Brevet FR2899844A1 — publié le 20071019

Procédé de commande de suspension pour véhicule automobile minimisant la sensibilité à l'aquaplanning et système intégrant le procédé de commande Le domaine de l'invention est celui des systèmes de suspension pour véhicule automobile et notamment celui des suspensions semi-actives. La demande des automobilistes, et du marché automobile en général, impose aux constructeurs de rechercher des systèmes dans le domaine des liaisons au sol, permettant d'accroître le confort et la sécurité des passagers à bord des véhicules. Les systèmes classiques de suspension ne permettent plus d'augmenter significativement le confort et cette sécurité tant le compromis entre ces deux notions est difficile à trouver. De manière générale, un système de suspension doit assurer plusieurs fonctions telle que la tenue de route, conservant les vibrations transmises à la caisse aussi faibles que possible, distribuant les forces reçues, dues par exemple aux accélérations ou décélérations de la vitesse du véhicule ou à des changements de direction, mais également le confort ressenti par un passager à bord du véhicule. Plusieurs types de suspension ont déjà été proposés, et sont regroupés en trois principales catégories : les suspensions passives, les suspensions semi-actives et les suspensions actives. Dans les suspensions passives, les suspensions ont un coefficient d'amortissement fixe et non linéaire en fonction de la vitesse de débattement. Dans les suspensions actives, les suspensions fournissent un effort qui peut varier continument sous le contrôle d'un système utilisant par exemple des moyens hydrauliques, permettant d'adapter l'amortissement aux conditions de la route. Le comportement des suspensions semi-actives est identique à celui des suspensions actives. Cependant alors que dans ces dernières, il est nécessaire de recourir à une force externe pour contrôler les facteurs d'amortissement, dans les suspensions semi-actives, le contrôle est opéré uniquement en dissipant l'énergie présente. Les suspensions semi-actives représentent ainsi une solution 30 intermédiaire permettant de disposer de performances intéressantes à moindre coût. Le comportement d'un système de suspension passive peut être déterminer en utilisant par exemple le modèle illustré en figure 1, incluant une masse suspendue 1 de masse M, représentant la masse de la caisse et une masse non-suspendue 2 de masse m représentant la masse de la roue. La masse non-suspendue 2 est couplée à la route par un ressort 3 de rigidité kp, correspondant à la rigidité pneumatique. La masse suspendue 1 est couplée à la masse non-suspendue 2 par un amortisseur, qui comprend un ressort 4, de rigidité k et un actionneur 5 ayant un coefficient constant Crel. D'après le principe de D'Alembert appliqué au système illustré en figure 1, le modèle mathématique suivant peut être déduit : M.zb = ùk.(zb ù zw) ù Cree •(zb ù zw ) m.2,, k.(zb ùzW)-kp.(z,, ùh)+CreI.(zb ùzw) avec zb : position verticale de la caisse zw : position verticale de la roue (zb ù 2w) : représente la vitesse de débattement de la caisse à la roue. La dérivée seconde de Zb, qui est l'accélération verticale de la 20 caisse, est un indice possible du confort assuré par la suspension : plus cette dérivée est faible plus grand en est le confort. La force exercée par la masse non suspendue 2 soit la roue, sur la route est un indice de la tenue de route. Plus cette dernière force est élevée ( jusqu'à une limite optimale supérieure) meilleure en est la tenue de 25 route. Les limitations du système de suspension passive résident dans le fait qu'un seul coefficient Crel (en fonction de débattement de l'amortisseur) est présent pour ajuster les deux indices de confort et de tenue de route, ne permettant pas une optimisation élevée alors que ces deux indices sont 30 indépendants l'un de l'autre. En principe, ce problème peut être résolu en augmentant le nombre de paramètres, ce qui implique que la force exercée par l'actionneur dépende de plus d'un paramètre unique. Une solution proposée est décrite dans l'approche communément appelée Sky Hook . Selon cette approche, la force exercée sur la caisse est proportionnelle à la vitesse absolue de la caisse dans un référentiel inertiel et à la vitesse relative entre la caisse et la roue. Comme, la masse suspendue ne peut être directement connectée à la terre, le ciel est choisi comme système référentiel et la masse suspendue est considérée par rapport à cette référence. Le modèle illustré en figure 2 est ainsi adopté. L'actionneur 50 dans ce système a un coefficient Csky variable ajusté avec retour depuis la masse 1 de la caisse vers l'actionneur 50 qui donnent la force Fam appliquée à l'actionneur 50. ~o Le modèle mathématique qui en découle est illustré par les équations suivantes M.zb = ûk.