Brevet FR2034357A1 — publié le 19701211

Le secteur de la technique sur lequel porte l'invention est la suspension par ressorts métalliques de véhicules en général, et d'automobiles de Ca- mions et de cars en particulier. La téchnique actuelle classique consiste, dans le point particulier visé par l'invention, à ancrer directement sur le chassis et l'essieu, les extrémités des ressorts La premiere-conséquence est que la hauteur du chassis sur l'essieu dépend de la charge, ce qui modifie la géométrie des essieux et la qua lité de la tenue de route, et la deuxième conséquence est que pour réduire l'am plitude de ces variations, on est conduit à utiliser des ressorts suffisamment raides au détriment du- confort. L'invention vise à obtenir comme premier résultat, une hauteur du chassis au-dessus de l'essieu constante depuis la charge nulle jusqu'à la charge ma ximum. Un second résultat qui découle du premier est lå liberté de choisir la raideur du ressort. D'autres résultats sont obtenus, tels que: diminution de la garde au sol, donc réduction de la consommation de carburant; réduction de la contrainte sur le revêtement des routes provoquée par les ondulations qui sont violemment comprimées au passage d'un essieu lourdement chargé et doté d'une suspension raide. Les moyens envisagés pour obtenir ces résultats font application de la théorie générale des asservissements. Il est fait choix de l'électronique pour la description de ces moyens, mais ce choix n'est pas exclusif. Il résulte en particulier du fait que l'électricité est la source d'énergie auxiliaire la plus répandue en matière de véhicules. Pour la clarté des dessins, le signe de la figure 1 indique-que lespoint est une masse électrique ou mécanique liée au chassie. Ces moyens sont ainsi décrits sur la figure 2: Un moteur 1, à réducteur irréversible 2, entraîne l'extrémité normalement fixée sur le chassis 3, d'une barre de torsion 4 agissant sur une roue indépendante 5.Le montage du moteur sur l'autre extrémité-de lé barre ou l'utilisation d'un ressort à lames ou à boudin, n'est pas décrit. Le moteur peut être électrique du type à balais ou à induction, ou suivant un8'réalisation plus logique décrite par la suite un électro-aimant a cliquets faisant avancer une roue à rochet? Un capteur 6 fixé au chassis palpe la distance essieu chassie. La nature du capteur est indifférente, jauge de contrainte potentiomètre, cellule photoélectrique, etc., cependant la réalisation préférée utilise un transformateur différentiel qui a l'avantage de fonctionner sans ftottement, sans balai et d'être très robuste et facile à construire. Un ensemble électronique assurant les différentes fonctions propres à la régulation et par ailleurs l'introduction de corrections supplémentaires décrites ci-après pour certaines L'alimentation en courant alternatif basse fréquence 7, à amplitude constante, du transformateur 6 et du détecteur synchrone 6 L'amplificateur 9 de la tension de sortie du transformateur 6. Un ensemble de correcteurs nécessités par des buts- particuliers à at teindre et dont les réglages peuvent être immédiatement actiessibles en les re portant au tableau de bord du véhicule. La description--falte-~n'est pas pas limita- tive. Un intégrateur à constante de temps élevée p-our obtenir la valeur moyenne de la tension de sortie du détecteur synchrone-8 et éviter des correc tions constantes au moteur pour limiter sa consommation ou son échauffement. Un correcteur-à seuils inhibant la régulation à l'intérieur d'écarts préétablis. Un directeur de crète dont l'faction a pour but d'augmenter la hautar du chassis sur l'essieu, suivant l'état de la route, automatiquement. Une ou plusieurs entrées auxiliaires permettant de modifier la régu lation. Par exemple régulateur d'assiette à gyroscope ou compensation de couple de tangage ou de roulis. Application particulière à des véhicules tous terrains à plateforme stabilisée. Un comparateur 11 et -l'ampli de puissance 12 commandant le moteur 1. Une source de tension réglable fournissant la référence au comparateur il et permettant au conducteur de modifier la hauteur ou l'as-siette du véhicule (numéroté 13, Fig.2) La fig.2 fait état d'une régulation indépendante pour une roue seulement. Dans le cas d'un véhicule courant il est plus économique de n'utiliser qu'un régulateur par essieu. Dans ce cas le capteur 6 peut avantageusement mesu rer la position centrale d'une barre anti-roulis, tandis qu'un seul moteur en -traine le réducteur 2 des barres droite et gauche. La figure 3 montre le principe d'un moteur à cliquets dont il est ques tion page 1 iigne-31i il se compose d'une roue à rochet 14 remplaçant le réduc teur irréversible 2, mais pouvant être suivie d'un réducteur normal, le disposi tif choisi entraînant I'extrémité-3;de-'la barre 4. Un levier 15 porte un cliquet 16 articulé sur lui. Un ressort 17 appuie- le cliquet 16 sur la-roue 14 et le levier 15 sur la butée 18. Le cliquet 16 ne touche pas la dent de 14, au repos. Un deuxième cliquet 22 maintenu appuyé sur la roue 14 par un ressort 23, sup porte la réaction de la barre de torsion 4, par la dent engrenée. Trois électro aimants 19 20 21, agissent respectivement sur les cliquets 16 et 22, et sur le levier-15.