Brevet FR2576555A1 — publié le 19860801

SYSTEME DE COMMANDE ANTIROULIS DE LA SUSPENSION PNEUMATIQUE OU OLEOPNEUMATIQUE POUR UN ESSIEU DE VEHICULE La presente invention a pour objet un système de commande antiroulis de la suspension pneumatique ou oléopneumatique pour un essieu de véhicule, en particulier, pour un essieu avant de véhicule lourd.Dans un tel système de commande-antiroulis de la suspension à fluide sous pression pour un essieu de véhicule, la position moyenne de chacun des deux axes de roues de l'essieu par rapport au châssis ou à la caisse du véhicule est controlee par une valve de nivellement affectée à la roue correspondante de l'essieu et susceptible soit de relier la chambre d'alimentation en fluide du ressort de suspension correspondant à la roue à une source de fluide sous pression ou à la décharge pour corriger les écarts exagérés de l'axe de la roue par rapport au châssis du véhicule, soit d'isoler ladite chambre d'alimentation en fluide lorsque lesdits écarts sont normaux. Dans les suspensions pneumatiques ou oléopneumatiques selon l'art antérieur, on maitrise le débattement de la suspension de manière à maintenir une distance moyenne sensiblement constante entre les roues et la structure même du vehicule, c'est-àdire en général la carrosserie, indépendamment de la charge de ce véhicule, de façon à éviter des variations d'assiette d'autant plus gênantes que les suspensions sont plus souples. Par exemple, dans les demandes de brevets français FR-A-2 177 944 et FR-A-2 177 946, une valve de nivellement reçoit par des moyens mécaniques une information de position du train de roulement par rapport au châssis du vehicule et règle la communication entre les suspensions hydropneumatiques et une pompe à fluide sous pression. Pour parler plus generalement, des capteurs mécaniques, électriques, électroniques, optiques ou autres transmettent a une vanne ou valve de nivellement ou de positionnement des informations sur la variation des positions relatives entre le train de roues et la structure du véhicule par rapport à une position de référence, et selon les variations constatées, la valve de nivellement isole ou met en communication les suspensions fluides soit avec une source de fluide sous pression, soit avec l'atmosphère. Dans le cas d'organes de suspension élastiques oléopneumatiques, la valve de nivellement met en communication le volume d'huile interieur a l'élément de suspension dont la pression est généralement proportionnelle a la charge, soit avec une source sous pression, soit avec un réservoir. d > huile a la pression atmosphérique formant bâche de retour. On trouve des techniques de ce genre dans de nombreux documents de l'art antérieur avec des dispositifs antiroulis agissant individuellement sur les roues (cf. FR-A-2 427 923 et FR-A-2 427 924). Parmi les documents de l'art antérieur, on peut citer egalement des cas ou des connections- sont prévues entre des ressorts a fluides (cf. EP-A-O 108 008 et Q 079 189). Mais ces divers dispositifs corrigent essentiellement l'assiette en fonction de la charge, du devers, du débattement ou des efforts centrifuges. La plupart de ces dispositifs coopèrent généralement avec des stabilisateurs mécaniques de roulis, en général des barres ou cadres de torsion pliés en forme de U. La raideur au roulis de l'ensemble du train roulant est donc la somme des raideurs de la suspension d'une part, du stabilisateur mécanique d'autre part. Cette addition donne globalement, a charge donnée, une valeur de raideur anti-roulis qui est déterminée pour chaque essieu en fonction des caractéristiques du comportement dynamique du véhicule. On notera qu'une valve de nivellement équipe généralement chaque côté de la suspension et qu'occasionnellement, elle peut controler les deux roues d'un même essieu, selon la valeur moyenne de leur debattement, ce qui diminue la participation de la suspension à la reprise des efforts de roulis. On notera également que les valves de nivellement utilisées pour les suspensions a gaz (le plus souvent a air comprimé) présentent généralement un temps de réponse suffisamment long pour épargner sensiblement de l'énergie. En fait, la répartition de ces raideurs au roulis pour chacun des essieux conditionne les couples de torsion imposés a la structure du véhicule, soit du fait des dénivellations et inégalités des appuis des roues au sols soit du fait des charges dynamiques transversales resultant essentiellement de la force centrifuge en virage. Les raideurs-au roulis importantes nécessitées par les exigences de qualité du comportement dynamique dans des conditions de roulage normal pour un véhicule routier (route approximativement plane et vitesse maximale autorisée) imposent des minima de raideur de stabilisation anti-roulis. De plus, pour les mêmes exigences de stabilité dynamique, une grande rigidité en torsion de la structure du véhicule est généralement souhaitable. Il en résulte des couples de torsion importants appliqués à la structure, surtout