Brevet FR2719000A1 — publié le 19951027

L'invention concerne un système de suspension actif, en particulier pour véhicules automobiles. Par le brevet allemand DE 11 25 290, il est connu d'agencer un élément élastique passif, non com- mandé, plus exactement un ressort hélicoïdal, en série avec un organe hydraulique volumétrique monté sur le châssis d'un véhicule et dont la position d'extension peut être commandée en vue du changement de la garde au sol du véhicule ou pour établir une hauteur libre désirée sous le véhicule. De cette manière, la compression du ressort hélicoïdal sous la charge de roue peut donc être compensée et des réglages du niveau ou de l'assiette du véhicule sont réalisables en même temps. La demande de brevet allemand DE OS 23 05 037 montre une régulation du niveau des essieux d'un véhicule dans laquelle un élément élastique passif, non commandé, est disposé en série avec un élément élastique commandé qui doit constituer le ressort principal et est réalisa- ble par exemple sous la forme d'un ressort pneumatique dont le niveau est réglé. Lors du chargement du véhicule, le ressort principal conserve pratiquement sans changement sa position en raison de la régulation qui lui est coor- donnée, tandis que l'élément élastique passif, non comman- dé, permet une certaine diminution de la distance entre la roue et la carrosserie en raison du supplément de char- ge. Globalement, ce système permet de faire en sorte que la différence entre les courses de compression de la sus- pension pour un essieu non réglé et pour un essieu à ni- veau réglé devienne si petite qu'elle est négligeable lors du chargement du véhicule. Par le brevet allemand DE 29 43 486 C2, il est connu d'agencer un élément élastique passif, non commandé, en série avec un organe hydraulique volumétriqueà position d'extension réglable qui, au moyen de capteurs d'accélé- ration placés côté carrosserie, est essentiellement com- mandé de manière que la déviation de la masse suspendue, c'est-à-dire de la carrosserie du véhicule, soit compen- sée dans une large mesure par la course d'extension de l'organe hydraulique. L'élément élastique passif men- tionné est comparativement dur et autorise seulement des débattements limités. Quoi qu'il en soit, le document DE 29 43 486 C2 considère comme un point de départ que la course verticale de la carrosserie correspond à peu près à la course verticale de la partie de l'organe hydrau- lique volumétrique reliée à la carrosserie par l'intermé- diaire de l'élément élastique passif, autrement dit, qu'il existe un accouplement pratiquement "rigide" (voir les lignes 21 à 24 de la page 4 de ce document). Le brevet allemand DE 40 26 790 C1 montre un système de suspension commandé par calculateur et dans lequel des organes hydrauliques volumétriques à position d'extension réglable sont agencés en série avec des éléments élas- tiques passifs, ne pouvant pas être commandés. Les or- ganes hydrauliques peuvent être raccordés à un accumula- teur de pression dont la capacité a été choisie pour une activation de courte durée, ceci afin de permettre la suppression de situations critiques par une régulation. L'excitation de résonances en particulier doit être empê- chée de cette manière. Pour pouvoir déterminer l'exis- tence d'un état critique, des capteurs de déplacement ou des capteurs analogues sont disposés entre la masse sus- pendue, c'est-à-dire la carrosserie du véhicule,et la masse non suspendue, c'est-à-dire la roue, capteurs dont les signaux permettent également de déterminer la fré- quence des vibrations produites. Le brevet des E.U.A. 36 06 233 montre également un système de suspension dans lequel un élément élastique passif, non commandé, est agencé en série avec un élément actif comprenant un organe hydraulique volumétrique dont la position d'extension est réglable. Ce réglage de posi- tion s'effectue en fonction de l'accélération - détermi- née au moyen d'un capteur approprié - de la masse suspendue, de sorte qu'on obtient un découplage aussi poussée que possible, pour ce qui concerne les vibrations, entre la masse suspendue et la masse non suspendue. Selon la demande de brevet allemand DE 39 18 735 Al, un système de suspension d'un véhicule comprend, en parallèle avec un ressort passif non commandé, un amortisseur suscep- tible d'être commandé et qui, par l'exploitation de l'ac- célération de la carrosserie, déterminée par des capteurs appropriés - est commandé de manière que l'on obtienne ce que l'on appelle un "amortissement Skyhook". Par ailleurs, s'agissant de systèmes de suspen- sion, il est par principe connu de déterminer les forces apparaissant dans le chemin de transmission de forces entre les masses suspendues et non suspendues au moyen de capteurs dynamométriques fonctionnant dans une large me- sure sans déplacement afin de permettre