Brevet FR2907377A1 — publié le 20080425

DISPOSITIF ACTIF DE CORRECTION DE MOUVEMENTS DE CAISSE POUR VEHICULE AUTOMOBILE L'invention concerne un dispositif actif de correction des mouvements de caisse d'un véhicule, notamment d'un véhicule automobile ayant une suspension hydropneumatique à grande flexibilité et aux fréquences propres de la caisse et des pneumatiques très amortis. Une suspension très souple ou à grande flexibilité amortit mieux les inégalités de la route qu'une suspension raide mais présente l'inconvénient d'occasionner des forts mouvements de la caisse du véhicule. Classiquement dans un véhicule automobile, le mouvement de roulis est atténué par une barre anti-roulis et le tangage par une géométrie anti-cabrage, anti-plongée. Ces deux dispositifs ne suppriment pas ces mouvements de caisse que sont le roulis et le tangage, mais les atténuent. Ils génèrent en outre de l'inconfort notamment par percussion (occasionnée par la géométrie anti-plongée) et par une détérioration de la filtration verticale (due à la barre anti-roulis qui répercute à la roue gauche tout obstacle rencontré par la roue droite, même en ligne droite). En résumé, un véhicule automobile comportant une suspension 20 très souple subit des mouvements de roulis et de tangage inacceptables incompatibles avec le confort des passagers du véhicule. Une suspension raide et très amortie (véhicule sportif) subira moins les transferts de charge occasionnés par les mises en virages et autres accélérations/freinages. Mais, un véhicule comportant un tel type de 25 suspension est assez inconfortable. Afin de pallier les inconvénients des suspensions hydropneumatiques à grande flexibilité de l'état de l'art, l'invention propose un dispositif de correction de mouvements de caisse d'un véhicule, 30 notamment d'un véhicule automobile, équipé d'une suspension souple, chacune des quatre roues du véhicule étant reliée à la caisse du véhicule par un élément de suspension raccordé entre chaque roue et la caisse du véhicule pour permettre un mouvement relatif entre les roues et la caisse, la 2907377 2 position de la caisse par rapport à chacune des roues étant déterminée par un vérin de suspension hydraulique : - la position de la caisse par rapport à la roue avant droite étant déterminée par un vérin de suspension avant droit, 5 - la position de la caisse par rapport à la roue avant gauche étant déterminée par un vérin de suspension avant gauche, - la position de la caisse par rapport à la roue arrière droite étant déterminée par un vérin de suspension arrière droit et, - la position de la caisse par rapport à la roue arrière gauche étant 10 déterminée par un vérin de suspension arrière gauche, chaque vérin comportant au moins une entrée de fluide sous pression, caractérisé en ce que : - le vérin de suspension avant gauche et le vérin de suspension 15 arrière droit sont reliées par des premiers conduits de fluide à un premier vérin de transfert de fluide et, - le vérin de suspension arrière gauche et le vérin de suspension avant droit sont reliées par des seconds conduits de fluide à un second vérin de transfert de fluide, les premier et second vérins de transfert de fluide étant configurés pour effectuer un transfert croisé de fluide entre les vérins de suspension avant et arrière auxquels ils sont reliés de façon à compenser des variations dynamiques de la hauteur de la caisse du véhicule. Avantageusement chacun des vérins de suspension, du dispositif selon l'invention, est relié hydrauliquement à deux sphères à gaz, de raideurs différentes, formant une suspension bi-raideur, à grande flexibilité et au mode propre basse fréquence (mode dit de caisse ) très amorti. Dans une réalisation du dispositif de correction selon l'invention, les premier et second vérins de transfert de fluide comportent chacun une entrée de fluide haute pression HP, une entrée de fluide de modulation de pression mp, une sortie avant de fluide reliée à l'entrée de fluide du vérin de suspension avant et une sortie arrière de fluide reliée à l'autre vérin de suspension arrière pour le transfert croisé de fluide entre les deux vérins de 2907377 3 suspension avant et arrière, le transfert croisé de fluide entre les deux vérins de suspension avant et arrière étant fonction de la pression du fluide de modulation de pression dans le vérin de transfert de fluide. 