Brevet FR2807727A1 — publié le 20011019

ASSISTANCE AERODYNAMIQUE DE DIRECTION DE MOTOCYCLETTE Une automobile peut changer instantanément de direction et ne sera li mitée dans cette manoeuvre que par l'adhérence de ses pneumatiques, la si tuation est bien différente pour un deux roues que la force centrifuge ferait chuter si son conducteur braquait sa direction instantanément dans direction désirée. En effet, sur un deux roues tout changement de direction prononce, doit être anticipé par, une estimation de la force centrifuge qui appliquera dans la courbe désirée et, par une inclinaison du deux roues lui permettant de rester en equilibre lorsque la force centrifuge s'appliquera, opération nous nommerons "mise sur l'angle", malheureusement le pilote ne dispose d'aucun appui pour incliner directement son deux roues et pour cela, il va principale ment braquer sa direction dans la direction opposée à celle désirée jusqu'à ce que la force centrifuge due à la courbure de trajectoire induite ainsi l'effet gyroscopique dû au braquage, soient parvenus à incliner l'ensemble moto et pilote de valeur désirée, alors seulement le virage peut commencer par le placement de la direction dans la direction voulue, l'explication heurte le néophyte, sait pourtant faire du vélo depuis l'âge de cinq ans... Tout se passe bien en utilisation courante lorsque rien d'imprévu n'arrive, mais la mauvaise surprise laisse parfois peu de temps pour l'anticipation et il est parfois extrêmement fâcheux de devoir d'abord se rapprocher d'un obstacle pour pouvoir l'éviter... Et d'une façon générale, la recherche de maniabilité si elle ne se fait pas au détriment de la stabilité est une quête permanente des constructeurs. La présente invention tend à améliorer la situation, en diminuant le temps et donc la distance nécessaire à la mise sur l'angle de la moto, pour un effort égal pilote sur sa machine, de même, certaines versions du dispositif ont une action centripète le centre de gravité dés la mise sur l'angle du deux roues. Nous nommerons respectivement Cx, Cz, Cy, les coefficients aérodynamiques longitudinal, vertical, latéral, d'un véhicule. Depuis fort longtemps les techni ciens travaillent à diminuer la traînée donc le Cx, diminuer la sensibilité vent latéral donc le Cy, et sur les automobiles, augmenter l'appui donc le Dans le dispositif selon l'invention, c'est la création d'une portance principalement latérale, sa variation de sens et de valeur qui est exploitée, donc un travail sur le Cy. Le deux roues selon l'invention est équipé de surfaces mobiles pilotées, - sées au vent relatif dû à la vitesse du véhicule, dont le mouvement d'un cote ou de l'autre rapport à une position neutre, crée à volonté une dissymétrie de l'écoulement d'air par rapport au plan de symétrie de la moto, créant ainsi à volonté une portance latérale variable en norme et en direction. Ces surfaces mobiles vont assister le pilote de la moto, lorsque celui-ci modifie l'équilibre de celle-ci, en lui fournissant un troisième appui en plus de ses deux roues, et l'aideront de multiples façons suivant leur nombre, leur position sur la moto et leur mode d'action. La cinématique d'un deux roues est un sujet infiniment complexe, et aucune modélisation permet à l'heure actuelle de déterminer avec exactitude quel sera le caractere d'une motocyclette en cours de conception, ainsi, les objec tifs de maniabilité et stabilité, lorsqu'ils sont atteints, sont le plus souvent le résultat d'une longue mise au point effectuée par tâtonnement, tant le nombre de paramètres à intégrer aux calculs est grand. Et c'est sciemment que les hy pothèses qui vont suivre sont simplifiées au juste nécessaire pour avoir une approche de l'influence que pourront avoir les surfaces mobiles suivant leurs positions et la direction de leurs poussées, sur le comportement du véhicule. En ligne droite sur une route plane et sans vent, la moto est en équilibre et la résultante des efforts qui s'exerce sur le centre de gravité du système moto/pilote dans le plan de symétrie de la moto qui se trouve, de plus, vertical ( nous supposerons que le pilote ne se désaxe pas sur moto ), si le conducteur désire changer de direction, il doit briser cet équilibre, pour cela, il faut appliquer force latérale sur le centre de gravité, ou écarter la droite passant par points de contacts des roues au sol de la verticale du centre de gravité - Pour plus de commodité nous admettrons que le pilote veut tou jours tourner à gauche, la situation étant symétrique pour la droite. Pour briser l'équilibre, le pilote va simultanément utiliser les deux solutions en agissant principalement sur la direction de son engin, qu'il va braquer à droite. Ce braquage induit un effet gyroscopique qui crée une force latérale, dirigée vers la gauche, sur le centre de gravité, ce braquage provoque