Brevet FR3109332A1 — publié le 20211022

L'invention porte sur un système de suspension d'un véhicule comprenant pour chaque roue un amortisseur (12) à caractéristiques d'amortissement variables monté entre une caisse (13) du véhicule et une masse non suspendue (14), - ledit amortisseur (12) à caractéristiques d'amortissement variables étant commandé par un calculateur (17) de suspension embarqué, - ledit calculateur (17) de suspension mettant en œuvre une loi commande dite de type "Skyhook" tendant à maîtriser un mouvement de la caisse (13) du véhicule à un degré de liberté par rapport à un point virtuel se déplaçant à une même vitesse horizontale que le véhicule, - un effort d’amortissement de l'amortisseur (12) à caractéristiques d'amortissement variables issu de la loi d'amortissement étant obtenu par le produit entre une vitesse absolue de la caisse (13) du véhicule et une fonction de transfert définie par un coefficient d'amortissement, quatre pulsations, ainsi que deux ordres non entiers. Figure 3 SYSTEME DE SUSPENSION D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention porte sur un système de suspension d'un véhicule automobile comprenant, pour chaque roue, un amortisseur à caractéristiques d'amortissement variables pouvant être réglées par un actionneur commandé par un calculateur de suspension embarqué. L'invention concerne donc le domaine des liaisons au sol d'un véhicule et plus particulièrement le confort de suspension du véhicule. L'invention porte sur une stratégie d'optimisation de la loi d'amortissement de la suspension. Il existe des systèmes de suspension pilotés munis d'amortisseurs commandés suivant une loi d'amortissement tendant à maîtriser le mouvement de la caisse du véhicule à un degré de liberté par rapport à un point virtuel (le "ciel") se déplaçant à la même vitesse horizontale que le véhicule. Une telle loi de commande est appelée de type "Skyhook" par opposition aux lois d'amortissement de type "Roadhook" qui visent le comportement des roues par rapport au sol. Suivant la modélisation correspondante, la caisse est isolée des sollicitations de la route comme si la caisse était virtuellement suspendue à une référence fixe, ici le "ciel". L’effort d’amortissement généré par la suspension suit, ou tente de suivre, l’effort que fournirait cet amortisseur virtuel produisant un effort proportionnel à la vitesse verticale absolue de la caisse (vitesse vis-à-vis de la référence fixe "ciel"). La figure 1 montre un modèle classique d'un système de suspension quart de véhicule comportant, pour chaque roue, un ressort 11 de raideur k 2 , par exemple de l'ordre de 26000 N/m, et un amortisseur 12 à caractéristiques d'amortissement variables, dit amortisseur variable, montés entre une caisse 13 du véhicule et une masse non suspendue 14. L'amortisseur variable 12 est de type "semi-actif" dans la mesure où il ne reçoit pas d'apport d'énergie pour générer un mouvement. L'amortisseur variable 12 pourra être, de façon connue en soi, à pilotage magnétique de façon à modifier, en fonction d'un courant, la viscosité de l’huile par l’ajout de particules magnétiques. En variante, l'amortisseur variable 12 pourra comporter une électrovanne pilotée permettant de modifier une vitesse de passage de l'huile d'une chambre à une autre. L'amortisseur variable 12 présente un amortissement minimal b 2 0 et est apte à produire un effort variable F ash défini plus en détails ci-après. La masse non suspendue 14 correspond à un ensemble formé par la roue y compris le pneu, un système de freinage monté sur la roue et une partie d'un essieu correspondant. Cet ensemble présente une masse m 1 , par exemple de l'ordre de 40kg, tandis que la caisse 13 présente une masse m 2 par exemple supérieure à 250kg. La masse non suspendue 14 est en contact avec le sol par l’intermédiaire d'un pneu 15 ayant une raideur k 1 et un coefficient d'amortissement visqueux b 1 . La raideur k 1 est par exemple de l'ordre de 300000N/m tandis que le coefficient d'amortissement b 1 est par exemple de l'ordre 50Ns/m. Dans la bande de fréquence analysée, on considère que le pneu 15 suit la courbe de la route. On