5 Dans cette réalisation chaque vérin de transfert de fluide comporte, selon un axe XX' d'alignement : - une chambre avant ayant la sortie avant de fluide, la chambre avant étant séparée par une paroi avant d'une chambre centrale, elle-même séparée par une paroi arrière d'une chambre arrière comportant la sortie 10 arrière de fluide, -un piston de transfert de fluide pouvant se déplacer selon l'axe XX' dans les chambres du vérin de transfert de fluide, le piston ayant une extrémité formant une paroi coulissante dans la chambre avant et séparant de façon étanche cette chambre avant en une chambre de pression avant 15 comportant un premier fluide destiné à la commande d'un vérin avant et une autre chambre avant vide de fluide, l'autre extrémité du piston ayant une autre paroi coulissante dans la chambre arrière et séparant de façon étanche cette chambre arrière en une chambre de pression arrière comportant un deuxième fluide destiné au vérin arrière et une chambre 20 arrière vide de fluide, le piston comportant, en outre, une paroi coulissante centrale séparant de façon étanche la chambre centrale du vérin de transfert, en une chambre de haute pression, du côté de la chambre avant, comportant un troisième fluide sous haute pression HP reliée à un conduit d'entrée haute pression du fluide et, une chambre de modulation de pression mp 25 comportant un quatrième fluide de modulation de pression reliée à un conduit d'entrée de modulation de pression, les parois avant et arrière du vérin de transfert de fluide comportant des ouvertures pour le passage étanche du piston de transfert de fluide. 30 Dans cette réalisation, la paroi coulissante centrale du piston de transfert de fluide comporte deux faces opposées, de sections différentes, la plus faible, s, du côté de la chambre haute pression et la plus importante, S, du coté de la chambre de modulation de pression. 2907377 4 Dans le dispositif selon l'invention, l'effort exercé sur le piston de transfert de fluide correspond à la force résultant de la différence des forces exercées entre les deux faces opposées de la paroi coulissante centrale du piston, : soit entre une première force exercée sur une face du côté de la 5 chambre haute pression par le fluide haute pression et une deuxième force exercée sur l'autre face du côté de la chambre de modulation de pression par le fluide de modulation de pression. La force résultante F sur le piston s'exprime par l'expression suivante : F= (HP.$)-(mp.S) HP étant la pression du fluide haute pression, mp la pression dans la chambre de modulation de pression, 15 s la surface de la face de la paroi coulissante dans la chambre haute pression, S la surface de la face de la paroi coulissante dans la chambre de modulation, avec S>s 20 Dans cette réalisation, le dispositif actif de correction comporte, en outre des moyens de pilotage de la pression de modulation, le dispositif étant régulé par : - une boucle ouverte, opérant une première estimation du transfert 25 de fluide à effectuer pour conserver l'attitude du véhicule puis réalisant une commande qui anticipe le mouvement futur du véhicule, et - une boucle fermée sur la hauteur de caisse à chaque roue pour compenser les éventuelles erreurs de la boucle ouverte. 30 Dans cette réalisation du dispositif de correction, le fonctionnement de la boucle ouverte est basé sur différentes informations en temps réel telles que position, vitesse, voire accélération du volant, de la pédale de frein et de l'accélérateur, vitesse véhicule, pour estimer, par modèle numérique le transfert de charge que va subir le véhicule. 