lngs trajets. Il est dnc apparu qu'un effrt particulier devait être prté sur ce thème et qu'il fallait faire prgresser cnnaissances et méthdes de travail. Les bruits intérieurs d'rigine aérdynamique snt de tris types principaux (fig. 1) : - les bruits de frme liés au style et à l'intégratin des accessires extérieurs (rétrviseurs, essuie-vitres, antennes, etc.), - les défauts d'étanchéité des uvrants, - les bruits de fentes et de circulatin dans les crps creux Uint supérieur de pare-brise, feuillures de prtières, etc.). Ils pénètrent dans l'habitacle à travers tus les panneaux et en particulier les vitrages, mais aussi au niveau des cntacts des jints sur la caisse, les uvrants, et des culisses et lécheurs sur les vitres latérales. Ils snt dnc influencés par les paramètres suivants: EI;lnchêilés Amcnnc de lil Rélt'O\'iscursc.:'Ctéricurs 1. Znes du véhicule impliquées dans le bruit aérdynamique Article published by SHF and available at r

2 MISE AU POINT AÉROACOUSTIQUE DES VÉHICULES CHEZ P.S.A. - l'islatin des vitrages, - l'islatin des jints, des culisses et lécheurs de vitres latérales, - l'absrptin des matériaux de garnissage dans l'habitacle. L'aéracustique est dnc un sujet de synthèse qui requiert une étude de tus ces sujets et un suivi de l'évlutin de leur définitin tut au lng du dévelppement des nuveaux véhicules (Cf. [1], [2] et [3]). II MISE AU POINT AÉROACOUSTIQUE DU VÉHICULE 2.1 Analyse des différents types de bruits aérdynamiques autmbiles On peut regruper les sujets à mettre au pint en bruit aérdynamique autmbile en quatre sus-ensembles: - les étanchéités, - les fentes et cavités, - la frme du véhicule sans accessire extérieur, - les accessires extérieurs. Ces sujets relativement indépendants snt dans un premier temps étudiés séparément, puis analysés ensemble sur prttype. 2.2 Prcessus de mise au pint La mise au pint expérimentale en aéracustique se fait en différentes étapes, sur différents supprts et dans différents myens d'essais. Dans le cadre de l'étude de synthèse aéracustique d'un nuveau véhicule, il est ainsi nécessaire d'étudier successivement les sujets suivants: - estimatin des effrts aérdynamiques sur les prtières afin de bien en dimensinner la rigidité (aucune fuite ne devra apparaître sur le véhicule de série jusqu'à sa vitesse maximale pur des angles de dérapage cmpris entre - 10 et + 10 degrés). On utilise alrs des résultats d'essais en sufflerie u de calculs aérdynamiques 3D, - mise au pint des jints de prtières, des lécheurs et culisses de vitres en étanchéité et en transparence quels que sient les réglages, les intervalles de tlérances et les effrts sur les prtes, - mise au pint en sufflerie aéracustique du bruit de frme, des accessires extérieurs, et des étanchéités sus effrts et excitatin aérdynamiques, - essais de synthèse sur prttypes. 2.2./. Mise au pint des étanchéités Elle se fait sur deux types de myens: la petite cabine et la chambre réverbérante (Cf. fig. 2). Le premier myen d'essais sert à aider le chix du type de jint; c'est un myen partiel de petites dimensins. Le secnd permet de faire une synthèse des étanchéités sur tut un côté de caisse en présence et en l'absence d'effrts aérdynamiques. On peut en effet tirer en un certain nmbre de pints sur les prtes afin de simuler le champs de pressin sur ces dernières en cnditin de rulage. Outre les étanchéités, le chambre réverbérante