aussi une cour bure de la trajectoire vers la droite ce qui crée une force centrifuge qui vient s'additionner à la précédente force, sur le centre de gravité, en pl de cela, la projection verticale du centre de gravité s'écarte de la droite passant par les points de contacts des roues au soi, ce qui rend le poids actif dans la mise sur l'angle. Briser cet équilibre, c'est vaincre la stabilité de la .moto, cela être fortuit, cela veut dire que la moto est utilisée en dehors de son enveloppe de stabilité, mais en utilisation normale, ta stabilité va seulement croître avec la vitesse, ce qui n'est pas forcément un avantage, les efforts du conducteur pour braquer sa direction augmentant en conséquence avec la vitesse, c'est donc à haute vitesse que le besoin d'assistance se fait le plus ressentir. Ce qui se marie bien avec les effets aérodynamiques, qui eux aussi croissent avec la vitesse. II est à noter que la situation est inverse à celle de l'automobile en matière de besoin d'assistance. Pour plus de commodité par convention, nous nommerons une force dirigée dans le sens de l'inclinaison de la moto, force centripète et force centrifuge une force dans le sens inverse, sans tenir compte de la trajectoire effective de la moto. Lors d'une mise sur I angle pour un virage à gauche, les possibilités d'assistances sont donc force latérale vers la gauche, donc centripète active sur le sur le centre gravité, un couple de sens horaire sur la direction aidant le pilote à tourner son guidon à droite, et éventuellement une force dirigée vers la droite, donc centrifuge placée de manière à aider la roue avant à se déporter vers la droite. Ces forces devront suivre en intensité les efforts qu'exerce le pilote sur sa direction. La moto est à présent l'angle et le pilote peut entamer son virage à gau che, nous admettrons la moto est dans son enveloppe de stabilité, c'est à dire qu'elle désire retrouver la ligne droite, le pilote place la direction dans une direction tangente à la trajectoire désirée, et la retient, celle-ci ayant nor malement tendance à engager à l'intérieur de la trajectoire de façon à redres ser la moto, et effectue son virage. La situation est assez semblable à celle de la mise sur l'angle, les efforts du pilote sur la direction sont toujours dans le sens horaire bien que la direction soit maintenant braquée à gauche, mais ceux-ci sont normalement moins in tenses et aide le pilote à estimer sa réserve d'adhérence. efforts sont d'autant plus grands que la stabilité est grande et ceux-ci augmentent beau- coup en général lorsque le pilote freine sur l'angle. A ce stade, l'assistance pourra obéir à la même loi que celle operant lors de la mise sur l'angle, ou pourra obéir à une loi différente activée grâce à une information de position angulaire de la direction par rapport au sens des efforts exercés sur celle-ci, permettant de différencier les deux situations. Pour redresser véhicule, le pilote a deux solutions, soit relâcher tout ou partie des efforts 'il exerçait sur sa direction dans le virage, et laisser la sta bilité redresser moto, l'assistance réagissant comme en virage mais en pro portion des efforts restants ; ou s'il désire un redressement plus énergique, le pilote va alors forcer la direction à rentrer encore plus dans le virage, grâce à un couple trigonometrique sur la direction qui est déjà braquée ' gauche, la si tuation est donc semblable à une mise sur l'angle, pour un virage à droite. II est néanmoins possible d'activer une loi d'assistance spécifique au redres sement de la moto, dans ce cas la situation pourra être identifiée par une ob servation de la dynamique de variation de position et d'efforts la direction, ou par des informations accélérométriques ou gyroscopiques. De ce bref exposé, il ressort qu'il est possible de réaliser une assistance sim ple obéissant à une seule loi pour les trois situations de mise sur l'angle, de vi rage, et de redressement, et en fonction d'une seule information, celle des efforts exercés sur la direction; ou de réaliser des dispositifs plus évolués, ca- pables d'identifier des situations différentes, grâce à un nombre d'informations plus important, et d'apporter la réponse la plus adaptée en fonction du nombre de surfaces mobiles de leur position sur la moto et de leurs modes d'actions. Ces surfaces mobiles pourront être des surfaces déjà existantes sur la moto, par exemple certaines parties du carénage, le garde boue, ou pourront être des surfaces-supplémentaires placées à des endroits où il est intéressant d'appliquer une force. Ces surfaces pourront intégrer les raffinements connus de l'aérodynamique de manière à pouvoir fournir la plus grande poussée par unité de surface, ou pour avoir un déplacement particulier du centre de pous sée en fonction de l'incidence donc de la force d'assistance fournie à