Brevet FR3001541A1 — publié le 20140801

- 1 - PROCEDE DE CARACTERISATION DU COMPORTEMENT D'UN VEHICULE ET APPLICATION AU CHOIX DES PNEUMATIQUES DU VEHICULE Domaine de l'invention [0001] La présente invention concerne le domaine de l'amélioration du comportement routier des véhicules. État de la technique [0002] Lors de la conception d'un véhicule, le constructeur procède à plusieurs tests visant à améliorer le comportement du véhicule. Ces tests comprennent des tests, dits objectifs, permettant de qualifier quantitativement le comportement du véhicule et des tests, dits subjectifs, permettant de qualifier qualitativement le comportement du véhicule. Les tests subjectifs sont effectués par des essayeurs qui conduisent le véhicule et qualifient son comportement en fonction de leur impression. [0003] Les tests objectifs comprennent notamment des tests de freinage, d'adhérence, de sécurité. Les tests subjectifs comprennent notamment des rubriques portant sur le comportement autour de la ligne droite, le comportement général et la sécurité active. Le comportement autour de la ligne droite regroupe des manoeuvres effectuées pour de faibles accélérations latérales du véhicule par exemple des manoeuvres dites de direction, de linéarité, d'agrément de conduite, de centrage, etc... [0004] La rubrique portant sur le comportement autour de la ligne droite a notamment pour but de qualifier la réponse du véhicule en fonction d'une sollicitation généralement de faible amplitude d'angle au volant exercée par l'essayeur, c'est-à-dire par exemple comment le couple au volant ou le lacet du véhicule varient qualitativement et quantitativement en réponse à une variation d'angle au volant. Ainsi, par exemple, un véhicule présentant une réponse linéaire présente un comportement généralement jugé satisfaisant par l'essayeur alors qu'un véhicule dont la réponse est inexistante pour un faible angle de rotation du volant présente un comportement généralement jugé inacceptable pour l'essayeur. [0005] Lorsque l'essayeur juge le comportement autour de la ligne droite du véhicule inacceptable, le véhicule est modifié puis réessayé par l'essayeur afin que ce dernier vérifie si le véhicule présente un comportement satisfaisant suite aux modifications P10-3012 FR - 2 - apportées. Comme la cause du comportement inacceptable n'est pas connue par l'essayeur, les demandes de modifications apportées sont issues de l'expérience de ce dernier. Elles concernent de façon non exhaustive les pneumatiques, les roues, le système de direction, la géométrie et les éléments du dispositif de suspension. Les étapes énumérées ci-dessus sont répétées jusqu'à ce que le véhicule présente un comportement autour de la ligne droite satisfaisant pour l'essayeur. [0006] La conception du véhicule est donc relativement longue et donc coûteuse. [0007] Dans ce qui suit, selon le contexte, le terme « roue » est pris soit dans un sens particulier, la roue est alors constituée d'un disque et d'une jante, soit dans un sens général qui correspond alors à l'ensemble monté constitué par une roue (disque et jante) et un pneumatique. Description brève de l'invention [0008] Selon un premier objet, l'invention a pour but de fournir un procédé de caractérisation d'un véhicule donné comprenant une caisse, au moins une roue avec un disque, une jante et un pneumatique et au moins un dispositif de suspension reliant la roue à la caisse. [0009] Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : (A) pour une configuration du dispositif de suspension donnée, on effectue un test de comportement subjectif du véhicule pour déterminer si le comportement du véhicule est acceptable ou non ; (B) on modifie la configuration du dispositif de suspension de façon à balayer les valeurs respectives du couple effort latéral Fy et déport latéral Dy de la roue en roulage ligne droite et pour chaque configuration testée dudit dispositif de suspension on effectue à nouveau l'étape de caractérisation (A) ; (C) pour chaque configuration testée du dispositif de suspension, on détermine le couple de valeurs effort latéral Fy et déport latéral Dy de la roue en roulage ligne droite ; et (D)on détermine dans le plan Fy, Dy les