dans les cas extrêmes de roulage sur mauvais terrain, imposant des dénivellations sensibles aux appuis de roue. La structure du véhicule doit donc être conçue pour résister à ces couples de torsion importants (cas des structures coques des véhicules légers) ou être souple en torsion (cas des cadres châssis traditionnels des vehicules lourds de transport routier ou des tracteurs de semiremorques). Pour ces derniers types de véhicule, on a le choix entre deux inconvénients: - avoir une structure souple a la torsion qui ne permet pas d'opti miser les caractéristiques dynamiques, - avoir une structure rigide, soumise à des couples de torsion importants, donc risquant d'être lourde, coûteuse et fragile. L'invention a donc pour but de permettre la realisation d'une structure ou d'un châssis de véhicule, en particulier, de véhicule industriel, en le soulageant des effets- des couples de torsion par modulation de la raideur au dévers d'un essieu comportant une correction de niveau et ceci en fonction des conditions d'utilisation. L'invention s'applique à la suspension d'une caisse ou châssis de véhicule par rapport à un essieu à roues indépendantes ou non, la distance moyenne de chacune -par rapport au châssis étant contrôlée et commandée par référence à une valeur de consigne de sorte que l'écart entre la position moyenne de chaque roue et celle correspondant à la valeur de consigne soit maintenu au minimum. L'invention s'applique en particulier aux dispositifs correcteurs de niveau communément appelés valves ou vannes de nivellement ou de positionnement des suspensions pneumatiques ou oléopneumatiques de véhicules. Dans ce typé de valve, l'information de position de la roue peut être transmise par des capteurs ou autres moyens sous forme de signaux electriques ou electro- niques. Ces signaux de position commandent une valve de nivellement a trois voies qui peut: - soit isoler l'élément de suspension, - soit le relier à la source de pression (gaz ou huile), - soit le relier à la décharge basse pression (bâche, reservoir pour l'huile ou atmosphère pour l'air comprimé). Mais ces informations peuvent être modulées en tenant compte de la vitesse V et de l'angle de braquage B. Si lton se reporte à un système de coordonnées (B, V), on peut définir deux zones limitées par une courbe C, le nivellement des roues étant: - d'une part, assuré en commun et en.moyenne dans une zone S, notamment à faible vitesse pour absorber les dénivellations et irrégularités du chemin de roulement et, au-dela d'un certain braquage, selon la vitesse dans les conditions de roulage pour lesquelles on ne recherche pas une raideur importante de stabi lisation de l'essieu, - et-d'autre part, assure séparément dans l'autre zone M ou l'action des valves correspondant à chaque roue est differente et declen che: . soit l'isolement de la suspension, soit l'alimentation en fluide sous pression, . soit la mise en communication avec l'échappement. En fait, selon l'invention, une valve de mise en parallèle est intercalée entre les deux valves de nivellement et les ressorts de suspension et ladite valve de mise en parallèle est susceptible de commuter de la position ou les. chambres d'alimentation en fluide des ressorts de suspension sont isoles l'une de l-'autre à la position ou ces chambres d'alimentation en fluide sont mises en parallèle et vice versa, sous l'action d'un signal emis par un organe calculateur central sensible a des informations sur le roulage du véhicule.L'organe calculateur central est de préférence sensible au moins a la vitesse V du véhicule et/ou à l'angle de braquage B du vehicule et émet le signal lorsque, soit la vitesse V, soit le braquage B, soit une fonction combinée de ces deux grandeurs, sont tels que le ppint de coordonnée (V,B) est dans la zone S définie précédemment. Selon un autre mode de réalisation, le calculateur central est agence pour émettre le signal faisant commuter la valve de mise en parallèle de la position où les chambres d'alimentation en fluide des ressorts de suspension sont isolés à la position où ces chambres sont mises en parallèle a une même pression de suspension moyenne, lorsque la vitesse V du véhicule dépasse une valeur prédéterminée et/ou lorsque l'angle de braquage B du véhicule est inférieur à une valeur prédétermi- née, et/ou lorsque la fonction combinee de la vitesse V et du braquage B du vehicule correspond au-dépassement d'une valeur déterminée de la force centrifuge agissant sur le véhicule Selon un autre mode encore de réalisation, l'organe calculateur est sensible à la position relative des axes des roues droite et gauche de l'essieu par rapport au châssis du véhicule et est susceptible d'émettre et de transmettre aux valves de nivellement de l'essieu des signaux aptes à provoquer sur ces valves de nivellement la correction de la position moyenne de l'essieu par rapport au châssis et ledit organe calculateur est agencé pour émettre aux deux valves de nivellement de l'essieu des signaux moyens parallèles