vitesse donnée. La situation aérodynamique est dans notre cas très favorable, l'aug mentation de traînée en virage étant plutôt un avantage, d'autant plus que celle ' sera maximale à l'entrée du virage, là où le pilote freine encore, soula geant ainsi les pneumatiques d'une partie des efforts de freinage, ce per met freiner plus tard ou d'augmenter la réserve d'adhérence. En ligne droite les surfaces étant au neutre, l'accroissement de traînée est très faible, voir nul si les surfaces existaient déjà sur la moto de base. Pour en finir avec la traînée, sur une variante du dispositif, la motorisation des surfaces permet un braquage symétrique des dites surfaces, lors des freinages en ligne droite, dans ce cas, le braquage différentiel des surfaces pourra s'opérer à partir du neutre ou du braquage maximal, dans le d'une arrivée en virage sur les freins. Le système est de préférence désactivé à basse vitesse, là où il est peu efficace. Pour préciser l'influence des surfaces, mobiles en fonction de leur position sur la moto, il est indispensable d'introduire la notion de chasse de la moto ; le point de contact au sol de la roue avant se trouve toujours en arrière de l' de pivotement de la direction et sa distance à l'axe se nomme la chasse, stabilité de la moto dépend énormément de cette valeur, et croit avec elle, tan dis que la maniabilité elle, décroît en proportion. Le compromis maniabilité, stabilité serait assez facile à déterminer si cette valeur était constante, mais en utilisation celle-ci varie en fonction d'un nombre énorme de paramètres et pas toujours dans le sens souhaitable. En simplifiant beaucoup on peut dire que l'enveloppe de stabilité d'un deux roues représente les situations dans lesquel les la chasse reste positive, au delà, les réactions seront d'autant plus difficiles maîtriser que la vitesse sera grande. souhait des concepteurs à ce sujet serait d'avoir une valeur de chasse adaptée à chaque situation, ce qui est d'une grande difficulté technique, d'avoir une très grande chasse sans les inconvénients d'une direction tres lourde, ou encore d'obtenir une stabilité indépendante de la chasse. spécialiste saura interpréter les indications non limitatives qui vont suivre pour modifier le comportement du deux roues dans le sens qu'il désire. Nous nommerons centripètes les efforts dirigés dans le sens de l'inclinaison centrifuges, à l'inverse. - Plus le centre de poussée des surfaces mobiles est haut sur la moto, plus la poussée a d'influence sur le centre de gravité. Si le centre de poussée n'est pas sur le centre de gravité, la poussée exerce couple par rapport à celui-ci, qui se répercute sur les pneumatiques et donc la direction si la chasse n'est pas nulle. - poussée latérale centripète appliquée en dessous du centre de gravité accroît l'adhérence des pneumatiques au sol en virage. - Si une poussée latérale sur le châssis travaille et incline effectivement le deux roues, effet gyroscopique de la roue avant tend à faire braquer celle-ci vers l'intérieur du virage ce qui accroît la stabilité. - poussée placée ailleurs que sur l'axe vertical de la moto passant par le point de contact au sol de la roue arrière, exerce un couple sur la moto par rapport à cet axe, qui se répercute sur la direction si la chasse n'est pas nulle. - Si centre de poussée s'applique sur la direction, sur l'axe parallèle à l'axe de rotation de celle-ci et passant par le point de contact au sol de la roue avant que nous nommerons axe de chasse nulle, la poussée aura les mêmes effets que ' elle s'appliquait sur le châssis. - Si le centre de poussée est décalé par rapport à l'axe de chasse nulle, une poussée exerce un couple sur la direction, dans la direction voulue, suivant que le centre de poussée est en avant ou en arrière de l'axe, ce qui permet d'aller à volonté dans le sens d'une stabilité ou d'une maniabilité accrue. - I1 est possible de combiner les effets en multipliant les surfaces mobiles, les positions de leur centre de poussée et la direction de ces poussees. - Le choix du profil des surfaces mobiles, permet d'avoir un centre de poussée, soit fixe, soit s'avançant, soit reculant Sen fonction de l'incidence de celles-ci. problème des capteurs a déjà été abordé pages 4 et pour des si tuations assez classiques, mais il peut être nécessaire de réaliser des versions du dispositif nettement plus évoluées, réagissant avec beaucoup plus de fines se interactions du pilote sur sa machine, ou de faire réagir le dispositif dans situations très spécifiques, par exemple lorsqu'une ou deux roues du véhicule, ne touchent plus le sol, qu'il y a perte d'adhérence, ou que la sta bilité est prise en défaut. Dans le premier cas, sachant que le pilote peut influer sur le comportement de sa machine par tous les points de contacts qu'il a avec elle, il est possible de réaliser une