Brevet FR2636012A1 — publié le 19900309

L'invention part d'une suspension pour véhicuLes, compre- nant une jambe de suspension disposée entre la carrosserie et un essieu et possédant un cylindre de travail dans lequel coulisse un piston pourvu d'une tige de piston et qui contient des chambres de pression de travail supérieure et inférieure, par rapport au cylindre, qui sont reliées entre elles et à un accumulateur de pression (ressort accumulateur) à travers des clapets antiretour montés en opposition. Pour La suspension et l'amortissement de suspensions de roues, par exemple de véhicules automobiles et véhicuLes analogues, on connait un grand nombre de concepts, allant du simple amortis- seur avec un ressort à des unités combinées complexes de suspension et d'amortissement. Les concepts de suspension connus peuvent être répartis fondamentalement en trois catégories principales dont une première catégorie comprend des suspensions dites passives dans lesquelles, pour influencer une action de suspension se déroulant rapidement, aucune énergie considérée dans ce sens comme externe n'est apportée ou dans lesquelles des interventions externes ne s'effectuent que lentement. Ceci est Le cas par exemple pour un ressort d'acier conventionnel avec un amortisseur hydraulique, mais est valable aussi pour un ressort oléopneumatique avec correction de niveau. Depuis un certain temps, on connaît aussi des concepts de suspension dite semi-active dont le principe consiste à influencer de façon appropriée, par des interventions de réglage rapides, le déroulement dans le temps de la transformation d'énergie propre lors du processus de suspension. La suspension semi-active tente de simuler en quelque sorte une fraction de suspension active en modi- fiant - au moment o en raison du déroulement instantané de la suspension, L'apport d'une énergie externe, donc La variation active de l'action de suspension serait nécessaire - des possibi- lités d'amortissement existantes sont réglées, en signe et en valeur, de manière que l'inadéquation soit réduite à un minimum (DE-OS 35 24 862). Enfin, les suspensions dites actives de la troisième caté- gorie comprennent une transmission de forces d'appui, par laquelle toute quantité désirée d'énergie peut être apportée à la zone de suspension à partir d'une source d'énergie indépendante, une pompe hydraulique par exemple, de l'extérieur en quelque sorte. Par conséquent, une telle suspension active offre d'un côté les plus larges possibilités d'influencer un système de suspension, mais exige de l'autre côté des puissances hydrauliques très élevées, ce qui oblige également à prévoir des organes de commande coûteux. L'invention vise donc à créer une suspension pour véhi- cules, comprenant une jambe de suspension, qui lie un concept de suspension active à une fraction de base passive de la suspension. A cet effet, selon l'invention, des étranglements d'amor- tissement sont disposés en parallèle avec les clapets antiretour et sont également reliés au ressort accumulateur (partie passive de la suspension) et, en combinaison avec ces éléments et en tant que partie active de la suspension, les chambres du cylindre de travail sont reliées à travers une soupape à ouverture rapide, soit à une pression d'alimentation qui est plus élevée que la pression moyenne nécessaire pour compenser la charge d'essieu statique, soit au côté décharge. L'un des avantages obtenus est que l'invention apporte ainsi, en tant que variante à la fois par rapport à une suspension active et par rapport à une suspension semi-active, une combinaison d'une suspension qui est effectivement active et d'une suspension passive réalisée de façon particulière. Un avantage spécifique réside dans l'utilisation d'un composant structural commun, à savoir d'une jambe de suspension ou d'un cylindre hydraulique, pour Les fractions active et passive de La suspension, composant au moyen duquel, selon un mode de réalisation avantageux de l'inven- tion, iL est possible en plus de réaliser une correction de niveau. Il est également très avantageux que la fraction de base passive soit conçue avec une caractéristique de suspension molle et permette d'ajuster librement Les valeurs d'amortissement dans les deux sens. La fraction de suspension active peut également être conçue librement; par exemple, elle peut être conçue pour la transmission de 20 X des forces dynamiques ou pour la transmission de 70 % des forces dynamiques, mais en tenant compte du fait que Les exigence à