10 35 2907377 5 Dans cette réalisation le fonctionnement de la boucle fermée fait appel à des informations de hauteur de caisse à chaque roue, et à des informations d'accélération transversale et longitudinale pour corriger les erreurs d'approximation du calcul en boucle ouverte. Dans cette réalisation, le dispositif comporte une électrovanne proportionnelle chargée de fournir la pression calculée mp à même d'opérer le transfert de fluide exigé. ~o L'invention sera mieux comprise par la description d'un exemple de réalisation d'un dispositif actif de correction des mouvements de caisse à l'aide de dessins indexés dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma d'un dispositif actif de correction des mouvements de caisse selon l'invention et, 15 - la figure 2 montre un dessin en coupe d'un des deux vérins de transfert hydraulique du dispositif actif de correction de la figure 1. La figure 1 représente un schéma d'un dispositif actif de correction des mouvements de caisse selon l'invention d'un véhicule automobile 20 comportant une suspension très souple. Le véhicule comporte un châssis supportant la caisse 10 du véhicule. Le véhicule comporte quatre roues :une roue avant droite 20 et une roue avant gauche 22 et une roue arrière droite 24 et une roue arrière 25 gauche 26. Chacune des roues est reliée à la caisse 10 du véhicule par un élément de suspension 30, 32, 34, 36 raccordé entre chaque roue et la caisse 10 du véhicule pour permettre un mouvement relatif entre les roues et la caisse. 30 La position de la caisse 10 par rapport à chacune des roues est déterminée par la position du piston dans son vérin de suspension hydraulique : - la position de la caisse par rapport à la roue avant droite 20 étant déterminée par un vérin de suspension avant droit 40, 5 2907377 6 - la position de la caisse par rapport à la roue avant gauche 22 étant déterminée par un vérin de suspension avant gauche 42, - la position de la caisse par rapport à la roue arrière droite 24 étant déterminée par un vérin de suspension arrière droit 44 et, 5 - la position de la caisse par rapport à la roue arrière gauche 26 étant déterminée par un vérin de suspension arrière gauche 46, Chacun des vérins 40, 42, 44, 46 comporte au moins une entrée 50, 52, 54, 56 de fluide sous pression. Chacun des vérins est en communication hydraulique avec deux boules de suspension à gaz Bg 1 et Bg2, de raideur 10 différente, formant une suspension très souple de type bi-raideur Le dispositif actif de correction des mouvements de caisse, selon une caractéristique principale de l'invention, agit, d'une part, par transfert croisé de fluide entre le vérin de suspension avant droit 40 et le vérin de suspension arrière gauche 46 et, d'autre part, par transfert croisé de fluide entre le vérin 15 de suspension avant gauche 42 et le vérin de suspension arrière droit 44. A cet effet : - l'entrée hydraulique 52 du vérin avant gauche 42 et l'entrée hydraulique 54 du vérin arrière droit 44 sont reliées par des premiers conduits 60, 62 hydrauliques à un premier vérin de transfert hydraulique 63 20 et, -l'entrée hydraulique 56 du vérin arrière gauche 46 et l'entrée hydraulique 50 du vérin avant droit 40 sont reliées par des seconds conduits hydrauliques 66, 68 à un second vérin de transfert hydraulique 69, Les premier 63 et second 69 vérins de transfert hydrauliques sont 25 configurés pour effectuer un transfert croisé de fluide entre les vérins de suspension avant et arrière auxquels ils sont reliés de façon à compenser des variations dynamiques de la hauteur de la caisse du véhicule. La figure 2 montre un dessin en coupe d'un des deux vérins de transfert hydraulique 63, 69 du dispositif actif de correction selon l'invention. 30 Chaque vérin de transfert hydraulique 63, 69 comporte, selon un axe XX' d'alignement : - une chambre avant 80 ayant une sortie avant 82 de transfert de fluide, la chambre avant 80 étant séparée par une paroi avant 84 d'une chambre centrale 86, cette chambre centrale étant séparée, par une paroi 2907377 7 arrière 88, d'une chambre arrière 90 comportant une sortie arrière 92 de transfert de fluide, - un piston de transfert hydraulique 100 asymétrique pouvant coulisser dans les chambres 80, 86, 90 du vérin de transfert hydraulique 100 5 selon l'axe XX'. Le piston de transfert hydraulique 100 comporte une extrémité ayant une paroi coulissante 104 dans la chambre avant 80 et séparant de façon étanche cette chambre avant 80 en une première chambre de pression avant 106 contenant un premier fluide 107 sous pression destiné à la 10 commande d'un vérin de suspension avant 40, 42 par sa sortie avant 82 et une deuxième chambre avant 108, vide de fluide, à la pression atmosphérique. L'autre extrémité du piston comporte une autre paroi coulissante 110 dans la chambre arrière 90 et séparant cette chambre arrière de façon 15 étanche en une première chambre de pression arrière 114 contenant