FR3047561A1 - Systeme et procede de caracterisation de la loi de flexibilite d’une suspension d’un train de vehicule - Google Patents

Abstract

Un système (SC) permet de caractériser une suspension d'un train (TV) de roues (RV) d'un véhicule (V) comprenant une caisse (CV). Ce système (SC) comprend : - des moyens de mesure (A1, A2, CD, CF) mesurant au moins un débattement relatif entre cette roue (RV) et une partie de la caisse (CV) et des efforts exercés par les roues (RV) sur un support (SV), - des moyens de levage (ML) propres à soulever d'une hauteur choisie une partie du véhicule (V) comprenant le train (TV), et - des moyens d'analyse (MA) propres, consécutivement à la désolidarisation du véhicule (V) des moyens de levage (ML), à identifier une loi de flexibilité de la suspension à partir des mesures.

Description

SYSTÈME ET PROCÉDÉ DE CARACTÉRISATION DE LA LOI DE FLEXIBILITÉ D’UNE SUSPENSION D’UN TRAIN DE VÉHICULE L’invention concerne les véhicules comprenant au moins un train muni d’une suspension passive, et plus précisément les systèmes et procédés permettant de caractériser de telles suspensions.

Il est rappelé que les paramètres fonctionnels d’une suspension sont définis par une flexibilité, un amortissement et un frottement, ainsi qu’un comportement hystérétique des articulations élastiques. La flexibilité représente la déformation subie en fonction de la charge et donc la variation d’effort de la suspension en fonction de l’écrasement. Elle correspond donc à l’inverse de la raideur. Ce sont les ressorts, les butées d’attaque et de détente et les raideurs parasites d’un train de véhicule qui participent à la flexibilité.

Aujourd’hui, pour caractériser les suspensions passives d’un véhicule, on doit utiliser un banc de contrôle. Compte tenu du nombre important de paramètres fonctionnels devant être déterminés pour caractériser une suspension, un tel banc de contrôle est généralement très complexe et donc très onéreux, et ne permet pas de caractériser l’ensemble des paramètres fonctionnels. De plus, la caractérisation nécessitant souvent plusieurs jours et le banc de contrôle étant généralement utilisé de façon permanente, chaque caractérisation doit être planifiée longtemps à l’avance. Il arrive donc fréquemment qu’il soit impossible de caractériser les suspensions d’un véhicule avant un essai d’endurance ou une phase de mesures destinée à effectuer une corrélation par rapport à des résultats de calculs théoriques. Or, la vérification des paramètres fonctionnels théoriques s’avère insuffisante du fait que les lois réelles régissant les suspensions réelles d’un véhicule sont dispersives et peuvent différer des lois théoriques. C’est notamment le cas pour la caractérisation de l’amortissement qui ne peut se faire sur des bancs de contrôle classiques, et donc nécessite des bancs spécifiques. Cet inconvénient est d’autant plus gênant que la vérification précitée se fait généralement sous sollicitations harmoniques et qu’il n’est pas toujours possible de caractériser les lots de fabrication d’amortisseurs qui sont montés sur le véhicule. Des caractérisations séparées doivent donc être effectuées pour déterminer la flexibilité et l’amortissement, et encore sans que l’intégralité de la plage de débattement de la suspension puisse être investiguée.

Il a certes été proposé, notamment dans le document brevet WO2012/129309, un banc de contrôle simplifié. Mais celui-ci est destiné à réaliser des diagnostics de suspensions de véhicule pour l’amortissement, mais pas une véritable caractérisation (et en tout cas pas une détermination de la loi de flexibilité (qui correspond à l’inverse de la raideur)), ce qui s’avère insuffisant. De plus, un tel banc de contrôle s’avère encore assez onéreux du fait des moyens qui sont nécessaires à la génération d’impulsions de type Dirac.

Il est également possible, comme évoqué précédemment, de ne caractériser qu’une sous-partie d’une suspension, comme par exemple seulement l’amortissement. Cela s’avère plus rapide qu’une caractérisation sur un banc de contrôle, mais cela ne peut se faire usuellement que dans un mode harmonique et le plus souvent pour des vitesses d’amortissement qui ne couvrent pas toute la plage de fonctionnement. De plus, les amortisseurs sont rarement caractérisés de façon unitaire, mais par sélection au hasard d’un amortisseur d’un lot, voire seulement d’un amortisseur ayant fonctionnellement une même loi d’amortissement. Par ailleurs, si l’on veut vraiment caractériser les moyens participant à l’amortissement au sein d’une suspension, il faut démonter ces moyens, ce qui n’est pas toujours faisable ou bien s’avère chronophage. L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation.

Elle propose notamment à cet effet un système, destiné à caractériser simplement une suspension passive d’au moins un train de roues d’un véhicule comprenant une caisse, et comprenant : - des moyens de mesure propres à mesurer au moins un débattement relatif entre cette roue et une partie de la caisse située au-dessus de cette roue et des efforts exercés par les roues du train sur un support placé sous elles, - des moyens de levage propres à soulever d’une hauteur choisie au moins une partie du véhicule comprenant le train, et - des moyens d’analyse propres, consécutivement à une désolidarisation dudit véhicule des moyens de levage, à identifier une loi de flexibilité de la suspension à partir des mesures délivrées par les moyens de mesure.

Cela permet de réaliser des caractérisations de suspensions simples, rapides (à réaliser et à mettre en oeuvre), et économiques.