permet d'évaluer l'influence de mdificatins d'islatin de certains éléments tels que les dublures de prtes, les vitrages... Elle permet ainsi de faire une analyse cmplète d'un côté de caisse avant même un essai en sufflerie aéracustique Mise au pint en sufflerie aéracustique a) Principe L'évaluatin du bruit aérdynamique se fait en plaçant le véhicule à étudier dans la veine d'essais d'une sufflerie aéracustique. On simule les cnditins de rulage en sufflant sur la viture. Le bruit intérieur généré est alrs mesuré à l'aide de mannequins acustiques pssédant des micrs au niveau des reilles [3] psitinnés dans l'habitacle aux places des passagers. Des mesures cmplémentaires peuvent également être réalisées dans l'éculement afin de mieux caractériser les surces ([1], [3], [4] et [5]). b) Méthdlgie Le cahier des charges acustique glbal sert de pint de départ à la déterminatin des cahiers des charges partiels pur chaque type de bruit, et en particulier pur ceux d'rigine aérdynamique. L'bjectif des essais est alrs de cmparer les résultats aux différents bjectifs à atteindre afin de valider u faire évluer les définitins. Petite cabine - principe Chambre réverbérante Chambre pur l'excitatin Chambre pur la mesure de l'islatin Excitatin Mesure de l'islatin Partie de véhicule à étudier 2. Schéma d'une petite cabine et d'une chambre réverbérante LA HvaLE BLANCHFlN

3 écanique des fluides et applicatins id "".., ;. '0 30 Z Définitin du démérite acustique ; ;-----i--_---j tj,.e:;,c) fljt;:)t::j r";,t::j q;,e:;,t::j... fo::>ct::j...'\,t::j,'oc::,c) 'l,t::joc::, 'l,ce:;, ";,...r::) e:;,t::j ft)oc'\;) b"';,f;.)(;j 'f;)t::jf\:j...e:;,()oo Frf:quenee (Hl) 3. Définitin du démérite acustique. La sufflerie aéracustique est un myen indispensable, puisqu'elle est seule à permettre de faire la synthèse du bruit aérdynamique. On y met en effet au pint le bruit de frme et celui des accessires extérieurs d'une part, de même qu'n valide et finit la mise au pint des étanchéités initiée en chambre réverbérante. La mise au pint des bruits aérdynamiques à l'intérieur d'un véhicule fait appel à des mesures qui snt cmparées au cahier des charges aéracustique, mais aussi nécessairement à des essais d'écute subjective du spécialiste à l'intérieur du véhicule. Le cahier des charges peut être exprimé sus frme d'un "démérite acustique" calculé en estimant la surface cmprise entre le spectre mesuré et une drite critère (fig. 3). c) Techniques de mesure et myens d'essais Cmpte tenu des niveaux de bruits aérdynamiques perceptibles à J'intérieur d'un véhicule, il est nécessaire pur les étudier, d'avir recurs à une sufflerie silencieuse telle que le niveau de bruit généré par sn fnctinnement sit au mins JO db au-dessus du niveau des bruits aérdynamiques à étudier (Exemple fig. 4). Le cnduit est traité acustiquement au niveau des angles du circuit, l'hélice est ptimisée et les paris de la salle de mesure snt recuvertes d'insnrisant [6]. Elle bénéficie dnc d'un bruit de fnd particulièrement faible et parfaitement adapté à l'étude des bruits aérdynamiques. Dans les suffleries les mieux équipées, n peut dispser de myens de mesure du bruit extérieur généré dans l'éculement ([ 1], [3], (4) et [5]) : - snde d'intensimétrie, mirir acustique, antenne de micrs. L'bjectif de telles mesures est d'identifier spatialement les znes générant du bruit et de caractériser les surces en