Brevet FR2924052A1 — publié le 20090529

La présente invention concerne un dispositif d'inclinaison asservie pour un véhicule terrestre étroit. D'une façon générale, on sait que l'inclinaison des véhicules terrestres de faible largeur est nécessaire pour concilier les performances de vitesse et de tenue de route. L'asservissement automatique de l'inclinaison est particulièrement applicable aux véhicules étroits qui possèdent une carrosserie afin de palier l'instabilité aérodynamique transversale. L'état de la technique le plus proche de la présente demande de brevet est décrit dans les brevets français n° 02 00878 et n° 02 00876 par le présent demandeur. Le brevet n° 02 00878 décrit un dispositif d'inclinaison asservie de véhicule comprenant des capteurs de pression positionnés entre les extrémités latérales des axes d'articulation des bras de suspension d'une part et les butées fixées sur le châssis du véhicule d'autre part. Lesdits capteurs génèrent des courants électriques dont la différence commande la montée d'un bras de suspension de roue et la descente symétrique de l'autre bras. Cette commande est réalisée par l'intermédiaire d'une électronique de puissance associée à un moteur électrique entraînant deux vérins à vis à effet contraire. Le brevet n° 02 00876 décrit un véhicule tricycle motorisé, caréné et inclinable utilisant le dispositif d'inclinaison asservie décrit dans le précédent brevet. Ce dispositif d'inclinaison asservie présente l'avantage de mesurer la variation de l'effort avec lequel le véhicule s'appuie transversalement sur la chaussée, lequel effort est la résultante des trois types d'efforts appliqués au véhicule : l'accélération centrifuge, la pression aérodynamique transversale et l'effort transversal dû à un dévers de chaussée. Cependant le dispositif décrit utilise un capteur de pression de type piézo-électrique en appui de chaque côté des. deux axes d'articulation des bras de suspension, lesdits axes étant en contact dans l'axe du véhicule. Lesdits capteurs présentent l'inconvénient de détecter uniquement les variations de pression en dynamique, et la présence d'un seul capteur de chaque côté du véhicule ne permet de mesurer l'effort transversal que sur la seule roue dans la direction dudit effort transversal : sur la roue droite pour un effort de gauche à droite ou inversement. Par ailleurs, le dispositif décrit ne contrôle pas de façon spécifique le roulis pouvant résulter de la suspension indépendante des deux roues concernées. L'objet de la présente invention a pour but de combler ces lacunes en proposant un dispositif capable de détecter, simultanément pour chaque roue, et de compenser un effort transversal dynamique ou statique pour une inclinaison asservie à la résultante des efforts transversaux, ledit dispositif comprenant le contrôle de roulis spécifique à l'amortissement de deux suspensions indépendantes associées à des bras de suspension à grand débattement inversé. Pour atteindre ce but, la présente invention met en oeuvre deux bras arrière de suspension, symétriques par rapport au plan médian longitudinal du véhicule de façon connue. Chaque bras de suspension comporte le bras proprement dit solidaire de son moyeu à sa partie avant et la roue à sa partie arrière. Il comporte également, disposé à sa partie supérieure de façon indépendante de la structure du châssis, les organes de suspension et d'amortissement. Ledit bras de suspension est articulé sur un axe orthogonal au plan médian longitudinal du véhicule, ledit axe traversant le moyeu dudit bras de suspension et étant monté d'une part dans un palier prévu dans un support fixé sur le châssis dans l'axe longitudinal du véhicule et d'autre part dans un palier prévu dans un support fixé latéralement sur ledit châssis. L'ensemble dudit bras de suspension peut se déplacer transversalement sur son axe d'articulation entre des rondelles élastiques en compression entre les flans du moyeu et les flans des paliers central et latéral. Lesdites rondelles élastiques sont dimensionnées et montées pour permettre, dans chaque sens transversal, un