Brevet FR2935641A1 — publié le 20100312

PROCEDE DE CONFIGURATION D'UNE CARACTERISTIQUE D'AMORTISSEMENT D'UNE SUSPENSION La présente invention concerne un procédé pour la configuration d'une caractéristique d'amortissement d'un amortisseur d'une suspension où un dispositif d'amortissement pour amortir des vibrations d'un véhicule est disposé entre une carrosserie et un support de roue du véhicule automobile, la force d'amortissement FDMD du dispositif d'amortissement pouvant être modifiée grâce à la commande d'un dispositif de réglage, l'accélération verticale xA de la carrosserie et l'accélération verticale xR d'une roue étant enregistrées par un détecteur à cet effet, et un signal de commande pour le dispositif de réglage étant généré à l'aide d'un dispositif de traitement de signaux pour le réglage de la force d'amortissement FDMD, moyennant quoi la force d'amortissement FDMD est déterminée à partir d'une force d'amortissement Sky-Hook FD1 et d'une force d'amortissement à modulation en fréquence FD2 grâce à l'équation suivante : avec constante Sky-Hook constante d'amortissement dépendant de la fréquence vitesse verticale de carrosserie vitesse vertical de roue accélération verticale de carrosserie xR accélération verticale de roue A toute fins utiles, on rappellera que Sky-Hook est le nom donné à un principe pour configurer un système de suspension. Un objectif de la technique pour véhicules réside en un confort de conduite si 25 possible élevé s'accompagnant d'une grande sécurité de conduite. On obtient un confort élevé de conduite avec une faible intensification de l'accélération grâce à un PSH P(f) XA XR XA réglage souple de la carrosserie. Le réglage ferme de la carrosserie, lequel est nécessaire pour une grande sécurité de conduite, s'oppose à cela, étant donné qu'un faible amortissement pour un grand confort de conduite produit une faible intensification de l'accélération, tout en produisant cependant simultanément des variations dynamiques plus importantes de la charge des roues. Un amortissement plus élevé réduit quant à lui la variation dynamique de la charge des roues, mais produit simultanément une plus grande intensification de l'accélération de la carrosserie, en réduisant ainsi le confort de conduite. L'optimisation des vibrations entre la roue et la carrosserie est réalisée grâce à différents systèmes connus. Il s'agit souvent d'un dispositif à ressorts avec un dispositif d'amortissement monté en parallèle. En cas de systèmes passifs, on utilise un système à piston-cylindre avec lequel le milieu refoulé par le piston est déplacé, par exemple grâce à un ressort, à travers une ouverture de traversée de section constante ou variable. Les systèmes semi-actifs présentent une structure correspondante, à la différence près que la section de l'ouverture de traversée peut être modifiée via une commande ou un réglage de sorte à obtenir une adaptation des propriétés d'amortissement à différentes situations de conduite. Les caractéristiques statiques de la force d'amortissement pour les systèmes passifs et semi-actifs se situent dans les 2ème et 4ème quadrants du niveau de vitesse relative-force. En cas de systèmes actifs, un cylindre est par exemple partagé par le piston en deux compartiments de travail, dans lesquels un milieu est commandé activement et/ou introduit de manière régulée. De l'énergie est dans ce cas nécessaire pour l'accumulation de pression dans les compartiments. Avec des systèmes actifs, il est possible de réaliser, en plus des caractéristiques statiques des 2ème et 4ème quadrants, également des caractéristiques statiques dans les 1 er et 3ème quadrants du niveau de vitesse relative-force. Le document DE 40 37 223 Al décrit un tel système actif ou semi-actif, lequel est en plus équipé d'un système d'amortissement. De cette manière, l'amortissement de la roue n'est plus exclusivement réalisé entre la roue et la carrosserie. Le système Sky-Hook fait par exemple partie de tels systèmes d'amortissement. L'amortissement d'un système Sky-Hook agit exclusivement de manière proportionnelle à la vitesse absolue de la carrosserie, moyennant quoi l'on peut obtenir de plus faibles