(zb ù z.)- = am m.zw k.(zb û zw )û kp.(zw ù h)+ Fam La force Fam est proportionnelle à la vitesse absolue de la caisse et à la vitesse de débattement et répond ainsi à l'équation suivante : Fam (t) = Crel (t).Vrel (t) + Csky (t).Vabs (t) = Crel.(Zb ù Zw )+ Csky.2b Dans le cas de la suspension semi-active : 25 Fam = 0 pour Fam(zb û zw) L'invention a aussi pour objet un système de commande de suspension pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, à sensibilité réduite à l'aquaplanning, ledit véhicule comportant une caisse, des roues, une suspension comportant au moins un actionneur couplé à une roue, un détecteur de vitesse de débattement à la roue caractérisé en ce qu'il comprend au moins un calculateur permettant de fournir une valeur d'effort à l'actionneur selon le procédé de l'invention à partir d'informations de vitesse de débattement, de vitesse du véhicule en cours de déplacement et de l'état d'humidité de la route. Selon une variante, l'actionneur est un actionneur semi-actif. Selon une autre variante de l'invention, le système de commande comprend au moins un calculateur central commandant l'ensemble des actionneurs couplés aux différentes roues. Selon une autre variante de l'invention, le système de commande 15 comprend au moins un calculateur local décentralisé couplé à au moins une roue. Selon une autre variante, Il comprend à la fois des calculateurs délocalisés couplés à chacune des roues et un calculateur central. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 20 apparaitront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1, déjà décrite, illustre un schéma de suspension passive selon l'art connu; - la figure 2, déjà décrite, illustre un schéma de suspension 25 active ou semi-active selon l'art connu; la figure 3 illustre un exemple de table pouvant être utilisée dans le procédé de l'invention; - la figure 4 illustre les étapes d'une première variante de procédé selon l'invention utilisant un ensemble de tables pré-30 constituées; la figure 5 illustre les étapes d'une seconde variante de procédé selon l'invention utilisant une table unique, corrélée à un taux de modulation; - la figure 6 schématise les étapes de procédé utilisées dans le procédé de l'invention et comportant une étape d'adaptation d'effort normalisé à la masse suspendue; - la figure 7 illustre un exemple de véhicule utilisant un premier système de commande de suspension selon l'invention et comportant un calculateur central; et - la figure 8 illustre un exemple de véhicule utilisant un second système de commande de suspension selon l'invention et comportant des calculateurs locaux couplés à chacune des roues. De manière générale le procédé de commande selon l'invention propose de constituer au préalable une table de données répertoriant pour des vitesses de véhicule et des vitesses de débattement données, les efforts 15 nécessaires à appliquer à un actionneur couplé à une roue et ce en tenant dument compte des conditions d'humidité de la route pour minimiser les risques d'aquaplanning. Plus précisément, durant le déplacement du véhicule, des moyens de détection permettent de fournir en temps réel, les paramètres de vitesse 20 longitudinale du véhicule et de vitesse de débattement. Ces paramètres sont corrélés à la table et une valeur d'effort est déterminée pour être appliquée à l'actionneur. On peut ainsi obtenir directement depuis les paramètres vitesse de débattement u, vitesse longitudinale v et la table pré-établie, l'effort Fac absolu à appliquer à l'actionneur. La figure 3 illustre un exemple de table 25 préétablie. Selon une première variante de l'invention, il est proposé d'établir un nombre N tables enregistrées dans un ensemble, répertoriant à partir de valeurs de vitesse de véhicule et de vitesse de débattement de la caisse à la roue, des valeurs d'efforts à fournir à l'actionneur, chaque table 30 étant constituée en fonction d'un état donné d'humidité de la route et de détecter lors de la conduite du véhicule en temps réel, un état d'humidité de la route Eh; défini à partir d'un capteur de pluie HR. Le procédé selon l'invention propose alors d'adresser une