zones Z de comportement acceptable du véhicule. P10-3012 FR -3- 100101 De préférence, on modifie la configuration du dispositif de suspension en faisant varier un paramètre choisi dans le groupe de l'angle de pince/ouverture, l'angle de carrossage, le déport de la roue. [0011] De préférence aussi, le test subjectif de comportement est un test de comportement à faibles accélérations latérales. [0012] Selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé de caractérisation selon un objet de l'invention, pour chaque configuration du dispositif de suspension testée, on détermine le couple de valeurs effort latéral Fy et déport latéral Dy en roulage ligne droite de façon relative par rapport à une configuration de référence du dispositif de suspension. [0013] De préférence, on fait varier le déport latéral de la roue en introduisant des cales d'écuanteur entre la roue et le dispositif de suspension et on estime la variation de déport latéral par l'épaisseur des cales introduites. [0014] On peut aussi faire varier l'effort latéral de la roue en modifiant l'angle de pince ou l'angle d'ouverture et estimer la variation d'effort latéral par le produit de la rigidité de dérive du pneumatique et de la variation d'angle de pince ou d'angle d'ouverture. [0015] Ces estimations ne nécessitent qu'une caractérisation simple et de routine du pneumatique utilisé. [0016] Selon un second mode de mise en oeuvre du procédé de caractérisation selon un objet de l'invention : - on utilise un modèle du véhicule permettant d'obtenir les relations entre les accélérations imposées au centre de gravité du véhicule et les efforts, moments et attitudes des roues du véhicule pour obtenir les efforts, moments et attitudes au centre-roue de la roue en roulage ligne droite ; - on utilise une caractérisation de la roue reliant la force latérale Fy au déport latéral Dy de la roue ; et - pour chaque configuration testée du dispositif de suspension, on obtient le couple de valeurs effort latéral Fy et déport latéral Dy de la roue en roulage ligne droite. [0017] Ce second mode de mise en oeuvre d'un objet de l'invention a l'avantage d'être beaucoup plus précis. P10-3012 FR -4- 100181 Avantageusement, pour caractériser la roue équipée du pneumatique : (A) on monte la roue sur une machine de test apte à faire rouler la roue sur une surface de roulage mobile dans des conditions données et à mesurer l'ensemble des efforts et des moments au centre roue ; (B) on met en rotation la roue dans une configuration de roulage donnée et on mesure notamment le rayon de roulement Re, ainsi que, au centre roue, les forces radiale Fz et axiale Fy et le moment selon l'axe longitudinal MX; (C) on fait varier la condition de roulage de la roue et on réitère l'étape (B) ; et (D) on établit une caractéristique Fy = f(Dy) dans laquelle Dy est le déport latéral de la roue tel que : Dy = (MX - Fy* Re)/Fz [0019] Selon un second objet, l'invention est un procédé de choix d'au moins une roue équipée d'un pneumatique d'un véhicule dans lequel : (A) on caractérise le véhicule par le procédé précédemment décrit pour obtenir les zones Z de comportement acceptables du véhicule ; (B) on caractérise la roue équipée du pneumatique par le procédé précédemment décrit ; et (C) on choisit le pneumatique et la roue ou on règle le dispositif de suspension du véhicule de telle sorte que le véhicule équipé du pneumatique et de la roue présente un couple de valeurs Fy, Dy en roulage ligne droite compris dans une zone Z de comportement acceptable. [0020] Les procédés de l'invention peuvent être mis en oeuvre roue par roue ou essieu par essieu en ce qui concerne la caractérisation du véhicule. L'avantage de travailler essieu par essieu est de conserver pour les tests de comportement subjectif la symétrie droite/gauche. [0021] Le principal avantage de ces procédés est de caractériser de façon indépendante le véhicule, les roues et les pneumatiques et à partir de ces caractérisations de déterminer directement le choix des pneumatiques et roues conférant au véhicule un bon comportement en roulage à faibles accélérations latérales et si nécessaire de guider le réglage du véhicule pour obtenir une bonne adaptation des