Le système selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - la hauteur de soulèvement peut être choisie de sorte qu’elle induise une saturation choisie (c’est-à-dire plus ou moins importante) de butées d’attaque de la suspension après que les roues du train soulevé aient contactées de nouveau le support ; - ses moyens d’analyse peuvent être agencés pour identifier la loi de flexibilité de la suspension en attaque et en détente ; - ses moyens d’analyse peuvent être agencés pour assimiler la partie soulevée du véhicule à un système à deux degrés de liberté, et pour identifier la loi de flexibilité de la suspension au moyen d’une méthode de traitement de signal et d’une méthode d’optimisation sous contrainte(s) appliquée(s) aux mesures obtenues avec ce système à deux degrés de liberté ; > ses moyens d’analyse peuvent être agencés pour estimer, au moyen de la méthode de traitement de signal et de la méthode d’optimisation sous contrainte(s) appliquée(s) aux mesures obtenues avec le système à deux degrés de liberté, au moins un paramètre fonctionnel de la suspension choisi parmi (au moins) une valeur de frottement de la suspension, une estimation de la loi d’amortissement, un coefficient de raideur de pneus équipant les roues, la masse suspendue et la masse non suspendue ; • ses moyens d’analyse peuvent être agencés pour comparer, au moyen d’au moins un filtrage choisi, des valeurs estimées, représentatives d’au moins un paramètre fonctionnel de la suspension, à une courbe théorique correspondante et issue de calculs ; - certains des moyens de mesure peuvent être des capteurs d’efforts, installés dans le support dans des zones situées sous les roues du train soulevé, et propres à mesurer un effort exercé par chacune de ces roues sur le support ; - en variante, certains des moyens de mesure peuvent être des capteurs d’efforts, installés dans les roues du train soulevé, et propres à mesurer un effort exercé par chacune de ces roues sur le support, comme par exemple des roues dynamométriques ou tout autre système permettant la mesure d’un torseur au centre de la roue ; - ses moyens de mesure peuvent être également propres à mesurer une accélération d’au moins une roue du train et/ou une accélération d’une partie de la caisse située à proximité de cette roue. L’invention propose également un procédé, destiné à permettre la caractérisation d’une suspension passive d’au moins un train de roues d’un véhicule comprenant une caisse, et comprenant : - une première étape dans laquelle on place le véhicule sur un support, on couple au moins une partie du véhicule à des moyens de levage, et on solidarise au véhicule des moyens de mesure qui sont propres à mesurer au moins un débattement relatif entre cette roue et une partie de la caisse située au-dessus de cette roue et des efforts exercés par les roues du train sur le support, - une deuxième étape dans laquelle on soulève d’une hauteur choisie (de manière à plus ou moins saturer les butées d’attaque) au moins une partie du véhicule comprenant le train avec les moyens de levage, - une troisième étape dans laquelle on désolidarise le véhicule des moyens de levage et on enregistre des mesures délivrées par les moyens de mesure consécutivement à cette désolidarisation, et - une quatrième étape dans laquelle on identifie avec des moyens d’analyse une loi de flexibilité de la suspension à partir de ces mesures enregistrées. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un exemple de réalisation d’un système de caractérisation selon l’invention, en cours d’utilisation, - la figure 2 illustre de façon schématique au sein d’un diagramme un exemple d’évolution temporelle du débattement relatif (dr) entre une roue d’un train de véhicule et une partie de la caisse de ce véhicule, avant et après le lâcher du véhicule, - la figure 3 illustre de façon schématique au sein d’un diagramme un exemple d’évolution temporelle de l’effort (f) exercé sur un support par les roues d’un train de véhicule, avant et après le lâcher du véhicule, et - la figure 4 illustre de façon schématique au sein d’un diagramme un premier exemple (c1) d’évolution de l’effort (f) mesuré et filtré lors du lâcher d’un véhicule, en fonction du débattement relatif (dr) d’un train de ce véhicule, un deuxième exemple (c2) d’évolution de l’effort (f) en fonction du débattement relatif (dr), identifié au moyen de traitements mathématiques appliqués aux mesures filtrées c1 par un système de caractérisation selon l’invention, et un troisième exemple (c3) d’évolution de l’effort (f) en fonction du débattement relatif de ce même train, déterminée au moyen d’un banc de contrôle de l’art antérieur (et donc seulement en quasi statique). L’invention a notamment pour but de proposer un système SC, et un procédé associé, destiné à caractériser simplement une suspension passive faisant partie d’au moins un train TV de roues RV d’un véhicule V.

Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule est de type automobile. Il s’agit par exemple d’une voiture. Mais l’invention n’est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout véhicule comportant au moins un train de roues comprenant une suspension.

Par ailleurs, on entend ici par « suspension » un ensemble comportant deux sous-ensembles associés respectivement à deux roues (droite et gauche) et comprenant chacun au moins un amortisseur associé à au moins un ressort, et au moins deux éléments permettant de limiter le débattement du véhicule, l’un servant à maîtriser l’écrasement du véhicule, appelé butée d’attaque et en général fixé sur l’amortisseur, la caisse ou le train, et l’autre servant à limiter la course maximale de suspension, appelé butée de détente et généralement interne à l’amortisseur.

On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de réalisation non limitatif d’un système de caractérisation de suspension SC selon l’invention.

Comme illustré sur la figure 1, un système (de caractérisation de suspension) SC, selon l’invention, comprend au moins des moyens de mesure Aj, CD, CF, des moyens de levage ML, et des moyens d’analyse MA.