un deuxième fluide 115 sous pression destiné à la commande d'un vérin arrière de suspension 44, 46 et une deuxième chambre arrière 116, vide de fluide, à la pression atmosphérique. Le piston de transfert hydraulique 100 comporte, en outre, vers 20 son milieu, une paroi centrale 120 coulissante dans la chambre centrale 86 séparant de façon étanche cette chambre centrale 86, en une chambre de haute pression 130, du côté de la chambre avant 80, contenant un troisième fluide 132 sous haute pression reliée à un conduit d'entrée 134 haute pression HP et, une chambre de modulation de pression 136, contenant un 25 quatrième fluide 140, reliée à un conduit d'entrée de modulation de pression 142 mp. Les parois avant 84 et arrière 88 du vérin de transfert hydraulique 63, 69 comportent des ouvertures pour le passage coulissant et étanche du piston de transfert 100 : une première ouverture 150 pour le passage du 30 piston de transfert dans la paroi avant 84 et une seconde ouverture 152 pour le passage du piston de transfert 100 dans la paroi arrière 88. Les chambres avant 108 et arrière 116, vides de fluide, à la pression atmosphérique, comportent chacune un conduit 158, 160 pour la récupération des fuites de fluide des chambres 106, 114 contenant du fluide 35 107, 115 sous pression. 2907377 8 Les deux tiges du piston de transfert hydraulique 100, de part et d'autre de la paroi centrale 120 sont de section différente. La plus faible section du piston est du côté de la pression de modulation mp et la plus forte du côté de la haute pression HP. 5 Nous allons décrire par la suite le fonctionnement du dispositif de correction actif selon l'invention. En ce qui concerne le dispositif représenté à la figure 1, la correction de hauteur s'effectue de manière classique, comme dans l'état de 10 l'art pilotée par un Boîtier Hydraulique (non représenté sur la figure 1) comportant quatre sorties (une par roue), et non plus une par essieu, comme dans l'état de l'art, les vérins de chaque essieu n'étant plus communiquants par principe de l'invention. La régulation de hauteur active de la présente invention s'effectue 15 sur la hauteur à la roue, les éléments de suspension possédant déjà leur propre capteur de hauteur. Les sorties et entrées de fluide des deux vérins de transfert 63, 69 sont repérées respectivement sur la figure 1 par l'indice a pour le vérin de transfert 63 entre le vérin de suspension avant gauche 42 et le vérin de 20 suspension arrière droit 44 et par l'indice b pour le vérin de transfert 69 entre le vérin de suspension avant droit 40 et le vérin de suspension arrière gauche 46. La modulation de pression pour le pilotage du piston de transfert hydraulique 100 se fait entre la pression atmosphérique patm et la haute 25 pression HP du système hydraulique, soit : Dans un premier cas : lorsque la pression mp dans la chambre de modulation de pression 136 est la pression atmosphérique patm, l'effort exercé sur le piston de transfert hydraulique 100, dans la chambre haute 30 pression 130, par la pression hydraulique HP, est supérieur à l'effort exercé sur ledit piston de transfert hydraulique 100 par la pression atmosphérique patm dans la chambre de modulation de pression 136 : (HP x s) > (patm x S), 2907377 9 s étant la surface du piston de la paroi centrale 120 soumise à la haute pression HP, S étant la surface de la paroi centrale 120 soumise à la pression de modulation mp avec S supérieur à s. Dans ce premier cas, le piston de transfert hydraulique 100 se 5 déplace vers l'extrémité du vérin comportant la chambre de pression arrière 114 transférant du deuxième fluide 115 vers le vérin de suspension arrière 44, 46 (voir figure 1) relié hydrauliquement à la sortie arrière 92 de transfert croisé de fluide et, retirant du premier fluide 107 au vérin de suspension avant 40, 42 relié hydrauliquement à la sortie avant 82 de transfert croisé de 10 fluide transféré vers la chambre de pression avant 106. Dans un second cas : lorsque la pression mp dans la chambre de modulation de pression 136 est la haute pression hydraulique HP, l'effort exercé sur le piston de transfert hydraulique 100 dans la chambre de 15 modulation de pression 136 est supérieur à l'effort exercé sur ledit piston de transfert hydraulique 100 par ladite pression hydraulique