Brevet FR2704511A1 — publié le 19941104

Véhicule du type comprenant un module-support et un modulehabitacle et un dispositif de liaison piloté entre les deux modules. La présente invention se rapport à un véhicule du type comprenant un module-support en contact avec une surface d'évolution sur laquelle le véhicule est destiné à évoluer, et un module-habitacle monté avec mobilité verticale sur le module-support en étant maintenu par rapport à ce dernier par un dispositif de liaison piloté. A l'heure actuelle, la majorité des véhicules automobiles sont du type monocoque, conception structurelle consistant à réaliser l'ensemble de la carrosserie sous la forme d'une coque (ou caisse autoporteuse) la plus rigide et la plus indéformable possible, cette coque devant assurer les fonctions de sécurité primaire ou active (tenue de route, freinage) et de sécurité secondaire ou passive (tenue aux chocs). Cette conception qui nécessite généralement une multiplication des renforts de structure dès qu'une ouverture doit être ajoutée à la coque implique surtout un compromis entre les deux exigences contradictoires de la tenue de route et du confort, ces deux exigences devant être remplies par les mêmes éléments, à savoir les éléments de suspension. Ce compromis est d'autant plus difficile à réaliser que la masse suspendue du véhicule est importante. C'est la raison pour laquelle a été lancée depuis longtemps l'idée d'une conception fondamentalement différente consistant à dissocier structurellement les deux fonctions de sécurité active et de sécurité passive en regroupant sur un premier module-support ou modulechâssis de l'ensemble moteur-transmission-roues ainsi que tous les éléments de suspension assurant la liaison avec la route, en réservant à un second module-habitacle uniquement les fonctions de protection et de confort, et en intercalant une liaison non rigide entre les deux modules. Cette idée a été promue par Monsieur Franco SBARRO sous la forme d'un concept dit "Dual Frame" développé dans le cadre d'un programme "Helios", aboutissant non seulement à une sensible réduction de poids de l'ensemble du véhicule, mais encore à la prévision, entre le module-châssis et le module-habitacle, d'une liaison pneumatique pilotée électroniquement, permettant de faire varier la garde au sol du véhicule et de compenser par exemple les réactions dues au pilotage (effet anti-plongée au freinage, effet anti-cabrage à l'accélération, effet anti-dévers dans les virages). Toutefois, les résultats que les solutions connues concernant cette liaison entre les deux modules procurent ou sont susceptibles de procurer ne donnent pas satisfaction. La présente invention vise un véhicule du type à deux modules comprenant, entre les deux modules, un dispositif de liaison piloté d'efficacité optimale. Le véhicule objet de la présente invention est un véhicule du type comprenant un module-support en contact avec la surface d'évolution sur laquelle le véhicule est destiné à évoluer, et un module-habitacle monté avec mobilité verticale sur le module-support en étant maintenu par rapport à ce dernier par un dispositif de liaison piloté. Selon l'invention, le dispositif de liaison piloté comprend plusieurs éléments de liaison hydrauliques à double effet disposés en plusieurs points du véhicule entre les deux modules pour assurer une liaison verticale dans les deux sens entre les deux modules. Ce dispositif comprend, en outre, au moins un circuit hydraulique fermé alimentant lesdits éléments de liaison. Le dispositif comprend, de plus, plusieurs éléments distributeurs commandant chacun l'alimentation d'un des éléments de liaison par ledit circuit. Le dispositif comprend, par ailleurs, plusieurs premiers moyens de mesure locale des réactions du module-support aux inégalités de la surface d'évolution. Le dispositif comprend également plusieurs seconds moyens de mesure locale de la distance verticale (hauteur) du module-habitacle par rapport au module-support. Enfin, le dispositif comprend des moyens de pilotage permanent des éléments distributeurs en fonction, d'une part, du résultat des moyens de mesure et, d'autre part, des ordres du pilote et des réactions que ces ordres induisent sur le module-habitacle. D'une manière générale, quel que soit le type de véhicule, le dispositif de liaison peut avantageusement comprendre quatre éléments de liaison disposés en quatre points, et un nombre correspondant d'éléments distributeurs. Bien que tous les éléments de liaison puissent être alimentés par un seul circuit hydraulique, il est avantageux de prévoir deux circuits alimentant chacun deux éléments de liaison. Dans le cas d'un véhicule automobile à quatre roues, l'un des deux circuits peut alors alimenter deux éléments de liaison avant et l'autre deux éléments de liaison arrière. Dans ce même cas, les moyens de pilotage peuvent avantageusement comprendre quatre moyens de pilotage local dont