et synchronisés lorsqu'il émet le signal provoquant la mise en parallèle des chambres à fluide des res- sorts de suspension de l'essieu, Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques de la présente invention on va en décrire un exemple de réalisation9 eant bien entendu que celui-ci n'est pas limitatif quant à son mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire. On se reportera aux figures suivantes ou: - la figure la représente schématiquement l 'ensemble d'un système de commande selon l'invention en position de nivelle ment moyen; - la figure lb représente la commande en position de nivellement separé des roues; - les figures 2a à 2e représentent des diagrammes d'asservissement V-B pour le système selon l'invention. A la figure 1, sont-representes deux organes de suspension 1D (droite) et 1G (gauche) d'un train de roulement, par exemple du train avant d'un véhicule lourd. Ces organes constitués ici par des ressorts oleopneumatiques, comprennent des constituants classiques représentés schématiquement: sphères de suspension 2 D et 2 G, membranes de séparation 3 D et 3 G, pistons de suspension 4 D et 4 G. Les cavités supérieures 5 D et 5 G contiennent un gaz formant ressort de suspension et les cavités inférieures 6 D et 6 G constituent des chambres d'alimentation en fluide sous pression et sont alimentées par un liquide de suspension tel que de l'huile, mis sous pression par une pompe non représentée, via les canalisations HP, les deux valves de nivellement VND et VNG et les canalisations 7 et 8 droite et gauche. Les valves VND et VNG peuvent relier respectivement les canalisations 7 D et 7 G a la canalisation HP, ou bien à la canalisation BP, elle-même reliée à la bâche du réservoir d'huile, ou bien peuvent isoler ces canalisations 7 D et 7 G. Entre les canalisations 7 et 8 est intercalé un distributeur 9 formant valve de mise en parallèle et commandé dans les conditions qui vont être définies ci-dessous. Ce distributeur 9 peut prendre deux positions schématiquement représentées, l'une à la figure la ou les circuits 7 et 8 de droite et de gauche sont interconnectés, et l'autre représentée a la figure lb où les circuits 7 et 8 de droite d'une part, 7 et 8 de gauche d'autre part sont séparés. Un ensemble de mesure, de calcul et de commande est organisé autour d'un calculateur central 10 et reçoit quatre types d'informations: la -position de la roue droite ZD et celle de la roue gauche ZG' la vitesse V du véhicule et son angle de braquage B. Le calculateur 10 emet trois types d'ordres de commande: - ZiD la commande dè la valve de nivellement droite VND, - ZiG celle de la valve de nivellement gauche VND, - ZiM celle du distributeur. Le calculateur décide-ainsi du choix du fonctionnement de l'ensemble grâce à son action sur le distributeur, c'est-à-dire de l'intercommunication entre les circuits droite et gauche ou de la séparation et du fonctionnement indépendant. Les figures 2a a 2e représentent des diagrammes V-B oO les angles de braquage B sont portes en abscisses et les vitesses V du véhicule en ordonnées. Les courbes C délimitent comme on l'a dit plus haut deux zones: d'une part, la zone M de fonctionnement sépare et, d'autre part, la zone S de fonctionnement interconnecté des organes de suspension de droite et de gauche, c'est-à-dire les zones pour lesquelles le distributeur 9 occupe la position correspondante. A la figure 2a, la courbe C est une droite correspondant à un simple seuil de vitesse en-dessous duquel en S, on commande simultanément les deux organes de suspension et au-dessus duquel en M, on nivelle les deux roues. A la figure 2b, la courbe C est également une droite correspondant à un simple seuil de braquage pris indépendamment de la vitesse en-dessus duquel en S, on se contente du nivellement moyen alors qu'en M, on nivelle séparément. A la figure 2c, on sn a combine les deux cas de figure précédents, ce qui applique le principe de la séparation des nivellements en M et du nivellement moyen en S dans tous les autres cas sauf en M à vitesse élevée et faible braquage. En fait ce qui compte principalement pour les passagers et/ou le frêt du véhicule, dès que la vitesse est suffisante pour entraîner une accélération centrifuge desagreable, c'est la définition d'un seuil d'accélération centrifuge vc au-delà duquel le nivellement compense les effets de la force centrifuge. On peut fixer ce seuil par rapport à ltaccélération de la pesanteur en définissant une valeur de #C k = g La courbe C peut alors suivre sur le diagramme la fonction V = f(B) que l'on peut aisément définir par le calcul pour la valeur #C = k.g choisie.La figure 2d.représente le cas ou l'on garde le seuil de vitesse, c'est-à-dire le segment de droite parallèle à l'axe des B mais ou C est une courbe. Dans tous les cas, on enregistre dans la mémoire morte du calculateur 10 la courbe choisie (figure 2a à 2e). Si les informations B, V reçues par le calculateur situent le fonctionnement en un point de la zone M, le