amplitudes des vibrations de la carrosserie. Le document DE 42 41 249 Al décrit un système Sky-Hook. Les amortisseurs des vibrations peuvent y être réglés de manière active tout comme également semi-active. Des systèmes de régulation ou d'amortissement réglables sont par ailleurs également disposés de manière supplémentaire sur les roues ou supports de roues, grâce auxquels la vibration des roues est directement amortie. Le document DE 39 18 735 Al décrit un procédé pour l'amortissement de déroulements séquentiels des mouvements de carrosseries de véhicules personnels et utilitaires, un signal de commande à l'aide d'un circuit de traitement de signaux pour un actionneur pouvant être commandé, étant en prise sur les masses du véhicule pouvant être généré à partir des mouvements relevés par des capteurs de deux masses du véhicule. Les signaux détectés par des capteurs sont dans ce cas transmis via un circuit appartenant au circuit de traitement de signaux avec un comportement de transmission dépendant de la fréquence. En cas d'amortissement par modulation en fréquence, on réalise l'amortissement à sa valeur caractéristique de manière sélective, en fréquence, en fonction des valeurs temporelles à mesurer pour l'accélération de la carrosserie et des roues. Les amortissements à modulation en fréquence connus présentent souvent une caractéristique de passe-bas ou en forme de U de la fréquence. Ces systèmes sont en partie également utilisés en combinaison avec un système d'amortissement. Ces systèmes présentent cependant également des inconvénients concernant le confort de conduite et la sécurité de conduite. C'est ainsi par exemple que l'augmentation du confort de conduite grâce à l'utilisation d'un système Sky-Hook s'accompagne d'une augmentation d'amplitude dans la plage de résonance des roues, de sorte qu'un amortissement conventionnel supplémentaire devient nécessaire. La présente invention a pour but de proposer un procédé amélioré pour l'amortissement de la carrosserie d'un véhicule, avec lequel on réduit les inconvénients susmentionnés de systèmes d'amortissement connus et avec lequel on réalise une sécurité de conduite nettement meilleure avec un confort de conduite similaire ou vice-versa. Ce procédé doit pouvoir s'utiliser avec les systèmes actifs tout comme également semi-actifs. Ce but est atteint avec un procédé où les signaux de capteur sont traités dans un circuit de filtrage comprenant un filtre de mise en forme pour la force d'amortissement modulée en fréquence, lequel est combiné de la manière suivante dans un système de filtrage : avec T constante de temps To constante de temps p opérateur de Laplace (PD)2 filtre profilé proportionnel-différentiel de 2ème ordre (PT)2 filtre profilé proportionnel-temporel de 2ème ordre. D'autres mesures et configurations avantageuses du procédé font l'objet des sous-revendications. Un dispositif d'amortissement pour l'amortissement des vibrations d'un véhicule est disposé entre la carrosserie et un support de roue, l'amortissement des vibrations étant déterminé grâce au réglage de la force d'amortissement. La force d'amortissement du dispositif d'amortissement est adaptée grâce à la commande d'un dispositif de réglage à une valeur-temps respective, l'accélération verticale de la carrosserie et l'accélération verticale d'une roue sont détectées, et un signal de commande est généré à l'aide d'un dispositif de traitement de signaux pour le dispositif de réglage pour le réglage de la force d'amortissement à modulation double. La force d'amortissement est dans ce cas déterminée à partir de la différence entre une force d'amortissement Sky-Hook et une force d'amortissement à modulation en fréquence selon l'équation (1). L'équation (1) est la suivante : Pei -- ,jxe avec PSH constante Sky-Hook (1) p(f) constante d'amortissement dépendant de la fréquence XA vitesse verticale de carrosserie XR vitesse vertical de roue XA accélération verticale de carrosserie 5 XR accélération verticale de roue FDMD force d'amortissement à modulation double FD1 force d'amortissement Sky-Hook FD2 force d'amortissement à modulation en fréquence Grâce à une combinaison entre le système