pneumatiques disponibles. P10-3012 FR -5- 100221 A partir d'un véhicule caractérisé donné, l'homme du métier fabricant de pneumatiques, peut aussi définir les caractéristiques d'architecture des pneumatiques nécessaires pour obtenir directement un comportement satisfaisant du véhicule équipé de ces pneumatiques. Description des Figures [0023] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins dans lesquels : - la figure 1 présente une vue en coupe axiale d'une roue de véhicule ; 1() - la figure 2 présente de façon schématique les efforts et moments s'appliquant sur la roue montée sur un dispositif de suspension ; - la figure 3 présente le résultat d'une caractérisation d'un véhicule de tourisme ; et - la figure 4 présente une caractérisation dans le plan Fy, Dy d'une roue. Description détaillée de l'invention 15 [0024] A la figure 1, est représenté une roue de véhicule, au sens particulier défini précédemment, comprenant un disque D et une jante J. [0025] On a également représenté sur la figure 1 des éléments géométriques identifiés habituellement sur une roue, à savoir le plan médian M et l'axe A de la roue et le centre CA de la roue, appelé usuellement centre-roue. Le centre CA est un point défini 20 par l'intersection de l'axe A de la roue et d'une face du disque D destinée à venir en appui sur un moyeu portant la roue. [0026] On a également représenté sur la figure 1 un repère géométrique dont l'origine est en MA, intersection entre l'axe A et le plan médian M, dit repère de roue. Ce repère comprend des axes X, Y et Z, orthogonaux entre eux, correspondant respectivement 25 aux directions habituelles longitudinale (axe X), transversale (axe Y) et verticale (axe Z) d'une roue de véhicule. [0027] On notera que, par convention, le sens positif de l'axe Y est dirigé de l'extérieur vers l'intérieur du véhicule et le sens négatif de l'axe Y est dirigé de l'intérieur vers l'extérieur du véhicule. 30 [0028] Lorsque deux roues telles que celle illustrée sur la figure 1 forment des roues opposées d'un même essieu, elles forment chacune une image spéculaire de l'autre. Il P10-3012 FR - 6 - en est donc de même pour les repères de roue liés respectivement aux points MA des roues. [0029] On notera également que, par convention, un couple d'axe sensiblement longitudinal est considéré comme positif lorsqu'il tend à diminuer l'angle de carrossage de la roue et comme négatif lorsqu'il tend à augmenter l'angle de carrossage de la roue. On rappelle que l'angle de carrossage d'une roue est l'angle que fait, dans un plan perpendiculaire au sol et contenant l'axe A de la roue, le plan médian M de la roue avec le plan médian du véhicule. On parle de contre carrossage (ou de carrossage négatif) lorsque les plans médians M des roues d'un même essieu se croisent au dessus du sol. [0030] Enfin, on notera que le déport géométrique d'une roue Dy0 telle que celle représentée sur la figure 1 est la distance entre les points CA et MA. [0031] La figure 2 présente de façon très schématique les efforts et moments s'appliquant à une roue équipée d'un pneumatique P montée sur un dispositif de suspension 80 d'un essieu avant d'un véhicule. [0032] Le dispositif de suspension 80 est schématisé par un amortisseur 82 et un bras de suspension 84 tous les deux liés au moyeu 86. [0033] La roue 14 exerce un moment autour de l'axe X sur le dispositif de suspension : MX. Ce moment a deux composantes, la première MXy est liée à la résultante ou barycentre des efforts dans l'aire de contact orientés selon l'axe Y ou force latérale Fy, et la seconde MXz est liée à la résultante des efforts dans l'aire de contact orientés selon l'axe Z ou force verticale Fz. [0034] La première composante MXy est égale au produit de la force latérale Fy par le rayon de roulement ou rayon écrasé Re. La seconde MXz est égale au produit de la force verticale Fz par le déport de la roue Dy. On a: MXy = Fy* Re et MXz = Fz * Dy [0035] Le déport de la roue Dy correspond au décalage entre CA, le centre roue et le point d'application des efforts verticaux Fz. Ce décalage a deux composantes, une composante géométrique liée à la valeur Dy0 précédemment illustrée, distance entre CA et le plan médian