Les moyens de levage ML sont installés à proximité d’un support SV destiné à accueillir un véhicule V dont au moins une suspension d’un train TV doit être caractérisée. Ils sont destinés à soulever d’une hauteur hO choisie au moins une partie du véhicule V qui comprend ce train TV.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, les moyens de levage ML comprennent un palan PL installé fixement au-dessus du support SV, une sangle SV solidarisée de façon temporaire au palan PL, et une barre rigide BR placée sous le fond de la caisse CV du véhicule V et solidarisée à la sangle SV. Ce mode de réalisation est destiné à ne soulever qu’une partie du véhicule V qui comprend un train TV dont la suspension doit être caractérisée. On notera que l’on pourrait se passer de la barre rigide BR. Mais dans un autre mode de réalisation, les moyens de levage ML pourraient être adaptés au levage de l’ensemble du véhicule V. Dans ce cas, ils peuvent, par exemple, comprendre deux sous-ensembles comportant chacun un palan, une sangle, et une éventuelle barre rigide placée sous le fond de la caisse du véhicule et solidarisée à la sangle. En variante, les moyens de levage ML pourraient comprendre un vérin entraînant en translation verticale une plaque rigide destinée à être placée sous le fond de la caisse CV du véhicule V.

Les moyens de mesure Aj, CD, CF sont destinés à être solidarisés temporairement au véhicule V. Ils sont propres à mesurer au moins un débattement relatif dr entre cette roue RV et une partie de la caisse CV située au-dessus de cette roue RV et des efforts (ou forces) f exercées par les roues RV du train TV sur le support SV (placé sous elles (RV)).

De préférence, et comme illustré non limitativement, les moyens de mesure Aj, CD, CF sont également propres à mesurer une accélération d’au moins une roue RV du train TV et/ou une accélération d’une partie de la caisse CV située à proximité de cette roue RV.

On comprendra que plus le nombre de moyens de mesure sera élevé, plus la caractérisation de la suspension sera élevée.

On notera que l’ensemble des mesures obtenues lors de la caractérisation de la suspension (levage, arrêt lâcher) sont parfois appelées réponse impulsionnelle.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, les moyens de mesure comprennent : - un premier accéléromètre A1 (j = 1) propre à mesurer l’accélération d’une roue RV du train TV, et de préférence solidarisé sur une partie centrale de cette roue RV, - un second accéléromètre A2 (j = 2) propre à mesurer l’accélération d’une partie de la caisse CV du véhicule V qui est située à proximité de la roue RV équipée du premier accéléromètre A1, - un capteur de débattement CD propre à mesurer le débattement relatif dr entre la roue RV (équipée du premier accéléromètre A1 ) et une partie de la caisse CV située au-dessus de cette roue RV, et - des capteurs d’efforts (ou de force) CF propres à mesurer les efforts (ou forces) exercé(e)s par les roues RV du train TV sur les zones ZA du support SV qui sont placées sous elles.

On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, les capteurs d’efforts CF sont installés dans les zones ZA du support SV qui sont situées sous les roues RV du train TV à caractériser. A titre d’exemple, chaque zone ZA peut être équipée de plusieurs capteurs de force CF, tels que des cellules de charge.

Mais dans une variante de réalisation, certains des capteurs de force CF pourraient être installés dans les roues RV du train TV à caractériser. Les roues sont alors de type dynamométrique. Mais tout autre capteur permettant de récupérer un torseur en centre de roue peut être utilisé. On notera cependant qu’il est préférable de récupérer l’effort au niveau de la roue car on est moins perturbé par le « rebond de roue » ou mode de la masse non suspendue Mns sur la raideur kns du pneu.

On pourrait également utiliser à la fois des capteurs d’efforts CF installés dans les zones ZA du support SV et des capteurs d’efforts CF installés dans les roues RV.

On notera que la mesure de débattement relatif (roue/caisse) dr, est non seulement relativement simple à mettre en œuvre, mais, si la localisation de cette mesure est judicieusement choisie, permet également de mesurer le débattement de la suspension en minimisant les effets de déformation de la caisse CV. Cela permet donc avantageusement d’effectuer des comparaisons avec les courses (ou débattements) théoriques de suspension, sans correction pour retirer la partie flexibilité de la caisse CV. En variante, on pourrait utiliser un capteur propre à mesurer le débattement caisse CV/sol et un capteur propre à mesurer le débattement roue RV/sol.

Les moyens d’analyse MA sont propres, consécutivement à une désolidarisation du véhicule V des moyens de levage ML, à identifier une loi de flexibilité de la suspension à partir des mesures délivrées par les moyens de mesure Aj, CD, CF (et plus précisément au moins CD et CF).

Il est rappelé que la flexibilité représente la déformation subie en fonction de la charge et donc la variation d’effort de la suspension en fonction de l’écrasement. Elle correspond donc à l’inverse de la raideur. Ce sont les ressorts, les butées d’attaque et de détente et les raideurs parasites du train qui participent à la flexibilité.

Dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, les moyens d’analyse MA sont installés dans un ordinateur individuel OT qui est situé à proximité de la zone de caractérisation. En variante, ils pourraient être installés dans un ordinateur portable ou une tablette électronique. Dans une autre variante, les moyens d’analyse MA pourraient constituer un équipement d’analyse comprenant des moyens de traitement (ou CPU), comme par exemple un ordinateur individuel ou un ordinateur portable ou encore une tablette électronique. Par conséquent, les moyens d’analyse MA peuvent être réalisés sous la forme de modules logiciels (ou informatiques ou encore « software »), ou bien d’une combinaison de circuits électroniques (ou « hardware ») et de modules logiciels.