satisfaire par L'hydraulique, La commande et L'élec- tronique augmentent également à mesure que Le pourcentage repré- senté par la suspension active croit. Un autre avantage est que l'invention permet d'abaisser considérablement les coûts de l'ensemble du système puisque, à côté de la jambe de suspension, servant en même temps de ressort de base passif et de cylindre de positionnement pour la fraction active des forces à fournir, il suffit de prévoir une soupape à ouverture rapide et des moyens de commande mécaniques et électroniques qui lui sont coordonnés, de même qu'une alimentation en pression conçue en conséquence. Il est avantageux que la suspension selon l'invention comporte un capteur qui détecte au moins la course élastique de la jambe de suspension dans les deux sens et dont les signaux sont appliqués à un circuit de commande central qui pilote la soupape à ouverture rapide. Selon un autre perfectionnement avantageux, les deux canaux de liaison menant aux chambres de travail de la jambe de suspension, peuvent être reliés simultanément et de façon continû- ment croissante ou décroissante, par la soupape à ouverture rapide, à la pression d'alimentation plus élevée, supérieure à la pression de charge d'essieu statique, ou au côté décharge. Selon un mode de réalisation de la soupape à ouverture rapide, cette soupape présente un tiroir commandé par pression et qui relie ensemble, ainsi qu'à la pression d'alimentation ou au côté décharge, au moins les raccordements de canaux des chambres de travail, raccordements qui débouchent à La même hauteur dans Ladite soupape, le déplacement continu du tiroir étant produit à l'aide d'une électrovanne commandée à une haute fréquence par un circuit de commande électronique et changeant de façon continue, suivant sa section d'ouverture moyenne, la pression agissant sur l'une des faces du tiroir. Pour la compensation de pression dans un tel mode de réalisation, la pression d'alimentation peut agir sur une plus petite face utile de l'autre côté du tiroir. 263601 2 Une autre caractéristique avantageuse de l'invention prévoit que la suspension comporte une servo-soupape qui agit par un organe de positionnement, chargé par La pression d'alimentation, sur le côté du tiroir éloigné de la pression de travail continûment variable et un dispositif de rappeL est prévu pour la fonction de soupape pilotée par le circuit de commande électronique. Ce dispo- sitif de rappel peut comporter une partie électromagnétique agis- sant sur l'organe de positionnement de La servo-soupape. Selon encore un autre mode de réalisation très avantageux, le ressort accumulateur, les raccords dirigés l'un vers l'autre des clapets antiretour et les étranglements d'amortissement montés en parallèle avec eux, peuvent, par leur embouchure de canal dans la soupape à ouverture rapide et au moyen de cette soupape, être reliés également aux deux autres raccordements de canaux des chambres de travail de la jambe de suspension, de même que, suivant la position du tiroir, soit à la pression d'alimentation, soit au côté décharge. Parmi les perfectionnements et modes de réalisation décrits ci-dessus, La réalisation de la soupape à ouverture rapide comme une soupape à tiroir, pouvant être pilotée par une électro- vanne actionnée à haute fréquence, avec utilisation de la pression provenant de l'alimentation en pression, constitue une solution particulièrement avantageuse. A L'aide de La fraction de forces active, il est donc possible non seulement d'effectuer des interventions qui reviennent à une variation, c'est-à-dire à un changement de l'amortissement ou de la dureté de La suspension, elle permet aussi, pour étendre les possibilités de fonctionnement, de générer des forces accéléra- trices - qui sont aLors des forces externes dans le sens considéré ici - entre La carrosserie et l'essieu. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention ressortiront plus cLairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non Limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, montrant par une représentation partiellement schématique le concept fondamental d'une suspension active avec une fraction de base passive. La présente invention est basée sur l'alimentation simul- tanée, sous une pression de travail accrue, des deux chambres de travail d'une jambe de suspension qui représente en même temps le ressort de base passif et le cylindre de positionnement pour la suspension active, alimentation qui s'opère en fonction du dérou- Lement instantané de l'action de suspension et sous la commande d'un circuit logique central de conformation adéquate, recevant par exemple des valeurs de déplacement et de vitesse. Comme l'une des chambres présente une plus petite aire de surface à la pression appliquée pour le déplacement du piston dans le cylindre de posi- tionnement, en raison, bien entendu, du prolongement à l'extérieur de la tige de piston étanchée, la conception de la jambe de suspen- sion, en combinaison avec La fraction de base passive de la suspen- sion, offre une multitude de possibilités d'intervention pour des réglages, ce qui permet d'obtenir une adaptation optimale à l'action de suspension instantanée. Sur le dessin, les composants essentiels de la suspension active à fraction de base passive selon l'invention sont repré- sentés à l'état séparé schématiquementf l'un de l'autre par des lignes en tireté; la partie passive de la suspension, renfermant en même temps le cylindre de positionnement pour la partie active, est désignée par a, la partie comprenant la soupape à ouverture rapide par b et l'alimentation en pression par c. La jambe de suspension 10, servant à la suspension de base passive, comprend un cylindre de travail 11 dans lequel un piston 12 pourvu d'une tige de piston 13, peut coulisser à joint étanche en étant guidé. En supposant - afin de faciliter la compréhension - que le cylindre de travail 11 est monté stationnaire (par une arti- culation) en 14, on obtient, à un point préfixé de la tige de piston 13, par exemple à son oeil de fixation 15, suivant l'action de suspension se déroulant à un moment donné, une compression, c'est-à-dire un déplacement dans le sens d'une course +s, ou alors une détente, c'est-à-dire un déplacement dans le sens d'une course -s. On peut prévoir au moins un capteur 16 qui détecte les courses ou débattements instantanés de la suspension, les convertit 26360 12 et envoie, par exemple, des valeurs de commande correspondantes pour le déplacement, La vitesse et d'autres grandeurs à un circuit logique 17, ainsi qu'il sera décrit plus en détail par la suite. En raison du montage étanché de la tige de piston 13 dans le cylindre de travail, celui-ci est partagé par le piston en une chambre de pression ou de travail supérieure 18 et une chambre de pression ou de travail inférieure 19, la section du piston, déLi- mitant par une paroi la chambre supérieure 18, étant désignée par F3, tandis que la section de la tige de piston est désignée par F4. Les chambres de travail supérieure 18 et inférieure 19 sont reliées entre elles et à une chambre de pression, formant un ressort accu- mulateur 24, par des canaux de liaison 20 et 21 et des clapets antiretour 22 et 23 montés en opposition. Parallèlement aux clapets 22 et 23, sont montés, en outre, des étranglements d'amortissement 25 et 26, présentant des sections d'étranglement f2 et f3, qui sont également reliés, par leurs autres raccordsd'extrémité, au ressort accumulateur 24. Ces éléments représentent la partie passive de la suspension, comprenant par conséquent la jambe de suspension, le ressort accumulateur, les étranglements d'amortissement et les clapets antiretour correspondants, partie qui, initialement, n'est aucunement influencée par la partie active, ce qui procure égale- ment l'avantage qu'en cas de défaillance d'éléments de la suspen- sion active et de l'alimentation en pression, la suspension passive peut continuer à fonctionner. Ceci présuppose cependant que la partie b), comprenant la soupape à ouverture (et de commutation) rapide, se trouve à la position de départ ou position de repos, o les trois raccordementsprolongements de canaux dans la partie b), à savoir le raccordement de canal I en tant que raccordement central du ressort accumulateur et des raccordements réunis des clapets antiretour 22, 23 et des étranglements d'amortissement 25, 26, de même que les raccordements de canaux II et III, communiquant respectivement avec la chambre de travail supérieure 18 et la chambre de travail inférieure 19 de la jambe de suspension, ne sont pas reliés entre eux. Les raccordements I, II et III sont ainsi séparés les uns des autres à cette position médiane ou de repos de la soupape à ouverture rapide, laquelle est désignée sur la figure par 27. Cette soupape peut être de n'importe quel type désiré, mais elle doit être capable de contrôler des sections relativement grandes. Sous sa forme de réalisation préférée montrée par le dessin; elle représente une sorte de soupape