Sky-Hook et l'amortissement à modulation en fréquence, on utilise les avantages des deux procédés, les inconvénients respectifs étant compensés. On obtient un amortissement à modulation double selon l'invention pour les vibrations d'un véhicule. Cela signifie que le confort de conduite est amélioré tout en réduisant également la charge dynamique de la roue. Les signaux de capteur pour l'amortissement à modulation en fréquence sont traités dans une branche à modulation en fréquence d'un circuit de filtrage, dans laquelle on prévoit un filtre de mise en forme combiné d'après l'équation (2) pour la force d'amortissement modulée en fréquence. L'équation (2) est la suivante : 1.* p p2 .T (2 avec T constante de temps To constante de temps p opérateur de Laplace (PD)2 filtre de mise en forme proportionnelle-différentielle de 2ème ordre (PT)2 filtre de mise en forme proportionnelle-temporelle de 2ème ordre. Une caractéristique de différenciation est conférée à la modulation en fréquence grâce au filtre de mise en forme de 2ème ordre. Cela signifie que lors de l'utilisation d'un tel circuit de filtrage, on réalise l'amortissement quasi 30 exclusivement dans la plage de résonance de la roue. Dans la plage comprise entre les emplacements de résonance pour la carrosserie et la roue, l'amortissement est alors quasi nul. Grâce au procédé selon l'invention, on obtient un amortissement maximal réalisable dans une plage de résonance de carrosserie allant de 1 Hz à 1,5 Hz. L'amortissement du mouvement des roues s'effectue essentiellement dans une plage de résonance de roue comprise entre 10 Hz et 15 Hz. Dans la plage comprise entre les emplacements de résonance, le degré d'amortissement est minimisé. Une condition préalable indispensable à l'amélioration du comportement à l'amortissement réside en la mise en place commune, dans la branche à modulation en fréquence du circuit de filtrage, d'un filtre de mise en forme et d'un filtre de correction de phase. On compense ainsi l'influence négative de la différence de phase sur l'optimisation, et l'on obtient respectivement un amortissement des amplitudes sans décalage de phase. Cela est par exemple réalisé avec un système passe-tout étudié de manière correspondante. Il est possible d'intégrer additionnellement un comparateur et un commutateur multiple dans le circuit de filtrage, grâce auquel on sélectionne la direction opérative (plage de travail) de la force d'amortissement d'un système d'amortissement semi-actif. Le dispositif de traitement de signaux permet la commande du dispositif de réglage de systèmes d'amortissement actifs tout comme également la commande du dispositif de réglage de systèmes d'amortissements semi-actifs. Grâce à cette sélectivité, on peut adapter de manière optimale le besoin en énergie du système d'amortissement pour des véhicules dans différents domaines d'utilisation. En cas de système d'amortissement semi-actif, le dispositif de réglage est de préférence réalisé sous forme d'une commande de soupape. En cas de système d'amortissement actif, le dispositif de réglage est réalisé avec des actionneurs. On utilise dans ce cas par exemple des moteurs linéaires, des actionneurs hydrauliques ou également des actionneurs à base de liquides électro-rhéologiques. En cas de régulation et/ou commande active de la force d'amortissement, la plage de travail du système d'amortissement peut se situer dans les ter, 2ème, 3ème ou 4ème quadrants du niveau de vitesse relative-force. Cela permet au système d'amortissement de pouvoir exercer des forces dans le sens de déplacement et contrairement à celui-ci. En cas de régulation semi-active, la plage de travail de la force d'amortissement se situe respectivement seulement dans le 2ème ou 4ème quadrant. Dans ce cas, la force d'amortissement s'exerce à l'encontre du mouvement relatif du système, alors que la force d'amortissement adopte une valeur nulle pour des valeurs du ler ou 3ème quadrant. Grâce à une combinaison supplémentaire entre le système d'amortissement et un système d'amortissement d'axe, on peut encore améliorer le comportement vibratoire des carrosseries concernant le confort de conduite et la sécurité