~ Pour augmenter la tension de' la' barre 4, une impulsion de courant est-envoyee dans l-!E.A.21 qui attire le levier 15 en butée sur lui. Le cliquet 16 pousse la roue tandis que le cliquet 22 s'introduit dans la dent suivante. L ccurant est coupé, le levièr 15 revient en butée sur 18 18 rappelé par le res- -sort 17 qui replace le cliquet 16-dans la dent suivante, prêt pour une nouvelle avance, ou un retour qui s'effectue ainsi: Pour diminuer la tension de la barre 4, on actionne l'E.A. 19 qui dégage le cliquet 16 de la dent, puis l'E. A. 21 qui amène le cliquet 16 en poussée surla dent suivante tandis que le courant -dans 19 est coupé. On actionne l'E.A. 20 qui attire le cliquet 22 libéré de la réaction de la barre 4. On Coupe le courant dans 21 puis dans 20. La réaction de la barre 4 refoule le cliquet 16 tandis qu'une liaison mécanique coulissante, non figurée sur le dessin, permet au levier 15 de forcer le cliquet 22 dans sa position de blocage de la dent, avant d'arriver sur sa butée 18.Le cliquet 16 se met en position dans la nouvelle dent sous l'action du ressort 17. Les impulsions de cnirnande sont élaborées par un dispositif électronique automatique commandé par le comparateur Il et qui remplace l'ampli 12. Pour fixer l'ordre de grandeur et des choix de la puissance et de la vitesse de réponse, on suppose qu'une charge introduite dans un véhicule provoque un affaissement de 0,1 m. Si la force total sur l'essieu est de 6000 newtons il faut dépenser l'énergie 600ut0,1= 600 joules. Si la réponse est 0,6 secondes pour regagner l'affaissement, la puissance demandée est 1 kW. Au contrai re, si le même travail est effatué en 30 s. un moteur de 20-W suffit On peut réduire cette opposition en utilisant deux barres de torsion, l'une fixe,assurant,seule, l'équilibre du véhicule à une hauteur donnée à vide, tandis que l'autre barre montée avec le dispositif décrit, n'agirait alors que sur la charge seule, ou la hauteur. Il est important de noter que ce dispositif maintient une raideur conte tante de la barre 4 quelque soit la charge. Si celle-ci varie dans de large limites, la période d'oscillation de la masse m suspendue par un ressort de dure té k, varie comme la racine carrée de m. Cela peut rendre ce procédé inutilisable sur un camion ou un car, par suite de trop grande variation du poids en charge. Cependant une variante dont la description suit, permet en régulant la hauteur de maintenir un rapport m/k constant. La barre de torsion 4, sur la figure 4, est ancrée sur Ie chassis en 3 tandis que l'autre extrémité maintenue par un palier perte un levier 24: le cap teur 6 contrôle sa position, ou celle du bras de suspension de I'essieut La force F disponible à l'extrémité du levier 24 est transmise par une biellette 25 coulissant à son autre extrémité sur l'essieu 5, sur lequel elle est guidée par une rainure dans laquelle elle se déplace par l'action du moteur 1. La sortie du capteur est reliée à l'entrée du moteur par 1o même chaine qui est indiquée fig. 2. Les calculs qui suivent ne servent qu'à montrer le raisonnement qui aboutit au rapport k/m constant. Si on appelle Pv, Pc, Xv, Xc, respectivement, le poids à vide, en charge, la distance à vide, en charge de l'extrémité 26 de la biellette 25 par rapport à l'axe de l'essieu, et a, la distance axe roue axe essieu, on a: Pv x a 5 XV X F et Pc x a = Xc x F et enfin F = k.l o On en déduit Pv = t k.Xv/a ).l et Pc - t k.Xc/a ). I Il apparait ainsi que le coefficient de Io, longueur qui donne la force F à l'extrémité du levier 24 pour un ressort de raideur k est proportionnel à la charge appliquée à l'essieu. Dans ce cas le rapport m/k est constant, et les réactions dues à la suspension sont identiques le/ soit la charge. On peut quelque écrire les équations ci-dessus puisque le servomécanisme détaillé sur la fig.4 maintient la hauteur constante en faisant varier le point d'application de la force constante F sur le bras de levier X de 5. Les applications ordinaires concernent les véhicules courants sur lesquels ce dispositif peut être monté d'origine ou même adapté après coup. D'autres applications plus spéciales concernent certains types de véhicules tels que tous terrains capables d'effacer, à l'aide de correcteurs très élaboSs les irrégularités rencontrées meme à vitesse élevée. Revendications 1-La suspension classique de véhicules par des ressorts à ancrages fixes rend la hauteur du véhicule dépendante de la charge. La présente invention vise à remplacer un des ancrages fixes par un ancramobile sous réaction d'un moteur. La variation de hauteur du chassis qui en résulte est contrôlé par un capteur. La sortie du capteur est comparée à une référence et l'erreur commande le moteur. L'ensemble est coordonné suivant la théorie générale des servomécanismes. 