déplacement du bras de suspension quasi proportionnel à l'effort transversal résultant appliqué par le véhicule sur chaque roue. Le susdit support fixé sur le châssis dans l'axe longitudinal du véhicule supporte également un capteur de déplacement pour chacun des deux bras de suspension, ledit capteur étant en interface d'une plage de lecture électromagnétique fixée sur le moyeu de chaque bras de suspension. Le signal électrique délivré par le capteur est quasi proportionnel au déplacement transversal du bras, et quasi proportionnel à l'effort transversal appliqué par le bras sur la chaussée par l'intermédiaire de la roue. Chaque bras de suspension comporte à sa partie supérieure, dans un plan parallèle au plan médian longitudinal du véhicule, un triangle articulé à chacun de ses sommets suivant des axes parallèles à l'axe de son moyeu. Ledit triangle est constitué d'un levier, vertical lorsque le bras est horizontal, levier articulé à sa partie inférieure dans une chape solidaire du moyeu. La partie supérieure du levier est reliée à la partie arrière du bras par l'ensemble du ressort hélicoïdal et de l'amortisseur hydraulique, ensemble dont la variation de longueur provoque la déformation du triangle. Ladite partie supérieure du levier vertical est également reliée par le même axe d'articulation à la partie arrière d'un vérin horizontal situé dans le plan dudit triangle. La partie avant du vérin est articulée sur le châssis du véhicule selon un axe transversal. Chacun des deux vérins est commandé de façon symétrique, et son élongation, proportionnelle au signal moyenné des susdits capteurs de déplacement, provoque la montée d'un bras de suspension et la descente symétrique de l'autre bras par rapport au châssis. Les deux roues étant au contact du sol, ce mouvement provoque en réalité l'inclinaison du véhicule. Lesdits vérins peuvent être à vis simple ou à billes. Dans ce cas, la partie écrou, fixe en rotation, est reliée à la pointe haute du triangle de suspension. La partie vis, entraînée en sa parie avant par une roue dentée, possède une butée capable de supporter les efforts transmis suivant son axe par la suspension et la partie écrou du vérin. Cette butée est montée dans une noix comportant deux tourillons coaxiaux articulés sur le châssis suivant un axe transversal. Cette noix permet de transmettre l'effort de ladite butée au châssis et accepte la rotation de la vis ainsi que le mouvement oscillant du vérin dans le plan du triangle, mouvement engendré par le débattement du bras de suspension autour de l'axe de son moyeu. Dans le cas présent de vérins mécaniques, les vis sont entraînées en rotation par une chaîne ou une courroie crantée commune, laquelle chaîne ou courroie est actionnée par un moteur électrique. Les deux vis tournant dans le même sens, le mouvement symétrique des vérins est obtenu par une vis à droite et une vis à gauche de façon connue. Le moteur électrique est commandé par une électronique de puissance, proportionnellement au signal moyenné des susdits capteurs de déplacement jusqu'à ce que l'inclinaison du véhicule rétablisse l'équilibre de compression des rondelles élastiques en appui de chaque côté des moyeux des bras de suspension. Le présent dispositif objet de l'invention peut également utiliser des vérins hydrauliques à la place des vérins mécaniques décrits ci-dessus. Dans ce cas, le signal des capteurs asservit une centrale hydraulique qui commande les vérins de façon symétrique. Cette technologie est cependant plus onéreuse et présente le risque d'une dérive de fonctionnement du dispositif en cas de fuite du circuit hydraulique. Le dispositif d'inclinaison ainsi décrit permet donc de mesurer l'effort transversal sur chaque roue dans les deux sens, de façon dynamique lorsque l'épaisseur des rondelles varie avec l'effort, mais également de façon statique en l'absence de variation d'effort, par exemple lorsque le véhicule est en stationnement sur une chaussée en dévers ou avec une seule roue sur un trottoir. Dans ces dernières configurations, le dispositif redresse le véhicule jusqu'à