de conduite. L'invention tire avantage de la connaissance du fait que grâce à une combinaison entre l'amortissement de la carrosserie avec un système Sky-Hook et l'amortissement à correction de phase et modulation en fréquence avec un creux marqué de la plage des résonances de la carrosserie et des roues, il est possible de réaliser une nette amélioration du potentiel d'optimisation du comportement vibratoire des véhicules. La force théorique FDMD résultant de la combinaison pour la commande et/ou régulation s'appuie dans ce cas sur la carrosserie et la roue. On décrit le procédé plus en détails dans ce qui suit à l'aide des dessins annexés. On peut voir : sur la figure 1, un modèle de véhicule; sur la figure 2, un schéma de détermination de la force d'amortissement ; sur la figure 3, une représentation schématique d'un modèle de masse linéaire, et sur la figure 4, une représentation schématique d'un système de réglage DMD. La figure 1 montre un véhicule automobile 1 avec une carrosserie 2 sur des roues 3, lesquelles sont respectivement disposées sur un support de roue 4. Entre chaque roue 3 et la carrosserie 2, un dispositif à ressorts et un amortisseur non représentés plus en détail sont mis en place. On affecte respectivement deux capteurs 5R, 5A à chaque amortisseur. Ceux-ci détectent l'accélération verticale de la carrosserie xA ainsi que l'accélération verticale de roue xR . Les signaux de capteur des 4 roues 8R, 8A sont respectivement amenés dans un dispositif de traitement de signaux 9 et y sont traités. On détermine dans ce cas la force d'amortissement FDMD à partir de la différence entre une force d'amortissement Sky-Hook FD1 et une force d'amortissement à modulation en fréquence FD2 grâce à l'équation (1). Après le traitement des signaux de capteur 8A, 8R, un signal de commande 7 est envoyé vers un dispositif de réglage, grâce auquel on réalise la force d'amortissement FDMD. L'équation (1) se présente ainsi : ~P ry Cad ù.d P er XA-- avec XA 10 xx vitesse verticale de roue. Le schéma de la figure 2 montre qualitativement la caractéristique de la constante d'amortissement p à réguler en tant que fonction de la fréquence, et ce respectivement pour la constante Sky-Hook PSH et la part à modulation en fréquence p(f). Le calcul s'effectue de manière analogue à l'équation (1). 15 La figure 3 montre une représentation schématique d'un dispositif d'amortissement 27 à l'aide d'un modèle de masse linéaire. La masse de la carrosserie est indiquée ici par mA, et la masse de la roue par mR. Entre la masse de la carrosserie mA et la masse de roue mR, on dispose en parallèle un ressort 30 et un amortisseur 29. Le ressort 30 présente une rigidité élastique CA, l'amortisseur 29 20 possède une constante d'amortissement de carrosserie PA. La rigidité élastique des roues, représentée ici en tant que ressort 33 entre la roue 31 et la base 32, est désignée par CR. En parallèle à la masse de la carrosserie mA et du ressort 30 et de l'amortisseur 29, un système d'amortissement 28 est disposé. Celui-ci présente 25 également un montage en parallèle d'un ressort 34 avec un amortisseur 35, ce montage en parallèle étant disposé entre la masse d'amortisseur mA et la masse de roue mR. La rigidité élastique du système d'amortissement 28 est indiquée ici par CT PSH P(f) constante Sky-Hook constante d'amortissement dépendant de la fréquence vitesse verticale de carrosserie et la constante d'amortissement par PT. Le système d'amortissement est adapté en résonance avec la roue. Le système présente trois degrés de liberté dont les mouvements sont décrits par l'intermédiaire des coordonnées XR(t), XA(t) et XT(t). La coordonnée xo(t) décrit l'excitation du système d'amortissement 27, 28. En partant d'un tel modèle de simulation, on peut décrire le comportement vibratoire d'un dispositif d'amortissement via un système d'équations linéaires différentiel couplé. La figure 4 montre une représentation schématique d'un système de réglage du procédé selon l'invention pour l'amortissement à modulation double (DMD), par exemple pour le modèle de véhicule automobile de la figure 1. Un système d'amortissement 10, lequel peut se présenter