ne prend donc pas en compte les valeurs de raideur k 1 et de coefficient d'amortissement b 1 du pneu 15 dans le cadre de l'étude vibratoire. L'amortisseur variable 12 est commandé par un calculateur 17 de suspension embarqué. Le calculateur 17 met en œuvre une loi de commande de type "Skyhook". La mise en équation sous forme de bloc diagramme de la loi de commande est représentée sur la figure 2. Cette mise en équation est effectuée dans le domaine de Laplace. La variable "s" est donc liée à l'expression d'une grandeur physique dans le domaine de Laplace tandis que la variable "t", apparaissant sur les figures, est liée à l'expression de la grandeur physique dans le domaine temporel. On définit une impédance de suspension I s0 (s) égale au ratio entre une force de suspension F s (s) appliquée à la roue et à la caisse 13 divisée par un écart relatif V 12 (s) entre la vitesse verticale absolue V 2 (s) de la caisse 13 et la vitesse verticale de la masse non-suspendue V 1 (s),soit: Avec : - k 2 étant la raideur du ressort 11 de la suspension, - b 2 0 étant l'amortissement minimal de l'amortisseur variable 12. L'effort F ash (s) généré par l’amortisseur variable 12 via une boucle de rétroaction est proportionnel à la vitesse verticale absolue V 2 (s) de la caisse 13. Autrement dit, l'effort F ash (s) généré par l'amortisseur variable 12 est égal au produit entre la vitesse verticale absolue V 2 (s) de la caisse 13 et un coefficient b sh , soit F ash (s)=-b sh .V 2 (s). La somme de la force de suspension F s (s) et d'un report de charge F 0 (s) à laquelle on soustrait l'effort F ash (s) généré par l’amortisseur variable 12 est appliquée en entrée d'un bloc d'admittance A 2 (s) de la masse suspendue qui permet de déterminer la vitesse verticale absolue V 2 (s) de la caisse 13. Le report de charge F 0 (s) est une entrée d'effort sur la suspension correspondant par exemple à un transfert d'effort au cours d'une phase de freinage ou en virage. L'admittance A 2 (s) est définie comme suit: Avec : - m 2 étant la masse de la caisse 13. Le digramme simplifié à retour unitaire comporte une admittance équivalente A* 2 (s) définie comme suit: Avec: - m 2 étant la masse de la caisse 13, et - b sh étant un coefficient égal par exemple à 3000 Ns/m. La loi de commande de type "Skyhook" est bien adaptée sur le plan de l’isolation vibratoire de la caisse 13. Néanmoins, pour le franchissement d’obstacles isolés, cette loi de commande trouve une limite lorsque l’amplitude de l’obstacle à franchir est supérieure à la course disponible de la suspension. L’invention vise à résoudre efficacement ce problème sécuritaire en proposant un système de suspension d'un véhicule comprenant pour chaque roue un amortisseur à caractéristiques d'amortissement variables monté entre une caisse du véhicule et une masse non suspendue correspondant à un ensemble formé par la roue, un système de freinage monté sur la roue et une partie d'un essieu, - ledit amortisseur à caractéristiques d'amortissement variables étant commandé par un calculateur de suspension embarqué, - ledit calculateur de suspension mettant en œuvre une loi commande dite de type "Skyhook" tendant à maîtriser un mouvement de la caisse du véhicule à un degré de liberté par rapport à un point virtuel se déplaçant à une même vitesse horizontale que le véhicule, - un effort d’amortissement de l'amortisseur à caractéristiques d'amortissement variables issu de la loi d'amortissement étant obtenu par le produit entre une vitesse absolue de la caisse du véhicule et une fonction de transfert définie par un coefficient d'amortissement, quatre pulsations, ainsi que deux ordres non entiers. L'invention permet de réduire l'amplification du mouvement de la caisse et d'améliorer les performances de filtrage des vibrations. Selon une réalisation de l'invention, la fonction de transfert est exprimée dans l’espace de Laplace. Selon une réalisation de l'invention, la fonction de transfert est définie de la façon suivante: Avec : - s étant une variable de Laplace, - F acsh (s) étant l’effort d'amortissement généré par l’amortisseur à caractéristiques d'amortissement variables, - V 