de la roue M, et une composante dynamique correspondant à la P10-3012 FR - 7 - distance entre le plan médian de la roue et le barycentre des efforts verticaux Fz. On appelle cette composante dynamique Dyp. On a: Dy = Dy0 + Dyp [0036] Le déport de la roue peut ainsi être obtenu à partir des mesures au centre roue de la force latérale Fy, de la force verticale Fz et du couple selon l'axe longitudinal MX avec la mesure du rayon de roulement ou rayon écrasé Re. Dy = (MX - Fy * Re)/Fz [0037] On constate ainsi que le moment selon l'axe longitudinal MX exercé par la roue sur le dispositif de suspension, notamment en roulage ligne droite, peut être modifié par deux voies différentes, par des variations de la force latérale Fy et par des modifications du déport de la roue Dy. [0038] Le procédé de caractérisation du comportement d'un véhicule selon un objet de l'invention consiste à effectuer des tests de comportement subjectif à faibles accélérations latérales du véhicule équipé de pneumatiques connus en faisant varier la configuration d'au moins un dispositif de suspension du véhicule et de préférence les deux dispositifs de suspension d'un même essieu. [0039] Ce balayage peut s'effectuer en faisant varier la force latérale Fy en roulage ligne droite. Cela s'obtient notamment en modifiant les angles de pince ou d'ouverture des deux dispositifs de suspension considérés. On rappelle que l'angle de pince correspond en roulage ligne droite à l'angle entre le plan médian du véhicule et le plan médian de la roue. Cet angle est appelé angle de pince lorsque les deux plans médians des deux roues d'un essieu se croisent en avant du véhicule et est appelé ouverture dans le cas contraire. [0040] Le balayage peut aussi être effectué en faisant varier le déport géométrique de la roue Dy0, par exemple en intercalant des cales d' écuanteur entre le centre roue et le moyeu de l'essieu (variation négative) ou en abrasant la face du disque en contact avec le moyeu (variation positive du déport géométrique). [0041] La figure 3 présente les résultats d'une caractérisation d'un véhicule de tourisme. Le balayage des conditions des deux dispositifs de suspension d'un même essieu, l'essieu avant du véhicule, a été réalisé en prenant comme référence un réglage donné de parallélisme et de déport latéral des deux roues. P10-3012 FR -8- 100421 A partir de ces conditions de référence, on a fait varier l'effort Fy en faisant progressivement varier le parallélisme du véhicule, c'est à dire les angles de pince et ouverture jusqu'à déterminer l'optimum du comportement du véhicule pour le réglage de déport de roue donné. On a ensuite répété les tests en ajoutant une cale d'écuanteur de 1 mm d'épaisseur, puis une seconde cale identique pour obtenir une épaisseur totale des cales de 2 mm. La variation correspondante de déport géométrique de la roue a été ainsi une diminution de 1 mm puis de 2 mm. On a estimé la variation du déport de la roue entre la configuration de référence et les deux configurations testées par cette variation du déport géométrique de la roue. [0043] Ces tests permettent d'obtenir pour chaque valeur de déport latéral les conditions de réglage des deux dispositifs de suspension de l'essieu avant du véhicule pour lesquelles le comportement du véhicule est optimum. [0044] Pour chaque configuration des deux dispositifs de suspension testée, on a estimé la variation de la force latérale AFy en effectuant le produit de la rigidité de dérive des pneumatiques par la variation d'angle de pince ou d'ouverture effectuée et on a estimé la variation de déport latéral ADy par l'épaisseur des cales d'écuanteur retirées (1 et 2 mm). [0045] On obtient ainsi les résultats illustrés à la figure 3. Ces résultats montrent que pour chaque valeur de ADy, il existe une zone Z d'efforts latéraux AFy pour laquelle le comportement du véhicule est optimum. Cette zone Z est telle que plus on rajoute de cale (diminution du déport), plus l'effort Fy doit être d'amplitude croissante. La pente de cette zone Z peut être positive ou négative selon la configuration de référence des deux dispositifs de suspension de l'essieu considéré. [0046] Ce graphe confirme que le comportement d'un