sous la forme d'un système semi-actif 11 ou d'un système actif 12, détecte à l'aide des capteurs 5A, 5R les accélérations de la carrosserie et des roues. Les signaux de capteur 8A, 8R sont transmis à un dispositif de traitement de signaux 9. Ce dispositif de traitement de signaux 9 comprend un circuit de filtrage 15, lequel comprend une branche Sky-Hook 16, une branche à modulation en fréquence 17 et une branche 14 pour la détermination de la vitesse relative 13 entre la roue et la carrosserie. Après la mesure des accélérations de la carrosserie 2 et de la roue 3 via les capteurs 5A, 5R, on détermine la vitesse relative 13 à partir des deux signaux. On évalue en parallèle le signal de l'accélération de la carrosserie dans la branche Sky-Hook 16 et le signal de l'accélération de roue dans la branche à modulation en fréquence 17 à l'intérieur du circuit de filtrage 15. Le traitement dans la branche à modulation en fréquence 17 s'effectue dans ce cas via un filtre de mise en forme 18, lequel est combiné de manière analogue à l'équation (2). L'équation (2) est la suivante : (2) avec T constante de temps To constante de temps p opérateur de Laplace (PD)2 filtre de mise en forme proportionnelle-différentielle de 2ème ordre (PT)2 filtre de mise en forme proportionnelle-temporelle de 2ème ordre. Le filtre de mise en forme 18 est monté avec un filtre de correction 19 dans ce circuit de filtrage 15, moyennant quoi une correction de phase du signal sans influencer les amplitudes est possible. La force d'amortissement FDMD est déterminée, selon l'invention, tant pour l'amortisseur semi-actif qu'également pour l'amortisseur actif grâce à la différence des sorties de la branche Sky-Hook 16 et de la branche de modulation en fréquence 17, de manière analogue à l'équation (1) grâce à un module de différenciation 20. Pour un amortisseur actif 12, la force d'amortissement FDMD déterminée selon l'invention est directement transmise au dispositif de réglage 26 et est transformée, étant donné que la caractéristique statique de la force d'amortissement FDMD est convertie en passant par les 4 quadrants du niveau de vitesse relative-force. Avec un amortisseur semi-actif 11, la force d'amortissement FDMD déterminée est comparée à l'aide d'un comparateur 21 avec la vitesse relative 13. Le commutateur multiple 22 se trouvant à la suite du comparateur 21 règle, à l'aide du résultat de comparaison, la caractéristique d'amortissement nécessaire 23 grâce à laquelle le dispositif de réglage 24, 25, 26 est commandé, avec lequel s'effectue la conversion de la force d'amortissement FDMD. Si la caractéristique statique de la force d'amortissement se situe dans les limites du ler ou 3ème quadrant du niveau de vitesse-force, la position de commutation 2 du commutateur multiple 22 permet la sélection au niveau du dispositif de réglage 24 de l'amortisseur semi-actif 1l, et la force d'amortissement FDMD devient nulle. Si la caractéristique statique se situe dans les limites du 2ème ou 4ème quadrant, la force d'amortissement FDMD est réalisée grâce au dispositif de réglage 25. La figure 4 représente la configuration pour une commande et/ou régulation de l'amortisseur et/ou de l'actionneur. Le système peut également être réalisé en tant que circuit de régulation. Pour faciliter la compréhension de la comparaison entre un système semi- actif 11 et un système d'amortissement actif 12, on a représenté respectivement au- dessus et en-dessous du système de commande et/ou de réglage un bref aperçu sous forme de tableau. Cet aperçu représente de manière comparative la plage de travail ainsi que la plage de fréquence du système d'amortissement respectif 11, 12 de manière quantitative. On représente également la consommation en énergie dépendant du système d'amortissement 11, 12 ainsi que les divers besoins en capteurs, dont le nombre influence quant à lui la complexité du dispositif de traitement de signaux 9. Le procédé selon l'invention décrit améliore la sécurité de conduite grâce à un amortissement adapté des vibrations des roues avec un bon amortissement simultané des vibrations de la carrosserie, moyennant quoi l'on obtient une amélioration