chacun pilote le distributeur d'un élément de liaison en fonction du résultat des premiers moyens de mesure, et un moyen de pilotage central pilotant les moyens de pilotage local en fonction des ordres du pilote, l'ensemble de ces pilotages étant bouclé grâce au résultat des deuxièmes moyens de mesure. De préférence, le moyen de pilotage central peut déterminer une hauteur moyenne instantanée et chacun moyen de pilotage local peut alors piloter ltélément distributeur de son élément de liaison pour asservir ce dernier en position autour de la hauteur moyenne instantanée déterminée par le moyen de pilotage central. Chaque élément de liaison peut avantageusement comprendre un vérin hydraulique à double effet comportant un tige traversante dont l'extrémité supérieure est reliée au module-habitacle, le vérin venant porter par son extrémité inférieure sur le module-support. Chacun de ces vérins à double effet peut de préférence comporter un ressort équilibrant la charge statique (masse du module-habitacle). Chaque élément distributeur peut être constitué par un électrodistributeur à quatre orifices et trois positions permettant, selon sa position, de faire sortir la tige du vérin, de rentrer la tige dans le vérin et de bloquer la tige dans une position donnée dans le vérin. En se référant aux dessins schématiques annexés, on va décrire ciaprès plus en détail un mode de réalisation illustratif et non limitatif d'un dispositif de liaison hydraulique piloté dans son application à un véhicule automobile; sur les dessins: la figure 1 représente le schéma d'un véhicule automobile du type à deux modules avec les quatre éléments de liaison pilotés entre les deux modules; la figure 2 illustre la structure générale du dispositif de liaison hydraulique et de son pilotage; la figure 3 montre le principe général du pilotage du dispositif de liaison. Le véhicule tel qu'illustré très schématiquement par la figure 1 est un véhicule du type à deux modules, comprenant un module-support ou module-châssis I et un module-caisse ou module-habitacle 2 reliés entre eux par une liaison pilotée symbolisée par quatre éléments de liaison 3. Le module-châssis I regroupe l'ensemble des organes mécaniques de propulsion (moteur, transmission), de direction, de freinage, de liaison au sol (suspension) et permet d'assurer toutes les fonctions de sécurité active. De conception simple, ce châssis constitue la liaison rigide de l'ensemble de ces organes dont chacun peut être conçu pour sa propre fonction, sans tenir compte d'éventuels couplages ou compromis. En particulier, les organes de liaison au sol (éléments de suspension, ressorts, amortisseurs) peuvent être conçus en vue de l'obtention d'une tenue de route maximale, sans qu'il y ait lieu, comme c'est le cas sur les véhicules classiques, de tenir compte de fonctions antagonistes comme le confort. Le module-habitacle 2 regroupe l'ensemble des équipements de conduite et de confort. La liaison 3 entre le module-châssis 1 et le module-habitacle 2 constitue une suspension dynamique assurant un confort optimal aux occupants du véhicule et permettant au module-châssis 1 d'assumer ses fonctions de sécurité active tout en éliminant les effets indésirables sur le module-habitacle. Cette liaison est dynamiquement pilotée de manière à réagir instantanément aux variations d'assiette du modulehabitacle sur le module-châssis conformément aux lois de comportement dynamique du véhicule. Sur la figure 2, on retrouve deux des éléments de liaison 3 intercalés à l'avant du véhicule entre le module habitacle non représenté et le module-châssis dont seules les deux roues avant 4 et une partie de leur triangle rotulé de suspension 5 sont illustrées. Chaque élément de liaison 3 est constitué par un vérin hydraulique à double effet à tige 6 traversante. L'extrémité inférieure du cylindre 7 du vérin porte sur le module-châssis, tandis que l'extrémité supérieure de la tige 6 supporte le module-habitacle. Un ressort de compression 8 est intercalé entre le piston 9 qui subdivise le cylindre 7 en deux chambres 10 et 11, et le fond de la chambre inférieure 11. Les deux chambres 10 et 11 de chaque vérin 3 communiquent par deux conduites avec deux orifices d'un électro-distributeur 12 à quatre orifices et trois positions. Chaque électro-distributeur 12 est intercalé dans une des deux branches d'un circuit d'alimentation hydraulique comprenant une pompe 13, un accumulateur 14, un débitmètre 15, un diviseur de débit 16 d'où partent les deux branches et, sur le retour commun de ces deux branches, un radiateur 17 et un réservoir 18 pour la pompe 13. Chaque électro-distributeur 12 est commandé par un module de pilotage local 19 qui reçoit des informations d'un capteur 20, par exemple un capteur de détection de l'angle du triangle rotulé de suspension 5 de la roue 4 correspondante, et d'un capteur 21 mesurant la hauteur locale du module-habitacle par rapport au