véhicule en roulage ligne droite et à de faibles accélérations latérales est lié notamment aux moments exercés par les roues et les pneumatiques autour de l'axe longitudinal MX et à leurs deux composantes MXy et MXz et que ce comportement peut être décrit de façon satisfaisante dans le plan Fy, Dy. [0047] La figure 3 utilise en abscisse et en ordonnée des variations de déport latéral et de force latérale respectivement dont l'estimation est aisée en connaissant les caractéristiques des pneumatiques et des roues utilisés. P10-3012 FR -9- 100481 On peut aussi obtenir des évaluations sensiblement plus précises du couple effort latéral et déport latéral. Ces évaluations utilisent une caractéristique de la roue obtenue expérimentalement Fy=f(Dy) couplée à un modèle de véhicule. [0049] La figure 4 présente le résultat de la caractérisation d'une roue comportant un pneumatique, une jante et un disque donnés et un déport géométrique donné. [0050] Cette caractérisation a été réalisée sur une rouleuse usuelle dans des conditions suivantes : - pneumatique : Michelin Energy Saver de dimension 205 / 55 R 16; - jante 6.5 J 16; - charge verticale : 4 200 N; - pression de gonflage : 2,4 bars ; - vitesse : 100 km/h. - angle de dérive : de - 1 à+ 1 degré : - angle de carrossage : 0 degré. [0051] Les résultats montrent une relation directe, quasi linéaire, entre le déport de roue Dy et la force latérale Fy. [0052] Un modèle du véhicule peut notamment être obtenu par des caractérisations statiques sur un banc de type K & C. Un tel modèle permet de relier les accélérations au centre de gravité du véhicule et les efforts, moments et attitudes des roues du véhicule pour obtenir les efforts, moments et attitudes au centre-roue de la roue en roulage ligne droite, et notamment les forces latérale Fy et radiale Fz ainsi que le moment selon l'axe longitudinal MX et le rayon de roulement Re. [0053] Un tel modèle véhicule est bien connu de l'homme du métier des véhicules et est décrit notamment dans l'article de Deepak Parekh, Bruce Whittle, David Stalnaker, Ed Uhlir, "Laboratory Tire Wear Simulation Process Using ADAMS Vehicle 1VIodel", Society of Automotive Engineers (SAE), Technical Paper Series 961001 (International Congress and Exposition Detroit, Michigan, February 26-29, 1996). [0054] L'utilisation de ce modèle permet ainsi de connaître pour la configuration de référence des dispositifs de suspension des essieux du véhicule ainsi que pour toutes les configurations testées l'ensemble des efforts et moments appliqués à la roue au centre-roue et notamment la force latérale Fy, la force radiale Fz et le couple MX. P10-3012 FR - 10 - [0055] Par couplage avec la caractéristique de la roue Fy=f(Dy), on peut ainsi tenir compte dans la détermination de la force latérale Fy et du déport latéral Dy des interactions entre la roue et les réglages des dispositifs de suspension. La précision des déterminations est ainsi excellente. [0056] Après avoir déterminé pour le véhicule concerné les zones Z de comportement acceptables, il est possible de réaliser a priori une adaptation fine des pneumatiques, des roues et des véhicules. [0057] Pour un véhicule donné, l'homme du métier des pneumatiques peut notamment ajuster les paramètres de construction des pneumatiques, par exemple leur conicité et leur rigidité de dérive pour jouer sur les forces latérales ainsi que la relation entre le déport latéral dynamique et la force latérale du pneumatique pour obtenir a priori un excellent comportement du véhicule équipé de ces pneumatiques. P10-3012 FR REVENDICATIONS1. Procédé de caractérisation du comportement d'un véhicule donné comprenant une caisse, au moins une roue (14) comprenant un disque, une jante et un pneumatique donnés et au moins un dispositif de suspension (80) reliant la roue (14) à la caisse, caractérisé en ce que : (D) pour une configuration du dispositif de suspension donnée, on effectue un test de comportement subjectif dudit véhicule pour déterminer si ledit comportement dudit véhicule est acceptable ou non ; (E) on modifie la configuration dudit dispositif de suspension de façon à balayer les valeurs respectives du couple effort latéral Fy et déport latéral Dy de ladite roue en roulage ligne droite et pour chaque configuration testée dudit dispositif de suspension on effectue à nouveau l'étape de caractérisation (A) ; (F) pour chaque configuration testée du dispositif de suspension, on détermine le couple de valeurs effort latéral Fy et déport latéral Dy de ladite roue en roulage ligne droite ; et (G) on détermine dans le plan Fy, Dy les zones Z de comportement acceptable dudit véhicule. 