Contexte – Les essais NVH (Noise, Vibration, Harshness) appliqués au powertrain s’inscrivent dans un contexte industriel exigeant où confort acoustique, sécurité et conformité réglementaire sont primordiaux face à l’évolution des groupes motopropulseurs. NVH désigne l’analyse des vibrations et des bruits audibles d’un véhicule, le « bruit » étant par définition un son indésirable qu’il convient d’atténuer au même titre que les vibrations excessives. Cette discipline est aujourd’hui un volet essentiel du développement automobile, directement lié à la conformité légale, à la qualité perçue, à la sécurité routière (bruits d’alerte piétons), au plaisir de conduite et à la satisfaction du client. Des normes de plus en plus strictes encadrent le bruit des véhicules (réglementation européenne sur le bruit extérieur, normes intérieures de confort) et les vibrations supportables, notamment dans le ferroviaire pour le confort des passagers. Parallèlement, la maintenance prédictive gagne en importance : l’analyse vibratoire permet de détecter précocement des déséquilibres ou usures mécaniques. Par exemple, SNCF Réseau met en place une surveillance vibratoire régulière de la voie afin d’identifier les déformations et planifier des interventions de maintenance avant qu’une anomalie ne dégénère. Enfin, l’évolution des groupes motopropulseurs – du moteur thermique traditionnel aux véhicules électriques et hybrides – pose de nouveaux défis NVH. Les motorisations électriques sont plus silencieuses, supprimant de nombreuses vibrations moteur, mais révèlent d’autres sources sonores (sifflements d’inverseurs, bruits de roulement et aérodynamiques) qu’il faut maîtriser. Elles imposent aussi des dispositifs de bruit artificiel pour la sécurité des piétons. Les constructeurs doivent donc équilibrer l’efficacité énergétique, les émissions et les performances avec le confort sonore et vibratoire dès la conception. (PCB Piezotronics)
Pourquoi le NVH powertrain est stratégique (confort, sécurité, normes, maintenance)
Présentation – L’application Essais NVH & powertrain regroupe l’ensemble des tests vibratoires et acoustiques menés sur les groupes motopropulseurs et véhicules complets, en laboratoire comme sur le terrain, dans le but de valider, diagnostiquer et optimiser le comportement vibro-acoustique. Concrètement, il s’agit de mesurer les vibrations mécaniques et le bruit émis par le moteur, la transmission et les composants associés dans diverses conditions de fonctionnement. Différents types d’essais sont réalisés : essais vibratoires (analyse des vibrations structurelles du moteur, de la chaîne de traction ou du châssis), essais acoustiques (mesure du bruit d’admission, d’échappement, du bruit intérieur habitacle ou du bruit extérieur pass-by) et essais dynamiques (tests en charge simulant des sollicitations réelles, transitoires ou chocs). Ces tests peuvent être effectués en environnement contrôlé – sur banc moteur, banc de transmission, ou en chambre semi-anéchoïque – afin d’isoler certains phénomènes, mais également en conditions réelles – sur véhicule instrumenté circulant sur piste ou route, ou encore en voie d’essai ferroviaire. Les objectifs couvrent à la fois l’optimisation du produit (réduction des nuisances sonores, élimination des vibrations parasites, amélioration du confort), la conformité aux normes (par exemple respecter les seuils de dB(A) réglementaires en pass-by, ou les critères de vibrations cabine), et le diagnostic technique (identifier l’origine d’un bruit anormal, vérifier l’équilibrage d’un arbre, détecter un jeu ou une résonance structurelle). (PCB Piezotronics)
Dans le secteur automobile, les essais NVH englobent aussi bien le bruit powertrain (moteur et transmission) que les bruits de roulage (pneumatiques) et aérodynamiques. Avec l’électrification, de nouveaux enjeux sont apparus : l’ajout de composants électriques (moteurs, onduleurs) engendre des gear whine et des harmoniques hautes fréquences, augmentant le nombre de domaines NVH à analyser. De plus, l’isolation électrique des capteurs devient cruciale pour éviter les interférences et boucles de masse dues aux champs électromagnétiques émis par le groupe moto-propulseur électrique. Des capteurs électriquement isolés (accéléromètres ICP® isolés de la masse) ou à sortie différentielle sont alors utilisés pour fiabiliser les mesures en présence de signaux parasites. Par ailleurs, les essais NVH powertrain incluent les campagnes de développement (mise au point de nouvelles motorisations, comparaison de variantes – par exemple évaluer plusieurs types de supports moteur pour réduire les vibrations transmises), les essais de validation (s’assurer avant mise en production qu’un véhicule atteint les cibles NVH fixées, ou qu’un train respecte les critères de confort vibratoire de la norme ISO 2631), ainsi que des tests en fin de ligne pour le contrôle qualité (détection automatique de bruits anormaux en fin d’assemblage moteur, etc.). Enfin, les données NVH peuvent être exploitées en maintenance : par exemple un suivi des vibrations dans le temps permet de diagnostiquer un désalignement ou un roulement fatigué sur un moteur ou un bogie de train, contribuant à la maintenance conditionnelle prédictive. (PCB Piezotronics)
Cas d’usage concrets et instrumentation recommandée
Cas d’usage 1 – Véhicule thermique (NVH moteur à combustion) : Réduction du bruit et des vibrations d’un moteur essence/diesel. Dans ce scénario, un constructeur automobile cherche à améliorer le confort acoustique et vibratoire d’un véhicule à moteur thermique tout en respectant les normes de bruit externes. Des essais NVH sont menés sur banc dynamométrique et sur route pour identifier les sources principales de bruit (par exemple cliquetis d’injection, sifflement de turbocompresseur, résonance d’échappement) et les vibrations indésirables (balourd d’arbres, vibrations moteur se propageant à la caisse).