sa verticale caractérisée par un équilibre entre les rondelles élastiques. Pour compléter le contrôle automatique du comportement dynamique du véhicule, le présent dispositif peut incorporer le contrôle en roulis de la suspension indépendante de chaque roue arrière de façon spécifique, sachant que le grand débattement inversé des deux bras de suspension ne permet pas l'utilisation connue d'une barre de torsion. Pour palier cet inconvénient, le dispositif objet de la présente invention comporte des amortisseurs hydrauliques à flux de liquide croisé. Ainsi ledit liquide hydraulique ne circule pas de façon connue d'une partie du cylindre dans l'autre partie du cylindre de l'amortisseur à travers des trous prévus dans le piston pour amortir les oscillations du ressort hélicoïdal, mais circule d'une partie du cylindre d'un amortisseur dans la partie opposée du cylindre de l'autre amortisseur à travers des canalisations flexibles en utilisant des pistons étanches dans les amortisseurs. Un cylindre de pression identique est disposé sur chacun des deux circuits croisés, ladite pression étant obtenue soit de manière mécanique, soit de manière pneumatique. La pression et la course qui caractérisent ces cylindres de pression sont définies pour être représentatives de la rigidité d'une barre de torsion afin de réduire le roulis engendré par un différentiel de suspension des deux ressorts hélicoïdaux. Un mode de mise en oeuvre du dispositif selon l'invention est décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente en élévation et les figures 2 et 3 représentent en plan de façon schématique l'architecture générale d'un dispositif d'inclinaison 20 asservie ; La figure 4 représente schématiquement le principe de montage d'un bras de suspension sur son axe transversal entre les rondelles élastiques, ainsi que le montage du capteur ; La figure 5 est une représentation schématique du dispositif de contrôle de 25 roulis, spécifique de la cinématique des bras de suspension. Sur les figures 1, 2 et 3, la partie arrière du châssis (1) du véhicule est représentée par le cadre avant bas (11) et le cadre arrière haut (12) dudit châssis dont les longerons latéraux respectifs (111, 112) ainsi que (121; 122) sont reliés de chaque côté par deux plaques de structure (13). Lesdits cadres 30 bas et hauts sont constitués également de traverses (14) Le cadre avant bas (11) supporte dans sa partie arrière et dans l'axe longitudinal du véhicule, à la hauteur de l'axe des roues, un boîtier (20) qui comporte des paliers (21a, 21b) sur ses faces latérales. Deux supports (23) de paliers (24, 25) sont fixés latéralement sur ledit cadre avant bas (11) dans sa partie arrière de telle sorte que les quatre paliers (2la, 21b, 24, 25) ainsi solidarisés du châssis sont alignés suivant un axe (22) orthogonal au plan médian longitudinal (10) du véhicule. Chacun des deux bras de suspension symétriques (3) est articulé autour dudit axe (22) par son moyeu (32) solidaire du bras proprement dit (31). Dans un plan parallèle au plan médian longitudinal (10), chaque bras proprement dit (31) forme à sa partie supérieure un triangle avec d'une part un ressort hélicoïdal de suspension (33) coaxial d'un amortisseur (34) articulé dans une chape (15) solidaire de la partie arrière du bras proprement dit (31) et avec d'autre part un levier (35) articulé sur un axe (37) monté dans une chape (36) fixée sur la partie haute du moyeu (32) du bras de suspension. Le triangle formé par le bras (31), le levier (35) et l'ensemble amortisseur et ressort (34, 33) est donc déformable en fonction de l'amortissement des irrégularités de la chaussée. L'axe de jonction (38) de l'amortisseur (34) et du levier (35) est articulé dans une chape (39) fixée en partie arrière d'un vérin (40). Le vérin à vis (40) est composé d'une part du corps du vérin (41), fixe en rotation, qui comporte la partie écrou (45) et d'autre part de la vis (42) entraînée en rotation en sa partie avant par une poulie crantée (43). La vis (42) comporte des butées à billes (46) qui supportent les efforts transmis par la