2. Procédé de caractérisation selon la revendication 1, dans lequel on modifie la configuration du dispositif de suspension en faisant varier un paramètre choisi dans le groupe de l'angle de pince/ouverture, l'angle de carrossage, le déport de la roue. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le test subjectif de comportement est un test de comportement à faibles accélérations latérales. 4. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, pour chaque configuration du dispositif de suspension testée, on détermine le couple de valeurs effort latéral Fy et déport latéral Dy de façon relative par rapport à une configuration de référence du dispositif de suspension. 5. Procédé de caractérisation selon la revendication 4, dans lequel on fait varier le déport latéral de la roue en introduisant des cales d' écuanteur entre la roue et le dispositif de suspension et on estime la variation de déport latéral par l'épaisseur des P10-3012 FR- 12 - cales introduites et dans lequel on fait varier l'effort latéral de la roue en modifiant l'angle de pince ou l'angle d'ouverture et on estime la variation d'effort latéral par le produit de la rigidité de dérive du pneumatique et de la variation d'angle de pince ou d'angle d'ouverture. 6. Procédé de caractérisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel : - on utilise un modèle dudit véhicule permettant d'obtenir les relations entre les accélérations imposées au centre de gravité du véhicule et les efforts, moments et attitudes des roues du véhicule pour obtenir les efforts, moments et attitudes au centre-roue de ladite roue en roulage ligne droite ; - on utilise une caractérisation de ladite roue reliant la force latérale Fy au déport latéral Dy de ladite roue ; et - pour chaque configuration testée du dispositif de suspension, on obtient le couple de valeurs effort latéral Fy et déport latéral Dy de ladite roue en roulage ligne droite. 7. Procédé de caractérisation selon la revendication 6, dans lequel pour caractériser ladite roue : (A) on monte ladite roue sur une machine de test apte à faire rouler ladite roue sur une surface de roulage mobile dans des conditions données et à mesurer l'ensemble des efforts et des moments au centre roue ainsi que le rayon de roulement ; (B) on met en rotation ladite roue dans une configuration de roulage donnée et on mesure notamment le rayon de roulement Re, les forces radiale Fz et axiale Fy ainsi que le moment selon l'axe longitudinal MX; (C) on fait varier la condition de roulage de ladite roue et on réitère l'étape (B) ; et (D) on établit une caractéristique Fy = f(Dy) dans laquelle Dy est le déport latéral de la roue tel que : Dy = (MX - Fy * Re)/Fz 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on met en oeuvre ledit procédé pour chaque ensemble dispositif de suspension/roue du véhicule, successivement. P10-3012 FR- 13 - 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, ledit véhicule comprenant au moins deux essieux, chaque essieu étant équipé de deux dispositifs de suspension et de deux roues, on met en oeuvre ledit procédé essieu par essieu. 10. Procédé de choix d'au moins une roue équipée d'un pneumatique d'un véhicule dans lequel : (A) on caractérise ledit véhicule par le procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 pour obtenir les zones Z de comportement acceptables dudit véhicule ; (B) on caractérise ladite roue en déterminant la caractéristique Fy f(Dy) de ladite roue ; et (C) on choisit le pneumatique et la roue ou on règle le dispositif de suspension dudit véhicule de telle sorte que le véhicule équipé dudit pneumatique et de ladite roue présente un couple de valeurs Fy, Dy en roulage ligne droite compris dans une zone Z de comportement acceptable. P10-3012 FR