Produits associés :
- Capteur de pression haute température 176A33 : capteur piézoélectrique de pression à sortie de charge, doté de l’élément UHT-12™ supportant jusqu’à 760 °C sans refroidissement liquide. Ce capteur mesure les dynamiques de combustion dans les cylindres ou les pulsations de pression d’échappement, et sert à corréler les fluctuations de pression interne aux bruits rayonnés. Avec une sensibilité de l’ordre de 6 pC/psi et une conception dédiée aux environnements thermiques sévères, le modèle 176A33 convient aux essais de combustion où de fortes températures et gradients thermiques sont présents (tests moteur, turbines, etc.). (PCB Piezotronics)
- Accéléromètre triaxial ICP® 356A15 : capteur de vibration piézoélectrique triaxial cubique de 14 mm, délivrant 100 mV/g par axe. Sa gamme de mesure de ±50 g et sa réponse en fréquence de l’ordre de quelques hertz à plusieurs kilohertz le rendent idéal pour instrumenter le bloc moteur et le châssis afin de capturer finement les vibrations selon trois axes. Le 356A15, léger, permet de caractériser les niveaux vibratoires transmis aux supports moteur et à la caisse, aidant à valider les solutions d’isolation (silent-blocs, amortisseurs dynamiques) et à éviter les résonances nuisibles. (PCB Piezotronics)
- Microphone de mesure 1/2″ 378B02 : microphone à condensateur pré-polarisé de 50 mV/Pa, couvrant typiquement 3,75 Hz – 20 kHz une fois associé à son préamplificateur ICP®. Utilisé en free-field (champ libre), il sert à mesurer le bruit d’admission (sifflements aérodynamiques) et le bruit d’échappement au plus près des sources, ainsi que le bruit intérieur en habitacle. Le modèle 378B02 allie un bruit de fond faible et une grande linéarité, adapté aux mesures de bruit moteur et road noise en développement ou en chambre semi-anéchoïque. (PCB Piezotronics)
- Conditionneur de signal 4 voies 482C24 : unité d’instrumentation permettant d’alimenter simultanément jusqu’à 4 capteurs ICP® et de conditionner leurs signaux de sortie. Ce conditionneur multipoint, alimenté sur secteur, offre un couplage AC/DC et un gain ajustable de x0,1 à x200 pour chaque canal. Le 482C24 permet ainsi d’amplifier les signaux des microphones et accéléromètres tout en filtrant les composantes continues, ce qui est indispensable pour exploiter les mesures NVH multi-capteurs sur bancs d’essais. (PCB Piezotronics)
Cas d’usage 2 – Véhicule électrique ou hybride : Analyse des sifflements et vibrations haute fréquence d’une motorisation électrique. Ici, l’objectif est de caractériser le comportement NVH d’un moteur électrique et de son réducteur, par exemple pour un véhicule urbain électrique. Les bruits aigus de type gear whine provenant de la boîte de vitesses et les sons harmoniques générés par l’onduleur et le moteur (effets électromagnétiques) sont mesurés à l’aide de capteurs haute sensibilité, tandis que les vibrations structurelles sur le pack batteries et la caisse sont analysées. Le faible niveau sonore global du véhicule électrique implique que de très faibles amplitudes de bruit ou vibration deviennent perceptibles et doivent être quantifiées.
Produits associés :
- Accéléromètre triaxial isolé J356A43 : ce capteur triaxial IEPE intègre une isolation électrique interne pour éviter les boucles de masse et interférences dans les environnements à haute puissance électrique. Il présente une sensibilité de 10 mV/g pour une mesure jusqu’à ± 500 g, avec une bande passante jusqu’à 10 kHz. Le modèle J356A43 permet de mesurer simultanément les vibrations haute fréquence du moteur électrique et de son réducteur sur trois axes, et de détecter d’éventuels phénomènes vibratoires rapides (rugosité d’engrènement, harmoniques de commande moteur). Sa conception triaxiale compacte facilite son montage à l’intérieur du compartiment moteur électrique ou directement sur la boîte de vitesses pour une analyse modale du groupe motopropulseur électrifié. (PCB Piezotronics)
- Microphone miniature 1/4″ faible bruit 378A08 : microphone de mesure de 6 mm de diamètre spécialement conçu pour les véhicules électriques. Grâce à une capsule optimisée, il atteint un bruit propre typique de 22–25 dB(A), ce qui en fait un 1/4″ capable de mesures à très bas niveaux. Sa petite taille limite la perturbation du champ sonore, avantageuse pour capter les sifflements aigus in-situ. Le 378A08 sert à mesurer les bruits de tonalité pure de faible amplitude typiques des moteurs et électroniques de puissance dans un habitacle très silencieux (sifflement d’inverseur, bruit de commutation), que les microphones classiques auraient du mal à distinguer du bruit de fond. (PCB Piezotronics)
(Dans le cas des groupes moto-propulseurs électriques, on veillera aussi à la conformité aux réglementations spéciales : par exemple les normes sur le bruit piéton AVAS imposent un son artificiel entre 0 et 20 km/h – un aspect contrôlé en fin de développement par sonomètre.)