à 5 voies et 3 posi- tions, comprenant un tiroir 27a monté coulissant dans un corps de soupape et isolant mutuellement ou reliant ensemble les différentes embouchures, ainsi qu'il sera décrit plus en détail dans ce qui va suivre. Quoi qu'il en soi, le fonctionnement fondamental de la soupape à ouverture rapide 27 est tel qu'en dehors de la position médiane de l'obturateur de la soupape, donc du tiroir 27a dans cet exemple, au moins les raccordements de canaux II et III sont reliés à une pression P1 qui est plus élevée que la pression moyenne Psm des deux côtés de la jambe de suspension, ou que les canaux II et III et de préférence également, dans tous les cas, le canal I, sont reliés au côté de décharge (pression po). Ces liaisons sont établies de préférence avec une transition continue, c'est-à-dire progressivement de la position entièrement fermée jusqu'à une position finale d'ouverture complète, suivant le pilotage. Une possibilité de réalisation d'une telle soupape à ouverture rapide consiste à faire déboucher les trois raccordements de canaux I, II et III sous des espacements angulaires uniformes autour de l'axe du corps de la soupape et en étant isolés les uns des autres, dans l'alésage 27b de la soupape, comme cela est repré- senté par une vue en plan schématique à côté de la partie passive de la suspension. Au-dessus de cette région des embouchures des canaux I, II et III, se trouve alors l'embouchure du canal 28 venant de l'ali- mentation en pression; le raccordement 29 pour le côté de décharge, présentant la pression po0, est prévu au-dessous. La vue en plan à gauche et à côté de la partie passive, représente par conséquent une coupe suivant la ligne X-X'. La structure de la soupape à ouverture rapide 27 est complétée par une électrovanne 30 à 2 voies et 2 positions, pilotée à travers une ligne de liaison 17a par le circuit de commande central, de preference par un cadencement de cette éLectrovanne à haute fréquence, par une servosoupape 31 pour L'égalisation de pression, ainsi que par un dispositif de rappel 32 qui agit de façon stabilisante sur le tiroir principal, c'est-àdire le tiroir 27a, par l'intermédiaire de l'organe de positionnement de la servo- soupape. La pression d'alimentation plus élevée, P1, provient d'un dispositif central d'alimentation en pression, comprenant une pompe 34, un accumulateur 33 et un régulateur de pression 35. Côté aspi- ration, La pompe 34 est reliée au côté décharge, par exemple à un réservoir de fluide de pression approprié présentant la pression pO; la pression d'alimentation en P1 doit être plus élevée que la pression moyenne Psm nécessaire dans la jambe de suspension pour compenser la charge d'essieu statique. Selon un exemple de réali- sation préféré, le régulateur de pression 35 est ajusté de manière qu'il règle la pression P1 à une valeur égale ou environ égale à 3 p Ainsi, la moitié de la pression moyenne Psm de la jambe de 2 Sm S suspension est disponible pour l'accélération sur cette jambe, ainsi qu'il sera décrit plus en détail par la suite. Le fonctionnement fondamental de la soupape à ouverture rapide est tel que pendant le pilotage de l'électrovanne 30 par Le circuit de commande central 17, la pression de positionnement PR agissant sur la face d'extrémité 27c du tiroir 27a peut être chan- gée continûment, suivant l'action de suspension momentanée, étant donné que, sous l'effet de l'électrovanne 30, la pression (variable) PR dérivée de la pression d'alimentation Pl peut être abaissée fortement lorsque l'électrovanne 30 est largement ouverte, par l'ouverture vers le côté de décharge présentant la pression po - ce qui est rendu possible par un étranglement d'amortissement supplémentaire 36 présentant La section d'étranglement f1 - ou peut être augmentée, lorsque l'étectrovanne 30 est fermée ou presque fermée, au point que le tiroir 27a est déplacé régulièrement, c'est-à-dire continûment vers le bas à partir de la position médiane ou position de repos représentée; dans le premier cas, on obtient un déplacement du tiroir 27a vers le haut dans le plan du dessin. Donc, les canaux II et III sont d'abord, dans tous les cas, reliés entre eux lorsque le tiroir 27a est déplacé à partir de sa position médiane; ensuite, ils sont reliés en plus, suivant le sens de déplacement du tiroir, soit avec La pression d'alimentation P1 plus élevée, soit avec le côté de décharge po. Pendant ce fonc- tionnement, la pression de positionnement PR agit sur la section F1 du tiroir 27a, tandis que la