table A; correspondante, de manière à déterminer la valeur d'effort Fac la mieux adaptée à la situation présente, en 35 fonction de la vitesse v du véhicule fournie par un détecteur non représenté 10 et en fonction de la vitesse de débattement u fournie par un détecteur également non représenté. La figure 4 illustre les étapes de cette variante de procédé permettant de définir la valeur Fac à fournir à un actionneur par exemple semi-actif Ssc. Selon une seconde variante de l'invention, il est proposé d'une part d'établir une table unique A, d'en déduire une valeur d'effort initiale Fac1, et d'autre part de détecter lors de la conduite du véhicule en temps réel un état d'humidité de la route Eh;, pour en déduire une donnée permettant de moduler grâce à une fonction de modulation Mod la valeur d'effort préalablement déterminée. La figure 5 illustre les étapes de cette variante de procédé selon l'invention permettant de définir la valeur Fac à partir de la valeur Face à fournir à l'actionneur Ssc. Typiquement, selon un état Ehi = 0, de route sèche on ne module pas la table pré-établie en conditions de route sèche, selon un état Ehi = 1, de route humide on module par un facteur multiplicatif pour augmenter la valeur de l'effort, sur une certaine plage de vitesse de débattement correspondant au rebond de roue, Fac à fournir. Ainsi on ne dégrade pas le confort dans les plages de vitesses de débattement impactées par le rebond de roue. Selon une variante de l'invention, il est prévu en amont de définir une étape d'adaptation de la valeur d'effort à la masse suspendue à la roue avec prise en compte des transferts de charge Pour cela on peut appliquer les étapes de traitement suivantes illustrées sur l'organigramme de la figure 6. Etape 1 : A partir de définitions techniques du véhicule, prenant en compte la masse du véhicule, on établit une cartographie Cartol permettant de fournir un coefficient de raideur k du véhicule pour un point de fonctionnement donné à partir d'une valeur d'effort statique lié à la masse du véhicule M. On peut alors obtenir une fréquence propre f dépendante du paramètre (k/ M) On définit, en parallèle, un coefficient d'amortissement réduit cible 35 désiré à la roue Ça . On traite alors les grandeurs u, M et Ça pour obtenir un coefficient critique d'amortissement Cc suivant la formule : C~=2kxMxCa Etape 2 : On utilise, selon l'invention, une table pré-constituée à trois dimensions, qui à partir d'une valeur absolue de vitesse de débattement et d'une valeur de vitesse longitudinale du véhicule, fournit un taux d'effort normalisé 6a . II est à noter qu'il peut être avantageux d'établir une table relativement simplifiée ne tenant pas compte de la dissymétrie des efforts à appliquer à l'amortisseur selon qu'il s'agit d'un effort à appliquer en mode détente ou en mode compression, cette table étant donc établie à partir de valeurs absolues de vitesse de débattement. Ce taux d'effort normalisé est multiplié au coefficient Cc et au signe de la vitesse de débattement pour fournir une valeur d'effort Faco Etape 3 : Selon cet exemple, ayant utilisé une table en 3 dimensions simplifiée à partir de la vitesse de débattement absolue, une dernière étape du procédé consiste à réajuster la valeur d'effort préalablement définie Faso , en fonction du signe de la vitesse de débattement et de la vitesse du véhicule puisque la loi de dissymétrie souhaitée est choisie variable selon la vitesse du véhicule On définit ainsi une valeur d'effort Fac . Pour cela le paramètre taux d'effort Ga, la valeur de la vitesse de débattement u et la vitesse v du véhicule sont multipliés pour déterminer la valeur de l'effort Fac. Exemple 1 Selon une première variante de l'invention, le véhicule automobile comporte, comme illustré en figure 7, un calculateur central 1 relié à quatre actionneurs 3 ( un par roue) dont sont équipées les suspensions au niveau des 4 roues du véhicule. Il comporte en outre un capteur de pluie 4 de manière à fournir au calculateur, l'information sur l'état d'humidité de la route. Sur la figure, seuls les actionneurs 3 des roues avant droite et arrière droite sont représentés. Chaque roue est également couplée à un détecteur 2 capable de fournir une information de vitesse de débattement au niveau de ladite roue. Le calculateur central 1 met en oeuvre le procédé selon l'invention en implémentant la stratégie de contrôle de la détermination des forces Fac et la commande desdites forces sur les actionneurs. II est