fréquence. Ces techniques peuvent aider la mise au pint des accessires extérieurs en lcalisant les défauts et en facilitant leur cmpréhensin et leur hiérarchisatin. Ces mesures peuvent être cuplées à des explratins aérdynamiques de l'éculement pur évaluer les vitesses au niveau d'un jint, u décrire le sillage d'un rétrviseur (taille, rientatin, vrticité) par exemple. Ces renseignements cmplémentaires aux mesures acustiques peuvent suvent aider au diagnstic et à la décuverte de slutins. III EXEMPLES DE MISE AU POINT EN BRUITS AÉRODYNAMIQUES.3.1 Bruits d'étanchéités C'est l'une des cntributins les plus imprtants au bruit aérdynamique perçu dans l'habitacle. Ce type de bruit est à la fis très visible sur les analyses spectrales des enregistrements (5 à JO db(a) Cf. fig. 5), et aussi très perceptible par le passager. La surce est en effet mnplaire, elle est créée par les fuites qui peuvent apparaître lrsque les prtes snt défrmées par les effrts aérdynamiques. L'autre cntributin que l'n bserve au niveau du jint périphérique principal de prte prvient nn pas de fuites, mais de l'excitatin turbulente dans la feuillure. Le fait de lisser le vlume avec du ruban adhésif permet d'éliminer cette sllicitatin et dnc de réduire le bruit intérieur. 4. Plan de la sumerie aéracustique du FKFS de l'université de Stuttgart LA HOUlLLE BLANCBEIN

4 MISE AU POINT AÉROACOUSTIQUE DES VÉHICULES CHEZ P.S.A. 70.l.--.L 60 H' 50 <", id ::J -j..h.! -<-...; ;... ;. _.,,,HT"': ==t:.;;::,.(h:.i.1, ; ; ; t i.; + :-"-K"....i > Z Bat rraxi sans accessire -II-Bat série sans accessire -.-Bat série 5. Cntributin des étanchéités au bruit aérdynamique. 0 a a a a a M a l() a a l() a CD <Xl a N CD a l() a a M a a... l() N N M... l() Fréquence (Hz) CD <Xl a 3.2 Bruit de frme C'est un sujet qui peut être travaillé indépendamment des étanchéités et des accessires. Le paramètre prépndérant est le rayn du mntant de pare-brise (mntant A). Il influe nn seulement sur le niveau de bruit mais aussi sur la variatin de ce dernier en fnctin de l'angle de dérapage. Les figures 6 et 7 indiquent, chiffré en pints (1 pint = 1 db par tiers d'ctave entre 400 Hz et Hz), l'effet du rayn sur le niveau de bruit aérdynamique. Cmme n peut le remarquer, c'est sur la sensibilité au dérapage que le rayn est le plus influent. C'est particulièrement ressenti par les passagers lrs de dépassement de véhicules en usage autrutier: la directin du vent apparent varie lrs de ces cnditins, et peut alrs ccasinner une frte variatin du niveau de bruit intérieur, pint jugé négativement en subjectif par des ccupants. 3.3 Bruit des accessires extérieurs Mise au pint du bruit des essuie-vitres Le traitement du bruit des essuie-vitres adpte différentes slutins. La slutin la plus radicale cnsiste à rentrer le plus pssible les essuie-vitres grâce à une psitin d'arrêt dite «parking» (cmme sur Peuget 605), ce qui représente également un intérêt pur l'esthétique et le cnfrt de visin avant. Cependant, sn surcût par rapprt à un mécanisme d'essuie-vitres traditinnel réserve cette slutin aux véhicules haut de gamme. Une autre slutin ptentiellement sans incidence sur le cût cnsiste à adapter la gémétrie de la fin du capt par rapprt à la psitin basse d'arrêt des essuie-vitres. Cette slutin nécessite tutefis de bien anticiper la synthèse entre le style (inclinaisn capt pare-brise), le cnfrt de visin vers l'avant, le cût et