pression d'alimentation P1 agit en permanence, à travers la conduite de liaison 37, sur l'aire de section inférieure F2 = F1/2 de l'organe ou piston de positionne- ment 31a de la servo-soupape 31. Il est par conséquent possible d'amener les deux faces utiles F3 et F3-F4 de la jambe de suspension 10, de même que le ressort accumulateur 24, directement et de façon active à un nouveau niveau de pression ps préfixé par le régulateur du circuit de commande central 17. Il va de soi que les conformations des sections contrôlées des raccordements de canaux I, II et III sur la soupape 27 peuvent différer entre elles, par exemple de manière qu'un effet d'étran- glement soit produit sur l'embouchure de canal I, laquelle est reliée directement au ressort accumulateur 24 et aux côtés de raccordement correspondants des clapets antiretour 22, 23 et des étranglements d'amortissement 25, 26. A la limite, le raccordement de canal I peut également être supprimé complètement, ce qui signifie que l'égalisation de pression dans le ressort accumulateur 24 s'opère dans ce cas à travers Les étranglements 25, 26 et Les clapets antiretour 22, 23. Il est possible aussi de prévoir, à volonté, suivant les besoins, des chevauchements ou des recoupe- ments entre Les mouvements d'ouverture ou de fermeture des embou- chures des canaux I, II et III. Etant donné que le changement de la charge du véhicule entraîne également le changement de la pression moyenne Psm corres- pondant à la charge d'essieu statique, il est avantageux, au cas o le système est conçu pour assurer également une correction de niveau, qu'un correcteur de niveau - prévu en plus en pareil cas et non représenté sur le dessin - assure également l'asservissement, du moins approximatif, de La pression Pl, afin de créer, dans tous les cas, un excès de pression comparable pour l'intervention dyna- mique "active". Le dispositif de correction de niveau peut égale- ment faire partie du circuit de commande central 17, auquel cas celui-ci agit en conséquence sur le régulateur de pression 35 à travers une ligne de commande 35a. L'énergie à fournir par le dispositif d'alimentation en pression dépend, notamment, de l'excès de pression désiré, des sections contrôlées sur la soupape à ouver- ture rapide et des sections efficaces des chambres de travail dans la jambe de suspension. IL peut se produire aussi, comme déjà mentionné, des situations o la suspension travaille exclusivement de façon passive, à savoir tant que les signaux de déplacement, de vitesse et d'autres grandeurs du capteur 16, signaux qui décrivent l'état d'oscillation, laissent apparaître, dans le circuit de commande électronique 17, que la conception de base de la suspension est adaptée de façon optimale à l'action de suspension instantanée. Cette conception de base (fraction de base passive) est prévue pour donner une caractéristique de suspension très molle, si bien que l'on dispose d'un large spectre de possibilités d'intervention par le réglage actif de la pression. Lorsque, en fonction de l'action de suspension momentanée, La soupape 27 est déplacée de sa position médiane, le circuit de réglage partiel formé par cette soupape et la jambe de suspension , a un comportement intégral. La jambe de suspension est compri- mée ou étendue jusqu'à l'une de ses deux butées de fin de course, à moins qu'un signal de déplacement sur la jambe de suspension n'impose une autre caractéristique dans le circuit fermé de réglage. En principe, la stratégie de régulation, stockée dans le circuit de commande électronique central 17, peut être de n'importe quel type; il va de soi que ce circuit peut être réalisé selon une technique analogique, numérique ou hybride et qu'iL peut comprendre ou être constitué partiellement ou en totalité par des systèmes numériques commandés par programme, donc des-microprocesseurs, des microcalculateurs et analogues. En particulier, le principe fonda- mental de la suspension active selon l'invention, comportant une fraction de base passive, peut aussi être contenu dans le circuit de commande central 17 sous la forme d'un programme mémorisé. Toutes les caractéristiques figurant dans la description, Les revendications qui vont suivre et le dessin, sont applicables aussi bien individuellement que dans une combinaison quelconque pour la mise en oeuvre de l'invention. 