également la com- mande en fonction des forces d'organes d'appui et d'élas- ticité actifs. De tels systèmes sont comparativement dis- pendieux. Il s'y ajoute que d'importants déphasages peu- vent se produire entre les forces apparaissant dans le chemin de transmission et les mouvements relatifs des masses suspendue et non suspendue. Le but de l'invention est de créer un système de suspension actif doté d'une régulation facile à réali- ser et permettant également une régulation en fonction des forces en présence. Dans ce but, l'invention prévoit un système de suspension actif qui est caractérisé en ce que - des dispositifs élastiques et d'appui, agencés entre la masse suspendue et la masse non suspendue, com- prennent chacun un élément élastique passif, non com- mandé, ainsi que, en série avec lui, un organe hy- draulique volumétrique à position d'extension ré- glable, - des capteurs de déplacement coordonnés aux disposi- tifs élastiques et d'appui, détectent directement à la fois la position instantanée en hauteur de la masse non suspendue par rapport à la masse suspendue et la course d'extension de l'organe volumétrique concerné, des valeurs réelles des forces d'appui agissant chaque fois entre la masse suspendue et la masse non suspendue sont déterminées à partir de l'état de tension, pouvant être déterminé au moyen des signaux des capteurs de déplacement, de l'élément élastique passif non commandé et - la régulation de position de l'organevolumétrique s'effectue en fonction de valeurs de consigne à pré- fixer des forces d'appui, ainsi que d'une grandeur caractéristique de l'état de mouvement de la masse suspendue. L'invention crée une suspension avantageuse pour véhicules, qui présente, en raison des éléments élastiques passifs, des propriétés fiables de fonctionne- ment en cas d'avarie. Comme les forces agissant dans le chemin de transmission des forces entre la roue et la carrosserie sont déterminées indirectement par des me- sures de déplacement, il suffit, pour déterminer la force élastique et l'influence de la suspension sur la position de la carrosserie et son changement dans le temps, d'ex- ploiter des signaux de même type et de même phase, à sa- voir des signaux de capteurs de déplacement. Pour établir si une situation dans laquelle se trouve la suspension est à attribuer à une inégalité de la chaussée agissant à ce moment ou alors à un mouvement d'oscillation qui est la conséquence d'une inégalité de chaussée précédente, on fait en outre appel à un para- mètre caractéristique du mouvement de la carrosserie du véhicule, par exemple à l'accélération verticale de la carrosserie. L'invention est basée sur le concept général selon lequel, dans le cas d'un système de suspension ac- tif, on renonce totalement à la détermination directe des forces d'appui ou des pressions agissant dans les organes à fluide, et on détermine les forces d'appui agissant entre les masses suspendue et non suspendue exclusivement par la mesure de déplacements ou par la détermination de positions d'extension ou en hauteur. Pour y parvenir, on exploite le fait que, dans le système de suspension selon l'invention, les forces d'appui agissant chaque fois sur un dispositif élastique et d'appui sont préfixées d'une part par la caractéristique d'élasticité - prédétenrine par la construction - de l'élément élastique passif non catmiend, et d'autre part par la différence (x - y) entre la position en hauteur (x) de la masse non suspendue par rapport à la masse suspendue et la course d'extension (y) de l'organe hydraulique volumétrique concerné, parce que cette différence reproduit clairement l'état de tension, c'est-à-dire le degré de tension de l'élément élastique passif non commandé, et inversement. L'invention a l'avantage de permettre une tech- nique de régulation particulièrement simple parce que des mesures de déplacements, ou les mesures de grandeurs ana- logues à des déplacements, sont particulièrement simples à réaliser. La partie restante de la dépense de construc- tion est également relativement faible. Pour l'essentiel, il suffit d'une source de pression de capacité suffisante ainsi que de soupapes de commande pour l'amenée et l'éva- cuation de fluide hydraulique vers et depuis l'organe hy- draulique volumétrique. Il est avantageux à cet égard qu'il suffisede relativement peu de puissance pour main- tenir cet organe à une position désirée; pour l'essen- tiel, il suffit dans ce but de bloquer des soupapes. Un autre avantage est que le frottement dans les organes hydrauliques volumétriques n'occasionne pas de pertes en ce qui concerne le confort de roulement parce que l'élément élastique passif continue à agir en permanence. Par ailleurs, le frottement produit dans la régulation de position des organes hydrauliques peut être compensé. Au cas o des défauts se produisent dans le calculateur du système de suspension, un fonctionnement de secours est possible sans problèmes par l'amenée - au- tomatique ou par commande manuelle - des organes hydrau- liques à une position prédéterminée et leur immobilisa- tion à cette position, ou leur blocage hydraulique par le blocage des soupapes. Le système de suspension fonctionne ensuite comme un système classique purement passif. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation avantageux, mais nullement limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, qui est un schéma fonctionnel simplifié d'un dispositif élastique et d'appui selon l'invention, agencé entre une roue et une carrosserie de véhicule. Entre une carrosserie 1 d'un véhicule automo- bile, qui forme la masse suspendue, et une roue 2 formant une masse non suspendue, est agencé, d'une manière fonda- mentalement connue, un élément élastique 3 passif, non commandé, par exemple sous la forme d'un ressort hélicoï- dal de compression en acier. Du côté de la carrosserie, l'élément élastique 3 est appuyé sur le plongeur 4 d'un organe hydraulique volumétrique 5 monté sur la carrosse- rie 1 et pouvant être relié, sans paliers, à travers une soupape de réglage 6, à une source de pression hydrau- lique 7 ou à un réservoir 8 qui est essentiellement sans pression, ou être coupé de la source de pression 7 et du réservoir 8. Pour commander la soupape de réglage 6, on a prévu une électronique de commande ou de réglage 9 dont l'entrée est connectée à des capteurs 10 et 11 pour la position en hauteur x de la roue 2 par rapport à la carrosserie 1, ainsi que la course d'extension y du plon- gueur 4 par rapport à la carrosserie 1. De plus, l'entrée de l'électronique de commande ou de réglage 9 peut être reliée à d'autres capteurs 12 servant à la surveillance d'autres paramètres - tels que l'accélération de la carrosserie, l'accélération de la roue, l'angle de braquage du volant, la vitesse de lacet, la vitesse de roulement, etc. du véhicule, et permettent d'influencer le taux de suspension et d'amortissement de la carrosserie, le comportement d'auto-direction du véhi- cule et/ou un réglage de la position de la carrosserie (mise à l'horizontale de la carrosserie). En outre, on peut prévoir, du côté de l'entrée de l'électronique de commande ou de réglage 9, des inter- rupteurs 13 manoeuvrables à volonté et par lesquels sont réalisables différents accords ou ajustements pour la commande ou le réglage. Les capteurs 12 et les interrup- teurs 13 permettent la variation des valeurs de consigne à préfixer. Parallèlement à l'élément élastique 3, on a prévu au moins un amortisseur (de chocs) 14 conventionnel ou, selon un mode de réalisation avantageux, enclenchable et/ou commutable. Cet amortisseur 14 agit entre la car- rosserie 1 et la roue 2 ou l'appui côté roue de l'élément élastique 3. Il convient que l'amortisseur 14 soit accordé de manière qu'il amortisse des phénomènes de résonance, en particulier ce que l'on appelle la résonance de roue, donc que son efficacité d'amortissement soit particuliè- rement grande lorsque les roues 2 tendent à vibrer. Le système représenté fonctionne essentielle- ment comme suit: A partir des signaux des capteurs 10, reprodui- sant les positions en hauteur x des roues 2 par rapport à la carrosserie 1, l'électronique de commande ou de ré- glage 9 détermine - éventuellement en tenant compte des signaux des autres capteurs 12 - une valeur de consigne de la force d'appui devant agir entre la carrosserie 1 et la roue 2 concernée. Au lieu de cela, il est possible aussi de préfixer une grandeur analogue à la force d'ap- pui. La valeur de consigne Aco de la force d'appui cor- respond à: Aco = k (x-y)co, o k est le coefficient d'élasticité de l'élément élas- tique 3. La possibilité simple de calculer Aco provient de ce que la valeur de la force d'appui est fixée essen- tiellement par la tension de l'élément élastique 3; cette tension change de façon analogue à la différence x-y. La valeur réelle Aré de la force d'appui agis- sant entre la carrosserie 1 et la roue 2, peut être dé- terminée de façon analogue à partir des signaux des cap- teurs 10 et 11: Aré = k (X-y)ré. La régulation,rendue possible par l'invention, des forces d'appui sur la base d'une comparaison de va- leurs de consigne et réelles, peut donc être effectuée à partir d'une comparaison de la valeur de consigne et de la valeur réelle des distances (x-y)co et (X-y)ré. Pour pouvoir mettre en oeuvre la régulation dé- sirée, il suffit que soit garanti que le plongeur 4 de l'organe hydraulique volumétrique 5 soit déplaçable rela- tivement vite en comparaison avec les vitesses relatives possibles de la carrosserie 1 et des roues 2. En particu- lier, selon une caractéristique de l'invention, la vi- tesse de positionnement de l'organe hydraulique