calculateur 10 commande le distributeur 9 qui se met dans la position de la figure lb. Si les informations B, V se situent dans la zone S, le calculateur 10 commande le distributeur 9 qui se place dans la position de la figure la.Dans ce cas, afin d'éviter quelea mise en communication des cavités 6 D et 6 G ne provoque dtune part un ecoule- ment constant de fluide de la cavité ou règne la pression la plus élevée vers la cavité à pression plus faible et, en fait, de la valve de nivellement délivrant la pression la plus élevée vers la valve de nivellement délivrant la pression la plus faible et, de là > à la bâche ou à l'échappement et, d'autre part, l'abaissement de la pression de suspension à la vapeur la plus faible et l'affaissement de la suspension, le calculateur 10 remplace chacun des signaux ZiG e t ZiD par la valeur moyenne ZiG + ZiD 2 en meme temps qu'il adresse le signal iM au distributeur 9.Les pres- sions delivrées par les valves de nivellement VNG et VND sont ainsi égales entre elles et à la pression de nivellement moyenne. Dans le premier cas (Zone M - figure lb), chaque valve agit séparément-sur son ressort de suspension correspondant et l'on effectue des nivellements séparés de part et d'autre de l'essieu. Dans le second cas (zone S - figure la), les deux éléments de suspension sont mis en communication et la raideur de roulis de la suspension est sensiblement nulle. Bien entendu, la presente invention niest pas limité aux modes de réalisation decrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Système de commande antiroulis de la suspension à fluide sous pression pour un essieu de véhicule, dans lequel la position moyenne de chacun des deux axes de roue de l'essieu par ra-pport au châssis ou à la caisse du véhicule est contrôlée par une valve de nivellement affectee a la roue correspondanrce de l'essieu et susceptible, soit de relier la chambre d'alimentation en fluide du ressort de suspension correspondant a la roue a une source de fluide sous pression ou à la décharge pour corriger les ecarts exagérés de l'axe de la roue par rapport au châssis du véhicule, soit d'isoler ladite chambre d'alimentation en fluide lorsque lesdits écarts sont normaux, caractérisé en ce qu'une valve de mise en parallèle (9) est intercalée entre les deux valves de nivellement (VND et VNG) et les ressorts de suspension (1 D et 1 G) et en ce que ladite valve de mise en parallèle (9) est susceptible de commuter de la position ou les chambres d'alimentation en fluide (6 Q, 6 G) des ressorts de suspension (1 D et 1 G) sont isolées l'une de l'autre à la position ou ces chambres d'alimentation en fluide (6 Ds 6 G) sont mises en parallèle et vice versa, sous l'action d'un signal (Z. émis par un organe calculateur central (10) sensible à des informations sur le roulage du véhicule. 2.- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe calculateur central (10) est sensible au moins à la vitesse (V) du véhicule et/ou à l'angle de braquage (B) du véhicule et émet le signal (ZiM) lorsque, soit la vitesse (V), soit le braquage (B), soit une fonction combinée de ces deux grandeurs, depasse une valeur prQdé- terminée. 3.- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le calculateur central (10) est agencé pour émettre le signal (ZiM) faisant commuter la valve de mise en parallèle (9) de la position ou les chambres d'alimentation en fluide (6 D, 6 G) des ressorts de suspension (1 D et 1 G) sont isolées, a la position ou ces chambres (6 D, 6 G) sont mises en parallèle, lorsque la vitesse (V) du vehicule est inférieure a une valeur prédéterminée et/ou lorsque l'angle de braquage (B) du véhicule est supérieur à une valeur prédéterminée. 4.- Système selon la revendication 2, caractérise en ce que le calculateur central (10) est agencé pour émettre le signal (Z. (ZiM) faisant commuter la valve de mise en parallèle (9) de la position où les chambres d'alimentation en fluide (6 D, 6 G) des ressorts de suspension (1 D, 1 G) sont isolées, a la position où ces chambres (6 D, 6 G) sont mises en parallèleà une même pression de suspension moyenne, lorsque la fonction combinée de la vitesse (V) et du braquage (B) du vehicule correspond au dépassement d'une valeur déterminée de la force centrifuge agissant sur le véhicule. 5.- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe calculateur (10) est sensible à la position relative des axes des roues droite et gauche de l'essieu par rapport au châssis du véhicule et susceptible d'émettre et de transmettre aux valves de nivellement (VND et VNG) de l'essieu des signaux (ZiD et ZiG) aptes à provoquer sur ces valves de nivellement la correction de la position moyenne de l'essieu par rapport au châssis, et en ce que ledit organe calculateur (10) est agencé pour emettre aux deux valves de nivellement de l'essieu (VND et VNG) des signaux moyens parallèles et synchronisés ZiD ZiG 2 lorsqu'il emet le signal (ZiM) provoquant la mise en parallèle des chambres à fluide des ressorts de suspension de l'essieu.