suspension au vérin par l'axe (38). Lesdites butées sont montées dans une noix (47) capable de pivoter sur des tourillons (49) articulés dans des paliers suivant un axe transversal (48) en interface avec les plaques de structure (13) qui relient le cadre avant bas (11) et la cadre arrière haut (12). Ce pivotement du vérin suivant l'axe (48) permet à l'axe (38) en partie haute du levier (35) de décrire un arc de cercle autour de l'axe (22) lorsque l'ensemble du bras de suspension pivote autour dudit axe (22) en fonction de la variation de longueur du vérin. Cette variation de longueur de chaque vérin est obtenue par la mise en rotation de chaque vis (42) entraînée par la courroie crantée (50) elle-même entraînée par le moteur électrique (51) La figure 4 représente, vu en plan, un exemple de montage d'un moyeu (32) sur son axe d'articulation (22) entre des rondelles élastiques (52) en compression entre les flans (53, 54) du moyeu (32) et les flans des paliers central (57) et latéral (58). Les jeux entre les flans du moyeu et les flans des paliers permettent un déplacement compatible avec la plage d'élasticité des rondelles dans les deux sens transversaux pour un déplacement du moyeu quasi proportionnel à l'effort transversal transmis par l'un des deux flans sur la roue par l'intermédiaire du bras de suspension (3). Le déplacement est mesuré par un capteur électromagnétique (55) qui génère un signal quasi proportionnel à l'entrefer existant avec une plage de lecture magnétique (56) fixée sur le moyeu (32). Chacun des deux capteurs est positionné de façon symétrique sur un support (20) fixé sur le châssis 1 dans l'axe médian (10) du véhicule. L'entrefer nominal en l'absence d'effort transversal est réglable, par exemple par ajustage de la position du capteur sur son support La figure 5 représente schématiquement la mise en oeuvre du contrôle de roulis spécifique de l'inclinaison asservie de la présente invention. La cinématique des bras de suspension à grand débattement inversé ne permettant pas l'utilisation connue d'une barre de torsion, le contrôle de roulis utilise deux amortisseurs (34a, 34b) comportant chacun un piston étanche (61a, 61b). Le cylindre de chaque amortisseur comporte une zone (64a, 64b) opposée au piston raccordée à la tige axiale fixe et creuse (65a, 65b) de l'amortisseur (34a, 34b). Ladite tige (65a, 65b) est raccordée radialement à une canalisation flexible (66, 67) à son extrémité externe. La tige (62a, 62b) du piston (61a, 61b) est également creuse et comporte un ou plusieurs orifices proche du piston permettant la circulation du liquide hydraulique depuis ou vers la zone (63a, 63b) du cylindre de l'amortisseur. Chaque tige (62a, 62b) est également raccordée radialement par son extrémité externe aux canalisations flexibles (66, 67). La tige (65a, 65b) fixée au cylindre et la tige (62a, 62b) fixée au piston étanche (61 a, 61b) comportent à leur extrémité les interfaces d'articulation (60) avec le bras de suspension (31) d'une part, et avec la partie haute du levier (35) et la chape (39) fixée à la partie arrière du vérin (41). Les deux amortisseurs sont identiques et leurs canalisations flexibles sont raccordées de façon croisée, les zones (63a) et (64a) du cylindre (34a) étant raccordées respectivement aux zones (64b) et (63b) du cylindre (34b). Chaque circuit (66, 67) ainsi constitué possède une dérivation (68) raccordée à un cylindre (69) de mise en pression du circuit hydraulique. La pression peut être obtenue, soit de façon mécanique par un ressort (70) soit de façon pneumatique, par l'intermédiaire d'un piston (71). La vitesse d'amortissement du dispositif est déterminée par les paramètres habituels de viscosité du liquide hydraulique et de section des orifices d'écoulement dudit liquide. Lorsque l'amortissement est identique sur chaque bras de suspension, la pression dans chaque circuit (66, 67) est équilibrée et les deux cylindres (69) de mise en pression sont en position nominale. Si un amortissement différentiel intervient entre les deux bras de suspension de façon caractéristique du roulis, les