module-châssis. Un module de pilotage central 22 est relié aux deux modules de pilotage local 19 ainsi qu'aux capteurs 20 et 21, le module 22 contrôlant par ailleurs, par l'intermédiaire du débitmètre 15, le fonctionnement correct du circuit hydraulique qui est un circuit à circulation permanente, à pression et débit constants. La flèche 23 symbolise la liaison du module de pilotage central avec les deux éléments de liaison des roues arrière, alimentés par un second circuit hydraulique à pression et débit constants par l'intermédiaire de deux électro-distributeurs pilotés par deux modules de pilotage local. L'objectif principal de la liaison hydraulique pilotée entre le module-châssis et le module-habitacle est d'asservir en position le module-habitacle sur le module-châssis, pour garantir la plus grande stabilité possible du module-habitacle. Cet asservissement permet une optimisation de la tenue de route du véhicule, le système de liaison hydraulique jouant le rôle d'un dispositif antiplongée au freinage, anticabrage à l'accélération et antidévers ou antiroulis dans les virages. De plus, le système de liaison hydraulique vise l'obtention d'un confort absolu dans l'habitacle grâce à la forte réduction des vibrations, résultant de la conception du véhicule en deux modules, et grâce à l'élimination, sur le module-habitacle, des perturbations dues aux inégalités de la route (trous, bosses, dévers, etc.). Les lois de comportements d'un véhicule en déplacement sont en effet déterminées en tenant compte de deux familles principales de réactions, à savoir: - les réactions induites par les actions (ou ordres) du pilote (freinage, accélération, mise en virage, etc.), et - les réactions dues à l'état de la route (trous, bosses, dévers, etc.). Les réactions de la première famille imposent au module-habitacle des variations d'accélération provoquant ainsi son déplacement vertical par rapport au module-châssis. Les réactions de la seconde famille ont pour conséquence de modifier l'assiette du module-châssis qui entraîne le module-habitacle dans ses déplacements. Le système de liaison hydraulique a donc pour fonctions principales - d'assurer une liaison physique entre module-habitacle et le module-châssis, et - d'asservir la hauteur du module-habitacle sur le châssis en fonction des lois de comportement du véhicule. La fonction de liaison physique est assurée par les éléments de liaison hydrauliques pilotables 3. La fonction d'asservissement est assurée par la centrale de commande électronique qui pilote les éléments de liaison hydrauliques et qui comprend les modules de pilotage local 19 et le module de pilotage central 22. Les fonctions assurées par la centrale de commande sont: - piloter sélectivement les éléments hydrauliques 3, - déterminer les paramètres de pilotage de ces éléments en fonction des lois de comportement du véhicule aux ordres du pilote (OP) et aux perturbations dues à l'état de la route (PER), - contrôler l'état de l'ensemble du système hydraulique de liaison, - gérer et sélectionner les différents modes de fonctionnement, et - communiquer avec le pilote. Pour éviter tout phénomène de couplage résultant des différentes lois de comportement, la centrale traite d'une façon indépendante les évènements liés aux ordres du pilote (OP) et aux perturbations dues à l'état de la route (PER). La décomposition de la centrale en cinq modules, à savoir un module de pilotage central 22 et quatre modules de pilotage local 19 permet d'attribuer à chaque module de pilotage une fonction d'asservissement. Le rôle du module de pilotage central est essentiellement l'asservissement en position des quatre éléments hydrauliques 3 simultanément en fonction des lois de comportement dus aux ordrespilotes (OP), les quatre hauteurs calculées par le module de pilotage central 23 étant envoyées aux modules de pilotage local 19 qui pilote directement les éléments hydrauliques 3. Le module de pilotage central 22 commande donc la hauteur moyenne instantanée (HMI) de chaque élément de liaison hydraulique 3 et chaque module de pilotage local 19 gère l'asservissement en position de son élément de liaison hydraulique 3 autour de sa hauteur moyenne instantanée en fonction des lois de comportement aux perturbations dues à l'état de la route (PER). En d'autres termes, le module de pilotage central 22 gère l'assiette locale du module-habitacle sur le module-châssis tandis que les modules de pilotage local 19 "digèrent" localement les perturbations enregistrées sur chaque suspension. Les paramètres pris en compte par le programme du module de pilotage central sont par exemple les suivants: - la vitesse instantanée du véhicule, - les pressions sur les pédales de pilotage (accélérateur, freins, embrayage), - l'angle et la vitesse angulaire de la colonne de direction, - les paramètres moteur (régime, couple), - le rapport enclenché dans la boîte de vitesses. Ces paramètres constituent les