2 (s) étant la vitesse verticale absolue de la caisse, - C 0 étant le coefficient d'amortissement, - m i et m d étant les ordres non entiers, - ω ib étant une première pulsation, - ω ih étant une deuxième pulsation, - ω db étant une troisième pulsation, et - ω dh étant une quatrième pulsation. Selon une réalisation de l'invention, le coefficient d'amortissement est compris 5000 et 10000 Ns/m. Selon une réalisation de l'invention, l'ordre non entier m i est compris entre 0 inclus et 1 inclus. Selon une réalisation de l'invention, l'ordre non entier m d est compris entre 1 inclus et 2 exclu. Selon une réalisation de l'invention, la première pulsation est inférieure à la deuxième pulsation, laquelle est inférieure à la troisième pulsation, laquelle est inférieure à la quatrième pulsation. Selon une réalisation de l'invention, la fréquence correspondante de chaque pulsation est comprise entre 0Hz et 5Hz. Selon une réalisation de l'invention, pour un dimensionnement donné du système de suspension et des performances en isolation vibratoire souhaitées, les valeurs du coefficient d'amortissement, des deux ordres non entiers, et des quatre pulsations sont figées. L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un système de suspension tel que précédemment défini. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention. La figure 1, déjà décrite, montre un modèle de suspension quart de véhicule mettant en œuvre une loi de commande de type "Skyhook" tel que défini selon l'état de la technique; La figure 2, déjà décrite, montre la mise en équation sous forme de bloc-diagramme, de la loi de commande utilisée avec le modèle de suspension de la figure 1; La figure 3 montre un modèle de suspension quart de véhicule mettant en œuvre une loi de commande de type "Skyhook" tel que défini selon la présente invention; La figure 4 montre la mise en équation sous forme de bloc-diagramme de la loi de commande utilisée avec le modèle de suspension de la figure 3; La figure 5 est une représentation du transfert obtenu par le rapport entre la position verticale de la caisse et le déplacement vertical de la route (relief) en fonction de la fréquence pour différents types de systèmes de suspension. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 3 montre un modèle d'un système de suspension quart de véhicule comportant, pour chaque roue, un ressort 11 de raideur k 2 , par exemple de l'ordre de 26000 N/m, et un amortisseur 12 à caractéristiques d'amortissement variables, dit amortisseur variable, montés entre une caisse 13 du véhicule et une masse non suspendue 14. L'amortisseur variable 12 est de type "semi-actif" dans la mesure où il ne reçoit pas d'apport d'énergie pour générer un mouvement. L'amortisseur variable 12 pourra être, de façon connue en soi, à pilotage magnétique de façon à modifier, en fonction d'un courant, la viscosité de l’huile par l’ajout de particules magnétiques. En variante, l'amortisseur variable 12 pourra comporter une électrovanne pilotée permettant de modifier une vitesse de passage de l'huile d'une chambre à une autre. L'amortisseur variable 12 présente un amortissement minimal b 2 0 et est apte à produire un effort variable F acsh défini plus en détails ci-après. De préférence, l'amortissement minimal b 2 0 est calculé de manière que le rebond de la roue à sa fréquence propre soit contenu suivant un facteur d’amplification inférieur à 3. L'amortissement minimal b 2 0 est par exemple de l'ordre de 1000 Ns/m. La masse non suspendue 14 correspond à un ensemble formé par la roue y compris le pneu, un système de freinage monté sur la roue et une partie d'un essieu correspondant. Cet ensemble présente une masse m 1 , par exemple de l'ordre de 40kg, tandis que la caisse 13 présente une masse m 2 par exemple supérieure à 250kg. La masse non suspendue 14 est en contact avec le sol par l’intermédiaire d'un pneu 15 ayant une raideur k 1 et un coefficient d'amortissement visqueux b 1 . La raideur k 1 est par exemple de l'ordre de 300000N/m tandis que le coefficient d'amortissement b 1 est par exemple de l'ordre 50Ns/m. Dans la bande de fréquence analysée, on considère que le