Par ailleurs, dans l’exemple illustré non limitativement sur la figure 1, les moyens d’analyse MA reçoivent les mesures effectuées par les moyens de mesure Aj, CD, CF via des câbles informatiques connectés à leur ordinateur individuel OT. Mais ils pourraient recevoir ces mesures par voie d’ondes (sous réserve que l’ordinateur individuel OT et les moyens de mesure Aj, CD, CF soient équipés de modules de communication non filaire).

Dans l’exemple illustré, c’est le train avant TV du véhicule V qui est soulevé à la hauteur choisie hO, alors que le train arrière reste au contact du support SV. Par conséquent, lorsque l’on désolidarise le véhicule V des moyens de levage ML (ici du palan PL), la partie préalablement soulevée et contenant le train avant TV se dirige vers les zones ZA du support SV sous l’effet de la pesanteur, ce qui induit un écrasement de la suspension du train avant TV lors de l’impact entre les roues RV de ce dernier (TV) et les zones ZA, puis au moins un rebond.

La même procédure peut être appliquée au train opposé (ici le train arrière).

La hauteur choisie hO détermine la vitesse de chute des roues RV au moment de l’impact de leurs pneus, et donc va conditionner le niveau d’écrasement des butées d’attaque de la suspension. De préférence cette hauteur hO est choisie de sorte qu’elle induise une saturation choisie (c’est-à-dire plus ou moins importante) des butées d’attaque de la suspension après que les roues RV aient contacté de nouveau le support SV.

Par exemple, dans le cas d’une butée d’attaque réalisée dans un matériau hétérogène (c’est-à-dire avec des bulles d’air), la saturation de butée survient lorsque les bulles d’air ont été comprimées et donc que le « mur de raideur >> du matériau apparaît.

Pour des véhicules que l’on ne connaît pas (ou peu), on doit procéder par étapes du fait que l’on ne connaît ni la masse Ms qui est suspendue au train TV soulevé, ni la masse Mns qui n’est pas suspendue à ce train TV, ni le typage de la suspension.

De préférence les mesures commencent à être enregistrées par les moyens d’analyse MA avant que l’on désolidarise le véhicule V des moyens de levage ML, puis jusqu’à ce que le véhicule V soit totalement immobile.

Lorsque la partie du véhicule V est soulevée à la hauteur choisie hO, les roues RV du train TV se retrouvent en détente maximale, ce qui permet de connaître la position à laquelle correspond cette dernière lorsque l’on dispose, grâce au capteur de débattement CD, de mesures représentatives de révolution temporelle du débattement relatif dr, du type de celle illustrée sur la figure 2. Par ailleurs, et toujours lorsque l’on dispose, grâce au capteur de débattement CD, de mesures représentatives de son évolution temporelle, du type de celle illustrée sur la figure 2, on peut déduire de la position du premier rebond, qui correspond à l’écrasement maximal des butées d’attaque, et de la position de la détente maximale la course totale de suspension du train TV du véhicule V.

On notera que le nombre d’oscillations visibles sur la courbe de la figure 2 peut permettre d’approximer la loi d’amortissement de la suspension (au frottement près). Mais cette caractérisation de la loi d’amortissement est imprécise en raison de sa forte non-linéarité.

On a schématiquement illustré sur la figure 3 un exemple d’évolution temporelle de l’effort (ou de la force) f exercé(e) sur une zone ZA du support SV par une roue RV d’un train TV de véhicule V, avant et après le lâcher du véhicule V. La première décroissance de l’effort exercé f, après le premier maximum local, résulte de la réponse du pneu équipant la roue RV.

De préférence, les moyens d’analyse MA sont agencés pour identifier la loi de flexibilité de la suspension en attaque et en détente.

Cette identification peut se faire de différentes manières, et notamment en assimilant la partie soulevée du véhicule V à un système à deux degrés de liberté (ou « 2 ddls >>), dans lequel on néglige les effets liés au tangage. Plus précisément, ce système comporte une masse suspendue Ms (représentative de la partie de caisse CV qui est soulevée et qui est couplée aux roues RV), une masse non suspendue Mns (représentative des roues RV), un premier ressort ayant une raideur ks et reliant la masse suspendue Ms à la masse non suspendue Mns, et un second ressort ayant une raideur kns, représentative de la raideur d’un pneu et reliant la masse non suspendue Mns au support SV. Ce système est certes idéal, puisque les amortissements de la caisse CV et des pneus sont négligés, mais il permet de calculer avec une bonne approximation les modes propres du véhicule V et, dans un premier temps, les valeurs fonctionnelles de réglage du véhicule V, à savoir Cs (coefficient d’amortissement de la suspension), ks et kns.

En notant zs et zns les coordonnées respectives du centre de gravité de la masse suspendue Ms et de la masse non suspendue Mns, l’application de la relation fondamentale de la dynamique à la partie du véhicule V (modélisée par le système 2ddls précité) donne un système classique de deux équations différentielles couplées :

Ms*zs” + ks*(zs - zns) + Cs*(zs’ - zns’) = Mv*g

Mns*zns” - Cs*(zs’- zns’) - ks*(zs - zns) + kns*zns = 0, où Mv = Ms + Mns, Cs est le coefficient d’amortissement de la suspension, et g est la constante de la gravitation, et avec comme conditions initiales Zs” = Mv*g et Zs’ = Mv*g*h0.