Cas d’usage 3 – Applications ferroviaires : Surveillance vibratoire et acoustique des trains et infrastructures. Le domaine ferroviaire requiert des essais NVH tant pour le confort passager que pour la maintenance. Un cas d’usage typique est la mesure des vibrations dans une voiture de TGV afin d’optimiser le confort vibratoire (réduction des secousses ressenties, respect des critères de vibrations du corps entier). Un autre consiste à analyser le bruit intérieur d’une cabine de train ou de métro pour identifier les sources dominantes (roulement sur rails, moteur de traction, ventilation) et y remédier par de l’insonorisation ou des absorbeurs. Enfin, le suivi vibratoire des composants ferroviaires est crucial pour la maintenance prédictive : par exemple, instrumenter un bogie ou la voie ferrée permet de détecter des anomalies de contact roue-rail ou un déséquilibre d’essieu avant qu’une usure excessive ou un défaut ne provoque une panne.
Produits associés :
- Accéléromètre triaxial MEMS 3743F : capteur de vibrations capacitif tri-axial offrant une réponse en continu (DC) et un très faible bruit. La série 3743F présente une excellente stabilité et linéarité, ainsi qu’une tenue en température de l’ordre de ± 1 % entre -54 et +121 °C. Disponible en plusieurs gammes (± 2 g à ± 200 g), ce capteur est idéal pour le monitoring vibratoire des structures ferroviaires. Monté sur un rail ou un traversin, il mesure les accélérations statiques et dynamiques dues au passage des trains, permettant d’identifier une déformation de voie ou un affaissement. De même, placé sur un bogie, il enregistre les vibrations en service du train : une dérive du signal sur certaines bandes peut révéler un roulement défectueux ou un déséquilibrage, indicateurs précieux pour la maintenance conditionnelle. (PCB Piezotronics)
- Capteur de pression dynamique 112A06 : transducteur de pression piézoélectrique mode charge pour mesures de pression transitoire dans des environnements difficiles. Le modèle 112A06 peut mesurer jusqu’à 5 000 psi (≈ 345 bar) avec une fréquence de résonance ≥ 200 kHz et fonctionne du cryogénique à +350 °C. Ce capteur est utilisé dans le ferroviaire pour des essais spécifiques, par exemple la mesure du coup de bélier aérodynamique lors de l’entrée d’un train à grande vitesse en tunnel (Tunnel Boom). Il sert aussi à caractériser des systèmes pneumatiques (fluctuations de pression dans les conduites de freinage ou suspensions) afin d’affiner le comportement dynamique et le silence de fonctionnement. (PCB Piezotronics)
Ressources techniques et retours d’expérience
Pour aller plus loin sur l’application NVH & powertrain et les solutions de mesure, plusieurs ressources techniques et retours d’expérience sont disponibles :
- Livre blanc – Electric & Hybrid Vehicle Testing & Development (PCB Piezotronics) : un guide (EN) qui aborde les nouveaux défis NVH apparus avec l’électrification automobile – comme le gear whine et les problèmes d’isolation électrique – et présente la gamme de capteurs (accéléromètres isolés, microphones haute précision) développée pour y répondre, avec des conseils d’instrumentation pour obtenir des mesures fiables malgré les champs électromagnétiques parasites. (PCB Piezotronics)
- Note technique – Évaluation de la contribution acoustique des panneaux d’une automobile en basses fréquences : rédigée par un expert NVH de Renault, cette note disponible sur le blog PCB France explique comment analyser un chemin de transfert vibratoire vers le bruit intérieur habitacle. L’étude porte sur le transfert dynamique entre une fixation moteur et la caisse du véhicule, dont l’effet est mesuré en Pa/N sur le bruit perçu par le conducteur. (PCB Piezotronics)
- Cas client – UTAC CERAM : microphones PCB dans une chambre semi-anéchoïque : UTAC CERAM, organisme français d’homologation et d’essais automobiles, a construit une nouvelle chambre semi-anéchoïque pour les essais acoustiques (NVH) sur véhicules. Dans un témoignage publié sur le site PCB France, UTAC explique l’utilisation de microphones 1/2″ de la famille 378B dans cette installation et les critères de choix (linéarité, fiabilité). (PCB Piezotronics)