pneu 15 suit la courbe de la route. On ne prend donc pas en compte les valeurs de raideur k 1 et de coefficient d'amortissement b 1 du pneu 15 dans le cadre de l'étude vibratoire. L'amortisseur variable 12 est commandé par un calculateur 17 de suspension embarqué. Le calculateur 17 de suspension met en œuvre une loi de commande de type "Skyhook" tendant à maîtriser un mouvement de la caisse 13 du véhicule à un degré de liberté par rapport à un point virtuel se déplaçant à une même vitesse horizontale que le véhicule. La mise en équation sous forme de bloc diagramme de la loi de commande est représentée sur la figure 4. Cette mise en équation est effectuée dans le domaine de Laplace. La variable "s" est donc liée à l'expression d'une grandeur physique dans le domaine de Laplace tandis que la variable "t", apparaissant sur les figures, est liée à l'expression de la grandeur physique dans le domaine temporel. On définit une impédance de suspension I s0 (s) égale au ratio entre une force de suspension F s (s) appliquée à la roue et à la caisse 13 divisée par un écart relatif V 12 (s) entre la vitesse verticale absolue de la caisse V 2 (s) et la vitesse verticale de la masse non-suspendue V 1 (s),soit: Avec : - k 2 étant la raideur du ressort 11 de la suspension, - b 2 0 étant l'amortissement minimal de l'amortisseur variable 12. L'effort d'amortissement F acsh (s) généré par l’amortisseur variable 12 via une boucle de rétroaction et issu de la loi d'amortissement est obtenu par le produit entre une vitesse verticale absolue V 2 (s) de la caisse 13 du véhicule et une fonction de transfert C csh (s) définie par un coefficient d'amortissement C 0 , quatre pulsations ω ib , ω ih , ω db , ω dh ainsi que deux ordres non entiers m i , m d . Plus précisément, la fonction de transfert C csh (s) est définie de la façon suivante: Avec : - F a csh (s) étant l’effort d'amortissement généré par l’amortisseur variable 12, - V 2 (s) étant la vitesse verticale absolue de la caisse 13, - C 0 étant le coefficient d'amortissement, - m i et m d étant les ordres non entiers - ω ib étant une première pulsation, - ω ih étant une deuxième pulsation, - ω db étant une troisième pulsation et - ω dh étant une quatrième pulsation. De préférence, le coefficient d'amortissement C 0 est compris entre 5000 et 10000 Ns/m. L'ordre m i est compris entre 0 inclus et 1 inclus. L'ordre m d est compris entre 1 inclus et 2 exclu. Par ailleurs, la première pulsation ω ib est inférieure à la deuxième pulsation ω ih , laquelle est inférieure à la troisième pulsation ω db , laquelle est inférieure à la quatrième pulsation ω dh . La fréquence correspondante de chaque pulsation ω ib , ω ih , ω db , ω dh est comprise entre 0Hz et 5Hz. La somme de la force de suspension F s (s) et d'un report de charge F 0 (s) à laquelle on soustrait l'effort F acsh (s) généré par l’amortisseur variable 12 est appliquée en entrée d'un bloc d'admittance A 2 (s) de la masse suspendue qui permet de déterminer la vitesse verticale absolue V 2 (s) de la caisse 13. Le report de charge F 0 (s) est une entrée d'effort sur la suspension correspondant par exemple à un transfert d'effort au cours d'une phase de freinage ou en virage. L'admittance A 2 (s) est définie comme suit: Avec : - m 2 étant la masse de la caisse 13. Le digramme simplifié à retour unitaire comporte une admittance équivalente A* 2 (s) définie comme suit: Avec : - m 2 étant la masse de la caisse 13, et - C csh (s) étant la fonction de transfert précédemment définie. Dans le plan de Black-Nichols, la fonction de transfert en boucle ouverte tangente le contour d'amplitude à 0 dB et traverse des zones où l'atténuation est la plus importante possible. La figure 5 est une représentation graphique, lors d'un mouvement de pompage, d'un déplacement Zc de la caisse 13 par rapport à une variation de la route Zr (ratio Zc/Zr) en fonction d'une fréquence f exprimée en Hertz. La courbe C1 a été obtenue pour l'amortissement minimal b 2 0 de l'amortisseur variable 12. La courbe C2 a été obtenue pour un amortisseur classique non-variable. La courbe C3 a été obtenue pour un amortisseur variable 12 mettant en