Ces deux équations différentielles couplées peuvent être réécrites sous une forme matricielle, ce qui permet d’en déduire les pulsations ω+ et codes modes propres réels du système non amorti en calculant les valeurs propres de la matrice :

Pour un véhicule V, la raideur des pneus kns est très grande par rapport à celle des suspensions et la masse suspendue Ms est très grande devant la masse non suspendue Msn (typiquement on a Ms = 1500kg, Mns = 150kg, ks = 50 N.mm-1 et kns = 500 N.mm-1). On peut donc écrire : ks/kns « 1 et Mns/Ms « 1. Avec une telle approximation les pulsations ω+ et ω. des modes propres réels se réécrivent :

Le premier mode (ayant la pulsation ω+) est appelé mode de rebond de roue. Il est généralement situé autour de 12 Hz. Le second mode (ayant la pulsation ω.) est appelé mode de suspension. Il est généralement compris entre 1,1 Hz et 1,7 Hz selon le typage du véhicule.

Ce premier mode est en fait un mode complexe et la fréquence (ou pulsation) dépend de l’amortissement qui est non-linéaire autour du 0 (c’est-à-dire autour d’une valeur de débattement relatif dr égale à 0). Mais on peut partir du postulat que la raideur (ou flexibilité K de la suspension est linéaire autour du 0, car c’est ce qui survient dans la grande majorité des cas.

Pour un véhicule connu, Ms et Mns sont connus, et Cs et Ks sont connus de manière fonctionnelle bien qu’il puisse y avoir des petites variations liées aux dispersions de fabrication, à la méconnaissance précise de la loi de flexibilité autour du 0, et à la méconnaissance précise de la loi d’amortissement. Pour un véhicule pas (ou peu) connu, seule la masse totale Mv = Mns + Ms est connue, Ms et Mns étant inconnues.

Dans le cas de l’utilisation du système à deux degrés de liberté décrit ci-avant, les moyens d’analyse MA sont agencés pour identifier la loi de flexibilité de la suspension au moyen d’une méthode de traitement de signal et d’une méthode d’optimisation sous contrainte(s) appliquée(s) aux mesures obtenues avec le système à deux degrés de liberté.

Les pulsations ω+ et ω. peuvent être obtenues par les modes de Prony ou via une transformée de Fourier (ou FFT). Ks pouvant être estimé lors de la levée du véhicule V, on peut donc déduire Ms et Mns de Ks, ω+ et ω..

On notera qu’il est également possible d’estimer Ks en utilisant la courbe de flexibilité en fonction du débattement entre la détente maximale mesurée après le premier rebond et le deuxième rebond. Dans ce cas, en traçant la droite entre les deux extrema où la vitesse est nulle, on peut approximer la loi de flexibilité.

Par exemple, pour obtenir la loi de flexibilité de la suspension autour du 0, on peut procéder comme suit, en traitant séparément chacune des phases consécutives au lâcher du véhicule V (détente, attaque et rebond).

Tout d’abord, lors du levage du véhicule V au moyen du palan PL on peut caractériser la flexibilité de la suspension en détente. En effet, l’effort de suspension en détente F étant mesuré en statique, on a F = K*dr + Cs*dr’, où K est la raideur de la suspension, dr’ est la dérivé de dr (le débattement relatif) qui est ici égale à 0. Par conséquent, on peut récupérer directement la valeur de l’effort de suspension en détente F jusqu’à 50-60 mm de détente du fait que l’on a F = K*dr (car dr’ = 0).

On peut alors déterminer l’évolution de la raideur de la suspension (et donc la loi de flexibilité) K(x) = F/dr(x), en faisant une approximation pour la détente maximale. Une comparaison avec des mesures obtenues sur un banc de contrôle et avec des courbes théoriques montre que cette approximation est légère.

On notera qu’il est avantageux d’effectuer plusieurs levages du véhicule V avant de le lâcher pour avoir une approximation de l’hystérésis.

La raideur de suspension (ou flexibilité) K étant en série avec la raideur du pneu kns, connaissant la raideur du pneu kns on peut facilement en déduire l’estimée de la raideur de suspension : K = Kns*Ks/(Kns+Ks). On notera que la raideur de suspension K est, pour des véhicules de tourisme, généralement comprise entre 20 N/mm et 40 N/mm, que la raideur du pneu kns est généralement comprise entre 250 N/mm et 320 N/mm, et qu’un pneu non roulant est généralement entre 20% et 30% plus raide qu’un pneu roulant (ce qui est rarement connu hors modélisation).

On notera également que la valeur du débattement relatif dr est donnée en détente maximale. Elle est donc limitée par la raideur des butées de détente dont on a ici une estimation assez précise.

On notera également que beaucoup de suspensions classiques ont un comportement sensiblement symétrique autour de la position de référence (ici le 0), et des butées d’attaque commençant à intervenir au-delà de 10 mm à 30 mm, voire parfois davantage selon le typage des véhicules et la charge. Par conséquent, pour de telles suspensions on peut symétriser la raideur autour du 0 jusqu’à 30 mm environ du côté de l’attaque.