HP dans la chambre haute pression 130 : (HP x s) HP x S), 20 Dans ce second cas, le piston se déplace vers l'extrémité du vérin comportant la chambre de pression avant 106, transférant du premier fluide 107 vers le vérin de suspension avant 40, 42 relié hydrauliquement à la sortie avant 82 de transfert croisé de fluide et, retirant du deuxième fluide 25 115 au vérin de suspension arrière 44, 46 relié hydrauliquement à la sortie arrière 92 de transfert croisé de fluide transféré vers la chambre de pression arrière 114. La charge supportée par les vérins de suspension avant 40, 42 et 30 arrière 44, 46 n'est pas identique. Si les sphères de suspension ont été dimensionnées de manière à avoir la même fréquence de résonance caisse sur chaque essieu, le transfert de fluide entre un vérin de suspension avant et un vérin de suspension arrière pour assurer un maintien de l'assiette est identique. 2907377 10 Ce n'est pas le cas si les fréquences propres de la suspension diffèrent entre avant et arrière. Prenons le cas d'un freinage. Si la fréquence de résonance f0 d'un vérin de suspension avant REVENDICATIONS 1. Dispositif de correction de mouvements de caisse (10) d'un 10 véhicule, notamment d'un véhicule automobile, équipé d'une suspension souple, chacune des quatre roues du véhicule étant reliée à la caisse du véhicule par un élément de suspension (32, 32, 34, 36) raccordé entre chaque roue et la caisse du véhicule pour permettre un mouvement relatif entre les roues et la caisse, la position de la caisse par rapport à chacune 15 des roues étant déterminée par un vérin de suspension hydraulique : - la position de la caisse par rapport à la roue avant droite (20) étant déterminée par un vérin de suspension avant droit (40), - la position de la caisse par rapport à la roue avant gauche (22) étant déterminée par un vérin de suspension avant gauche (42), 20 - la position de la caisse par rapport à la roue arrière droite (24) étant déterminée par un vérin de suspension arrière droit (44) et, - la position de la caisse par rapport à la roue arrière gauche (26) étant déterminée par un vérin de suspension arrière gauche (46), chaque vérin comportant au moins une entrée de fluide sous 25 pression (50, 52, 54, 56), caractérisé en ce que : - le vérin de suspension avant gauche (42) et le vérin de suspension arrière droit (44) sont reliées par des premiers conduits de fluide (60, 62) à un premier vérin de transfert de fluide (63) et, 30 - le vérin de suspension arrière gauche (46) le vérin de suspension avant droit (40) sont reliées par des seconds conduits de fluide (66, 68) à un second vérin de transfert de fluide (69), les premier (63) et second (69) vérins de transfert de fluide étant configurés pour effectuer un transfert croisé de fluide entre les vérins de 2907377 12 suspension avant et arrière auxquels ils sont reliés de façon à compenser des variations dynamiques de la hauteur de la caisse du véhicule. 2. Dispositif de correction selon la revendication 1, caracterisé en ce que chacun des vérins de suspension (40, 42, 44, 46) est relié hydrauliquement à deux sphères à gaz (Bgl, Bg2) de raideurs différentes formant une suspension bi-raideur, à grande flexibilité et au mode propre basse fréquence (mode dit de caisse ) très amorti. 3. Dispositif de correction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les premier (63) et second (69) vérins de transfert de fluide comportent chacun au moins une entrée (134) de fluide haute pression HP, une entrée (142) de fluide de modulation de pression mp, une sortie avant (82) de fluide reliée à l'entrée de fluide du vérin de suspension avant et une sortie arrière (92) de fluide reliée à l'autre vérin de suspension arrière pour le transfert croisé de fluide entre les deux vérins de suspension avant et arrière, le transfert croisé de fluide entre les deux vérins de suspension avant et arrière étant fonction de la pression du fluide de modulation de pression dans le vérin de transfert de fluide. 