la faisabilité du capt et des charnières d'articulatin. Des évlutins de la base de capt de l'rdre de 10 mm peuvent permettre une réductin substantielle du niveau de bruit intérieur de l'rdre de 4 à 5 db (fig. 8). D'autre part, cmme n peut l'bserver sur le graphique, une telle mdificatin limite la bsse classique centrée sur 4000 Hz, ce qui amélire frtement la qualité du bruit aérdynamique dans l'habitacle Mise au pint des rétrviseurs En ce qui cncerne les rétrviseurs extérieurs, la réductin des bruits aérdynamiques cnsiste à ptimiser le sillage aérdynamique du rétrviseur en cherchant à atteindre les bjectifs suivants: Sensibilité au dérapage Ecart Beta=10 - Beta=O 80r , Influence du rayn de mntant A Dérapage Beta=10 80r , 60 c '0 S:40 ::J c.. > Z 20 VII 3mm 5mm 7mm 9mm 11 mm 20mm Rayn du mntant c! > ">.! ! et c ' ::J -g cr: O ""..."'-I-'...-+-' 3mm 5mm 7mm 9mm 11 mm Rayn du mntant 20 mm 6 et 7. Influence de l'augmentatin du rayn de mntant A sur le bruit aérdynamique. LA HOUILLE BLANCBEIN

5 écanique des fluides et applicatins --r-- Avec essuie-vitres " AvecEV& / déflecteur 8 mm r-- j ;{ / V / l V 5: / <5 z / Sans essuie-vitres / "i 1 " Avec essuie-vitres & déflecteur 20 mm ctave band (Hz) 6300 Déflecteur 20 mm Déflecteur 8 mm 8. Réductin du bruit aérdynamique prpre aux essuie-vitres 9. Mise au pint d'un rétrvi seur - minimisatin de la taille du sillage, - limitatin des fluctuatins de l'éculement puvant apparaître entre le bîtier et l'embase, - abaissement de la zne de recllement du sillage du rétrviseur sur le flanc de la viture, - éliminatin des petites recirculatins au niveau du bîtier, - éliminatin des bruits causés par les trus sus bîtier, les fentes et les jeux. Pur ce faire, il n'existe pas de recette universelle quant à la gémétrie des rétrviseurs, les différents types de rétrviseurs (bîtier avec u sans embase etc.) permettant d'btenir des perfrmances aéracustiques acceptables. Dans le cas, des rétrviseurs de la 406, des nervures nt été créées sur l'embase du rétrviseur et une extensin hrizntale sur le bîtier près de l'embase (fig. 9). Ces deux mdificatins nt permis une atténuatin du bruit prpre au rétrviseur atteignant 3 db dans certains tiers d'ctave Mise au pint des antennes de tit Le bruit aérdynamique des antennes se caractérise par l'émergence de sifflements caractéristiques qui snt particulièrement visibles sur les spectres en bandes fines. La mise au pint prte entre autres sur les paramètres suivants: - la lngueur du brin, - l'inclinaisn du brin, - la présence d'un ressrt en pied de brin, - la mise en place d'une trsade sur le brin. Tus ces pints nt une grande imprtance sur l'émergence de pics. Lafigure JO met en évidence l'effet de l'inclinaisn du brin. Ce graphe crrespnd à la différence en bandes fines des spectres avec et sans antenne de tit pur une antenne lngue standard (sans ressrt ni trsade) à l'avant du pavilln. On peut remarquer que l'effet de l'inclinaisn influe à la fis sur le psitinnement en fréquence des pics et sur leur intensité. La slutin la plus favrable est celle ù le brin est le plus incliné. 25 ;{20 al.e. 15 ';;.li.g 10 1:: 5 influence de J'inclinaisn I IJ_ J WI1.JJ i,-.- g g ê fréquence (Hl), 10. Influence de l'inclinaisn du brin d'antenne sur les pics de bruit émergents