Une méthode plus précise consiste à déterminer sur la courbe d’effort f (voir figure 3) et la courbe de débattement relatif dr (voir figure 2) une petite discontinuité qui correspond au moment où les butées d’attaque commencent à jouer leur rôle. On relève alors le déplacement drb correspondant qui traduit le moment où l’effort lié aux butées d’attaque n’est plus négligeable. Dans certains cas, la cote correspondant à ce moment est difficile à relever et donc on est obligé de la relever sur le deuxième rebond.

Au moment où survient le premier rebond du véhicule V sur les butées d’attaque, les niveaux d’efforts mesurés et la forme de la courbe d’effort f montrent que les butées d’attaque sont saturées. Lors de cette saturation, les efforts f mesurés sont quasi exclusivement liés à l’écrasement des butées d’attaque auquel correspond une raideur kb (ainsi que dans certains cas une contribution de la raideur de la caisse CV, ce dont on peut s’affranchir par un choix approprié des moyens de mesure). En effet, la vitesse est quasi nulle, et donc les efforts d’amortissement Cs*dr’ sont très faibles par rapport à kb*dr, et l’influence du rebond est faible devant celles des butées d’attaque au vu des raideurs. Donc, au moment où on sature les butées d’attaque, l’effort f est quasi exclusivement l’effort des butées d’attaque. On peut donc obtenir une approximation précise de la raideur des butées d’attaque kb entre une position dra correspondant à une attaque maximale et une position dra - da, où da est l’altitude de la roue RV pour laquelle la vitesse va dépasser un seuil choisi, ce qui correspond à une vitesse pour laquelle les efforts amortisseurs ne sont plus négligeables. Par exemple, on peut choisir un seuil égal à environ 0,3 m/s. Entre ces deux positions dra et dra - da, la détermination de la flexibilité en attaque est précise.

Il ne reste plus alors qu’à interpoler la courbe de flexibilité en attaque K(x) = F/dr(x)) entre la position d’attaque maximale dra et la position drb pour estimer l’effort de saturation des butées d’attaque. A titre d’exemple, cette interpolation peut se faire au moyen d’un modèle mathématique basé sur des exponentielles passant entre les positions drb et dra et d’au moins une méthode d’optimisation. A titre d’exemple purement illustratif, on peut utiliser un modèle mathématique tel que :

où b, est un coefficient polynomial et f2 est un facteur de forme choisi. Par exemple, l’indice i peut varier entre 1 et 3.

Ce type de modèle polynomial et exponentiel, illustratif, permet d’améliorer la courbure entre la zone linéaire et la partie de saturation de la butée d’attaque dra. Bien entendu, d’autres modèles mathématiques peuvent être envisagés.

On a schématiquement illustré sur la figure 4 un premier exemple c1 d’évolution de l’effort f mesuré et filtré après le lâcher d’un véhicule, en fonction du débattement relatif mesuré de la suspension d’un train de ce véhicule. Cette évolution est obtenue au moyen des mesures fournies par les capteurs CF et CD. Sur cette figure 4 se trouve également illustré un deuxième exemple c2 d’évolution de l’effort f en fonction du débattement relatif dr identifié, après application des traitements mathématiques aux mesures filtrées c1, pour ce train par un système de caractérisation SC.

Dans cet exemple, toute la partie comprise entre -90 mm et 30 mm est obtenue directement lors du levage. Les paramètres fonctionnels sont obtenus au moins par interpolation linéaire de la courbe de flexibilité. La partie comprise entre dra et drb est par exemple obtenue par interpolation de la courbe de flexibilité. La partie comprise entre 0 et dra est par exemple obtenue par optimisation sous contrainte(s). A partir du moment où on dispose de l’effort en fonction du déplacement relatif (f(dr)), on peut avoir une estimation de la loi d’amortissement a(t). Cela se fait entre le moment où le déplacement relatif dr est nul (après le premier rebond) et le moment où le véhicule se stabilise. Pour ce faire on peut utiliser la formule f(t) - f(dr(t)) = a(t). On détermine alors une courbe dans laquelle passe la courbe théorique d’amortissement a(t). A titre de comparaison, on a également illustré sur la figure 4 un troisième exemple c3 d’évolution de l’effort quasi statique f en fonction du débattement relatif dr de ce même train, déterminée au moyen d’un banc de contrôle de l’art antérieur.

Une fois que les moyens d’analyse MA ont déterminé la loi de flexibilité d’une suspension d’un train TV, ils peuvent être agencés pour estimer, au moyen d’une méthode de traitement de signal et d’une méthode d’optimisation sous contrainte(s) appliquée(s) aux mesures obtenues avec le système à deux degrés de liberté, au moins un paramètre fonctionnel de cette suspension. Chaque paramètre fonctionnel peut, par exemple, être choisi parmi au moins le coefficient de raideur des pneus équipant les roues RV du train TV, la masse suspendue Ms, la masse non suspendue Mns, la valeur de frottement de la suspension, et la loi d’amortissement de la suspension.

Par exemple, pour obtenir la valeur estimée du paramètre fonctionnel que constitue la raideur du pneu kns, quand on ne connaît pas Mns, on peut procéder comme suit. Tout d’abord, on fait le constat sur la courbe d’évolution des mesures d’effort (ou de force) f exercée sur le support SV (voir figure 3) qu’il existe des vibrations après le rebond, alors que la vitesse de la suspension est nulle. On peut montrer que la pulsation de ces vibrations correspond à Ω = (Kns/(Ms+Mns))1/2 lorsqu’il y a du frottement. On observe lors de la stabilisation du véhicule des oscillations à une autre fréquence que Ω. Il s’agit, fugitivement, du mode de rebond du véhicule sur la masse du pneu. A partir de la valeur de cette pulsation Ω, déduite des mesures d’effort f, et si la masse totale (Ms + Mns) est connue, on peut en déduire facilement la valeur de la raideur du pneu kns.