œuvre une loi de commande de type "Skyhook" classique. La courbe C4 a été obtenue pour un amortisseur variable 12 mettant en œuvre une loi de commande de type "Skyhook" selon la présente invention. Ces courbes mettent en évidence qu'entre 0.5Hz et 2Hz la loi de commande selon l'invention réduit l'amplification du mouvement de la caisse 13 par rapport aux autres systèmes. Au-delà de 2Hz, la loi de commande selon l'invention améliore le filtrage des vibrations. Pour un dimensionnement donné du système de suspension (masses, raideurs…) et des performances en isolation vibratoire (Confort Basse Fréquence) souhaitées, les valeurs du coefficient d'amortissement C 0 , des deux ordres non entiers m i , m d , des quatre pulsations ω ib , ω ih , ω db , ω dh sont figées. La loi de commande selon l'invention a été décrite dans le cadre d'un mouvement de pompage et pourra se décliner pour les autres mouvements basse fréquence de la caisse 13, à savoir le tangage et le roulis. Système de suspension d'un véhicule comprenant pour chaque roue un amortisseur (12) à caractéristiques d'amortissement variables monté entre une caisse (13) du véhicule et une masse non suspendue (14) correspondant à un ensemble formé par la roue, un système de freinage monté sur la roue et une partie d'un essieu, - ledit amortisseur (12) à caractéristiques d'amortissement variables étant commandé par un calculateur (17) de suspension embarqué, - ledit calculateur (17) de suspension mettant en œuvre une loi commande dite de type "Skyhook" tendant à maîtriser un mouvement de la caisse (13) du véhicule à un degré de liberté par rapport à un point virtuel se déplaçant à une même vitesse horizontale que le véhicule, caractérisé en ce qu'un effort d’amortissement (F acsh (s)) de l'amortisseur (12) à caractéristiques d'amortissement variables issu de la loi d'amortissement est obtenu par le produit entre une vitesse absolue (V 2 (s)) de la caisse (13) du véhicule et une fonction de transfert (C csh (s)) définie par un coefficient d'amortissement (C 0 ), quatre pulsations (ω ib , ω ih , ω db , ω dh ), ainsi que deux ordres non entiers (m i , m d ). Système de suspension selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction de transfert (C csh (s)) étant exprimée dans l’espace de Laplace, la fonction de transfert (C csh (s)) est définie de la façon suivante: Avec : - s étant une variable de Laplace, - F acsh (s) étant l’effort d'amortissement généré par l’amortisseur à caractéristiques d'amortissement variables (12), - V 2 (s) étant la vitesse verticale absolue de la caisse (13), - C 0 étant le coefficient d'amortissement, - m i et m d étant les ordres non entiers, - ω ib étant une première pulsation, - ω ih étant une deuxième pulsation, - ω db étant une troisième pulsation, et - ω dh étant une quatrième pulsation. Système de suspension selon la revendication 2, caractérisé en ce que le coefficient d'amortissement (C 0 ) est compris entre 5000 et 10000 Ns/m. Système de suspension selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'ordre non entier m i est compris entre 0 inclus et 1 inclus. Système de suspension selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'ordre non entier m d est compris entre 1 inclus et 2 exclu. Système de suspension selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la première pulsation (ω ib ) est inférieure à la deuxième pulsation (ω ih ), laquelle est inférieure à la troisième pulsation (ω db ), laquelle est inférieure à la quatrième pulsation (ω dh ). Système de suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fréquence correspondante de chaque pulsation (ω ib , ω ih , ω db , ω dh ) est comprise entre 0Hz et 5Hz. Système de suspension selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que pour un dimensionnement donné du système de suspension et des performances en isolation vibratoire souhaitées, les valeurs du coefficient d'amortissement (C 0 ), des deux ordres non entiers (m i , m d ), et des quatre pulsations (ω ib , ω ih , ω db , ω dh ) sont figées. Véhicule automobile comportant un système de suspension tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.