6 MISE AU POINT AÉROACOUSTIQUE DES VÉHICULES CHEZ P.S.A. Niveau db(a) , Niveau db(a) _---_----_--_...,--, 5OF'. =[.,- la ' Fréquence (Hz) I-r-standard.. rrm -x standard 5 l'tm1.---' 800 '600 3'50 I---+- standard.. mm - -x- - Jaminated 4 mm Fréquence (Hz) 11. Influence de l'épaisseur du vitrage sur le bruit aérdynamique intérieur. 12. Influence du type de verre sur le bruit aérdynamique intérieur. 3.4 Islatin des vitrages Lrsque les cntraintes techniques et les chix de style ne permettent pas d'btenir des rétrviseurs suffisamment silencieux, la seule slutin est de diminuer la transparence des vitres latérales. Elle peut l'être de deux manières: augmentatin de "épaisseur, - utilisatin de vitrages feuilletés. Cmme le mntre la figure 11, une augmentatin d'épaisseur de 4 à 5 mm permet de réduire de 3 db le bruit entre et Hz, même si l'n bserve une détériratin autur de Hz. L'incnvénient d'une telle slutin est l'augmentatin de la masse de la vitre et la persistance d'un spectre pssédant une allure médicre. La seule slutin vraiment efficace est l'empli de vitrages feuilletés (fig. 12), le gain est alrs duble: - réductin du niveau, - disparitin de la faiblesse au niveau de la fréquence de cïncidence. Il est à nter que ces résultats nt été btenus avec des vitrages feuilletés standards nn acustiques (type parebrise). Une mise au pint du feuilletage permettrait dnc d'btenir des résultats encre meilleurs. L'activité d'étude des bruits aérdynamiques des véhicules particuliers s'est intensifiée ces dernières années. L'apparitin en Eurpe de suffleries aéracustiques perfrmantes adaptées à l'autmbile, ffrant la pssibilité d'étudier les bruits aérdynamiques à tus les stades du dévelppement d'un prjet, permettra de réaliser des prgrès significatifs dans le dmaine du cnfrt acustique des véhicules particuliers. D'autre part, les futures avancées les plus significatives prternt sur les méthdes d'analyse par une généralisatin de l'utilisatin des techniques de psychacustique et des studis de réécute ([7] et [8]). Enfin, bien qu'essentiellement expérimentale, la mise au pint des futurs véhicules intégrera de plus en plus de résultats numériques, seuls myens permettant de réduire encre les délais de cnceptin de ns véhicules. RÉFÉRENCES [1] GEORGE A.R., CALLISTER J.R., 1996, Aeracustics f passenger cars - State-f-the-art, Seminar Aerdynamics and pwertrain alltmbile nise - Aeracllstics , Pininfarina - PF/CNR SP 9601 [2] ZACCARIOTTO M., BURGADE L., CHANUDET P., 1997, Aeracustic studies at P.S.A., 2. Stlll/garter Sympsitlln - Kraftfahnvesen und Verbrennungsmtren, expert verlag, ISBN , [3] BURGADE L., 1998, Intrductin à l'aéracustique autmbile, Curs C.L.E.S.1.A., SciéTé des ingénieurs de l'autmbile. Sessin [4] COGOTII A., 1996, Recent develpments n aeracustics at Pininfarina, Seminar Aerdynamics and pwertrain autmbile nise - Aeracustics -1996, Pininfarina - PF/CNR SP 9601 [5] HELFER M., MELCHGER N., BUSCH J., 1996, Myens de mesure pur les bruits aérdynamiques intérieurs et extérieurs de véhicules, Cngrès S1A. Aérdynamique - AéracOllsTique- AérThermique Autmbile et Ferrviaire, S.I.A [6] POTHOFF J., HELFER M., ESSERS U., 1994, The new aeracustic windtunnel at Stuttgart university - Equipment and first results, ACTes de la cnférence S1A. Dynamique dll véhicule - Lyn 8-9 Juin 1994 [7] CAMPINO S., 1996, Mesures acustiques: dépassez la ntin de bruit, misez sur la qualité acustique, Mesures SepTembre [8] ZWICKER E., FASTL H., 1990, Psycacustics - Facts and mdels, Springer