2-La suspension classique de véhicules par des ressorts à ancrage fixes rend la hauteur du véhicule dépendante de la charge. L'électricité est la source d'énergie la plusrépandue sur les véhicules pour les applications autres que la propulsion. Pour obtenir l'asservissement de la hauteur, les organes du servomécanisme sont électriques et la régulation fait appelle à l'électronique. Le capteur préféré est un transformateur différentiel accouplé à un détecteur synchrone fournissant une tension continue -proportionnelle à la hauteur. D'autres capteurs peuvent être utilisés: cel-lule photoélectrique Jauge de contrainte potentiomètre par exemple, mais la robustesse et la simplicité du capteur choisi sont détermi nantes. Le moteur électrique à balais ou à induction agit sur le ressort par un réducteur irréversible. Le régulateur électronique fait partie de l'état de l'art en servomécanismes. 3- La suspension de véhicules est réalisée suivant les caractéristiques d'une régulation électronique. L'invention utilise au lieu et place du moteur classique, un moteur à électro-aimants spécialement conçu pour cette fonction. il consiste essentiellement en un electro-aimant de puissance qui fait avancer une roue à rochet à l'aide d'un cliquet. Un deuxième cliquet supporte au repos la réaction du ressort. de suspension. Deux électro-aimants commandetles cliquets suivant des séquences convenables permettant la rotation dans les deux sens de la roue à rachi 4- La suspension de véhicules est réalisée suivant les caractéristiques d'une régulation électronique. L'invention précise que la variation de hauteur commandée par le moteur agitsant sous la commande du capteur, peut être obtenue de différentes façons. En premier lieu, le moteur peut augmenter ou diminuer la tension du ressort,en déplaçant son extrémité, ou s'il s'agit d'une barre de torsion, en la faisant tourner. Dans ce cas la suspension travaille avec une flexibilité constante, indépendante de la charge en particulier. En deuxième lieu, le moteur peut la/ déplacer sur un bras de levier lié à l'essieu, le point d'application de force résultant de la tension du ressort. Si ce déplacement résultant de variations de charges, à hauteur constante, ne change pas la tension du ressort, alors la suspension travaille avec une flexibilité proportionnelle à la charge totale de l'essieu. Dkans ce cas la fréquence du système masse-ressort en oscillations libres est indépen-d!ante de la charge.Ce dernier système se prête très facilement à des géométries de suspension spéciales faisant varier la flexibilité suivant la hauteur d'après une loi déterminée pour obtenir des effets particu lieras. 5- La suspension d'un véhicule est réalisée suivant- les caractéristiques d'une régulation électronique de hauteur. Quel que soit le type de la suspension réalisée suivant l'invention, Ie régulateur électronique comporte des correcteurs dont la nécessité résulte de l'état de l'art en la matière. Par exemple un intégrateur, ou un inhibiteur à seuils ou à constante de temps destinés à limiter l'intervention du moteur aux moments de variations de charge de l'essieu.D'autres correcteurs peuvent être au contraire introduits dans le régulateur, tels que: a3 un détecteur de crete fournissant une tension continue proportionnelle en dernier ressort à l'état de la route et ajustant ainsi la hauteur du véhicule à l'état de la route. b3 une stabilisation du chassis par un-correcteur à gyroscope ou inertiel, qui associé à un régulateur à réponse rapide efface les inégalités du terrain parcouru. c) une entrèe-auxiliaire à la disposition du conducteur. 6- La suspension d'un véhicule est réalisée suivant les carctéristiques d'une régulation électronique de hauteur. La nécessité d'une correction rapide dans certains cas se traduit par une consommation d'énergie qui peut être prohibitive. il est donc prévu dans l'in vention de préndre en charge le poids du véhicule à vide, par une suspension classique assurant une hauteur donnée, tandis que la régulation électronique agissant sur une deuxième suspension, corrige les variations de hauteurs doues au variation des charges seules. Dans ces conditions la consommation d'énergie est très réduite et on peut augmenter la vitesse de réaction pour pouvoir prendre en charge le tangage résultant du freinage ou de l'accélération, et même le roulis du aux virages, si la régulation est faite indépendamment sur chaque roue. Ces corrections résultent de l'action du servomécanisme, stabilisant en toute s circonstances la hauteur de même, le choix de la flexibilité ne dépend pas de la charge sur l'essieu, puisque c'est la tension du ressort réglée par le moteur qui détermine la hauteur: en particulier ce choix ne résulte plus d'un compromis entre le confort, et l'affaissement du véhicules sous sa charge utile.