On notera que la valeur de la raideur du pneu kns ainsi obtenue ne peut servir que pour des validations numériques. En effet, cette valeur correspond à un pneu qui est à l’arrêt, non roulant, et donc elle est généralement entre 20% et 30% plus raide que lors du roulage.

Egalement par exemple, pour obtenir la valeur estimée du paramètre fonctionnel que constitue la loi d’amortissement de la suspension a(t), on peut procéder comme suit. Tout d’abord, lorsque l’on connaît dr, Ms, zs” et ks, on peut recalculer (par exemple au moyen d’une méthode d’homogénéisation ou d’une méthode d’optimisation (de préférence non-linéaire)) la valeur du coefficient d’amortissement de la suspension Cs. On notera qu’à l’origine de la caractérisation, on a une plage de fonctionnement (d’environ 40 mm) qui permet de vérifier l’ordre de grandeur de Cs. On notera également que la loi d’amortissement a(t) peut être affinée en effectuant successivement plusieurs lâchers du véhicule V à différentes hauteurs. La caractérisation précitée peut se faire entre la cote de déplacement relatif nul, située après le premier pic (de la figure 3), et la stabilisation du véhicule. On peut montrer que les efforts f(t) peuvent être déterminés au moyen de la formule dr’ = f(t) - Mns*dr” - K(dr)*dr. Cette détermination pourrait également se faire au moyen d’une méthode d’optimisation.

Egalement par exemple, pour obtenir le paramètre fonctionnel que constitue la détermination de la masse non suspendue Mns, on peut procéder comme suit. Tout d’abord, on peut déterminer à partir des mesures (par exemple obtenues au début du lâcher et par une FFT ou les modes de Prony) une plage de fréquences dans laquelle le mode de rebond de la roue RV est excité, notamment dans la phase de lâcher où les pneus touchent le sol. Puis, on peut estimer par traitement de signal la valeur de la pulsation de ce mode. Ensuite, en utilisant la valeur de cette pulsation estimée, et connaissant kns et ks autour du 0, on peut estimer la valeur de la masse non suspendue Mns.

Egalement par exemple, pour obtenir la valeur estimée du paramètre fonctionnel que constitue la valeur du frottement Fs de la suspension, on peut procéder comme suit. Tout d’abord, on peut constater qu’après les oscillations survient rapidement une stabilisation, avec un résiduel de débattement relatif drr qui est lié au frottement. Connaissant la loi de flexibilité autour du 0 et cette valeur du résiduel de débattement relatif drr, on peut approximer la valeur du frottement de la suspension par l’équation Fs = ks*drr.

On notera également que les moyens d’analyse MA peuvent être également et éventuellement agencés pour comparer, au moyen d’au moins un filtrage choisi, des valeurs estimées, représentatives d’au moins un paramètre fonctionnel de la suspension, à une courbe théorique correspondante et issue de calculs. Cette comparaison se fait de préférence après un recalage de l’assiette du véhicule V.

On notera également que les moyens d’analyse MA peuvent être également et éventuellement agencés pour effectuer des corrélations calculs/mesures destinées à déterminer plus précisément les ordres de grandeurs de la flexibilité et d’au moins un paramètre fonctionnel (en particulier la loi d’amortissement a(t)). Pour ce faire, ils peuvent, par exemple, utiliser un logiciel de type dit multi-corps.

Il est important de noter que l’invention peut être également considérée sous l’angle d’un procédé de caractérisation de suspension, pouvant être notamment mis en œuvre au moyen d’un système de caractérisation de suspension SC du type de celui présenté ci-avant. Les fonctionnalités offertes par la mise en œuvre du procédé selon l’invention étant identiques à celles offertes par le système SC présenté ci-avant, seule la combinaison de fonctionnalités principales offerte par le procédé est présentée ci-après. Ce procédé comprend quatre étapes.

Dans une première étape, on place un véhicule V sur un support SV, on couple une partie de ce véhicule V à des moyens de levage ML, et on solidarise à ce véhicule V des moyens de mesure Aj, CD, CF propres à mesurer une accélération d’au moins une roue RV d’un train TV et/ou une accélération d’une partie de la caisse CV située à proximité de cette roue RV et/ou un débattement relatif entre cette roue RV et une partie de la caisse CV située au-dessus de cette roue RV et/ou des efforts exercés par les roues RV du train TV sur le support SV.

Dans une deuxième étape, on soulève d’une hauteur choisie hO au moins une partie du véhicule V comprenant le train TV avec les moyens de levage ML.

Dans une troisième étape, on désolidarise (ou lâche) le véhicule V des moyens de levage ML, et on enregistre des mesures délivrées par les moyens de mesure Aj, CD, CF consécutivement à cette désolidarisation (ou ce lâcher).