assistance très fine en plaçant des capteurs d'efforts sur plusieurs ou sur chacun de ces points de contacts, c'est à dire, les cales pieds, le réser voir, la selle, et bien entendu le guidon. Dans le deuxième cas, il importe de diagnostiquer la situation particulière, telle que par exemple, le décollage d'une roue, pour cela le couple de la direction sa position angulaire et leurs évolutions dans le temps, peuvent être insuffi sants et suivant les cas il pourra être nécessaire de fournir au calculateur d'au tres informations, telle que par exemple, vitesse et accélération de chaque roue, contraintes des suspensions, accélération de la moto sur tous les axes (translations et rotations), inclinaison et assiette du deux roues. Ensuite, en fonction de chaque situation particulière diagnostiquée, les surfaces mobiles obéissent s'il y a lieu, a une loi de braquage spécifique, permettant de modi fier l'équilibre du deux roues dans le sens désiré, ou au pire, de ne rien faire, la moto 'est pas équipée de surfaces mobiles permettant de générer forces ou couples souhaitables. Dans ce cadre, il est évident que les surfaces mobiles peuvent aussi avoir une inclinaison leur permettant de faire varier aussi le Cz. D'autres caractéristiques et avantages pourront ressortir de l'exposé des deux modes de réalisation particuliers de l'invention et de leurs variantes qui va sui vre, donné à titre d'exemple et non limitatif. Sur la planche 1I2: La figure 1 montre une vue schématique de profil du premier mode de réalisa tion particulier. La figure 2 montre une vue schématique de face de la direction du véhicule selon premier mode de réalisation particulier. Sur la planche 2I2: La figure 3 montre une vue schématique de profil du deuxième mode de réali sation particulier. La figure 4 montre une vue schématique de face de ce deuxième mode de ré alisation particulier. La figure de l'abrégé est la figure 1. Pour eviter des confusions, nous nommerons le couple qu'exerce pilote sur la direction, couple Cpd. Selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention, la moto est équipée de deux surfaces mobiles (1) placées symétriquement la direc tion deux roues grâce aux fixations (2), leur centre de poussée () est placé en arrière de l'axe de chasse nulle (4), ces surfaces prennent leur incidence en tournant autour d'axes (5) grâce à un servomoteur (6) agissant par l'inter médiaire de tiges de commande (8), en fonction de la seule information de couple Cpd qu'exerce le pilote sur la direction, qui est mesurée le capteur de couple (7) ici placé entre le guidon et la fourche, cette information est trans mise à un calculateur régulateur, qui ordonne au servomoteur de braquer les surfaces (1) en fonction du signal de couple Cpd, selon une loi unique prédé terminée par le constructeur. Les différents signaux et la source d'énergie sont électriques. Le braquage des surfaces mobiles (1) s'effectue en opposition par rapport au couple Gpd exercé par le pilote, c'est à dire que la poussée est vers la gauche si le couple Cpd est dans le sens horaire, et inversement à droite, et celle-ci d'autant plus forte que le couple Cpd est fort. Cette configuration très simple, accélère la mise sur l'angle grâce à l'action de la poussée centri pète surfaces mobiles (1) sur le centre de gravité et l'assistance au bra quage de la direction dû au centre de poussée (3) des surfaces (1) placé en arrière de l'axe de chasse nulle (4) sur la direction, ce qui autorise éventuelle ment une géométrie de direction avec plus de chasse, et donc une enveloppe de stabilité plus importante. La poussée centripète procure aussi un accroisse ment de l'adhérence des pneumatiques Selon une variante, le calculateur offre un choix de différentes lois d'assistan ces, que le pilote peut sélectionner ou paramètrer, selon ses goûts ou ses soins, grâce à des commandes sur le calculateur. Selon une autre variante, le calculateur reçoit en plus une information de vites se du véhicule (par rapport au sol ou éventuellement par rapport à l'air), ce permet d'établir des lois de braquages en fonction du couple Cpd et de la vitesse, cela permet aussi de désactiver le dispositif à basse vitesse, là où il est peu opérant. Selon une variante, les fixations (2) des surfaces (1) autorisent un réglage de ) position longitudinale des surfaces (1), permettant de régler le déport des cen tres de poussées par rapport à l'axe de chasse nulle (4), ce qui permet d'ajus ter la valeur du couple d'assistance au braquage de la direction, que génère poussée aérodynamique des surfaces (1) du fait du déport des centres de poussées par rapport à l'axe de chasse nulle (4). Selon une dernière variante de ce premier mode de réalisation particulier, le calculateur reçoit en plus une information de freinage qui peut être en tout ou rien pour des raisons de simplicité ou proportionnelle, fournie ici par contacteur actionné par les freins, qui pourra être celui du feu de stop si le vé hicule en équipé, le servomoteur (6) qui est dans ce cas à double commande permet un braquage indépendant des deux surfaces (1), freinage les deux surfaces (1), sont braquées symétriquement de façon a améliorer freinage par l'accroissement de traînée, le braquage différentiel des surfaces s'opérant à partir de la position de braquage symétrique, lorsqu'un virage est négocié en freinant, cette disposition permet de ralentir la moto même lorsque la totalité de l'adhérence des pneumatiques est absorbée par la force centrifuge due au virage. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, le deux roues est équipé de quatre surfaces mobiles (1, 9) placées symétriquement sur la moto, deux premieres (1) sont solidaire de la direction comme sur le premier mode de réalisation, les deux autres (9) sont placées plus haut et sur le châssis (11), grâce aux fixations (12), et prennent leur incidence en tournant sur l'axe (14), grâce à un servomoteur (13) leurs centres de poussée (3) et (15), ne sont pas à la même hauteur. La moto est équipée d'un capteur de couple (7) placé ici entre le guidon et la fourche, et d'un capteur de position angulaire de la direc tion (10). Nous dirons que le couple Cpd et la direction sont dans le même sens lorsque la direction est braquée à droite et le couple Gpd qu'exerce le pi lote est dans le sens horaire, ou trigonométrique quand la direction est à gau che. Lors d'une mise sur l'angle, c'est à dire lorsque couple Cpd et direction sont dans même sens, les quatre surfaces (1, 9) agissent de la même façon, en opposition avec la direction et le couple Cpd, c'est à dire poussée gauche pour -direction à droite et couple Cpd horaire; et inversement, comme pour le premier mode de réalisation. Dans le virage, c'est à dire lorsque le couple Cpd et la direction sont de sens opposés, deuxième loi de braquage est progressivement activée, cette privilégie l'adhérence, pour cela le braquage des surfaces (1) de la direction est maintenu au maximum admissible, tandis que la valeur de l'assistance réglée par les surfaces supérieures (9), qui pourront être braquées en direction opposée si l'assistance réclamée est faible, ce qui est généralement le cas en virage, le couple alors généré par ces poussées de sens opposées et hauteurs différentes, s'ajoute à la poussée centripète des surfaces inférieures (1), et tendent à plaquer les roues au sol. L'une ou l'autre de ces deux lois étant active pour le redressement de la moto en fin de virage, suivant que le couple sur la direction reste opposé à la direc tion ou passe dans le même sens, dans le cas d'un redressement énergique. REVENDICATIONS Dispositif d'assistance à ta conduite des deux roues caractérise en ce que deux roues est équipé de surfaces mobiles pilotées (1, 9), exposées au vent relatif dû à la vitesse du véhicule, dont le mouvement commandé des ser vomoteurs (6,13) modifie l'écoulement d'air autour de la motocyclette, en fonc tion d'informations fournies par des capteurs (7,10) et traitées par un calculateur. Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que le mouvement d'un ou de l'autre par rapport à une position neutre des surfaces mobiles (1,9) provoque à volonté une dissymétrie réversible de l'écoulement d'air par rap- au plan de symétrie du deux roues. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'un capteur d'efforts ( ) mesure le couple qu'exerce le conducteur sur la direction du deux roues et transmet cette information à un calculateur régulateur. 4- Dispositif selon la revendication I et 3 caractérisé en ce que l'organe de traitement des informations nommé calculateur reçoit ces informations de cap teurs choisis,parmi les organes suivants, capteur d'effort (7), .capteur de posi- tion angulaire (10), capteur de vitesse angulaire, tachymetre, anémomètre, accéléromètre, inclinomètre, contacteur ou pressostat de freinage. 5- Dispositif selon les revendications 1, 3, 4, caractérisé en que l'asservis sement en position des surfaces mobiles (1,9) par les servomoteurs (6,13>, en fonction des -informations des capteurs (7,10), est détermine par une loi prédéterminee intrinsèque au calculateur régulateur. 6- Dispositif selon les revendications I et 5 caractérisé en que le calculateur régulateur, offre un choix de différentes lois d'assistance, selectionnables par l'utilisateur. 7- Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que le calculateur ré gulateur est equipé de commandes permettant la modification des lois d'assis tance par l'utilisateur. 8- Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les surfaces mobiles (1, ) montées sur le deux roues, peuvent être mues de manières in dépendantes les unes des autres par leur servomoteur (6, 13).