du confort de conduite. On peut, au choix, utiliser le procédé pour une nette amélioration d'un seul critère. Grâce à la combinaison entre un amortissement Sky-Hook et un amortissement à modulation en fréquence, on combine les avantages des deux systèmes d'amortissement dans un système d'amortissement à modulation double. Les inconvénients de l'un des systèmes de modulation sont compensés par les avantages de l'autre système. Le procédé peut être utilisé pour des systèmes d'amortissement actifs tout 15 comme également pour des systèmes de modulation semi-actifs, et permet également une combinaison supplémentaire avec un système d'amortissement. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. 20 REVENDICATIONS1. Procédé pour influencer la caractéristique d'amortissement d'une suspension de véhicule d'un véhicule automobile, avec lequel un dispositif d'amortissement (6) pour l'amortissement des vibrations du véhicule est disposé entre une carrosserie (2) et un support de roue (4) du véhicule automobile, la force d'amortissement FDMD du dispositif d'amortissement (6) pouvant être modifiée grâce à la commande d'un dispositif de réglage (25, 26), l'accélération verticale xA de la carrosserie (2) et l'accélération verticale XR d'une roue (3) étant enregistrées par détecteur à cet effet et un signal de commande pour le dispositif de réglage (25, 26) étant généré à l'aide d'un dispositif de traitement de signaux (9) pour le réglage de la force d'amortissement FDMD, moyennant quoi la force d'amortissement FDMD est déterminée à partir de la différence entre une force d'amortissement Sky-Hook FD1 et une force d'amortissement à modulation en fréquence FD2, grâce à l'équation suivante : avec constante Sky-Hook constante d'amortissement dépendant de la fréquence vitesse verticale de carrosserie vitesse vertical de roue accélération verticale de carrosserie accélération verticale de roue caractérisé en ce que les signaux de capteur sont traités dans un circuit de filtrage (15), lequel comprend un filtre de mise en forme F(p) (18) pour la force d'amortissement à modulation en fréquence FD2, lequel est combiné dans un système 25 de filtrage de la manière suivante : Au:, ~,, pat T p PSH P(f) XA XR zA XR 1û 2'2 e~3') avec T constante de temps To constante de temps p opérateur de Laplace (PD)2 filtre de mise en forme proportionnelle-différentielle de 2ème ordre (PT)2 filtre de mise en forme proportionnelle-temporelle de 2ème ordre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans une plage de résonance de carrosserie, un amortissement maximal réalisable est effectué, et en ce que l'amortissement du mouvement de la roue domine dans une plage de résonance de roue, alors que dans la plage entre les emplacements de résonance (plage intermédiaire), le degré d'amortissement est minimisé. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amortissement maximal réalisable s'effectue dans la plage de résonance de la carrosserie comprise entre 1 Hz et 1,5 Hz. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amortissement du 20 mouvement de roue domine dans la plage de résonance de roue entre 10 Hz et 15 Hz. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la force d'amortissement FDMD est réglée de manière active à l'aide du dispositif de réglage (26). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la force d'amortissement FDMD est réglée et/ou commandée de manière semi-active à l'aide du dispositif de réglage (25). 30 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans la branche à modulation en fréquence (17) du circuit de filtrage (15), un filtre de mise en forme 25(18) et un filtre de correction (19) sont montés ensembles, de manière à compenser l'influence de la différence de phase et de manière à ce que les deux filtres (18, 19) déforment uniquement les amplitudes. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit de filtrage (15) présente un comparateur (21) et un commutateur multiple (22), pour sélectionner la plage de travail de la force d'amortissement (25, 26). 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif 10 d'amortissement (27) coopère avec un système d'amortissement (28).