volumé- trique 5 est supérieure aux vitesses possibles de la masse suspendue 1 par rapport à un système stationnaire. Dans ce but, la source de pression 7 doit avoir une capacité adéquate; de plus, la soupape de réglage 6 doit pouvoir commander (ouvrir et fermer) des sections d'écoulement suffisamment grandes. Au cas o l'électronique de commande ou de ré- glage 9 devait tomber en panne ou avoir un fonctionnement défectueux, un service de secours est possible sans pro- blèmes, service pour lequel le plongeur 4 est bloqué hy- drauliquement à une position devant être préfixée dans l'organe hydraulique 5 et l'amortisseur 14 - dans la me- sure o il est commutable - est commuté pour produire un amortissement dur. L'enclenchement du fonctionnement de secours peut s'effectuer automatiquement à l'apparition d'un dé- faut dans l'électronique de commande ou de réglage. Au lieu de cela, il est possible aussi que le conducteur ac- tionne des organes de commande appropriés pour enclencher le fonctionnement de secours. Les signaux des capteurs 10, reproduisant les positions instantanées en hauteur x des roues 2, sont de préférence filtrés pour le calcul de la valeur réelle de la force d'appui de l'élément élastique 3 afin qu'il ne soit pas tenu compte, dans ce contexte, de mouvements ra- pides des roues. En effet, le déplacement du plongueur 4 vise en première ligne à influencer des mouvements rela- tivement lents de la carrosserie 1. Malgré cela, les signaux des capteurs 10 doi- vent également pouvoir reproduire des mouvements rapides des roues afin que l'électronique de commande ou de ré- glage 9 ait la possibilité, en cas de mouvements de roues voisins de la fréquence de résonance des roues, d'enclen- cher l'amortisseur 14 en vue de l'amortissement de cette résonance de roue(s). Par la régulation des forces d'appui, seuls les mouvements relativement lents de la carrosserie du véhi- cule sont influencés essentiellement en cas d'application de l'invention. Les mouvements relativement rapides des roues, en particulier dans la zone de résonance des roues, sont pratiquement influencés uniquement (dans le sens de leur amortissement) par l'amortisseur 14. Comme les mouvements de la carrosserie ont typiquement une fré- quence de 1 à 2 Hz, alors que la fréquence de la réso- nance de roue est d'environ 15 à 20 Hz, la régulation des forces d'appui, servant à influencer les mouvements de la carrosserie, peut donc fonctionner relativement lente- ment. Il convient d'interposer un accumulateur de pression - non représenté - entre la pompe 7 et la sou- pape de réglage 6. il REVENDICATIONS 1. Système de suspension actif, en particulier pour véhicules automobiles, caractérisé en ce que - des dispositifs élastiques et d'appui (3, 5), agencés entre la masse suspendue (1) et la masse non suspen- due (2), comprennent chacun un élément élastique (3) passif, non commandé, ainsi que, en série avec lui, un organe hydraulique volumétrique (5) à position d'extension réglable, - des capteurs de déplacement (10, 11) coordonnés aux dispositifs élastiques et d'appui (3, 5), détectent directement à la fois la position instantanée en hau- teur (x) de la masse non suspendue (2) par rapport à la masse suspendue (1) et la course d'extension (y) de l'organe volumétrique (5) concerné, des valeurs réelles (Aré) des forces d'appui agissant chaque fois entre la masse suspendue (1) et la masse non suspendue (2), sont déterminées à partir de l'état de tension, pouvant être déterminé au moyen des signaux des capteurs de déplacement, de l'élément élastique (3) passif non commandé et - la régulation de position de l'organe volumétrique (5) s'effectue en fonction de valeurs de consigne (Aco) à préfixer des forces d'appui, ainsi que d'une grandeur caractéristique de l'état de mouvement de la masse suspendue (1). 2. Système de suspension selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de réglage ou de positionnement de l'organe hydraulique volumétrique (5) est plus grande que les vitesses possibles de la masse suspendue (1) par rapport à un système stationnaire. 3. Système de suspension selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un amortisseur (14) commutable est disposé en parallèle avec l'élément élas- tique (3), amortisseur qui est accordé pour amortir des phénomènes de résonance, en particulier de résonance de roue. 4. Système de suspension selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'amortisseur (14) est agencé entre la masse suspendue (1) ou carrosserie du véhicule et la masse non suspendue (2) ou roue, ou la butée côté roue de l'élément élastique (3). 5. Système de suspension selon une des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que les valeurs de consigne (Aco) à préfixer sont modifiables par des capteurs (12, 13) surveillant des paramètres pouvant être pré- fixes.