Dans une quatrième étape, on identifie avec des moyens d’analyse MA une loi de flexibilité de la suspension à partir des mesures enregistrées. L’invention offre plusieurs avantages, parmi lesquels : - une caractérisation de suspension simple, rapide (à réaliser et à mettre en œuvre), et économique, - un système de caractérisation simple et peu onéreux, - la possibilité d’estimer au moins partiellement la loi d’amortissement alors que la plupart des bancs de caractérisation de l’art antérieur ne peuvent pas le faire du fait qu’ils ne font que des caractérisations quasi-statiques, et que les bancs de caractérisation d’amortisseurs n’opèrent qu’en harmonique et qu’il n’est pas toujours facile de caractériser l’amortisseur du véhicule, - la possibilité de vérifier rapidement la conformité de la suspension d’un train de véhicule avant un essai (d’endurance ou de mesure) ou lors d’un essai destiné à déterminer une éventuelle dérive, - la possibilité d’affiner les corrélations calculs/mesures, par exemple pour avoir une meilleure relation numérique physique, - la possibilité de caractériser des suspensions de véhicules que l’on ne connaît pas.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Système (SC) de caractérisation d’une suspension d’au moins un train (TV) de roues (RV) d’un véhicule (V) comprenant une caisse (CV), caractérisé en ce qu’il comprend i) des moyens de mesure (Aj, CD, CF) propres à mesurer au moins un débattement relatif entre cette roue (RV) et une partie de ladite caisse (CV) située au-dessus de cette roue (RV) et des efforts exercés par lesdites roues (RV) dudit train (TV) sur un support (SV) placé sous elles (RV), ii) des moyens de levage (ML) propres à soulever d’une hauteur choisie au moins une partie dudit véhicule (V) comprenant ledit train (TV), et iii) des moyens d’analyse (MA) propres, consécutivement à une désolidarisation dudit véhicule (V) desdits moyens de levage (ML), à identifier une loi de flexibilité de ladite suspension à partir desdites mesures délivrées par lesdits moyens de mesure (Aj, CD, CF).
2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite hauteur est choisie de sorte qu’elle induise une saturation choisie de butées d’attaque de ladite suspension après que lesdites roues (RV) aient contactées de nouveau ledit support (SV).
3. 3. Système selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d’analyse (MA) sont agencés pour identifier ladite loi de flexibilité de la suspension en attaque et en détente.
4. 4. Système selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d’analyse (MA) sont agencés pour assimiler ladite partie soulevée du véhicule (V) à un système à deux degrés de liberté, et pour identifier ladite loi de flexibilité de la suspension au moyen d’une méthode de traitement de signal et d’une méthode d’optimisation sous contrainte(s) appliquée(s) auxdites mesures obtenues avec ledit système à deux degrés de liberté.
5. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d’analyse (MA) sont agencés pour estimer, au moyen de ladite méthode de traitement de signal et de ladite méthode d’optimisation sous contrainte(s) appliquée(s) auxdites mesures obtenues avec ledit système à deux degrés de liberté, au moins un paramètre fonctionnel de ladite suspension choisi dans un groupe comprenant un coefficient de raideur de pneus équipant lesdites roues (RV), ladite masse suspendue, ladite masse non suspendue, une valeur de frottement de ladite suspension, et une estimation de la loi d’amortissement.
6. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens d’analyse (MA) sont agencés pour comparer, au moyen d’au moins un filtrage choisi, des valeurs estimées, représentatives d’au moins un paramètre fonctionnel de ladite suspension, à une courbe théorique correspondante et issue de calculs.
7. 7. Système selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que certains desdits moyens de mesure sont des capteurs d’efforts (CF), installés dans ledit support (SV) dans des zones situées sous lesdites roues (RV) du train (TV), et propres à mesurer un effort exercé par chacune desdites roues (RV) sur ledit support (SV).
8. 8. Système selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que certains desdits moyens de mesure sont des capteurs d’efforts (CF), installés dans lesdites roues (RV) du train (TV), et propres à mesurer un effort exercé par chacune desdites roues (RV) sur ledit support (SV).
9. 9. Système selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (Aj, CD, CF) sont également propres à mesurer une accélération d’au moins une roue (RV) dudit train (TV) et/ou une accélération d’une partie de ladite caisse (CV) située à proximité de cette roue (RV).
10. 10. Procédé de caractérisation d’une suspension d’au moins un train (TV) de roues (RV) d’un véhicule (V) comprenant une caisse (CV), caractérisé en ce qu’il comprend : - une première étape dans laquelle on place ledit véhicule (V) sur un support (SV), on couple au moins une partie dudit véhicule (V) à des moyens de levage (ML), et on solidarise audit véhicule (V) des moyens de mesure (Aj, CD, CF) propres à mesurer une accélération d’au moins une roue (RV) dudit train (TV) et/ou une accélération d’une partie de ladite caisse (CV) située à proximité de cette roue (RV) et/ou un débattement relatif entre cette roue (RV) et une partie de ladite caisse (CV) située au-dessus de cette roue (RV) et/ou des efforts exercés par lesdites roues (RV) dudit train (TV) sur ledit support (SV), - une deuxième étape dans laquelle on soulève d’une hauteur choisie au moins une partie dudit véhicule (V) comprenant ledit train (TV) avec lesdits moyens de levage (ML), - une troisième étape dans laquelle on désolidarise ledit véhicule (V) desdits moyens de levage (ML) et on enregistre des mesures délivrées par lesdits moyens de mesure (Aj, CD, CF) consécutivement à cette désolidarisation, - et une quatrième étape dans laquelle on identifie avec des moyens d’analyse (MA) une loi de flexibilité de ladite suspension à partir desdites mesures enregistrées.