alimenté en information de vitesse longitudinale du véhicule issue d'un système de détection de la vitesse longitudinale ( non représenté). Exemple 2 Selon une seconde variante de l'invention, le véhicule automobile comporte de manière similaire à l'exemple précédent : des actionneurs 3, et un capteur de pluie 4 et de manière différente des calculateurs délocalisés 1 et couplés à chacune des roues, comme illustré en figure 8. II est également envisageable de cumuler l'emploi d'un calculateur central et de calculateurs locaux, le calculateur central pouvant notamment gérer les informations de vitesse longitudinale du véhicule alors que les calculateurs délocalisés gèrent les informations de vitesses de débattement au niveau des roues.25 REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de suspension avec sensibilité réduite à l'aquaplanning pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, comportant une caisse, au moins une roue, un système de suspension comportant au moins un actionneur (50) couplé à la roue, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : - une étape de pré-constitution d'au moins une table donnant les relevés de l'effort à fournir à l'actionneur (50) couplé à la roue à partir de relevés de vitesses longitudinales du véhicule et de relevés de vitesses de débattement ; ~o - une étape de détection de l'état d'humidité de la route ; une étape de détection de la vitesse longitudinale du véhicule en cours de déplacement ; - une étape de détection de la vitesse de débattement au niveau d'une roue 15 - une étape de déduction depuis la table pré-constituée, d'une valeur d'effort à fournir à l'actionneur couplé à la roue, à partir de la vitesse longitudinale du véhicule, de la vitesse de débattement et de l'état d'humidité de la route ; - une étape de commande de l'actionneur depuis la valeur de l'effort. 20 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de pré-constitution de plusieurs tables dépendantes d'un état donné de l'humidité de la route; 25 - une étape de déduction d'une valeur d'effort depuis une table déterminée, la détermination de ladite table étant effectuée en fonction de l'état d'humidité détecté de la route. 3. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce 30 qu'il comprend : - une étape de constitution d'une table unique ; une étape de déduction d'une valeur d'effort ; - une étape de modulation de ladite valeur d'effort en fonction de l'état d'humidité détecté de la route. 4. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de détection de l'état d'humidité de la route fournit des informations de type booléen, permettant de définir un taux de modulation de la valeur d'effort déterminé à partir de la table pré-constituée. 5. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape d'adaptation de l'effort à la masse suspendue corrélée au relevé d'effort depuis la table, pour déterminer une valeur affinée de l'effort à appliquer à l'actionneur 6. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la table est établie à partir de valeurs absolues de vitesse de débattement et qu'il comprend en outre une étape de reprise de dissymétrisation compression/détente. 7. Système de commande de suspension avec sensibilité réduite à l'aquaplanning pour véhicule, notamment pour véhicule automobile, comportant une caisse, au moins une roue, une suspension comportant au moins un actionneur couplé à la roue, un détecteur de vitesse de débattement, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un calculateur permettant de fournir une valeur d'effort à l'actionneur selon le procédé d'une des revendications 1 à 6 à partir d'informations de vitesse de débattement, de vitesse de véhicule et de l'état d'humidité de la route 8. Système de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'actionneur est semi-actif. 9. Système de commande selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le véhicule comporte au moins deux roues et au 35 moins un actionneur couplé à chaque roue. 10. Système de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un calculateur central commandant l'ensemble des actionneurs couplés aux différentes roues. 11. Système de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un calculateur local décentralisé au niveau d'au moins une roue. 12.Système de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque roue est couplée à un calculateur local et qu'il comprend en outre un calculateur central coopérant avec chaque calculateur local.5