ordres du pilote (OP). Ils servent d'entrée aux algorithmes d'asservissement construits à partir des lois linéaires entre les ordres du pilote et l'effet en tangage et en roulis résultant normalement des décisions correspondant aux ordres du pilote. Le contrôle général du système hydraulique de liaison est géré par le module de pilotage central qui doit également gérer la communication avec le pilote (sélection du mode de fonctionnement, information sur l'état du système hydraulique vers le pilote). Les modules de pilotage local assurent directement le pilotage des éléments hydrauliques. Les paramètres utiles pour ce pilotage sont par exemple: - les variations angulaires du triangle rotulé de la suspension locale, - la hauteur moyenne instantanée (HMI) locale. Les modules de pilotage local renseignent en continu le module de pilotage central sur leur état de fonctionnement. Les algorithmes programmés dans les modules de pilotage local sont dérivés des équations de la mécanique générale, en tenant compte des caractéristiques physiques du véhicule considérés. La figure 3 montre le schéma général de l'architecture et des flux d'échange de données de la commande, indiquant les entrées/sorties du module de pilotage central et des modules de pilotage local. Sur ce schéma, H désigne la hauteur moyenne instantanée locale et (p l'angle du triangle rotulé de la suspension locale. ll convient de noter que le mode de réalisation représenté et décrit n'a été donné qu a titre d'exemple illustratif et que de nombreuses modifications et variantes sont possibles dans le cadre de l'invention. Ainsi, le système de liaison hydraulique piloté est applicable, non seulement à la liaison entre le module-habitacle et le module-châssis de voitures automobiles à quatre roues, mais d'une manière générale à la liaison entre le module-habitacle et le module-support de tout autre type de véhicules par exemple des chars (stabilisation d'une tourelle) et également de véhicules évoluant sur des surfaces autres que des routes, par exemple des bateaux, auquel cas une centrale gyroscopique peut fournir des signaux correspondant aux perturbations dues à l'état de la route (PER). REVENDICATIONS 1. Véhicule du type comprenant un module-support (1) en contact avec une surface d'évolution, et un module-habitacle (2) monté avec mobilité verticale sur le module-support en étant maintenu par rapport à ce dernier par un dispositif de liaison piloté (3), caractérisé par le fait que le dispositif de liaison piloté comprend: - plusieurs éléments de liaison (3) hydrauliques à double effet disposés en plusieurs points du véhicule entre les modules (1, 2) pour assurer une liaison verticale dans les deux sens entre ces modules, - au moins un circuit hydraulique alimentant lesdits éléments de liaison, - plusieurs éIéments distributeurs (12) commandant l'alimentation des éléments de liaison par ledit circuit, - plusieurs premiers moyens (20) de mesure locale des réactions du module-support (1) aux inégalités de la surface d'évolution, - plusieurs seconds moyens (21) de mesure locale de la distance verticale (hauteur) du module-habitacle (2) par rapport au modulesupport (1), et - des moyens (19, 22) de pilotage permanent des éléments distributeurs (12) en fonction - du résultat des moyens de mesure (20, 21), et - des ordres du pilote (OP) et des réactions que ces ordres induisent sur le module-habitacle (2). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend quatre éléments de liaison (3) disposés en quatre points du véhicule. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend deux circuits hydrauliques alimentant chacun deux éléments de liaison (3). 4. Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que les moyens de pilotage comprennent: - quatre moyens (19) de pilotage local dont chacun pilote l'élément distributeur (12) d'un élément de liaison (3) en fonction du résultat des premiers moyens de mesure (20), et -un moyen (22) de pilotage central pilotant les moyens (19) de pilotage local en fonction des ordres du pilote, l'ensemble de ces pilotages étant bouclé grâce au résultat des deuxièmes moyens de mesure (21). 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que le moyen (22) de pilotage central détermine une hauteur moyenne instantanée (HMI) et chaque moyen (19) de pilotage local pilote l'élément distributeur (12) de son élément de liaison (3) pour asservir ce dernier en position autour de sa hauteur moyenne instantanée. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque élément de liaison (3) est constitué par un vérin hydraulique à double effet à tige traversante (6). 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que chaque vérin (3) comporte un ressort (8) supportant la charge statique du module-habitacle (2). 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque élément distributeur (12) est un électro-distributeur à quatre orifices et trois positions.