deux vérins (69) réduisent progressivement la différence de pression qui en résulte dans chaque circuit. A titre de comparaison, on peut considérer que l'écoulement identique du fluide dans chaque circuit correspond au débattement de la barre de torsion en accompagnement de la suspension sur un véhicule classique à quatre roues, alors que le fonctionnement inversé des vérins (69) de mise en pression correspond à la torsion proprement dite de la barre de torsion provoquée par l'amortissement différentiel des deux bras de suspension, amortissement différentiel représentatif du roulis.30 REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'inclinaison asservie d'un véhicule étroit comportant pour chacune de ses deux roues arrière (2) un bras orientable (3) articulé autour d'un axe (22) orthogonal au plan médian longitudinal (10) du véhicule, lequel bras orientable (3) est associé à une structure de suspension (33, 34, 35), Caractérisé en ce que le bras orientable (3) et la structure de suspension associée (33, 34, 35) forment un triangle indépendant du châssis (1) du véhicule, lequel triangle est déformable en fonction de la suspension et pivote avec le bras orientable en fonction de la variation de longueur d'un vérin (41), ledit bras orientable (3) étant maintenu transversalement entre des rondelles élastiques (52) positionnées entre les flans (53, 54) du moyeu (32) et les flancs adjacents (57) d'un palier central et (58) d'un palier latéral, lesdites rondelles (52), étant montées en précontrainte au milieu de leur plage d'élasticité, permettent un déplacement du bras orientable (3) dans un sens ou dans l'autre suivant la direction de l'effort transversal, ledit déplacement étant quasi proportionnel audit effort engendré transversalement par le châssis (1) sur la roue (2) par l'intermédiaire du bras orientable (3). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déplacement transversal du bras orientable (3) est mesuré par un capteur de déplacement (55) fixé sur un support (20) solidaire du châssis (1), ledit capteur de déplacement générant un signal électrique de commande d'inclinaison du véhicule quasi proportionnel au déplacement transversal du bras orientable (3) par rapport au châssis (1) et quasi proportionnel à l'effort statique ou dynamique engendré par le châssis (1) sur la roue (2) par l'intermédiaire du bras orientable (3)30 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit capteur de déplacement (55) est de type électromagnétique pour détecter la variation de l'entrefer avec une plage de lecture magnétique (56) solidaire du moyeu (32) du bras orientable (3). 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrôle du roulis, spécifique de la cinématique inversée des deux bras orientables pour l'inclinaison, est réalisé par des amortisseurs (34a, 34b) à flux de liquide hydraulique croisé mis en oeuvre dans des canalisations flexibles (66, 67), chaque canalisation étant équipée d'un vérin (69) de mise en pression du circuit, la course et la pression dudit vérin étant dimensionnées pour réduire progressivement l'amortissement différentiel des deux suspensions. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits amortisseurs (34a, 34b) comportent chacun respectivement un piston (6la, 61b) solidaire respectivement d'une tige creuse (62a, 62b), ladite tige creuse (62a, 62b) comportant des orifices proches dudit piston (61a, 61b) permettant la circulation du liquide hydraulique depuis ou vers une zone (63a, 63b) interne audit amortisseur (34a, 34b) , une zone (64a, 64b) interne audit amortisseur (34a, 34b) opposée à la susdite zone (63a, 63b) étant reliée à une tige creuse (65a, 65b), les extrémités libres desdites tiges creuses (62a, 62b, 65a, 65b) étant solidaires d'interfaces d'articulation (60) avec le susdit bras de suspension (31) d'une part, et avec la partie haute du levier (35) d'autre part, et comportant des jonctions radiales avec les canalisations flexibles (66, 67), lesdites canalisations flexibles comportant chacune un piston (69) de pression d'équilibrage entre les deux circuits.