26360 12 REVENDICATIONS 1. Suspension pour véhicules, comprenant une jambe de suspension disposée entre la carrosserie et un essieu et possédant un cylindre de travail dans lequel coulisse un piston pourvu d'une tige de piston et qui contient des chambres de pression de travail supérieure et inférieure, par rapport au cylindre, qui sont reliées entre elles et à un accumulateur de pression (ressort accumulateur) à travers des clapets antiretour montés en opposition, caractérisée en ce que des étranglements d'amortissement (25, 26) sont disposés en parallèle avec les clapets antiretour (22, 23) et sont également reliés au ressort accumulateur (24) (partie passive de la suspen- sion) et que, en combinaison avec ces éléments et en tant que partie active de la suspension, les chambres de travail (18, 19) du cylindre de travail (11) sont reliées à travers une soupape à ouverture rapide (27), soit à une pression d'alimentation (pl) qui est plus élevée que la pression moyenne (PSm) nécessaire pour compenser la charge d'essieu statique, soit au côté décharge (pression p0o). 2. Suspension selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un capteur (16) qui détecte au moins la course élastique de la jambe de suspension (+s; -s) dans les deux sens et dont les signaux de sortie sont appliqués à un circuit de commande central (17) qui pilote la soupape à ouverture rapide (27). 3. Suspension selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que les deux canaux de Liaison (20, 21) menant aux chambres de travail (18, 19) de la jambe de suspension, peuvent être reLiés simultanément et de façon continûment croissante ou décroissante, par la soupape à ouverture rapide (27), à la pression d'alimenta- tion (p1) plus élevée, supérieure à la pression de charge d'essieu statique, ou au côté décharge (po0). 4. Suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la soupape à ouverture rapide (27) présente un tiroir (27a) commandé par pression et qui relie ensemble, ainsi qu'à la pression d'alimentation ou au côté décharge, au moins les raccordements de canaux II, III des chambres de travail (18, 19), raccordements qui débouchent à la même hauteur dans ladite soupape (27), et que, pour le déplacement continu du tiroir (27a), on a prévu une électrovanne (éLectrovanne 30 à 2 voies et 2 positions) commandée à une haute fréquence par un circuit de commande électronique (17) et changeant de façon conti- nue, suivant sa section d'ouverture moyenne, la pression (pR) agis- sant sur l'une des faces d'extrémité (27c) du tiroir (27a). 5. Suspension selon la revendication 4, caractérisée en ce que, pour la compensation de pression, La pression d'alimentation (p2) agit sur une plus petite face utile de l'autre côté du tiroir (27a). 6. Suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une servo-soupape (31) qui agit par un organe de positionnement (31a), chargé par la pression d'alimentation (p1), sur le côté du tiroir (27a) éloigné de la pression de travail (pR) continûment variable, et qu'un dispositif de rappel (32) est prévu, en outre, pour la fonction de soupape pilotée par Le circuit de commande électronique (17). - 7. Suspension selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de rappel comprend une partie électromagnétique (32) agissant sur l'organe de positionnement (31a) de la servo- soupape (31). 8. Suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le ressort accumulateur (24), les raccords dirigés l'un vers l'autre des clapets antiretour (22, 23) et les étranglements d'amortissement (25, 26) montés en parallèle avec eux, peuvent, par leur embouchure de canaL (I) dans La soupape à ouverture rapide (27) et au moyen de cette soupape, être reliés également aux deux autres raccordements de canaux (II, III) des chambres de travail (18, 19) de la jambe de suspension, de même que, suivant la position du tiroir, soit à la pression d'alimen- tation (pl), soit au côté décharge. 9. Suspension selon L'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les sections contrôlées des raccorde- ments de canaux (I, II, III) débouchant dans la soupape à ouverture rapide (27) diffèrent entre elles et possèdent éventuellement un effet d'étranglement. 10. Suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation en pression fournissant la pression d'alimentation (p1), comprend, outre un accumulateur (33) et une pompe (34), un régulateur de pression (35) qui règle la pression d'alimentation ou pression de travail (p1) à une valeur supérieure à la pression moyenne (psm) compensant la charge d'essieu statique. 11. Suspension selon la revendication 10, caractérisée en ce que la pression d'alimentation (p1) 3 *Pm.