4. Dispositif de correction selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque vérin de transfert de fluide (63, 69) comporte, selon un axe XX' d'alignement : - une chambre avant (80) ayant la sortie avant de fluide, la chambre avant étant séparée par une paroi avant (84) d'une chambre centrale (86), elle-même séparée par une paroi arrière (88) d'une chambre arrière 90) comportant la sortie arrière (92) de fluide, - un piston de transfert de fluide (100) pouvant se déplacer selon l'axe XX' dans les chambres (80, 86, 90) du vérin de transfert de fluide, le piston ayant une extrémité formant une paroi (104) coulissante dans la chambre avant (80) et séparant de façon étanche cette chambre avant (80) en une chambre de pression avant (106) comportant un premier fluide (107) destiné à la commande d'un vérin avant (40, 42) et une autre chambre avant vide (108) de fluide, l'autre extrémité du piston ayant une autre paroi (110) coulissante dans la chambre arrière (90) et séparant de façon étanche cette 2907377 13 chambre arrière (90) en une chambre de pression arrière (114) comportant un deuxième fluide(115) destiné au vérin arrière (44, 46) et une chambre arrière vide (116) de fluide, le piston comportant, en outre, une paroi coulissante centrale (120) séparant de façon étanche la chambre centrale 5 (86) du vérin de transfert, en une chambre de haute pression (130), du côté de la chambre avant (80), comportant un troisième fluide (132) sous haute pression HP reliée à un conduit d'entrée haute pression (134) du fluide et, une chambre de modulation de pression mp (136) comportant un quatrième fluide (140) de modulation de pression reliée à un conduit d'entrée de 10 modulation de pression, les parois avant (84) et arrière (88) du vérin de transfert de fluide (63, 69) comportant des ouvertures(150, 152) pour le passage étanche du piston de transfert de fluide. 5. Dispositif de correction selon la revendication 4, caractérisé en 15 ce que la paroi coulissante centrale (120) du piston de transfert de fluide (63, 69) comporte deux faces opposées, de sections différentes, la plus faible, s, du côté de la chambre haute pression (130) et la plus importante, S, du coté de la chambre de modulation de pression (136). 20 6. Dispositif de correction selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'effort exercé sur le piston de transfert de fluide correspond à la force résultant de la différence des forces exercées entre les deux faces opposées de la paroi coulissante centrale du piston, : soit entre une première force exercée sur une face du côté de la chambre haute pression par le fluide 25 haute pression et une deuxième force exercée sur l'autre face du côté de la chambre de modulation de pression par le fluide de modulation de pression, la force résultante F sur le piston étant exprimée par l'expression suivante : F= (HP.$)-(mp.S) HP étant la pression du fluide haute pression, mp, la pression dans la chambre de modulation de pression, s, la surface de la face de la paroi coulissante dans la chambre haute pression, 30 2907377 14 S, la surface de la face de la paroi coulissante dans la chambre de modulation, avec S>s 5 7. Dispositif de correction selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de pilotage de la pression de modulation mp, le dispositif étant régulé par : - une boucle ouverte, opérant une première estimation du transfert de fluide à effectuer pour conserver l'attitude du véhicule puis réalisant une 10 commande qui anticipe le mouvement futur du véhicule, et - dans une boucle fermée sur la hauteur de caisse à chaque roue pour compenser les éventuelles erreurs de la boucle ouverte. 8. Dispositif de correction selon la revendication 7, caractérisé en 15 ce que le fonctionnement de la boucle ouverte est basé sur différentes informations en temps réel telles que position, vitesse, voire accélération du volant, de la pédale de frein et de l'accélérateur, vitesse véhicule, pour estimer, par modèle numérique le transfert de charge que va subir le véhicule. 20 9. Dispositif de correction selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le fonctionnement de la boucle fermée fait appel à des informations de hauteur de caisse à chaque roue (20, 22, 24, 26), et à des informations d'accélération transversale et longitudinale pour corriger les 25 erreurs d'approximation du calcul en boucle ouverte. 10. Dispositif de correction selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une électrovanne proportionnelle chargée de fournir la pression calculée mp à même d'opérer le transfert de fluide 30 exigé.